TWI478594B

TWI478594B - 電容式傳聲器

Info

Publication number: TWI478594B
Application number: TW098107267A
Authority: TW
Inventors: Kazuhisa Kondo; Chung Hsien Tseng
Original assignee: Audio Technica Kk
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2015-03-21
Also published as: TW200944039A; EP2104373A1; HK1134388A1; US20090232335A1; JP4799577B2; CN101534467B; SG155848A1; CN101534467A; JP2009224839A; AU2009200986A1; US8126165B2; KR20090098721A

Description

電容式傳聲器

本發明係有關一種電容式傳聲器(condenser microphone)，尤其有關一種活用內建的阻抗(impedance)轉換器的特性而能夠減少使用元件並調整頻率特性的電子電路。

當傳聲器受到風吹或振動時，聲音信號中會有很大的雜音產生。茲將該等雜音稱為風雜音、振動雜音。由於該等雜音的頻率成分位於低頻率區域，因此藉由使傳聲器的頻率響應特性的低頻帶側衰減來抑制上述雜音的產生，而能夠容易地進行目標音的收音。

在像是電容式傳聲器單元的內建有阻抗轉換器的傳聲器單元中，一般而言，頻率特性係由設置在上述阻抗轉換器之前的電聲轉換器(亦即傳聲器音頭(microphone capsule)，以下以「音頭」稱之)的特性而決定。此外，已知有種利用以電容器與電阻器構成的CR濾波器將從構成阻抗轉換器的FET的汲極側輸出的信號的位準依每一頻帶進行調整而使之衰減的方法。

第4圖係顯示習知的電容式傳聲器的一般電路例。在第4圖中，傳聲器單元1係具有音頭2與作為阻抗轉換器的FET 3而成。如周知般，音頭2係具有由薄膜構成的振動板、以及與該振動板隔著預定間隙地相對向而與振動板共同構成電容器的對向電極而成。在單元殼體等中，除了收容該音頭2之外，還收容有振動板支持具、電路基板等而構成傳聲器單元1。音頭2的輸出端子的一端係連接於FET 3的閘極，另一端則接地。FET 3的汲極係透過電阻器Rd而連接於電源Vcc的正極，FET 3的源極則是接地。自FET 3的汲極拉出有輸出端子5。

如前述，第4圖所示的習知例的頻率特性係由音頭2而決定了。要調整該電容式傳聲器單元的頻率特性則必須將例如由電容器與電阻器等所構成的的濾波器電路追加設置於輸出端子5或與該輸出端子5一體地電性連結的部位。並且，以使低頻率區域衰減的方式來設定上述濾波器電路的特性，以抑制或消除混入至經電聲轉換之聲音信號中的前述風雜音與振動雜音。

第5圖係顯示習知電容式傳聲器的另一例。傳聲器單元的構成係與第4圖所示的習知例的構成相同。相同構成部分係標註有共通的符號。在第5圖中，FET 3的汲極係連接於電源Vcc的正極，FET 3的源極係經由電阻器R1而接地。FET 3的源極還經由電容器C1與開閉開關4而連接於電晶體Q1的基極，且連接與開關4並聯的電阻器R2。開關4係用來切換傳聲器的頻率特性者，係將電容器C1與電晶體Q1的基極間予以開閉，在如圖示的斷開之狀態時，使電阻器R2成為有作用而設定為平坦(flat)的頻率特性，當切換為接通之狀態則使電阻器R2成為無作用(予以短路)而設定為將低頻帶予以衰減的頻率特性。電晶體Q1，其集極係連接電源Vcc的正極，其射極係經由電阻器 R5而接地，且輸出端子5係連接於射極而從射極輸出信號。電阻器R3係連接在電晶體Q1的基極與電源Vcc正極間，電阻器R4係連接在基極與接地之間。因此，電源電壓Vcc係由電阻器R4與R3分壓而施加至電晶體1的基極。

