(57)【要約】【課題】電磁ノイズに対する耐性が向上したマイクロフォン装置を提供する。【解決手段】本発明に係るマイクロフォン装置１は、加えられる音圧に応じて静電容量が変化するコンデンサマイクロフォン５と、コンデンサマイクロフォン５を充電する充電手段と、コンデンサマイクロフォン５を放電する放電手段と、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴを第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１及び該第１の基準電圧よりも大きい第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較し、その比較結果に基づいて前記充電手段及び放電手段を切替作動させて、コンデンサマイクロフォン５の静電容量に対応する周期の信号を出力するコンパレータ７とを備え、コンパレータ７からの出力信号の周期の変化から音声信号を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加えられる音圧に応じて静電容量が変化するコンデンサマイクロフォンと、
前記コンデンサマイクロフォンを充電する充電手段と、
前記コンデンサマイクロフォンを放電する放電手段と、
前記コンデンサマイクロフォンの端子電圧を第１の基準電圧及び該第１の基準電圧よりも大きい第２の基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて前記充電手段及び放電手段を切替作動させて、前記コンデンサマイクロフォンの静電容量に対応する周期の信号を出力するコンパレータとを備え、
前記コンパレータからの出力信号の周期の変化から音声信号を取得する、マイクロフォン装置。
【請求項２】
前記充電手段は、前記コンデンサマイクロフォンに直列接続された充電抵抗を備え、前記放電手段は、前記コンデンサマイクロフォンに並列接続された放電抵抗を備えることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
【請求項３】
前記充電手段及び放電手段は、少なくとも一方の手段が定電流を流すように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のマイクロフォン装置。
【請求項４】
前記コンパレータは、前記端子電圧が前記第１の基準電圧以下になると第１のレベル信号を出力し、前記端子電圧が前記第２の基準電圧以上になると第２のレベル信号を出力し、
前記充電手段は、前記第１のレベル信号によって作動されて充電回路を形成する第１のスイッチを有し、
前記放電手段は、前記第２のレベル信号によって作動されて放電回路を形成する第２のスイッチを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【請求項５】
前記コンパレータはヒステリシスコンパレータであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロフォン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォン装置に関し、より詳細には、コンデンサマイクロフォンを用いたマイクロフォン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンデンサマイクロフォンを備えたマイクロフォン装置が利用されている（例えば、特許文献１）。このようなマイクロフォン装置の回路構成例を、図４に模式的に示す。このマイクロフォン装置２０では、コンデンサマイクロフォン２２の一方の電極が直流電源２１に接続され、他方の電極が増幅器２３の入力に接続されている。等価回路図に示すように、増幅器２３の入力インピーダンス２４は、コンデンサマイクロフォン２２と直列に接続されることになる。コンデンサマイクロフォン２２に音圧が作用すると、その静電容量が振動的に変化するので、その電極間電圧Ｖに交流成分が発生する。この交流成分は、増幅器２３から音声信号として出力される。
【０００３】
ところで、上記のようにコンデンサマイクロフォン２２の電極間電圧Ｖに交流成分を発生させるためには、音圧が加えられた際に、コンデンサマイクロフォン２２に蓄えられている電荷を一定に保持する必要がある。該電荷を一定に保つには、コンデンサマイクロフォン２２の静電容量と増幅器２３の入力インピーダンス２４によって規定されるＣＲ時定数を、対象とする音の周波数の逆数（すなわち周期）よりも十分に大きくしなければならない。したがって、上記マイクロフォン装置２０では、入力インピーダンス２４の大きな増幅器２３を使用して、該入力インピーダンス２４とコンデンサマイクロフォン２２の静電容量とで上記ＣＲ時定数を大きく設定している。それ故、入力インピーダンス２４を含む電圧印加ラインは、高いインピーダンスを有している。
