JPS58103291A - Capacitor type microphone - Google Patents

Capacitor type microphone

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JPS58103291A
JPS58103291A JP20276981A JP20276981A JPS58103291A JP S58103291 A JPS58103291 A JP S58103291A JP 20276981 A JP20276981 A JP 20276981A JP 20276981 A JP20276981 A JP 20276981A JP S58103291 A JPS58103291 A JP S58103291A
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Japan
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microphone
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cartridge
bias
fixed electrode
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Michio Matsumoto
松本 美治男
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • H04R19/04Microphones

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain high sensitivity, high S/N and high stability, by feeding back negatively and in terms of DC an output obtained on the basis of the change of the electrostatic capacitance between the vibrating film of a microphone cartridge and a fixed electrode between these film and electrode with superposition of the output on the reference DC bias voltage. CONSTITUTION:The absolute value of the electrostatic capacitance of a microphone cartridge 1'' is detected in real time by an electrostatic capacitance meter 2'' and then delivered to an output terminal 6'' from an output circuit 3'' via a capacitor 9. At the same time, this absolute value is fed to a bias control circuit 7 via a DC amplifier of the circuit 3'' to be superposed on the reference current bias voltage VREF and receives a DC amplification to be fed to a booster 8 and then applied as the bias of the cartridge 1''. This feedback system is formed so that the value is always set constant for the electrostatic capacity CM of the cartridge 1''. It is possible to extract the microphone output at any position of the feedback system and to attain the high sensitivity, high S/N and high stability.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はコンデンサ型マイクロホンに関するもので1.
特に振動膜の境界条件を一定として、高感度、高S/N
比を図ることができ、かつ高安定化を図ることができる
コンデンサ型マイクロホンを提供することを目的とする
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a condenser microphone.1.
Especially when the boundary conditions of the vibrating membrane are kept constant, high sensitivity and high S/N
It is an object of the present invention to provide a condenser type microphone that can improve the ratio and achieve high stability.

一般に、コンデンサ型マイクロホンは振動膜に加する必
要があり、そのバイアス電■゛の印加手法により直流バ
イアス方式と、交流バイアス方式に大別される。
In general, capacitor type microphones require a bias voltage to be applied to a diaphragm, and are broadly classified into a DC bias type and an AC bias type, depending on the method of applying a bias voltage.

第1図に直流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホン
の基本回路構成を示す。第1図において、1はマイクロ
ホンカートリッジ、CMはマイクロホンカートリッジ1
の振動膜と固定’t5fflFi間の静電容量、Eoは
バイアス供給端子6よりマイクロホンカートリッジ1の
振動膜と固定電極間に印加される直流バイアス電圧、2
は電界効果トランジスタなどを用いた高入力インピーダ
ンスのヘッドアンプ(インピーダンス変換器)で、カッ
プリングコンデンサ4を介してマイクロホンカートリッ
ジ1の出力が加えられる。3は出力回路、voは出力端
子6に取出されるマイクロホン出力、Rは制限抵抗であ
る。音波の入射によって生じた静電容量CMの変化は直
流バイアス電圧E。を印加することによってインピーダ
ンス変換器2を介して電圧の変化として検出される。第
2図は直流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホンに
使用したマイクロホンカートリッジを示しており、第2
図において、20は振動膜で、振動膜リング21に固定
されている。22は固定電極で、振動膜20との間に直
流バイアス電圧E。が印加されている。直流バイアス電
圧E0の印加により生じた静電力FEによって振動膜2
oは固定電極22側に吸引され、振動膜2oの張力によ
る、機椋力F、と均衡する位置までljxだけ変位する
。この時の静電力FE2機械力FMは、 FM=80−ΔX    ・・・・・・(2)ただし、
 ε0 :空気9誘電率 S  :振動膜20と固定電極22とで形成される静電
容量の有効面積 xo: E0=Ovの時の振動膜2oと固定電極22と
の空隙 So: 振動膜のスチフネス 又、変位量ΔXは、FE−FMより、x o> d x
として、 で与えられる。ところで、直流バイアス方式コンデンサ
型マイクロホンのS/Nを向上させるためには、ノイズ
成分はヘンドアンプ2によって制約されるため、通常、
直流バイアス電圧E0を太きぐしたり、振動膜と固定電
極間の空隙!。を狭くしたり、又、振動膜の張力を緩く
したりしてマイクロホンカートリッジの感度を向上させ
る手段が考えらねる。しかしながら、1式に示したよう
に静電吸引力FEは、上記いずれの手段をとることによ
っても急激に増加し、極端な場合はF E> F。
Figure 1 shows the basic circuit configuration of a DC bias type capacitor microphone. In FIG. 1, 1 is a microphone cartridge, and CM is a microphone cartridge 1.
Eo is the DC bias voltage applied between the diaphragm of the microphone cartridge 1 and the fixed electrode from the bias supply terminal 6, 2
is a high input impedance head amplifier (impedance converter) using a field effect transistor or the like, to which the output of the microphone cartridge 1 is applied via a coupling capacitor 4. 3 is an output circuit, vo is a microphone output taken out to the output terminal 6, and R is a limiting resistor. The change in capacitance CM caused by the incidence of sound waves is the DC bias voltage E. is detected as a change in voltage via the impedance converter 2. Figure 2 shows a microphone cartridge used in a DC bias type condenser microphone.
In the figure, 20 is a vibrating membrane, which is fixed to a vibrating membrane ring 21. 22 is a fixed electrode, and a DC bias voltage E is applied between it and the vibrating membrane 20. is applied. Vibration membrane 2 due to electrostatic force FE generated by application of DC bias voltage E0
o is attracted to the fixed electrode 22 side and is displaced by ljx to a position balanced with the mechanical force F due to the tension of the vibrating membrane 2o. At this time, the electrostatic force FE2 mechanical force FM is: FM=80-ΔX (2) However,
ε0: Air 9 permittivity S: Effective area of capacitance formed by the vibrating membrane 20 and fixed electrode 22xo: Gap between the vibrating membrane 2o and fixed electrode 22 when E0=Ov So: Stiffness of the vibrating membrane Also, the displacement amount ΔX is x o> d x from FE-FM.
As, is given by. By the way, in order to improve the S/N of a DC bias type condenser microphone, since the noise component is limited by the hand amplifier 2,
Increase the DC bias voltage E0, or reduce the gap between the vibrating membrane and the fixed electrode! . There is no way to improve the sensitivity of the microphone cartridge by narrowing the diaphragm or loosening the tension of the diaphragm. However, as shown in Equation 1, the electrostatic attractive force FE increases rapidly by taking either of the above measures, and in extreme cases, FE>F.

