CN101400013B - 静电扬声器 - Google Patents

Abstract

一种静电扬声器，其包括振动器、导电布和弹性构件，它们层叠在一起并使用绳线编在一起。由于所有组成元件在定位方面被绳线限制，所以即使在静电扬声器通过弯折或弯曲而形状变形时其总体结构也不会显著地改变，其中，可以固定组成元件之间的指定位置关系，这些组成元件定位不会偏离。可以引入由热塑性树脂构成的片状物，该片状物将振动器和弹性构件保持在其中。导电布可代替薄膜电极，每个薄膜电极形成为使得导电聚合物层形成在由热塑性树脂构成的带基薄膜中。

Description

静电扬声器

技术领域

本发明涉及一种静电扬声器(electrostatic speaker)，在该扬声器中被保持在相对的电极之间的振动器响应音频信号而振动，以便产生声音。

本发明要求日本专利申请No.2007-251158和日本专利申请No.2008-132235的优先权；这两个申请的全部内容通过引用合并于此。

背景技术

静电扬声器包括相对的电极，所述电极彼此之间以预定的距离互相间隔开且将具有导电性能的片状振动器(或振动构件)保持在二者之间。由于在振动器被供应偏置电压(bias voltage)的静电扬声器中施加在相对电极之间的电压的变化，所以施加在振动器上的静电力变化，以便促使振动器移位。由于响应音频信号而产生的施加电压的变化，所以在振动器中移位反复地发生，产生振动，由此响应音频信号从振动器上产生再现声波(reproductionwave)。

已经在诸如专利文件1和专利文件2这样的各种文献中开发并披露了具有柔性(flexibility)的各种类型的静电扬声器。

专利文件1：Institute of Electronics，Information and CommunicationEngineers上的技术报告，由Shigeto Takeoka和五个成员撰写的题为“1-bitWave Field Recording/Reproduction System Using Electrostatic Microphone andLoudspeaker”的文章(EA，Applied Acoustics，Institute of Electronics，Information and Communication Engineers，25-30页，2005年6月)。

专利文件2：2006年9月21日由Phile-web编辑部发表的题为“<A&VFesta2006Report：1-bit audio>exhibition of1-bit distribution system usingIEEE1394”的在线文章(于2007年8月23日检索，网址是http://www.phileweb.com/mews/d-av/200609/21/16653.html)。

专利文件1披露了一种柔性静电扬声器，包括相对的电极和振动器，所述电极和振动器由具有能改变形状的能力的柔性材料(flexible materials)构成。专利文件2披露了一种静电扬声器，该扬声器中电极由柔性布(flexiblecloth)构成。

专利文件1和专利文件2披露了无边界的柔性静电扬声器，这种扬声器中电极和振动器的形状受到约束。由于专利文件1中披露的柔性静电扬声器在形状上没有受到拘束，所以其可以自由地弯折和弯曲且由此能变成各种形状。但是，静电扬声器的这种无拘束的性能会导致另一问题，即电极和振动器会容易地偏离其位置设定(positioning)。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有柔性的静电扬声器，其能被容易地弯折或弯曲而不会引起电极和振动器的位置偏离。

本发明的静电扬声器包括第一电极，相当于使用导电纤维形成的布；第二电极，相当于使用导电纤维形成的布，所述第二电极定位为与所述第一电极相对，在二者之间具有指定距离；振动器，具有导电性能，所述振动器定位在所述第一电极和所述第二电极之间；第一弹性构件，具有绝缘性能、弹性和声音穿透性，所述第一弹性构件定位在所述振动器和所述第一电极之间；第二弹性构件，具有绝缘性能、弹性和声音穿透性，所述第二弹性构件定位在所述振动器和所述第二电极之间；和约束构件，用于在位置上限制所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极。

以上，所述约束构件相当于用于将所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极织在一起的多个绳线。所述第一电极和所述第二电极通过编织导电绳线来形成。所述第一电极和所述第二电极被编织为具有柔性。所述第一电极和所述第二电极被编织在一起，同时被伸展。

此外，所述第一电极的面积比所述振动器的面积大，且所述第二电极的面积比所述振动器的面积大。

所述约束构件相当于贯穿所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极的多个胶针(tag-pin)。

所述约束构件为由热塑性树脂构成的片状物，该片状物定位在所述第一电极和振动器之间以及所述振动器和所述第二电极之间，且其中，当所述片状物熔化时，所述第一电极和振动器被粘接在一起，同时所述振动器和所述第二电极粘接在一起。

