JP2001245393A - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 【解決手段】 実質的に剛性のある電極（８）と、ダイ
ヤフラム（７）として構成された柔軟な電極とを備え、
このとき各電極（７，８）の中央領域ではダイヤフラム
（７）と剛性のある電極（８）との間の間隔が縁部領域
よりも短くなっており、さらに場合により共振器アタッ
チメント（４）を備えているコンデンサ原理に基づく電
気音響変換器。ダイヤフラム（７）が円錐状または円錐
台状に変形している。また、剛性のある電極（８）がそ
の中央の領域に少なくとも実質的に円柱状の突起（９）
を有しており、ダイヤフラム（７）がこの突起（９）に
当接し、たとえば共振器アタッチメント（４）に固定さ
れたニップル（３）によって圧着されることによって達
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は実質的に剛性のある
電極と、ダイヤフラムとして構成された柔軟な電極とを
備え、このとき各電極の中央領域ではダイヤフラムと剛
性のある電極との間の間隔が縁部領域よりも短くなって
おり、さらに場合により共振器アタッチメントを備えて
いるコンデンサ原理に基づく電気音響変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような種類の変換器はＷＯ８２／０
０７４５Ａ１から公知である。

【０００３】この場合、剛性のある電極は、ダイヤフラ
ムの方を向いている側に凸面の形状を有しており、それ
によって半径ごとに異なる、ダイヤフラムと剛性のある
電極との間隔が維持される。剛性のある電極は個々のフ
ックによってのみ、絶縁をするケーシングの上部領域に
保持されており、これらのフックの間から空気が、固定
されたダイヤフラムの後方に構成されたチャンバに流れ
込むことができ、それによってマイクロフォンの特性お
よび特に指向特性を所期の値に適合化することができ
る。

【０００４】ダイヤフラムと剛性のある電極とを備えた
別の変換器はＵＳ４，７９６，７２５Ａから公知であ
る。

【０００５】超音波領域で作動できるようにするため、
このダイヤフラムは凸面状に構成された電極の上に張り
渡されており、交流電圧を重ね合わせた直流電圧の印加
によって、一方では電極からほんのわずか持ち上げられ
るとともに、他方では相応に高周波な振動をする。この
とき、その際に形成される振動モードを度外視するとし
ても、ダイヤフラムは電極から常に等しい間隔にとどま
っており、ないしはダイヤフラムが挟み込まれている縁
部よりも中央部で若干広い間隔を有している。

【０００６】全く異なる構造をもつ変換器はハイドロホ
ンとして構成され、ＳＵ１７８４１１１Ａ３から公知で
ある。

【０００７】この場合には剛性のある電極と振動能力の
ある電極とが用いられ、このとき振動能力のある電極は
ドーム状のテフロン（登録商標）プレートでできてい
て、その縁部は剛性のある電極の外部で自由にケーシン
グ突起に当接するとともに、その頭頂部はねじ込み口金
に当接しており、このねじ込み口金を回すことによって
テフロンドームの高さを弾性変形で変えることができ、
そのようにしてハイドロホンの放射特性を所期の値に適
合化することができる。

【０００８】一般に、本発明が対象としているコンデン
サ原理に基づく変換器は、原則として、剛性のある電極
と、これとわずかな間隔をおいて緊張状態に保たれる柔
軟な電極とでできており、変換器をマイクロフォンとし
て使用する場合には後者の電極に音波が当たることによ
って振動させられ、それによって両方の電極で形成され
るコンデンサのキャパシタンスが変化して、この変化が
相応に変換、増幅されて変換器を完成させる。

【０００９】このとき、柔軟な電極はプラスチックでで
きていて電気的に伝導性のある材料で、場合により金で
コーティングされていてよく、剛性のある電極は電荷装
着の種類に応じて、伝導性のある材料、または絶縁性の
材料に電荷担体を装着したもの、あるいは電気的に伝導
性のあるコーティングや層を施したものでできていてよ
い。

【００１０】このような変換器では、外部電圧を印加す
るか（「真のコンデンサ原理」）、または電荷担体を電
極の一方に恒久的に装着するか（「エレクトレット原
理」）のいずれかが可能である。このような変換器の感
度は、電極の間隔を変えることによって、または印加す
る電圧を変えることによって（電荷を変化させることに
よるエレクトレット原理の場合）影響を与えることがで
きる。このとき（休止位置における）電圧の上昇ないし
電極の接近は感度の向上につながる（マイクロフォンと
して使用する場合には出力電圧と音圧の比率として定義
される）。

