JP6564700B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

この発明は、電子管（真空管）をインピーダンス変換回路に用いたコンデンサマイクロホンに関し、特に複数のコンデンサマイクロホンユニットの出力を加算することで、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。
すなわち、固定極に対向して振動板が配置された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、出力インピーダンスがきわめて高いために、インピーダンス変換回路を介して音声信号を取り出すように構成される。

このコンデンサマイクロホンには、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、あるいは電子管（真空管）によるインピーダンス変換回路が用いられ、特にスタジオ集音用などのコンデンサマイクロホンには、音質を向上させるために電子管をインピーダンス変換回路に用いた製品が提供されている。

前記した電子管をインピーダンス変換回路に用いたコンデンサマイクロホンについて、本件出願人よりいくつか提案がなされており、その一つが特許文献１に開示されている。
一方、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も、本件出願人はすでに提案をしており、これは特許文献２に開示されている。

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インピーダンス変換回路を示している。
図４において破線で囲まれたＵ１は、コンデンサマイクロホンユニットを等価的に表したものであり、このコンデンサマイクロホンユニットＵ１は、音声電圧を発生する電圧発生源Ｅ１と、対向する振動板および固定極により形成されるコンデンサＣ１が含まれる。
前記コンデンサマイクロホンユニットＵ１の一方の端子は、第１電子管（三極管）Ｔ１のグリッドに接続され、他方の端子は回路の基準電位点であるグランドＧＮＤに接続されている。

前記第１電子管Ｔ１のプレートは、抵抗Ｒ１を介して直流動作電源＋Ｂに接続されている。またカソードには複数のダイオードＤ３が順方向に直列接続されており、このダイオードＤ３と並列にバイパスコンデンサＣ３が接続されている。すなわち、前記ダイオードＤ３が電圧降下素子として機能し、これに並列接続されたバイパスコンデンサＣ３とにより、前記第１の電子管Ｔ１の自己バイアス生成回路が構成されている。
そして、前記ダイオードＤ３のカソード側は、第２電子管（三極管）Ｔ２のプレートに接続されている。なおこの例においては、第１と第２の電子管Ｔ１，Ｔ２には、複合管（双三極管）が利用されている。

前記第１電子管Ｔ１のグリッドと、前記ダイオードＤ３のカソード側との間には、直列に接続された複数のダイオードＤ１と、直列に接続された複数のダイオードＤ２が互いに逆並列に接続されている。
前記ダイオードＤ１とダイオードＤ２の逆並列回路は、電子管Ｔ１の自己バイアス生成回路を構成するダイオードＤ３のカソード電圧Ｖｃと、電子管Ｔ１のグリッド電圧Ｖｇとが等しくなるように、グリッド電圧Ｖｇの変動を収束させる作用をもたらす。これにより、電子管Ｔ１の自己バイアス回路による安定したバイアス電圧Ｖｃが電子管Ｔ１のグリッド電極に与えられる。

一方、前記第２電子管Ｔ２のカソードはグランドＧＮＤに接続されており、電子管Ｔ２のグリッドは抵抗Ｒ２によってカソード（グランド）に接続されている。すなわち、第２電子管Ｔ２のグリッドとカソードは、ほぼ同電位に保たれ、一定のプレート電流が流れる。これにより、第２電子管Ｔ２は第１電子管Ｔ１の定電流負荷となる。

なお、図４に示す例においては、第１電子管Ｔ１のカソードがインピーダンス変換された音声信号出力端子ＯＵＴを構成している。そして、第１電子管Ｔ１のプレートと直流動作電源＋Ｂとの間には小さな値の抵抗Ｒ１が接続されており、これにより、第１電子管Ｔ１は実質的にカソードフォロワ（プレート接地）によるインピーダンス変換回路を構成している。

そして、第１電子管Ｔ１のプレートと、第２電子管Ｔ２のグリッドとの間に、コンデンサＣ４が接続されており、前記した小さな値の抵抗Ｒ１によって発生する音声電圧がコンデンサＣ４を介して、第２電子管Ｔ２のグリッドに加えられる。これにより、音声出力の歪みを改善することに寄与している。