还可以包括第一披盖构件，定位为在从所述第一弹性构件观看时该第一披盖构件与第一弹性构件相对；和第二披盖构件，定位为在从所述第二弹性构件观看时该第二披盖构件与所述第二弹性构件相对，其中，所述第一披盖构件和所述第二披盖构件被约束构件限制。

如上所述，静电扬声器的形状可以自由地弯折或弯曲，其中所有组成元件不会在定位上偏离，不会引起电极(例如导电布)之间距离的实质性改变。甚至当静电扬声器弯折时，也可以实质上维持电极之间的恒定距离(和振动器和电极之间的恒定距离)，由此可以在任何位置处设定施加到振动器上的一致的静电力，由此实现所需的声学特性。

附图说明

参考以下附图，对本发明的其他目的、方面和所述进行详细的描述。

图1为构件本发明优选实施例的静电扬声器外观的透视图。

图2为示出了静电扬声器的电子构造的纵向截面图，该扬声器包括振动器、导电布、弹性构件和与变压器、输入单元和偏置电压源连接的绳线。

图3A示出了用于形成导电布的绳线的针织结构。

图3B示出了用于形成导电布的绳线罗纹针织结构。

图3C示出了用于形成导电布的绳线双反面针织结构。

图4A为示出了当静电扬声器以圆形方式变形时相当于平纹布的导电布内部变松的截面图。

图4B为示出了即使当静电扬声器以圆形方式变形相当于针织物的导电布的内部也不会变松的截面图。

图5为示出了静电扬声器的变化例的透视图，其中针脚没有沿矩形线对准而是沿对角线对准。

图6为用于强化静电扬声器的非织造织物构件的透视图。

图7A为热塑性树脂的组成的板的透视图，该板用于粘接组成元件。

图7B为用于粘接组成元件的栅格板的透视图。

图8为替代导电布的薄膜电极的透视图。

图9为示出了静电扬声器的电子结构的纵向截面图，该扬声器包括振动器、弹性构件和薄膜电极。

具体实施方式

参考所附附图，通过例子的方式更详细地描述本发明。

图1为示意性地示出了根据本发明优选实施例的静电扬声器1的外观。图2示出了静电扬声器1的电子构造和截面构造。

静电扬声器1包括振动器10、导电布(conductive cloth)20U和20L、弹性构件30U和30L以及绳线40。在本发明的实施例中，导电布20U和20L二者具有相同的构成，且弹性构件30U和30L二者具有相同的构成。为了方便，附图标记20U和20L二者由相同的附图标记“20”来指代，且附图标记30U和30L二者由相同的附图标记“30”来指代。为了以可见的易于抓住要领的方式来简化显示，在附图中前述组成元件并未精确地在形状和尺寸上进行显示；因此，它们与用于产品中的真实制造出来的元件有所不同。在这点上，图1为沿X、Y和Z轴描绘的三维视图，而图2为沿Y轴观察的沿X和Z轴描绘的视图(该Y轴由用带有点的圆来表示，表示Y轴的方向是从纸张的背面透过来的)。

接下来，详细描述静电扬声器1的构成。振动器10用薄膜(一个或多个)来形成，所述薄膜包括PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯：polyethyleneterephthalate)或PP(聚丙烯：polypropylene)，该薄膜用金属薄膜沉积或涂覆有导电材料，其中该膜的厚度大致是从几微米到几十微米(μm)的范围。

具有弹性的弹性构件30通过对软棉(soft cotton)进行加热和挤压而在平面图中形成矩形，以便允许空气穿过。弹性构件30由于施加于其上的外部力而可变形且通过撤销该外部力而可恢复形状。在本实施例中，沿X轴和Y轴方向弹性构件30的长度比导电布20(具有矩形形状)的长度更长。此外，沿X轴和Y轴方向弹性构件30的长度比振动器10的长度更长。弹性构件30U和30L二者沿Z轴方向具有相同的高度。

在平面图中每一个都形成矩形的导电布20具有平纹布(plain wovencloths)，该平纹布使用具有导线性能的经向绳线和纬向绳线。平纹布允许空气穿过，由此确保声音穿透性。

振动器10、导电布20和弹性构件30用绳线40编织在一起，该绳线40由非导电棉构成。

接下来，详细描述静电扬声器1的组装。在静电扬声器1的组装过程中，弹性构件30L安装在导电布20L上，其方式是弹性构件30L的所有侧部定位在导电布20L的所有侧部之外。

