JP4823134B2 - Condenser microphone - Google Patents
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Description
本発明は、発振検波方式のコンデンサーマイクロホンに関するもので、特に、1枚の振動板でプッシュプル動作するマイクロホンユニットを用い、2つに共振回路を構成することにより、発振器の発生する雑音を相殺することを特徴とするものである。 The present invention relates to an oscillation detection type condenser microphone, and in particular, uses a microphone unit that performs a push-pull operation with a single diaphragm, and forms two resonance circuits to cancel noise generated by an oscillator. It is characterized by this.
コンデンサーマイクロホンに用いられているマイクロホンユニットは出力インピーダンスが高いため、一般にはインピーダンス変換器が接続され、インピーダンスを低くして出力される。インピーダンス変換器を用いることなく低インピーダンス出力が可能な別の方式として発振検波方式のコンデンサーマイクロホンがある。発振検波方式コンデンサーマイクロホンは、回路構成が複雑で調整が難しいといった問題点があるが、固有雑音が小さいという利点があるため、現在でも商品化されている。 Since the microphone unit used for the condenser microphone has a high output impedance, an impedance converter is generally connected to output the microphone unit with a low impedance. There is an oscillation detection type condenser microphone as another method capable of outputting a low impedance without using an impedance converter. Oscillation detection type condenser microphones have the problem that the circuit configuration is complicated and difficult to adjust, but are still commercialized because they have the advantage of low inherent noise.
発振検波方式のコンデンサーマイクロホンには、位相変調型と振幅変調型がある。位相変調型は発振器に水晶振動子を用いることができ、回路構成が比較的簡単であることから古くから用いられている。振幅変調型は高周波ブリッジを用いており、発振周波数が若干移動しても動作するが、位相変調型と比較すると回路構成が複雑になる難点がある。 Oscillation detection type condenser microphones include a phase modulation type and an amplitude modulation type. The phase modulation type can use a crystal resonator as an oscillator and has been used for a long time because of its relatively simple circuit configuration. The amplitude modulation type uses a high-frequency bridge and operates even if the oscillation frequency slightly moves. However, there is a problem that the circuit configuration is complicated as compared with the phase modulation type.
本発明に係るコンデンサーマイクロホンは、位相変調型発振検波方式であるから、以下に、従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例についてより詳細に説明する。位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンは、水晶振動子で発振周波数を安定化させる発振器と、この発振器に含まれるタンクコイル(発振コイル)と、発振器で発信される高周波(8MHz−12MHz)をコンデンサーマイクロホンユニットによって位相変調する共振コイルを有している。したがって、上記発振器で発振した高周波を、タンクコイル(発振コイル)から共振コイルに供給する必要がある。図3、図4はそれぞれ従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例を示している。 Since the condenser microphone according to the present invention is a phase modulation type oscillation detection system, an example of a conventional phase modulation type oscillation detection system condenser microphone will be described in more detail below. The phase modulation type oscillation detection system condenser microphone is an oscillator that stabilizes the oscillation frequency with a crystal oscillator, a tank coil (oscillation coil) included in the oscillator, and a high frequency (8 MHz-12 MHz) transmitted by the oscillator. It has a resonant coil that is phase modulated by the unit. Therefore, it is necessary to supply the high frequency oscillated by the oscillator from the tank coil (oscillation coil) to the resonance coil. 3 and 4 show examples of conventional phase modulation type oscillation detection type condenser microphones.
