JP2012186583A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】電気的な相殺回路のみで振動雑音を相殺でき、差動増幅器や加算器を用いることなく、電気的に振動雑音を相殺するコンデンサマイクロホンを得る。
【解決手段】コンデンサマイクロホンユニット８０と圧電子３０を有し、圧電子３０は、コンデンサマイクロホンユニット８０が振動によって振動雑音信号を生成するとき振動によって圧電信号が生成されるように配置され、圧電子３０で生成される圧電信号は、ローパスフィルタ７０及びレベル調整回路５０を経てコンデンサマイクロホンユニット８０に入力されてコンデンサマイクロホンユニット８０の振動板８１を駆動するように接続され、コンデンサマイクロホンユニット８０において振動によって生成される振動雑音信号が圧電子３０で生成される圧電信号で相殺される。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンに関するもので、特に、指向性を有するコンデンサマイクロホンにおける振動雑音防止に関するものである。

マイクロホンは、その本体に機械的な振動が伝わると、この振動がマイクロホンユニットに伝わり、マイクロホンユニットで音声信号に変換され、マイクロホンユニットで変換される本来の音声信号に振動雑音信号が混入する。マイクロホン本体の機械的な振動には、落下や衝突などの衝撃的な振動、あるいは、マイクロホンが組み込まれている装置の機械的駆動による継続的な振動、マイクロホン本体が擦られることによって生じる振動など、様々な振動がある。

コンデンサマイクロホンのうち、カージオイドまたはハイパーカージオイドの指向特性を持つ単一指向性または無指向性寄りの単一指向性、あるいは双指向性を持つ一次音圧傾度型マイクロホンは、振動が加わるとそれに応じた振動雑音が発生する。特に、音響管を用いる狭指向性コンデンサマイクロホンでは、マイクロホン本体が機械的に振動したとき、音響管内の空気の質量が振動板に加わり、空気の質量の慣性により振動板が動かされ、大きな振動雑音を発生する。上記一次音圧傾度型コンデンサマイクロホンでは、指向性によって振動雑音の大きさが著しく異なり、指向性が双指向性に近いほど大きく、無指向性に近いほど小さくなる。

音響管を用いる狭指向性マイクロホンでは、音響管の長さに依存して低域側では狭指向性ではなくなる。音響管は実用的な長さに設計する必要があり、上記のように狭指向性が失われる低域側では、一次音圧傾度型として動作させ、低い周波数域でも狭指向性が保たれるように設計される。振動雑音は、マイクロホンユニットの振動板の振動に加え、振動板とともに同時に動く空気の質量が起振力の源になる。したがって、音響管が長くなればなるほど振動雑音は大きくなる。

上記のように、コンデンサマイクロホンにおける振動雑音の発生が指向性によって異なることについては、特許文献１にも記載されている。特許文献１では、その第７図に、機械的振動に対するマイクロホン感度が指向性の違いによってどのように異なるかを無指向性のものを基準にして、双指向性、単一指向性、無指向性寄りの単一指向性の各マイクロホンについて示している。特許文献１の第７図から明らかなように、指向性マイクロホンの中音域周波数での振動感度は、双指向性で最も高く、以下、単一指向性、無指向性寄りの単一指向性、無指向性の順に低下する。

特許文献１には、コンデンサマイクロホンの機械的な防振についても記載されている。具体例としては、マイクロホン本体あるいはマイクロホンユニットをゴムなどの粘弾性体で支持し、マイクロホン本体とマイクロホンユニットを機械的に絶縁する方法が記載されている。しかし、機械的な防振構造によってなるべく低い周波数まで機械的な防振をしようとすると、マイクロホンユニットを柔軟な粘弾性体を介することによりふらふらの状態で支持することになり、実用的でない。

そこで、特許文献１記載の発明は、
振動雑音を検出するための圧電型振動ピックアップと、
コンデンサマイクロホンユニットと上記ピックアップを支持する第１防振機構、第２防振機構からなる機械的防振手段と、
上記ピックアップの出力信号の大きさ及び位相をコンデンサマイクロホンユニットの出力信号の大きさ及び位相と等しくなるように補正する振幅、位相特性補正回路及びレベル補正回路とコンデンサマイクロホンユニットの出力信号及びレベル補正回路の出力信号が供給されこれらの差動出力信号を出力する差動回路とからなる電気的相殺手段と、
を有するコンデンサマイクロホンを提案している。

