JP6265541B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

この発明は、複数のコンデンサマイクロホンユニットを直列接続することで、出力感度を向上させたコンデンサマイクロホンに関する。

コンデンサマイクロホンは、対向する振動板と固定極との間の静電容量の変化に基づいて音声信号が生成される。
この場合、固定極に対峙して振動板が配置されてなるコンデンサマイクロホンユニットは、その静電容量が数十ｐＦ前後であり、出力インピーダンスが極めて高いために、例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などによるインピーダンス変換器を用いて音声信号が取り出される。

前記したコンデンサマイクロホンとしての出力感度を向上させる手段については、従来から種々の提案がなされているが、複数のコンデンサマイクロホンユニットを用いてこれを直列に接続することで出力感度を向上させたコンデンサマイクロホンについて、本件出願人がすでに提案をしており、これは特許文献１に開示されている。

特許第５２０１５９８号公報

図４は、特許文献１に開示されたコンデンサマイクロホンの構成をブロック図で示したものである。この図４に示す構成は、振動板が固定極に対峙してコンデンサマイクロホンユニットが形成され、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２による音声信号がそれぞれ同位相で直列に加わるように構成されている。

すなわち、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における振動板１ａは接地され、振動板１ａに対峙する固定極２ａは第１のインピーダンス変換器３ａに接続されている。これにより、インピーダンス変換器３ａによって、コンデンサマイクロホンユニットＵ１における振動板１ａと固定極２ａとの間の静電容量の変化に基づく音声信号が生成される。
前記インピーダンス変換器３ａは後で説明するとおり、例えばＦＥＴなどの能動素子（アクティブエレメント）を用いてソースフォロアー回路を構成しており、したがってこのインピーダンス変換器３ａには、直流電源Ｖｃｃから動作電流が供給されるように構成されている。

第１のインピーダンス変換器３ａによって生成される第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１による音声信号は、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２の基準電位点を駆動するように構成されている。すなわち図４に示す例においては、第１のインピーダンス変換器３ａの出力は、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２を構成する振動板１ｂに供給されている。
また振動板１ｂに対峙する固定極２ｂは第２のインピーダンス変換器３ｂに接続されて、このインピーダンス変換器３ｂによってコンデンサマイクロホンユニットＵ２における振動板１ｂと固定極２ｂとの間の静電容量の変化に基づく音声信号が生成される。

この場合、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２は、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１による音声信号が、その基準電位点（振動板１ｂ）に印加されるので、結果として第２のインピーダンス変換器３ｂの出力端子Ｏｕｔには、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２による音声信号がそれぞれ同位相で直列に加わった状態で出力される。
なお、第２のインピーダンス変換器３ｂにおいても、前記した第１のインピーダンス変換器３ａと同様に、例えばＦＥＴを用いてソースフォロアー回路が構成されている。

図４に示したコンデンサマイクロホンの構成によると、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２による音声信号が同相で加算されて信号出力となるので、コンデンサマイクロホンとしての出力感度を倍増させることができる。

図５は、図４に示した例に加えて、第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３を備えた例を示しており、第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３には、前記と同様の第３のインピーダンス変換器３ｃが備えられている。
この図５に示す構成によれば、第１〜第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３による音声信号が同相で加算されて信号出力となるので、コンデンサマイクロホンとしての出力感度をさらに高めることができる。

ところで、特許文献１に開示されたコンデンサマイクロホンにおいては、前記したとおり直列接続される複数の各コンデンサマイクロホンユニットに対応して、それぞれにインピーダンス変換器を備えることになる。
このインピーダンス変換器には、ＦＥＴなどの能動素子が用いられており、したがってそれぞれに能動素子を駆動する回路構成を必要とし、さらにそれぞれの能動素子に対して動作電源（直流電源Ｖｃｃ）を供給する構成が必要である。したがって、コンデンサマイクロホン全体の回路構成が繁雑になり、コストの高騰は免れないなどの課題が残される。

また前記動作電源は、周知のファントム電源や電池などの限られた電源を利用するものとなり、ＦＥＴなどの能動素子を利用したインピーダンス変換器を複数用いる場合には、それぞれに駆動電流を要することになる。したがって例えばファントム電源を用いた場合であっても、インピーダンス変換器に供給される動作電源の電圧のドロップ量が大きく、このためにコンデンサマイクロホンの最大出力レベルも制限を受けて、ダイナミックレンジを大きくすることが困難になるなどの課題を抱えることになる。

この発明は、前記したように各コンデンサマイクロホンユニット毎に能動素子によるインピーダンス変換器を備える従来のコンデンサマイクロホンにおける前記した問題点に着目してなされたものであり、最終段のコンデンサマイクロホンユニットに接続されるインピーダンス変換器を除いて、その前段側のコンデンサマイクロホンユニットは直結して接続することで、前段側のコンデンサマイクロホンユニットによる音声信号を、後段のコンデンサマイクロホンユニットによる音声信号に加算して伝達することが可能であることを検証している。