図3に示す例は、発振器で生じる雑音が互いに打ち消しあって出力側に現れないように工夫したブリッジ回路を備えた位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの回路例である。この回路例は、高周波発振器10と結合した二つの共振回路11,12が互いに直列に接続されている。一方の共振回路11は固定のコンデンサーCを有し、他方の共振回路12は、コンデンサーマイクロホンユニットM自体の静電容量をコンデンサーとして有している。したがって、共振回路12が有しているコンデンサーの静電容量はマイクロホンユニットMの振動板が受ける音波に対応して変動し、共振回路12における共振周波数がマイクロホンユニットMの静電容量変化に応じて変動する。共振回路11における一定の共振周波数に対する共振回路12における共振周波数の変動分がレシオ検波回路13において取り出され、音声信号として出力される。レシオ検波回路13では二つのダイオードD1,D2が高周波バイアスの整流電圧を打ち消す向きに接続されている。
The example shown in FIG. 3 is a circuit example of a phase modulation type oscillation detection type condenser microphone provided with a bridge circuit designed so that noises generated by the oscillators cancel each other and do not appear on the output side. In this circuit example, two
直列に接続されている共振回路11と共振回路12のバランスが崩れない限り、出力側に電圧は現れない。音波が到来してマイクロホンユニットMの静電容量が変化すると、その分共振回路11に対し共振回路12が偏って変調され、搬送波のない側波帯からなる電圧が出力側に現れる。このように、同じ高周波電流がブリッジ回路の両辺を流れるから、発振器10の雑音は全て消去される。
As long as the balance between the
図3に示す従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの例によれば、一方の共振回路11の固定コンデンサーCが高周波発振器10の負荷となっていて、高周波発振器10で発振する高周波信号の振幅を低下させる要因となっている。高周波発振器10で発振する高周波信号の振幅が低下することにより、位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンとしての感度が低下する難点がある。
According to the example of the conventional phase modulation type oscillation detection type condenser microphone shown in FIG. 3, the fixed capacitor C of one
次に、図4に示す従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンの別の例について説明する。この従来例も、高周波発振器20と結合した二つの共振回路21,22で構成されるブリッジ回路に、上記発振器20の出力が同時に供給されるようになっている。一方の共振回路21はバリキャップダイオード24を含み、他方の共振回路22はコンデンサーマイクロホンユニットMの静電容量を含む。レシオ検波回路23で検波されて出力される音声信号を増幅する低周波増幅トランジスタ25を備えていて、このトランジスタ25のコレクタから出力される信号の一部が、フィルタを通った後バリキャップダイオード24にフィードバックされるように構成されている。この回路は、フィードバック回路を設けることによりSN比を損なうことなくダイナミックレンジを広げることを狙ったものである。
Next, another example of the conventional phase modulation type oscillation detection type condenser microphone shown in FIG. 4 will be described. Also in this conventional example, the output of the
図4に示す従来例も、基本的には図3に示す従来例と同じで、バリキャップダイオード24が高周波発振器20の負荷となっていて、高周波発振器20で発振する高周波信号の振幅を低下させる要因となる。その結果として、位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンとしての感度が低下する難点がある。
The conventional example shown in FIG. 4 is basically the same as the conventional example shown in FIG. 3, and the
なお、本発明に関連のある従来技術として本出願人の出願にかかる特許文献1記載の発明がある。特許文献1記載の発明は、コンデンサーマイクロホンにおいて、振動板に対する対向面積が同一で、かつ、振動板に対して等距離に配置された第1固定電極および第2固定電極を用い、各固定電極にインピーダンス変換器を接続するとともに、第1固定電極と第2固定電極に逆極性の成極電圧を加えるものである。
この特許文献1記載の発明は、高域での指向周波数応答を損なうことなく、過大信号入力時におけるインピーダンス変換器の出力歪を低減することを狙ったものである。
In addition, there exists invention of
The invention described in
本発明に関連のある別の従来技術として特許文献2記載の発明がある。特許文献2記載の発明はデジタルマイクロホンに関するもので、音波を受けて振動する振動板の振動を発振周波数の変化すなわちFM波に変換する発振器と、この発振器の出力であるFM信号をデジタル音声信号の標本化周波数のクロック周期でゲートするゲート回路と、ゲートされたFM信号の数をカウントするパルスカウント部と、FMの無変調時と同じ周波数の基準値と上記カウントされた値の差分を算出する演算部とを備え、標本化周波数の周期にしたがってデジタルデータを出力することを特徴とする。
As another prior art related to the present invention, there is an invention described in
特許文献2記載の発明は、振動板の振動をFM波に変換する発振器を備えている点に限れば、後述の本願発明の構成部分と似ている点があるが、FM波に変換した後の回路構成ないしは信号処理がまったく異なっているとともに、本願発明はデジタル信号として出力するための回路構成を備えるものでもない。
The invention described in
本発明は、図3、図4について説明したような従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンにみられる問題点を解消すること、すなわち、高周波発振器で発振する高周波信号の振幅を低下させる要因を除去し、感度を高めながら、高周波発振器で発生する雑音を相殺することができる位相変調型発振検波方式のコンデンサーマイクロホンを提供することを目的とする。 The present invention eliminates the problems seen in the conventional phase modulation type oscillation detection type condenser microphone as described with reference to FIGS. 3 and 4, that is, a factor for reducing the amplitude of the high frequency signal oscillated by the high frequency oscillator. An object of the present invention is to provide a phase modulation type oscillation detection type condenser microphone capable of canceling noise generated by a high frequency oscillator while eliminating the noise and enhancing the sensitivity.
