(57)【要約】【課題】音圧の変化をコンデンサの容量変化に変換して低雑音で高感度な音声信号を得る。【解決手段】クロック源２からのクロック信号Ｓ１が印加された薄膜振動誘電体１ａおよび電極１ｂで構成されるコンデンサの容量変化は、ＲＣ積分回路３ａにて構成される遅延回路３を介して遅延時間の変化に変換される。また、乗算器４は、クロック源からのクロック信号に遅延回路からの遅延信号Ｓ２を乗算して薄膜振動誘電体の容量の変化に起因した音圧の変化をパルス幅信号Ｓ３に変換して出力し、このパルス幅信号の短時間平均値を、低域通過フィルタ５を介して音圧に比例させることにより、低雑音で高感度な音声信号を得ることができる。【選択図】　図１
2004120418.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音圧の変化に対応して容量が変化する薄膜振動誘電体（１ａ）および電極（１ｂ）で構成されるコンデンサ（１）と、水晶等で制御され前記コンデンサにクロック信号（Ｓ１）を印加するためのクロック源（２）と、前記コンデンサの容量変化を遅延時間の変化に変換して遅延信号（Ｓ２）を出力するための遅延回路（３）と、前記クロック信号に前記遅延信号を乗算し前記音圧の変化をパルス幅信号（Ｓ３）に変換して出力するための乗算器（４）と、前記パルス幅信号が印加され前記パルス幅信号の短時間平均値を前記音圧に比例させるための低域通過フィルタ（５）とを備えたことを特徴とする低雑音コンデンサ型マイクロフォン。
【請求項２】
前記遅延回路は、ＲＣ積分回路（３ａ、３ｂ）で構成されることを特徴とする請求項１記載の低雑音コンデンサ型マイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低雑音コンデンサ型マイクロフォンに係り、特に、音圧の変化をコンデンサの容量変化に変換して音声信号を得る低雑音コンデンサ型マイクロフォンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、この種のコンデンサ型マイクロフォンとして、図３の回路図に示すように、正負の電荷が永久的に帯電している薄膜振動誘電体１０１ａと電極１０１ｂとで構成されるコンデンサ１０１と、信号を増幅するために設けられ、ゲートがコンデンサ１０１の電極１０１ｂに接続された電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１０２と、一端がコンデンサ１０１の電極１０１ｂと電界効果トランジスタ１０２のゲートとの間に接続され、他端が基準電位点に接続された抵抗（負荷抵抗）、ここでは、抵抗値が約１００ＭΩの抵抗１０３とが備えられたコンデンサ型マイクロフォン（以下、従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンという。）が提案されている。
【０００３】
この従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンによれば、音圧の変化に対応して変化する薄膜振動誘電体１０１ａの変位を、当該薄膜振動誘電体およびコン電極１０１ｂで構成されるコンデンサ１０１の容量変化として検出し、容量変化の際に流れる変位電流は、抵抗１０３を介して直流電圧に変換される。また、抵抗１０３を介して変換された直流電圧は電界効果トランジスタ１０２のゲートに印加され、音圧の変化に比例した起電力を取り出すことができる。
【０００４】
また、従来例をなす第２のコンデンサ型マイクロフォンとして、ＬＣ発振回路のコンデンサ部を構成する振動電極、背電極間の容量変化によって検出した当該ＬＣ発振回路の発振周波数変化を搬送周波数のＦＭ変調とみなして送信し、それを受信した側でＦＭ復調して音声信号を得ることができるコンデンサ型マイクロフォンも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３９７９６号公報（第２−３頁）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例をなす第１、第２の各コンデンサ型マイクロフォンのうち、従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンは、ハンドセット通話、すなわち、受話器での通話に使用するために開発されたものであり、基準音圧は１Ｐａ（９４ｄＢ）、Ｓ／Ｎ比は６０ｄＢとして設計されている。また、口元での通話（マイクと口との距離は約５０ｃｍ）として用いた場合には十分なダイナミックレンジを確保できる、一方、拡声用として用いた場合にはマイクと口元との距離が長くなり、この距離を上述の５０ｃｍとすると音圧レベルは７４ｄＢまで低下し、これに伴いＳ／Ｎ比も約４０ｄＢまで低下することから、拡声通話に必要なＳ／Ｎ比である約９０ｄＢまで増幅させると、雑音（ノイズ）まで増幅してしまうことになり、通話していない場合においても雑音が発生し、特に、病院等で静寂が必要される環境下において使用するにあたっては、人々に対して不快感を与えてしまう難点があった。また、上述の雑音は、電界効果トランジスタ１０２を構成する半導体素子が有する１／ｆノイズに起因する部分が大きく、音声帯域において雑音の少ない増幅器を用いたエレクトレット型コンデンサマイクロフォンが音響測定、業務用等で使用する目的で開発されているが、それらは高価で大きな形状である難点があった。
