JP5389634B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、成極電圧生成回路を備えているコンデンサマイクロホンに関するもので、特に、成極電圧を調整することができる成極電圧生成回路を備えていることを特徴とするものである。

コンデンサマイクロホンは、一般に、音波を受けて振動するダイヤフラム状の振動板と、この振動板と対向配置された固定電極を主要な構成部材とするコンデンサマイクロホンユニットを備えている。上記振動板は、その外周縁部が振動板支持リングに適度の張力をもって固着され、振動板の上記振動板支持リングとの固着部と、上記固定電極との間にリング状のスペーサが介在することによって、振動板と固定電極との間に微小な間隙が保たれている。上記振動板および固定電極は、他の内臓部品、例えば、絶縁座、インピーダンス変換素子としてのＦＥＴ，回路基板などとともにユニットケースに収納され、ユニットケース内に位置決めされて固定されている。

振動板は、振動板支持リングおよびユニットケースを介して成極電源の例えば負極側に接続され、固定電極は、例えば上記絶縁座を貫通して突出させた引き出し端子を介して成極電源の例えば正極側に接続されている。このようにして振動板と固定電極との間に成極電圧が印加され、振動板と固定電極とによって一種のコンデンサが形成されている。

振動板に音波が当たって振動板が振動すると、振動板と固定電極との間隔が変化して上記コンデンサの容量が変化し、振動板と固定電極との間の電流の変化として出力される。この出力インピーダンスはきわめて高いことから、前記ＦＥＴを有してなるインピーダンス変換器によりインピーダンスを低くし、インピーダンス変換器の出力をマイクロホンユニットの出力としている。

上記のように構成されているコンデンサマイクロホンの感度は、振動板と固定電極との間に印加される成極電圧に依存し、成極電圧が高いほど感度がよくなる。そこで、直流昇圧回路すなわちＤＣ−ＤＣコンバータを用いて直流電源電圧を高め、これを成極電圧としている。しかし、マイクロホンの他の電気回路との関係から、ＤＣ−ＤＣコンバータに供給することができる電流は１ｍＡ以下に制限され、成極電圧を高めるには限度がある。そこで、ＤＣ−ＤＣコンバータに多倍電圧整流回路を付加することによって成極電圧を高めるようにしている。図５は、ＤＣ−ＤＣコンバータの整流回路を多倍電圧整流回路とした従来のコンデンサマイクロホンの成極電圧生成回路の例を示す。

図５に示す成極電圧生成回路は、ファントム電源に接続する電源入力端子１０を備えたＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されていて、発振回路１２と、多倍電圧整流回路１４を主要な構成部分として備えている。発振回路１２はトランジスタＴＲを主体としてなり、電源入力端子１０とトランジスタＴＲのコレクタとの間に可変抵抗ＶＲが、電源入力端子１０とトランジスタＴＲのエミッタとの間にコンデンサＣ５が接続されている。トランジスタＴＲのコレクタ−ベース間には抵抗Ｒが、トランジスタＴＲのエミッタとアースとの間にはコイルＬ２が接続されている。トランジスタＴＲのベースにはコンデンサＣ４の一端が、トランジスタＴＲのエミッタにはコイルＬ１の一端が接続され、上記コンデンサＣ４と上記コイルＬ１の他端はトランジスタＴＲのベースに接続されている。したがって、トランジスタのベース−エミッタ間に、コンデンサＣ４とコイルＬ１が直列に接続されている。

コイルＬ１とコイルＬ２は、例えば共通のコアに巻かれることによって電磁的に誘導結合している。上記発振回路１２が、交番的に発振動作することにより、また、上記コイルＬ１とコイルＬ２が電磁的に誘導結合しかつコイルＬ２に対するコイルＬ１の巻数比が約８倍になっていることによって、電源入力端子１０から入力される５Ｖ程度の直流電圧を４０Ｖ程度の交流電圧に昇圧する。この交流電圧は、次に説明する多倍電圧整流回路で直流に変換されるとともに、高い電圧に変換される。発振回路１２の電流は、上記可変抵抗ＶＲで調整することができ、これによって次に述べる適切な成極電圧を得ることができるようになっている。

