JP2008147863A - Microphone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音波が伝播してくる方向を特定するマイクロホンに関する。音波が伝播してくる方向を特定できるマイクロホンは、特定の方向から伝播する音のみを検出する指向性を有するマイクロホンとしても利用できる。本発明は指向性を有するマイクロホンに関する。 The present invention relates to a microphone that identifies a direction in which sound waves propagate. A microphone that can specify the direction in which a sound wave propagates can also be used as a microphone having directivity for detecting only sound propagating from a specific direction. The present invention relates to a microphone having directivity.
音波が伝播してくる方向を特定するマイクロホンが開発されている。音波が伝播してくる方向を特定できると、特定の方向から伝播してくる音波のみを受信することができ、指向性を有するマイクロホンが実現できる。音波が伝播してくる方向を特定するマイクロホンに関して、非特許文献1の技術が知られている。
なお本明細書においてマイクロホンとは、音波を受信して電気信号に変換するものだけでなく音波が伝播してくる方向を特定する装置をも含む概念を意味する。
Microphones that identify the direction in which sound waves propagate have been developed. If the direction in which the sound wave propagates can be specified, only the sound wave propagating from the specific direction can be received, and a microphone having directivity can be realized. The technology of Non-Patent Document 1 is known for a microphone that identifies the direction in which sound waves propagate.
In this specification, a microphone means a concept including not only a device that receives sound waves and converts them into electrical signals, but also a device that identifies the direction in which the sound waves propagate.
非特許文献1のマイクロホンでは、中央部がハウジングに支持された振動板の裏面(音波を受ける面とは反対の面)に4個の電極が貼着されている。4個の電極は、振動板の中央部を囲んで周方向に沿って略等間隔に配置されている。この4個の電極に対向して4個の別の電極がハウジングに固定されている。振動板の裏面に貼着された各電極とこれに対向してハウジングに固定された各電極の間には所定長さのギャップが設けられている。振動板上の各電極とこれに対向するハウジング側の各電極との間には電圧が供給されている。振動板上の各電極とこれに対向するハウジング側の各電極によってキャパシタが形成される。振動板が振動すると振動板上の電極とこれに対向するハウジング側の電極とのギャップ長が変化する。ギャップ長の変化に応じてキャパシタの静電容量が変化する。
ある方向から音波を受けると振動板が振動する。振動板は中央部が支持されているので支持されている中央部の周囲が振動する。振動板の中央部の周囲に生じる振動は一様でなく、振幅の大きい領域と振幅が小さい領域が分布する。その分布は、音波の伝播方向に依存する。分布の経時的変化、即ち位相も音波の伝播方向に依存する。従って、振動板上の各電極とこれに対向するハウジング側の各電極のギャップ長の変化量の分布(位相を含む)は、音波が伝播してくる方向に依存して変化する。即ち、各キャパシタの静電容量の変動量の分布も音波の伝播方向に依存して変化する。従って各キャパシタの静電容量の変動量の分布から音波が伝播してくる方向を特定することができる。なお、以下では、音波が伝播してくる方向を音源の方向と称する。
非特許文献1の技術によると、一つの振動板で音源の方向を特定できる。音源の方向を特定できるマイクロホンを小型化することができる。
In the microphone of Non-Patent Document 1, four electrodes are attached to the back surface (the surface opposite to the surface receiving sound waves) of the diaphragm whose central portion is supported by the housing. The four electrodes surround the central portion of the diaphragm and are arranged at substantially equal intervals along the circumferential direction. Opposing the four electrodes, four other electrodes are fixed to the housing. A gap having a predetermined length is provided between each electrode attached to the back surface of the diaphragm and each electrode fixed to the housing so as to face the electrode. A voltage is supplied between each electrode on the diaphragm and each electrode on the housing side facing the electrode. A capacitor is formed by each electrode on the diaphragm and each electrode on the housing side facing the electrode. When the diaphragm vibrates, the gap length between the electrode on the diaphragm and the electrode on the housing side facing the electrode changes. The capacitance of the capacitor changes according to the change in the gap length.
When a sound wave is received from a certain direction, the diaphragm vibrates. Since the center part of the diaphragm is supported, the periphery of the supported center part vibrates. The vibration generated around the central portion of the diaphragm is not uniform, and a region with a large amplitude and a region with a small amplitude are distributed. The distribution depends on the propagation direction of the sound wave. The distribution change over time, that is, the phase also depends on the propagation direction of the sound wave. Therefore, the distribution (including phase) of the change in gap length between each electrode on the diaphragm and each electrode on the housing opposite to the electrode changes depending on the direction in which the sound wave propagates. That is, the distribution of the fluctuation amount of the capacitance of each capacitor also changes depending on the propagation direction of the sound wave. Therefore, the direction in which the sound wave propagates can be specified from the distribution of the variation amount of the capacitance of each capacitor. Hereinafter, the direction in which the sound wave propagates is referred to as the direction of the sound source.
According to the technique of Non-Patent Document 1, the direction of the sound source can be specified with one diaphragm. The microphone that can specify the direction of the sound source can be miniaturized.
一つの振動板で音源の方向を特定するマイクロホンでは、振動板はできるだけ平坦であることが好ましい。平坦な振動板は振動しやすいからである。また、振動板が平坦であると、音源の方向とギャップ長の変化量の分布との対応関係がより精密になるからである。しかしながら、中央部で支持されている振動板は、経時変化等により振動板が変形しやすい。即ち、音波を受けていないときにも振動板が変形したままとなる。また、製造公差や誤差により個々のマイクロホンの振動板には、所定の範囲ではあるものの初期変形を有する。振動板の初期変形は、音源方向を特定する際の精度を低下させる。非特許文献1には、音波を受けていない状態における振動板の変形は考慮されていない。
本願発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一つの振動板で音源の方向を特定することができるマイクロホンであり、音波を受ける前に振動板を平坦な状態に矯正し、音源の方向を精度よく特定できるマイクロホンを提供することにある。
In a microphone that specifies the direction of a sound source with a single diaphragm, the diaphragm is preferably as flat as possible. This is because a flat diaphragm is easy to vibrate. Also, if the diaphragm is flat, the correspondence between the direction of the sound source and the distribution of the variation in gap length becomes more precise. However, the diaphragm supported at the center part is likely to be deformed due to a change with time. That is, the diaphragm remains deformed even when no sound wave is received. Further, due to manufacturing tolerances and errors, the diaphragm of each microphone has an initial deformation although it is within a predetermined range. The initial deformation of the diaphragm reduces the accuracy in specifying the sound source direction. Non-Patent Document 1 does not consider deformation of the diaphragm in a state where no sound wave is received.
The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is a microphone that can specify the direction of a sound source with a single diaphragm, and corrects the diaphragm to a flat state before receiving sound waves. An object of the present invention is to provide a microphone that can accurately specify the direction of a sound source.
