音響校正装置
【課題】電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができる音響校正装置を提供すること。
【解決手段】音響校正装置１０は、信号発生回路１１、増幅回路１２、所定音圧の音波を発する発音体１３、電離放射線発生装置１４、駆動回路１５、直流電源１６、マイクアンプ１７、制御回路１８、筐体１９、ＥＣＭ２０を備え、電離放射線発生装置１４が、ＥＣＭ２０が備えるＥＣＭ素子２１に向けて電離放射線を照射し、ＥＣＭ素子２１の振動板と背面板との間で発生した正負いずれかのイオンをＥＣＭ素子２１の誘電体膜に蓄積する構成を有する。
【解決手段】音響校正装置１０は、信号発生回路１１、増幅回路１２、所定音圧の音波を発する発音体１３、電離放射線発生装置１４、駆動回路１５、直流電源１６、マイクアンプ１７、制御回路１８、筐体１９、ＥＣＭ２０を備え、電離放射線発生装置１４が、ＥＣＭ２０が備えるＥＣＭ素子２１に向けて電離放射線を照射し、ＥＣＭ素子２１の振動板と背面板との間で発生した正負いずれかのイオンをＥＣＭ素子２１の誘電体膜に蓄積する構成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を校正する音響校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロホンの校正装置として、特許文献１〜４に記載されたものが提案されている。一方、非特許文献１に記載されているように、エレクトレット素子を利用したコンデンサマイクロホンが利用されている。
【０００３】
従来、例えば騒音測定用途などにおいて、コンデンサマイクロホンの校正装置では、基準の音圧を発生する装置をコンデンサマイクロホンに取り付け、その基準音圧によってコンデンサマイクロホンが出力する信号レベルを読み取り、コンデンサマイクロホンに付属の電気回路を補正することにより校正を行っていた。
【０００４】
同様に、誘電体に電荷を注入して製造するエレクトレット素子を利用したいわゆるＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイクロホン）においても、特許文献５、６に記載されているように、電気回路を補正することにより校正を行っていた。ＥＣＭは、コンデンサマイクロホンで必要となるバイアス電圧の印加が不要であるという特徴を持つため広く利用されているが、エレクトレットに蓄積した電荷が、使用環境における湿度や熱の影響により徐々に減少するため、それに伴い感度も低下する。したがって、使用環境が過酷な屋外での用途や、電子回路基板の半田リフロー工程など、湿度や熱が加わる環境下では、初期に有していた電荷量が減少して感度が低下するため、これを電気回路の補正で補っていた。
【０００５】
つまり、従来はコンデンサマイクロホンやＥＣＭの校正を行うことは、マイクロホンに付属の電気回路を補正することであった。しかしながら、この手法は、劣化したマイクロホンの感度を補うために電気回路の増幅率を上げることであり、ＳＮ比が悪くなるという課題があった。また、マイクロホンと電気回路とを別々に組み合わせて利用する場合などにおいては、その都度校正を行う必要があるという課題があった。
【０００６】
なお、ＥＣＭでは電気回路による補正を行わなくても、ＥＣＭ素子自身の劣化した感度を回復させて校正を行うこともできる。ただし、そのためには、特許文献７にあるような一部の特殊な材料を用いたＥＣＭを除き、素子を分解して再び電荷を注入する必要があるため、コスト高となるという問題が発生する。したがって、通常は部品交換による校正をせざるを得ないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４９−１０６３７８号公報
【特許文献２】特開昭５４−５４６１９号公報
【特許文献３】特開平１−１２７９１８号公報
【特許文献４】特開平２−２５６３９８号公報
【特許文献５】特開２００８−３５３１０号公報
【特許文献６】特開２００８−２５６４３３号公報
【特許文献７】特開２００７−２９８２９７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高柳裕雄著「マイクロホンテクニカルハンドブック」、兼六館出版、ｐ３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができる音響校正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の音響校正装置は、互いに対向する第１電極及び第２電極のいずれか一方の電極の対向面側に電荷を蓄積可能な誘電体膜が設けられたエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を校正する音響校正装置であって、前記第１電極及び前記第２電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を照射する電離放射線照射手段と、前記電離放射線によって前記両電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積させる電圧を印加する電圧印加手段とを備えた構成を有している。
【００１１】
この構成により、本発明の音響校正装置は、電離放射線を照射して発生した正負いずれかのイオンを誘電体膜に蓄積するので、電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができる。
【００１２】
また、本発明の音響校正装置は、前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定手段と、予め定めた目標感度と測定によって求めた感度との感度差に応じて前記電離放射線照射手段を駆動制御する駆動制御手段とを備えた構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明の音響校正装置は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を所望の目標感度にすることができる。
【００１４】
さらに、本発明の音響校正装置は、前記感度測定手段は、予め定めた音圧の音波を発する発音体と、前記音圧の音波の放射により前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定部とを備え、前記駆動制御手段は、前記電離放射線照射手段を駆動する駆動回路と、前記感度差を算出して前記電離放射線の照射時間を決定し、決定した照射時間に応じて前記駆動回路の駆動動作を制御する制御回路とを備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の音響校正装置は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を高精度で所望の目標感度にすることができる。
【００１６】
さらに、本発明の音響校正装置は、前記エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記正イオン及び前記負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積するイオン蓄積状態と前記感度の測定状態とを切り替える切替手段を備えた構成を有している。
【００１７】
この構成により、本発明の音響校正装置は、エレクトレットコンデンサマイクロホンが備えるトランジスタ等に電圧印加手段からの電圧が印加されることを防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができるという効果を有する音響校正装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における音響校正装置の概要構成を示す図
【図２】本発明の一実施形態における音響校正装置の校正対象であるＥＣＭが有するＥＣＭ素子の概要構成図
【図３】本発明の一実施形態において、ＥＣＭが有するマイク回路の構成例を示す図
