KR100502171B1 - 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저전압의 외부 바이어스를 인가할 수 있도록 된 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 마이크로폰은 다이어프램과 백 플레이트가 스페이서를 사이에 두고 마주하면서 공간을 형성하고 있고, 음압에 따라 상기 다이어프램이 진동하면 상기 다이어프램과 상기 백플레이트 사이의 변동신호를 회로소자가 외부로 전달하도록 된 콘덴서 마이크로폰에 있어서, 다이어프램은 박막의 양면에 증착된 금속막으로 되어 저전압의 바이어스 전압이 인가되고, 백플레이트는 금속판으로 되어 있으며, 회로소자는 신호입력단자가 상기 백플레이트와 접속되고, 출력단자와 접지단자를 통해 외부로 연결되는 증폭기로 이루어진다.

따라서 본 발명의 마이크로폰은 구성이 간단하기 때문에 생산단가가 낮고, 고온특성이 양호하여 표면실장기술(SMD)을 적용할 수 있으며, 외부 환경의 변화에 강한 잇점이 있다. 특히, 종래의 콘덴서 마이크로폰에 비해 저전압으로 구동할 수 있으므로 회로설계가 용이하다.

Description

저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰 { An external bias type condenser microphone}

본 발명은 소리(sound)를 전기적인 신호로 변환하기 위한 콘덴서 마이크로폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저전압의 외부 바이어스를 인가할 수 있도록 된 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로폰은 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하는 방식에 따라 탄소입자의 전기적 저항 특성을 이용한 카본형과, 로셀염(rochelle salt)의 압전기 효과를 이용하는 결정형, 코일이 장착된 진동판을 자기장 속에 진동시켜 유도전류를 발생시키는 가동 코일형, 자기장 내에 장치된 금속막이 음파를 받아 진동하면 유도전류가 발생하는 것을 이용하는 속도형(velocity microphone), 음파에 의한 막의 진동으로 정전용량이 변하는 것을 이용한 콘덴서형 등으로 구분된다.

전형적인 콘덴서형 마이크로폰은 전압 바이어스 요소와, 음압(sound pressure)에 대응하여 변화하는 커패시터(C)를 형성하는 다이어프램/백플레이트 쌍, 그리고 출력신호를 버퍼링하기 위한 전계 효과 트랜지스터(JFET)로 이루어진다.

이러한 종래의 콘덴서 마이크로폰은 도 1에 도시된 바와 같이, 음향부(acoustic part)와 PCB 회로부(circuit part)로 구분되어 하나의 케이스(housing:108)에 의해 일체로 조립되어 있는데, 음향부는 스페이서(spacer: 105)를 사이에 두고 다이어프램(Diaphragm: 106)과 백 플레이트(Back plate: 104)가 마주하고 있고, 다이어프램(106)은 폴라링(107)을 통해 음공(109)이 형성된 케이스(108)측에 지지되며, 백플레이트(104)는 기구물(103)에 의해 PCB 기판(101)상에 지지되어 있다. 그리고 PCB 기판상(101)에는 JFET(102)가 실장되어 있다. 여기서, 다이어프램(106)과 백플레이트(104)는 금속판으로 되어 있다.

이와 같은 콘덴서 마이크로폰의 동작을 살펴보면, 음공(109)을 통해 유입된 음압이 다이어프램(106)에 가해지면 다이어프램(106)이 진동하면서 백 플레이트(104)와의 간격이 변하게 된다. 그리고 음압에 의해 간격이 변하게 되면 다이어프램(106)과 백 플레이트(104)에 의해 형성된 정전용량이 변화되어 음파에 따른 전기적인 신호(전압)의 변화를 얻을 수 있고, 이 신호가 JFET(102)를 거쳐 외부로 전달된다. 즉, 다이어프램(106)과 백 플레이트(104)에 의해 형성된 전체 전하량(Q)는 다음 수학식 1과 같이 정의되고, 정전용량(C)은 다음 수학식 2와 같이 정의되는데, 전체 전하량(Q)이 일정할 경우 용량(C)과 전압(V)은 서로 반비례하는 관계를 갖기 때문에 음압에 의해 거리(d)가 변함으로써 정전용량이 변화되면 그에 따라 전압의 변화를 초래하게 된다.

