JP2016086283A - 可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】指向性を切替えても感度を含むマイクロホンの特性が変化しない可変指向性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。
【解決手段】単一指向性の第１マイクロホンユニットＵｆと第２マイクロホンユニットＵｂとが背中合わせに配置される。第１マイクロホンユニットは、振動板１２ｆにエレクトレット誘電体膜１６ｆが成膜されると共に、前記第２マイクロホンユニットは、固定極１４ｂにエレクトレット誘電体膜１６ｂが成膜され、かつ前記第１と第２のマイクロホンユニットの各固定極１４ｆ，１４ｂは、それぞれ回路の基準電位点に直流接続される。無指向性を選択した時には、前記第１マイクロホンユニットＵｆの振動板電極と、第２マイクロホンユニットＵｂの振動板電極の各信号が平衡出力される。単一指向性を選択した時には、前記第１マイクロホンユニットＵｆの振動板電極の信号のみが平衡出力される。
【選択図】図２

Description

この発明は、二つの単一指向性マイクロホンユニットを背中合わせに配置した可変指向性コンデンサマイクロホンに関し、特に指向性を切替えた際に感度ならびにＳ／Ｎなどの特性が変化しない可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。

指向性を可変できるマイクロホンとして、二つのコンデンサマイクロホンユニットを前後に背中合わせに配置したものが知られている。
その一つの例においては、前記二つのマイクロホンユニットはそれぞれ単一指向性（カージオイド特性）を有している。正面側に指向軸を有する第１マイクロホンユニットと背面側に指向軸を有する第２マイクロホンユニットのそれぞれの振動板電極は、カップリングコンデンサによって交流的に並列接続されている。

そして、第２マイクロホンユニットの振動板あるいは固定極に加える成極電圧の極性と電圧値を可変することで、従来のマイクロホンは可変指向性を実現している。これは特許文献１の図４などに開示されている。
この場合、マイクロホンの指向性は無指向性から双指向性まで段階的にあるいは連続的に可変させることができ、無指向性と双指向性の間で単一指向性を得ることができる。

この構成による可変指向性コンデンサマイクロホンを単一指向性として使用した場合には、第２マイクロホンユニットの振動板電極からの音声信号が利用されない、もしくは出力されない状態となる。しかしながら第１と第２マイクロホンユニットの振動板電極は交流的に並列接続されているために、第１マイクロホンユニット側で発生した音声信号は、第２マイクロホンユニット側の静電容量によって減衰することになる。
したがって、第１と第２マイクロホンユニットの静電容量がほぼ同一である場合には、マイクロホンから出力される音声信号レベルは６ｄＢ減衰することになり、Ｓ／Ｎもこれに応じて劣化することになる。

前記した６ｄＢの減衰を補うために、例えばＤＣ／ＤＣコンバータで成極電圧を２倍に昇圧させる手段も考えられるが、成極電圧の値を増加させた場合には、エレメントの耐電圧の問題や消費電流が増加するなど、別の問題が発生する。
この場合、成極電圧源を用いずにエレクトレットを利用した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを不要にすることができる。しかし、前後の振動板電極を交流的に並列接続したことによる音声信号の減衰については同様に課題として残される。

一方、二つのコンデンサマイクロホンユニットを前後に背中合わせに配置し、各マイクロホンユニットの出力を可変容量コンデンサ（バリコン）によって結合し、連続的に指向性を変化させる可変指向性コンデンサマイクロホンが特許文献２に開示されている。

この可変指向性コンデンサマイクロホンによると、第１マイクロホンユニットの固定極と、第２マイクロホンユニットの固定極は、背中合わせに近接した状態で配置される。
しかも第１マイクロホンユニットの固定極は、前記バリコンの一方の極に接続され、第２マイクロホンユニットの固定極は、前記バリコンの他方の極に接続される。
そして、前記バリコンの容量を順次変化させることによって、第２マイクロホンユニット側からの出力レベルと極性が変化し、結果として指向性が連続的に変化する。

