JPH0430699A - 静電マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、音圧信号を静電容量の変化として検出する静
電マイクロホン装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の一般的な静電マイクロホン装置は、固定電極に対
向させて振動板を配置し、音圧信号を受けて振動する振
動板の振幅変位を固定電極と振動板との間の静電容量の
変化として検出し、この静電容量の変化を電圧信号に変
換して取り出すものである。

感度が振動板の張力に比例することから、装置の感度を
高めるために、振動板の張り上げが行われている。

この振動板の張り上げの手法として、固定電極と振動板
との間に交流電圧を印加する交流バイアス法と、振動板
と固定電極に直流電圧を印加する直流バイアス法とがあ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

振動板を交流バイアス法により張り上げるタイプの装置
は、発振回路の同調器に直接振動板を接続し、振動板の
振動に伴って検出される静電容量の変化に基づき、発振
周波数を変化させ、音圧信号を検出しているが、この種
の装置の静電容量の分解能はｌＸｌ０−’〜Ｉ　Ｘｌ０
−ｚＰＦと低く、微小音圧信号を高感度のもとて検出で
きないという問題があり、ズームステレオマイクロホン
への展開が図れないという欠点がある。

また、振動板を直流バイアス法により張り上げる方式の
装置では、検出感度を高めるために、振動板と固定電極
との間の電界を高める必要がある。

この電界を高めるためには、印加電圧を大きくするか、
あるいは振動板と固定電極との間隔を小さくすることが
必要となるが、その間隔を小さくすると、電位傾度が大
きくなり、振動板と固定電極間に電気放電を起こすとい
う不都合が生じる。−方、印加電圧を大きくすると、回
路に使用するトランジスタ等の素子の耐圧を大きくしな
ければならず、装置の価格も高価になるという問題があ
る。

このように、直流バイアス法の装置も、振動板と固定電
極との間のギャップに一定の限界があり、しかも、固定
電極と振動板とに印加する電圧もほぼ２００Ｖが限界と
なり、これに伴い、検出感度も一定の限度が生じ、超高
感度のもとで微小音圧を検出することができないという
事情がある。

本発明者は発振回路の共振器と同調回路の共振器を別個
独立のセラミック共振器により構成し、１０−　’ＰＦ
という超高感度のもとで微小静電容量の変化を検出でき
るセラミック共振話形静電センサを開発した。このセラ
ミック共振話形静電センサを静電マイクロホン装置に適
用すれば、従来の静電マイクロホン装置の問題点を一気
に解決することが可能となる。本発明はかかる点に着目
してなされたものであり、その目的は、微小音圧信号を
超高感度のもとで検出することができる静電マイクロホ
ン装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、次のように構成さ
れている。すなわち、本発明の静電マイクロホン装置は
、搬送信号を発振するセラミック共振器を用いた発振回
路と、音圧信号を受けて振動する振動板の振動変位を静
電容量の変化として検出する音圧検出部と、この音圧検
出部で検出される静電容量の変化を受けて共振周波数を
偏倚させ、前記発振回路との同調点の変化に対応する電
圧変化を前記搬送信号を利用したＡＭ変調信号として出
力する前記発振回路のセラミック共振器とは別個独立の
セラミック共振器からなる変調部とを有することを特徴
として構成されており、また、変調部から出力されるＡ
Ｍ変調信号を無線で送信するアンテナ回路を設けたり、
変調部から出力されるＡＭ変調信号を検波して音圧信号
に対応した信号を取り出す検波回路と、検波出力を増幅
する増幅回路を設けたり、さらには、変調部には可変容
量ダイオードを逆バイアス状に接続したＡＦＣ回路が付
加されることも本発明の特徴的な構成としている。

〔作用］ 本発明では、音圧信号が入ってくると、振動板はこの音
圧信号を受けて振動を行う、そして、振動板の振幅変位
が静電容量の変化として検出され、この検出された静電
容量の変化は変調部のセラミック共振器に加えられる。