本願発明に係るマイクロホンは、振動板、第1電極対群、第2電極対群、第3電極対群、及びコントローラを有する。振動板は、中央部がハウジングに支持されており、その中央部の周囲が厚さ方向に変位可能である。第1電極対群の一方の電極群は、振動板の中央部を囲む複数の位置において振動板の一方の面に固定されており、他方の電極群は、夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている。第2電極対群の一方の電極群は、振動板の中央部を囲む複数の位置において振動板の他方の面に固定されており、他方の電極群は、夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている。第3電極対群の一方の電極群は、振動板の中央部を囲む複数の位置であって第2電極対群の一方の電極群より振動板の径方向の内側の位置において振動板の他方の面に固定されており、他方の電極群は、夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている。コントローラは、第1電極対群と第2電極対群と第3電極対群の各電極対に電圧を印加し、第2電極対群と第3電極対群の夫々の電極対が保持する静電容量を計測する。さらにコントローラは、振動板が音波を受けていないときに、第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量が所定の関係を満たすように第1電極対群の各電極対に印加するバイアス電圧を調整する。コントローラは、調整されたバイアス電圧を第1電極対群の各電極対に印加した状態で、振動板が音波を受けているときの第2電極対群と第3電極対群の少なくとも一方の電極対群の各電極対が保持する静電容量の変化から音波が伝播してくる方向を特定する。 The microphone according to the present invention includes a diaphragm, a first electrode pair group, a second electrode pair group, a third electrode pair group, and a controller. The center part of the diaphragm is supported by the housing, and the periphery of the center part can be displaced in the thickness direction. One electrode group of the first electrode pair group is fixed to one surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm, and the other electrode group is connected to the corresponding electrode via a gap. It is fixed to the housing at a position facing each other. One electrode group of the second electrode pair group is fixed to the other surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm, and the other electrode group is connected to the corresponding electrode via a gap. It is fixed to the housing at a position facing each other. One electrode group of the third electrode pair group is a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm, and the other of the diaphragms at a position radially inward of the diaphragm from one electrode group of the second electrode pair group The other electrode group is fixed to the housing at a position facing the corresponding electrode via a gap. The controller applies a voltage to each electrode pair of the first electrode pair group, the second electrode pair group, and the third electrode pair group, and the static electrode held by each of the second electrode pair group and the third electrode pair group. Measure the capacitance. Further, the controller is configured so that the capacitance held by each electrode pair of the second electrode pair group and the third electrode pair group satisfies a predetermined relationship when the diaphragm is not receiving sound waves. The bias voltage applied to each electrode pair is adjusted. The controller applies at least one electrode of the second electrode pair group and the third electrode pair group when the diaphragm receives sound waves in a state where the adjusted bias voltage is applied to each electrode pair of the first electrode pair group. The direction in which the sound wave propagates is specified from the change in the capacitance held by each pair of electrodes.
第1−第3電極対群の各電極対はキャパシタを形成する。第1電極対群の各電極対が形成するキャパシタ群を第1キャパシタ群と称する。第2電極対群の各電極対が形成するキャパシタ群を第2キャパシタ群と称する。第3電極対群の各電極対が形成するキャパシタ群を第3キャパシタ群と称する。 Each electrode pair of the first to third electrode pair groups forms a capacitor. A capacitor group formed by each electrode pair of the first electrode pair group is referred to as a first capacitor group. A capacitor group formed by each electrode pair of the second electrode pair group is referred to as a second capacitor group. A capacitor group formed by each electrode pair of the third electrode pair group is referred to as a third capacitor group.
キャパシタは、電圧を加えるとギャップを狭める方向にクーロン力(静電吸引力)を発生する。本発明では、このクーロン力を利用して、第1キャパシタ群を、音波を受けていない状態における振動板の変形を矯正して平坦に矯正するためのアクチュエータとして利用する。
第2キャパシタ群と第3キャパシタ群は、夫々振動板の中央部を囲む位置に配置されており、第3キャパシタ群は、第2キャパシタ群よりも径方向の内側に配置される。キャパシタは、そのギャップ長と静電容量の間に所定の関係を有する。振動板が変形すると、各キャパシタのギャップ長も変化する。従って、振動板が音波を受けておらず(即ち、振動板が振動しておらず)、かつ振動板が略平坦な状態のときには、第2、第3キャパシタ群の各キャパシタの静電容量の間には所定の関係が成立する。例えば、第2電極対群と第3電極対群の各電極の面積が等しく、振動板が変形しておらず平坦であってギャップ長が等しい場合には、第2、第3キャパシタ群の各キャパシタは略等しい静電容量を保持する関係が成立する。そこで、コントローラは、振動板が音波を受けていないときに、第2、第3キャパシタ群の静電容量の間の関係が上記の所定の関係となるように、第1キャパシタ群の各キャパシタに印加する電圧(バイアス電圧)を調整する。これにより、音波を受けていない状態における振動板の変形を矯正することができる。即ち、振動板を平坦な状態に矯正することができる。バイアス電圧を印加した状態で(即ち、音波を受けなければ振動板が平坦を維持する状態で)、振動板が音波を受けているときの第2、第3キャパシタ群の少なくとも一方のキャパシタ群の静電容量の変化から音源の方向を特定する。音波を受ける前に、振動板を平坦な状態に矯正した上で、音源の方向を特定できる。音源の方向を高精度に特定することができる。振動板が経時変化や製造誤差による変形を有するものであっても、音源の方向を高精度に特定することができる。
なお、振動板が音波を受けておらず、かつ振動板が略平坦な状態のときに第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量が満たす関係は、別言すれば、振動板が音波を受けておらず、かつ振動板が略平坦な状態のときに第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量の間に成立する関係である。そのような関係は、振動板が略平坦な状態にあることを特定できる関係と換言することもできる。
When a voltage is applied, the capacitor generates a Coulomb force (electrostatic attractive force) in a direction that narrows the gap. In the present invention, by using this Coulomb force, the first capacitor group is used as an actuator for correcting the deformation of the diaphragm in a state where no sound wave is received and correcting it flatly.
The second capacitor group and the third capacitor group are each disposed at a position surrounding the central portion of the diaphragm, and the third capacitor group is disposed radially inward of the second capacitor group. A capacitor has a predetermined relationship between its gap length and capacitance. When the diaphragm is deformed, the gap length of each capacitor also changes. Therefore, when the diaphragm is not receiving sound waves (that is, the diaphragm is not vibrating) and the diaphragm is in a substantially flat state, the capacitance of each capacitor of the second and third capacitor groups A predetermined relationship is established between them. For example, when the area of each electrode of the second electrode pair group and the third electrode pair group is equal, the diaphragm is not deformed and is flat, and the gap length is equal, each of the second and third capacitor groups The capacitor holds the relationship of holding substantially the same capacitance. Therefore, the controller sets each capacitor of the first capacitor group so that the relationship between the capacitances of the second and third capacitor groups becomes the above-described predetermined relationship when the diaphragm is not receiving sound waves. Adjust the applied voltage (bias voltage). Thereby, the deformation | transformation of the diaphragm in the state which has not received the sound wave can be corrected. That is, the diaphragm can be corrected to a flat state. In a state where a bias voltage is applied (that is, in a state where the diaphragm is kept flat if no sound wave is received), at least one of the second and third capacitor groups when the diaphragm receives the sound wave. The direction of the sound source is specified from the change in capacitance. Before receiving the sound wave, the direction of the sound source can be specified after correcting the diaphragm to a flat state. The direction of the sound source can be specified with high accuracy. Even if the diaphragm has deformation due to aging or manufacturing errors, the direction of the sound source can be specified with high accuracy.