上記多倍電圧整流回路１４は、４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有するとともに、３つのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を有してなる。上記４つのダイオードは、アースと出力端子との間に、アースから見てＤ４，Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１の順で順方向に直列接続され、ダイオードＤ４のアノードはアースに接続されている。したがって、ダイオードＤ４のアノードがアースに接続され、ダイオードＤ１のカソードが出力端子１６に接続されている。ダイオードＤ２とＤ３の接続点と出力端子１６との間にコンデンサＣ１が接続され、ダイオードＤ１とＤ２の接続点とダイオードＤ３とＤ４の接続点との間にコンデンサＣ２が接続され、ダイオードＤ３とＤ４の接続点と上記コンデンサＣ４とコイルＬ１の接続点との間にコンデンサＣ３が接続されている。このように、多倍電圧整流回路１４は３倍電圧整流回路を構成していて、上記発振回路１２の４０Ｖ程度の交流電圧を１００〜１２０Ｖ程度の直流電圧に昇圧する。この昇圧された直流電圧が端子１６から成極電圧として出力され、あるいは、上記直流電圧が図示されない平滑回路で平滑された後、コンデンサマイクロホンの成極電圧として出力される。
図５に示す成極電圧生成回路に類似の成極電圧生成回路が特許文献１に記載されている。

特開平９−１２１５３３号公報

図５に示すような成極電圧生成回路を有する従来のコンデンサマイクロホンは、既に述べたとおり、適切な成極電圧を得るために、発振用のトランジスタＴＲに流れる電流を可変抵抗ＶＲで調整していた。したがって、上記トランジスタＴＲの電流を可変することによって発振回路１２の動作条件が変動し、成極電圧生成回路に流すことができる電流が定まらず、あるいは制限を受けるため、マイクロホンの消費電流に個体差が生じ、端子１６からの出力電圧が変動する難点がある。また、コイルＬ１，Ｌ２の結合度合い、その他の条件が変動することによっても同様の問題を生じる。

本発明は、上記従来技術の課題を解決すること、すなわち、成極電圧生成回路における発振回路の消費電流の個体差を無くして成極電圧出力を安定化させ、これに加えて、発振回路が備えている２つのインダクタの電磁的結合を調整することによって成極電圧を調整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、音波を受けて振動する振動板と、この振動板に間隙をおいて対向配置された固定電極を有するコンデンサマイクロホンユニットを備えるとともに、上記振動板と固定電極との間に印加する成極電圧を生成する成極電圧生成回路を備えたコンデンサマイクロホンであって、上記成極電圧生成回路は、直流電源を交番的にオン・オフする発振回路と、磁気結合することにより上記交番的にオン・オフする電源の電圧を昇圧するコイルと、昇圧された電圧を整流する整流回路を備えた直流昇圧回路を備え、上記コイルは磁気結合した２つのインダクタからなり、上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整することにより成極電圧を調整する電磁結合調整手段を備えていることを最も主要な特徴とする。

電磁結合調整手段は、２つのインダクタにまたがる磁性材料であって、上記２つのインダクタに対する上記磁性材料の位置を調整することによって上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整するように構成するとよい。
電磁結合調整手段はまた、２つのインダクタにまたがる電磁誘導結合コイルであって、上記２つのインダクタに対する上記電磁誘導結合コイルの位置を調整することによって上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整するように構成してもよい。
直流電源入力端子と発振回路との間に定電流回路素子を接続するとよい。
また、直流電源入力端子と発振回路との間に定電圧回路素子を接続するとよい。

成極電圧生成回路内の発振回路は直流電源を交番的にオン・オフし、このオン・オフする電源の電圧を、電磁結合した２つのインダクタが昇圧する。昇圧された電圧は整流回路で直流電圧に整流され、この直流電圧は振動板と固定電極との間に成極電圧として印加される。上記２つのインダクタの電磁的結合度合いは調整することが可能で、この調整によって成極電圧を調整することができる。上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整しても、発振回路の動作条件が変動せず、成極電圧生成回路に流すことができる電流が安定し、生成される成極電圧が安定化する。