本発明は、発振コイルおよび水晶振動子を備えた発振回路と、この発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、この共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、音波を受けて振動する振動板に対向して配置されている固定電極は、第1固定電極と第2固定電極に二分され、第1固定電極と第2固定電極は、振動板との対向面積が同一でかつ振動板に対して等距離に配置され、上記共振回路は、上記振動板とこれに対向する第1固定電極と第2固定電極によって形成される静電容量にそれぞれ共振コイルを接続することによって二つの共振回路が構成されていることを最も主要な特徴とする。 The present invention relates to an oscillation circuit including an oscillation coil and a crystal resonator, and is coupled to the oscillation circuit via a coupling means and biased at a high frequency generated by the oscillation circuit, and also to electrostatic capacitance and resonance of the condenser microphone unit. A condenser microphone comprising: a resonance circuit configured by a coil; and a demodulation circuit that demodulates an audio signal corresponding to a change in capacitance of the capacitor microphone unit from an output signal of the resonance circuit, and receiving a sound wave The fixed electrode arranged facing the vibrating diaphragm is divided into a first fixed electrode and a second fixed electrode, and the first fixed electrode and the second fixed electrode have the same facing area with the diaphragm, and The resonance circuit is arranged at an equal distance from the diaphragm, and is formed by the diaphragm, the first fixed electrode and the second fixed electrode facing the diaphragm. The most important feature that the two resonance circuit is constituted by connecting respective resonant coil capacitance.
共振回路は、コンデンサーマイクロホンユニット自体の静電容量と共振コイルによって構成されているため、従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンのように発振回路の負荷となるコンデンサーを接続する必要がなく、発振器で発振する高周波信号の振幅低下要因がなくなって、感度の高い位相変調型発振検波方式のコンデンサーマイクロホンを得ることができる。
また、コンデンサーマイクロホンユニットと二つの共振回路をプッシュプル動作させ、音声信号をバランス出力させることが可能であることから、発振器で発生する雑音の極性を互いに逆にして相殺することができる。
Since the resonance circuit is composed of the capacitance of the condenser microphone unit itself and the resonance coil, there is no need to connect a capacitor that becomes the load of the oscillation circuit unlike the conventional phase modulation type oscillation detection type condenser microphone. This eliminates the cause of the amplitude reduction of the high-frequency signal that oscillates at, so that a highly sensitive phase modulation type oscillation detection type condenser microphone can be obtained.
In addition, since it is possible to push-pull the condenser microphone unit and the two resonance circuits and to output the audio signal in a balanced manner, it is possible to cancel the polarities of the noises generated by the oscillators opposite to each other.