It should be noted that the relationship that the capacitance held by each electrode pair of the second electrode pair group and the third electrode pair group satisfies when the diaphragm is not receiving sound waves and the diaphragm is substantially flat is different. In other words, when the diaphragm is not receiving sound waves and the diaphragm is in a substantially flat state, it is established between the capacitance held by each electrode pair of the second electrode pair group and the third electrode pair group. It is a relationship. Such a relationship can be translated into a relationship that can specify that the diaphragm is in a substantially flat state.
上記のマイクロホンは、特に、振動板の外周側と内周側にそれぞれ第2キャパシタ群と第3キャパシタ群を配置している。これにより、振動板がその中央部を頂点とする円錐状に変形した場合でも、第2、第3キャパシタ群の静電容量の間の関係が所定の関係となるように第1キャパシタ群の各キャパシタにバイアス電圧を印加することによって、振動板の変形を矯正し、平坦な状態にすることができる。 In the above microphone, in particular, the second capacitor group and the third capacitor group are arranged on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the diaphragm, respectively. As a result, even when the diaphragm is deformed into a conical shape having the central portion as the apex, the relationship between the capacitances of the second and third capacitor groups becomes a predetermined relationship. By applying a bias voltage to the capacitor, the deformation of the diaphragm can be corrected and a flat state can be obtained.
バイアス電圧を印加することで、音波を受ける前の振動板の変形を矯正することができる。音波を受ける前の振動板の変形を矯正するためのバイアス電圧とそのときの第2又は第3キャパシタの静電容量が求まれば、音源の方向を次のように特定することもできる。振動板が音波を受けているときに、第2キャパシタ群と第3キャパシタ群の少なくとも一方のキャパシタ群の静電容量が、音波を受けていない状態でバイアス電圧を印加したときの静電容量を維持する(即ち、振動板が平坦な状態を維持する)制振用電圧を第1キャパシタ群の各キャパシタに印加する。第1キャパシタ群の各キャパシタに印加した制振用電圧から夫々のキャパシタのバイアス電圧を引いた電圧から音源の方向を特定する。
制振用電圧を印加して音源の方向を特定するマイクロホンは、前述したマイクロホン本体と同じ構造の本体と、次の構造のコントローラによって実現できる。そのコントローラは、第1電極対群と第2電極対群と第3電極対群の各電極対に電圧を印加し、第2電極対群と第3電極対群の夫々の電極対が保持する静電容量を計測する。また、振動板が音波を受けていないときに、第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量が所定の関係を満たすように第1電極対群の各電極対に印加するバイアス電圧を調整する。振動板が音波を受けているときに、第2電極対群と第3電極対群の少なくとも一方の電極対群の各電極対が保持する静電容量が、振動板が音波を受けていない状態で第1電極対群の各電極対に前記バイアス電圧を印加したときの静電容量を維持する制振用電圧を第1電極対群の各電極対に印加する。第1電極対群の各電極対に印加する制振用電圧から各電極対の前記バイアス電圧を引いた電圧から、音波が伝播してくる方向を特定する。
前述のマイクロホンが、音波を受ける前の振動板を平坦な状態に矯正してから音源の方向を特定するのに対して、このマイクロホンは、音波を受けている間も振動板が平坦な状態を維持するように制振制御しながら音源方向を特定する。このマイクロホンは、音波を受けている間も振動板が制振制御されているので、大きな振幅の音波を受けることができる。即ち、ダイナミックレンジの広い音源方向特定マイクロホンを実現できる。また、振動板は、音源の方向を特定する際にも制振制御されているので、振動による振動板の疲労劣化を抑制することができる。耐久性を向上させることができる。
By applying the bias voltage, the deformation of the diaphragm before receiving the sound wave can be corrected. If the bias voltage for correcting the deformation of the diaphragm before receiving the sound wave and the capacitance of the second or third capacitor at that time are obtained, the direction of the sound source can be specified as follows. When the diaphragm is receiving sound waves, the capacitance of at least one of the second capacitor group and the third capacitor group is the capacitance when a bias voltage is applied without receiving sound waves. A damping voltage that maintains (that is, keeps the diaphragm flat) is applied to each capacitor of the first capacitor group. The direction of the sound source is specified from the voltage obtained by subtracting the bias voltage of each capacitor from the damping voltage applied to each capacitor of the first capacitor group.
A microphone that specifies the direction of a sound source by applying a vibration suppression voltage can be realized by a main body having the same structure as the above-described microphone main body and a controller having the following structure. The controller applies a voltage to each electrode pair of the first electrode pair group, the second electrode pair group, and the third electrode pair group, and the respective electrode pairs of the second electrode pair group and the third electrode pair group hold. Measure the capacitance. Further, when the diaphragm is not receiving sound waves, each electrode of the first electrode pair group satisfies a predetermined relationship so that the capacitance held by each electrode pair of the second electrode pair group and the third electrode pair group satisfies a predetermined relationship. Adjust the bias voltage applied to the pair. When the diaphragm is receiving sound waves, the electrostatic capacity held by each electrode pair of at least one of the second electrode pair group and the third electrode pair group is not receiving sound waves. Then, a damping voltage for maintaining the capacitance when the bias voltage is applied to each electrode pair of the first electrode pair group is applied to each electrode pair of the first electrode pair group. The direction in which the sound wave propagates is specified from the voltage obtained by subtracting the bias voltage of each electrode pair from the damping voltage applied to each electrode pair of the first electrode pair group.
While the above-mentioned microphone corrects the diaphragm before receiving the sound wave to a flat state and specifies the direction of the sound source, this microphone keeps the diaphragm flat while receiving the sound wave. The sound source direction is specified while controlling the vibration so that it is maintained. This microphone can receive a sound wave having a large amplitude because the vibration control of the diaphragm is controlled while the sound wave is being received. That is, a sound source direction specifying microphone having a wide dynamic range can be realized. In addition, since the vibration control of the diaphragm is also performed when the direction of the sound source is specified, fatigue deterioration of the diaphragm due to vibration can be suppressed. Durability can be improved.
本発明のマイクロホンによると、一つの振動板で音源の方向を特定することができるマイクロホンであり、音波を受けていない状態における振動板の変形を矯正して音源の方向を精度よく特定することができる。 According to the microphone of the present invention, the microphone can specify the direction of the sound source with a single diaphragm, and the direction of the sound source can be accurately specified by correcting the deformation of the diaphragm in a state where no sound wave is received. it can.