在第5圖所示的習知例中，電晶體Q1係作為防止連接於該電路之後的傳聲器放大器等的輸入阻抗之影響的緩衝放大器而發揮功能。雖然能夠不使用該緩衝放大器，以組入CR濾波器電路來調整頻率特性，但性能上會有若干的影響。雖然在第5圖所示的例中，輸出端子5是自FET 3的源極拉出，但亦能夠自汲極拉出，且可消除或減低低頻。另外，與開關4並聯連接的電阻器R2係將電容器C1的兩端子間的電壓設定為一定，藉此亦有助於不會因開關4的開閉而產生雜音。

依據第4圖及第5圖所示的習知例，為了去除風雜音與振動雜音，必須在電容式傳聲器單元1的外部追加設置電路元件而構成電子電路。

然而，在使用傳聲器的各種機器例如錄像機等中，係採用利用上述機器的電源來作為傳聲器的電源的所謂的插接供電(plug-in power)方式。該方式係，當將電容式傳聲器裝設至錄像機等機器時，電路便會連接成自上述機器的電源供給電源給電容式傳聲器。

然而，依據第4圖及第5圖所示的習知電容式傳聲器，並無法在採用插接供電方式的機器中設計成能夠調整頻率特性的構成。

另外，已提案有各種在音響機器中適當地設定音響信號的頻率響應或使音響信號的頻率響應成為可變之技術(參照例如下述之專利文獻1至5)。

但該等專利文獻記載的發明並非具備本發明的電容式傳聲器所特有的構成者，先前技術中亦未見與本發明同樣的技術思想的電容式傳聲器。

專利文獻1：日本特開平5-327380號公報

專利文獻2：日本特開平10-241105號公報

專利文獻3：日本特開2007-129619號公報

專利文獻4：日本特開2001-189988號公報

專利文獻5：日本特開平6-204755號公報

本發明的目的在於提供一種電容式傳聲器，利用電容式傳聲器所具備的作為阻抗轉換器的FET而構成電子電路，藉此而不需附加外部電路，電路構成簡單且能夠使之具有低頻帶側衰減功能。

本發明的另一目的在於提供一種電容式傳聲器，即使是所謂的插接供電方式的電容式傳聲器，仍能夠容易地使之具有低頻帶側衰減功能。

本發明的電容式傳聲器的最主要特徵在於具備：音頭，以振動板與對向電極構成電容器，進行電聲轉換；FET，將從音頭輸出的聲音信號予以阻抗轉換；以及CR電路，由電阻器及電容器所組成，連接於FET，調整低頻率區域的信號位準。

且較佳為，自FET的汲極拉出輸出端子，且在FET的源極與接地之間連接CR電路。

且較佳為，具備有切換下述兩種態樣的開關，該兩種態樣係：將CR電路連接在FET的源極與接地之間之態樣、及將CR電路予以短路而將FET的源極連接於接地之態樣。

當連接傳聲器而使用的機器係屬於能夠藉由連接傳聲器而從上述機器的電源供給電源給傳聲器之插接供電方式，能夠作成為適合於該插接供電方式的電容式傳聲器。

由於能夠調整低頻率區的信號位準的CR電路係連接於將從音頭輸出的聲音信號予以阻抗轉換的FET，因此不需附加外部電路，電路構成簡單且能夠使之具有低頻帶側衰減功能。

即使使用傳聲器的機器屬於插接供電方式，仍能夠使之具有低頻帶側衰減功能。

以下，針對本發明的電容式傳聲器的實施例，參照圖式進行說明。與第4圖及第5圖所示的習知例的構成相同的構成部分係標註相同的符號。

[實施例1]

在第1圖中，傳聲器單元1係具備音頭2與作為阻抗轉換器的FET 3。如前所述，音頭2係具有由薄膜構成的振動板、以及與該振動板隔著預定間隙地相對向而與振動板共同構成電容器的對向電極而成。在單元殼等體中，除了收容該音頭2之外，還收容有振動板支持具、電路基板等而構成傳聲器單元1。上述振動板係承受音波，隨著音壓而振動，而由振動板與對向電極所構成的電容器的靜電電容會變化，該變化係作為電子信號的變化而輸出。亦即，音頭2係電聲轉換元件。