【図４】本発明の一実施形態において、ＥＣＭが有するマイク回路の構成例を示す図
【図５】本発明の一実施形態において、ＥＣＭが有するマイク回路の構成例を示す図
【図６】本発明の一実施形態における音響校正装置の動作を示すフローチャート
【図７】本発明の一実施形態における音響校正装置において、軟Ｘ線の照射時間と電荷蓄積量との関係の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態における音響校正装置１０の概要構成を示す図である。図１に示すように、音響校正装置１０は、信号発生回路１１、増幅回路１２、発音体１３、電離放射線発生装置１４、駆動回路１５、直流電源１６、マイクアンプ１７、制御回路１８、筐体１９、ＥＣＭ２０を備えている。
【００２２】
ＥＣＭ２０は、音波に応じて振動する振動膜を有するＥＣＭ素子２１と、ＥＣＭ素子２１に接続されたマイク回路（後述）とを備えている。
【００２３】
信号発生回路１１は、例えば所定周波数の正弦波信号を発生し、増幅回路１２に出力するようになっている。増幅回路１２は、信号発生回路１１の出力信号を増幅し、発音体１３に出力するようになっている。ここで、増幅回路１２の増幅率は、発音体１３が発する音波の音圧に基づいて設定されるようになっている。なお、信号発生回路１１及び増幅回路１２は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００２４】
発音体１３は、例えば小型スピーカーやイヤホン等で構成され、予め定めた基準音圧、例えば９４ｄＢの音圧の音波をＥＣＭ２０に向けて発するようになっている。なお、発音体１３に替えて、例えばピストンホンを使用することもできる。この場合、基準音圧としては例えば１１４ｄＢとするのが好ましい。また、必要があれば基準音圧を１種類に限定せず、増幅回路１２の増幅率の設定により複数の基準音圧の音波を放射できる構成としてもよい。また、信号発生回路１１により複数の周波数を設定する構成としてもよい。なお、発音体１３は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００２５】
電離放射線発生装置１４は、駆動回路１５の駆動動作に基づき、電離放射線をＥＣＭ２０に向けて照射するようになっている。電離放射線としては、例えば空気の各成分により吸収が可能なエネルギー範囲を有するものが適している。好ましくは、３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線がよい。軟Ｘ線のエネルギーは軟Ｘ線照射物と被照射物との距離の二乗に反比例して減衰するため、電離放射線発生装置１４はできる限りＥＣＭ素子２１に近づけるのが好ましい。ただし、ＥＣＭ素子２１の振動膜の材料によっては軟Ｘ線により物性が劣化することがあるため、両者間の距離は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度が好ましい。なお、電離放射線発生装置１４は、本発明に係る電離放射線照射手段を構成する。
【００２６】
駆動回路１５は、制御回路１８が出力する制御信号に基づき、電離放射線発生装置１４を駆動するようになっている。この駆動回路１５は、本発明に係る駆動制御手段を構成する。
【００２７】
直流電源１６は、後述するＥＣＭ素子２１の電極にバイアス電圧を印加するようになっている。この直流電源１６は、本発明に係る電圧印加手段を構成する。
【００２８】
マイクアンプ１７は、ＥＣＭ２０の出力電圧を増幅し、制御回路１８に出力するようになっている。このマイクアンプ１７は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００２９】
制御回路１８は、例えばコンピュータで構成され、ＥＣＭ素子２１の感度の算出や、駆動回路１５の制御信号を生成するためのプログラムに基づいて動作するようになっている。また、発音体１３の発する音波の音圧データや、ＥＣＭ素子２１の感度を校正するために必要なデータ等を予め記憶したり、通信によって取得したりできるようになっている。図示を省略したが、筐体１９の外部には、前述のデータを入力する入力デバイスや、音響校正装置１０の動作状態や、制御回路１８の制御状態等を示すディスプレイが配置されている。また、制御回路１８が、例えば、発音体１３が発する音波の音圧の制御や、直流電源１６の動作制御を行う構成としてもよい。なお、制御回路１８は、本発明に係る感度測定手段及び駆動制御手段を構成する。
【００３０】
筐体１９は、軟Ｘ線を外部に透過させないための材料、例えばアルミニウムで構成されている。この構成によれば、軟Ｘ線のエネルギー範囲が、前述した３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶ程度であれば、筐体１９の厚さを２ミリ程度とすることにより、軟Ｘ線の透過率を０．１％以下とすることができる。また、筐体１９には、ＥＣＭ２０がセットされたことや、筐体１９の蓋（図示省略）が完全に閉じていることを使用者に提示するためのセンサーや提示手段等が設けられていることが好ましい。
【００３１】
次に、本実施形態における音響校正装置１０の校正対象であるＥＣＭ２０について説明する。
【００３２】
ＥＣＭ２０は、例えば、図２に示すようなＥＣＭ素子２１を備えている。すなわち、本実施形態において、ＥＣＭ素子２１は、半導体プロセスで用いられているシリコンの微細加工技術を適用して形成されるＥＣＭ型のシリコンマイクで構成されている。
【００３３】
図２に示すように、ＥＣＭ素子２１は、音波によって振動する振動板２２０が形成されたシリコン基板２１１と、音孔２３５が形成された背面板２３０と、シリコン基板２１１と背面板２３０との間に設けられたスペーサ２１２とを備えている。
【００３４】
振動板２２０は、図中上部の拡大図に示すように、シリコン２２１と、この上面に形成された振動板２２０の電極であるアルミニウム薄膜２２２とを備えている。
【００３５】
背面板２３０は、図中下部の拡大図に示すように、シリコン２３１と、この上面（振動板２２０と対向する面）に順次形成されたシリコン酸化膜２３２及び防湿膜としてのシリコン窒化膜２３３と、シリコン２３１の下面に形成された背面板２３０の電極であるアルミニウム薄膜２３４とを備えている。ここで、シリコン酸化膜２３２は、本発明に係る誘電体膜を構成するものであり、正極性又は負極性の電荷が蓄積されるとエレクトレットとしての機能を有するものとなる。なお、本実施形態では、シリコン酸化膜２３２は、負極性の電荷を蓄積するものとする。
【００３６】
以上のように構成されたＥＣＭ素子２１に対し、前述の電離放射線発生装置１４は、軟Ｘ線を振動板２２０の板厚方向に透過する方向に照射するようになっている。振動板２２０の厚さは１μｍ〜５μｍ程度であり、軟Ｘ線は振動板２２０を容易に透過することができる。その結果、振動板２２０と背面板２３０との間に入射した軟Ｘ線により、両者間の空気が電離され、正イオン及び負イオンが発生することとなる。
【００３７】
そこで、直流電源１６（図１参照）によって、振動板２２０側の電極であるアルミニウム薄膜２２２に負電位、背面板２３０側の電極であるアルミニウム薄膜２３４に正電位のバイアス電圧を印加した状態で軟Ｘ線を照射すると、軟Ｘ線によって発生した正負の両イオンが分離され、正イオンが振動板２２０側に、負イオンが背面板２３０側に引きつけられる。その結果、背面板２３０側に設けた誘電体膜としてのシリコン酸化膜２３２に負電荷を蓄積することができる。
【００３８】
次に、ＥＣＭ２０が備えるマイク回路について説明する。通常、ＥＣＭはインピーダンス変換素子としてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を備えている。一般的な構成として、振動板又は背面板のいずれか一方の電極にＦＥＴのゲート電極が接続され、他方の電極は接地されている。また、ＦＥＴのドレイン電極は負荷抵抗を介して電源に接続され、ＦＥＴのソース電極は接地されている。前述のように、本実施形態における音響校正装置１０は、ＥＣＭ２０にバイアス電圧を印加する構成となっているので、ＦＥＴの耐圧を考慮する必要がある。以下、ＦＥＴの耐圧を２０Ｖとし、２０Ｖ以下のバイアス電圧で校正する場合と、２０Ｖ以上のバイアス電圧で校正する場合とにおけるマイク回路の構成例を説明する。