前記した特許文献２に開示された可変指向性コンデンサマイクロホンによると、第１および第２マイクロホンユニットの各固定極は、バリコンのいずれかの極に接続されるために、いずれの固定極も回路の基準電位点（グランド）から浮いた状態、言い換えれば各固定極の電位が不安定な状態になされる。
このために、第１および第２マイクロホンユニットの各固定極間の静電容量（固定極間のストレー容量）によって、音声信号が漏洩して常に混合される現象が発生する。そのため、特許文献２の可変指向性マイクロホンには、指向性の切替えが正常になし得ないという課題がある。

特開昭５４−１３３３２０号公報 特許第４８２８３７５号公報

この発明は、従来の可変指向性コンデンサマイクロホンの前記した課題を解消するためになされたものであり、指向性を切替えても感度ならびにＳ／Ｎの変化が発生せず、またマイクロホンユニットの各固定極間の静電容量（ストレー容量）による影響を受けることのない可変指向性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ものである。

前記した課題を解決するためになされたこの発明に係る可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンは、振動板と固定極とが対向して配置された単一指向性の第１マイクロホンユニットと第２マイクロホンユニットとが背中合わせに配置されることで、それぞれの集音軸が互いに前後に向くように構成された可変指向性コンデンサマイクロホンであって、前記第１マイクロホンユニットは、振動板にエレクトレット誘電体膜が成膜されると共に、前記第２マイクロホンユニットは、固定極にエレクトレット誘電体膜が成膜され、かつ前記第１と第２のマイクロホンユニットの各固定極は、それぞれ回路の基準電位点に直流接続されることを特徴とする。

この場合、好ましくは第１指向性モードと第２指向性モードのいずれかを選択可能にする指向性選択スイッチを備え、前記第１指向性モードを選択した時、前記第１マイクロホンユニットの振動板電極と、第２マイクロホンユニットの振動板電極からの各信号が平衡出力されると共に、前記指向性選択スイッチによって、第２指向性モードを選択した時、前記第１マイクロホンユニットの振動板電極からの信号と、回路の基準電位点の信号とが平衡出力される構成が採用される。

より好ましくは、前記第１マイクロホンユニットの振動板電極からの信号を、第１インピーダンス変換器と、当該第１インピーダンス変換器に接続された第１バッファ回路を介して、一方の平衡出力信号にすると共に、前記指向性選択スイッチによって選択された前記第２マイクロホンユニットの振動板電極からの信号、もしくは直流カットコンデンサを介した回路の基準電位点の信号を、第２インピーダンス変換器と、当該第２インピーダンス変換器に接続された第２バッファ回路を介して、他方の平衡出力信号にする構成が採用される。

加えて、前記平衡出力される信号を減算する減算回路が備えられ、当該減算回路によって音声信号を得る構成が採用される。

この発明に係る前記した構成のエレクトレットコンデンサマイクロホンによると、第１マイクロホンユニットは膜エレクトレット方式を採用し、第２マイクロホンユニットはバックエレクトレット方式が採用される。これにより、第１と第２マイクロホンユニットの各振動板電極から得られる信号は、互いに逆相の関係で得ることができる。
したがって、第１と第２マイクロホンユニットの各振動板電極から得られる信号を平衡出力信号とすることで、無指向性による音声信号を得ることができる。また、第１マイクロホンユニットの振動板電極から得られる信号と、基準電位点の無信号とを平衡出力信号とすることで、単一指向性による音声信号を得ることができる。

この場合、指向性が切替えられた際に、特許文献１に示したように一方のマイクロホンユニットが他方のマイクロホンユニットの振動板電極から得られる信号の負荷となって、音声信号を減衰させる要素が生じない。したがって感度ならびにＳ／Ｎの変化を発生させることのない可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することができる。

