JPH0779518B2 - 静電マイクロホン装置 - Google Patents

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ノ
イズコンプレッションマイクロホンやズームマイクロホ
ンとしての使用に適した静電マイクロホン装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

静電マイクロホン装置は、音圧信号を受けて振動する振
動板に対向させて検出電極を設け、前記振動板の振幅変
位によって変化する振動板と検出電極との間の静電容量
の変化を電気信号に変換して取り出すものである。最近
においては、この種の装置をズームマイクロホンやノイ
ズコンプレッションマイクロホンへ展開する動きが見ら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の静電マイクロホン装置は、微小静
電容量の検出感度がさほど高くなく、特性上十分に満足
できるものではなかった。

その上、ズームマイクロホンやノイズコンプレッション
マイクロホンはその回路が非常に複雑であり、装置の製
造効率が低く、また製造コストも高価になるという問題
があった。

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたもの
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、ノイズコンプレッションマイクロ
ホンやズームマイクロホンとして十分満足すべき特性を
備えた回路構成の簡易な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、主音の音圧信号を受けて振動する主音振動板の振幅
変位を静電容量の変化として検出する主音検出電極と、
側音の音圧信号を受けて振動する側音振動板の振幅変位
を静電容量の変化として検出する側音検出電極と、前記
主音検出電極によって検出される静電容量の変化を受け
て主音検出信号を出力する第１のセラミック共振器形静
電センサ回路と、この第１のセラミック共振器形静電セ
ンサ回路の信号を増幅する演算増幅器と、前記側音検出
電極によって検出される静電容量の変化を受けて側音検
出信号を出力する第２のセラミック共振器形静電センサ
回路と、この第２のセラミック共振器形静電センサ回路
からの信号によって前記演算増幅器の帰還量を制御する
帰還制御回路とを備えていることを特徴としており、ま
た、前記帰還制御回路には側音消去調整用の可変抵抗素
子が設けられていることも併せて本発明の特徴的な構成
としている。

〔作用〕

本発明では、装置の前方側から入ってくる主音の音圧信
号が入り込むと、主音振動板はその音圧を受けて振動
し、その振動変位による静電容量の変化が主音検出電極
によって検出され、その検出された静電容量の変化が第
１のセラミック共振器形静電センサ回路に加えられる。
第１のセラミック共振器形静電センサ回路は静電容量の
変化を電圧信号に変換して検出信号として出力する。そ
して、この検出信号は演算増幅器により増幅されて取り
出される。同様に、装置の横方向から側音の音圧信号が
入ると、その音圧を受けて側音振動板が振動を行い、こ
の振幅変位が側音検出電極により検出され、第２のセラ
ミック共振器形静電センサ回路から側音検出信号が電圧
信号で出力される。この側音検出信号は帰還制御回路に
作用し、演算増幅器の帰還量を変化させる。例えば、側
音検出信号の電圧値が大きいときには帰還量を大きく
し、側音検出信号の電圧が小さいときには帰還量を小さ
くする。このように、側音検出信号の大きさに応じて帰
還量が変化し、演算増幅器の感度が自動的に調整され
る。

また、帰還制御回路に側音消去調整用の可変抵抗素子を
設けた構成にあっては、その可変抵抗素子の抵抗値を最
大限に調整すれば、帰還量が零となり、側音が消去さ
れ、主音のみが取り出される。

〔実施例〕

以下、本発明の一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一実施例
の回路図が示され、また、第２図および第３図には同実
施例の装置を構成する音圧検出部の一構成例が示されて
いる。本実施例の装置は、第１のセラミック共振器形静
電センサ回路9aと、第２のセラミック共振器形静電セン
サ回路9bと、音圧検出部３と、演算増幅器12と、帰還制
御回路13とを主要回路として構成されている。

前記第１のセラミック共振器形静電センサ回路9aは、セ
ラミック共振器を有する発振回路１と、この発振回路１
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
らなる主音共振器２と、検波回路４とを有して構成され
ており、発振回路１と主音共振器２の出力電極は抵抗器
５とカップリングコンデンサ６を介して接続されてお
り、また、主音共振器２の出力電極と検波回路４はカッ
プリングコンデンサ７とインダクタンス素子８とからな
る高インピーダンス化回路を介して接続されている。

第２のセラミック共振器形静電センサ回路9bは、発振回
路１と、この発振回路１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側音共振器10と、検波回
路４′とを有して、前記第１のセラミック共振器形静電
センサ回路9aと同様な回路構成となっており、この第１
のセラミック共振器形静電センサ回路9aと対応する回路
部分には番号にダッシュを付けて区別してある。

前記演算増幅器12のプラス側入力端子（非反転入力端
子）には抵抗器11を介して前記第１のセラミック共振器
形静電センサ回路9aの検波回路４の出力側に接続されて
いる。そして、演算増幅器12の出力側とマイナス側入力
端子（反転入力端子）間には第１の帰還抵抗器14が接続
されている。そして、演算増幅器12のマイナス側入力端
子には帰還制御回路13が接続されている。この帰還制御
回路13は、MOS FET15と、フィードバック抵抗器16と、
可変抵抗素子としての可変抵抗器17と、第２の帰還抵抗
器18とからなる。