セラミック共振器は、静電容量の変化を受けて、共振周
波数を偏倚させ、発振回路との同調点を変化させる。そ
して同調点の変化に対応する電圧変化を前記発振回路か
ら加えられる搬送信号に乗せてＡＭ変調信号を作り出し
、これを音圧の検出信号として出力するのである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図には本発明に係る静電マイクロホン装置の第１の実施
例の回路図が示されている。本実施例の装置は、発振回
路１と、変調部として機能するセラミック共振器２と、
音圧検出部３と、増幅回路５と、アンテナ回路６と、Ａ
　Ｆ　Ｃ（Ａｕｔｏｍａｔｉｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　
Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）回路８とを有して構成されている。

前記発振回路１は超高周波数、本実施例ではＩＧＨｚ〜
１０ＧＨｚの範囲内の固定された一定の発振周波数を発
振するセラミック共振器ｌＯを備えている。

この発振回路１は前記高周波数の信号を搬送信号として
発振し、これを発振回路１内の高インピーダンス変換回
路を介して変調部としてのセラミック共振器２に加える
。

前記音圧検出部３は音圧信号を受けて振動を行う振動板
７と、この振動板７に対して一定の間隔を介して対向さ
れている背極側の固定電極９とを主要要素として構成さ
れており、振動板７はアースに接続されており、固定電
極９は前記セラミック共振器２の出力電極に接続されて
いる。

セラミック共振器２は第２図に示すような周波数特性を
有しており、このセラミック共振器２の共振周波数ｆ０
に対して発振回路１の発振周波数ｆ。

はわずかにずらした位置に設定される。この発振周波数
ｆ、の設定方式としては、発振周波数をセラミック共振
器２の共振周波数ｆ０の右側の周波数位置に設定するい
わゆるアップポーチ方式と共振周波数ｆ０よりも左側の
周波数位置に設定するバックポーチ方式とがあり、その
いずれの方式でもよいが本実施例では、発振周波数ｆ、
をバックポーチ方式により設定している。セラミック共
振器２の共振周波数ｆ０は音圧検出部３によって検出さ
れる静電容量の変化に応じて変位し、例えば、静電容量
がΔＣだけ変化すると共振周波数ｆ０はΔｆだけ偏倚す
る。このとき、発振回路１の発振周波数はｆｌに固定さ
れているから、静電容量変化がないときにはセラミック
共振器２からｖｏの出力電圧が送出されるが、静電容量
がΔＣ変化すると、セラミック共振器２からΔ■の電圧
変化として取り出される。このように、音圧検出部３で
検出される静電容量の変化に応じてセラミック共振器２
の共振周波数が偏倚し、これに伴い、同調点が＾、から
Ａ２に変化し、セラミック共振器２から静電容量変化に
対応する出力電圧■が送出されるが、具体的には、静電
容量の変化に対応する共振周波数の変化Δｆと発振回路
ｌから出力される搬送信号とのがけ算が行われ、前記静
電容量の変化に対応する電圧変化が搬送波（搬送信号）
に乗せられてＡＭ変調信号として取り出されるのである
。このセラミック共振器２の出力電極はコンデンサ１１
とインダクタンス素子１２との高インピーダンス化回路
を介してオペアンプにより構成されている増幅回路５に
接続されている。

この増幅回路５は前記セラミック共振器２がら供給され
るＡＭ変調信号を増幅してアンテナ回路６に加える。ア
ンテナ回路６は増幅回路５で増幅されたＡＭ変調信号を
無線により図示されてぃない受信回路に送るのである。

ＡＦＣ回路８は、オペアンプ１３と、コンデンサ１４と
、ダイオード１５と、抵抗器１６と、可変容量ダイオー
ド１７と、結合コンデンサ１８とを主要回路素子にもっ
て構成されている。前記オペアンプ１３のマイナス側端
子（反転入力端子）は増幅回路５の反転入力端子に抵抗
器を介して接続されている。

また、オペアンプ１３のマイナス側端子と出力端子間に
はコンデンサ１４と抵抗器１６との並列回路が接続され
ており、オペアンプ１３の出力端には逆バイアス状に接
続されている可変容量コンデンサ１７のカソード側が接
続され、同可変容量コンデンサ１７のアノード側はアー
スに接続されている。また、可変容量ダイオード１７の
カソード側は結合コンデンサ１８を介してセラミック共
振器２の出力電極に接続されている。