さらに、第１と第２のマイクロホンユニットの各固定極は、それぞれ回路の基準電位点に直流接続された構成が採用されている。そのため、特許文献２に示したように固定極間の静電容量（ストレー容量）の影響を受けることのない可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することができる。

この発明に係る可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンの断面図である。 図１に示すコンデンサマイクロホンの回路接続例である。

この発明に係る可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンについて、図に示す実施の形態に基づいて説明する。
図１は、二つのエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットを背中合わせの状態で組み合わせた全体構成を示した断面図である。
なお、この図１に示す全体構成を説明の便宜上、複合ユニット１と称呼する。そして前記複合ユニット１における矢印０ｄｅｇで示す集音軸側に配置された単一指向性の第１マイクロホンユニットを前側ユニットＵｆと称呼し、反対側に配置された単一指向性の第２マイクロホンユニットを後側ユニットＵｂと称呼する。

この複合ユニット１には、その中央部に円環状に形成された絶縁座２が配置されている。この絶縁座２に対して、その前後に押さえリング３ｆ，３ｂが嵌合されて取り付けられている。
そして、前記絶縁座２と前側の押さえリング３ｆとの間で、前記した前側ユニットＵｆが装着され、また前記絶縁座２と後側の押さえリング３ｂとの間で、前記した後側ユニットＵｂが装着されて、複合ユニット１が構成されている。

前側ユニットＵｆには、振動板保持リング１１ｆによって保持された振動板１２ｆが配置される。この振動板１２ｆの背面にリング状のスペーサ１３ｆを介して固定極１４ｆが配置される。このとき、固定極１４ｆの周縁は前記絶縁座２に当接した状態になる。
前記振動板１２ｆの前面には、図示せぬ振動板電極が成膜されている。この振動板電極の一部が、導電性の振動板保持リング１１ｆを介して、当該振動板保持リング１１ｆに重ね合わされた振動板電極端子１５ｆに電気的に接続されている。

また、この前側ユニットＵｆの振動板１２ｆにおける前記固定極１４ｆに対向する面には、エレクトレット誘電体膜１６ｆが貼着されている。
すなわち、この実施の形態における前側ユニットＵｆは、膜エレクトレット方式の単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを構成している。

後側ユニットＵｂは前記した前側ユニットＵｆの構成とほぼ同様である。後側ユニットＵｂには、振動板保持リング１１ｂによって保持された振動板１２ｂが配置されている。この振動板１２ｂの背面には、リング状のスペーサ１３ｂを介して固定極１４ｂが配置されている。このとき、固定極１４ｂの周縁は前記絶縁座２に当接した状態になる。
前記振動板１２ｂの前面には、図示せぬ振動板電極が成膜されている。この振動板電極の一部が、導電性の振動板保持リング１１ｂを介して、当該振動板保持リング１１ｂに重ね合わされた振動板電極端子１５ｂに電気的に接続されている。

この後側ユニットＵｂの前記固定極１４ｂにおける前記振動板１２ｂに対向する面には、エレクトレット誘電体膜１６ｂが貼着されている。
すなわち、この実施の形態における後側ユニットＵｂは、バックエレクトレット方式の単一指向性コンデンサマイクロホンユニットを構成している。

なお、前記した絶縁座２の中央部付近には、音響抵抗として機能するダンパー４が絶縁座２に取り付けられて配置されている。このダンパー４によって、前側ユニットＵｆの固定極１４ｆと後側ユニットＵｂの固定極１４ｂの間に背部空気室５ｆ，５ｂがそれぞれ形成されている。

図２は、前記した図１に示す複合ユニット１を用いて可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンを構成する回路接続の例を示したものである。
なお図２には、図１に示した複合ユニット１の主要な部材を同一符号で示しており、したがって、その詳細な説明は省略する。