以下、本発明にかかるコンデンサーマイクロホンの実施例について図1、図2を参照しながら説明する。
図1において、符号31は第1固定電極を、32は第2固定電極を、34は振動板をそれぞれ示している。第1固定電極31、第2固定電極32、振動板34はコンデンサーマイクロホンユニットの主要部を構成している。振動板34に対向して配置されている固定電極は通常1個であるが、本発明においては第1固定電極31、第2固定電極32に二分されていて、1枚の振動板34と対向している。振動板34として、例えば金属蒸着膜を有する合成樹脂フィルムが用いられ、外周縁部が支持リング35に所定の張力をもって張設されている。第1固定電極31と第2固定電極32は、振動板34との対向面積が同一であり、かつ、振動板34との間に図示されない共通のリング状スペーサを介在させて重ねられることにより、振動板34に対して等距離に配置されている。振動板34は、支持リング35およびユニットケースを介してアースに接続されている。
Hereinafter, embodiments of a condenser microphone according to the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1,
図2は第1固定電極31と第2固定電極32を備えた固定電極板30の例を示す。絶縁材からなる固定電極板30の一面側に、上記第1固定電極31と第2固定電極32が固定電極板30の中心を通る直径線に沿い二分された形で形成されている。固定電極板30の外周の一部が半径方向外方に突出し、この突出部に、第1固定電極31に導通する半田付けランド37と第2固定電極32に導通する半田付けランド38が形成されている。
FIG. 2 shows an example of a
図1において、符号40は、例えば8MHz−12MHz程度の高周波信号を発信する発振回路を示す。発振回路40は、水晶振動子43、二つの電界効果型トランジスタ41,42、発振コイルLOを有している。水晶振動子43の端子はトランジスタ41,42のベースに接続され、トランジスタ41,42のソースは発振コイルLOの二つのコイルLO1,LO2を直列に介して接続されている。トランジスタ41のドレインは抵抗R1を介して、トランジスタ41のベースは抵抗R2を介して、トランジスタ42のベースは抵抗R3を介して、トランジスタ42のドレインは抵抗R4を介してそれぞれアースに接続されている。
In FIG. 1,
発振コイル40は、上記コイルLO1,LO2と磁気結合した別のコイルLO3,LO4を有している。これらのコイルLO3,LO4は、発振回路40で生成される高周波で共振回路をバイアスするために、発振回路40を共振回路に結合する結合手段として機能する。上記コイルLO3,LO4はセンタータップを有し、これらのセンタータップはアースに接続されている。コイルLO3の一端は共振コイルLAを構成するコイルLA1を経て前記第1固定電極31に、より具体的には図2に示す第1固定電極31の半田付けランド37に接続されている。コイルLO3の他端は共振コイルLBを構成するコイルLB1を経て前記第2固定電極32に、より具体的には図2に示す第2固定電極32の半田付けランド38に接続されている。上記コイルLO4の一端は上記コイルLA1と磁気結合しているコイルLA2のセンタータップに、上記コイルLO4の他端は上記コイルLB1と磁気結合しているコイルLB2のセンタータップに接続されている。
The
共振コイルLAを構成する上記コイルLA2の両端は、レシオ検波回路51を構成するダイオードD11,D12をそれぞれ介して出力端子2につながり、また、コンデンサーC3を介してアースに接続されている。他方の共振コイルLBを構成する上記コイルLB2の両端は、レシオ検波回路52を構成するダイオードD21,D22をそれぞれ介して出力端子3につながり、また、コンデンサーC4を介してアースに接続されている。出力端子2,3は、前記発振コイルLO1,LO2の接続点につながる出力端子1とともに、3端子の平衡出力端子を構成し、端子1はアース端子、端子2はホット側の信号端子、端子3はコールド側の信号端子となっている。端子2,3は、図1に示す例では出力トランス45の1次巻線の両端に接続され、トランス45の2次巻線から音声信号が出力されるように構成されている。
Both ends of the coil LA2 constituting the resonance coil LA are connected to the
マイクロホンユニットは、1枚の振動板34に対向する2つの固定電極31,32を有し、振動板34と第1固定電極31で構成されるコンデンサーC1、振動板34と第2固定電極32で構成されるコンデンサーC2にそれぞれコイルLA1,LB1からなるインダクタンスが接続されることにより、プッシュプル動作する共振回路が構成されている。コンデンサーC1、コイルLA1を有する共振回路、コンデンサーC2、コイルLB1を有する共振回路は、それぞれ発振回路40に含まれるコイルLO3から出力される高周波の発振信号によってバイアスされる。上記コイルLO3から上記二つの共振回路に供給される高周波信号は、センタータップを有するコイルLO3の一端と他端からそれぞれ供給されるため、互いに逆位相の高周波信号となる。
The microphone unit has two fixed