このＡＦＣ回路８はセラミック共振器２から加えられる
ＡＭ変調信号をダイオー−ド１５の整流作用とコンデン
サ１４の平滑作用により、周波数の低いほぼ直流に近い
信号とし、がっ、必要なレベルまで増幅してその非常に
低い信号成分が可変容量ダイオード１７に印加されてい
る。

可変容量ダイオード１７は前記オペアンプ１３から印加
される電圧に応じて容量を変化させ、この容量変化を結
合コンデンサ１８を介してセラミック共振器２に伝え、
同共振器２の共振周波数を変化させる。すなわち、何ら
かの原因でセラミック共振器２の共振周波数が大きく偏
倚し、同調点が設定領域から外れてしまうという不都合
が生じるときには、ＡＦＣ信号をセラミック共振器２に
付加することによって共振周波数を自動的に前記偏倚方
向と逆方向にずらして同調点が設定領域から外れるのを
防止し、セラミック共振器２の同調点を適正比するもの
である。

なお、本実施例では、発振回路１のセラミック共振器１
０と変調部のセラミック共振器２の特性、つまり、周波
数特性、Ｑ特性、温度特性、形状寸法等の総合特性をほ
ぼ同一にしており、これにより、回路の高インピーダン
ス化を図るとともに、発振回路１と変調部としてのセラ
ミック共振器２とのインピーダンスマツチングを容易化
し、回路動作の安定化が図られている。

また、本実施例では、振動板７はアースに接続されてい
るから、セラミック共振器１０．２等から出る不要電波
を除去することができ、これにより、各電波の相互干渉
が防止され、回路動作のよりいっそうの安定化と信頼性
が確保されている。

第１の実施例は以上説明したように構成されており、以
下、その動作について説明する。

第２図に示すように、セラミック共振器２の共振周波数
（同調周波数）ｆｏに対して発振回路ｌの発振周波数ｆ
１をわずかに外れた位置に設定されている状態において
、音圧検出部３に音圧信号が入り込むと、この音圧信号
の音圧を受けて振動板７が振動する。この振動板７の振
幅変位によって振動板７と固定電極９との間の静電容量
が変化し、この静電容量の変化がセラミック共振器２に
加えられる。セラミック共振器２は、前記音圧検出部３
に音圧信号が入り込まないうちは、共振周波数がｆｏと
なっているが、音圧信号が入り込んで前記のように静電
容量が変化すると、共振周波数をΔｆ偏倚させる。この
共振周波数の偏倚により、同調点が八、からＡ２に変化
し、したがって、セラミック共振器２からの出力電圧は
Ｖ、からΔ■だけ増加したｖ０＋Δ■の電圧として取り
出される。具体的には、このセラミック共振器２は発振
回路１から加えられる搬送信号と共振周波数の変化成分
Δｆとのかけ算を行い、搬送信号に静電容量の変化に対
応する電圧変化成分を乗せてＡＭ変調信号を作り出し、
これを音圧の検出信号として増幅回路５とＡＦＣ回路８
に加える。

増幅回路５は前記ＡＭ変調信号を増幅し、これをアンテ
ナ回路６に加える。アンテナ回路６は無線により所望の
受信回路に送信するのである。

一方、ＡＦＣ回路８は、前記ＡＭ変調信号をダイオード
１５の整流作用とコンデンサ１４の平滑作用とによりほ
ぼ直流に近い信号に変換し、さらに、必要レベルまで信
号増幅してこれを可変容量ダイオード１７に加える。可
変容量ダイオード１７はこの加えられる信号に従い容量
を変化させ、この容量変化でセラミック共振器２の共振
周波数ｆｏを最適に調整する。すなわち、温度等の環境
変化に伴い、セラミック共振器２の容量が変化し、共振
周波数が偏倚したときには、可変容量ダイオード１７に
よる容量変化成分が前記環境変化等に起因するセラミッ
ク共振器２の容量の変化分をキャンセルし、環境変化等
によるセラミック共振器２の同調点の変動を防止し、同
調点の安定化、つまり、共振周波数の適正比を行い、装
置動作の安定化が図られるのである。