となり、振動膜が固定電極に吸着する。又、音波の入射
が無い状態でFE<FMであっても、音波の入射によっ
てF E > F Mとなり、吸着することもある。す
なわち、直流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホン
では、感度向上と安定度向上とは逆の関係にあり、高感
度で高安定度のものは得られていない。ちなみに、マイ
クロホンカートリッジの感度S。ns +安定度Mは次
式で与えられる。
As a result, the vibrating membrane is attracted to the fixed electrode. Further, even if FE<FM in a state where no sound waves are incident, FE>FM may occur due to the incidence of sound waves, and adsorption may occur. That is, in a DC bias type capacitor microphone, there is an inverse relationship between improved sensitivity and improved stability, and high sensitivity and high stability cannot be obtained. By the way, the sensitivity of the microphone cartridge is S. ns + stability M is given by the following equation.

In ただし、 !1:基準音圧に対する振動膜の実効変位・・・・・・
(6) 第3図は交流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホン
の基本回路構成を示す。第3図において、1′はマイク
ロホンカートリッジ、2′は静電容量計、3′は出力回
路である。静電容量計2′は水晶発振器などのQの高い
高周波発振器10.マイクロホンカートリッジ1′の静
電容量で定まる位相シフター11、位相検出器12、ロ
ーパスフィルター13から構成されている。このマイク
ロホンにおいて、高周波発振器10で発生した高周波は
2分割され、一方は直接9位相検出器12に送られ、他
方は位相シフター11で振動膜−同定電極間の静電容量
に対応して位相変調され、同様に位相検出器12に送ら
れ、両者の位相を比較しそのズレ分を出力としてローパ
スフィルター13に送られ高周波成分がdj波される。
In However,! 1: Effective displacement of the diaphragm against the reference sound pressure...
(6) Figure 3 shows the basic circuit configuration of an AC bias type condenser microphone. In FIG. 3, 1' is a microphone cartridge, 2' is a capacitance meter, and 3' is an output circuit. The capacitance meter 2' is a high frequency oscillator 10 with a high Q such as a crystal oscillator. It is composed of a phase shifter 11 determined by the capacitance of the microphone cartridge 1', a phase detector 12, and a low-pass filter 13. In this microphone, the high frequency generated by the high frequency oscillator 10 is divided into two parts, one of which is sent directly to the nine-phase detector 12, and the other is phase-modulated by the phase shifter 11 corresponding to the capacitance between the diaphragm and the identification electrode. Similarly, the signal is sent to the phase detector 12, the phases of the two are compared, and the difference is outputted and sent to the low-pass filter 13, where the high frequency component is converted into a dj wave.