【０００６】
また、従来例をなす第２のコンデンサ型マイクロフォンにおいて、当該マイクロフォンのＳ／Ｎ比は、ＬＣ発振回路が有する位相ノイズの大きさで決定される。この位相ノイズは、ＬＣ発振回路のインピーダンスの大きさに反比例し、当該発振回路の発振源である水晶、ＬＣ、ＲＣの相違に応じて、水晶発振回路のインピーダンス＞ＬＣ発振回路のインピーダンス＞ＲＣ発振回路のインピーダンスの関係を有していることにより、位相ノイズが大きいＳ／Ｎ比を拡声通話に必要なＳ／Ｎ比である約９０ｄＢまで増幅させると、雑音（ノイズ）まで増幅してしまうことになり、上述の従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンと同様、通話していない場合においても雑音が発生し、特に、病院等で静寂が必要される環境下において使用するにあたっては、人々に対して不快感を与えてしまう難点があった。
【０００７】
本発明は、上述の難点を解消するためになされたもので、音圧の変化をコンデンサの容量変化に変換して低雑音で高感度な音声信号を得ることができる低雑音コンデンサ型マイクロフォンを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明の低雑音コンデンサ型マイクロフォンは、音圧の変化に対応して容量が変化する薄膜振動誘電体および電極で構成されるコンデンサと、水晶等で制御されコンデンサにクロック信号を印加するためのクロック源と、コンデンサの容量変化を遅延時間の変化に変換して遅延信号を出力するための遅延回路と、クロック信号に遅延信号を乗算し音圧の変化をパルス幅信号に変換して出力するための乗算器と、パルス幅信号が印加されパルス幅信号の短時間平均値を音圧に比例させるための低域通過フィルタとを備えている。
【０００９】
このような低雑音コンデンサ型マイクロフォンによれば、クロック源からのクロック信号が印加された薄膜振動誘電体および電極で構成されるコンデンサの容量変化は、遅延回路を介して遅延時間の変化に変換される。また、乗算器は、クロック源からのクロック信号に遅延回路からの遅延信号を乗算して薄膜振動誘電体の容量の変化に起因した音圧の変化をパルス幅信号に変換して出力し、このパルス幅信号の短時間平均値を、低域通過フィルタを介して音圧に比例させることにより、低雑音で高感度な音声信号を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の低雑音コンデンサ型マイクロフォンにおいて、遅延回路は、ＲＣ積分回路で構成される。
【００１１】
このような低雑音コンデンサ型マイクロフォンによれば、音圧の変化によってコンデンサの容量が大きくなった場合には、遅延回路を構成するＲＣ積分回路にて決定される時定数は大きくなる、一方、コンデンサの容量が小さくなった場合には、時定数も小さくなるように、コンデンサの容量変化を遅延時間の変化に変換できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の低雑音コンデンサ型マイクロフォンを適用した好ましい形態の実施例について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施例による低雑音コンデンサ型マイクロフォンの構成を示す回路ブロック図である。
【００１４】
図１の回路ブロック図に示す低雑音コンデンサ型マイクロフォンは、音圧の変化に対応して容量が変化する正負の電荷が永久的に帯電している薄膜振動誘電体１ａおよび電極１ｂで構成されるコンデンサ１と、位相ノイズ、ジッターが小さい水晶等で制御され、コンデンサ１にクロック信号を印加するためのクロック源２と、コンデンサ１が構成部となり、抵抗１０を介してクロック源２からのクロック信号がコンデンサ１の電極１ｂに印加され、コンデンサ１の容量変化を抵抗１０の抵抗値と当該コンデンサの容量との積である時定数により決定される遅延時間の変化に変換して遅延信号を出力するための遅延回路３と、入力側の一方に入力されたクロック源２からのクロック信号に入力側の他方に入力された遅延回路３からの遅延信号を乗算し音圧の変化をパルス幅信号に変換して出力するための乗算器４と、乗算器４の出力側からのパルス幅信号が印加され当該パルス幅信号の短時間平均値を音圧に比例させるための低域通過フィルタ５とを備えている。