電磁結合調整手段を、２つのインダクタにまたがる磁性材料で構成し、上記２つのインダクタに対する上記磁性材料の位置を調整することによって上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整するようにすれば、成極電圧の調整が容易になる。
電磁結合調整手段を、２つのインダクタにまたがる電磁誘導結合コイルで構成し、上記２つのインダクタに対する上記電磁誘導結合コイルの位置を調整することによって上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整するように構成した場合も、成極電圧の調整が容易になる。
直流電源入力端子と発振回路との間に定電流回路素子を接続し、あるいは定電圧回路素子を接続することにより、生成される成極電圧がより一層安定化する。

本発明に係るコンデンサマイクロホンに適用される成極電圧生成回路の例を示す回路図である。 上記成極電圧生成回路中の２つのインダクタの電磁的結合調整手段の一例を示す平面図である。 上記２つのインダクタの電磁的結合調整手段の変形例を示す平面図である。 上記２つのインダクタの電磁的結合調整手段の例を模式的に示す正面図である。 従来のコンデンサマイクロホンに適用される成極電圧生成回路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について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の特徴は、コンデンサマイクロホンの成極電圧生成回路の構成にあるので、成極電圧生成回路の構成を中心に説明する。また、図５に示す従来例の構成と同じ構成部分には共通の符号を付した。

図１において、成極電圧生成回路は、ファントム電源に接続する電源入力端子１０を備えたＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されていて、発振回路１２と、多倍電圧整流回路１４と、定電流ダイオードＣＲＤと、定電圧ダイオードＺＤを主要な構成部分として備えている。発振回路１２は能動素子としてのトランジスタＴＲを主体としてなる。電源入力端子１０は定電流ダイオードＣＲＤを介してトランジスタＴＲのコレクタに接続され、トランジスタＴＲに１ｍＡ程度の定電流が流れるように構成されている。トランジスタＴＲのコレクタ−ベース間にはチェナーダイオードからなる定電圧ダイオードＺＤが接続され、トランジスタＴＲのコレクタ−ベース間に一定電圧が印加されるようになっている。定電圧ダイオードＺＤにはコンデンサＣ６が並列に接続されている。

トランジスタＴＲのコレクタ−エミッタ間にはコンデンサＣ５が接続されている。トランジスタＴＲのコレクタ−ベース間には抵抗Ｒが、トランジスタＴＲのエミッタとアースとの間にはコイルＬ２が接続されている。トランジスタＴＲのベースにはコンデンサＣ４の一端が、トランジスタＴＲのエミッタにはコイルＬ１の一端が接続され、上記コンデンサＣ４と上記コイルＬ１の他端はトランジスタＴＲのベースに接続されている。したがって、トランジスタのベース−エミッタ間に、コンデンサＣ４とコイルＬ１が直列に接続されている。

コイルＬ１とコイルＬ２は、図２、図４に示すように個別のコアに巻かれている。コイルＬ１とコイルＬ２は、それぞれのコアが、例えば回路基板２０に形成されている配線パターンが電磁誘導結合コイルとして機能することにより、あるいは、各コイルＬ１，Ｌ２のコアから出る磁束が互いに行き交うことにより、電磁的に誘導結合している。トランジスタＴＲのエミッタ出力が、コイルＬ１，コンデンサＣ４を介してトランジスタＴＲのベースに帰還することにより、上記発振回路１２が交番的に発振動作する。また、上記コイルＬ１とコイルＬ２が電磁的に誘導結合し、かつ、コイルＬ２に対するコイルＬ１の巻数比が約８倍になっていることによって、電源入力端子１０から入力される５Ｖ程度の直流電圧が４０Ｖ程度の交流電圧に昇圧される。この交流電圧は、次に説明する多倍電圧整流回路１４で直流に変換されるとともに、高い電圧に変換される。ちなみに、コイルＬ２のインダクタンスは約１２０μＨ、コイルＬ１のインダクタンスは約１ｍＨである。上記２つのコイルＬ１，Ｌ２，すなわち２つのインダクタは、相互の電磁的結合度合いを調整する電磁結合調整手段を備えていて、これによりコンデンサマイクロホンユニットの振動板と固定電極との間に印加する成極電圧を調整することができるように構成されている。電磁結合調整手段については、後で具体的に説明する。