特許第４２２７６７９号公報 特許第５２０１５９８号公報

ところで、特許文献１に開示された図４に示すインピーダンス変換回路を用い、特許文献２に開示されように、例えば２つのコンデンサマイクロホンユニットの出力を加算して出力感度を向上させようとした場合には、コンデンサマイクロホンユニット毎に、それぞれ２つの電子管（三極管）が必要となる。
したがって、マイクロホンケース内にこれらの各電子管を収容するスペースが必要となり、コンデンサマイクロホンの全体が大型化するという不都合が生ずる。

この発明は、特許文献１に開示された図４に示すインピーダンス変換回路の基本構成を利用すると共に、各コンデンサマイクロホンユニットによる出力の加算回路を構成することで、電子管（三極管）の数を半減させようとするものである。
加えて、電子管の数を半減させたインピーダンス変換回路の構成を用いて、マイクロホン出力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を提供することを課題とするものである。

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の第１の形態は、プレートに直流動作電源が供給され、カソードに出力端子を備えたプレート接地型の第１電子管と、前記第１電子管のカソードに接続されて、カソード電流による電圧降下により前記第１電子管のグリッドバイアス電圧を生成する電圧降下素子を含む自己バイアス生成回路と、プレートに前記第１電子管および前記自己バイアス生成回路の直列回路を負荷回路として接続したカソード接地型の第２電子管とが備えられ、前記第１電子管のグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットからの正相出力が供給され、前記第２電子管のグリッドに、第２コンデンサマイクロホンユニットからの逆相出力が供給されて、前記第１電子管におけるカソードの出力端子に、第１コンデンサマイクロホンユニットによる信号と第２コンデンサマイクロホンユニットによる信号との加算信号を導出するように構成される。

また、この発明に係るコンデンサマイクロホンの第２の形態は、プレートに直流動作電源が供給され、カソードに出力端子を備えたプレート接地型の第１電子管と、前記第１電子管のカソードに接続されて、カソード電流による電圧降下により前記第１電子管のグリッドバイアス電圧を生成する電圧降下素子を含む自己バイアス生成回路と、プレートに前記第１電子管および前記自己バイアス生成回路の直列回路を負荷回路として接続したカソード接地型の第２電子管との組み合わせが二組具備され、第一組における第１電子管のグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットからの正相出力が供給されると共に、第一組における第２電子管のグリッドに、第２コンデンサマイクロホンユニットからの逆相出力が供給され、第二組における第１電子管のグリッドに、第３コンデンサマイクロホンユニットからの逆相出力が供給されると共に、第二組における第２電子管のグリッドに、第４コンデンサマイクロホンユニットからの正相出力が供給され、前記第一組における第１電子管のカソードの出力端子と、前記第二組における第１電子管のカソードの出力端子との間に、マイクロホンの平衡出力信号を導出するように構成される。

この場合、前記自己バイアス生成回路を構成する電圧降下素子として好ましくはダイオードが用いられ、当該ダイオードにバイパスコンデンサを並列に接続した構成を好適に採用することができる。
そして、前記第１電子管と第２電子管は、双三極電子管により構成されていることが望ましい。

一方、前記各コンデンサマイクロホンユニットの振動板が、音源からの距離が等距離となるように同一平面上に配置されていることが望ましく、好ましい形態においては、前記各コンデンサマイクロホンユニットは、ともに固定極にエレクトレット誘電体膜を有するバックエレクトレット型が採用される。

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、プレート接地型の第１電子管と、カソード接地型の第２電子管とが、相互に負荷回路を構成するようにして直列接続される。そして各電子管のグリッドに、それぞれのコンデンサマイクロホンユニットからの信号を互いに逆相の関係となるように供給することで、各コンデンサマイクロホンユニットからの加算信号を、第１電子管のカソードよりインピーダンス変換した状態で導出させることができる。

また、前記したプレート接地型の第１電子管とカソード接地型の第２電子管との直列接続した組を二組備え、各電子管のグリッドに加える第１〜第４のコンデンサマイクロホンユニットからの信号の位相を特定な関係に設定することで、第１組の第１電子管のカソードと、第２組の第１電子管のカソードとの間で、コンデンサマイクロホンの平衡出力信号を導出させることができる。

