JPS644720B2 - - Google Patents
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- JPS644720B2 JPS644720B2 JP20276981A JP20276981A JPS644720B2 JP S644720 B2 JPS644720 B2 JP S644720B2 JP 20276981 A JP20276981 A JP 20276981A JP 20276981 A JP20276981 A JP 20276981A JP S644720 B2 JPS644720 B2 JP S644720B2
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- capacitance
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/04—Microphones
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はコンデンサ型マイクロホンに関するも
ので、特に振動膜の境界条件を一定として、高感
度、高S/N比を図ることができ、かつ高安定化
を図ることができるコンデンサ型マイクロホンを
提供することを目的とするものである。[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a condenser microphone, and in particular, it is possible to achieve high sensitivity, high S/N ratio, and high stability by keeping the boundary conditions of the diaphragm constant. The purpose is to provide a condenser microphone.
一般に、コンデンサ型マイクロホンは振動膜に
形成した可動電極を固定電極との間の静電容量を
検出する関係で、上記電極に対してバイアス電圧
を印加する必要があり、そのバイアス電圧の印加
手法により直流バイアス方式と、交流バイアス方
式に大別される。 In general, capacitor microphones detect the capacitance between a movable electrode formed on the diaphragm and a fixed electrode, so it is necessary to apply a bias voltage to the electrode. Broadly divided into DC bias method and AC bias method.
第1図に直流バイアス方式のコンデンサ型マイ
クロホンの基本回路構成を示す。第1図におい
て、1はマイクロホンカートリツジ、CMはマイ
クロホンカートリツジ1の振動膜と固定電極間の
静電容量、EOはバイアス供給端子5よりマイク
ロホンカートリツジ1の振動膜と固定電極間に印
加される直流バイアス電圧、2は電界効果トラン
ジスタなどを用いた高入力インピーダンスのヘツ
ドアンプ(インピーダンス変換器)で、カツプリ
ングコンデンサ4を介してマイクロホンカートリ
ツジ1の出力が加えられる。3は出力回路、VO
は出力端子6に取出されるマイクロホン出力、R
は制限抵抗である。音波の入射によつて生じた静
電容量CMの変化は直流バイアス電圧EOを印加す
ることによつてインピーダンス変換器2を介して
電圧の変化として検出される。第2図は直流バイ
アス方式のコンデンサ型マイクロホンに使用した
マイクロホンカートリツジを示しており、第2図
において、20は振動膜で、振動膜リング21に
固定されている。22は固定電極で、振動膜20
との間に直流バイアス電圧EOが印加されている。
直流バイアス電圧EOの印加により生じた静電力
FEによつて振動膜20は固定電極22に吸引さ
れ、振動膜20の張力による機械力FMと均衡す
る位置までΔxだけ変位する。この時の静電力FE、
機械力FMは、
FE=εO・S・E2/O/Z(xO−Δx)2…(1
)
FM=sO・Δx ……(2)
ただし、εO:空気の誘電率
S:振動膜20と固定電極22とで形成される
静電容量の有効面積
xO:EO=OVの時の振動膜20と固定電極22
との空隙
sO:振動膜のスチフネス
又、変位量Δxは、FE=FMより、xO≫Δxとして、
Δx≒εO・S・E2/O/2・x2/O1/(sO−εOS
E2/O/d3/O)……(3)
で与えられる。ところで、直流バイアス方式コン
デンサ型マイクロホンのS/Nを向上させるため
には、ノイズ成分はヘンドアンプ2によつて制約
されるため、通常、直流バイアス電圧EOを大き
くしたり、振動膜と固定電極間の空隙xOを狭くし
たり、又、振動膜の張力を緩くしたりしてマイク
ロホンカートリツジの感度を向上させる手段が考
えられる。しかしながら、1式に示したように静
電吸引力FEは、上記いずれの手段をとることに
よつても急激に増加し、極端な場合はFE>FMと
なり、振動膜が固定電極に吸着する。又、音波の
入射が無い状態でFE<FMであつても、音波の入
射によつてFE>FMとなり、吸着することもある。
すなわち、直流バイアス方式のコンデンサ型マイ
クロホンでは、感度向上と安定度向上とは逆の関
係にあり、高感度で高安定度のものは得られてい
ない。ちなみに、マイクロホンカートリツジの感
度Seos、安定度Mは次式で与えられる。 Figure 1 shows the basic circuit configuration of a DC bias type capacitor microphone. In Fig. 1, 1 is the microphone cartridge, C M is the capacitance between the diaphragm of the microphone cartridge 1 and the fixed electrode, and E O is the capacitance between the diaphragm of the microphone cartridge 1 and the fixed electrode from the bias supply terminal 5. The applied DC bias voltage 2 is a high input impedance head amplifier (impedance converter) using a field effect transistor or the like, to which the output of the microphone cartridge 1 is applied via a coupling capacitor 4. 3 is the output circuit, V O
is the microphone output taken out to output terminal 6, R
is the limiting resistance. A change in capacitance C M caused by the incidence of a sound wave is detected as a change in voltage via the impedance converter 2 by applying a DC bias voltage E O . FIG. 2 shows a microphone cartridge used in a DC bias type condenser microphone. In FIG. 2, 20 is a diaphragm, which is fixed to a diaphragm ring 21. 22 is a fixed electrode, and a vibrating membrane 20
A DC bias voltage E O is applied between the two.