【００３９】
最初に、ＦＥＴの耐圧が２０Ｖで、２０Ｖ以下のバイアス電圧で校正する場合のマイク回路について説明する。ここで、マイク回路の構成例として、図３に示す構成例１、図４に示す構成例２を挙げる。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示した構成例１のマイク回路３０は、ＥＣＭ素子２１、ＦＥＴ３１、スイッチ（以下「ＳＷ」と記す。）３２、入出力端子３３、電圧印加端子３４、接地端子３５、負荷抵抗Ｒ、容量Ｃを備えている。
【００４１】
ＳＷ３２は、ＥＣＭ素子２１の例えば背面板２３０（図２参照）側の電極と容量Ｃとの間を切り替えるようになっている。入出力端子３３は、ＳＷ３２が選択した側と接続されるようになっている。このＳＷ３２は、本発明に係る切替手段を構成する。
【００４２】
また、後述するように、入出力端子３３にはＳＷ３８が接続され、電圧印加端子３４にはＳＷ３９を介して駆動電圧（例えば２Ｖ〜３Ｖ）を印加する駆動用直流電源３７が接続される（図３（ｂ）参照）。
【００４３】
続いて、マイク回路３０の感度測定時と、バイアス電圧印加時とにおける回路構成について説明する。
【００４４】
マイク回路３０において、ＥＣＭ素子２１の感度測定時には、図３（ｂ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３９をオン状態にして駆動用直流電源３７からの駆動電圧を負荷抵抗Ｒを介してＦＥＴ３１に印加し、ＦＥＴ３１の出力がＳＷ３２及び３８を介してマイクアンプ１７に出力される構成とする。その結果、ＥＣＭ素子２１の静電容量の変化に応じた交流信号がマイクアンプ１７によって増幅され、制御回路１８（図１参照）に出力される。
【００４５】
一方、マイク回路３０において、ＥＣＭ素子２１のバイアス電圧印加時には、図３（ｃ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３９をオフ状態にして駆動電圧を印加せず、ＥＣＭ素子２１の背面板２３０側の電極と直流電源１６とを接続する構成とする。その結果、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、背面板２３０側に設けたシリコン酸化膜２３２に負電荷が蓄積される。
【００４６】
次に、図４（ａ）に示した構成例２のマイク回路４０は、ＥＣＭ素子２１、ＦＥＴ４１、バイアス端子４２、出力端子４３、電圧印加端子４４、接地端子４５、負荷抵抗Ｒ、容量Ｃを備えている。図４（ｂ）に示すように、バイアス端子４２にはＳＷ３８、出力端子４３にはＳＷ４６がそれぞれ接続され、電圧印加端子４４にはＳＷ３９を介して駆動用直流電源３７が接続される。
【００４７】
続いて、マイク回路４０の感度測定時と、バイアス電圧印加時とにおける回路構成について説明する。
【００４８】
ＥＣＭ素子２１の感度測定時には、図４（ｂ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３８はオフ状態にし、ＳＷ３９をオン状態にして駆動用直流電源３７からの駆動電圧を負荷抵抗Ｒを介してＦＥＴ４１に印加し、ＳＷ４６をオン状態にしてＦＥＴ４１の出力をマイクアンプ１７に出力する構成とする。その結果、ＥＣＭ素子２１の静電容量の変化に応じた交流信号がマイクアンプ１７によって増幅され、制御回路１８（図１参照）に出力される。
【００４９】
一方、ＥＣＭ素子２１のバイアス電圧印加時には、図４（ｃ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３８をオン状態にすることにより、ＥＣＭ素子２１の背面板２３０側の電極と直流電源１６とを接続し、ＳＷ３９及び４６をオフ状態にする構成とする。その結果、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、背面板２３０側に設けたシリコン酸化膜２３２に負電荷が蓄積される。
【００５０】
次に、ＦＥＴの耐圧が２０Ｖで、２０Ｖ以上のバイアス電圧で校正する場合のマイク回路について説明する。
【００５１】
図５に示した構成例のマイク回路５０は、ＥＣＭ素子２１、ＦＥＴ５１、ＳＷ５２、バイアス端子５３、出力端子５４、電圧印加端子５５、接地端子５６を備えている。
【００５２】
ＳＷ５２は、例えばリレースイッチで構成され、バイアス端子５３に電圧が印加されていないときオン状態、バイアス端子５３に電圧が印加されたとき、このバイアス電圧によってオフ状態となるよう動作するものである。なお、ＳＷ５２をＦＥＴ５１の接地経路５７上に設ける構成としてもよい。また、ＳＷ５２は、本発明に係る切替手段を構成する。
【００５３】
各端子への接続は、前述の図４（ｂ）及び（ｃ）に準じた構成となるので図示を省略したが、バイアス端子５３にはＳＷ３８（図４（ｂ）参照）を介して直流電源１６を接続し、出力端子５４にはマイクアンプ１７を直接接続し、電圧印加端子５５には駆動用直流電源３７を直接接続する。
【００５４】
マイク回路５０において、ＥＣＭ素子２１の感度測定時には、図４（ｂ）及び図５を参照しながら説明すると、バイアス端子５３にはバイアス電圧が印加されないのでＳＷ５２はオン状態のままであり、駆動用直流電源３７からの駆動電圧がＦＥＴ５１に印加され、出力端子５４を介してＦＥＴ５１の出力をマイクアンプ１７に出力する構成とする。その結果、ＥＣＭ素子２１の静電容量の変化に応じた交流信号がマイクアンプ１７で増幅され、制御回路１８（図１参照）に出力される。
【００５５】
一方、マイク回路５０において、ＥＣＭ素子２１のバイアス電圧印加時には、図４（ｂ）及び図５を参照しながら説明すると、バイアス端子５３にはバイアス電圧が印加されるので、このバイアス電圧によってＳＷ５２がオフ状態になり、ＦＥＴ５１にはバイアス電圧が印加されない構成となる。その結果、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、背面板２３０側に設けたシリコン酸化膜２３２に負電荷が蓄積される。
【００５６】
次に、本実施形態における音響校正装置１０の動作について、図１及び図６に基づき説明する。以下の説明では、ＥＣＭ素子２１の感度が出荷時に対して劣化した状態にあるとし、劣化した感度を出荷時の感度（以下「初期感度」という。）に戻す例を挙げる。なお、図３〜図５で説明した各ＳＷの動作については説明を省略する。
【００５７】
感度が劣化したＥＣＭ２０を筐体１９内の所定の固定治具にセットし（ステップＳ１１）、ＥＣＭ２０の出力端子をマイクアンプ１７に接続する。
【００５８】
ＥＣＭ２０に印加するバイアス電圧の極性を決定し、直流電源１６をＥＣＭ２０に接続する。その後、発音体１３から基準音圧の音波を放射する（ステップＳ１２）。
【００５９】
マイクアンプ１７は、ＥＣＭ２０の出力電圧を増幅し、その増幅信号を制御回路１８に出力する。制御回路１８は感度を算出し、発音体１３からの基準音圧の音波の放射を停止する（ステップＳ１３）。
【００６０】
制御回路１８は、ステップＳ１３において得られた感度と、劣化前の初期感度とを比較する（ステップＳ１４）。初期感度が不明な場合は、ＥＣＭ２０の例えば規格シートやカタログに記載の感度を参考にし、初期感度を決定することができる。
【００６１】
制御回路１８は、ステップＳ１４における結果から初期感度に戻すために必要な軟Ｘ線を照射する時間を計算し、感度不足の場合は照射時間を決定する（ステップＳ１５）。
【００６２】
直流電源１６は、ＥＣＭ素子２１にバイアス電圧を印加し、軟Ｘ線の照射を、ステップＳ１５で得られた時間行う（ステップＳ１６）。
【００６３】
制御回路１８は、駆動回路１５に軟Ｘ線の照射を停止させ、直流電源１６によるバイアス電圧の印加を停止して（ステップＳ１７）、ステップＳ１２に戻る。