以下図面を用いて本発明に係るマイクロホンの実施例を説明する。
本実施例のマイクロホン100は、マイクロホン本体10とコントローラ50から構成される。まずマイクロホン本体10の構造を説明する。コントローラ50については後述する。
図1は、マイクロホン本体10の模式的断面図である。マイクロホン本体10は、ハウジング12と、略円形の振動板16を備える。図2に、振動板16をおもて側からみたときの平面図を示す。図3に、振動板16を裏側からみたときの平面図を示す。図1に示す振動板16の断面は、図2のA−A線に沿ってみたとき、及び図3のB−B線に沿ってみたときの振動板16の断面を示している。ここで、振動板16のおもて側とは、図1に示すように、ハウジング12の開口部18に面する側であり、音波を受ける側の面をいう。
振動板16は、その中央部16aがハウジング12に固定されている。振動板16は、その中央部16aの周囲が厚さ方向(図1に示す座標系のZ方向)に変位可能な可撓性を有している。ハウジング12のうち、振動板16の裏面と対向している面をベース面12aと称する。ハウジング12の一部は、ベース面12aから振動板16の周囲を囲んでZ方向に伸びる壁面を形成している。壁面は、振動板16の表側で、振動板16のおもて側の表面の周縁部を囲むように伸びている。ハウジング12のうち、振動板16のおもて面と対向している面を周縁カバー面12bと称する。
ハウジング12は、振動板16のおもて側で開口部18を有している。振動板16は、ハウジング12の開口部18を通して伝播してくる音波を受けてZ方向に振動する。
Embodiments of a microphone according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
The
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the
The
The
図2に示すように、振動板16のおもて面には、平板状の電極21a、22a、23a、24aが貼着されている。なお、図1には、電極21aと23aのみが示されており、電極22a、24aの図示を省略している。図2に示すように、電極21a−24aは、夫々扇形をなしており、中央部16aを囲む複数の位置において振動板16のおもて面に貼着されている。電極21a−24aは、振動板16の周方向に沿って等間隔に配置されている。
図1に示すように、電極21bが、電極21aに対向する位置でハウジング12の周縁カバー面12bに固定されている。同様に、電極23bが、電極23aに対向する位置でハウジング12の周縁カバー面12bに固定されている。図示を省略しているが、電極22b、24bが、夫々電極22a、24aに対向する位置でハウジング12の周縁カバー面12bに固定されている。電極21aと21bの間、電極22aと22bの間、電極23aと23bの間、及び、電極24aと24bの間にはギャップ長dが設けられている。
As illustrated in FIG. 2,
As shown in FIG. 1, the
図3に示すように、振動板16の裏面には、電極31a、32a、33a、34a、41a、42a、43a、及び44aが貼着されている。なお、図1には、電極31a、33a、41a、及び43aのみが示されており、電極32a、34a、42a、及び44aの図示を省略している。図3に示すように、電極31a−34aは、夫々扇形をなしており、中央部16aを囲む複数の位置において振動板16の裏面に貼着されている。電極31a−34aは、振動板16の周方向に沿って等間隔に配置されている。また、図3に示すように、電極41a−44aは、夫々扇形をなしており、中央部16aを囲む複数の位置であって、電極31a−34aより振動板16の径方向の内側の位置において振動板16の裏面に貼着されている。電極41a−44aは、振動板16の周方向に沿って等間隔に配置されている。
図1に示すように、電極31b、33b、41b、及び43bが、それぞれ電極31a、33a、41a、及び43aに対向する位置でハウジング12のベース面12aに固定されている。図示を省略しているが、電極32b、34b、42b、及び44bが、夫々電極32a、34a、42a、及び44aに対向する位置でハウジング12のベース面12aに固定されている。夫々対向する電極の間にはギャップ長dが設けられている。なお、後述するように、このギャップ長dは、振動板16が音波を受けておらず、かつ、振動板16が変形していない平坦な状態のときのギャップ長である。
図1−図3に示す通り、電極21aと31aは、振動板16を挟んで対向する位置に配置されている。同様に、電極22aと32a、電極23aと33a、及び電極24aと34aは、夫々振動板16を挟んで対向する位置に配置されている。
全ての電極は、同じ面積を有している。
As shown in FIG. 3,
As shown in FIG. 1, the
As shown in FIGS. 1 to 3, the
All the electrodes have the same area.
電極21aと電極21bは対をなしており、電極21aと21bを合わせて電極対21と称する。電極21aと電極21bは、対向して配置されているので、両電極間に電圧を印加すると、電極対21は所定の静電容量を保持するキャパシタとして機能する。そこで以下では、電極対21をキャパシタ21と称する場合がある。同様に、電極31aと31bを合わせて電極対31、或いはキャパシタ31と称する。他の電極についても同様の呼称を用いる。
夫々のキャパシタを形成する一対の電極は、振動板16が音波を受けておらず、かつ変形していない平坦な状態のときに、互いに平行となっている。
振動板16のおもて側に配置された電極対21、22、23、及び24を総称して第1電極対群20と称する。電極対21、22、23、及び24は、夫々キャパシタ21、22、23、24と称する場合があり、これらのキャパシタ群を総称して第1キャパシタ群20と称する場合がある。同様に、振動板16の裏側に配置された電極対31、32、33、及び34を第2電極対群30、或いは第2キャパシタ群30と称する。振動板16の裏側で第2電極対群30より径方向の内側に配置された電極対41、42、43、及び44を第3電極対群40、或いは第3キャパシタ群40と称する。
The
The pair of electrodes forming each capacitor are parallel to each other when the
The electrode pairs 21, 22, 23, and 24 arranged on the front side of the
次に、マイクロホンのコントローラ50について説明する。図4に、コントローラ50のブロック図を示す。図4に示す「上側電極」は、電極対群20の各電極のうち、ハウジング12に固定されている電極(電極21b、22b、23b、及び24b)を意味する。図4に示す「下側電極」は、電極対群30と電極対群40の各電極のうち、ハウジング12に固定されている電極(電極31b、32b、33b、34b、41b、42b、43b、及び44b)を意味する。図4に示す「振動板電極」は、振動板16に貼着されている全ての電極(電極21a、22a、23a、24a、31a、32a、33a、34a、41a、42a、43a、及び44a)を意味する。
Next, the
コントローラ50は、容量検出回路52、制振回路54、音源方向特定回路56を備えている。次に、各回路の概要を説明する。後に、コントローラ50の動作について説明する。
振動板電極と下側電極の各電極は容量検出回路52と繋がっている。即ち、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタが容量検出回路52と繋がっている。なお、振動板電極の各電極は、コントローラ50のグランドに接地されている。
容量検出回路52は、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタに一定の電圧を印加するとともに(即ち、下側電極の各電極に一定の電圧を印加するとともに)、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量を検出する。容量検出回路52は、検出した静電容量に比例した電圧値を制振回路54へ出力する。
制振回路54は、容量検出回路52が出力した電圧値が一定となるように、各上側電極に対して所定の電圧を印加する。即ち、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタが保持する静電容量が一定となるように、各上側電極へ所定の電圧を印加する。制振回路54が出力する電圧値の求め方については後述する。
制振回路54の出力電圧は、各上側電極に印加されるとともに、音源方向特定回路56へ入力される。音源方向特定回路56は、入力された電圧(制振回路54が各上側電極へ印加する電圧)から、音源の方向を特定する。音源の方向の特定方法については後述する。
The
Each electrode of the diaphragm electrode and the lower electrode is connected to the
The
The damping
The output voltage of the damping
次に、コントローラ50の動作について説明する。
コントローラ50は、音源の方向を特定する前に、振動板16が音波を受けていない状態で次の処理を実行する。コントローラ50は、第1キャパシタ群20の各キャパシタに印加する電圧を調整することによって、音波を受けていないときの振動板16の平面を平坦な状態に矯正する。
Next, the operation of the
The