図２におけるＭ１は、前記した複合ユニット１を含むエレクトレットコンデンサマイクロホン側の回路構成を示している。このエレクトレットコンデンサマイクロホンＭ１には、平衡シールドケーブルＣａを介してミキサーＭ２が接続される。そして、ミキサーＭ２側において、エレクトレットコンデンサマイクロホンＭ１からの音声信号を得るように回路が構成されている。

図２に示すように、前記した複合ユニット１の固定極１４ｆ，１４ｂは共通接続され、回路の基準電位点（グランド）に直流接続されている。
そして、前記した複合ユニット１における前側ユニットＵｆの振動板電極端子１５ｆは、インピーダンス変換器Ｆ１に接続されている。この第１インピーダンス変換器Ｆ１は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を搭載しており、例えばソースフォロア回路によって構成されている。

この第１インピーダンス変換器Ｆ１からの出力信号は、第１バッファ回路Ｅ１に供給される。この第１バッファ回路Ｅ１は、例えばバイポーラトランジスタを用いたエミッタフォロア回路によって構成されており、この第１バッファ回路Ｅ１による出力信号は、エレクトレットコンデンサマイクロホンＭ１の端子ピンＰ２に、ホット側出力信号として出力される。

一方、複合ユニット１における後側ユニットＵｂの振動板電極端子１５ｂは指向性選択スイッチＳＷの一方の被選択端子に接続されている。また、指向性選択スイッチＳＷの他方の被選択端子は、直流カットコンデンサＣ１を介して回路の基準電位点（グランド）に接続されている。
図２に示す指向性選択スイッチＳＷの状態は、後側ユニットＵｂの振動板電極を選択した状態（第１指向性モード）を示している。指向性選択スイッチＳＷの選択端子（共通端子）は、第２インピーダンス変換器Ｆ２に接続されている。

この第２インピーダンス変換器Ｆ２は、前記した第１インピーダンス変換器Ｆ１と回路構成が同一である。この第２インピーダンス変換器Ｆ２からの出力信号は、第２バッファ回路Ｅ２に供給される。この第２バッファ回路Ｅ２も、前記した第１バッファ回路Ｅ１と回路構成が同一である。第２バッファ回路Ｅ２の出力信号は、エレクトレットコンデンサマイクロホンＭ１の端子ピンＰ３に、コールド側出力信号として出力される。

そして、前記端子ピンＰ２およびＰ３にもたらされる出力信号のそれぞれは、複合ユニット１からの音声信号として端子ピンＰ１をグランドラインとした平衡シールドケーブルＣａを介して、前記したミキサーＭ２に対して平衡出力される。

平衡シールドケーブルＣａを介して平衡出力信号を受けるミキサーＭ２には、オペレーショナルアンプによる減算回路ＯＰ１が搭載されている。端子ピンＰ２を経由するホット側信号は減算回路ＯＰ１の非反転入力端子に供給され、また端子ピンＰ３を経由するコールド側信号は減算回路ＯＰ１の反転入力端子に供給される。
そして、減算回路ＯＰ１による減算出力は、前記エレクトレットコンデンサマイクロホンＭ１による音声信号として、出力端子Ｏｕｔにもたらされる。

図１に示した複合ユニット１は、前側ユニットＵｆが膜エレクトレット方式を採用し、後側ユニットＵｂがバックエレクトレット方式を採用している。そのため、前記指向性選択スイッチＳＷが図２に示す第１指向性モードの状態においては、端子ピンＰ２およびＰ３には逆相の信号がもたらされる。したがって、ミキサーＭ２における出力端子Ｏｕｔには、その減算出力として無指向性による音声信号がもたらされる。

また、前記指向性選択スイッチＳＷを図２に示す状態から切替えて第２指向性モードを選択した場合には、図２に示す直流カットコンデンサＣ１を介した回路の基準電位点（グランド）が選択されることになる。この実施の形態においては、端子ピンＰ３は無信号の状態となる。
そして、端子ピンＰ２には、前側ユニットＵｆの振動板電極からの音声信号が供給される。したがって、ミキサーＭ２における出力端子Ｏｕｔには、その減算出力として、前側ユニットＵｆからの音声信号がそのままもたらされる。その結果、第２指向性モードにおける指向性は単一指向性を示す。