図２は、特許文献１に記載されているコンデンサマイクロホンの回路構成と実質同一の従来のコンデンサマイクロホンの回路例を示している。図２において、コンデンサマイクロホンユニット７で電気音響変換された音声信号は、ＦＥＴ９を主たる回路素子として有するインピーダンス変換回路８で低インピーダンスに変換されて出力されるようになっている。一方、振動雑音を検出するための圧電型振動ピックアップ１０を有していて、このピックアップ１０で検出された振動雑音信号は、ＦＥＴ１１１を主たる回路素子として有するインピーダンス変換回路１１で低インピーダンスに変換されて出力されるようになっている。インピーダンス変換された振動雑音信号はレベル調整用可変抵抗１２１を有するレベル補正回路１２で上記音声信号レベルに見合ったレベルに調整され、次の主たる回路素子としてＦＥＴ１３１を有しているバッファアンプ１３に入力されるようになっている。バッファアンプ１３の出力信号は、可変抵抗１４１、電解コンデンサ１４２、コンデンサ１４３を有してなるローパスフィルタ１４を経て出力されるようになっている。上記可変抵抗１４１と電解コンデンサ１４２はローパスフィルタ１４の入力端と出力端との間に直列に接続され、上記コンデンサ１４３は、可変抵抗１４１と電解コンデンサ１４２の接続点とグランドＧＮＤの間に接続されている。

マイクロホンユニット７からインピーダンス変換回路８を経て出力される音声信号は、エミッタフォロワ接続されたトランジスタ１５１を主たる回路素子として有するバッファ１５を介して出力される。圧電型振動ピックアップ１０からインピーダンス変換回路１１、レベル補正回路１２、バッファアンプ１３、ローパスフィルタ１４を介して出力される振動雑音信号は、エミッタフォロワ接続されたトランジスタ１６１を主たる回路素子として有するバッファ１６を介して出力される。以上説明した回路は３個のピンを有してなるコネクタを経て外部の回路に接続される。上記３個のピンの第１のピン２１はグランドに接続され、第２のピン２２はバッファアンプ１５を構成するトランジスタ１５１のエミッタに、第３のピン２３はバッファアンプ１６を構成するトランジスタ１６１のエミッタに接続されている。上記各コネクタピンは平衡出力するためのピンであって、上記第２、第３のピン２２，２３からはそれぞれホット側の信号とコールド側の信号が出力される。

第２、第３のピン２２，２３及び第１のピン２１は、ケーブルを介して図示されないミキサーに接続される。ミキサーはファントム電源を有するとともに、マイクロホンユニット７側の音声信号と、圧電型振動ピックアップ１０側からの振動雑音信号の差動信号を出力する差動回路を有する。この差動回路は、上記ミキサーのヘッドアンプ部にあり、上記振動雑音信号が逆相で平衡入力されることにより、音声信号から振動雑音信号が減算されるように構成されている。その結果、振動によって発生した振動雑音が上記振動雑音信号で相殺される。

上記ミキサーの入力は、ホット側の信号とコールド側の信号が平衡を保っていなければ振動雑音を打ち消すことができない。そこで、図２に示す従来の回路例では、レベル補正回路１２を置いて、振動雑音信号を音声信号のレベルに見合ったレベルに補正し、また、ローパスフィルタ１４にその特性を調整する可変抵抗１４１を置いて、打ち消そうとする振動雑音の周波数特性に合わせるようになっている。圧電型振動ピックアップは、加速度が一定であれば周波数を変えても一定レベルの出力を得ることができる。これに対してマイクロホンで生成される振動雑音信号は、音圧感度が平坦になる周波数帯では、前述のように周波数が高くなるに従ってレベルが低下する。圧電型振動ピックアップ１０で検出した振動雑音信号を、ローパスフィルタ１４を介して取り出すと、マイクロホンユニット７によって生成される振動雑音と同様の周波数応答になる。この振動雑音のレベルを、マイクロホンユニット７によって生成される振動雑音のレベルと一致させると、振動雑音は相殺される。

