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コンサートやスタジオ収録の最中に、マイクの指向性をミキサー卓から変えたい。
けれど標準的な3ピンXLRケーブルには音声信号を送る線が2本しかない。
制御用の線を増やさずに、どうやって遠隔で指向性を切り替えればよいのか。
この記事では、その問いに答えた1993年の研究を解説します。
指向性の遠隔制御には、なぜ専用ケーブルが必要だったのか
指向性（polar pattern）とは、音の入射角に対するマイクの感度を表すものです。
無指向性、カーディオイド、双指向性などがあり、収録の状況に応じて使い分けます。
スタジオ用のコンデンサーマイクの多くは、本体のスイッチで指向性を切り替えられますが、マイクが遠くにあるときはその都度近づいて操作しなければなりません。
これまで遠隔制御を実現しようとした試みは、いずれも実用上の制約を抱えていました。
トーン信号や超音波、光を使う方式は、消費電力の低さ、干渉への耐性、長距離での信頼性、低コストといった条件のうち、少なくとも一つを満たせなかったのです。
とくに根本的な問題として、標準的な3ピンXLRケーブルを使って制御信号を送る方法が確立されていませんでした。
専用の制御線や特殊な多芯ケーブルが必要だったため、既存の設備にそのまま導入することができなかったのです。
PeusとKern（1993）が着目したのは、コンデンサーマイクに電力を供給するファンタム電源そのものでした。
ファンタム電源とは、XLRケーブルの2番ピンと3番ピン（変調線）に直流48 Vを重畳してマイクへ供給する方式で、DIN 45596およびCCIR 268-15で定められています。
この規格では許容範囲が48±4 Vとされており、この幅のなかで電圧を変えれば、音声信号に影響を与えずに制御情報を送れる可能性がありました。
ここで述べておきたい用語があります。
デュアルダイアフラムカプセルとは、2枚のカーディオイドの振動板を背中合わせに配置した構造です。
二つの振動板は交流的にはコンデンサで結合されていますが、直流的には分離されています。
後ろ側の振動板に加えるバイアス電圧を変えることで、結果として得られる指向性を連続的に変化させられます。
バイアス電圧とは、振動板と固定電極のあいだに加える直流電圧のことで、コンデンサーマイクのカプセルの感度と極性を決める基本的なパラメータです。
ファンタム電圧の段階制御は、どのように実装されたのか
PeusとKernは、マイク内部に評価回路を組み込み、ファンタム電圧の絶対値を内部の基準電圧と比較する方式を採用しました。
評価回路とは、変調線からファンタム電圧を取り出し、内部の基準電圧と比較して、その結果に応じたバイアス電圧をカプセルへ供給する回路です。
この手法が選ばれた理由は明確です。
ファンタム電源の許容範囲（48±4 V）が規格で定められているため、その範囲内で電圧を段階的に変えれば、音声信号に干渉せず、かつ規格に違反しない制御が可能だからです。
具体的な仕組みは次のとおりです。
まず、専用の電源ユニットに回転式ステッピングスイッチを設け、標準的な2×6.8 kΩの給電抵抗を通じてファンタム電圧を調整します。
電圧は公称48 Vを基準に1.5 V刻みで上下し、それぞれの段階が一つの指向性に対応します。
この電圧の違いを、マイク内部の評価回路が比較器とスイッチングトランジスタで読み取り、4ビットのND変換器として機能させることで、5段階の指向性を選択します。
マイク本体のスイッチを「Remote」位置に設定すると、外部からの制御が有効になります。
通常の位置に戻せば、従来どおり本体のスイッチでの手動操作も可能です。
デュアルダイアフラムカプセルには、内部のDC/DCコンバータで生成した+60 Vと-60 V、またはその中間のバイアス電圧が供給され、これによって無指向性、ワイドアングルカーディオイド、カーディオイド、ハイパーカーディオイド、双指向性の5つの指向性が実現されます。
DC/DCコンバータは、ファンタム電圧から受け取った直流を、カプセルの駆動に必要な高い正負の電圧へ変換する回路です。
この方式の設計上の要点は、すべての実用条件を同時に満たしたことです。
評価回路の消費電流は0.25 mA未満と極めて低く、他の機器への干渉もありません。
数百メートルの長距離ケーブルでも安定して動作し、制御段階は明確で誤動作がありません。
そして何より、既存の標準的な3ピンXLRケーブルとファンタム電源の設備をそのまま使えるため、導入の負担を抑えられます。
実際に何が達成されたのか
この研究の成果として、実際にコンデンサーマイク TLM 170 R が製作され、標準的な3ピンXLRケーブルとファンタム電源を通じて5つの指向性を遠隔切り替えできることが確認されました。
仕様を整理すると、次のようになります。
この方式の特筆すべき点は、互換性と安全性にあります。
通常の48 Vファンタム電源を供給する機器であれば、どのようなものでも使用できます。
また、従来の標準的なコンデンサーマイクも、制御用の変動電圧の影響を受けることなく、そのまま接続できます。
制御に使われるのはファンタム電圧の許容幅のなかの直流成分だけであり、音声信号帯域への干渉は原理的に起こりません。
さらに、誤操作に対する保護も組み込まれています。
誤って通常のファンタム電源を接続しても、リモート制御対応のマイクが破損したり、不定な状態に陥ったりすることはありません。
この研究の結果は、どこまで適用できるのか
PeusとKernは、この研究の限界を明示的には述べていません。
したがって、彼ら自身がどこまでを適用範囲と考えていたかは、論文中の記述から間接的に読み取る必要があります。
この研究が対象としたのは、デュアルダイアフラム方式のコンデンサーマイクです。
シングルダイアフラムのマイクや、ダイナミックマイク、リボンマイクには、この方式はそのまま適用できません。
指向性の切り替え自体が、二枚の振動板のバイアス電圧を変えることで実現されているからです。
また、制御に用いられる電圧範囲は48±4 Vの規格内に限定されています。
この範囲を超えるファンタム電源での動作は想定されていません。
ケーブル長についても、数百メートルまでの動作確認がなされているにとどまり、それ以上の距離でどうなるかは論文中では検証されていません。
この研究をどう受け止めるか
この研究は、スタジオ用コンデンサーマイクの遠隔制御という長年の課題に対して、規格の内側から解を見つけた点で注目に値します。
新しいケーブル規格を提案するのではなく、既存のファンタム電源規格の許容範囲を制御信号として利用するという発想は、現場の設備を変えずに機能を追加できる実用的な解決策でした。
この論文が発表された1993年当時、デジタル制御の普及以前の段階で、アナログ回路だけで5段階の確実な遠隔切り替えを実現したことは、コンデンサーマイクの設計における到達点の一つです。
標準規格を創造的に読み替えて新たな機能を実現するという工学的な姿勢は、あくまで1993年時点の報告として受け止めるべきですが、現在の機器設計においても参照される価値があると言えるでしょう。
参考資料
Stephan Peus, Otmar Kern. "A Method of Remote-controlling the Polar Pattern of a Condenser Microphone with Standard Phantom Powering." Audio Engineering Society 94th Convention, Preprint 3592 (E3-1), 1993.
原典の主張は、A Method of Remote-controlling the Polar Pattern of a Condenser Microphone with Standard Phantom Powering をご参照ください。
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