接下来，将振动器10安装在弹性构件30L上，其方式是振动器10的所有侧部定位在弹性构件30L的所有侧部之内。

随后，将弹性构件30U安装在振动器10，其方式是弹性构件30U的所有侧部定位在振动器10的所有侧部之外，同时在位置设定方面沿Z轴方向观察时弹性构件30U的四个角与弹性构件30L的四个角垂直匹配。由于沿X轴和Y轴方向弹性构件30U和30L的长度比振动器10的长度更长，所以振动器10整体上被保持在弹性构件30U和30L之间，其方式是振动器10的所有侧部没有定位在弹性构件30U和30L之外。

接下来，将导电布20U安装在弹性构件30U上，其方式是导电布20U的所有侧部定位在弹性构件30U的所有侧部之内，同时在位置设定方面沿Z轴方向观察时导电布20U的四个角与导电布20L的四个角垂直匹配。

在将振动器10、导电布20和弹性构件30组合在一起之后，用非导电绳线40将它们编织在一起。由于所有组成元件10、20和30在位置设定方面因用绳线40(其穿过组成元件10、20和30)将它们编织在一起而受到约束，所以甚至在静电扬声器10形状变形时也可以防止振动器10、导电布20和弹性构件30偏离其位置设定。

由于具有绝缘性能的弹性构件30的面积比振动器10的面积和导电布20的面积大，所以弹性构件30的侧部位于振动器10的侧部和导电布20的侧部之外；因此，可以防止导电布20不经意地与振动器10接触或短路。

接下来，详细描述静电扬声器1的电子构造。图2示出了等效电路，其中静电扬声器1与变压器50、输入单元60(用于输入从未示出的外部设备而来的音频信号)和偏置电压源70(用于对振动器10施加DC偏置电压)连接。该偏置电压源70连接在变压器50的中点和振动器10之间，其中导电布20U和20L连接至变压器50的相对端。在这种构成中，预定的电压响应施加到输入单元60的音频信号而施加在导电布20U和20L上。

所施加的电压在导电布20U和20L之间造成电势差，通过该电势差在振动器10上施加静电力，该静电力由此对导电布20U和20L(起到电极的作用)中的一个造成吸引。即，振动器10响应音频信号沿Z轴方向移位(或偏移)，其中振动器10的移位方向连续改变，以便造成振动(具有一定的频率、幅度和相位)。对静电扬声器1来说这使得可以由于振动器10的振动而产生声音。导电布20U和20L中的至少一个传播所产生的声音，该声音由此发射到静电扬声器1的外部空间。

本实施例特点在于，静电扬声器1的所有组成元件——即振动器10、导电布20和弹性构件30——由于绳线40而在位置设定方面受到约束；因此，即使当静电扬声器1形状变形时，原始结构和构造也不会受到影响，以使得振动器10、导电布20和弹性构件30不会偏离其位置设定。

由于振动器10、导电布20和弹性构件30全部都具有柔性，所以它们能容易地且自由地沿弯曲表面变形。由此，可以自由地将静电扬声器1安附到衣物上。

由于静电扬声器1的组成元件的柔性，静电扬声器1不会伤害到人体，而不管其是否与人体碰撞。为此，可以容易地将静电扬声器1安附到头枕(head rest)或安附到全面部头盔(full-face helmet)的内部而不会在朝向人的耳朵发出声音时伤害到人体。

本实施例可以以各种方式来修改；因此，以下描述变化例。

如图2所示，第一变化例的静电扬声器1包括振动器10、导电布20、弹性构件30和绳线40以及变压器50、输入单元60和偏置电压源70。

第一变化例特点在于导电布20U和20L并不是平纹布(使用导电绳线编织成的)而是针织物(knitted fabrics)(用导电绳线针织的)，如图3A所示。相当于针织物的导电布20沿X轴和Y轴方向都具有柔性。导电布20不必限制于针织物，只要它们沿X轴和Y轴方向都具有柔性即可。例如，它们可以通过如图3B所示的那样进行罗纹针织(rib knitting)来形成，或它们可以通过如图3C所示的那样进行双反面针织(pearl knitting)来形成。

静电扬声器1的第一变化例是通过顺序地层叠导电布20L、弹性构件30L、振动器10、弹性构件30U和导电布20U来组装的，这些组成元件随后用绳线40编织在一起。在第一变化例中，导电布20U和20L在它们沿X轴和Y轴方向略微扩展(或伸展)的状态下编织在一起。

与针织物相比，平纹布具有低的柔性；因此，当将平纹布用作导电布20且没有扩展(或伸展)就被编织在一起的静电扬声器1以圆形方式变形时，例如，导电布20的内部(该部分没有用绳线40编织)会变得局部地松弛，如图4A所示，且难以维持导电布20之间的恒定距离。