振動板16の変形とその矯正について説明する。振動板16がベース面12aに対して平行な状態を基準状態と称する。ここでいう「変形」とは、音波を受けていないときの振動板16の少なくとも一部が基準状態からずれることを意味する。なお、音波を受けていないときの振動板16が基準状態からずれていない状態を、振動板16が平坦な状態にあるという。別言すれば、「振動板16が平坦な状態」とは、各電極対の一方の電極と他方の電極が平行な状態である。
Deformation and correction of the
各電極対の両電極の間のギャップ長dは、基準状態における値である。振動板16の周辺部は、その面と直交する方向(図1のZ方向)に可撓性を有しているため、振動板16の中央部16aを除く各部位はZ方向に変位しやすい。振動板16が音波を受けているときは音圧によって振動板16の各部位はZ方向に変位するが、経時変化、あるいはマイクロホンの製造誤差によって、振動板16の各部位は音波を受けていないときにも変形している場合がある。
各電極対の両電極間のギャップ長が変化すると、各キャパシタが保持する静電容量も変化する。なお、全ての電極は同じ面積を有しているので、各キャパシタのギャップ長が等しく、各キャパシタに印加する電圧も等しいときには、各キャパシタが保持する静電容量は等しくなる。第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタには、容量検出回路52によって一定の電圧が印加されている。従って、基準状態では、各キャパシタの静電容量は等しい。基準状態(即ち、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタのギャップ長がdの状態)のときに、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタが保持する静電容量をCとする。
The gap length d between both electrodes of each electrode pair is a value in the reference state. Since the periphery of the
As the gap length between both electrodes of each electrode pair changes, the capacitance held by each capacitor also changes. Since all the electrodes have the same area, when the gap length of each capacitor is equal and the voltage applied to each capacitor is also equal, the capacitance held by each capacitor is equal. A constant voltage is applied to each capacitor of the second capacitor group 30 and the third capacitor group 40 by the
今、図5に示すように、振動板16が、音波を受けていないときに、X軸に沿って傾くように変形している場合を考える。このとき、電極対31のギャップ長はdより短くなる。なお、振動板16が傾斜すると、電極対の両電極は平行でなくなり、ひとつの電極対におけるギャップ長も一定でなくなる。ここでいうギャップ長は、夫々の電極対における平均ギャップ長を意味する。
図5に示すように、振動板16が傾いたときの電極対31のギャップ長はd−Δd1である。電極対41のギャップ長はd−Δd2である。振動板16は、その中心部16aで支持されているので、振動板16がX軸に沿って傾いた場合、図5の左側でギャップ長が短くなれば図5の右側ではギャップ長が長くなる。電極対31のギャップ長が(d−Δd1)のときは、中央部16aを挟んで電極対31と対象の位置にある電極対33のギャップ長は(d+Δd1)となる。電極対41のギャップ長が(d−Δd2)のときは、中央部16aを挟んで電極対41と対象の位置にある電極対43のギャップ長は(d+Δd2)となる。
ギャップ長と静電容量は反比例関係にあるため、ギャップ長が短くなれば静電容量は大きくなる。逆に、ギャップ長が長くなれば静電容量は小さくなる。ギャップ長が(d−Δd1)であるキャパシタ31の静電容量は(C+ΔC1)となる。同様に、キャパシタ41の静電容量は(C+ΔC2)となり、キャパシタ43の静電容量は(C−ΔC2)となり、キャパシタ33の静電容量は(C−ΔC1)となる。
上述した通り、振動板16がX軸に沿って傾いている場合には、図5において中心部16aの左側に位置するキャパシタ31、41の静電容量が増加し、右側に位置するキャパシタ33、43の静電容量が減少する。なお、振動板16がX軸に沿って図5とは反対方向に傾いている場合には、図5において中心部16aの左側に位置するキャパシタ31、41の静電容量が減少し、右側に位置するキャパシタ33、43の静電容量が増加する。
Now, as shown in FIG. 5, consider a case where the
As shown in FIG. 5, the gap length of the electrode pair 31 when the
Since the gap length and the capacitance are in inverse proportion, the capacitance increases as the gap length decreases. Conversely, the capacitance decreases as the gap length increases. The capacitance of the capacitor 31 whose gap length is (d−Δd1) is (C + ΔC1). Similarly, the capacitance of the capacitor 41 is (C + ΔC2), the capacitance of the capacitor 43 is (C−ΔC2), and the capacitance of the capacitor 33 is (C−ΔC1).
As described above, when the
キャパシタは、電圧を加えるとギャップを狭める方向にクーロン力(静電吸引力)を発生する。本実施例のマイクロホン100では、振動板16のおもて面に配置した第1キャパシタ群を、振動板16の変形を矯正するアクチュエータとして利用する。図5に示すように、振動板16がX軸に沿って傾斜している場合、コントローラ50は、第1キャパシタ群のうち、静電容量が増加した右側に配置されたキャパシタ21に対して電圧を印加する。すると、静電吸引力によって、電極21aが電極21bに引き寄せられる。キャパシタ21のギャップが短くなる。一方、電極21aが電極21bに引き寄せられると、振動板16の中心部16aを挟んで電極対21と対象の位置にある電極対23の間隔が広がる。電極23aと23bのギャップ長が長くなる。キャパシタ21のギャップが短くなることは即ちキャパシタ31と41のギャップ長が広がることを意味する。同様に、キャパシタ23のギャップ長が広がることは即ちキャパシタ33と43のギャップ長が短くなることを意味する。
コントローラ50は、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40について、中央部16aの右側に位置するキャパシタの静電容量と左側に位置するキャパシタの静電容量が等しくなるまで、キャパシタ21に印加する電圧を上げる。そうすることによって、キャパシタ31、41、33、及び43の各キャパシタのギャップ長をもとのギャップ長dに戻すことができる。即ち、X軸に沿って傾いた振動板16をハウジング12のベース面12aに対して平行な状態に矯正することができる。第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量が同じ値を保持するようにキャパシタ21に印加する電圧をバイアス電圧と称する。
振動板16がXY平面に平行な線に沿って傾いている場合も同様に、第1キャパシタ群20の所定のキャパシタに所定のバイアス電圧を印加することによって、振動板16をハウジング12のベース面12aに対して平行な状態に矯正することができる。即ち、振動板16の変形をもとの基準状態へ矯正できる。より具体的には、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40のキャパシタのうち、静電容量が増加したキャパシタとZ軸方向からみて重なる位置に配置された第1キャパシタ(第1キャパシタ群20のいずれかのキャパシタ)へ電圧を印加すればよい。
When a voltage is applied, the capacitor generates a Coulomb force (electrostatic attractive force) in a direction that narrows the gap. In the
The
Similarly, when the
次に、図6に示すように、振動板16がその中心部16aを頂点として円錐状に変形している場合を考える。換言すれば、振動板16の周縁部がベース面12aに近づく方向に変形している場合を考える。このとき、第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の全てのキャパシタ群のギャップ長が基準状態における長さdより短くなる。振動板16の外周側に位置する第2キャパシタ群30(図6では第2キャパシタ群30のうちキャパシタ31と33が示されおり、キャパシタ32と34は図示を省略してある)のギャップ長は(d−Δd3)である。このとき、第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量は(C+ΔC3)となる。振動板16の径方向の内側(内周側)に位置する第3キャパシタ群40(図6では第3キャパシタ群40のうちキャパシタ41と43が示されおり、キャパシタ42と44は図示を省略してある)のギャップ長は(d−Δd4)である。このとき、第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量は(C+ΔC4)となる。第2キャパシタ群30は第3キャパシタ群40よりも外周側に位置しているので、(d−Δd3)<(d−Δd4)である。これを静電容量で表すと(C+ΔC3)>(C−ΔC4)となる。