この交流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホンの最
大の特長は非常にQの高い高周波発振器を用いることに
よって、棲めて高S/Nのマイクロホンができることで
ある。さらに、マイクロホンカートリッジ1′の静電容
量CMに比例した出力が得られるため、出力が直流成分
も含めて得られることである。又。
The greatest feature of this AC bias type capacitor type microphone is that by using a high frequency oscillator with a very high Q, a microphone with a high S/N ratio can be produced. Furthermore, since an output proportional to the capacitance CM of the microphone cartridge 1' can be obtained, the output can also include a DC component. or.

直流バイアス方式のように振動膜を固定電極間の吸着現
象は起きない。欠点としては、感度が高い分だけ静電容
量CMの初期値や振動膜の張力のバラツキがマイクロホ
ンの感度を大きく左右することである。
Unlike the DC bias method, the adhesion phenomenon between the fixed electrodes of the vibrating membrane does not occur. The disadvantage is that, because the sensitivity is high, variations in the initial value of the capacitance CM and the tension of the diaphragm greatly affect the sensitivity of the microphone.

このような従来の直流バイアス方式および交流バイアス
方式のコンデンサ型マイクロホンに共通する問題点につ
いて次に説明する。第4図は音波が完全剛壁に入射した
時の様子を示したものである。この場合の境界条件は、
音圧をP2粒子速度をUとすると、 P−最大 U=0 が成立している。通常の物体の場合は上記のような完全
反射ではなく、一部透過する。振動膜のように非常に薄
く軽く動くものは、その境界条件は複雑であり、一定で
ない。換言すると、境界条件が変化することによって、
音質など微妙なところに悪影響するものである。
Problems common to such conventional DC bias type and AC bias type capacitor microphones will be described below. Figure 4 shows what happens when a sound wave is incident on a completely rigid wall. The boundary condition in this case is
When the sound pressure is P2 and the particle velocity is U, the following holds true: P-maximum U=0. In the case of a normal object, the light is not completely reflected as described above, but is partially transmitted. For something that is extremely thin and moves lightly, such as a vibrating membrane, the boundary conditions are complex and not constant. In other words, by changing the boundary conditions,
This has a negative effect on subtle aspects such as sound quality.

本発明はこのような従来の欠点を解消するものであり、
マイクロホンカートリッジの振動膜と固定電極で形成さ
れる静電容量に対して基準直流バイアス電圧を加えると
共に、上記静電容量の変化を検出して出力を上記基準直
流バイアス電圧に重畳して上記振動膜と固定電極間に加
えるように構成したものである。かかる構成によれは、
振動膜と固定電極間の静電容量が音波の入射時にも変化
なく常に一定となるように負帰還をかけることができる
ため、振動膜の境界条件を一定として、高感度、高S/
N化、高安定化を図ることができる利点を有するもので
ある。
The present invention solves these conventional drawbacks,
A reference DC bias voltage is applied to the capacitance formed by the diaphragm and fixed electrode of the microphone cartridge, and changes in the capacitance are detected and the output is superimposed on the reference DC bias voltage to remove the diaphragm from the diaphragm. It is configured to be applied between the fixed electrode and the fixed electrode. Depending on such configuration,
Since negative feedback can be applied so that the capacitance between the diaphragm and the fixed electrode remains constant even when a sound wave is incident, high sensitivity and high S/
This has the advantage of being able to achieve nitrogen conversion and high stability.

以下、本発明のコンデンサ型マイクロホンの実施例につ
いて説明する。第6図は本発明の一実施例を示しており
、第6図において、1“はマイクロホンカートリッジ、
2“は静電容量計、′7:′は出力回路、7はバイアス
制御回路、8は昇圧器である。
Examples of the condenser microphone of the present invention will be described below. FIG. 6 shows an embodiment of the present invention, and in FIG. 6, 1" is a microphone cartridge;
2" is a capacitance meter, '7:' is an output circuit, 7 is a bias control circuit, and 8 is a booster.