【００１５】
また、図１の回路ブロック図において、遅延回路３を構成する抵抗１０の一端には、クロック源２が接続されており、この抵抗１０の他端には、（−）極が基準電位点に接続された薄膜振動誘電体１ａとともにコンデンサ１を構成する電極１ｂと乗算器４の入力側の他方とがそれぞれ接続されており、抵抗１０およびコンデンサ１でＲＣ積分回路３ａを構成している。
【００１６】
このように構成された本発明の実施例による低雑音コンデンサ型マイクロフォンにおいて、以下、具体的な動作について、図１の回路ブロック図を参照して説明する。
【００１７】
クロック源２より発振された一定周期の方形波パルスからなるクロック信号Ｓ１は、遅延回路３のＲＣ積分回路３ａを構成する抵抗１０、コンデンサ１の充放電作用が入力電圧の位相を遅らせるため、出力パルスは入力パルスより一定時間の遅延がなされる。また、遅延がなされた一定時間（以下、遅延時間という。）は、抵抗１０の抵抗値とコンデンサ１の容量との積である時定数によって決定される。ここでは、音圧の変化によってコンデンサ１の容量が変化するため、パルスの遅延時間は音圧の変化に依存する。すなわち、音圧の変化によってコンデンサ１の容量が大きくなった場合には、時定数は大きくなるため、パルスの遅延時間は長くなる、一方、コンデンサ１の容量が小さくなった場合には、時定数も小さくなるため、パルスの遅延時間は短くなるように、コンデンサ１の容量変化を遅延時間の変化に変換させた遅延回路３は、乗算器４に遅延信号Ｓ２を出力する。
【００１８】
また、乗算器４は、入力側の一方に入力されたクロック源２からのクロック信号Ｓ１と、入力側の他方に入力された遅延回路３からの遅延信号Ｓ２とを乗算し、音圧の変化に対応したパルス幅信号Ｓ３を出力する。すなわち、パルスの遅延時間が長い遅延信号Ｓ２が入力された場合には、パルス幅の狭いパルス幅信号Ｓ３を低域通過フィルタ５に出力する、一方、パルスの遅延時間が短い遅延信号Ｓ２が入力された場合には、パルス幅の広いパルス幅信号Ｓ３を低域通過フィルタ５に出力する。
【００１９】
さらに、低域通過フィルタ５は、乗算器４からのパルス幅信号Ｓ３の短時間平均値を音圧に比例させて通過させることにより、低雑音で高感度な音声信号を得ることができる。
【００２０】
なお、本発明の実施例による低雑音コンデンサ型マイクロフォンでは、遅延回路３を構成するＲＣ積分回路として、コンデンサ１の容量変化を抵抗１０の抵抗値と当該コンデンサの容量との積である時定数により決定される遅延時間の変化に変換して遅延信号を出力するためのＲＣ積分回路３ａを適用させたが、当該ＲＣ積分回路はこれに限定されず、図２の回路ブロックに示すように、上述の抵抗１０およびコンデンサ１で構成されるＲＣ積分回路３ｂとコンパレータ（オペアンプ）１１とを有する遅延回路３を適用させた本発明の他の実施例による低雑音コンデンサ型マイクロフォンも好適とされ、このＲＣ積分回路３ｂとコンパレータ（オペアンプ）１１とで構成される遅延回路３を適用するにあたり、クロック源２より発振された一定周期の方形波パルスからなるクロック信号Ｓ１は、遅延回路３のＲＣ積分回路３ｂを構成する抵抗１０、コンデンサ１を介してのこぎり波状の波形となるが、コンパレータ１１のスレッショルド電圧によりＨ（Ｈｉｇｈ）レベル、またはＬ（Ｌｏｗ）に固定されることにより、再び方形波パルスからなる遅延信号Ｓ２を出力させることができる。また、遅延信号Ｓ２は、抵抗１０、コンデンサ１の充放電作用が入力電圧の位相を遅らせるため、出力パルスは入力パルスより一定時間の遅延がなされる。この遅延時間はのこぎり波の傾きに依存するが、のこぎり波の傾きは抵抗１０の抵抗値とコンデンサ１の容量との積である時定数によって決定される。ここでは、音圧の変化によってコンデンサ１の容量が変化するため、パルスの遅延時間は音圧の変化に依存する。すなわち、音圧の変化によってコンデンサ１の容量が大きくなった場合には、時定数は大きくなるため、パルスの遅延時間は長くなる、一方、コンデンサ１の容量が小さくなった場合には、時定数も小さくなるため、遅延時間は短くなり、この遅延信号Ｓ２とクロック信号Ｓ１とを乗算器４を介して加算し、乗算器４からのパルス幅信号Ｓ３を低域通過フィルタ５を介して通過させることにより、上述の実施例と同様、低雑音で高感度な音声信号を得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の低雑音コンデンサ型マイクロフォンによれば、信号を増幅するための電界効果トランジスタが不要とされ、当該電界効果トランジスタを構成する半導体素子が有する１／ｆノイズに起因した雑音の発生を防ぐことができ、低雑音で高感度の音声信号を得ることができるばかりでなく、位相ノイズ、ジッターが小さい水晶等のクロック源を用いることにより、当該低雑音コンデンサ型マイクロフォンの内部に発振回路を組み込む必要がなく、より小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による低雑音コンデンサ型マイクロフォンの構成を示すブロック図および信号波形図である。