以上のとおり、前記した実施の形態による可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホンは、指向性選択スイッチＳＷにより無指向性および単一指向性に切替えられる。そして、指向性が切替えられた際に、前側ユニットＵｆもしくは後側ユニットＵｂからの音声出力の負荷となるようなコンデンサ等の要素が生じない。したがって指向性の切替えに伴い、感度ならびにＳ／Ｎが変化することのない可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することができる。

さらに、前側ユニットＵｆと後側ユニットＵｂの各固定極は、それぞれ回路の基準電位点に直流接続された構成が採用されている。そのため、固定極間の静電容量（ストレー容量）の影響を受けることのない可変指向性コンデンサマイクロホンを提供することができるなど、前記した発明の効果の欄に記載したとおりの作用効果を得ることができる。

１ 複合ユニット
２ 絶縁座
３ｆ，３ｂ 押さえリング
１２ｆ，１２ｂ 振動板
１４ｆ，１４ｂ 固定極
１５ｆ，１５ｂ 振動板電極端子
１６ｆ，１６ｂ エレクトレット誘電体膜
Ｃ１ 直流カットコンデンサ
Ｃａ 平衡シールドケーブル
Ｅ１，Ｅ２ バッファ回路
Ｆ１，Ｆ２ インピーダンス変換器
Ｍ１ エレクトレットコンデンサマイクロホン
Ｍ２ ミキサー
ＯＰ１ 減算回路
Ｐ１ 端子ピン（グランドライン）
Ｐ２ 端子ピン（ホット側出力）
Ｐ３ 端子ピン（コールド側出力）
ＳＷ 指向性選択スイッチ
Ｕｆ 第１マイクロホンユニット（前側ユニット）
Ｕｂ 第２マイクロホンユニット（後側ユニット）

Claims (4)

1. 振動板と固定極とが対向して配置された単一指向性の第１マイクロホンユニットと第２マイクロホンユニットとが背中合わせに配置されることで、それぞれの集音軸が互いに前後に向くように構成された可変指向性コンデンサマイクロホンであって、
   前記第１マイクロホンユニットは、振動板にエレクトレット誘電体膜が成膜されると共に、前記第２マイクロホンユニットは、固定極にエレクトレット誘電体膜が成膜され、かつ前記第１と第２のマイクロホンユニットの各固定極は、それぞれ回路の基準電位点に直流接続されることを特徴とする可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 第１指向性モードと第２指向性モードのいずれかを選択可能にする指向性選択スイッチを備え、前記第１指向性モードが選択された時、前記第１マイクロホンユニットの振動板電極と第２マイクロホンユニットの振動板電極からの各信号が平衡出力され、前記第２指向性モードが選択された時、前記第１マイクロホンユニットの振動板電極からの信号と回路の基準電位点の信号とが平衡出力されることを特徴とする請求項１に記載された可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 前記第１マイクロホンユニットの振動板電極からの信号を第１インピーダンス変換器と当該第１インピーダンス変換器に接続された第１バッファ回路とを介して平衡出力の一方の信号にすると共に、前記指向性選択スイッチによって選択された、前記第２マイクロホンユニットの振動板電極からの信号もしくは直流カットコンデンサを介した回路の基準電位点の信号を、第２インピーダンス変換器と当該第２インピーダンス変換器に接続された第２バッファ回路とを介して平衡出力の他方の信号にしたことを特徴とする請求項２に記載された可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 前記平衡出力される信号を減算する減算回路が備えられ、当該減算回路からの減算出力を音声信号とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された可変指向性エレクトレットコンデンサマイクロホン。

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