在第一变化例中，导电布20被编织在一起，同时它们沿X轴和Y轴方向伸展；因此，即使当静电扬声器1以圆形方式变形时，导电布20的内部(在编织时伸展)会收缩，以使得它们不会变松弛，同时导电布20(相当于针织物)的具有柔性的外部会扩展，以便维持导电布20之间恒定的距离。

在第一变化例中，相当于针织物的导电布20因特意形成在经向绳线和纬向绳线之间的间隙而具有柔性；因此，与平纹布相比，可以改善空气穿透性和声音穿透性。

图5示出了静电扬声器1的第二变化例，其中线迹(stitch)不是沿矩形线排列而是沿对角线排列。

弹性构件30不必由软棉构成而是可以由具有绝缘性能和可变形性能的其他材料构成，其中它们在外力施加于其上的状态下变形，但是通过撤销外部力而恢复形状。

诸如振动器10、导电布20和弹性构件30这样的静电扬声器1的组成元件不必形成矩形形状而是可以形成其他形状，如多边形形状、圆形形状和椭圆形形状。

为了避免发生电击和短路，可以用具有声音穿透性的非导电布完全覆盖静电扬声器1。

导电布20可用经向绳线和纬向绳线来形成，二者中的至少一个具有导电性能。

不必所有经向绳线和纬向绳线具有导电性能；即，导电布20可以包括具有导电性能的任何其他绳线(一种或多种)。

替换地，针织非导电绳线，以便形成针织布，该针织布随后镀有具有导电性能的金属，由此形成导电布20。

替换地，镀有具有导电性能的金属的绳线被编织在一起，以便形成导电布20。

导电布20可通过在其中编织有导电细丝(filament)来形成。

可以使用芯部被镀有锡的铜箔缠绕的绳线，这些绳线被编织在一起，以便形成导电布20。

导电布20可用具有导电性能的非织造织物取代。

通过使用具有绝缘性能的绳线进行针织织法形成的针织布经由粘合剂与网眼布(mesh cloth)结合在一起，由此形成导电布20，所述网眼布通过使用具有导电性能的绳线进行网眼织法来形成。这里，导电布20的网眼布与弹性构件30层叠；随后，用绳线40将它们编织在一起，以便形成静电扬声器1。

替换地，针织布直接朝外，以使得网眼布位于针织布和弹性构件30之间；随后，它们被编织在一起，以便形成静电扬声器1。

在针织布不是与网眼布结合的结构中，静电扬声器1的所有组成元件在针织布伸展的状态下用绳线40编织在一起。

为了确保被绳线40编织在一起的组成元件的强度，可以引入具有网眼状形状和多个孔81的非织造织物构件80，如图6所示。非织造织物构件80插到导电布20和弹性构件30之间；随后，非织造织物构件80的矩形部分(相当于网眼)通过使用绳线40与导电布20和弹性构件30编织在一起。

在前述实施例中，振动器10、导电布20和弹性构件30用绳线40编织在一起，该绳线可用胶针(由合成树脂构成)代替，由此在位置设定方面约束组成元件10-30。当组成元件10-30通过使用多个胶针而在位置上受到约束时，甚至在组成元件10-30形状变形时也可以防止组成元件10-30位置移动。即，使用片状物90的粘接展示了与使用绳线40进行编织类似的显著效果。

可以额外地在组成元件10-30之间引入多个片状物90，每个片状物由热塑性树脂构成且在平面图中具有如图7A所示的矩形形状。片状物90被挤压且被加热，并随后被冷却以便在位置上约束组成元件10-30。

具体说，片状物90插入到导电布20U和弹性构件30U之间；片状物90插入到弹性构件30U和振动器10之间；片状物90插入到振动器10和弹性构件30L之间；片状物90插入到弹性构件30L和导电布20L之间。随后，带有片状物90的组成元件10-30的指定部分被挤压和加热，由此每一个都由热塑性树脂构成的片状物90被熔化，以便将组成元件10-30粘接在一起。

由于组成元件10-30通过熔化片状物90的方式粘接在一起，所以可以防止它们位置移动。即，使用片状物90的粘接展示了类似于使用绳线40进行编织的类似的显著效果。

片状物90不必形成为矩形框架的形状；因此，可以引入如图7B所示的栅格片状物(lattice sheet)90A。

以上，可以适当地确定振动器10和弹性构件30的形状和尺寸，二者可以被保持在片状物90的矩形框架内。具体说，片状物90被安装在导电布20L上；随后，一套振动器10和弹性构件30L和30U被保持在片状物90的矩形框架内；此后，导电布20U被安装在弹性构件30U和片状物90上。此后，片状物90被挤压和加热，以便经由片状物90将导电布20U和20L粘接在一起。在该结构中，振动器10和弹性构件30被保持在导电布20和片状物90之内；由此，可以防止振动器10和弹性构件30暴露在外。

