ECMで自作マイク【自作マイクの道①】
こんなこと、やります。
- ECMの使い方の解説
- ECMのモジュール化
音センサは、こちらの動画のようにラズパイやArduinoと組み合わせることで、サウンドレベルインジケーターのようなことを実現できます。
つかうもの
この記事でつかうものをご紹介します。
ECMカプセル
今回使用したECMは、秋月電子通商で購入したWM-61A相当品です。
WM-61Aとは
WM-61Aとは、昔パナソニックが製造していたECMでして、音質に定評があることで有名です。残念ながらすでに廃盤となってしまったので、私が使ったのはあくまでWM-61A相当品になります。
基本、ECMの使い方はどれも同じですので、他のECMでもこの記事のやり方は参考になるかと思います。
WM-61A相当品は、通常のECMよりも小型です。しかし、その大きさからは想像できないほどの、迫力のある音質です。
WM-61A相当品、小型なECMだが迫力のある音にびっくり！
その他の電子部品
その他に、固定抵抗と電解コンデンサを使用します。
2.2kΩの抵抗があればベストです。コンデンサは22uF程度の電解コンデンサがよろしいかと思います。
ECMの使い方の解説
ここではECMの使い方の解説をおこないます。
ECMとは
ECMとは、エレクトレットコンデンサーマイクのことです。
コンデンサマイクと同様に、2枚の電極版の片方が振動することによって、音を電気信号として取り出すことができます。
ただし、ふつうのコンデンサマイクと違うのは、エレクトレットというあらかじめ電気を帯びている素子が使われていることです。これによって、ふつうのコンデンサマイクのように外部から電圧を加えて誘電分極を起こさせる必要がありません。そのため小型化が可能で、スマホやイヤホンをはじめ、小型機器のマイクとして広く使われています。
また、ECMには通常トランジスタが内蔵されていますから、実際は外部電源が必要になります。
ECMカプセルの構造
ECMカプセルの中身の構造はふつう次のようになっています。
ECMの内部構造
FETの役割
ECMの銀色のカプセルの中には、マイクユニットだけでなくFETが内蔵されています。FETは、マイクユニットから発生した超微弱電流を大きくする役割をもっています。
ようするに、信号の出力インピーダンスを低くし、外来ノイズの影響を受けにくくする働きをします。
FETについて詳しくはもっともカンタンなFETバッファ回路〜自作エフェクタで使える！やソースフォロワ（FET）の出力インピーダンスをご覧ください。
ECMの回路図例
実際にECMを使うには、次のような回路を組みます。
ECMの基本回路図
このような定数で設定してみました。
| 名称 | 値 |
|---|---|
| +Vs | 1.2V |
| RL | 3.3k |
| C | 22μF |
ECMの供給電圧
最初にも説明しましたとおり、ECMの内部にはFETが入ってますので、外部電源を供給しなければなりません。
今回使うECMは、1.1〜10Vの電圧範囲で動作が可能でして、標準電圧が2.0Vです。つまり、電池一本でも動かせるということです。
ECMの極性
ECMの端子には、プラスとマイナスの極性があります。マイナスは、よく見るとアルミカプセルと同じGNDに落とされています。どちらがプラスかマイナスかわからなくなった場合は、テスターでアルミカプセルと端子を導通させてみて、ショートするほうがマイナス端子と判断しましょう。
負荷抵抗RL
ECMへ電源供給する際のRLの負荷抵抗は、2.2kΩが標準のようです。手持ちの抵抗の都合上3.3kΩとしましたが問題ないです。
実際いろいろな抵抗を試してきて、1kΩ〜10kΩの範囲で使用できました。抵抗値を小さくすれば出力が大きくなり、抵抗値を大きくすると出力は小さくなります。
カップリングコンデンサC
コンデンサーCは、いわゆるカップリングコンデンサになります。
カップリングコンデンサの役割は、信号のような交流ACと、供給電圧のような直流DC成分を分けることにあります。
カップリングコンデンサの値の決め方は、その先につなぐ機材の入力インピーダンスを考えなければなりません。とはいえ、マイク入力などにつなぐでしょうから、入力インピーダンスを600Ω以上と考えればよさそうです。入力インピーダンスを600Ωと想定して、22μFではカットオフ周波数は12Hzになります。
カットオフ周波数とは
カットオフ周波数とは、ローパスフィルタやハイパスフィルタにおいて「カットオフ周波数以下または以上の周波数がどんどん通りにくくなる」というような意味です。
正確には、一次フィルタで、-6dB下がった地点の周波数を「カットオフ周波数」と呼びます。
一次RCフィルタ回路におけるカットオフ周波数は、次の式で計算できます。
$$ fc = \frac{1}{2πCR} $$
数学的な話になりますが、興味のある方はデジタル信号におけるRCハイパスフィルタやデジタル信号におけるRCハイパスフィルタをご参考になさってみてください。
ECMをモジュール化
ブレッドボードで扱いやすくするために、ECMをモジュール化してみました。このような少ない部品の回路でも、モジュール化しておくと後々使い回しが効き、精神衛生的にもよいです。
ECMマイクモジュール
音質は？
WM-61A相当品のECMの音質の感想です。
音は落ち着いた音色で、パワフルな印象があります。色々なECMと比較してみても、WM-61A系は特徴的な感じがします。
ECMを本格的に高音質で使いたい場合は、ぜひファンタム電源化してみましょう。こちらの記事で詳しく解説してますので、ぜひご参考になさってみてください。
発展
私はこのモジュールを、音センサとして【ラズパイ】ECMで音センサーつくってみたで遊んでみました。
ちなみに音センサでしたら、センサが安く販売されてますので、そちらを使うのもありかと思います。
この他にも、スマホの4極端子で使えるピンマイクをECMで作ってみました。3極、4極端子のイヤホンマイク規格【自作マイクの道②】やプラグインパワーのスマホマイクの作り方（CTIA規格）【自作マイクの道③】をご参考になさってみてください。
超小型のECMマイクでしたら、イヤホンを加工して、流行りのASMRのバイノーラルマイクなんてものを作ってみても面白そうですね。
お財布にやさしいECM
▼ ちなみに、このようなマイクが2、3千円の低価格で買えるのもECMのおかげです。
音もけっこう侮れません。ちゃんとバランスアウトになっていたり、ケーシングされて指向性を出していたりと、安いながらにも色々工夫されています。
結局マイクの製作って、シャーシが一番大事だったりするんですよね。そこらへんは資本主義には勝てないと思う今日このごろです。