第３図には本発明に係る静電マイクロホン装置の第２の
実施例が示されている。この第２の実施例が前記第１の
実施例と異なることは、セラミック共振器２の出力側と
増幅回路５との間に検波回路４を介設し、セラミック共
振器２から加えられるＡＭ変調信号を検波回路４により
検波して音圧信号に対応する信号として取り出し、この
検波出力を増幅回路５で増幅して図示されていない録音
機や拡声器等の信号処理部に加えるようにしたものであ
り、それ以外の構成は前記第１の実施例と同様である。

この第２の実施例では、検波出力をＡＦＣ回路８に加え
るようにしており、このため、この第２の実施例のＡＦ
Ｃ回路８の構成は前記第１の実施例のＡＦＣ回路８より
も簡易化されている。

なお、本発明は上記各実施例に限定されることはなく、
様々な実施の態様を採り得るものである。

〔発明の効果〕

本発明は、発振回路の共振器と変調部の共振器とをとも
にセラミック共振器により構成し、音圧検出部で検出さ
れる音圧に対応する静電容量の変化を変調部のセラミッ
ク共振器の同調点の変化を利用して検出するものである
から、１０−’ＰＦ程度の微小静電容量の検出が可能と
なり、これにより、微弱音圧信号を超高感度のもとて確
実に検出することが可能となり、従来の装置では困難で
あったズームステレオマイクロホンへの展開が可能とな
り、技術的価値は絶大である。

また、装置の小型化と軽量化が達成され、装置の取り扱
いも非常に容易である。

さらに、ＡＦＣ回路を付加した構成にあっては、環境変
化等に対する変調部の共振周波数の適正化が図られるこ
ととなり、装置動作の信頼性を大幅に高めることが可能
となる。

さらに、発振回路のセラミック共振器と、変調部のセラ
ミック共振器との特性をほぼ同一に構成することにより
、Ｑの安定化と回路の高インピーダンスマツチングが容
易となり、装置の高性能化と回路動作の安定化をよりい
っそう図ることがで

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電マイクロホン装置の第１の実
施例を示す回路図、第２図は同実施例における変調部の
動作説明図、第３図は本発明に係る静電マイクロホン装
置の第２の実施例を示す回路図である。 １・・・発振回路、２・・・セラミック共振器（変調部
）、３・・・音圧検出部、４・・・検波回路、５・・・
増幅回路、６・・・アンテナ回路、７・・・振動板、８
・・・ＡＦＣ回路、９・−固定電極、１０・・・セラミ
ック共振器、１１・・・コンデンサ、１２・・・インダ
クタンス素子、１３・・・オペアンプ、１４・・・コン
デンサ、１５・・・ダイオード、１６・・・抵抗器、１
７・・・可変容量ダイオード、１８・・・結合コンデン
サ。 出願人　　株式会社　村田製作所 代理人　　弁理士　　五十嵐　清 第 図 第 図 ｔ 周彼数

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）搬送信号を発振するセラミック共振器を用いた発
   振回路と、音圧信号を受けて振動する振動板の振動変位
   を静電容量の変化として検出する音圧検出部と、この音
   圧検出部で検出される静電容量の変化を受けて共振周波
   数を偏倚させ、前記発振回路との同調点の変化に対応す
   る電圧変化を前記搬送信号を利用したＡＭ変調信号とし
   て出力する前記発振回路のセラミック共振器とは別個独
   立のセラミック共振器からなる変調部とを有する静電マ
   イクロホン装置。
2. （２）変調部から出力されるＡＭ変調信号を無線で送信
   するアンテナ回路が設けられている特許請求の範囲第１
   項の静電マイクロホン装置。
3. （３）変調部から出力されるＡＭ変調信号を検波して音
   圧信号に対応した信号を取り出す検波回路と、検波出力
   を増幅する増幅回路とが設けられている特許請求の範囲
   第１項の静電マイクロホン装置。
4. （４）変調部には可変容量ダイオードを逆バイアス状に
   接続したＡＦＣ回路が付加されている特許請求の範囲第
   １項乃至第３項のいずれか１つに記載の静電マイクロホ
   ン装置。
5. （５）発振回路のセラミック共振器と変調部のセラミッ
   ク共振器とはほぼ同一の特性をもったセラミック共振器
   により構成されている特許請求の範囲第１項乃至第４項
   のいずれか１つに記載のマイクロホン装置。