特許第２５２０９２９号公報

特許文献１記載の発明は、振動雑音の電気的な相殺手段のほかに機械的な相殺手段についても述べているが、可能であれば電気的な相殺回路のみで相殺できることが望ましい。また、特許文献１記載の発明によれば、電気的な相殺回路に差動回路を用いる必要がある。差動回路は、差動増幅器を用いるかまたは一方の信号の位相を反転して加算器で加算する必要があるが、上記差動増幅器や加算器は一般に回路構成が複雑であり、相応のコストがかかる。よって、差動増幅器や加算器を用いることなく、電気的に振動雑音を相殺することが可能なコンデンサマイクロホンの実現が望まれる。

本発明は、以上述べた従来技術の問題点を解消すること、すなわち、電気的な相殺回路のみで振動雑音を相殺できること、そして、差動増幅器や加算器を用いることなく、電気的に振動雑音を相殺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。

本発明は、コンデンサマイクロホンユニットと圧電子とを有し、上記圧電子は、上記コンデンサマイクロホンユニットが振動によって振動雑音信号を生成するとき上記振動によって圧電信号が生成されるように配置され、上記圧電子で生成される圧電信号は、ローパスフィルタ及びレベル調整回路を経て上記コンデンサマイクロホンユニットに入力されて上記コンデンサマイクロホンユニットの振動板を駆動するように接続され、上記コンデンサマイクロホンユニットにおいて振動によって生成される振動雑音信号が上記圧電子で生成される圧電信号で相殺されることを最も主要な特徴とする。

圧電子で生成される圧電信号がコンデンサマイクロホンユニットの振動板を駆動し、コンデンサマイクロホンユニットにおいて振動によって生成される振動雑音信号を相殺するため、差動増幅器や加減算回路を用いなくても、振動雑音を防止することができるコンデンサマイクロホンを得ることができる。

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。 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。

以下、本発明に係るコンデンサマイクロホンの実施例を、図１を参照しながら説明する。
図１に示すコンデンサマイクロホンの実施例は、コンデンサマイクロホンユニット（以下「マイクロホンユニット」という場合もある）８０と圧電子３０とを有している。コンデンサマイクロホンユニット８０は、周知のとおり、薄膜からなっていて音波を受けて振動する振動板８１と、振動板８１との間に微小な間隔をおいて対向する固定極８２を有している。振動板８１と固定極８２はコンデンサの電極を構成していて、振動板８１が音波を受けて振動すると、上記固定極８２との間隔が変化して振動板８１と固定極８２との間の静電容量が変化し、音波に対応した電気信号である音声信号に変換される。

上記圧電子３０は、圧電体を２枚の電極で挟んだ構造を基本とした素子で、圧電効果、すなわち、圧電体と電極の積層方向から力が加えられると上記電極間に電圧を発生し、逆に、上記電極間に電圧を印加すると伸縮力を発生するという効果を利用した素子である。本実施例においては、マイクロホンユニット８０が振動によって振動雑音信号を生成するとき上記振動によって圧電子３０が圧電信号を生成するように配置されている。より具体的には、圧電子３０を構成する電極のうち一つの電極の面を、マイクロホンユニット８０のユニットケースに固着し、圧電子３０の反対面すなわち上記固着面とは反対側の面に錘が固着されている。マイクロホンユニット８０が組み込まれているマイクロホン本体が衝撃力を受けるなどの要因でマイクロホンユニット８０に振動が伝わると、圧電子３０の上記錘に振動の大きさに応じた加速力が生じ、この加速力で圧電子３０に圧力が加わり、圧電子３０に上記振動の大きさに応じた圧電信号が生成される。

マイクロホンユニット８０は、その振動板８１が抵抗８３を介してグランドに接続され、固定極８２から音声信号が出力されインピーダンス変換回路９０に入力されるようになっている。インピーダンス変換回路９０はＦＥＴ９１を主たる回路素子として有しており、ＦＥＴ９１のゲートに上記音声信号が入力される。ＦＥＴ９１のドレインは電源ライン２５に接続され、ＦＥＴ９１のソースは抵抗９３，９４を経てグランドに接続されている。ＦＥＴ９１のゲートと抵抗９３，９４の接続点との間に抵抗９２が接続されている。インピーダンス変換回路９０で低インピーダンスに変換された音声信号はＦＥＴ９１のソースから電解コンデンサ９５を介して出力されるようになっている。