上記二つの共振回路には、共振コイルLA1,LB1にそれぞれ磁気結合しているコイルLA2,LB2を介してレシオ検波回路51,52が接続されている。レシオ検波回路51では、発振回路40による一定周波数の発振信号と、振動板34の振動に対応してコンデンサーC1の静電容量が変化し周波数が変動する第1の共振回路の共振信号との差が検波され、これが音声信号として端子2から出力される。他方のレシオ検波回路52では、発振回路40による一定周波数の発振信号と、振動板34の振動に対応してコンデンサーC2の静電容量が変化し周波数が変動する第2の共振回路の共振信号との差が検波され、これが音声信号として端子3から出力される。これらの音声信号は端子2、端子3からバランス出力される。このバランス出力は、外周をシールドされた2芯のマイクロホンケーブルによって外部に引き出すことができる。あるいは、図1に示すように、端子2,3を出力トランス45の1次巻線の両端に接続し、2次巻線の両端から外部に出力するように構成してもよい。
以上説明した実施例によれば、高周波発振器40で発生する雑音は、バランス信号で2つの共振回路にそれぞれ入力し、各共振回路に対応するレシオ検波回路51,52で検波される。図1において、上記端子2,3の傍に記した波形は、音声信号のモデルとして正弦波状の信号と、雑音信号n1,n2の波形である。端子2,3から出力される音声信号の位相は互いに逆位相である。端子2,3に現れる雑音信号n1,n2は、その位相が互いに逆であるから、雑音信号n1,n2が相殺される。
According to the embodiment described above, the noise generated by the high-
また、コンデンサーマイクロホンユニットを、1枚の振動板34とこれに対向する2つの固定電極31,32で構成することによりプッシュプル動作可能なユニットとし、2つの固定電極31,32と1枚の振動板34で構成される2つのコンデンサーC1,C2を含む2つの共振回路を構成している。したがって、2つの共振回路は、コンデンサーマイクロホンユニット自体の静電容量と共振コイルによって構成されることになり、従来の位相変調型発振検波方式コンデンサーマイクロホンのように発振回路の負荷となるコンデンサーを接続する必要がなく、発振器で発振する高周波信号の振幅低下要因がなくなって、感度の高い位相変調型発振検波方式のコンデンサーマイクロホンを得ることができる。
Further, the condenser microphone unit is composed of one
31 第1固定電極
32 第2固定電極
34 振動板
40 発振回路
43 水晶振動子
51 レシオ検波回路
52 レシオ検波回路
LO 発振コイル
LA 共振コイル
LB 共振コイル
31 First Fixed
Claims (4)
上記発振回路と結合手段を介して結合され上記発振回路で生成される高周波でバイアスされるとともにコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量と共振コイルによって構成された共振回路と、
上記共振回路の出力信号からコンデンサーマイクロホンユニットの静電容量変化に対応する音声信号に復調する復調回路と、を備えているコンデンサーマイクロホンであって、
音波を受けて振動する振動板に対向して配置されている固定電極は、第1固定電極と第2固定電極に二分され、
第1固定電極と第2固定電極は、振動板との対向面積が同一でかつ振動板に対して等距離に配置され、
上記共振回路は、上記振動板とこれに対向する第1固定電極と第2固定電極によって形成される静電容量にそれぞれ共振コイルを接続することによって二つの共振回路が構成されていることを特徴とするコンデンサーマイクロホン。 An oscillation circuit including an oscillation coil and a crystal unit;
A resonance circuit coupled with the oscillation circuit via a coupling means and biased at a high frequency generated by the oscillation circuit and configured by a capacitance of a condenser microphone unit and a resonance coil;
A demodulator circuit that demodulates an audio signal corresponding to a change in capacitance of the condenser microphone unit from the output signal of the resonance circuit, and a condenser microphone comprising:
The fixed electrode disposed opposite to the diaphragm that vibrates in response to sound waves is divided into a first fixed electrode and a second fixed electrode,
The first fixed electrode and the second fixed electrode have the same opposing area to the diaphragm and are arranged at an equal distance from the diaphragm,
The resonance circuit includes two resonance circuits by connecting a resonance coil to the capacitance formed by the diaphragm and the first fixed electrode and the second fixed electrode facing the diaphragm. Condenser microphone.
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