Electrostatic force generated by applying DC bias voltage E O
The vibrating membrane 20 is attracted to the fixed electrode 22 by F E and is displaced by Δx to a position balanced with the mechanical force F M due to the tension of the vibrating membrane 20 . The electrostatic force F E at this time,
The mechanical force F M is F E = ε O・S・E 2 / O / Z (x O − Δx) 2 …(1
) F M = s O・Δx ...(2) However, ε O : Dielectric constant of air S : Effective area of capacitance formed by the vibrating membrane 20 and fixed electrode 22 x O : E O = OV Vibrating membrane 20 and fixed electrode 22
The air gap between s O : Stiffness of the diaphragm and the displacement Δx is given by F E = F M , where x O ≫ Δx, Δx≒ε O・S・E 2 / O /2・x 2 / O 1/ (s O −ε O S
E 2 / O / d 3 / O )......(3) is given. By the way, in order to improve the S/N of a DC bias type capacitor microphone, since the noise component is limited by the hand amplifier 2, it is usually necessary to increase the DC bias voltage E O or increase the voltage between the diaphragm and the fixed electrode. Possible means to improve the sensitivity of the microphone cartridge include narrowing the air gap xO or loosening the tension of the diaphragm. However, as shown in Equation 1, the electrostatic attractive force F E increases rapidly by using any of the above methods, and in extreme cases F E > F M , and the diaphragm is attached to the fixed electrode. Adsorb. Furthermore, even if F E <F M in a state where no sound waves are incident, F E >F M may occur due to the incidence of sound waves, and adsorption may occur.
That is, in a DC bias type capacitor microphone, there is an inverse relationship between improved sensitivity and improved stability, and high sensitivity and high stability cannot be obtained. Incidentally, the sensitivity S eos and stability M of the microphone cartridge are given by the following equations.
Seos=x1/xO・EO ……(4)
M=sO/so(通常M>10) ……(5)
ただし、
x1:基準音圧に対する振動膜の実効変位
so=εO・S・E2/O/(xO−Δx)3:(負のスチフネス
)……(6)
第3図は交流バイアス方式のコンデンサ型マイ
クロホンの基本回路構成を示す。第3図におい
て、1′はマイクロホンカートリツジ、2′は静電
容量計、3′は出力回路である。静電容量計2′、
は水晶発振器などのQの高い高周波発振器10、
マイクロホンカートリツジ1′の静電容量で定ま
る位相シフター11、位相検出器12、ローパス
フルター13から構成されている。このマイクロ
ホンにおいて、高周波発振器10で発生した高周
波は2分割され、一方は直接、位相検出器12に
送られ、他方は位相シフター11で振動膜−固定
電極間の静電容量に対応して位相変調され、同様
に位相検出器12に送られ、両者の位相を比較し
そのズレ分を出力としてローパスフイルター13
に送られ高周波成分が波される。この交流バイ
アス方式のコンデンサ型マイクロホンの最大の特
長は非常にQの高い高周波発振器を用いることに
よつて、極めて高S/Nのマイクロホンができる
ことである。さらに、マイクロホンカートリツジ
1′の静電容量CMに比例した出力が得られるた
め、出力が直流成分も含めて得られることであ
る。又、直流バイアス方式のように振動膜を固定
電極間の吸着現象は起きない。欠点としては、感
度が高い分だけ静電容量CMの初期値や振動膜の
張力のバラツキがマイクロホンの感度を大きく左
右することである。 S eos = x 1 /x O・E O ...(4) M=s O /s o (usually M>10) ...(5) where, x 1 : Effective displacement of the diaphragm with respect to the reference sound pressure s o = ε O・S・E 2 / O / (x O − Δx) 3 : (Negative stiffness) (6) Figure 3 shows the basic circuit configuration of an AC bias type capacitor microphone. In FIG. 3, 1' is a microphone cartridge, 2' is a capacitance meter, and 3' is an output circuit. Capacitance meter 2',
is a high-Q high-frequency oscillator 10 such as a crystal oscillator,
It is composed of a phase shifter 11 determined by the capacitance of the microphone cartridge 1', a phase detector 12, and a low-pass filter 13. In this microphone, the high frequency generated by the high frequency oscillator 10 is divided into two parts, one of which is sent directly to the phase detector 12, and the other is phase modulated by the phase shifter 11 in accordance with the capacitance between the diaphragm and the fixed electrode. Similarly, it is sent to the phase detector 12, the phases of the two are compared, and the difference is outputted to the low-pass filter 13.