それ故、図４に示した従来の電子管によるインピーダンス変換回路を利用した構成に比較すると、半分の数の電子管により、コンデンサマイクロホンの各出力を加算した状態で、信号出力させることができる。
これにより、特許文献２に開示されたように、各コンデンサマイクロホンユニットの出力を加算して出力感度を向上させたコンデンサマイクロホンを容易に実現させることが可能となる。

加えて、前記したように出力感度を向上させたコンデンサマイクロホンの平衡出力信号を導出させる構成を採用する場合には、２本の双三極管を備えることで構築することができるなど、より小型のコンデンサマイクロホンを提供することに寄与できる。

この発明に係るコンデンサマイクロホンの第１の形態を示した回路構成図である。 図１に示す回路構成における周波数応答特性図である。 この発明に係るコンデンサマイクロホンの第２の形態を示した回路構成図である。 従来のコンデンサマイクロホンにおけるインピ−ダンス変換回路の一例を示した回路構成図である。

この発明に係るコンデンサマイクロホンについて、図１〜図３に基づいて説明する。
図１は、コンデンサマイクロホンの第１の形態を示した回路構成図であり、この図１に示した回路構成図は、第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１と、第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２からの出力がインピーダンス変換されると共に、両者の信号が加算されて出力される機能を果たす。
なお図１においては、すでに説明した図４に示した各部と同一の機能を果たす部分に、同一の符号を付けて示しており、したがってその詳細な説明は適宜省略する。

第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１は、音声電圧を発生する電圧発生源Ｅ１と、対向する振動板および固定極により形成されるコンデンサＣ１より構成される。また第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２についても同様に、音声電圧を発生する電圧発生源Ｅ２と、対向する振動板および固定極により形成されるコンデンサＣ２より構成される。
なお、これらのコンデンサマイクロホンユニットＵ１およびＵ２における各振動板は、音源からの距離が等距離となるように同一平面上に配置されており、また各固定極にエレクトレット誘電体膜をそれぞれ配置したバックエレクトレット型が採用されている。

そして、図１に示す例においては、第１電子管Ｔ１のグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１からの正相出力が供給され、第２電子管Ｔ２のグリッドに、第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２からの逆相出力が供給される。
すなわち、この例では第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極が第１電子管Ｔ１のグリッドに接続されると共に、振動板に成膜された電極がグランドＧＮＤに接続される。また第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２の振動板に成膜された電極が第２電子管Ｔ２のグリッドに接続されると共に、固定極がグランドＧＮＤに接続される。

前記第１電子管Ｔ１は、プレートに直流動作電源＋Ｂが供給され、カソードに音声信号出力端子ＯＵＴ（以下、単に出力端子ＯＵＴと記載する）を備えたプレート接地型を構成しており、そのカソードには図４に示した例と同様に、電圧降下素子として機能する複数のダイオードＤ３と、バイパスコンデンサＣ３とによる自己バイアス生成回路が接続されている。
そして、第１電子管Ｔ１のグリッドと、前記ダイオードＤ３のカソード側との間には、直列に接続された複数のダイオードＤ１と、直列に接続された複数のダイオードＤ２が互いに逆並列に接続され、これにより電子管Ｔ１のグリッドに加わるバイアス電圧を安定化させており、これは図４に示した例と同様である。

第２電子管Ｔ２は、プレートに前記第１電子管および前記自己バイアス生成回路の直列回路を接続し、カソードがグランドＧＮＤに直結されたカソード接地型を構成している。
そして、第２電子管Ｔ２のグリッドとカソード（グランド）との間には、抵抗Ｒ３が接続されており、これにより第２電子管Ｔ２のグリッドとカソードはほぼ同電位に保たれる。
なお、第２電子管Ｔ２には、前記した第１電子管Ｔ１の自己バイアス生成回路により得られるバイアス電圧により定められたプレート電流が、動作電流として供給される。すなわち、第２電子管Ｔ２のプレート電流は、第１電子管Ｔ１に加わるグリッドバイアスに依存して決められる。

以上のように、第１電子管Ｔ１および前記自己バイアス生成回路の直列回路は、カソード接地型を構成する第２電子管Ｔ２の負荷として作用すると共に、前記自己バイアス生成回路と第２電子管Ｔ２の直列回路は、プレート接地型を構成する前記第１電子管Ｔ１の負荷として作用する。

