JP6344814B2

JP6344814B2 - コンデンサマイクロホン

Info

Publication number: JP6344814B2
Application number: JP2014098703A
Authority: JP
Inventors: 潮人沖田
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: US9344810B2; JP2015216528A; US20150326980A1

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ると共に、直列接続したコンデンサマイクロホンユニットより、正負の音声信号を平衡出力するように構成し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、第１〜第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４が備えられ、これらのコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４は、いずれも固定極もしくは振動板の一方に、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を構成している。

そして、図４に示すコンデンサマイクロホンは、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るように構成され、また第３と第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ３，Ｕ４による音声信号も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は回路の基準電位点となるグランドラインに接続され、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。

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を構成する振動板１ｂに供給される。この振動板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、第２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加算された状態で出力される。
これにより、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。

一方、第３と第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ３，Ｕ４においても、第３のインピーダンス変換器３ｃ、第４のインピーダンス変換器３ｄを備え、第３と第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ３，Ｕ４による音声信号を同位相で加算するように動作し、この点においては前記した第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１，Ｕ２を含む動作と同様である。
ただし、第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３は、固定極２ｃがグランドラインに接続され、振動板１ｃが第３のインピーダンス変換器３ｃに接続されている。また第３のインピーダンス変換器３ｃの出力は、第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ４の固定極２ｄに供給され、その振動板１ｄは第４のインピーダンス変換器３ｄに接続されている。

したがって、前記第２のインピーダンス変換器３ｂの出力端子Ｏｕｔ（＋）と、第４のインピーダンス変換器３ｄの出力端子Ｏｕｔ（−）には、互いに逆位相の音声信号が平衡出力されることになる。

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ものとなる。

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も抱えることになる。

さらに、平衡となる正負の音声信号を得るためには、コンデンサマイクロホンユニットを正相側と逆相側の二系統に分割する必要があり、正相側と逆相側で同じ数のコンデンサマイクロホンユニットが必要となる。加えてコンデンサマイクロホンユニットが正相側と逆相側に二系統に分かれているために、複数段のインピーダンス変換器を含むそれぞれの信号伝送路の総合感度にずれが生じた場合には、正相側と逆相側のレベルがアンバランスになされたまま出力され、音声信号の品質の低下は免れない。

この発明は、従来のコンデンサマイクロホンの前記した問題点に着目してなされたものであり、各コンデンサマイクロホンユニット毎に備える能動素子によるインピーダンス変換器を削減して構成を簡素化させると共に、平衡出力となる正負の音声信号を、二系統の信号伝送路に分割することなく取り出すことが可能なコンデンサマイクロホンを提供することを課題とするものである。

この場合、直列接続される各コンデンサマイクロホンユニット間を直結して接続することで、前段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おり、この検証結果に基づいて、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の前記固定極と振動板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、直列接続された各コンデンサマイクロホンユニット間を直結して接続すると共に、直列接続された最初のコンデンサマイクロホンユニットおよび最後の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）を用いた第１および第２インピーダンス変換器がそれぞれ接続され、かつ、前記最初のコンデンサマイクロホンユニットおよび最後のコンデンサマイクロホンユニットの間に、他のコンデンサマイクロホンユニットの固定極と振動板が直列に接続されており、前記第１および第２インピーダンス変換器の各出力端子より、直列接続された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を平衡出力す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。

また、前記複数のコンデンサマイクロホンユニットは、奇数個備えることで構成することもできる。

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、直列接続された最初のコンデンサマイクロホンユニットおよび最後のコンデンサマイクロホンユニットに接続される第１と第２のインピーダンス変換器を除いて、他のコンデンサマイクロホンユニットの間は直結されることで、それぞれの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順次加算される。

そして、直列接続された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は、前記第１および第２のインピーダンス変換器によって、互いに逆相の音声信号として平衡出力される。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。