前記多倍電圧整流回路１４は、４つのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有するとともに、３つのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を有してなる。上記４つのダイオードは、アースと出力端子との間に、アースから見てＤ４，Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１の順で順方向に直列接続され、ダイオードＤ４のアノードはアースに接続されている。したがって、ダイオードＤ４のアノードがアースに接続され、ダイオードＤ１のカソードが出力端子１６に接続されている。ダイオードＤ２とＤ３の接続点と出力端子１６との間にコンデンサＣ１が接続され、ダイオードＤ１とＤ２の接続点とダイオードＤ３とＤ４の接続点との間にコンデンサＣ２が接続され、ダイオードＤ３とＤ４の接続点と上記コンデンサＣ４とコイルＬ１の接続点との間にコンデンサＣ３が接続されている。このように、多倍電圧整流回路１４は３倍電圧整流回路を構成していて、上記発振回路１２から出力される４０Ｖ程度の交流電圧を１００〜１２０Ｖ程度の直流電圧に昇圧する。この昇圧された直流電圧が端子１６から成極電圧として出力され、あるいは、上記直流電圧が図示されない平滑回路で平滑された後、コンデンサマイクロホンの成極電圧として出力される。

次に、図２、図３を参照しながら上記電磁結合調整手段の具体例を説明する。電磁結合調整手段は、２つのインダクタすなわちコイルＬ１，Ｌ２にまたがる磁性材料あるいは電磁誘導結合コイルであって、上記コイルＬ１，Ｌ２に対する上記磁性材料または電磁誘導結合コイルの位置を調整することによって上記コイルＬ１，Ｌ２の電磁的結合度合いを調整するように構成されている。図２は、マイクロホンに内蔵される回路基板２０を示しており、この回路基板２０に図１に示すような直流昇圧回路が組み込まれ、この直流昇圧回路に含まれるコイルＬ１，Ｌ２が適宜の間隔をおいて実装されている。図２に示す電磁結合調整手段は１ターンの電磁誘導結合コイル２２で構成されている。

図４にも示すように、電磁誘導結合コイル２２は、所定の間隔をおいて並設されている２つのコイルＬ１，Ｌ２を包含することができる程度の大きさの長円形状の無端コイルである。電磁誘導結合コイル２２を２つのコイルＬ１，Ｌ２に近づけると、コイルＬ１，Ｌ２の磁気結合度合いが互いに打ち消されるように作用し、図１に示す成極電圧生成回路の出力端子１６から出力される成極電圧が下がるように構成されている。なお、２つのコイルＬ１，Ｌ２の巻方向あるいは接続の向きによっては、電磁誘導結合コイル２２を２つのコイルＬ１，Ｌ２に近づけることによって成極電圧が上がるように構成してもよい。電磁誘導結合コイル２２の移動方向は任意で、コイルＬ１，Ｌ２のコアの伸びる方向と同一方向（図４において上下方向）、コアの伸びる方向に対して直交する方向（図４において紙面に直交する方向または左右方向）に移動させて、コイルＬ１，Ｌ２に対する位置を調整するようにしてもよい。

図２に示す電磁誘導結合コイル２２に代えて、図２に示す電磁誘導結合コイル２２を１回捩じった形の、図３（ａ）に示すような形の電磁誘導結合コイル２４を用いてもよい。電磁誘導結合コイル２４は、長さ方向の中央で交差し、この交差部の両側のループ状の部分が２つのコイルＬ１，Ｌ２にそれぞれ対向している。電磁誘導結合コイル２４を２つのコイルＬ１，Ｌ２に近づけると、コイルＬ１，Ｌ２の磁気結合度合いが互いに増強されるように作用し、図１に示す成極電圧生成回路の出力端子１６から出力される成極電圧が上がるように構成されている。この場合も、コイルＬ１，Ｌ２の巻き線方向あるいは配線の仕方によっては、電磁誘導結合コイル２４を２つのコイルＬ１，Ｌ２に近づけることによって成極電圧が下がるように構成してもよい。また、電磁誘導結合コイル２４移動方向も任意である。

