(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向して配置された振動板と固定極を備え上記振動板と固定極との間の静電容量の変化により電気音響変換するコンデンサマイクロホンユニットと、
上記振動板または固定極の一方に接続され上記コンデンサマイクロホンユニットの出力インピーダンスを低インピーダンスに変換するインピーダンス変換器を含む非反転増幅器と、
上記非反転増幅器の出力信号が入力抵抗を経て入力されるとともに帰還抵抗を有する反転増幅器と、
上記非反転増幅器の出力と上記反転増幅器の出力との間に接続され摺動子が上記振動板または固定極のうち上記非反転増幅器に接続されていない方に接続されている可変抵抗器と、を有し、
上記可変抵抗器の摺動子の位置によって感度が変化するコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
振動板と固定極との間には直流電圧源から一定の電圧が印加される請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
コンデンサマイクロホンユニットで電気音響変換された音声信号は、非反転増幅器の出力と反転増幅器の出力によって平衡出力される請求項１または２記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
コンデンサマイクロホンユニットの固定極が非反転増幅器に入力され、上記コンデンサマイクロホンユニットの振動板に可変抵抗器の摺動子が接続されている請求項１、２または３記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
コンデンサマイクロホンユニットはエレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットであって、エレクトレットの表面電位が一定である請求項３または４記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項６】
反転増幅器が有している帰還抵抗の値は、上記反転増幅器が有している入力抵抗の値と同じである請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個体間の感度のばらつきを、振動板と固定極との間の静電吸引力を変えることなく調整することができるコンデンサマイクロホンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサマイクロホンは、所定の間隙をおいて対向する振動板と固定極を備え、音波を受けて振動板が振動することによる上記振動板、固定極間の静電容量の変化を音声信号として出力するものである。コンデンサマイクロホンには、振動板と固定極で構成されるコンデンサに直流電圧を印加する直流バイアスコンデンサマイクロホンがある。直流バイアスコンデンサマイクロホンの感度はバイアス電圧に依存し、バイアス電圧が高くなるにしたがって感度が高くなる。そこで、バイアス電圧を調整することによって感度を調整可能にした直流バイアスコンデンサマイクロホンがある。図６はその例を示している。
【０００３】
図６において、符号１５はコンデンサマイクロホンユニットを示す。コンデンサマイクロホンユニット１５は、適宜の間隙をおいて相対向する振動板と固定極を有し、振動板が音波を受けて振動すると、上記のように電気音響変換されて振動板と固定極から音声信号が出力される。上記固定極は第１の増幅器１１の非反転入力端子に、上記振動板は増幅器１１の反転入力端子に接続されている。増幅器１１は、ＦＥＴからなるインピーダンス変換器を備えていて、極めて高い出力インピーダンスのコンデンサマイクロホンユニット１５の出力信号を低インピーダンスの信号に変換して次段に向けて出力する。
【０００４】
増幅器１１の出力端子は入力抵抗Ｒ１０を経て第２の増幅器である反転増幅器１２の反転入力端子に接続されている。反転増幅器１２の非反転入力端子はコンデンサＣ１２を経てアースに接続されている。反転増幅器１２の反転入力端子と出力端子との間には帰還抵抗Ｒ１１が接続されている。入力抵抗Ｒ１０の抵抗値と帰還抵抗Ｒ１１の抵抗値は等しく、反転増幅器１２の電圧増幅率は−１である。
【０００５】
増幅器１１の出力端子はまた第３の増幅器１３の非反転入力端子に接続され、反転増幅器１２の出力端子は第４の増幅器１４の非反転入力端子に接続されている。増幅器１３の出力端子は３ピン構成のコネクタの第２ピン２２に接続されるとともに増幅器１３の反転入力端子に接続されている。増幅器１４の出力端子は上記コネクタの第３ピン２３に接続されるとともに増幅器１４の反転入力端子に接続されている。上記コネクタは平衡出力用のコネクタで、増幅器１３の出力端子につながる第２のピン２２は平衡出力のホット側出力ピン、増幅器１４の出力端子につながる第３のピン２３は平衡出力のコールド側出力ピン、第１ピン２１はアースピンとなっている。
【０００６】
