JP6230052B2 - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに関するものである。

エレクトレットコンデンサマイクロホンが備えるエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットは、出力インピーダンスが高い。そこで、コンデンサマイクロホンユニットと出力端子との間に、主にＦＥＴにより構成されるインピーダンス変換器が配置される。

インピーダンス変換器は、例えば、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットの固定極側に接続される。この場合、固定極と隙間を空けて対向配置される振動板は、接地される。このようなエレクトレットコンデンサマイクロホンに動作電源が供給されると、振動板と固定極の電位に差が生じる。エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットは、エレクトレット層によって等価成極電圧が生じているので、振動板と固定極に電位差が生じると、この等価正極電圧に悪影響を与える。

例えば、振動板と固定極に生じる電位差が、エレクトレットの表面電位を増加させるものであるとき、振動板と固定極の静電吸引力が増加する。振動板と固定極の静電吸引力が大きすぎると、振動板が固定極に吸着されて接触し、振動板が振動しなくなるのでマイクロホンとしての機能が失われる原因になる。

逆に、振動板と固定極に生じる電位差が、エレクトレットの表面電位を減少させるものであるとき、振動板と固定極が接触することはないが、振動板の振動に応じて固定極側から出力される電気信号の大きさが小さくなる。すなわち、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットの感度が低下した状態になる。このような故障や感度低下を防止するには、動作電源が供給された状態であっても、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットが備える振動板と固定極との間に電位差が生じないようにすればよい。

エレクトレットコンデンサマイクロホンへの動作電源として、ファントム電源が知られている。ファントム電源は、供給抵抗を介して例えば４８Ｖの給電がなされる。ファントム電源を用いるエレクトレットコンデンサマイクロホンは、３つの端子での出力端子が構成される。これら３つの端子のうち、１つは接地端子である。他の２つが、ホット端子とコールド端子と呼ばれる音声信号が平衡出力される出力端子である。

図２および図３は、従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの例を示す回路図である。図２及び図３に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンのインピーダンス変換器２００を構成するＦＥＴのゲートに加えられる電圧は、出力トランス３００の２次側センタータップから取り込まれた電圧の１／２になる。ファントム電源により４８Ｖが給電された場合におけるマイクロホンの消費電流を３ｍＡであると仮定すると、ＰＩＮ２（ホット端子）とＰＩＮ３（コールド端子）の電位は約３８Ｖとなる。インピーダンス変換器２００を構成するＦＥＴのゲートの電位は、約１９Ｖになる。

エレクトレットコンデンサマイクロホンユニット１００が備える振動板と固定極との等価成極電圧が−２０Ｖであるとすると、ＦＥＴのゲートの電位（１９Ｖ）と等価成極電圧が相殺される。これによって、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニット１００における等価成極電圧は、実質的には１Ｖ程度になってしまうので、感度が低下することになる。

そこで、従来から上記の課題を解決する方法として、図２に示すようなブリッジ回路４００を用いる方法が知られている。ブリッジ回路４００は、４つの抵抗から構成されていて、第１抵抗４０１と第２抵抗４０２との接続点にエレクトレットコンデンサマイクロホンユニット１００の振動板側を接続し、第３抵抗４０３と第４抵抗４０４の接続点にインピーダンス変換器２００の出力側を接続する。このような回路構成におけるブリッジ回路４００の効果によって、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニット１００の振動板と固定極の電位差を無くすことができる。これによって、等価成極電圧への悪影響を防止することができる。

また、図３に示すように、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニット１００の固定極とインピーダンス変換器２００との間に、２つのコンデンサ２０１を配置することにより、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニット１００の固定極における直流電位をゼロすることができる。振動板側は接地されているので、これによって、固定極と振動板の電位差を無くすことができ、等価成極電圧への悪影響を防止することができる。

図２および図３に示したエレクトレットコンデンサマイクロホンは、いずれも出力回路に出力トランス３００を備えているが、エレクトレットコンデンサマイクロホンには、出力回路に出力トランス３００を用いないものもある。出力回路をトランスレスで構成するときは、エレクトレットコンデンサマイクロホンの出力回路には、エミッターフォロワー回路が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−１７５１２９号公報

特許文献１に示されたエレクトレットコンデンサマイクロホンのように、トランスレス出力回路を用いると、回路構成が簡単になる。一方、トランスレス出力回路を備えるエレクトレットコンデンサマイクロホンは、出力端子であるホット端子とコールド端子の電位と、インピーダンス変換器を構成するＦＥＴのゲート端子の電位が極めて近い値になる。仮に、ファントム給電により４８Ｖが給電された場合における消費電流が３ｍＡであれば、ホット端子とコールド端子の電位は約３８Ｖになる。この場合、インピーダンス変換器を構成するＦＥＴのゲート端子の電位は、約３７Ｖになる。

ここで、振動板と固定極との等価成極電圧が−２０Ｖであるとすると、ゲートの電位（３７Ｖ）と等価成極電圧の極性が反転してしまい、振動板が固定極に接触してしまう。このように、トランスレス出力回路を用いた場合は、振動板と固定極の電位差がさらに大きくなるから、さらに不都合である。

エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、出力回路にトランスを用いる場合であっても、出力回路にトランスを用いないマイクロホンであっても、振動板と固定極の間に、動作電源により電位差が生じると、故障や感度低下の原因になる。図２および図３に示したような構成を用いることで、トランスレス出力回路を備えるエレクトレットコンデンサマイクロホンの振動板と固定極との電位差をゼロにすることはできる。しかし、この場合、回路構成がより複雑になる。したがって、回路構成を複雑にすることなく、振動板と固定極との電位差をゼロにすることが望ましい。