図３（ｂ）は、電磁結合調整手段として、平板状の磁性材料２６を用いた例である。磁性材料２６は、２つのコイルＬ１，Ｌ２を平面方向から見て、２つのコイルＬ１，Ｌ２を包含することができる程度の面積を有している。磁性材料２６を２つのコイルＬ１，Ｌ２に近づけると、コイルＬ１，Ｌ２の電磁結合度合いが互いに打ち消されるように作用し、図１に示す成極電圧生成回路の出力端子１６から出力される成極電圧が下がるように構成されている。

以上説明した実施例によれば、２つのインダクタすなわちコイルＬ１，Ｌ２の電磁的結合度合いを調整することによって成極電圧を調整することができるとともに、成極電圧を調整するためにコイルＬ１，Ｌ２の電磁的結合度合いを調整しても、発振回路１２の動作条件が変動せず、成極電圧生成回路に流すことができる電流が安定し、生成される成極電圧が安定化する。

また、上記実施例によれば、直流電源入力端子と発振回路との間に定電流回路素子ＣＲＤが接続されているため、発振回路１２に流れる電流が安定し、生成される成極電圧がより一層安定化する。
また、直流電源入力端子と発振回路１２との間に定電圧回路素子ＺＤが接続されているため、発振回路１２の動作電圧が安定し、生成される成極電圧がより一層安定化する。
よって、成極電圧生成回路における発振回路の消費電流の個体差を無くすこともできる。

図示の実施例は、ファントム電源から電源入力端子１０に直流電圧を入力するものとして構成されているが、マイクロホン内に内蔵した電池を電源としてもよい。
多倍電圧整流回路１４の昇圧倍率は任意で、２倍でも、３倍以上であってもよい。

１０ 電源入力端子
１２ 発振回路
１４ 多倍電圧整流回路
１６ 出力端子
Ｌ１ コイル（インダクタ）
Ｌ２ コイル（インダクタ）
ＣＲＤ 定電流回路素子
ＺＤ 定電圧回路素子

Claims (8)

1. 音波を受けて振動する振動板と、この振動板に間隙をおいて対向配置された固定電極を有するコンデンサマイクロホンユニットを備えるとともに、上記振動板と上記固定電極との間に印加する成極電圧を生成する成極電圧生成回路を備えたコンデンサマイクロホンであって、
   上記成極電圧生成回路は、直流電源を交番的にオン・オフする発振回路と、磁気結合することにより上記交番的にオン・オフする電源の電圧を昇圧するコイルと、昇圧された電圧を整流する整流回路を備えた直流昇圧回路を備え、
   上記コイルは磁気結合した２つのインダクタからなり、
   上記２つのインダクタの電磁的結合度合いを調整することにより上記成極電圧を調整する電磁結合調整手段を備えていて、
   上記電磁結合調整手段は、上記２つのインダクタにまたがる電磁誘導結合コイルであって、上記２つのインダクタに対する上記電磁誘導結合コイルの位置を調整することにより上記２つのインダクタの電磁的結合度合を調整し、
   上記２つのインダクタの電磁的結合度合は、上記電磁誘導結合コイルの捩じりの有無により調整可能であるコンデンサマイクロホン。
2. 上記２つのインダクタの電磁的結合度合は、上記電磁誘導結合コイルを捩じることで増強される請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
3. 上記電磁誘導結合コイルは交差部で交差するように捩じられていて、
   上記交差部の両側のループ状の部分のそれぞれが上記２つのインダクタのそれぞれに対向している請求項１または２記載のコンデンサマイクロホン。
4. 上記電磁誘導結合コイルは１ターンのコイルである請求項１乃至３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
5. 上記整流回路は、多倍電圧整流回路である請求項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. 上記発振回路は、発振用能動素子としてトランジスタを有する請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
7. 直流電源入力端子と上記発振回路との間に定電流回路素子が接続されている請求項１乃至６のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。
8. 直流電源入力端子と上記発振回路との間に定電圧回路素子が接続されている請求項１乃至７のいずれかに記載のコンデンサマイクロホン。

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