前記演算増幅器12のマイナス側入力端子とMOS FET15の
ソース間には可変抵抗器17と第２の帰還抵抗器18とが直
列に接続されている。MOS FET15のソースとベース間に
は前記フィードバック抵抗器16が介設されており、ま
た、MOS FET15のドレインはアースに接続されている。
MOS FET15のベースは抵抗器20を介して前記第２のセラ
ミック共振器形静電センサ回路9bにおける検波回路４′
の出力側に接続されている。

第２図および第３図には音圧検出部３の構成が示されて
いる。これらの図において、シリコン材料により構成さ
れている枠体21は第２図に示すように、外側の振動板の
形成枠部22とこれに組み合わされた背極枠部23とを有し
ており、振動板の形成枠部22の平面側には主音の音圧信
号を取り入れる主音窓24が形成され、この主音窓24には
シリコンにちっ素を拡散する等により形成される主音振
動板25が一体に形成されている。また、振動板の形成枠
部22の側面には側音を取り入れる複数の側音窓26が形成
され、この各側音窓26にはその窓を塞ぐ格好で側音振動
板27が同様に一体に形成されている。

前記背極枠部23は前記主音振動板25と側音振動板27にそ
れぞれ一定の間隙を介して対向する対向面を有してお
り、主音振動板25との対向面には主音検出電極28が同様
にちっ化膜等により形成されている。また、側音振動板
27に対向する背極枠部23の円周側面には、同様に、ちっ
化膜等により側音検出電極30が形成されている。そし
て、これら主音検出電極28と側音検出電極30とがそれぞ
れ当接する背極枠部23の当接壁面には音響係数を調整す
る音響調整孔31が開けられている。これら音響調整孔31
および窓孔等の加工はシリコンの異方性エッチングや選
択性エッチングを用いたマイクロマシニング技術を利用
して行うことが可能であり、加工をより容易化するた
め、枠体21を分離線21aから複数のブロックに分割して
形成し、これを最終的に一体的に組み込み結合すること
によって得ることができる。

前記主音振動板25は主音共振器２の出力電極に接続され
ており、また、側音検出電極30は側音共振器10の出力電
極に接続されている。これら主音共振器２と側音共振器
10の共振周波数f₀はそれぞれ第４図に示すように、共通
の発振回路１から発振される搬送信号の固定周波数f₁よ
りもわずかにずれた位置に設定されており、静電容量の
変化が出力電極に加えられることにより、共振周波数を
Δｆだけ偏倚させて同調点をA₁からA₂に変化させ、Δｖ
の電圧変化成分が取り出される。この電圧変化成分Δｖ
は搬送信号に乗せられることにより各共振器2,10で振幅
変調信号が作られ、これが対応する検波回路4,4′に加
えられるようになっている。

本実施例は上記のように構成されており、以下、その動
作を説明する。

装置駆動により、発振回路１から例えば、1GHz〜3GHzの
うちの固定した超高周波数の搬送信号はが選定された搬
送波として用いられる。この搬送信号は主音共振器２と
側音共振器10とにそれぞれ分配供給される。この状態
で、主音が主音振動板25に入り込むと、主音振動板25は
音圧を受けて振動を行い、その振幅変位が静電容量の変
化として主音検出電極28により検出され、その検出され
た静電容量の変化が主音共振器２に加えられる。

主音共振器２はこの静電容量の変化を受けて共振周波数
を例えば第４図のΔｆだけ偏倚させ、発振回路１の発振
周波数f₁との同調点をA₁からA₂に変化させ、静電容量の
変化を電圧Δｖの変化として取り出す。具体的には、主
音共振器２は、搬送信号の周波数と静電容量の変化に伴
う共振周波数の変化Δｆとのかけ算を行い、搬送信号に
同調点の変化成分の電圧Δｖを乗せ、振幅変調（AM（Am
plitude Modulation）変調）信号を作り出してこれを検
波回路４に加える。検波回路４は、このAM変調信号を包
絡線検波して主音の音圧信号に対応する信号に変換し、
これを演算増幅器12に加える。演算増幅器12はこの検波
出力信号を増幅して拡声器あるいは録音機等の所望の信
号処理回路へ送るのである。

一方、側音の音圧信号が側音振動板27に入り込むと、側
音振動板27はその音圧を受けて振動を行い、この側音振
動板27の振幅変位が側音検出電極30により静電容量の変
化として検出され、その検出信号は側音共振器10に加え
られる。側音共振器10は前記主音共振器２と同様に、側
音検出電極30により検出された静電容量の変化を受けて
共振周波数を偏倚させ、発振周波数f₁との同調点を変化
させ、この同調点の変化に対応する電圧変化を搬送波を
利用したAM変調信号として作り出し、これを検波回路
４′に加える。