このときは、コントローラ50は、第1キャパシタ群20の全てのキャパシタに電圧を印加する。コントローラ50は、第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量と第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量が略等しくなるまで、第1キャパシタ群の各キャパシタに印加する電圧を上げる。そうすることによって、円錐状に変形した振動板16を平坦な状態に矯正することができる。第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量と第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量が略等しくなるときに第1キャパシタ群の各キャパシタに印加している電圧がバイアス電圧である。
Next, consider a case where the
At this time, the
図6とは逆方向に振動板16が変形した場合、即ち、振動板16の周縁部がハウジング12のベース面12aから遠ざかる方向に変形している場合には、第1キャパシタ群(第1電極対群)20と第2キャパシタ群(第2電極対群)30の機能を逆転させればよい。即ち、第2キャパシタ群30をアクチュエータとして利用する。第2キャパシタ群30の各キャパシタにバイアス電圧を印加すると、振動板16の周縁部は、ハウジング12のベース面12aに近づく方向に変位する。即ち、円錐状に変形した振動板16をもとの基準状態へ矯正することができる。第2キャパシタ群30の代わりに第1キャパシタ群20の静電容量を検出する。コントローラ50は、第1キャパシタ群20と第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量を検出し、検出した各静電容量が一致するまで第2キャパシタ群30に印加する電圧を上昇させればよい。そうすることで、振動板16の周辺部がハウジング12のベース面12aから遠ざかる方向に変形している場合でも、第2キャパシタ群30の各キャパシタが発生する静電吸引力によって、振動板12を平坦な状態に矯正することができる。
When the
次に、コントローラ50が、振動板16が受ける音波の伝播方向、即ち、音源の方向を特定するときの動作について説明する。コントローラ50は、前述したバイアス電圧を記憶している。また、コントローラ50は、バイアス電圧を印加することによって、振動板16の変形が矯正された状態における第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量を記憶している。
音波を受けると振動板16の各部位は夫々振動する。コントローラ50は、振動板16の各部位の振動を抑えるように、第1キャパシタ群20の各キャパシタへ電圧を印加する。具体的には、第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量を記憶された静電容量に一致させる電圧を第1キャパシタ群20の各キャパシタへ電圧を印加する。第1キャパシタ群20の各キャパシタへ電圧を印加すると、第1キャパシタ群20が発生する静電吸引力によって振動板16の周縁部がおもて側へ引き寄せられ、その結果、第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量が変化することは前述の通りである。
第2キャパシタ群30の各キャパシタの静電容量を記憶された静電容量に一致するときに、第1キャパシタ群20の各キャパシタへ印加している電圧を制振用電圧と称する。振動板16の各部位が受ける音圧は経時的に変化するので、制振用電圧も経時的に変化する。第1キャパシタ群20のそれぞれのキャパシタへ印加する制振用電圧の経時的変化は、それぞれのキャパシタが配置されている位置における振動の経時的変化を表すことになる。
音源方向特定回路56は、第1キャパシタ群20の夫々のキャパシタに印加する制振用電圧の値からバイアス電圧の値を差し引く。差し引いた後の電圧を差電圧と称する。制振用電圧には、振動板16を平坦に矯正するための電圧(バイアス電圧)と、音波による振動板16の振動を抑制するための電圧が含まれる。従って、差電圧が、基準状態に矯正された振動板16の各部位の振動の経時的変化を表すものとなる。
音源方向特定回路56は、第1キャパシタ群20の各キャパシタに対応する差電圧から音源の方向を特定する。
Next, the operation when the
When receiving a sound wave, each part of the
The voltage applied to each capacitor of the first capacitor group 20 when the capacitance of each capacitor of the second capacitor group 30 matches the stored capacitance is referred to as a damping voltage. Since the sound pressure received by each part of the
The sound source
The sound source
音源の方向を特定する原理を、図7を参照して簡単に説明する。振動板16の中心を原点OとするXZ座標系を図7に示す通り設定する。音源が位置Sにあるとする。音源の位置Sと座標原点Oを結ぶ線とZ軸のなす角度θが音源の方向である。位置Sの音源から伝播する音波によって振動板16が振動する。振動板16上の位置P1における振動をW1とし、振動板16上の位置P2における振動をW2とする。音源の位置Sと位置P1の距離がL1であり、音源の位置Sと位置P2の距離がL2である。距離L1とL2が異なる場合、位置P1における振動W1と位置P2における振動W2は異なる位相で振動する。位置P1における振動W1と位置P2における振動W2の位相差は、音源の位置Sの方向に依存する。従って、位置P1における振動W1と位置P2における振動W2の位相差から、音源の方向(角度θ)を求めることができる。例えば、振動W1と振動W2が同位相の場合には、音源の方向はZ軸の伸びる方向となる。
前述したように、第1キャパシタ群20の夫々のキャパシタに印加する制振用電圧の値から夫々のキャパシタのバイアス電圧の値を差し引いた差電圧は、基準状態に矯正された振動板16の各部位の振動の経時的変化を表すものとなる。従って、第1キャパシタ群20の各キャパシタの差電圧の位相差から音源の方向を特定することができる。
The principle of specifying the direction of the sound source will be briefly described with reference to FIG. An XZ coordinate system having the origin O as the center of the
As described above, the difference voltage obtained by subtracting the value of the bias voltage of each capacitor from the value of the damping voltage applied to each capacitor of the first capacitor group 20 corresponds to each of the
上記実施例のマイクロホン100は、音源の方向を特定する前に、振動板16の変形を矯正するためのバイアス電圧を決定する。音源の方向を特定するときには、制振用電圧からバイアス電圧を差し引いた差電圧に基づいて音源の方向を特定する。即ち、音波を受けていない状態における振動板16の変形の影響を考慮して音源の方向を特定する。これによって、振動板16が変形しても音源の方向を正確に特定することができる。このことは、音波を受けていない状態における振動板の変形を矯正して音源の方向を特定すると換言できる。
このマイクロホンは、音波を受けているときにも振動板を制振制御するので、振動板が大きく振動することがない。従って、振幅の大きな音波であっても音波が伝播してくる方向を特定することができる。即ち、広いダイナミックレンジを確保することができる。またこのマイクロホンは、振動板が大きく振動することがないので、振動板の疲労劣化を低減できる。
The
Since this microphone controls vibration control even when receiving sound waves, the vibration plate does not vibrate greatly. Therefore, even in the case of a sound wave having a large amplitude, the direction in which the sound wave propagates can be specified. That is, a wide dynamic range can be ensured. Moreover, since this diaphragm does not vibrate greatly, this microphone can reduce fatigue deterioration of the diaphragm.