【００６４】
ステップＳ１４において、感度差が予め設定した誤差以内であれば、筐体１９からＥＣＭ２０を取り出して（ステップＳ１９）、校正を終了する。また、ステップＳ１４において、感度が必要以上に大きくなった場合には、直流電源１６の極性を反転して（ステップＳ１８）、ステップＳ１５に進む。
【００６５】
以上の動作を行うことにより、音響校正装置１０は、ＥＣＭ２０の感度の校正を行うことができる。
【００６６】
なお、前述の工程では、感度が必要以上に大きい場合には直流電源１６からのバイアス電圧の正負の極性を入れ替えることとしたが、バイアス電圧を印加せずに軟Ｘ線をＥＣＭ２０に照射しても構わない。この場合、ＥＣＭ素子２１において軟Ｘ線により正負のイオンが発生して除電が行われるため、ＥＣＭ素子２１の蓄積電荷が減少する。
【００６７】
次に、前述のステップＳ１２〜Ｓ１５における処理を図１、図２及び図７に基づいて具体的に説明する。
【００６８】
校正の基準となる初期感度がａ［ｄＢＶ］の場合、測定結果が例えばａ−６［ｄＢＶ］であったとする。初期感度に相当するシリコン酸化膜２３２（エレクトレット）の表面電位が例えば−３２Ｖであるとすると、測定結果から現在の表面電位は−１６Ｖであると推測することができる。このため、さらに−１６Ｖ分の電荷をシリコン酸化膜２３２に蓄積させる必要がある。そこで、軟Ｘ線の照射時間と電荷蓄積量との関係を予め調べておき、この関係のデータを制御回路１８のメモリに記憶しておき、制御回路１８が、このデータに基づいて算出した照射時間だけ軟Ｘ線を照射するのが好ましい。
【００６９】
図７は、図２に示したＥＣＭ素子２１の構造を模した実験から得られた結果の一例を示している。図７に示すように、前述の測定結果では、さらに２６０秒間の軟Ｘ線の照射が必要であることが分かる。したがって、例えば、振動板２２０の電極に−５０Ｖを印加し、背面板２３０の電極をアースに接続して、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、振動板２２０と背面板２３０との間で発生した正負のイオンが分離され、背面板２３０側に負イオンが引きつけられてシリコン酸化膜２３２が目標の表面電位に帯電される。
【００７０】
なお、前述の説明では、目標の表面電位である−３２Ｖを得るために、−１６Ｖ分の帯電を追加する処理をしたが、この手法に限定されない。例えば、シリコン酸化膜２３２の表面電位を一旦０Ｖに戻してから、改めて−３２Ｖ分の電荷をシリコン酸化膜２３２に帯電させてもよい。シリコン酸化膜２３２の表面電位を０Ｖに戻すためには、バイアス電圧を印加せずに軟Ｘ線の照射を１分〜５分程度行うことが好ましい。
【００７１】
電荷の蓄積は、雰囲気とする気体のイオン生成が関与するため、照射時間と表面電位との関係は、筐体１９内の湿度や温度などによって、微妙に変化するケースがある。予めこれらの影響をデータとして保管し、これらの影響を考慮した照射時間を制御回路１８に算出させることもできる。その場合には温度計や湿度計を筐体１９内に設置することが好ましい。
【００７２】
また、こうした諸々の影響を受けて、例えば照射時間が長過ぎることで目標の感度をオーバーした場合には、印加するバイアス電圧の極性を入れ替えて軟Ｘ線を照射することで、背面板２３０側に正イオンが引き寄せられ、シリコン酸化膜２３２の表面電位を下げることもできる。
【００７３】
以上のように、本実施形態における音響校正装置１０によれば、ＥＣＭ２０が備えるＥＣＭ素子２１に向けて電離放射線発生装置１４が電離放射線を照射し、ＥＣＭ素子２１の振動板２２０と背面板２３０との間で発生した正負いずれかのイオンを誘電体膜であるシリコン酸化膜２３２に蓄積する構成としたので、シリコン酸化膜２３２の電荷蓄積量を適切な量に回復させることができ、電気回路の補正によらないでＥＣＭ２０の感度を校正することができる。
【００７４】
また、本実施形態における音響校正装置１０によれば、ＥＣＭ素子２１の振動板２２０を容易に透過する電離放射線を用いる構成としたので、ＥＣＭ素子２１を分解する必要がない。
【００７５】
すなわち、本実施形態における音響校正装置１０は、従来のものよりもＳＮ比を向上させ、ＥＣＭ素子２１を分解することなく、シリコン酸化膜２３２のエレクトレット機能を回復させ、ＥＣＭ２０の感度を校正することができる。
【００７６】
なお、前述の実施形態では、校正の対象としてシリコンマイクを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサの構成をなす有機系高分子等のマイクにおいても同様に、エレクトレット機能を回復させることにより校正を行うことができる。
【００７７】
また、前述の実施形態では、電離放射線として軟Ｘ線を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を用いても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 音響校正装置
１１ 信号発生回路（感度測定手段）
１２ 増幅回路（感度測定手段）
１３ 発音体（感度測定手段）
１４ 電離放射線発生装置（電離放射線照射手段）
１５ 駆動回路（駆動制御手段）
１６ 直流電源（電圧印加手段）
１７ マイクアンプ（感度測定手段）
１８ 制御回路（感度測定手段、駆動制御手段）
１９ 筐体
２０ ＥＣＭ
２１ ＥＣＭ素子
３０、４０、５０ マイク回路
３１、４１、５１ ＦＥＴ
３２、５２ ＳＷ（切替手段）
３３ 入出力端子
３４、４４、５５ 電圧印加端子
３５、４５、５６ 接地端子
３７ 駆動用直流電源
３８、３９、４６ ＳＷ
４２、５３ バイアス端子
４３、５４ 出力端子
５７ 接地経路
２１１ シリコン基板
２１２ スペーサ
２２０ 振動板
２２１、２３１ シリコン
２２２ アルミニウム薄膜
２３０ 背面板
２３２ シリコン酸化膜（誘電体膜）
２３３ シリコン窒化膜
２３４ アルミニウム薄膜
２３５ 音孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を校正する音響校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマイクロホンの校正装置として、特許文献１〜４に記載されたものが提案されている。一方、非特許文献１に記載されているように、エレクトレット素子を利用したコンデンサマイクロホンが利用されている。
【０００３】
従来、例えば騒音測定用途などにおいて、コンデンサマイクロホンの校正装置では、基準の音圧を発生する装置をコンデンサマイクロホンに取り付け、その基準音圧によってコンデンサマイクロホンが出力する信号レベルを読み取り、コンデンサマイクロホンに付属の電気回路を補正することにより校正を行っていた。
【０００４】
同様に、誘電体に電荷を注入して製造するエレクトレット素子を利用したいわゆるＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイクロホン）においても、特許文献５、６に記載されているように、電気回路を補正することにより校正を行っていた。ＥＣＭは、コンデンサマイクロホンで必要となるバイアス電圧の印加が不要であるという特徴を持つため広く利用されているが、エレクトレットに蓄積した電荷が、使用環境における湿度や熱の影響により徐々に減少するため、それに伴い感度も低下する。したがって、使用環境が過酷な屋外での用途や、電子回路基板の半田リフロー工程など、湿度や熱が加わる環境下では、初期に有していた電荷量が減少して感度が低下するため、これを電気回路の補正で補っていた。
【０００５】
つまり、従来はコンデンサマイクロホンやＥＣＭの校正を行うことは、マイクロホンに付属の電気回路を補正することであった。しかしながら、この手法は、劣化したマイクロホンの感度を補うために電気回路の増幅率を上げることであり、ＳＮ比が悪くなるという課題があった。また、マイクロホンと電気回路とを別々に組み合わせて利用する場合などにおいては、その都度校正を行う必要があるという課題があった。