さらに、複数の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は、前記第１および第２のインピーダンス変換器によって、コンデンサマイクロホンユニットの直後において平衡出力されるので、前記インピーダンス変換器を含む後段の回路において、たとえ外来ノイズが重畳しても、前記平衡出力から音声信号を得る際に、外来ノイズ成分を効果的に相殺（キャンセル）することができる。したがって、コンデンサマイクロホンのＳ／Ｎの向上に貢献することができる。

そして、直列接続された最初のコンデンサマイクロホンユニットおよび最後のコンデンサマイクロホンユニットに接続される第１と第２のインピーダンス変換器より、それぞれ平衡となる正負の音声信号を引き出すように構成されるので、前記した従来例で示すように平衡となる正負の音声信号を得るために、二系統に分割した直列接続経路を備える必要はなく、奇数個を含む任意の数のコンデンサマイクロホンユニットを備えたコンデンサマイクロホンを実現することができる。

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。

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。
なお、以下に説明する各実施の形態においては、同一部分もしくは同一の機能を果たす部分を同一符号で示しており、したがってその詳細な説明は適宜省略する。

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、この実施の形態においては、第１〜第４のコンデンサマイクロホンユニットを直列接続して、第１と第４のコンデンサマイクロホンユニットから、互いに逆相の正負の音声信号を平衡出力させる例を示している。

そして、図１に示す第１〜第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４の各振動板１ａ〜１ｄは互いに同一平面上に配置されている。
また図１に示す実施の形態においては、第１〜第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４は、いずれも固定極２ａ〜２ｄにおける振動板に対峙する面には、エレクトレット誘電体膜４ａ〜４ｄ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の振動板１ａは、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２の固定極２ｂに接続され、第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ２の振動板１ｂは、第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３の固定極２ｃに接続されている。さらに第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３の振動板１ｃは、第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ４の固定極２ｄに接続されている。

すなわち、第１〜第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４は、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における固定極２ａと、第４のコンデンサマイクロホンユニットＵ４における振動板１ｄの間で、各コンデンサマイクロホンユニットの固定極と振動板が直列に直結された状態で接続されており、これにより各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４による音声信号が、同相で加算されるように作用する。

前記したように、直列接続される各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４の間には、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されることを発明者によって検証されている。

これは、各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４におけるそれぞれの振動板と固定極との間は、それぞれ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して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た場合と等価の作用により、各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４による音声信号が同位相で加算された状態で出力されるものと考えることができる。

前記各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４による音声信号の加算出力は、直列接続された最初のコンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極２ａと、直列接続された最後のコンデンサマイクロホンユニットＵ４の振動板１ｄとの間にもたらされる。
この場合、最初のコンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極２ａと、最後のコンデンサマイクロホンユニットＵ４の振動板１ｄには、互いに逆相となる電圧値が発生する。

すなわち、音声波を受けて各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４の振動板が共に同一方向に移動した時に、音声波に基づいて変動する各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４による端子間電圧が直列に加算される。
そして、直列接続された最初のコンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極２ａと、直列接続された最後のコンデンサマイクロホンユニットＵ４の振動板１ｄのそれぞれに、高い値の入力インピーダンスを有する第１のインピーダンス変換回路３ａおよび第２のインピーダンス変換回路３ｂがそれぞれ接続されることで、互いに逆相（正負）の電圧信号が、音声信号としてもたらされる。

したがって、前記した図１に示す構成によると、第１のインピーダンス変換回路３ａの出力端子Ｏｕｔ（＋）と、第２のインピーダンス変換回路３ｂの出力端子Ｏｕｔ（−）には、前記した各コンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４による加算された音声信号が平衡出力されることになる。