【特許文献１】特開２００４−２３２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように従来のマイクロフォン装置２０は、電圧印加ラインのインピーダンスが高く設定されているので、該ラインに電磁ノイズがのりやすいという問題点を生じる。そこで、本発明の目的は、電磁ノイズに対する耐性が向上したマイクロフォン装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、マイクロフォン装置に係るものであり、上記目的を達成するために、該マイクロフォン装置は、加えられる音圧に応じて静電容量が変化するコンデンサマイクロフォンと、前記コンデンサマイクロフォンを充電する充電手段と、前記コンデンサマイクロフォンを放電する放電手段と、前記コンデンサマイクロフォンの端子電圧を第１の基準電圧及び該第１の基準電圧よりも大きい第２の基準電圧と比較し、その比較結果に基づいて前記充電手段及び放電手段を切替作動させて、前記コンデンサマイクロフォンの静電容量に対応する周期の信号を出力するコンパレータとを備え、前記コンパレータからの出力信号の周期の変化から音声信号を取得するように構成されている。
【０００６】
一例として、前記充電手段は、前記コンデンサマイクロフォンに直列接続された充電抵抗を備え、前記放電手段は、前記コンデンサマイクロフォンに並列接続された放電抵抗を備える。他の例として、前記充電手段及び放電手段は、少なくとも一方の手段が定電流を流すように構成されている。
【０００７】
前記コンパレータは、前記端子電圧が前記第１の基準電圧以下になると第１のレベル信号を出力し、前記端子電圧が前記第２の基準電圧以上になると第２のレベル信号を出力し、前記充電手段は、前記第１のレベル信号によって作動されて充電回路を形成する第１のスイッチを有し、前記放電手段は、前記第２のレベル信号によって作動されて放電回路を形成する第２のスイッチを有するように構成しても良い。また、前記コンパレータとしてヒステリシスコンパレータを用いても良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るマイクロフォン装置では、コンデンサマイクロフォンを備える充放電回路が形成され、音圧によるコンデンサマイクロフォンの静電容量変化をコンパレータの出力信号における周期の変化に変換することにより、音声信号を取得することができる。コンデンサマイクロフォンには充電回路もしくは放電回路のいずれかが必ず接続されるので、当該充電回路もしくは放電回路により増幅器の入力端子におけるインピーダンス（増幅器の入力インピーダンスと充電回路もしくは放電回路のインピーダンスとの合成インピーダンス）を下げることができ、電磁ノイズに対する耐性を従来よりも向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図１に本実施形態に係るマイクロフォン装置の回路図を模式的に示す。本実施形態に係るマイクロフォン装置１は、直流電圧源２、充電スイッチ３及び充電抵抗４を直列接続してなる充電回路と、放電スイッチ８と放電抵抗９とを直列接続してなる放電回路と、上記充電回路が直列接続されると共に上記放電回路が並列接続されたコンデンサマイクロフォン５と、ヒステリシスコンパレータ７とを備えている。
【００１０】
ヒステリシスコンパレータ７は、第１の入力端子（非反転入力端子）が上記充電抵抗４とコンデンサマイクロフォン５との接続点に接続され、第２の入力端子（反転入力端子）が第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１を出力する第１の基準電圧源１０に接続されると共に、第３の入力端子（反転入力端子）が第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２（Ｖｒｅｆ２＞Ｖｒｅｆ１）を出力する第２の基準電圧源１１に接続されている。
【００１１】
コンパレータ７は、端子電圧出力ライン６を介して入力されるコンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴを上記第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１及び第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較して、その比較結果に対応するレベルの信号を出力するように構成されている。すなわち、コンパレータ７は、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以下である場合には、Ｈレベルの信号を出力し、端子電圧ＶＴが上昇して第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２に到達すると、出力信号をＨレベルからＬレベルに切替え、端子電圧ＶＴが低下して基準電圧Ｖｒｅｆ１に到達すると、出力信号をＬレベルからＨレベルに切替える。コンパレータ７の出力信号は、充電スイッチ３及び放電スイッチ８をＯＮ・ＯＦＦ制御するために出力ライン１２を介してこれらのスイッチ３，８に入力される。