音頭2的輸出端子的一端係連接於FET 3的閘極，另一端則是接地。FET 3的汲極係經由電阻器Rd而連接於電源Vcc的正極。FET 3的源極係經由電阻器Rs與電容器Cs並聯連接而成的CR電路6而接地。CR電路6係作為濾波器而發揮功能。自FET 3的汲極拉出輸出端子51，自FET 3的源極亦拉出輸出端子52。相對於從輸出端子51輸出的信號，從輸出端子52則輸出反相的信號。該兩輸出端子51、52，並非兩者都要設置，只要具備其中任一者(例如輸出端子51)即可。

具備有上述CR電路6係本實施例的特徵。CR電路6係一種濾波器，係對經音頭2進行電聲轉換並經FET 3進行阻抗轉換的信號的位準，依據頻率進行調整而調整頻率特性者。為了減低風雜音與振動雜音，將CR電路6的電阻器Rs的值與電容器Cs的值設定為使低頻率區域衰減之值。將內建偏壓型FET 3的特性加以有效發揮而將CR電路6連接在該FET 3的源極與接地(GND)之間。由於FET 3係與音頭2、電路基板等一同收納於單元殼體而構成傳聲器單元1，因此能夠將CR電路6也組入上述電路基板而收納於單元殼體。

若欲將用來減低風雜音、振動雜音等的由低頻率區域衰減用CR電路等所構成的濾波器組入至習知的電容式傳聲器，則如前述針對第4圖及第5圖所示習知例所說明過，要外接在傳聲器的輸出端子。因此，在習知的電容式傳聲器中並不存在將如上述的濾波器收納在傳聲器單元內的構想。此外，依據第1圖所示的本發明的實施例，將內建偏壓型FET 3的特性加以有效發揮而將CR電路6連接在該FET 3的源極與接地之間，利用較少的電路元件獲得低頻率區域的衰減特性。

依據上述實施例，在構成為前述之插接供電方式的傳聲器的情形具有功效。如前述，插接供電方式係，當將電容式傳聲器裝配至錄像機等機器時，電路便會連接成自上述機器的電源供給電源給電容式傳聲器。在將上述實施例的傳聲器構成為插接供電方式的傳聲器時，係例如以FET 3的汲極與電阻器Rd之連接點7及往接地GND之連接點8為界線而區分成傳聲器側與機器側。當將傳聲器裝配至機器，傳聲器便經由連接點7、8而連接至機器，而自內建於機器側的電源供給電壓Vcc之電源。

依據第1圖所示的實施例，由於將低頻率區域位準衰減用的CR電路6組入至傳聲器單元1內，因此即使是將使用該傳聲器單元1的傳聲器設計為插接供電方式，仍能夠不需附加另外的電路便使之具有低頻率區域位準衰減功能。

相對於此，依據第4圖及第5圖所示的習知的電容器傳聲器，當設計為插接供電方式時，並不存在使之具有低頻率區域位準衰減功能的構想，因此無法自傳聲器單元1的輸出使低頻率區域位準衰減。

接著，針對第1圖所示的實施例的動作，尤其是低頻率區域位準的衰減動作進行說明。茲設電源電壓為Vcc，設電阻器Rd的端子電壓為Vd，設FET 3的汲極-源極間電壓為Vds，設CR電路6的端子電壓為Vs。並設音頭2的輸出電壓為Ei，設輸出端子51亦即FET 3的汲極電壓為Ed，設輸出端子52亦即FET 3的源極電壓為Es。各電阻器的值係以標註於各電阻器的符號來表示。