すなわち、この発明に係るコンデンサマイクロホンは、前記した知見に基づいてなされたものであり、最終段のコンデンサマイクロホンユニットを除いて、前段側のコンデンサマイクロホンユニットを直結することで、各コンデンサマイクロホンユニットによる音声信号を後段に加算して伝達させる作用を利用するものである。
これにより、出力感度を向上させることができると共に、全体の回路構成を簡素化させたコンデンサマイクロホンを提供しようとするものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係るコンデンサマイクロホンは、固定極に対峙して振動板が配置された複数のコンデンサマイクロホンユニットが具備され、各コンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されることで、前記各コンデンサマイクロホンユニットによる音声信号が、同相で加算されて出力されるコンデンサマイクロホンであって、最終段を除く前段側のコンデンサマイクロホンユニットの少なくとも１つと、隣接する後段のコンデンサマイクロホンユニットの間を直結して接続することで、前記前段側の少なくとも１つのコンデンサマイクロホンユニットによる音声信号を前記隣接する後段のコンデンサマイクロホンユニットに伝達すると共に、最終段におけるコンデンサマイクロホンユニットには、能動素子（アクティブエレメント）を用いたインピーダンス変換器が接続され、前記各コンデンサマイクロホンユニットによる加算された音声信号が、最終段の前記能動素子を用いたインピーダンス変換器より出力されることを特徴とする。

この場合、好ましくは前記各コンデンサマイクロホンユニットは、前記固定極もしくは振動板のいずれか一方に、エレクトレット誘電体膜を備えたエレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットが用いられる。

この発明に係る前記したコンデンサマイクロホンによると、最終段を除く前段側のコンデンサマイクロホンユニットは、隣接する後段のコンデンサマイクロホンユニットの間を直結して接続することで、前記前段側のコンデンサマイクロホンユニットによる音声信号を、前記隣接する後段のコンデンサマイクロホンユニットに伝達することができる。
これにより、前記各コンデンサマイクロホンユニットによる音声信号が、同相で加算され、これらの加算された音声信号を、最終段のコンデンサマイクロホンユニットに接続されたインピーダンス変換器より得ることができる。

したがって、各コンデンサマイクロホンユニット毎に能動素子によるインピーダンス変換器を備える従来のコンデンサマイクロホンに比較して、全体の回路構成を簡素化させたコンデンサマイクロホンを提供することができる。

この発明に係るコンデンサマイクロホンの第１の実施の形態を示したブロック図である。 図１に示す第１の実施の形態の具体例を示した回路結線図である。 この発明に係るコンデンサマイクロホンの第２の実施の形態を示したブロック図である。 従来のコンデンサマイクロホンの一例を示したブロック図である。 従来のコンデンサマイクロホンの他の例を示したブロック図である。

以下、この発明に係るコンデンサマイクロホンについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、第１の実施の形態をブロック図により示したものであり、これは２つのコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２を用いた例を示している。
そして、図１に示すコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２におけるそれぞれの振動板１ａ，１ｂは同一平面上に配置されている。

また、各固定極２ａ，２ｂにおける振動板に対峙する面には、それぞれエレクトレット誘電体膜４ａ，４ｂが備えられたバックエレクトレット方式が採用されている。
なお、前記エレクトレット誘電体膜を、振動板側に備えた膜エレクトレット方式を用いた場合においても、以下に説明する作用効果は同一である。

図１に示すように、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における振動板１ａは接地され、振動板１ａに対峙する固定極２ａは、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２における振動板１ｂに直結されている。
そして、この実施の形態における最終段を構成する第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２の固定極２ｂには、ＦＥＴを用いたインピーダンス変換器３が接続されており、前記インピーダンス変換器３の出力端子Ｏｕｔには、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２による音声信号が、それぞれ同位相で直列に加わった状態で出力される。

すなわち、図１に示す実施の形態は、すでに説明した図４に示した従来例に比較して、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２間のインピーダンス変換器３ａが削除され、その間が直結された状態にされている。
これは、直列接続される各コンデンサマイクロホンユニット間には、格別にインピーダンス変換器を備えなくても、各コンデンサマイクロホンユニットによる音声信号がそれぞれ同位相で直列に加わった状態で抽出可能であることを発明者において検証している。

そして、最終段を構成する第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２の固定極２ｂには、インピーダンス変換器３が接続されており、このインピーダンス変換器３は、外部回路への接続に際して、外部回路との整合をもたせるために必要となる。

なお図１に示した構成においては、前段のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における振動板１ａと固定極２ａとの間は、音声波に応じて端子間電圧が変化するコンデンサ素子と考えることができる。また後段のコンデンサマイクロホンユニットＵ２における振動板１ｂと固定極２ｂとの間も、同様に音声波に応じて端子間電圧が変化するコンデンサ素子と考えることができる。
そして、各コンデンサ素子が直列接続されることで、インピーダンス変換器３からは、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２による音声信号が、それぞれ同位相で直列に加わった状態で出力されるものと考えられる。