【００１１】このような変換器はそれ自体として満足の
いく働きをするものであり、ダイヤフラムがコイルを支
持しているダイナミック変換器に比べて少なからぬ利点
を備えている。すなわち、柔軟な電極を形成するダイヤ
フラムの質量がきわめて少ないことにより、非常に高周
波の音波でも変換することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのような変換
器には欠点もあり、その原因は主として感度ないし電圧
の制限、エレクトレット原理の場合には電荷の制限、お
よび電極相互の最低間隔の遵守にある。

【００１３】なぜならこうした荷電によって各電極の間
に引力効果が誘導され、この引力効果によって、特にダ
イヤフラムの振れが大きい場合、ダイヤフラムが剛性の
ある電極に非常に接近することにつながる可能性があ
り、そのために引力が弾性的な復帰力を上回ってしま
い、ダイヤフラムが程度の差こそあれ一定の領域にわた
って恒久的に剛性のある電極に当接し、それによって当
然ながら残りの領域の振動挙動が完全に予測不能とな
り、変換器特性が定義不能になり、したがって使用不能
になるからである。

【００１４】ところで印加される電圧の上昇は、それに
よって感度が向上し、ないしは他の変換器パラメータが
同じであれば出力信号が増幅されるので、変換器特性に
対して非常に有利な影響を与えるため、この点に関して
は印加する電圧を許容可能と思われる限り高く上げ、な
いしは平行な電極の間隔を狭くしようという努力がなさ
れているが、当然ながらこのことは使用者にとって好ま
しい程度よりもはるかに頻繁に、ダイヤフラムの付着と
いう問題が起こることにつながってしまう。

【００１５】このような種類の変換器、特にこのような
種類のエレクトレットマイクロフォンの周波数応答は、
共振器アタッチメントとその縁部面によって非常に大き
な影響を受ける。共振器アタッチメントは両方の電極と
平行に位置しており、一般にダイヤフラムよりはるかに
厚いフィルムでできていて開口部を有しており、それに
よって音の通過を可能にすると同時にこれに影響を与え
る。

【００１６】このような共振器アタッチメントは、変換
器のカプセル（変換器ケーシング）の内部でリングによ
って保持されており、このリングの高さも同じく変換器
特性に影響を与える。

【００１７】カプセル感度を向上させる実験を行ってい
るうちに発見されたところでは、電極が通常どおりほぼ
円形に構成されているとき、ダイヤフラムを円錐状また
は円錐台状に変形させることによって、前記感度を著し
く上げるができる。このような構成は上述した問題を驚
くほど解決する。この場合、剛性のある電極は平坦に、
または湾曲して構成されていてよく、ダイヤフラムは弾
性的、部分可塑的、または可塑的に変形させられていて
よい。

【００１８】本発明はかかる観点に基づいてなされたも
ので、上記した問題の解決を図ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の構成は以下のと
おりである。なお、符号については、実施形態の図面を
参照されたい。

【００２０】第１の発明は、実質的に剛性のある電極
（８）と、ダイヤフラム（７）として構成された柔軟な
電極とが対峙して備えられ、各電極（７，８）の中央領
域ではダイヤフラム（７）と剛性のある電極（８）との
間の間隔が縁部領域よりも小さくなっており、さらに共
振器アタッチメント（４）を備えているコンデンサ原理
に基づく電気音響変換器であって、前記ダイヤフラム
（７）は円錐状または円錐台状に変形していることを特
徴とする。

【００２１】第２の発明は、前記剛性のある電極（８）
がその中央の領域に少なくとも実質的に円柱状の突起
（９）を有しており、ダイヤフラム（７）がこの突起に
当接する。