當各動作電壓係Vd≒Vds≒Vs時，Rd≒Rs

Ei≒Es≒Ed

假如Rs成為極小，則成為Es<<-Ed

此時，來自音頭2的輸入信號Ei被放大，該放大率A係成為A=|yfs|Rd

其中，yfs係小信號轉移導納(transfer admittance)。

在第1圖所示的實施例中，FET 3的源極與接地GND之間連接有將電容器Cs與電阻器Rs並聯連接而成的CR電路6，成為附加有由CR電路6構成的電流回授路徑之構成。電容器Cs係依存於頻率，其電阻值Rc係成為Rc=1/ω c=1/2 π fc

因此，在低頻時，電容器Cs的電阻值Rc大，電阻器Rs的電阻值係成為支配性。因此若設CR電路的電阻為Ru，則成為Ru≒Rs

若Rs相對於Rd為極大的值，則成為Es>>-Ed

相反的，在高頻時，電容器Cs的電阻值Rc小，可忽略電阻器Rs的電阻值，因此成為Ru≒Rc

若Rc相對於Rd為極小的值，則成為Es<<-Ed

因此，成為輸出端子51的輸出信號位準在低頻帶受到抑制之特性，使低頻率區域所含有的風雜音與振動雜音衰減，而能夠輸出鮮明的目標音信號。

第3圖係顯示藉由上述實施例而獲得的頻率特性。橫軸表示頻率，縱軸表示信號位準(振幅)。上側的粗線所顯示的曲線係在傳聲器的正面進行量測的結果，下側的曲線則是在傳聲器的背面進行量測的結果。依據第3圖所顯示的特性曲線，低頻率區域呈現衰減。若與顯示未具備CR電路6的習知電容式傳聲器的頻率特性的第6圖相對照，則上述現象更加明確。獲得第6圖所示的特性曲線的習知電容式傳聲器，僅未具備CR電路6之點與上述實施例不同，其他的條件皆相同。

[實施例2]

接著，針對第2圖所示的第2實施例進行說明。本實施例與第1圖所示的實施例不同之點在於，在FET 3的源極與接地GND之間設置有切換開關9之點。如圖示，開關9係連接成能夠選擇下述兩種模式的方式，該兩種模式係：使CR電路6介在FET 3的源極與接地GND之間之使CR電路6成為有作用之模式、及將CR電路6予以短路而將FET 3的源極直接接地之使CR電路6成為無作用之模式。當開關9係選擇為使CR電路6成為無作用之模式時，則能夠獲得傳聲器單元1原本的頻率特性。因此，輸出端子僅自FET 3的汲極拉出。當開關9係如圖示選擇為使CR電路6成為有作用之模式時，便與第1圖所示的實施例同樣地，能夠獲得使低頻率區域衰減的頻率特性。上述開關9係設置於傳聲器殼體的適當位置而讓使用者能夠依喜好來進行切換。

1‧‧‧傳聲器單元

2‧‧‧音頭

3‧‧‧FET

4、9‧‧‧開關

5、51、52‧‧‧輸出端子

6‧‧‧CR電路

7、8‧‧‧連接點

C1、Cs‧‧‧電容器

Ei‧‧‧音頭的輸出電壓

Ed‧‧‧FET的汲極電壓

Es‧‧‧FET的源極電壓

GND‧‧‧接地

Q1‧‧‧電晶體

Rc‧‧‧電容器Cs的電阻值

R1至R5、Rd、Rs‧‧‧電阻器

Ru‧‧‧CR電路的電阻值

Vcc‧‧‧電源電壓

Vd‧‧‧電阻器Rd的端子電壓

Vds‧‧‧FET的汲極-源極間電壓

Vs‧‧‧CR電路的端子電壓

第1圖係顯示本發明的電容式傳聲器的實施例的電路圖。

第2圖係顯示本發明的電容式傳聲器的另一實施例的電路圖。

第3圖係顯示藉由本發明的傳聲器而獲得的頻率特性之例的特性線圖。

第4圖係顯示習知的電容式傳聲器的例的電路圖。

第5圖係顯示習知的電容式傳聲器的另一例的電路圖。

第6圖係顯示藉由習知的傳聲器而獲得的頻率特性之例的特性線圖。