The high frequency components are waved. The greatest feature of this AC bias type capacitor microphone is that by using a high frequency oscillator with a very high Q, a microphone with an extremely high S/N ratio can be produced. Furthermore, since an output proportional to the capacitance C M of the microphone cartridge 1' can be obtained, the output can also include a DC component. Further, unlike the DC bias method, the adhesion phenomenon between the fixed electrodes of the vibrating membrane does not occur. The disadvantage is that, because the sensitivity is high, variations in the initial value of capacitance C M and the tension of the diaphragm greatly affect the sensitivity of the microphone.
このような従来の直流バイアス方式および交流
バイアス方式のコンデンサ型マイクロホンに共通
する問題点について次に説明する。第4図は音波
が完全剛壁に入射した時の様子を示したものであ
る。この場合の境界条件は、音圧をP、粒子速度
をUとすると、
P=最大
U=O
が成立している。通常の物体の場合は上記のよう
な完全反射ではなく、一部透過する。振動膜のよ
うに非常に薄く軽く動くものは、その境界条件は
複雑であり、一定でない。換言すると、境界常件
が変化することによつて、音質など微妙なところ
に悪影響するものである。 Problems common to such conventional DC bias type and AC bias type capacitor microphones will be described below. Figure 4 shows what happens when a sound wave is incident on a completely rigid wall. In this case, the boundary conditions are as follows: P=maximum U=O, where P is the sound pressure and U is the particle velocity. In the case of a normal object, the light is not completely reflected as described above, but is partially transmitted. For something that is extremely thin and moves lightly, such as a vibrating membrane, the boundary conditions are complex and not constant. In other words, changes in the boundary constant have an adverse effect on subtle aspects such as sound quality.
本発明はこのような従来の欠点を解消するもの
であり、マイクロホンカートリツジの振動膜と固
定電極で形成される静電容量に対して基準直流バ
イアス電圧を加えると共に、上記静電容量の変化
を検出して出力を上記基準直流バイアス電圧に重
畳して上記振動膜と固定電極間に加えるように構
成したものである。かかる構成によれば、振動膜
と固定電極間の静電容量が音波の入射時にも変化
なく常に一定となるように負帰還をかけることが
できるため、振動膜の境界条件を一定として、高
感度、高S/N化、高安定化を図ることができる
利点を有するものである。 The present invention solves these conventional drawbacks by applying a reference DC bias voltage to the capacitance formed by the diaphragm and the fixed electrode of the microphone cartridge, and by controlling the change in capacitance. The detected output is superimposed on the reference DC bias voltage and applied between the vibrating membrane and the fixed electrode. According to this configuration, negative feedback can be applied so that the capacitance between the diaphragm and the fixed electrode remains constant even when a sound wave is incident, so that high sensitivity can be achieved by keeping the boundary condition of the diaphragm constant. , it has the advantage of being able to achieve high S/N and high stability.
以下、本発明のコンデンサ型マイクロホンの実
施例について説明する。第5図は本発明の一実施
例を示しており、第5図において、1″はマイク
ロホンカートリツジ、2″は静電容量計、3″は出
力回路、7はバイアス制御回路、8は昇圧器であ
る。マイクロホンカートリツジ1″の静電容量の
絶対値は静電容量計2″で実時間検出され、出力
回路3″より出力端子6″にコンデンサ9を介して
出力される。一方、出力回路3″の直流増巾器を
介して、バイアス制御回路7に送られ、そこで、
板準直流バイアス電圧VREFと重畳されて直流増巾
され、昇圧器8に送られ、マイクロホンカートリ
ツジ1″のバイアスとして印加される。このフイ
ードバツク系は、マイクロホンカートリツジ1″
の静容量CMの値がいつも一定になるように構成
されている。マイクロホン出力は、このフイード
バツク系のどの位置から取出しても良い。音波が
無い時の静電容量CMに対するバイアス電圧は第
6図に示すように昇圧器8の最大電圧の1/2の位
置になるように基準直流バイアス電圧VREFで調整
する。 Examples of the condenser microphone of the present invention will be described below. FIG. 5 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 5, 1" is a microphone cartridge, 2" is a capacitance meter, 3" is an output circuit, 7 is a bias control circuit, and 8 is a booster. The absolute value of the capacitance of the microphone cartridge 1'' is detected in real time by a capacitance meter 2'', and is output from an output circuit 3'' to an output terminal 6'' via a capacitor 9. It is sent to the bias control circuit 7 via the DC amplifier of the output circuit 3'', where it is
It is superimposed on the plate quasi-DC bias voltage V REF , amplified as DC, and sent to the booster 8, where it is applied as a bias to the microphone cartridge 1''.