図２は、図１に示した第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は特に第１と第２のインピーダンス変換器３ａ，３ｂの具体的な一例を示している。
第１のインピーダンス変換器３ａには、符号Ｑ１ａ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ＦＥＴＱ１ａのゲート電極には第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極２ａが接続されている。
そして、直流電源ＶｃｃとグランドラインＧＮＤとの間には電圧分割抵抗Ｒ１ａ，Ｒ２ａ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Ｒ３ａ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ＦＥＴＱ１ａのドレイン電極には直流電源Ｖｃｃが供給され、ＦＥＴＱ１ａのソース電極とグランドラインＧＮＤとの間には抵抗素子（ソースフォロアー抵抗）Ｒ４ａが接続されて、ソース電極が正相の出力端子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３ａは、周知のソースフォロアー回路を構成している。
また、第２のインピーダンス変換器３ｂは、前記した第１のインピーダンス変換器３ａと同一の回路構成にされており、第１のインピーダンス変換器３ａにおける各回路素子の末尾の符号“ａ”を“ｂ”に代えて示しており、その詳細な説明は省略する。

前記した第１のインピーダンス変換器３ａの正相の出力端子Ｏｕｔ（＋）、および第２のインピーダンス変換器３ｂの逆相の出力端子Ｏｕｔ（−）から平衡出力される正負の音声信号は、図に示していないが、ミキサー回路などの外部機器に搭載された周知のファントム給電装置からの動作電流を受けるバッファ回路などに供給され、前記バッファ回路に接続される平衡シールドケーブルを介して、外部機器に供給されるように構成される。

なお、図２に示したインピーダンス変換器３ａ，３ｂの構成は、図３および図４において説明するインピーダンス変換器３ａ，３ｂ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を直列に接続した例を示しており、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る。

すでに説明した図１に示す構成が、４つのコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ４を直列に接続した例であるのに対して、この図３に示す構成は第４のコンデンサマイクロホンユニットが削除されている。
そして、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極２ａに、第１のインピーダンス変換器３ａが接続されると共に、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、第２のインピーダンス変換器３ｂが接続されている。

前記した構成によると、第１のコンデンサマイクロホンユニットＵ１における固定極２ａと、第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ３における振動板１ｃの間で、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、同相で加算されるように作用する。
そして、第１のインピーダンス変換回路３ａの出力端子Ｏｕｔ（＋）と、第２のインピーダンス変換回路３ｂの出力端子Ｏｕｔ（−）には、第１〜第３のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３による加算された正負の音声信号が平衡出力される。

この発明に係るコンデンサマイクロホンによると、奇数個のコンデンサマイクロホンユニットＵ１〜Ｕ３を用いて、これらの加算出力を正負の音声信号として平衡出力することができる。
すなわち、冒頭において説明したとおり、複数のコンデンサマイクロホンユニットを用いて感度を向上させると共に、正負の音声信号を平衡出力させるこの種のコンデンサマイクロホンにおいては、同じ数のコンデンサマイクロホンユニットを正相側と逆相側の二系統に分割する必要がある。
しかしながら、この発明を利用することで、前記した制約を無くすことができ、しかも平衡出力される正負の音声信号レベルを同一にすることができる。

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、第１と第２のインピーダンス変換器を除いて、各コンデンサマイクロホンマユニット間に備える能動素子を含むインピーダンス変換器を削減して構成を簡素化させることができる。
しかも、平衡となる正負の音声信号を二系統の信号伝送路に分割することなく取り出すことが可能であるなど、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〜１ｄ振動板
２ａ〜２ｄ固定極
３ａ，３ｂインピーダンス変換器
４ａ〜４ｄエレクトレット誘電体膜
Ｕ１〜Ｕ４コンデンサマイクロホンユニット
Ｏｕｔ（＋）正相出力端子
Ｏｕｔ（−）逆相出力端子

Claims

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の前記固定極と振動板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、
直列接続された各コンデンサマイクロホンユニット間を直結して接続すると共に、直列接続された最初のコンデンサマイクロホンユニットおよび最後の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）を用いた第１および第２インピーダンス変換器がそれぞれ接続され、
かつ、前記最初のコンデンサマイクロホンユニットおよび最後のコンデンサマイクロホンユニットの間に、他のコンデンサマイクロホンユニットの固定極と振動板が直列に接続されており、前記第１および第２インピーダンス変換器の各出力端子より、直列接続された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を平衡出力することを特徴とするコンデンサマイクロホン。
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。
前記複数のコンデンサマイクロホンユニットは奇数個備え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。