그런데 이러한 종래의 콘덴서 마이크로폰은 백 플레이트와 다이어프램이 금속판으로 되어 있기 때문에 바이어싱(biasing)을 위해서 수십볼트에 이르는 고압이 요구되어 사용하기 불편한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다이어프램을 유기 혹은 무기 박막의 양면에 금속을 스퍼터로 증착한 막으로 하고, 증폭기를 내장하여 저전압으로 동작할 수 있는 콘덴서 마이크로폰을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 마이크로폰은, 다이어프램과 백플레이트가 스페이서를 사이에 두고 마주하면서 공간을 형성하고 있고, 음압에 따라 상기 다이어프램이 진동하면 상기 다이어프램과 상기 백플레이트 사이의 변동신호를 회로소자가 외부로 전달하도록 된 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

상기 다이어프램은 박막의 양면에 증착된 금속막으로 되어 저전압의 바이어스 전압이 인가되고, 상기 백플레이트는 금속판으로 되어 있으며, 상기 회로소자는 신호입력단자가 상기 백플레이트와 접속되고, 출력단자와 접지단자를 통해 외부로 연결되는 증폭기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 요부 단면을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 회로도이다.

본 발명의 콘덴서 마이크로폰(300)은 음향부와 회로부로 이루어지는데, 음향부는 다이어프램으로 금속판 대신 양면을 금으로 스퍼터링한 유기재료 혹은 무기재료의 다이어프램을 사용하고, 회로부에서는 JFET 대신에 증폭기(Built-in-Gain: 도 3의 310)를 사용한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 콘덴서 마이크로폰 음향부(200)는 다이어프램(220)과 백 플레이트(210)가 스페이서(230)를 사이에 두고 서로 마주하고 있는데, 다이어프램(220)은 유기 혹은 무기물의 박막(222)에 양면으로 금속(예컨대, 금, 니켈, 니크롬 등)이 스퍼터링방식으로 증착되어 금속막(224,226)을 형성하고 있다. 이때 금을 증착하는 방법은 스퍼터링을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고 스페이서(230)의 두께(d)는 기존의 두께(38㎛)보다 낮게 제작되어 있고, 백 플레이트(210)로는 종래와 같이 유기물 필름이 없는 금속판으로 되어 있다.

이와 같이 본 발명의 음향부(200)에서 다이어프램(220)이 스트레스가 많이 걸리는 금속판 대신에 유기 혹은 무기물에 금속을 스퍼터링한 박막으로 되어 있으므로 종래보다 스트레스가 훨씬 작게 걸리기 때문에 외부 바이어스 전압을 낮출 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 회로도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 콘덴서 마이크로폰의 음향부(200)는 다이어프램(220)과 백 플레이트(210)가 스페이서(230)를 사이에 두고 마주하면서 공간을 형성하고 있다. 그리고 음향부(200)의 백 플레이트(210)에 증폭기(310)의 입력(input)이 연결되어 음압에 따라 다이어프램(220)이 진동하면 다이어프램 (220)과 백 플레이트(210) 사이의 용량 변화에 대응한 전압변동을 감지하여 증폭하도록 되어 있다.

이때 다이어프램(220)은 박막(22)의 양면에 증착된 금속막(224,226)으로 되어 저전압의 바이어스 전압이 인가되고, 백 플레이트(210)는 금속판으로 되어 있으며, 증폭기(310)는 신호입력단자(input)가 음향부(200)의 일단과 접속되어 있고, 출력단자(output)와 접지단자(GND)를 통해 외부로 연결되도록 되어 있다. 그리고 증폭기의 출력단자(output)와 접지(GND) 사이에는 약 +2V를 걸어주고, 음향부(200)의 타단에는 + 바이어스 전압(+Vb)을 걸어줌으로써 바이어스 전압의 변화에 의해 감도가 결정되어지는 3포트 콘덴서 마이크로폰이 된다. 또한 잡음을 줄이기 위해서는 입력(input)과 접지(GND) 사이에 수 GΩ의 저항(320)이나 역방향 바이어스가 걸린 다이오드를 사용한다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰의 단자를 외부장치와 연결하고, 바이어스 단자에 소정의 + 바이어스 전압은 인가한다. 바이어스 전압이 인가되면 음향부는 전계가 형성된다.