図１に示す構成によると、第１電子管Ｔ１のグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１からの正相出力が供給されるので、第１電子管Ｔ１のカソードに設けられた出力端子ＯＵＴには、同様の正相出力がインピーダンス変換されて現れる。

一方、第２電子管Ｔ２のグリッドには、第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２からの逆相出力が供給され、第２電子管Ｔ２は前記逆相出力を受けて、そのプレート側における吸い込み電流が制御される。これにより、第２電子管Ｔ２のプレートには、第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２からの逆相出力が反転されて現れ、これは前記したバイパスコンデンサＣ３を介して出力端子ＯＵＴに送られる。

したがって、前記出力端子ＯＵＴには第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１による信号と第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２による信号とが、インピーダンス変換されると共に、両者が加算されて出力されることになる。
したがって、図１に示す構成によると、第１と第２のコンデンサマイクロホンユニットＵ１とＵ２の出力が加算されるので、出力感度を向上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。

図２は、図１に示す回路構成の周波数応答特性を示すものであり、符号ｅは第１電子管Ｔ１のグリッドに供給される第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１からの入力レベルｅｉｎ１、および第２電子管Ｔ２のグリットに供給される第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２からの入力レベルｅｉｎ２を示している。
また、符号ｆは前記した出力端子ＯＵＴに現れる信号出力レベルを示している。この周波数応答特性に示されたように、符号ｅに示すレベルに対して、符号ｆで示すレベルは、約５ｄＢ程度上昇している。
これは、前記した入力レベルｅｉｎ１とｅｉｎ２が、図１に示す回路構成によって加算されて出力されていることを示している。

図３は、図１に示した回路構成を二組用意して、ホット側出力端子およびコールド側出力端子に、マイクロホンの平衡出力信号が導出できるように構成した例を示している。
すなわち、図３に示す上半部（第一組Ｓ１）と下半部（第二組Ｓ２）の回路構成は、それぞれ図１に示した回路構成と同一であり、その作用も図１に基づく説明と同一となる。
したがって、図３に示す上半部（第一組Ｓ１）における各部には、図１に示した各符号に対して下１桁目に符号“ａ”を付加して記載し、下半部（第二組Ｓ２）における各部には、図１に示した各符号に対して下１桁目に符号“ｂ”を付加して記載している。

そして、第一組Ｓ１における第１電子管Ｔ１ａのグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１からの正相出力が供給されると共に、第一組Ｓ１における第２電子管Ｔ２ａのグリッドに、第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２からの逆相出力が供給される。さらに、第二組Ｓ２における第１電子管Ｔ１ｂのグリッドに、第３コンデンサマイクロホンユニットＵ３からの逆相出力が供給されると共に、第二組Ｓ２における第２電子管Ｔ２ｂのグリッドに、第４コンデンサマイクロホンユニットＵ４からの正相出力が供給される。

すなわち図３に示す例では、第一組Ｓ１における第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１の固定極２ａが第１電子管Ｔ１ａのグリッドに接続されると共に、振動板１ａに成膜された電極がグランドＧＮＤに接続される。また第一組Ｓ１における第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２の振動板１ｂに成膜された電極が第２電子管Ｔ２ａのグリッドに接続されると共に、固定極２ｂがグランドＧＮＤに接続される。

さらに、第二組Ｓ２における第３コンデンサマイクロホンユニットＵ３の振動板１ｃに成膜された電極が第１電子管Ｔ１ｂのグリッドに接続されると共に、固定極２ｃがグランドＧＮＤに接続される。また第二組Ｓ２における第４コンデンサマイクロホンユニットＵ４の固定極２ｄが第２電子管Ｔ２ｂのグリッドに接続されると共に、振動板１ｄに成膜された電極がグランドＧＮＤに接続される。

なお、図３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における各振動板１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、音源からの距離が等距離となるように同一平面上に配置されており、また各固定極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにエレクトレット誘電体膜をそれぞれ配置したバックエレクトレット型が採用されている。