インピーダンス変換された音声信号は、バッファ１００を経て平衡出力される。バッファ１００は、主たる回路素子として二つのトランジスタ１０１、１０２を有している。トランジスタ１０１、１０２はともにエミッタフォロワ接続になっていて、各コレクタは抵抗１０４を介して電源ライン２５に接続され、トランジスタ１０１のベースには上記電解コンデンサ９５を経た音声信号が入力されるように接続されている。トランジスタ１０１のコレクタとベースとの間には抵抗１０５が接続され、トランジスタ１０１のエミッタがコネクタの２番ピン２に接続されて、平衡出力のホット側信号が出力されるようになっている。他方のトランジスタ１０２のベースは電解コンデンサ１０９を介してグランドに接続されている。トランジスタ１０２のコレクタとベースとの間には抵抗１０６が接続され、トランジスタ１０２のエミッタがコネクタの３番ピン３に接続されて、平衡出力のコールド側信号が出力されるようになっている。上記１番ピン１，２番ピン２，３番ピン３は規格化された３ピンタイプのコネクタを構成し、このコネクタを介してミキサーなどの外部回路に接続されるようになっている。

電源ライン２５とグランドとの間には定電圧ダイオード１０７が接続され、電源ライン２５の電圧が一定の電圧に安定して保持されるようになっている。定電圧ダイオード１０７には電解コンデンサ１０８が並列に接続されている。電源ライン２５には図示されない直流電源が接続されて適宜の直流電圧が印加されている。

前記圧電子３０の一方の電極はグランドに接続され、他方の電極から圧電信号が出力されるようになっている。上記圧電信号は、インピーダンス変換回路４０、レベル調整回路５０、バッファアンプ６０、ローパスフィルタ７０を順に経てマイクロホンユニット８０に入力され、マイクロホンユニット８０の振動板８１を駆動するように接続されている。

上記インピーダンス変換回路４０は、ＦＥＴ４１を主な回路素子として有しており、圧電子３０から出力される圧電信号がＦＥＴ４１のゲートに入力されるようになっている。ＦＥＴ４１のドレインは電源ライン２５に接続され、ＦＥＴ４１のソースは抵抗４３，４４を介してグランドに接続されている。ＦＥＴ４１のゲートと上記抵抗４３と抵抗４４の接続点との間には抵抗４２が接続されている。

インピーダンス変換回路４０で低インピーダンスに変換された上記圧電信号はＦＥＴ４１のソースから出力され、結合コンデンサ５１を介してレベル調整回路５０に入力される。レベル調整回路５０は、上記結合コンデンサ５１と可変抵抗５２を有してなる。上記圧電信号を出力するＦＥＴ４１のソースは、結合コンデンサ５１と可変抵抗５２を経てグランドに接続されている。可変抵抗５２の両端に上記圧電信号の最大電圧レベルが印加され、可変抵抗５２の摺動電極から、レベルが調整された圧電信号が出力されるようになっている。

前記バッファアンプ６０は、主たる回路素子としてＦＥＴ６１を有してなり、レベル調整回路５０で調整された圧電信号が、結合コンデンサ６２を介してＦＥＴ６１のゲートに入力されるようになっている。ＦＥＴ６１のドレインは電源ライン２５に接続され、ＦＥＴ６１のソースは抵抗６４，６５を直列に介してグランドに接続されている。ＦＥＴ６１のゲートと上記抵抗６４，抵抗６５の接続点との間には抵抗６３が接続されている。ＦＥＴ６１のソースがバッファアンプ６０の出力端となっている。

前記ローパスフィルタ７０は、可変抵抗７１、電解コンデンサ７３、コンデンサ７２からなる。バッファアンプ６０から出力される圧電信号は、可変抵抗７１を経てローパスフィルタ７０に入力され、電解コンデンサ７３を経て圧電信号の低周波領域のみがローパスフィルタ７０をとおり、マイクロホンユニット８０の振動板８１に入力されるように接続されている。可変抵抗７１の調整によってローパスフィルタ７０の特性が調整されるようになっている。