이와 같은 상태에서 사용자가 음성을 발성하게 되면 음파가 케이스의 음공을 통해 마이크로폰 내부의 음향부로 전달되고, 음파에 의해 다이어프램이 진동하게 된다. 다이어프램이 진동하면 다이어프램과 백플레이트로 이루어진 커패시터의 용량이 변하게 되고, 이에 따라 증폭기의 입력단에는 음향신호에 대응하는 전압의 변동이 발생된다. 증폭기는 이 미약한 입력신호를 고이득으로 증폭하여 출력단자를 통해 외부장치로 출력한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 콘덴서 마이크로폰에서는 프리앰프로서 JFET를 사용하였으므로 마이크로폰의 외부에 마이크신호를 증폭시켜주기 위한 증폭기가 더 필요하였으나 본 발명에서는 높은 이득을 가지는 증폭기를 마이크로폰의 내부 회로에 들어가도록 제작함으로써 기존에 사용되는 콘덴서 마이크로폰보다 낮은 전압에서 높은 감도를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 마이크로폰은 구성이 간단하기 때문에 생산단가가 낮고, 고온특성이 양호하여 표면실장기술(SMD)을 적용할 수 있으며, 외부 환경의 변화에 강한 잇점이 있다. 특히, 종래의 콘덴서 마이크로폰에 비해 저전압으로 구동할 수 있으므로 회로설계가 용이하다.

도 1은 종래의 콘덴서 마이크로폰의 구조를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 요부 단면을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰의 회로도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200: 음향부 210: 백플레이트

220: 다이아프램 222: 박막

224,226: 금속막 230: 스페이서

300: 마이크로폰 310: 내장 증폭기

320: 저항

Claims (4)

1. 다이어프램과 백 플레이트가 스페이서를 사이에 두고 마주하면서 공간을 형성하고 있고, 음압에 따라 상기 다이어프램이 진동하면 상기 다이어프램과 상기 백플레이트 사이의 변동신호를 회로소자가 외부로 전달하도록 된 콘덴서 마이크로폰에 있어서,

   상기 다이어프램은

   유기 혹은 무기 박막의 양면에 증착된 금속막으로 되어 저전압의 바이어스 전압이 인가되고,

   상기 백플레이트는 금속판으로 되어 있으며,

   상기 회로소자는 신호입력단자가 상기 백플레이트와 접속되고, 출력단자와 접지단자를 통해 외부로 연결되는 증폭기로 이루어진 것을 특징으로 하는 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰.
2. 제1항에 있어서, 상기 다이어프램은

   금속막에 비해 스트레스가 적은 유기물 혹은 무기물의 박막에 골드를 스퍼터링함로써 저전압의 바이어스를 인가해도 높은 감도를 가지는 것을 특징으로 하는 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰.
3. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서 마이크로폰은

   접지와 증폭기의 입력단 사이에 고저항이나 역방향 바이어스된 다이오드가 연결됨으로써 노이즈의 발생을 억제하는 것을 특징으로 하는 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰.
4. 제1항에 있어서, 상기 콘덴서 마이크로폰은

   높은 이득을 가지는 증폭기(built in gain)를 마이크로폰의 내부 회로에 삽입되도록 제작함으로써 기존에 사용되는 콘덴서 마이크로폰보다 낮은 전압에서 높은 감도를 제공할 수 있는 것을 특징으로 하는 저전압 인가형 콘덴서 마이크로폰.