マイクロホンカートリッジ1”の静電容量の絶対値は静
電容量計2“で実時間で検出され、出力回路3”より出
力端子6“にコンデンサ9を介して出力される。一方、
出力回路3“の直流@ rtl器を介して、バイアス制
御回路7に送られ、そこで、基準直流バイアス電圧vR
EFと重畳されて直流増量され、昇圧器8に送られ、マ
イクロホンカートリッジ1“のバイアスとして印加され
る。このフィードバック系は、マイクロホンカートリッ
ジ1“の静電容量Cb4の値がいつも一定になるように
構成されている。マイクロホン出力は、このフィードバ
ック系のどの位置から取出しても良い。音波が無い時の
静電容量CMに対するバイアス電圧は第6図に示すよう
に昇圧器8の最大電圧の%の位置になるように基準直流
バイアス電圧vREFで調整する。
The absolute value of the capacitance of the microphone cartridge 1'' is detected in real time by a capacitance meter 2'', and is output from an output circuit 3'' to an output terminal 6'' via a capacitor 9. on the other hand,
It is sent to the bias control circuit 7 via the DC@rtl device of the output circuit 3'', where the reference DC bias voltage vR
The DC current is increased by being superimposed on EF, sent to the booster 8, and applied as a bias to the microphone cartridge 1''.This feedback system is designed to keep the value of the capacitance Cb4 of the microphone cartridge 1'' constant at all times. It is configured. The microphone output may be taken out from any position in this feedback system. The bias voltage for the capacitance CM when there is no sound wave is adjusted by the reference DC bias voltage vREF so that it is at a position of % of the maximum voltage of the booster 8, as shown in FIG.

以−トのように本発明によれば、マイクロホンカートリ
ッジを構成する振動膜と固定電極間に基準直流バイアス
電圧に重畳して上記振動膜と固定電極間の静電容量の変
化にもとづく出力を直流的に負帰還するように構成した
ので、上記静電容量の直流的な動作点が常に一定とする
ことができ、振動膜の境界条件を一定と、して高感度、
高S/N化を図ると共に高安定化を図ることができる利
点を有するものである。
As described above, according to the present invention, the output based on the change in capacitance between the diaphragm and the fixed electrode is superimposed on the reference DC bias voltage between the diaphragm and the fixed electrode constituting the microphone cartridge. Since the structure is configured to provide negative feedback, the DC operating point of the capacitance can be kept constant at all times, and the boundary conditions of the diaphragm can be kept constant to achieve high sensitivity.
This has the advantage of achieving high S/N and high stability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は直流バイアス方式のコンデンサ型マイクロホン
の基本構成図、第2図はその要部の拡大断面図、第3図
は交流/;イアス方式のコンデンサ型マイクロホンの基
本構成図、第4図は理想的な完全剛体に音波が入射した
時の様子を示す図、第5図は本発明のコンデンサ型マイ
クロホンの一実施例を示す構成図、第6図は同コンデン
サ型マイクロホンの音圧対75イアス電圧の関係を示−
1図である。 1”・・・・・・マイクロホンカートリッジ、2“・・
・・・・・・静電容量計、3”・・・・・・出力回路、
7・・・・・・・バイアス制御回路、8・・・・・・昇
任器、9・・・・・・カップリングコンデンサ、R・・
・・・・/;イアス抵抗。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第3図 2′ 第2図 第4図
Figure 1 is a basic configuration diagram of a DC bias type condenser microphone, Figure 2 is an enlarged cross-sectional view of its main parts, Figure 3 is a basic configuration diagram of an AC/IAS type condenser type microphone, and Figure 4 is a diagram of the basic configuration of a DC bias type condenser type microphone. A diagram showing what happens when a sound wave is incident on an ideal perfectly rigid body. Figure 5 is a configuration diagram showing an embodiment of the condenser type microphone of the present invention. Figure 6 is a diagram showing the sound pressure vs. 75 ias of the condenser type microphone. Shows the relationship between voltages.
Figure 1. 1"...Microphone cartridge, 2"...
...Capacitance meter, 3" ...Output circuit,
7...Bias control circuit, 8...Elevator, 9...Coupling capacitor, R...
・・・/;Ias resistance. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 3 Figure 2' Figure 2 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] マイクロホンカートリッジを構成する振動膜と固定電極
で形成される静電容量の変化を検出し、マイクロホン出
力として取出すように構成すると共に、−ト記マイクロ
ホン出力を基準直流バイアス電圧に重畳して上記振動膜
と固定電極間に負帰還するように構成して々るコンデン
サ型マイクロホン0
The structure is configured to detect changes in capacitance formed by a diaphragm and a fixed electrode that constitute a microphone cartridge, and extract it as a microphone output. A capacitor-type microphone configured to provide negative feedback between the fixed electrode and the fixed electrode.
JP20276981A 1981-12-15 1981-12-15 Capacitor type microphone Granted JPS58103291A (en)

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JP20276981A JPS58103291A (en) 1981-12-15 1981-12-15 Capacitor type microphone

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JP4440121B2 (en) 2005-01-06 2010-03-24 Necエレクトロニクス株式会社 Voltage supply circuit and microphone unit

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