【００２２】第３の発明は、前記共振器アタッチメント
（４）とダイヤフラム（７）の間にスペーサが配置され
ている。

【００２３】第４の発明は、前記スペーサが、共振器ア
タッチメント（４）に固定されたニップル（３）として
構成されている。

【００２４】第５の発明は、前記ダイヤフラム（７）が
突起（９）に接着により固定されている。

【００２５】第６の発明は、前記ダイヤフラム（７）
は、突起（９）と反対を向いた側に補強プレートないし
補強リングを有している。

【００２６】第７の発明は、共振器アタッチメント
（４）がダイヤフラム側にスペーサとしての役目をする
肉厚部または隆起部を有しており、この部分にダイヤフ
ラム（７）が当接し、接着される。

【００２７】第８の発明は、電荷担体を備えた電極の中
央領域には電荷担体がない。

【００２８】第９の発明は、前記剛性のある電極（８）
の、ダイヤフラム（７）の方を向いている表面が少なく
とも１つのテーパ状の区域を有している。

【００２９】第１０の発明は、前記剛性のある電極
（８）の、ダイヤフラム（７）の方を向いている表面が
少なくとも１つの球面状の区域を有している。

【００３０】第１１の発明は、前記ダイヤフラム（７）
が弾性的に変形している。

【００３１】

【効果】本発明の一つの形態では、剛性のある電極の中
央領域に少なくとも実質的に円形の突起が場合により一
体的に構成されており、この突起に柔軟な電極が当接
し、たとえば接着される。エレクトレットマイクロフォ
ンの場合、この中央領域には電荷担体がないほうが有利
である。

【００３２】本発明の別の形態では、共振アタッチメン
トの中央領域に、ダイヤフラムの方を向いた少なくとも
実質的に円形の突起が、場合により一体的に構成され
る。この場合にも、ダイヤフラムはこの突起に接着され
ていてよく、それによって、ダイヤフラムが剛性のある
電極の方へ引き寄せられてそこで反対の電荷の影響下で
付着しないことを保証する。

【００３３】ダイヤフラム中心部（中央領域）の領域で
電極を接近させるこのような方策により、実際には予想
されていなかったことであるが、剛性のある電極への柔
軟な電極の不都合な付着を起こすことなく、カプセル感
度を明らかに向上させことが可能となる。低音領域の特
性の向上が生じることにより、従来技術に基づく変換器
の場合に比べて変換器の直線性がより低音の領域にまで
達することが実に驚くべき効果として発見されている。

【００３４】有利には、柔軟な電極（ダイヤフラム）が
突起に圧着され、またこれは共振器アタッチメントの中
央に取り付けられもしくは設けられ、共振器アタッチメ
ントの弾性的な変形のもとで柔軟な電極を突起に押圧す
るニップルによって行われる。

【００３５】

【実施の形態】次に、図１を参照しながら本発明につい
て詳しく説明する。

【００３６】本図は本発明による変換器の一実施形態を
示す断面図である。

【００３７】図において、符号１０が付されているコン
デンサ原理に依拠する電気音響変換器は、ケーシング５
を有しており、このケーシング５の内部には、剛性のあ
る電極８と、これと隔離リング６によって間隔をおきな
がら、対向電極としての役目をするコーティングされて
初期応力をかけられたダイヤフラム７とが、リング１に
よって保持されている。

【００３８】ダイヤフラム７の対向前面には、これと概
略平行に、保持リング２によって保持されるとともに、
この実施形態ではケーシング５の縁部を折り曲げること
で、ケーシング５に固定されている共振器アタッチメン
ト４が配置されている。

【００３９】そして本発明によれば、剛性のある電極８
はその中央の領域に実質的に円柱状の突起９を有してお
り、この突起９にダイヤフラム７がニップル３で圧着さ
れている。この圧着力は共振器アタッチメント４の弾性
変形に由来しており、ニップル３は共振器アタッチメン
ト４の中央の開口部に突起を差し込むことによって共振
器アタッチメント４に固定されている。

【００４０】両方の電極の間にある隔離リング６が約６
０μｍの通常の高さであれば、円柱状の突起９に約２０
μｍの高さを与えるのに完全に十分であり、それによっ
てカプセル感度を３ｄＢ（デシベル）だけ向上させるこ
とができ、それにもかかわらず剛性のある電極８にダイ
ヤフラム７が付着することが確実に防止される。

【００４１】電気音響変換器１０がエレクトレット原理
に基づいて作動し、その際に剛性のある電極８が電荷を
担っている場合、円柱状の突起９は有利には荷電しない
まま保たれるが、電荷担体は突起９の直前にまで達す
る。ダイヤフラム７が電荷を担っている場合には、突起
９に当接するダイヤフラム７の領域を荷電させないのが
有利である。