このマイクロホン100は、差電圧の位相差から音源の方向を特定できる。そこで、差電圧の位相差が特定の位相差に一致するときに、音波を変換した信号を出力するように構成してもよい。特定の位相差は、特定の方向から伝播する音波を意味する。従って、特定の方向から伝播する音波のみを信号として出力するマイクロホンを実現できる。即ち、高い指向性を有するマイクロホンを実現できる。
The
上記のマイクロホン100の変形例について説明する。
上記実施例のマイクロホン100では、制振用電圧からバイアス電圧を差し引いた差電圧から音源の方向を特定した。制振用電圧を印加せずとも次の通り音源の方向を特定することができる。
バイアス電圧を決定したらコントローラ50はバイアス電圧を各上側電極に印加し続ける。その状態で振動板16に音波を受ける。バイアス電圧によって平坦な状態に矯正された振動板16は、音波を受けることによって振動する。第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群の各キャパシタの静電容量は、振動板16の振動に伴って変化する。第2キャパシタ群30、或いは第3キャパシタ群40は、振動板16の中央を囲む位置に配置されているので、各キャパシタの静電容量の変化の位相は、音源の方向に依存する。従って、第2キャパシタ群30と第2キャパシタ群40の少なくとも一方のキャパシタ群の各キャパシタの静電容量の変化の位相差から音源の方向を特定することができる。
A modification of the
In the
Once the bias voltage is determined, the
第1電極対と第2電極対と第3電極対の各電極対の一方の電極群は、共通の電極であってよい。キャパシタを形成する電極対のうち一方の電極は、グランドとして共通化できるからである。例えば、振動板自体を導電性の材料で形成すると、振動板自体が共通の電極となる。全ての電極対のうち、振動板16の貼着された電極をひとつの電極で共通化できる。電極の数を低減できる。
第1電極対と第2電極対と第3電極対の各電極対の数は、夫々複数であれば幾つでも良い。
One electrode group of each electrode pair of the first electrode pair, the second electrode pair, and the third electrode pair may be a common electrode. This is because one electrode of the electrode pair forming the capacitor can be shared as a ground. For example, when the diaphragm itself is formed of a conductive material, the diaphragm itself becomes a common electrode. Of all the electrode pairs, the electrode to which the
The number of electrode pairs of the first electrode pair, the second electrode pair, and the third electrode pair may be any number as long as it is plural.
上記の実施例では、振動板を平坦な状態に矯正するためのバイアス電圧は、第2キャパシタ群と第3キャパシタ群の各キャパシタの静電容量が同じ値となる関係を満たすように決定した。これは、各電極対(キャパシタ)の電極が同じ面積であり、かつ、振動板16が平坦な状態におけるギャップ長が同じだからである。バイアス電圧を決定するための各キャパシタの静電容量が満たすべき関係は上記の関係に限らない。その関係は、振動板が音波を受けておらず、かつ振動板が略平坦の状態のときに第2キャパシタ群30と第3キャパシタ群40の各キャパシタの静電容量が満たす関係であればよい。例えば、第2キャパシタ群と第3キャパシタ群の各キャパシタのギャップ長が等しく、第2キャパシタ群の各キャパシタの電極の面積が第3キャパシタ群の各キャパシタの電極の面積の2倍である場合には、満たすべき関係とは次の関係となる。第2キャパシタ群の各キャパシタの静電容量が等しく、第3キャパシタ群の各キャパシタの静電容量が等しく、第2キャパシタ群の各キャパシタの静電容量が、第3キャパシタ群の各キャパシタの静電容量の2倍となる関係である。また、振動板が音波を受けておらず、かつ振動板が略平坦の状態のときに、第2電極対群のギャップ長と第3電極対群のギャップ長が異なる場合には、バイアス電圧を決定するための各キャパシタの静電容量が満たすべき関係も上記例示した関係とは異なる関係となる。総じて言えば、バイアス電圧を決定するための各キャパシタの静電容量が満たすべき関係は、振動板が音波を受けておらず、かつ振動板が基準状態のときに、第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量の間に成立する関係である。
In the above embodiment, the bias voltage for correcting the diaphragm to a flat state is determined so as to satisfy the relationship in which the capacitances of the capacitors of the second capacitor group and the third capacitor group have the same value. This is because the electrodes of each electrode pair (capacitor) have the same area and the same gap length when the
発明者らは本願出願前に、ひとつの振動板で音源の方向を精度よく特定できるマイクロホンを開発した。そのマイクロホンと実施例のマイクロホンとの関係を以下で述べる。そのマイクロホンは、上記実施例のマイクロホンにおいて第3電極対群を除いた構造を有している。
第3電極対群(第3キャパシタ群)を有さないマイクロホンでも、振動板を平坦な状態に矯正することは可能である。振動板が平坦な状態における第2キャパシタ群の各キャパシタの静電容量を予め計測しておく。このときの計測値を基準静電容量と称する。音波を受ける前に、第2キャパシタ群の静電容量が基準静電容量に等しくなるように第1キャパシタ群にバイアス電圧を印加する。そうすることによっても、音波を受ける前の振動板の変形を矯正することができる。しかしながら、静電容量の計測値は、例えギャップ長が一定であっても温度等の影響により常に一定の値が計測されるとは限らない。即ち、同じギャップ長であっても、現在計測した静電容量が過去に計測した基準静電容量と一致するとは限らない。一方、実施例のマイクロホンは、振動板の外周側に配置された第2キャパシタ群の静電容量と内周側に配置された第3キャパシタ群の静電容量の相対的な関係に基づいて振動板の変形を矯正する。本実施例のマイクロホンは、同時に計測する第2、第3キャパシタ群の静電容量の相対的関係を利用するため、前述した温度等の影響を受け難い。振動板を精度よく平坦な状態に矯正(制御)することができる。
なお、本願出願前に発明者らが開発したマイクロホンは、特願2005−167742号(本願出願時は未公開)に詳しく開示されている。
The inventors have developed a microphone that can accurately specify the direction of a sound source with a single diaphragm before filing this application. The relationship between the microphone and the microphone of the embodiment will be described below. The microphone has a structure in which the third electrode pair group is excluded from the microphone of the above embodiment.