【０００６】
なお、ＥＣＭでは電気回路による補正を行わなくても、ＥＣＭ素子自身の劣化した感度を回復させて校正を行うこともできる。ただし、そのためには、特許文献７にあるような一部の特殊な材料を用いたＥＣＭを除き、素子を分解して再び電荷を注入する必要があるため、コスト高となるという問題が発生する。したがって、通常は部品交換による校正をせざるを得ないという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４９−１０６３７８号公報
【特許文献２】特開昭５４−５４６１９号公報
【特許文献３】特開平１−１２７９１８号公報
【特許文献４】特開平２−２５６３９８号公報
【特許文献５】特開２００８−３５３１０号公報
【特許文献６】特開２００８−２５６４３３号公報
【特許文献７】特開２００７−２９８２９７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高柳裕雄著「マイクロホンテクニカルハンドブック」、兼六館出版、ｐ３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述のような事情に鑑みてなされたもので、電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができる音響校正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の音響校正装置は、互いに対向する第１電極及び第２電極のいずれか一方の電極の対向面側に電荷を蓄積可能な誘電体膜が設けられたエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を校正する音響校正装置であって、前記第１電極及び前記第２電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を照射する電離放射線照射手段と、前記電離放射線によって前記両電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積させる電圧を印加する電圧印加手段とを備えた構成を有している。
【００１１】
この構成により、本発明の音響校正装置は、電離放射線を照射して発生した正負いずれかのイオンを誘電体膜に蓄積するので、電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができる。
【００１２】
また、本発明の音響校正装置は、前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定手段と、予め定めた目標感度と測定によって求めた感度との感度差に応じて前記電離放射線照射手段を駆動制御する駆動制御手段とを備えた構成を有している。
【００１３】
この構成により、本発明の音響校正装置は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を所望の目標感度にすることができる。
【００１４】
さらに、本発明の音響校正装置は、前記感度測定手段は、予め定めた音圧の音波を発する発音体と、前記音圧の音波の放射により前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定部とを備え、前記駆動制御手段は、前記電離放射線照射手段を駆動する駆動回路と、前記感度差を算出して前記電離放射線の照射時間を決定し、決定した照射時間に応じて前記駆動回路の駆動動作を制御する制御回路とを備えた構成を有している。
【００１５】
この構成により、本発明の音響校正装置は、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を高精度で所望の目標感度にすることができる。
【００１６】
さらに、本発明の音響校正装置は、前記エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記正イオン及び前記負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積するイオン蓄積状態と前記感度の測定状態とを切り替える切替手段を備えた構成を有している。
【００１７】
この構成により、本発明の音響校正装置は、エレクトレットコンデンサマイクロホンが備えるトランジスタ等に電圧印加手段からの電圧が印加されることを防止できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、電気回路の補正によらないでＥＣＭの感度を校正することができるという効果を有する音響校正装置を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態における音響校正装置の概要構成を示す図
【図２】本発明の一実施形態における音響校正装置の校正対象であるＥＣＭが有するＥＣＭ素子の概要構成図
【図３】本発明の一実施形態において、ＥＣＭが有するマイク回路の構成例を示す図
【図４】本発明の一実施形態において、ＥＣＭが有するマイク回路の構成例を示す図
【図５】本発明の一実施形態において、ＥＣＭが有するマイク回路の構成例を示す図
【図６】本発明の一実施形態における音響校正装置の動作を示すフローチャート
【図７】本発明の一実施形態における音響校正装置において、軟Ｘ線の照射時間と電荷蓄積量との関係の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態における音響校正装置１０の概要構成を示す図である。図１に示すように、音響校正装置１０は、信号発生回路１１、増幅回路１２、発音体１３、電離放射線発生装置１４、駆動回路１５、直流電源１６、マイクアンプ１７、制御回路１８、筐体１９、ＥＣＭ２０を備えている。
【００２２】
ＥＣＭ２０は、音波に応じて振動する振動膜を有するＥＣＭ素子２１と、ＥＣＭ素子２１に接続されたマイク回路（後述）とを備えている。
【００２３】
信号発生回路１１は、例えば所定周波数の正弦波信号を発生し、増幅回路１２に出力するようになっている。増幅回路１２は、信号発生回路１１の出力信号を増幅し、発音体１３に出力するようになっている。ここで、増幅回路１２の増幅率は、発音体１３が発する音波の音圧に基づいて設定されるようになっている。なお、信号発生回路１１及び増幅回路１２は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００２４】
発音体１３は、例えば小型スピーカーやイヤホン等で構成され、予め定めた基準音圧、例えば９４ｄＢの音圧の音波をＥＣＭ２０に向けて発するようになっている。なお、発音体１３に替えて、例えばピストンホンを使用することもできる。この場合、基準音圧としては例えば１１４ｄＢとするのが好ましい。また、必要があれば基準音圧を１種類に限定せず、増幅回路１２の増幅率の設定により複数の基準音圧の音波を放射できる構成としてもよい。また、信号発生回路１１により複数の周波数を設定する構成としてもよい。なお、発音体１３は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００２５】
電離放射線発生装置１４は、駆動回路１５の駆動動作に基づき、電離放射線をＥＣＭ２０に向けて照射するようになっている。電離放射線としては、例えば空気の各成分により吸収が可能なエネルギー範囲を有するものが適している。好ましくは、３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶのエネルギーを有する軟Ｘ線がよい。軟Ｘ線のエネルギーは軟Ｘ線照射物と被照射物との距離の二乗に反比例して減衰するため、電離放射線発生装置１４はできる限りＥＣＭ素子２１に近づけるのが好ましい。ただし、ＥＣＭ素子２１の振動膜の材料によっては軟Ｘ線により物性が劣化することがあるため、両者間の距離は１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度が好ましい。なお、電離放射線発生装置１４は、本発明に係る電離放射線照射手段を構成する。