各増幅器１１，１２，１３，１４の正電源端子は、直流電源１６の正電源出力端子に接続され、上記各増幅器１１，１２，１３，１４の負電源端子、直流電源１６のアース端子および上記コネクタの第１ピン２１は互いに接続されている。直流電源１６から出力される直流電圧はまた、コンデンサマイクロホンユニット１５の振動板に直流バイアス電圧として印加されるように接続されている。上記直流バイアス電圧は、直流電源１６が備えている可変抵抗器ＶＲ１１を操作することによって調整することができ、この調整によってコンデンサマイクロホンユニット１５の感度を調整することができるように構成されている。
【０００７】
このように、直流バイアスコンデンサマイクロホンにおいては、直流バイアス電圧を調整することによって感度を調整することができる。しかし、バイアス電圧を高くすると、振動板と固定極との間に発生する静電吸引力が大きくなり、振動板が固定極に吸着され、振動板が振動することができず、マイクロホンとして機能しなくなる場合がある。
【０００８】
また、振動板がバイアス電圧によって固定極に静電吸着されないとしても、強い気流が振動板に当たると振動板が固定極に静電吸着されやすくなる。そこで、動作の安定度を考慮して、強い気流が振動板に当たっても静電吸着が生じない程度のバイアス電圧に設定される。直流バイアス電圧を連続的に可変することができれば、コンデンサマイクロホンの感度を連続的に可変することができ、強い気流が振動板に当たっても静電吸着が生じることなく、安定に動作することができる適正なバイアス電圧に設定することができる。
【０００９】
例えば固定極の表面にエレクトレット層を形成したエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、直流バイアスを付加する必要がなく、直流バイアス発生回路は不要である。しかし、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を可変にするためには、固定極表面のエレクトレット層を露出させ、エレクトレット層の表面電圧を調整する構成にする必要がある。
【００１０】
本出願人は、印加する直流電圧を可変することによって感度を調整することを可能にしたエレクトレットコンデンサマイクロホンに関して提案した（特許文献１参照）。特許文献１に記載されているエレクトレットコンデンサマイクロホンによれば、感度を調整することが可能になったが、印加する直流電圧を高くし過ぎると、前述のように振動板が固定極に静電吸着されやすくなるため、感度を高めるには限度がある。よって、振動板と固定極との間の電圧を変化させることなく感度調整を可能にしたコンデンサマイクロホンの実現が望まれる。
【００１１】
ところで、コンデンサマイクロホンは、個体ごとに感度のばらつきがあるため、製造工程中に感度調整工程をおいて品質の均一化を図っている。直流バイアスコンデンサマイクロホンは、直流バイアス電圧の調整によって感度のばらつきをなくすことができる。しかし、直流バイアス電圧を調整すると前述のような難点があり、周波数応答特性が変動するといった難点もある。よって、個体ごとの感度のばらつきをなくすための調整においても、振動板と固定極との間の電圧を変化させることなく感度調整が可能なコンデンサマイクロホンの実現が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−２９５３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、振動板と固定極との間に印加する電圧を変えなくても感度調整を可能にし、もって、感度を高めることによる、振動板の静電吸着、音響特性の変動などの問題を回避することができるコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るコンデンサマイクロホンは、
相対向して配置された振動板と固定極を備え上記振動板と固定極との間の静電容量の変化により電気音響変換するコンデンサマイクロホンユニットと、
上記振動板または固定極の一方に接続され上記コンデンサマイクロホンユニットの出力インピーダンスを低インピーダンスに変換するインピーダンス変換器を含む非反転増幅器と、
上記非反転増幅器の出力信号が入力抵抗を経て入力されるとともに帰還抵抗を有する反転増幅器と、
上記非反転増幅器の出力と上記反転増幅器の出力との間に接続され摺動子が上記振動板または固定極のうち上記非反転増幅器に接続されていない方に接続されている可変抵抗器と、を有し、
上記可変抵抗器の摺動子の位置によって感度が変化する
ことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
振動板または固定極のうち反転増幅器に接続されていない方が、可変抵抗器の摺動子の電圧によってドライブされ、アースに対するコンデンサマイクロホンユニットの出力レベルが可変抵抗器の摺動子の位置に応じて調整される。コンデンサマイクロホンユニットの振動板と固定極との間の電圧は変動しないから、感度調整を行うことによる振動板の静電吸着、音響特性の変動などの問題を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るコンデンサマイクロホンの実施例を示す回路図である。