【図２】本発明の他の実施例による低雑音コンデンサ型マイクロフォンの構成を示すブロック図および信号波形図である。
【図３】従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１・・・・・コンデンサ
１ａ・・・・・薄膜振動誘電体
１ｂ・・・・・電極
２・・・・・クロック源
３・・・・・遅延回路
３ａ、３ｂ・・・・・ＲＣ積分回路
４・・・・・乗算器
５・・・・・低域通過フィルタ
Ｓ１・・・・・クロック信号
Ｓ２・・・・・遅延信号
Ｓ３・・・・・パルス幅信号
【図１】
2004120418.tif 000003
【図２】
2004120418.tif 000004
【図３】
2004120418.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月11日(2002.11.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
この従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンによれば、音圧の変化に対応して変化する薄膜振動誘電体１０１ａの変位を、当該薄膜振動誘電体および電極１０１ｂで構成されるコンデンサ１０１の容量変化として検出し、容量変化の際に流れる変位電流は、抵抗１０３を介して直流電圧に変換される。また、抵抗１０３を介して変換された直流電圧は電界効果トランジスタ１０２のゲートに印加され、音圧の変化に比例した起電力を取り出すことができる。


【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３９７９６号公報（第２−３頁）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例をなす第１、第２の各コンデンサ型マイクロフォンのうち、従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンは、ハンドセット通話、すなわち、受話器での通話に使用するために開発されたものであり、基準音圧は１Ｐａ（９４ｄＢ）、Ｓ／Ｎ比は６０ｄＢとして設計されている。また、第１のコンデンサ型マイクロフォンを口元での通話（マイクと口との距離は５ｃｍ）として用いた場合には十分なダイナミックレンジを確保できる、一方、拡声用として用いた場合にはマイクと口元との距離が長くなり、この距離を５０ｃｍとすると音圧レベルは７４ｄＢまで低下し、これに伴いＳ／Ｎ比も４０ｄＢまで低下することから、拡声通話に必要なＳ／Ｎ比である９０ｄＢまで増幅させると、雑音（ノイズ）まで増幅してしまうことになり、通話していない場合においても雑音が発生し、特に、病院等で静寂が必要される環境下において使用するにあたっては、人々に対して不快感を与えてしまう難点があった。また、上述の雑音は、電界効果トランジスタ１０２を構成する半導体素子が有する１／ｆノイズに起因する部分が大きく、音声帯域において雑音の少ない増幅器を用いたエレクトレット型コンデンサマイクロフォンが音響測定、業務用等で使用する目的で開発されているが、それらは高価で大きな形状である難点があった。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、従来例をなす第２のコンデンサ型マイクロフォンにおいて、当該マイクロフォンのＳ／Ｎ比は、ＬＣ発振回路が有する位相ノイズの大きさで決定される。この位相ノイズは、ＬＣ発振回路のインピーダンスの大きさに反比例し、当該発振回路の発振源である水晶、ＬＣ、ＲＣの相違に応じて、水晶発振回路のインピーダンス＞ＬＣ発振回路のインピーダンス＞ＲＣ発振回路のインピーダンスの関係を有していることにより、位相ノイズが大きいＳ／Ｎ比を拡声通話に必要なＳ／Ｎ比である９０ｄＢまで増幅させると、雑音（ノイズ）まで増幅してしまうことになり、上述の従来例をなす第１のコンデンサ型マイクロフォンと同様、通話していない場合においても雑音が発生し、特に、病院等で静寂が必要される環境下において使用するにあたっては、人々に対して不快感を与えてしまう難点があった。