【００２６】
駆動回路１５は、制御回路１８が出力する制御信号に基づき、電離放射線発生装置１４を駆動するようになっている。この駆動回路１５は、本発明に係る駆動制御手段を構成する。
【００２７】
直流電源１６は、後述するＥＣＭ素子２１の電極にバイアス電圧を印加するようになっている。この直流電源１６は、本発明に係る電圧印加手段を構成する。
【００２８】
マイクアンプ１７は、ＥＣＭ２０の出力電圧を増幅し、制御回路１８に出力するようになっている。このマイクアンプ１７は、本発明に係る感度測定手段を構成する。
【００２９】
制御回路１８は、例えばコンピュータで構成され、ＥＣＭ素子２１の感度の算出や、駆動回路１５の制御信号を生成するためのプログラムに基づいて動作するようになっている。また、発音体１３の発する音波の音圧データや、ＥＣＭ素子２１の感度を校正するために必要なデータ等を予め記憶したり、通信によって取得したりできるようになっている。図示を省略したが、筐体１９の外部には、前述のデータを入力する入力デバイスや、音響校正装置１０の動作状態や、制御回路１８の制御状態等を示すディスプレイが配置されている。また、制御回路１８が、例えば、発音体１３が発する音波の音圧の制御や、直流電源１６の動作制御を行う構成としてもよい。なお、制御回路１８は、本発明に係る感度測定手段及び駆動制御手段を構成する。
【００３０】
筐体１９は、軟Ｘ線を外部に透過させないための材料、例えばアルミニウムで構成されている。この構成によれば、軟Ｘ線のエネルギー範囲が、前述した３ｋｅＶ〜９．５ｋｅＶ程度であれば、筐体１９の厚さを２ミリ程度とすることにより、軟Ｘ線の透過率を０．１％以下とすることができる。また、筐体１９には、ＥＣＭ２０がセットされたことや、筐体１９の蓋（図示省略）が完全に閉じていることを使用者に提示するためのセンサーや提示手段等が設けられていることが好ましい。
【００３１】
次に、本実施形態における音響校正装置１０の校正対象であるＥＣＭ２０について説明する。
【００３２】
ＥＣＭ２０は、例えば、図２に示すようなＥＣＭ素子２１を備えている。すなわち、本実施形態において、ＥＣＭ素子２１は、半導体プロセスで用いられているシリコンの微細加工技術を適用して形成されるＥＣＭ型のシリコンマイクで構成されている。
【００３３】
図２に示すように、ＥＣＭ素子２１は、音波によって振動する振動板２２０が形成されたシリコン基板２１１と、音孔２３５が形成された背面板２３０と、シリコン基板２１１と背面板２３０との間に設けられたスペーサ２１２とを備えている。
【００３４】
振動板２２０は、図中上部の拡大図に示すように、シリコン２２１と、この上面に形成された振動板２２０の電極であるアルミニウム薄膜２２２とを備えている。
【００３５】
背面板２３０は、図中下部の拡大図に示すように、シリコン２３１と、この上面（振動板２２０と対向する面）に順次形成されたシリコン酸化膜２３２及び防湿膜としてのシリコン窒化膜２３３と、シリコン２３１の下面に形成された背面板２３０の電極であるアルミニウム薄膜２３４とを備えている。ここで、シリコン酸化膜２３２は、本発明に係る誘電体膜を構成するものであり、正極性又は負極性の電荷が蓄積されるとエレクトレットとしての機能を有するものとなる。なお、本実施形態では、シリコン酸化膜２３２は、負極性の電荷を蓄積するものとする。
【００３６】
以上のように構成されたＥＣＭ素子２１に対し、前述の電離放射線発生装置１４は、軟Ｘ線を振動板２２０の板厚方向に透過する方向に照射するようになっている。振動板２２０の厚さは１μｍ〜５μｍ程度であり、軟Ｘ線は振動板２２０を容易に透過することができる。その結果、振動板２２０と背面板２３０との間に入射した軟Ｘ線により、両者間の空気が電離され、正イオン及び負イオンが発生することとなる。
【００３７】
そこで、直流電源１６（図１参照）によって、振動板２２０側の電極であるアルミニウム薄膜２２２に負電位、背面板２３０側の電極であるアルミニウム薄膜２３４に正電位のバイアス電圧を印加した状態で軟Ｘ線を照射すると、軟Ｘ線によって発生した正負の両イオンが分離され、正イオンが振動板２２０側に、負イオンが背面板２３０側に引きつけられる。その結果、背面板２３０側に設けた誘電体膜としてのシリコン酸化膜２３２に負電荷を蓄積することができる。
【００３８】
次に、ＥＣＭ２０が備えるマイク回路について説明する。通常、ＥＣＭはインピーダンス変換素子としてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を備えている。一般的な構成として、振動板又は背面板のいずれか一方の電極にＦＥＴのゲート電極が接続され、他方の電極は接地されている。また、ＦＥＴのドレイン電極は負荷抵抗を介して電源に接続され、ＦＥＴのソース電極は接地されている。前述のように、本実施形態における音響校正装置１０は、ＥＣＭ２０にバイアス電圧を印加する構成となっているので、ＦＥＴの耐圧を考慮する必要がある。以下、ＦＥＴの耐圧を２０Ｖとし、２０Ｖ以下のバイアス電圧で校正する場合と、２０Ｖ以上のバイアス電圧で校正する場合とにおけるマイク回路の構成例を説明する。
【００３９】
最初に、ＦＥＴの耐圧が２０Ｖで、２０Ｖ以下のバイアス電圧で校正する場合のマイク回路について説明する。ここで、マイク回路の構成例として、図３に示す構成例１、図４に示す構成例２を挙げる。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示した構成例１のマイク回路３０は、ＥＣＭ素子２１、ＦＥＴ３１、スイッチ（以下「ＳＷ」と記す。）３２、入出力端子３３、電圧印加端子３４、接地端子３５、負荷抵抗Ｒ、容量Ｃを備えている。
【００４１】
ＳＷ３２は、ＥＣＭ素子２１の例えば背面板２３０（図２参照）側の電極と容量Ｃとの間を切り替えるようになっている。入出力端子３３は、ＳＷ３２が選択した側と接続されるようになっている。このＳＷ３２は、本発明に係る切替手段を構成する。
【００４２】
また、後述するように、入出力端子３３にはＳＷ３８が接続され、電圧印加端子３４にはＳＷ３９を介して駆動電圧（例えば２Ｖ〜３Ｖ）を印加する駆動用直流電源３７が接続される（図３（ｂ）参照）。
【００４３】
続いて、マイク回路３０の感度測定時と、バイアス電圧印加時とにおける回路構成について説明する。
【００４４】
マイク回路３０において、ＥＣＭ素子２１の感度測定時には、図３（ｂ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３９をオン状態にして駆動用直流電源３７からの駆動電圧を負荷抵抗Ｒを介してＦＥＴ３１に印加し、ＦＥＴ３１の出力がＳＷ３２及び３８を介してマイクアンプ１７に出力される構成とする。その結果、ＥＣＭ素子２１の静電容量の変化に応じた交流信号がマイクアンプ１７によって増幅され、制御回路１８（図１参照）に出力される。
【００４５】
一方、マイク回路３０において、ＥＣＭ素子２１のバイアス電圧印加時には、図３（ｃ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３９をオフ状態にして駆動電圧を印加せず、ＥＣＭ素子２１の背面板２３０側の電極と直流電源１６とを接続する構成とする。その結果、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、背面板２３０側に設けたシリコン酸化膜２３２に負電荷が蓄積される。
【００４６】
次に、図４（ａ）に示した構成例２のマイク回路４０は、ＥＣＭ素子２１、ＦＥＴ４１、バイアス端子４２、出力端子４３、電圧印加端子４４、接地端子４５、負荷抵抗Ｒ、容量Ｃを備えている。図４（ｂ）に示すように、バイアス端子４２にはＳＷ３８、出力端子４３にはＳＷ４６がそれぞれ接続され、電圧印加端子４４にはＳＷ３９を介して駆動用直流電源３７が接続される。
【００４７】
続いて、マイク回路４０の感度測定時と、バイアス電圧印加時とにおける回路構成について説明する。
【００４８】