図２は、図１に示す第１の実施の形態の具体例を示した回路結線図であり、図２は特にインピーダンス変換器３の具体的な一例を示している。
このインピーダンス変換器３には、符号Ｑ１で示す能動素子として機能するｎチャンネル型ＦＥＴが搭載されており、このＦＥＴＱ１のゲート電極には第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２の固定極２ｂが接続されている。
そして、直流電源Ｖｃｃと接地点ＧＮＤとの間には電圧分割抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続され、これらの接続点と前記ゲート電極との間にはバイアス抵抗Ｒ３が接続され、前記ゲート電極に対して所定のバイアス電圧が供給されるように構成されている。

また前記ＦＥＴＱ１のドレイン電極には直流電源Ｖｃｃが供給され、ＦＥＴＱ１のソース電極と接地点ＧＮＤとの間には抵抗素子Ｒ４が接続されて、ＦＥＴＱ１のソース電極が出力端子Ｏｕｔになされている。すなわち図２に示すインピーダンス変換器３は、周知のソースフォロアー回路を構成している。
なお、図２に示すインピーダンス変換器３の構成は、図３において説明するインピーダンス変換器３として採用することができる。

図３は、第２の実施の形態をブロック図で示したものであり、これは３つのコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３を用いた例を示しており、これらのコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３におけるそれぞれの振動板１ａ〜１ｃは同一平面上に配置されている。そして、各固定極２ａ〜２ｃにおける振動板に対峙する面には、それぞれエレクトレット誘電体膜４ａ〜４ｃが備えられたバックエレクトレット方式が採用されている。

この図３に示す例においては、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における振動板１ａは接地され、振動板１ａに対峙する固定極２ａは、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における振動板１ｂに直結されている。
また、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２における固定極２ｂは、この実施の形態における最終段を構成する第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３の振動板１ｃに直結されている。

そして、第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３の固定極２ｃには、ＦＥＴを用いたインピーダンス変換器３が接続されており、前記インピーダンス変換器３の出力端子Ｏｕｔには、第１ないし第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３による音声信号が、それぞれ同位相で直列に加わった状態で出力される。

この図３に示す例においても、前記した図２に示した例と同様に、各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３における各振動板１ａ〜１ｃと、各固定極２ａ〜２ｃとの間は、音声波に応じて端子間電圧が変化するコンデンサ素子と考えることができる。
したがって、音声波に応じて端子間電圧が変化する３つのコンデンサ素子が直列接続されることで、最終段を構成する第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３に接続されたインピーダンス変換器３からは、第１ないし第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３による音声信号が、それぞれ同位相で直列に加わった状態で出力される。

以上の説明で明らかなとおり、この発明に係るコンデンサマイクロホンによると、各コンデンサマイクロホンユニット毎に例えばＦＥＴなどの能動素子によるインピーダンス変換器を備える従来のコンデンサマイクロホンに比較して、全体の回路構成を簡素化させたコンデンサマイクロホンを提供することができる。
これにより、前記した発明が解決しようとする課題の欄に記載した従来のコンデンサマイクロホンによる課題が解消され、前記した発明の効果の欄に記載したとおりの作用効果を得ることができる。

１ａ〜１ｃ 振動板
２ａ〜２ｃ 固定極
３ インピーダンス変換器
４ａ〜４ｃ エレクトレット誘電体膜
Ｕ１〜Ｕ３ コンデンサマイクロホンユニット
ＯＵＴ 出力端子

Claims (2)

1. 固定極に対峙して振動板が配置された複数のコンデンサマイクロホンユニットが具備され、各コンデンサマイクロホンユニットが直列に接続されることで、前記各コンデンサマイクロホンユニットによる音声信号が、同相で加算されて出力されるコンデンサマイクロホンであって、
   最終段を除く前段側のコンデンサマイクロホンユニットの少なくとも１つと、隣接する後段のコンデンサマイクロホンユニットの間を直結して接続することで、前記前段側の少なくとも１つのコンデンサマイクロホンユニットによる音声信号を前記隣接する後段のコンデンサマイクロホンユニットに伝達すると共に、最終段におけるコンデンサマイクロホンユニットには、能動素子（アクティブエレメント）を用いたインピーダンス変換器が接続され、前記各コンデンサマイクロホンユニットによる加算された音声信号が、最終段の前記能動素子を用いたインピーダンス変換器より出力されることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 前記各コンデンサマイクロホンユニットは、前記固定極もしくは振動板のいずれか一方に、エレクトレット誘電体膜を備えたエレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットであることを特徴とする請求項１に記載されたコンデンサマイクロホン。

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