The structure is such that the value of the static capacitance C M of is always constant. The microphone output may be taken out from any position in this feedback system. The bias voltage for the capacitance C M when there is no sound wave is adjusted by the reference DC bias voltage V REF so that it is at 1/2 the maximum voltage of the booster 8, as shown in FIG.
以上のように本発明によれば、マイクロホンカ
ートリツジを構成する振動膜と固定電極間に基準
直流バイアス電圧に重畳して上記振動膜と固定電
極間の静電容量の変化にもとづく出力を直流的に
負帰還するように構成したので、上記静電容量の
直流的な動作点が常に一定とすることができ、振
動膜の境界条件を一定として高感度、高S/N化
を図ると共に高安定化を図ることができる利点を
有するものである。 As described above, according to the present invention, the reference DC bias voltage is superimposed between the diaphragm and the fixed electrode constituting the microphone cartridge, and the output based on the change in capacitance between the diaphragm and the fixed electrode is generated as a DC voltage. Since it is configured to provide negative feedback to the capacitance, the DC operating point of the capacitance can be kept constant at all times, and the boundary condition of the diaphragm is kept constant to achieve high sensitivity and high S/N, as well as high stability. This has the advantage that it can be used for various purposes.
第1図は直流バイアス方式のコンデンサ型マイ
クロホンの基本構成図、第2図はその要部の拡大
断面図、第3図は交流バイアス方式のコンデンサ
型マイクロホンの基本構成図、第4図は理想的な
完全剛体に音波が入射した時の様子を示す図、第
5図は本発明のコンデンサ型マイクロホンの一実
施例を示す構成図、第6図は同コンデンサ型マイ
クロホンの音圧対バイアス電圧の関係を示す図で
ある。
1″……マイクロホンカートリツジ、2″……静
電容量計、3″……出力回路、7……バイアス制
御回路、8……昇圧器、9……カツプリングコン
デンサ、R……バイアス抵抗。
Figure 1 is a basic configuration diagram of a DC bias type condenser microphone, Figure 2 is an enlarged sectional view of its main parts, Figure 3 is a basic configuration diagram of an AC bias type condenser microphone, and Figure 4 is an ideal diagram. Figure 5 is a configuration diagram showing an embodiment of the condenser microphone of the present invention, and Figure 6 is the relationship between sound pressure and bias voltage of the condenser microphone. FIG. 1''...Microphone cartridge, 2''...Capacitance meter, 3''...Output circuit, 7...Bias control circuit, 8...Booster, 9...Coupling capacitor, R...Bias resistor.
Claims (1)
と固定電極で形成される静電容量の変化を検出
し、マイクロホン出力として取出すように構成す
ると共に、上記マイクロホン出力を基準直流バイ
アス電圧に重畳して上記振動膜と固定電極間に負
帰還するように構成してなるコンデンサ型マイク
ロホン。1. A microphone cartridge is configured to detect changes in capacitance formed by a diaphragm and a fixed electrode, and extract it as a microphone output, and superimposes the microphone output on a reference DC bias voltage to A capacitor-type microphone configured to provide negative feedback between a fixed electrode and a fixed electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56202769A JPS58103291A (en) | 1981-12-15 | 1981-12-15 | Capacitor type microphone |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56202769A JPS58103291A (en) | 1981-12-15 | 1981-12-15 | Capacitor type microphone |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103291A JPS58103291A (en) | 1983-06-20 |
| JPS644720B2 true JPS644720B2 (en) | 1989-01-26 |
Family
ID=16462860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56202769A Granted JPS58103291A (en) | 1981-12-15 | 1981-12-15 | Capacitor type microphone |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58103291A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7864970B2 (en) | 2005-01-06 | 2011-01-04 | Renesas Electronics Corporation | Voltage supply circuit and microphone unit |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN121025398B (en) * | 2025-10-27 | 2026-01-27 | 成都铭鉴知源油田工程科技有限公司 | Novel capacitive infrasonic wave sensor and infrasonic wave detection method |
-
1981
- 1981-12-15 JP JP56202769A patent/JPS58103291A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7864970B2 (en) | 2005-01-06 | 2011-01-04 | Renesas Electronics Corporation | Voltage supply circuit and microphone unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58103291A (en) | 1983-06-20 |
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