ＥＣＭ素子２１の感度測定時には、図４（ｂ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３８はオフ状態にし、ＳＷ３９をオン状態にして駆動用直流電源３７からの駆動電圧を負荷抵抗Ｒを介してＦＥＴ４１に印加し、ＳＷ４６をオン状態にしてＦＥＴ４１の出力をマイクアンプ１７に出力する構成とする。その結果、ＥＣＭ素子２１の静電容量の変化に応じた交流信号がマイクアンプ１７によって増幅され、制御回路１８（図１参照）に出力される。
【００４９】
一方、ＥＣＭ素子２１のバイアス電圧印加時には、図４（ｃ）に示す構成とする。すなわち、ＳＷ３８をオン状態にすることにより、ＥＣＭ素子２１の背面板２３０側の電極と直流電源１６とを接続し、ＳＷ３９及び４６をオフ状態にする構成とする。その結果、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、背面板２３０側に設けたシリコン酸化膜２３２に負電荷が蓄積される。
【００５０】
次に、ＦＥＴの耐圧が２０Ｖで、２０Ｖ以上のバイアス電圧で校正する場合のマイク回路について説明する。
【００５１】
図５に示した構成例のマイク回路５０は、ＥＣＭ素子２１、ＦＥＴ５１、ＳＷ５２、バイアス端子５３、出力端子５４、電圧印加端子５５、接地端子５６を備えている。
【００５２】
ＳＷ５２は、例えばリレースイッチで構成され、バイアス端子５３に電圧が印加されていないときオン状態、バイアス端子５３に電圧が印加されたとき、このバイアス電圧によってオフ状態となるよう動作するものである。なお、ＳＷ５２をＦＥＴ５１の接地経路５７上に設ける構成としてもよい。また、ＳＷ５２は、本発明に係る切替手段を構成する。
【００５３】
各端子への接続は、前述の図４（ｂ）及び（ｃ）に準じた構成となるので図示を省略したが、バイアス端子５３にはＳＷ３８（図４（ｂ）参照）を介して直流電源１６を接続し、出力端子５４にはマイクアンプ１７を直接接続し、電圧印加端子５５には駆動用直流電源３７を直接接続する。
【００５４】
マイク回路５０において、ＥＣＭ素子２１の感度測定時には、図４（ｂ）及び図５を参照しながら説明すると、バイアス端子５３にはバイアス電圧が印加されないのでＳＷ５２はオン状態のままであり、駆動用直流電源３７からの駆動電圧がＦＥＴ５１に印加され、出力端子５４を介してＦＥＴ５１の出力をマイクアンプ１７に出力する構成とする。その結果、ＥＣＭ素子２１の静電容量の変化に応じた交流信号がマイクアンプ１７で増幅され、制御回路１８（図１参照）に出力される。
【００５５】
一方、マイク回路５０において、ＥＣＭ素子２１のバイアス電圧印加時には、図４（ｂ）及び図５を参照しながら説明すると、バイアス端子５３にはバイアス電圧が印加されるので、このバイアス電圧によってＳＷ５２がオフ状態になり、ＦＥＴ５１にはバイアス電圧が印加されない構成となる。その結果、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、背面板２３０側に設けたシリコン酸化膜２３２に負電荷が蓄積される。
【００５６】
次に、本実施形態における音響校正装置１０の動作について、図１及び図６に基づき説明する。以下の説明では、ＥＣＭ素子２１の感度が出荷時に対して劣化した状態にあるとし、劣化した感度を出荷時の感度（以下「初期感度」という。）に戻す例を挙げる。なお、図３〜図５で説明した各ＳＷの動作については説明を省略する。
【００５７】
感度が劣化したＥＣＭ２０を筐体１９内の所定の固定治具にセットし（ステップＳ１１）、ＥＣＭ２０の出力端子をマイクアンプ１７に接続する。
【００５８】
ＥＣＭ２０に印加するバイアス電圧の極性を決定し、直流電源１６をＥＣＭ２０に接続する。その後、発音体１３から基準音圧の音波を放射する（ステップＳ１２）。
【００５９】
マイクアンプ１７は、ＥＣＭ２０の出力電圧を増幅し、その増幅信号を制御回路１８に出力する。制御回路１８は感度を算出し、発音体１３からの基準音圧の音波の放射を停止する（ステップＳ１３）。
【００６０】
制御回路１８は、ステップＳ１３において得られた感度と、劣化前の初期感度とを比較する（ステップＳ１４）。初期感度が不明な場合は、ＥＣＭ２０の例えば規格シートやカタログに記載の感度を参考にし、初期感度を決定することができる。
【００６１】
制御回路１８は、ステップＳ１４における結果から初期感度に戻すために必要な軟Ｘ線を照射する時間を計算し、感度不足の場合は照射時間を決定する（ステップＳ１５）。
【００６２】
直流電源１６は、ＥＣＭ素子２１にバイアス電圧を印加し、軟Ｘ線の照射を、ステップＳ１５で得られた時間行う（ステップＳ１６）。
【００６３】
制御回路１８は、駆動回路１５に軟Ｘ線の照射を停止させ、直流電源１６によるバイアス電圧の印加を停止して（ステップＳ１７）、ステップＳ１２に戻る。
【００６４】
ステップＳ１４において、感度差が予め設定した誤差以内であれば、筐体１９からＥＣＭ２０を取り出して（ステップＳ１９）、校正を終了する。また、ステップＳ１４において、感度が必要以上に大きくなった場合には、直流電源１６の極性を反転して（ステップＳ１８）、ステップＳ１５に進む。
【００６５】
以上の動作を行うことにより、音響校正装置１０は、ＥＣＭ２０の感度の校正を行うことができる。
【００６６】
なお、前述の工程では、感度が必要以上に大きい場合には直流電源１６からのバイアス電圧の正負の極性を入れ替えることとしたが、バイアス電圧を印加せずに軟Ｘ線をＥＣＭ２０に照射しても構わない。この場合、ＥＣＭ素子２１において軟Ｘ線により正負のイオンが発生して除電が行われるため、ＥＣＭ素子２１の蓄積電荷が減少する。
【００６７】
次に、前述のステップＳ１２〜Ｓ１５における処理を図１、図２及び図７に基づいて具体的に説明する。
【００６８】
校正の基準となる初期感度がａ［ｄＢＶ］の場合、測定結果が例えばａ−６［ｄＢＶ］であったとする。初期感度に相当するシリコン酸化膜２３２（エレクトレット）の表面電位が例えば−３２Ｖであるとすると、測定結果から現在の表面電位は−１６Ｖであると推測することができる。このため、さらに−１６Ｖ分の電荷をシリコン酸化膜２３２に蓄積させる必要がある。そこで、軟Ｘ線の照射時間と電荷蓄積量との関係を予め調べておき、この関係のデータを制御回路１８のメモリに記憶しておき、制御回路１８が、このデータに基づいて算出した照射時間だけ軟Ｘ線を照射するのが好ましい。
【００６９】
図７は、図２に示したＥＣＭ素子２１の構造を模した実験から得られた結果の一例を示している。図７に示すように、前述の測定結果では、さらに２６０秒間の軟Ｘ線の照射が必要であることが分かる。したがって、例えば、振動板２２０の電極に−５０Ｖを印加し、背面板２３０の電極をアースに接続して、この状態で軟Ｘ線を照射することにより、振動板２２０と背面板２３０との間で発生した正負のイオンが分離され、背面板２３０側に負イオンが引きつけられてシリコン酸化膜２３２が目標の表面電位に帯電される。
【００７０】
なお、前述の説明では、目標の表面電位である−３２Ｖを得るために、−１６Ｖ分の帯電を追加する処理をしたが、この手法に限定されない。例えば、シリコン酸化膜２３２の表面電位を一旦０Ｖに戻してから、改めて−３２Ｖ分の電荷をシリコン酸化膜２３２に帯電させてもよい。シリコン酸化膜２３２の表面電位を０Ｖに戻すためには、バイアス電圧を印加せずに軟Ｘ線の照射を１分〜５分程度行うことが好ましい。
【００７１】
電荷の蓄積は、雰囲気とする気体のイオン生成が関与するため、照射時間と表面電位との関係は、筐体１９内の湿度や温度などによって、微妙に変化するケースがある。予めこれらの影響をデータとして保管し、これらの影響を考慮した照射時間を制御回路１８に算出させることもできる。その場合には温度計や湿度計を筐体１９内に設置することが好ましい。
【００７２】
また、こうした諸々の影響を受けて、例えば照射時間が長過ぎることで目標の感度をオーバーした場合には、印加するバイアス電圧の極性を入れ替えて軟Ｘ線を照射することで、背面板２３０側に正イオンが引き寄せられ、シリコン酸化膜２３２の表面電位を下げることもできる。
【００７３】