前記した図３に示す構成によると、図１に基づいて説明した作用と同様にして、第一組Ｓ１の出力端子ＯＵＴ１には、第１コンデンサマイクロホンユニットＵ１による信号と第２コンデンサマイクロホンユニットＵ２による信号とが、インピーダンス変換されると共に、両者が加算されて出力される。

同様に第二組Ｓ２の出力端子ＯＵＴ２には、第３コンデンサマイクロホンユニットＵ３による信号と第４コンデンサマイクロホンユニットＵ４による信号とが、インピーダンス変換されると共に、両者が加算されて出力される。

そして、出力端子ＯＵＴ１とＯＵＴ２には、互いに逆相の信号がもたらされることになり、ホット側出力とコールド側出力として平衡出力される。
したがって、図３に示す構成によると、各コンデンサマイクロホンユニットの出力を加算して出力感度を向上させることができると共に、マイクロホン出力を平衡出力信号に変換するための出力トランスを用いることなく、平衡出力信号を導出させるコンデンサマイクロホンを提供することが可能となる。

Ｕ１〜Ｕ４ コンデンサマイクロホンユニット
１ａ〜１ｄ 振動板
２ａ〜２ｄ 固定極
Ｅ１，Ｅ２ 電圧発生源
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３ ダイオード
Ｔ１，Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ 第１電子管
Ｔ２，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ 第２電子管
Ｃ３，Ｃ３ａ，Ｃ３ｂ バイパスコンデンサ
Ｒ３，Ｒ３ａ，Ｒ３ｂ 抵抗
ＯＵＴ，ＯＵＴ１，ＯＵＴ２ 出力端子
＋Ｂ 直流動作電源
ＧＮＤ グランド端子
Ｓ１ 第一組
Ｓ２ 第二組

Claims (6)

1. プレートに直流動作電源が供給され、カソードに出力端子を備えたプレート接地型の第１電子管と、
   前記第１電子管のカソードに接続されて、カソード電流による電圧降下により前記第１電子管のグリッドバイアス電圧を生成する電圧降下素子を含む自己バイアス生成回路と、 プレートに前記第１電子管および前記自己バイアス生成回路の直列回路を負荷回路として接続したカソード接地型の第２電子管とが備えられ、
   前記第１電子管のグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットからの正相出力が供給され、前記第２電子管のグリッドに、第２コンデンサマイクロホンユニットからの逆相出力が供給されて、前記第１電子管におけるカソードの出力端子に、第１コンデンサマイクロホンユニットによる信号と第２コンデンサマイクロホンユニットによる信号との加算信号を導出することを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. プレートに直流動作電源が供給され、カソードに出力端子を備えたプレート接地型の第１電子管と、
   前記第１電子管のカソードに接続されて、カソード電流による電圧降下により前記第１電子管のグリッドバイアス電圧を生成する電圧降下素子を含む自己バイアス生成回路と、 プレートに前記第１電子管および前記自己バイアス生成回路の直列回路を負荷回路として接続したカソード接地型の第２電子管との組み合わせが二組具備され、
   第一組における第１電子管のグリッドに、第１コンデンサマイクロホンユニットからの正相出力が供給されると共に、第一組における第２電子管のグリッドに、第２コンデンサマイクロホンユニットからの逆相出力が供給され、
   第二組における第１電子管のグリッドに、第３コンデンサマイクロホンユニットからの逆相出力が供給されると共に、第二組における第２電子管のグリッドに、第４コンデンサマイクロホンユニットからの正相出力が供給され、
   前記第一組における第１電子管のカソードの出力端子と、前記第二組における第１電子管のカソードの出力端子との間に、マイクロホンの平衡出力信号を導出することを特徴とするコンデンサマイクロホン。
3. 前記自己バイアス生成回路を構成する電圧降下素子としてダイオードが用いられ、当該ダイオードにバイパスコンデンサを並列に接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記第１電子管と第２電子管は、双三極電子管により構成していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコンデンサマイクロホン。
5. 前記各コンデンサマイクロホンユニットの振動板が、音源からの距離が等距離となるように同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコンデンサマイクロホン。
6. 前記各コンデンサマイクロホンユニットは、ともに固定極にエレクトレット誘電体膜を有するバックエレクトレット型を構成していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のコンデンサマイクロホン。

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