【図２】本発明に係るコンデンサマイクロホンの別の実施例を示す回路図である。
【図３】上記実施例において感度調整位置を中央に設定した場合の周波数応答特性線図である。
【図４】上記実施例において感度調整位置を高感度側に設定した場合の周波数応答特性線図である。
【図５】上記実施例において感度調整位置を低感度に設定した場合の周波数応答特性線図である。
【図６】従来のコンデンサマイクロホンの例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るコンデンサマイクロホンの実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１において、符号５はコンデンサマイクロホンユニットを示す。コンデンサマイクロホンユニット５は、適宜の間隙をおいて相対向する振動板５２と固定極５１を備えている。振動板５２は固定極５１とともにコンデンサの電極を構成していて、振動板５２が音波を受けて振動すると、上記コンデンサの静電容量が変化し、上記音波に対応した音声信号が振動板と固定極から出力される。上記固定極５１は第１の増幅器１の非反転入力端子に接続されている。上記振動板５２には直流電源６から抵抗Ｒ１を介して直流電圧が印加されるようになっている。
【００１９】
直流電源６は、マイクロホンに内蔵されている電源電池の電圧を、例えば最大１００Ｖ程度まで昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータを有してなる。ただし、直流電源６の大本の電源は、内蔵されている電池に限られるものではなく、ファントム電源が導入されている場合はファントム電源を用いてもよい。また、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いるか否かも任意で、必要な電圧を確保できれば、必ずしもＤＣ−ＤＣコンバータを用いなくてもよい。直流電源６からコンデンサマイクロホンユニット５の振動板５２に加える電圧は一定である。
【００２０】
第１の増幅器１は、ＦＥＴを主体とするインピーダンス変換器を備えていて、コンデンサマイクロホンユニット５から出力される極めて高い出力インピーダンスの信号を低インピーダンスの信号に変換して次段に向けて出力する。増幅器１の出力端子は入力抵抗Ｒ１０を経て第２の増幅器である反転増幅器２の反転入力端子に接続されている。反転増幅器２の非反転入力端子はコンデンサＣ２を経てアースに接続されている。反転増幅器２の反転入力端子と出力端子との間には帰還抵抗Ｒ１１が接続されている。入力抵抗Ｒ１０の抵抗値と帰還抵抗Ｒ１１の抵抗値は等しく、反転増幅器２の電圧増幅率は−１に設定されている。
【００２１】
増幅器１の出力端子はまた第３の増幅器３の非反転入力端子に接続され、反転増幅器２の出力端子は第４の増幅器４の非反転入力端子に接続されている。増幅器３の出力端子は３ピン構成のコネクタの第２ピン２２に接続されるとともに増幅器３の反転入力端子に接続されている。増幅器４の出力端子は上記コネクタの第３ピン２３に接続されるとともに増幅器４の反転入力端子に接続されている。上記コネクタは平衡出力用のコネクタで、増幅器３の出力端子につながる第２のピン２２は平衡出力のホット側出力ピン、増幅器４の出力端子につながる第３のピン２３は平衡出力のコールド側出力ピン、第１ピン２１はアースピンとなっている。
【００２２】
第１の増幅器である非反転増幅器１の出力と第２の増幅器である反転増幅器２の出力との間には可変抵抗器ＶＲが接続されている。より具体的に説明すると、可変抵抗器ＶＲの両端子の一方は非反転増幅器１の出力端子に、可変抵抗器ＶＲの両端子の他方は反転増幅器２の出力端子に接続されている。したがって、可変抵抗器ＶＲは、入力抵抗Ｒ１０と帰還抵抗Ｒ１１の直列接続に対して並列に接続されている。可変抵抗器ＶＲが備えている摺動子は、コンデンサマイクロホンユニット５の振動板５２または固定極５１のうち非反転増幅器１に接続されていない方、したがって、図示の例では振動板５２にコンデンサＣ１を介して接続されている。
【００２３】
各増幅器１，２，３，４の正電源端子は、直流電源６の正電源出力端子に接続され、各増幅器１，２，３，４の負電源端子と直流電源６のアース端子および上記コネクタの第１ピン２１は互いに接続され、各増幅器１，２，３，４が動作するための電源が直流電源６から供給されるようになっている。
【００２４】