以上のように構成されているコンデンサマイクロホンの実施例の動作を説明する。マイクロホンユニット８０は音波を受けて音声信号に変換し、音声信号はインピーダンス変換回路９０により低インピーダンスに変換されて出力される。インピーダンス変換された音声信号は、バッファ１００を構成する二つのトランジスタ１０１，１０２のうち一方のトランジスタ１０１のベースに入力され、トランジスタ１０１のエミッタから平衡出力のホット側信号として出力される。他方のトランジスタ１０２のエミッタからは平衡出力のコールド側信号として出力される。

いま、マイクロホン本体に機械的な振動が加わってマイクロホンユニット８０の振動板８１が振動し、音波に基づいた振動による音声信号以外の振動雑音信号が生成されたとする。圧電子３０やレベル調整回路５０、ローパスフィルタ７０などからなる振動雑音相殺のための回路がないとすれば、音声出力信号に上記振動雑音信号が混入し、再生音に、音声信号とは別の不快な振動雑音が混入する。しかし、図１に示す本発明の実施例によれば、圧電子３０で検出され、レベル調整回路５０でレベル調整されかつ、ローパスフィルタ７０の可変抵抗７１で低域の周波数特性が調整された圧電信号により、マイクロホンユニット８０の振動板８１が駆動される。すなわち、マイクロホンユニット８０の音声信号出力に圧電信号が加算される。そこで、機械的振動が加わることによってマイクロホンユニット８０で生成される振動雑音信号の極性に対し、圧電子３０側に機械的振動が加わることによって圧電子３０側で生成される圧電信号の極性を反転させ、この反転信号をマイクロホンユニット８０に加算することにより、マイクロホンユニット８０で生成される振動雑音信号を上記圧電信号で相殺している。

このように、上記実施例によれば、圧電子３０側で生成される圧電信号をマイクロホンユニットに入力してマイクロホンユニットの振動板を駆動するように接続すればよく、特別な加算器や減算器を必要としない。また、前記特許文献１記載の発明で用いていた差動回路の類も不要であるから、振動雑音を相殺することができるコンデンサマイクロホンを低コストで得ることができる。

前述のように、音響管を用いる狭指向性マイクロホンは、音響管内の空気の質量によって振動雑音を発生しやすいが、本発明の技術思想を狭指向性マイクロホンに適用すれば、レベル調整回路５０で圧電信号のレベルを調整し、また、ローパスフィルタ７０の低域周波数特性を調整することにより、振動雑音を効果的に相殺することができる。

本発明は、電気的な振動雑音相殺回路を構成することを要旨とするものであるが、機械的な防振手段を併用してもよい。これにより、より効果的に振動雑音を防止することができる。
本発明で用いる圧電子は、モノモルフ型でも、バイモルフ型でも、積層型でもよく、適宜のタイプを選択して用いればよい。

３０ 圧電子
４０ インピーダンス変換回路
５０ レベル調整回路
５２ 可変抵抗
６０ バッファアンプ
７０ ローパスフィルタ
７１ 可変抵抗
８０ コンデンサマイクロホンユニット
８１ 振動板
８２ 固定極

Claims (6)

1. コンデンサマイクロホンユニットと圧電子とを有し、
   上記圧電子は、上記コンデンサマイクロホンユニットが振動によって振動雑音信号を生成するとき上記振動によって圧電信号が生成されるように配置され、
   上記圧電子で生成される圧電信号は、ローパスフィルタ及びレベル調整回路を経て上記コンデンサマイクロホンユニットに入力されて上記コンデンサマイクロホンユニットの振動板を駆動するように接続され、
   上記コンデンサマイクロホンユニットにおいて振動によって生成される振動雑音信号が上記圧電子で生成される圧電信号で相殺されるコンデンサマイクロホン。
2. 圧電子には、コンデンサマイクロホンユニットが振動雑音信号を生成する振動方向に加速度が生じるように錘が固着されている請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
3. 圧電子は、その一面がコンデンサマイクロホンユニットに固着され、この固着面の反対側の面に錘が固着されている請求項１または２記載のコンデンサマイクロホン。
4. ローパスフィルタとレベル調整回路との間にバッファアンプが介在している請求項１、２または３記載のコンデンサマイクロホン。
5. ローパスフィルタは、その特性を調整可能な可変抵抗を有している請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
6. コンデンサマイクロホンユニットの振動板を駆動する圧電信号は、振動によってコンデンサマイクロホンユニットが生成する振動雑音信号とは逆極性である請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
   

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