そこで本発明は、動作電源の供給の有無に関わらず、振動板が固定極に吸着する事故を防止し、かつ、感度の低下も防ぐことができるエレクトレット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、振動板と、この振動板に対向して配置された固定極と、を有するエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットと、ホット側とコールド側を含む３ピン構成の平衡出力可能な出力端子と、を有し、上記ホット側の出力端子と上記コールド側の出力端子には、それぞれインピーダンス変換器としてのＦＥＴが接続され、上記ＦＥＴのうち一方のＦＥＴのゲートには、上記振動板が接続され、上記ＦＥＴのうち他方のＦＥＴのゲートには、上記固定極が接続され、上記コールド側の出力端子に接続されている上記ＦＥＴのゲートは、交流的に接地されていて、音声信号は上記ホット側の出力端子から取り出され、上記インピーダンス変換器と上記出力端子との間にはトランスレス出力回路が配置され、上記トランスレス出力回路は、トランジスタと、上記トランジスタのエミッタとベースのそれぞれに接続されるコンデンサと、上記ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を一定にするダイオードと、を有する、ことを最も主な特徴とする。

本発明によれば、動作電源の供給の有無に関わらず、振動板が固定極に吸着する事故を防止し、かつ、感度の低下も防ぐことができる。

本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施形態を示す回路図である。 従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの例を示す回路図である。 従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの別の例を示す回路図である。

以下、本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの例を示す回路図である。図１において、マイクロホン１０は、エレクトレット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１」という。）を備えている。

マイクロホンユニット１は、振動板と、この振動板に対向して配置された固定極と、を有してなる。

マイクロホン１０の動作電源は、ファントム電源であるから、マイクロホン１０の出力端子は、マイクロホン１０は、ホット端子１２とコールド端子１３と接地端子１１を含む３ピン構成からなる。マイクロホン１０の出力はホット側とコールド側の端子から出力される平衡出力である。

マイクロホン１０が平衡出力であるから、マイクロホンユニット１の固定極と振動板のそれぞれには、インピーダンス変換器２が接続されている。また、マイクロホン１０の出力回路はトランスレスであるから、インピーダンス変換器２の後段に、トランスレス出力回路としての緩衝増幅器３（エミッターフォロワー回路）が接続されている。

また、マイクロホンユニット１の振動板側に接続されているインピーダンス変換器２が備えるＦＥＴのゲート端子２２は、コンデンサ４を介して、接地端子１１に対して交流的に接地されている。

上記の回路構成を備えるマイクロホン１０は、マイクロホンユニット１の両端（振動板と固定極）に接続されている出力回路が、同一の回路構成になっている。マイクロホン１０は平衡出力であるから、ファントム電源によってホット端子１２とコールド端子１３には、同じ電圧が供給される。この動作電源の供給によって、マイクロホンユニット１の両端のそれぞれに接続されている回路には、同じ電圧降下が生じる。そうすると、固定極に接続されている一方のインピーダンス変換器２が備えるＦＥＴのゲート端子２１と、振動板に接続されている他方のインピーダンス変換器２が備えるＦＥＴのゲート端子２２の電位は、互いに同電位になる。

このように、マイクロホンユニット１が備える振動板と固定極の電位は、同じ電位となる。つまり、マイクロホン１０は、マイクロホンユニット１の等価成極電圧に対して悪影響を及ぼすような、固定極と振動板の電位差を生じさせず、これら固定極と振動板の電位差をゼロにすることができる。

以上説明をしたトランスレス出力回路を備えるマイクロホン１０によれば、マイクロホンユニット１が備える振動板と固定極が吸着する事故や、等価成極電圧を弱めて感度を低下させることもない。

すなわち、マイクロホン１０によれば、簡易な回路構成によって、マイクロホンユニット１に固定極と振動板に電位差が生じることを防ぎ、これによる悪影響を防止することができる。

１ マイクロホンユニット
２ インピーダンス変換器
３ 緩衝増幅器（トランスレス出力回路）
４ コンデンサ

Claims (4)

1. 振動板と、この振動板に対向して配置された固定極と、を有するエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットと、
   ホット側とコールド側を含む３ピン構成の平衡出力可能な出力端子と、
   を有し、
   上記ホット側の出力端子と上記コールド側の出力端子には、それぞれインピーダンス変換器としてのＦＥＴが接続され、
   上記ＦＥＴのうち一方のＦＥＴのゲートには、上記振動板が接続され、
   上記ＦＥＴのうち他方のＦＥＴのゲートには、上記固定極が接続され、
   上記コールド側の出力端子に接続されている上記ＦＥＴのゲートは、交流的に接地されていて、音声信号は上記ホット側の出力端子から取り出され、
   上記インピーダンス変換器と上記出力端子との間にはトランスレス出力回路が配置され、
   上記トランスレス出力回路は、
   トランジスタと、
   上記トランジスタのエミッタとベースのそれぞれに接続されるコンデンサと、
   上記ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を一定にするダイオードと、
   を有する、
   ことを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. ファントム電源で動作する、
   請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 上記ホット側の出力端子に接続された出力回路と、
   上記コールド側の出力端子に接続された出力回路とは、
   同一の回路構成である、
   請求項１または２記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 上記ホット側の出力端子に接続されるＦＥＴのゲート端子の電位と、
   上記コールド側の出力端子に接続されるＦＥＴのゲート端子の電位とは、
   同電位である、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。

Images