以上のように、本実施形態における音響校正装置１０によれば、ＥＣＭ２０が備えるＥＣＭ素子２１に向けて電離放射線発生装置１４が電離放射線を照射し、ＥＣＭ素子２１の振動板２２０と背面板２３０との間で発生した正負いずれかのイオンを誘電体膜であるシリコン酸化膜２３２に蓄積する構成としたので、シリコン酸化膜２３２の電荷蓄積量を適切な量に回復させることができ、電気回路の補正によらないでＥＣＭ２０の感度を校正することができる。
【００７４】
また、本実施形態における音響校正装置１０によれば、ＥＣＭ素子２１の振動板２２０を容易に透過する電離放射線を用いる構成としたので、ＥＣＭ素子２１を分解する必要がない。
【００７５】
すなわち、本実施形態における音響校正装置１０は、従来のものよりもＳＮ比を向上させ、ＥＣＭ素子２１を分解することなく、シリコン酸化膜２３２のエレクトレット機能を回復させ、ＥＣＭ２０の感度を校正することができる。
【００７６】
なお、前述の実施形態では、校正の対象としてシリコンマイクを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサの構成をなす有機系高分子等のマイクにおいても同様に、エレクトレット機能を回復させることにより校正を行うことができる。
【００７７】
また、前述の実施形態では、電離放射線として軟Ｘ線を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線やγ線等を用いても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７８】
１０ 音響校正装置
１１ 信号発生回路（感度測定手段）
１２ 増幅回路（感度測定手段）
１３ 発音体（感度測定手段）
１４ 電離放射線発生装置（電離放射線照射手段）
１５ 駆動回路（駆動制御手段）
１６ 直流電源（電圧印加手段）
１７ マイクアンプ（感度測定手段）
１８ 制御回路（感度測定手段、駆動制御手段）
１９ 筐体
２０ ＥＣＭ
２１ ＥＣＭ素子
３０、４０、５０ マイク回路
３１、４１、５１ ＦＥＴ
３２、５２ ＳＷ（切替手段）
３３ 入出力端子
３４、４４、５５ 電圧印加端子
３５、４５、５６ 接地端子
３７ 駆動用直流電源
３８、３９、４６ ＳＷ
４２、５３ バイアス端子
４３、５４ 出力端子
５７ 接地経路
２１１ シリコン基板
２１２ スペーサ
２２０ 振動板
２２１、２３１ シリコン
２２２ アルミニウム薄膜
２３０ 背面板
２３２ シリコン酸化膜（誘電体膜）
２３３ シリコン窒化膜
２３４ アルミニウム薄膜
２３５ 音孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１電極及び第２電極のいずれか一方の電極の対向面側に電荷を蓄積可能な誘電体膜が設けられたエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を校正する音響校正装置であって、
前記第１電極及び前記第２電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を照射する電離放射線照射手段と、前記電離放射線によって前記両電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積させる電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする音響校正装置。
【請求項２】
前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定手段と、予め定めた目標感度と測定によって求めた感度との感度差に応じて前記電離放射線照射手段を駆動制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする音響校正装置。
【請求項３】
前記感度測定手段は、予め定めた音圧の音波を発する発音体と、前記音圧の音波の放射により前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定部とを備え、
前記駆動制御手段は、前記電離放射線照射手段を駆動する駆動回路と、前記感度差を算出して前記電離放射線の照射時間を決定し、決定した照射時間に応じて前記駆動回路の駆動動作を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の音響校正装置。
【請求項４】
前記エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記正イオン及び前記負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積するイオン蓄積状態と前記感度の測定状態とを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の音響校正装置。
【請求項１】
互いに対向する第１電極及び第２電極のいずれか一方の電極の対向面側に電荷を蓄積可能な誘電体膜が設けられたエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を校正する音響校正装置であって、
前記第１電極及び前記第２電極のいずれか一方の電極を透過する電離放射線を照射する電離放射線照射手段と、前記電離放射線によって前記両電極間に発生する正イオン及び負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積させる電圧を印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする音響校正装置。
【請求項２】
前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定手段と、予め定めた目標感度と測定によって求めた感度との感度差に応じて前記電離放射線照射手段を駆動制御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする音響校正装置。
【請求項３】
前記感度測定手段は、予め定めた音圧の音波を発する発音体と、前記音圧の音波の放射により前記エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度を測定する感度測定部とを備え、
前記駆動制御手段は、前記電離放射線照射手段を駆動する駆動回路と、前記感度差を算出して前記電離放射線の照射時間を決定し、決定した照射時間に応じて前記駆動回路の駆動動作を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の音響校正装置。
【請求項４】
前記エレクトレットコンデンサマイクロホンは、前記正イオン及び前記負イオンのうちいずれか一方のイオンを前記誘電体膜に蓄積するイオン蓄積状態と前記感度の測定状態とを切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の音響校正装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２６８３１５（Ｐ２０１０−２６８３１５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９２１８（Ｐ２００９−１１９２１８）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【出願人】（０００１７３７２８）財団法人小林理学研究所 (15)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【出願人】（０００１１５６３６）リオン株式会社 (128)
【出願人】（０００１７３７２８）財団法人小林理学研究所 (15)
【出願人】（５９１０５３９２６）財団法人エヌエイチケイエンジニアリングサービス (169)
【Ｆターム（参考）】
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