検波回路４′は前記検波回路４と同様に包絡線検波を行
い、この検波出力をMOS FET15のベースに加える。MOS
FET15は検波回路４′から加えられる信号が大きくな
るにつれてベース電流を大きくしてソース・ドレイン間
の抵抗を小さくし、演算増幅器12の帰還量を減少させ
る。これに対し、検波回路４′からの検波出力信号が小
さくなると、MOS FET15のソース・ドレーン間の抵抗が
大きくなり、演算増幅器12の帰還量が大きくなる。この
ように、検波回路４′から加えられる側音検出信号の大
きさに応じて演算増幅器12の帰還量を制御し、演算増幅
器12の感度調整が自動的に行われる。

この回路動作時に可変抵抗器17を手動操作して抵抗値を
最大限（ほぼ無限大）に大きくすると、MOS FET15と演
算増幅器12とが回路的に遮断され、側音の検出信号は消
去される。

この側音検出信号の消去は、本実施例の装置をズームマ
イクロホンとして使用するとき、マイクロホンをズーム
させて遠方の主音の音圧信号を得るときに行われるが、
この側音消去は可変抵抗器17を手動操作して行うほか
に、例えば、ビデオ装置の使用に際し、ビデオカメラを
ズームさせて遠方の物体を撮影するような場合に、カメ
ラのズーム移動に連動させて摺動抵抗器の摺動端子を動
かし、可変抵抗器17の抵抗値を変化させるようにしても
よく、あるいは、カメラレンズのズーム移動を検出する
センサを設け、このセンサの信号に連動させて可変抵抗
器17の抵抗値を変化させるようにしてもよく、可変抵抗
器17の抵抗値の調整は様々な手段により行うことが可能
である。

本実施例の装置は低周波数領域から高周波数領域にかけ
て、高特性のもとで微小音圧が検出できるので、聴診器
や機械の異常音検出用のマイクロホン装置としての用途
にも適したものとなる。

なお、本発明は上記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、音圧信号によって振動する振動板の振幅変位
に対応する静電容量の変化をセラミック共振器形静電セ
ンサを用いて検出するものであるから、10^-7PFという超
高感度のもとでの微小静電容量の検出が可能となり、こ
れにより、微弱音圧信号を高感度のもとで正確に検出す
ることができ、10Hz〜100KHzという声音帯域での広範囲
な周波数特性を備えた高性能のマイクロホン装置を提供
することが可能となる。

また、本発明のマイクロホン装置は、セラミック共振器
形静電センサを用いているので、装置が小型かつ軽量と
なり、取り扱いも非常に便利である。

さらに、側音の検出信号によって帰還制御回路を動作さ
せ、音圧検出信号を増幅する演算増幅器の感度を自動的
に調整することが可能となり、装置の高機能化を達成す
ることができる。

さらに、帰還制御回路に設けられている可変抵抗素子の
抵抗値を変化調整することにより、側音検出信号の消去
を適宜行うことができるから、ズームマイクロホンやノ
イズコンプレッションマイクロホンとしての使用に際
し、非常に便利であり、この側音消去作用と、超高感度
の検出能力と、前記演算増幅器の自動感度調整能力とを
備えることにより、静電マイクロホン装置の様々なシス
テム展開が可能となる。

【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一実施例
の回路図、第２図は同実施例を構成する音圧検出部の縦
断面図、第３図は同音圧検出部の斜視図、第４図は同実
施例における同調回路として機能する共振器の動作説明
図である。 １……発振回路、２……主音共振器、３……音圧検出
部、4,4′……検波回路、5,5′……抵抗器、6,6′……
カップリングコンデンサ、7,7′……カップリングコン
デンサ、8,8′……インダクタンス素子、9a……第１の
セラミック共振器形静電センサ回路、9b……第２のセラ
ミック共振器形静電センサ回路、10……側音共振器、11
……抵抗器、12……演算増幅器、13……帰還制御回路、
14……第１の帰還抵抗器、15……MOS FET、16……フィ
ードバック抵抗器、17……可変抵抗器、18……第２の帰
還抵抗器、20……抵抗器、21……枠体、22……振動板の
形成枠部、23……背極枠部、24……主音窓、25……主音
振動板、26……側音窓、27……側音振動板、28……主音
検出電極、30……側音検出電極、31……音響調整孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主音の音圧信号を受けて振動する主音振動
   板の振幅変位を静電容量の変化として検出する主音検出
   電極と、側音の音圧信号を受けて振動する側音振動板の
   振幅変位を静電容量の変化として検出する側音検出電極
   と、前記主音検出電極によって検出される静電容量の変
   化を受けて主音検出信号を出力する第１のセラミック共
   振器形静電センサ回路と、この第１のセラミック共振器
   形静電センサ回路の信号を増幅する演算増幅器と、前記
   側音検出電極によって検出される静電容量の変化を受け
   て側音検出信号を出力する第２のセラミック共振器形静
   電センサ回路と、この第２のセラミック共振器形静電セ
   ンサ回路からの信号によって前記演算増幅器の帰還量を
   制御する帰還制御回路とを備えている静電マイクロホン
   装置。
2. 【請求項２】帰還制御回路には側音消去調整用の可変抵
   抗素子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。