図１に示すコンデンサマイクロホンの実施例によれば、可変抵抗器ＶＲの摺動子の位置に応じて、コンデンサマイクロホンユニット５の振動板５２をドライブする電圧が変化し、マイクロホンの感度が変化する。換言すれば、可変抵抗器ＶＲの摺動子の位置に応じて、コンデンサマイクロホンユニット５で電気音響変換されて出力される音響信号に付加する電圧がプラスまたはマイナスに調整され、マイクロホンの感度が変化する。このようにしてマイクロホンの感度を調整しても、マイクロホンユニット５の固定極５１と振動板５２との間に印加される電圧は変動することなく一定であるから、従来のように、感度調整によって振動板が静電電吸着されやすくなる、あるいは音響特性が変動する、といった問題は生じない。
【００２５】
図３乃至図５は、上記実施例において感度調整を行ったときの周波数応答特性を示している。図３は可変抵抗器ＶＲの摺動子が中央位置にある場合、図４は可変抵抗器ＶＲの摺動子が図１において左端すなわち非反転増幅器１の出力側の抵抗値がゼロで反転増幅器２の出力側の抵抗値が最大の場合を示す。このときのマイクロホンの感度は、上記摺動子が中央にある場合の約２倍になる。図５は逆に可変抵抗器ＶＲの摺動子が図１において右端すなわち非反転増幅器１の出力側の抵抗値が最大で反転増幅器２の出力側の抵抗値がゼロの場合を示す。このときのマイクロホンの感度は、上記摺動子が中央にある場合の約１／２倍になる。いずれも、音源が正面すなわち０度にある場合、９０度の位置にある場合、背面すなわち１８０度の位置にある場合について測定し、太線で０度の場合を、中線で９０度の場合を、細線で１８０度の場合を示している。
【００２６】
可変抵抗器ＶＲの摺動子が中央位置にある場合の感度は−２６．４ｄＢＶであり、上記摺動子が図１において左端にある場合が最大の感度になり、摺動子が中央位置にある場合よりも＋７．１ｄＢＶの−１９．３ｄＢＶであった。また、上記摺動子が図１において右端にある場合が最低の感度になり、摺動子が中央位置にある場合よりも−６．７ｄＢＶの−３３．１ｄＢＶであった。
【００２７】
なお、図３乃至図５に示す特性線図は、特定の周波数における出力レベルでノーマライズ（正規化）して示している。図３乃至図５に示す特性線図は、ほとんど重なり合っている。その理由は、前述のように、感度調整を行っても固定極５１と振動板５２との間の電圧が変動せず、音響特性が変動しないからである。
【実施例２】
【００２８】
本発明は、マイクロホンユニット５がエレクトレット型コンデンサマイクロホンユニットであっても適用することができる。図２はその実施例を示す。エレクトレット型コンデンサマイクロホンユニット５は、振動板または固定極がエレクトレット層を有していて、エレクトレットの表面電位が一定に保たれ、振動板５２と固定極５１との間に一定の成極電圧が生じている。したがって、図２に示す実施例は、マイクロホンユニット５に直流電圧を印加する必要がないから、図１に示す第１の実施例で用いられていたような直流電圧源６は不要である。
【００２９】
図２に示す第２の実施例は、上記のように直流電圧源６を備えていないこと以外は図１に示す第１の実施例の構成と同じである。すなわち、第１乃至第４の増幅器１，２，３，４を備え、第１の増幅器である非反転増幅器１の出力端子と第２の増幅器である反転増幅器２の反転入力端子との間に入力抵抗Ｒ１０が接続され、反転増幅器２の出力端子と反転入力端子との間に帰還抵抗Ｒ１１が接続されている。入力抵抗Ｒ１０の値は帰還抵抗Ｒ１１の値と同じである。さらに、前記第１の実施例と同様に、第１の増幅器である非反転増幅器１の出力と第２の増幅器である反転増幅器２の出力との間にはマイクロホンの感度を調整するための可変抵抗器ＶＲが接続されている。可変抵抗器ＶＲの摺動子はコンデンサＣ１を介してコンデンサマイクロホンユニット５の振動板５２に、すなわち、振動板５２または固定極５１のうち非反転増幅器１に接続されていない方である振動板５２に接続されている。
【００３０】
なお、上記各増幅器１，２，３，４には、これらの増幅器を動作させるための電力が、図示されない適宜の直流電源から供給される。
【００３１】
図２に示す第２の実施例における感度調整のための構成は、前記第１の実施例における感度調整のための構成と同じで、感度調整原理も同じであるから、前記第１の実施例によって得られる効果と同じ効果を得ることができる。
【００３２】
なお、図１、図２に示す実施例では、コンデンサマイクロホンユニット５の固定極５１が第１の増幅器である非反転増幅器１に接続され、振動板５２が可変抵抗器ＶＲの摺動子に接続されているが、固定極５１と振動板５２を逆に接続してもよい。この場合、コンデンサマイクロホンニット５の出力信号の位相が逆になるので、マイクロホンの出力信号の位相が所定の位相になるように、コンデンサマイクロホンニット５の出力からマイクロホンの出力に至るまでの回路で修正する。
【符号の説明】
【００３３】
１    非反転増幅器
２    反転増幅器
５    コンデンサマイクロホンユニット
６    直流電圧源
５１    固定極
５２    振動板
ＶＲ    可変抵抗器
Ｒ１０    入力抵抗
Ｒ１１    帰還抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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