Even with a microphone having no third electrode pair group (third capacitor group), the diaphragm can be corrected to a flat state. The capacitance of each capacitor of the second capacitor group in a state where the diaphragm is flat is measured in advance. The measured value at this time is referred to as a reference capacitance. Before receiving the sound wave, a bias voltage is applied to the first capacitor group so that the capacitance of the second capacitor group becomes equal to the reference capacitance. By doing so, the deformation of the diaphragm before receiving the sound wave can be corrected. However, the measured capacitance value is not always measured at a constant value due to the influence of temperature or the like even if the gap length is constant. That is, even if the gap length is the same, the currently measured capacitance does not always match the reference capacitance measured in the past. On the other hand, the microphone of the embodiment vibrates based on the relative relationship between the capacitance of the second capacitor group disposed on the outer peripheral side of the diaphragm and the capacitance of the third capacitor group disposed on the inner peripheral side. Correct the deformation of the plate. The microphone according to the present embodiment uses the relative relationship between the capacitances of the second and third capacitor groups that are simultaneously measured, and thus is not easily affected by the temperature or the like described above. The diaphragm can be corrected (controlled) to a flat state with high accuracy.
Note that the microphone developed by the inventors before the filing of the present application is disclosed in detail in Japanese Patent Application No. 2005-167742 (not disclosed at the time of filing this application).
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
Further, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and has technical utility by achieving one of the purposes.
100:マイクロホン
10:マイクロホン本体
12:ハウジング
16:振動板
21、22、23、24、31、32、33、34、41、42、43、44:電極対
50:コントローラ
52:容量検出回路
54:制振回路
56:音源方向特定回路
100: Microphone 10: Microphone body 12: Housing 16: Diaphragm 21, 22, 23, 24, 31, 32, 33, 34, 41, 42, 43, 44: Electrode pair 50: Controller 52: Capacitance detection circuit 54: Damping circuit 56: Sound source direction specifying circuit
Claims (4)
一方の電極群が振動板の中央部を囲む複数の位置において振動板の一方の面に固定されており、他方の電極群が夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている第1電極対群と、
一方の電極群が振動板の中央部を囲む複数の位置において振動板の他方の面に固定されており、他方の電極群が夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている第2電極対群と、
一方の電極群が振動板の中央部を囲む複数の位置であって第2電極対群の一方の電極群より振動板の径方向の内側の位置において振動板の他方の面に固定されており、他方の電極群が夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている第3電極対群と、
コントローラを備えており、そのコントローラが、
第1電極対群と第2電極対群と第3電極対群の各電極対に電圧を印加し、
第2電極対群と第3電極対群の夫々の電極対が保持する静電容量を計測し、
振動板が音波を受けていないときに、第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量が所定の関係を満たすように第1電極対群の各電極対に印加するバイアス電圧を調整し、
調整されたバイアス電圧を第1電極対群の各電極対に印加した状態で、振動板が音波を受けているときの第2電極対群と第3電極対群の少なくとも一方の電極対群の各電極対が保持する静電容量の変化から、音波が伝播してくる方向を特定することを特徴とするマイクロホン。 A diaphragm whose center is supported by the housing and whose periphery is displaceable in the thickness direction;
One electrode group is fixed to one surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm, and the other electrode group is fixed to the housing at a position facing each corresponding electrode via a gap. A first electrode pair group,
One electrode group is fixed to the other surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the center of the diaphragm, and the other electrode group is fixed to the housing at a position facing each corresponding electrode via a gap. A second electrode pair group,
One electrode group is fixed to the other surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm and inside the diaphragm in the radial direction from one electrode group of the second electrode pair group. A third electrode pair group fixed to the housing at a position where the other electrode group faces the corresponding electrode via a gap;
A controller, and that controller
A voltage is applied to each electrode pair of the first electrode pair group, the second electrode pair group, and the third electrode pair group,
Measure the capacitance held by each of the second electrode pair group and the third electrode pair group,
When the diaphragm is not receiving sound waves, each electrode pair of the first electrode pair group is set so that the capacitance held by each electrode pair of the second electrode pair group and the third electrode pair group satisfies a predetermined relationship. Adjust the bias voltage to be applied,
With the adjusted bias voltage applied to each electrode pair of the first electrode pair group, at least one of the second electrode pair group and the third electrode pair group when the diaphragm receives sound waves. A microphone characterized in that a direction in which a sound wave propagates is specified from a change in capacitance held by each electrode pair.
一方の電極群が振動板の中央部を囲む複数の位置において振動板の一方の面に固定されており、他方の電極群が夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている第1電極対群と、
一方の電極群が振動板の中央部を囲む複数の位置において振動板の他方の面に固定されており、他方の電極群が夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている第2電極対群と、
一方の電極群が振動板の中央部を囲む複数の位置であって第2電極対群の一方の電極群より振動板の径方向の内側の位置において振動板の他方面に固定されており、他方の電極群が夫々に対応する電極にギャップを介して向い合う位置でハウジングに固定されている第3電極対群と、
コントローラを備えており、そのコントローラが、
第1電極対群と第2電極対群と第3電極対群の各電極対に電圧を印加し、
第2電極対群と第3電極対群の夫々の電極対が保持する静電容量を計測し、
振動板が音波を受けていないときに、第2電極対群と第3電極対群の各電極対が保持する静電容量が所定の関係を満たすように第1電極対群の各電極対に印加するバイアス電圧を調整し、
振動板が音波を受けているときに、第2電極対群と第3電極対群の少なくとも一方の電極対群の各電極対が保持する静電容量が、振動板が音波を受けていない状態で第1電極対群の各電極対に前記バイアス電圧を印加したときの静電容量を維持する制振用電圧を第1電極対群の各電極対に印加し、
第1電極対群の各電極対に印加する制振用電圧から各電極対の前記バイアス電圧を引いた電圧から、音波が伝播してくる方向を特定することを特徴とするマイクロホン。 A diaphragm whose center is supported by the housing and whose periphery is displaceable in the thickness direction;
One electrode group is fixed to one surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm, and the other electrode group is fixed to the housing at a position facing each corresponding electrode via a gap. A first electrode pair group,
One electrode group is fixed to the other surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the center of the diaphragm, and the other electrode group is fixed to the housing at a position facing each corresponding electrode via a gap. A second electrode pair group,
One electrode group is fixed to the other surface of the diaphragm at a plurality of positions surrounding the central portion of the diaphragm, and at a position radially inward of the diaphragm from one electrode group of the second electrode pair group, A third electrode pair group fixed to the housing at a position where the other electrode group faces the corresponding electrode via a gap;
A controller, and that controller
A voltage is applied to each electrode pair of the first electrode pair group, the second electrode pair group, and the third electrode pair group,
Measure the capacitance held by each of the second electrode pair group and the third electrode pair group,
When the diaphragm is not receiving sound waves, each electrode pair of the first electrode pair group is set so that the capacitance held by each electrode pair of the second electrode pair group and the third electrode pair group satisfies a predetermined relationship. Adjust the bias voltage to be applied,
When the diaphragm is receiving sound waves, the electrostatic capacity held by each electrode pair of at least one of the second electrode pair group and the third electrode pair group is not receiving sound waves. And applying a damping voltage for maintaining the capacitance when the bias voltage is applied to each electrode pair of the first electrode pair group to each electrode pair of the first electrode pair group,
A microphone characterized in that a direction in which sound waves propagate is specified from a voltage obtained by subtracting the bias voltage of each electrode pair from a damping voltage applied to each electrode pair of the first electrode pair group.
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