可以用薄膜电极(film electrode)(未示出)来代替导电布20，每个所述薄膜电极由热塑性树脂构成并以将导电聚合物施加在热塑性树脂边缘以内的内部区域的方式来形成。

图8示出了具有矩形形状的薄膜电极25。以在由热塑性树脂构成的带基薄膜(base film)25A表面上形成导电聚合物层25B的方式形成该薄膜电极25。

图9示出了静电扬声器1的另一变化例，该变化例使用一对薄膜电极25L和25U来代替导电布20L和20U。首先，薄膜电极25L布置为使得其导电聚合物层25B朝向上。接下来，片状物90被安装在薄膜电极25L上，以便将一套振动器10和弹性构件30L和30U保持在其矩形框架内；随后，薄膜电极25U被安装在片状物90和弹性构件30U上，以使得其导电聚合物层25B朝向下。此后，片状物90被挤压和加热，以便经由片状物90将薄膜电极25U和25L粘接在一起。

在前述结构中，可以防止组成元件10、25和30分离和移位；且可以防止振动器10和弹性构件30暴露在外。此外，可以通过调整片状物90的厚度来适当地设定薄膜电极25之间的距离。进而，因为通过简单地挤压和加热片状物90而在位置上约束所有组成元件，所以可以容易地制造静电扬声器1。

可以用粘接剂代替片状物90，该粘接剂被施加在组成元件的多个点处，所述组成元件随后被粘接在一起并在位置上受到约束。当粘接剂的多个点的每一个都形成为略微从组成元件上以一定厚度突出时，可以在组成元件之间形成空间。即，粘接剂可用作间隔物(一个或多个)。

而且，在对着弹性构件30U的指定位置处将披盖构件(quilting member)安附到导电布20U，同时在对着弹性构件30L的指定位置处将另一披盖构件安附至导电布20L。随后，将披盖构件与振动器10、导电布20和弹性构件30编织在一起。在该结构中，甚至当静电扬声器1弯曲或折叠时，披盖构件也可以扩展，以便压住导电布20，由此防止在振动器10和导电布20之间的空间不经意地扩大。

最后，本发明并不限于前述实施例和变化例，其可以进一步在如所附权利要求限定的本发明的范围内以各种方式来修改。

Claims (10)

1.一种静电扬声器，包括：

第一电极，该第一电极是使用导电纤维形成的布；

第二电极，该第二电极是使用导电纤维形成的布，所述第二电极定位为与所述第一电极相对且在二者之间具有指定距离；

振动器，具有导电性能，所述振动器定位在所述第一电极和所述第二电极之间；

第一弹性构件，具有绝缘性能、弹性和声音穿透性，所述第一弹性构件定位在所述振动器和所述第一电极之间；

第二弹性构件，具有绝缘性能、弹性和声音穿透性，所述第二弹性构件定位在所述振动器和所述第二电极之间；和

约束构件，用于在位置上防止所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极偏离其位置设定。

2.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述约束构件是用于将所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极编织在一起的多个绳线。

3.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述第一电极和所述第二电极通过编织导电绳线来形成。

4.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述第一电极和所述第二电极被编织为具有柔性。

5.如权利要求4所述的静电扬声器，其中，所述第一电极和所述第二电极在伸展的同时被编织在一起。

6.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述第一电极的面积比所述振动器的面积大，且所述第二电极的面积比所述振动器的面积大。

7.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述约束构件是贯穿所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极的多个胶针。

8.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述约束构件为由热塑性树脂构成的片状物，该片状物定位在所述第一电极和振动器之间以及所述振动器和所述第二电极之间，且其中，当所述片状物熔化时，所述第一电极和振动器被粘接在一起，同时所述振动器和所述第二电极粘接在一起。

9.如权利要求1所述的静电扬声器，还包括：

第一披盖构件，安附到所述第一电极；和

第二披盖构件，安附到所述第二电极，

其中，所述第一披盖构件和所述第二披盖构件与第一电极、第一弹性构件、振动器、第二弹性构件和第二电极编织在一起。

10.如权利要求1所述的静电扬声器，其中，所述约束构件是粘接剂，该粘接剂在多个点处施加于所述第一电极、所述第一弹性构件、所述振动器、所述第二弹性构件和所述第二电极上。

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