【００１２】
本実施形態においては、コンパレータ７からＨレベルの信号が出力されると、充電スイッチ３がＯＮになると共に放電スイッチ８がＯＦＦになり、コンパレータからＬレベルの信号が出力されると、充電スイッチ３がＯＦＦになると共に放電スイッチ８がＯＮになるように設定されている。
【００１３】
本実施形態におけるマイクロフォン装置の作用について以下に説明する。
まず、マイクロフォン装置１の作動開始時において、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以下であるとすると、コンパレータ７はＨレベルの信号を出力ライン１２を介して充電スイッチ３及び放電スイッチ８に出力する。この結果、充電スイッチ３がＯＮになると共に放電スイッチ８がＯＦＦになる。したがって、コンデンサマイクロフォン５には充電抵抗４を介して直流電圧源２から電流が流れ込んで電荷が蓄積されるので、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴが上昇する。
【００１４】
この端子電圧ＶＴが基準電圧Ｖｒｅｆ１を超えて第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２に到達すると、コンパレータ７は出力信号をＨレベルからＬレベルに切り替える。これにより、充電スイッチ３がＯＦＦ、放電スイッチ８がＯＮになるので、充電が停止されると共にコンデンサマイクロフォン５に充電された電荷が放電抵抗９を介して放電され、その結果、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴは低下する。
【００１５】
コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１まで低下するとコンパレータ７は出力信号をＬレベルからＨレベルに切り替える。これにより、前述のように、放電抵抗９を介した放電が停止されると共にコンデンサマイクロフォン５の充電が開始されて、端子電圧ＶＴは上昇する。以後、コンパレータ７は同様の比較動作を繰り返す。
【００１６】
以上のように、マイクロフォン装置１では、充電抵抗４を有する充電回路と放電抵抗９を有する放電回路とコンデンサマイクロフォン５とによって構成されるＣＲ回路によってコンデンサマイクロフォン５の充放電が行なわれ、その結果、コンパレータ７からパルス信号が出力されることになる。このパルス信号の周期はコンデンサマイクロフォン５の静電容量によって規定されている。
【００１７】
図２は、マイクロフォン５に音圧が加わっていない状態、すなわち定常状態におけるコンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴおよびコンパレータ７の出力信号の波形を示す波形図である。点線で示された波形ａはコンパレータ７の出力によって制御されたコンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴの波形である。この波形ａから明らかなように、端子電圧ＶＴは指数関数に従って曲線状に変化する。時間ｔ１は充電スイッチ３がＯＮ、放電スイッチ８がＯＦＦの期間であって、時間ｔ２は充電スイッチ３がＯＦＦ、放電スイッチ８がＯＮの期間である。時間軸上で時間ｔ１と時間ｔ２とは交互に表れる。
【００１８】
波形ｂはコンパレータ７の出力信号波形を示す。時間ｔ１において波形ｂはＨレベルであり、時間ｔ２においてＬレベルである。上記定常状態においては、コンパレータ７の出力信号は、波形ｂに示すように、一定周期でＨレベルとＬレベルとの反転を繰り返している。この周期は、前述のようにコンデンサマイクロフォン５の静電容量によって規定されている。
なお、波形ｃについては後述する。
【００１９】
次に、コンデンサマイクロフォンに音圧が加わった場合について説明する。コンデンサマイクロフォン５に音圧が加わると該コンデンサマイクロフォン５の静電容量が変化し、これに伴って充放電における時定数が変化する。したがって、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１から第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２まで上昇する時間と、第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２から第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１まで低下する時間とがそれぞれ変化し、これはコンパレータ７の出力信号の周期変化をもたらすことになる。
【００２０】
図３に、コンデンサマイクロフォン５に音圧が加わった場合におけるコンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴおよびコンパレータ７の出力信号の波形を示す。なお、コンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴの波形ａは、図の見易さのために初めの２周期分のみ表示し、後は省略している。
図３の時間域Ｔｍに示すように、コンデンサマイクロフォン５に音圧が加わると、該コンデンサマイクロフォン５の静電容量変化に基づく充放電の時定数の変化によって、コンパレータ７の出力信号の周期が変化する。
【００２１】
以上のように、本実施形態に係るマイクロフォン装置１では、コンデンサマイクロフォン５に加えられた音圧に応じてコンパレータ７から出力される信号の周期が変化する。つまり、上記音圧の変化がコンパレータ７の出力信号の周期変化として表れる。
上記コンパレータ７の出力信号は、図示しないデジタル信号処理部に入力される。デジタル信号処理部は、入力信号の周期の変化を検出し、それに基づいて音声信号を取り出す処理を実行する。
【００２２】
先に述べたように、従来のマイクロフォン装置は、コンデンサマイクロフォンの電極間に生じる交流電圧信号をそのまま音声信号として取り出すように構成されているので、増幅器の入力インピーダンスをハイインピーダンスにして、この入力インピーダンスとコンデンサマイクロフォンとで規定されるＣＲ時定数を大きくする必要がある。
これに対して、上記実施形態に係るマイクロフォン装置１は、充電抵抗４を有する充電回路と放電抵抗９を有する放電回路とコンデンサマイクロフォン５とによってＣＲ充放電回路を構成し、音圧の作用に基づくコンデンサマイクロフォン５の静電容量変化を信号周期の変化として取り出すことによって、すなわち、コンデンサマイクロフォン５の音圧振動を周波数変調成分として取り出すことによって、音声信号を取得することができる。コンデンサマイクロフォンには充電回路もしくは放電回路のいずれかが必ず接続されるので、当該充電回路もしくは放電回路により増幅器の入力端子におけるインピーダンス（増幅器の入力インピーダンスと充電回路もしくは放電回路のインピーダンスとの合成インピーダンス）が増幅器の入力インピーダンスより小さくなり、外来ノイズの影響を受けにくくなる。加えて、コンパレータ７の出力はデジタル信号であり、従来のマイクロフォン装置に採用されているアンプ出力のようなアナログ出力ではない。したがって、本実施形態に係るマイクロフォン装置１は、従来のマイクロフォン装置よりもさらに外来ノイズの影響を受けにくいという利点も併せ持っている。
【００２３】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、上記に説明した充電抵抗４及び／又は放電抵抗９を定電流源に置き換えて、コンデンサマイクロフォン５の充放電を実行しても良い。充電抵抗４及び放電抵抗９をそれぞれ定電流源に置き換えた場合のコンデンサマイクロフォン５の端子電圧ＶＴを図２及び図３において波形ｃとして示す。波形ｃは、図２及び図３において波形ａと同様の周期及び周期の変化を示している。
また、既述の実施形態においては、コンパレータ７からＨレベルの信号が出力されると、充電スイッチ３がＯＮになると共に放電スイッチ８がＯＦＦになり、コンパレータ７からＬレベルの信号が出力されると、充電スイッチ３がＯＦＦになると共に放電スイッチ８がＯＮになるように設定されているが、これに限定されない。コンパレータ７からＨレベルの信号が出力されると、充電スイッチ３がＯＦＦになると共に放電スイッチ８がＯＮになり、コンパレータ７からＬレベルの信号が出力されると、充電スイッチ３がＯＮになると共に放電スイッチ８がＯＦＦになるように設定しても良い。この場合には、コンパレータ７に入力された端子電圧ＶＴが第１の基準電圧Ｖｒｅｆ１以下であればＬレベルの信号が、入力された端子電圧ＶＴが第２の基準電圧Ｖｒｅｆ２以上であればＨレベルの信号がコンパレータ７から出力されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るマイクロフォン装置の構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるコンデンサマイクロフォンの端子電圧およびコンパレータの出力信号の波形を示す波形図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるコンデンサマイクロフォンの端子電圧およびコンパレータの出力信号の波形を示す別の波形図である。
【図４】従来のマイクロフォン装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  マイクロフォン装置
２  直流電圧源
３  充電スイッチ
４  充電抵抗
５  コンデンサマイクロフォン
７  コンパレータ
８  放電スイッチ
９  放電抵抗
１０  第１の基準電圧源
１１  第２の基準電圧源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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