【００４２】図面には剛性のある電極８にも開口部が形
成されているが、これはダイヤフラム７がエアクッショ
ンに対して振動するのを防ぐものであり、それに対して
共振器アタッチメント４にある貫通孔は図示されていな
い。これはそれぞれ従来技術の要素であるから、その詳
細について本明細書でこれ以上説明する必要をみない。

【００４３】材料としては、コンデンサ原理に基づく電
気音響変換器を製造する際に従来技術で用いられるあら
ゆる材料を使用することができ、ニップル３はプラスチ
ック、たとえばＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンス
チレン共重合体）でできていてよい。各電極の接触は本
発明によって影響を受けないので、ここでは説明する必
要はない。

【００４４】模式図に示されている寸法ないし相関関係
は縮尺どおりであると考えてはならないが、ニップル３
が突起９よりも明らかに大きな直径（有利には少なくと
も１０％、格別に有利には少なくとも２０％）を有して
いて、ニップル３の外側縁部が明瞭に面取りされている
と（面取りの半径は有利には１ｍｍ以上）好都合である
ことが判明しており、この面取りは突起９における意義
はとくにない。突起９は（典型的な直径は自由な電極直
径の５から１５％）円筒状または少なくとも略円筒状の
外套面を有しているのがよく、それによってダイヤフラ
ム７が突起９の端面から半径方向外側にわずかに離れる
だけで、剛性のある電極８との間に比較的大きな間隔を
もつことが保証される。

【００４５】本発明は図示した実施例に限定されるもの
ではなく、さまざまに変化させることができる。たとえ
ばダイヤフラム７と共振器アタッチメント４の間のスペ
ーサが別様に構成されていて（たとえばリング状）、接
着等によって別様に固定されていてよい。また、ダイヤ
フラム７は突起９の上に直接接着し、もしくは溶接（超
音波溶接）されていてよい。この場合、ダイヤフラム７
の突起９と反対を向いた側に補強プレートないし補強リ
ングを装着することが可能である。通常、電極８と共振
器アタッチメント４は少なくとも実質的に円形に構成さ
れるが、特殊用途のために円形とは異なる形状も考えら
れる。

【００４６】剛性のある電極８のダイヤフラム７の方を
向いている表面を相応に構成することで、各電極の平行
な配置からの逸脱を強めたり弱めたりして、それによっ
て変換器の特性曲線にさらに影響を与え、その都度の要
求に適合させることが可能である。ダイヤフラム７が少
なくとも部分的に可塑的に変形させられるようにダイヤ
フラム７を変形させることも同じく可能であり、それに
よって同じく変換器の特性曲線に影響を与えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の断面図である。

【符号の説明】

１ リング ２ 保持リング ３ ニップル ４ 共振器アタッチメント ５ ケーシング ７ ダイヤフラム ８ 電極 ９ 突起 １０ 電気音響変換器

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】実質的に剛性のある電極（８）と、ダイヤ
   フラム（７）として構成された柔軟な電極とが対峙して
   備えられ、各電極（７，８）の中央領域ではダイヤフラ
   ム（７）と剛性のある電極（８）との間の間隔が縁部領
   域よりも小さくなっており、さらに共振器アタッチメン
   ト（４）を備えているコンデンサ原理に基づく電気音響
   変換器であって、前記ダイヤフラム（７）は円錐状また
   は円錐台状に変形していることを特徴とする電気音響変
   換器。
2. 【請求項２】前記剛性のある電極（８）がその中央の領
   域に少なくとも実質的に円柱状の突起（９）を有してお
   り、ダイヤフラム（７）がこの突起に当接することを特
   徴とする請求項１記載の変換器。
3. 【請求項３】前記共振器アタッチメント（４）とダイヤ
   フラム（７）の間にスペーサが配置されていることを特
   徴とする請求項１または２記載の変換器。
4. 【請求項４】前記スペーサが、共振器アタッチメント
   （４）に固定されたニップル（３）として構成されてい
   ることを特徴とする請求項３記載の変換器。
5. 【請求項５】前記ダイヤフラム（７）が突起（９）に接
   着により固定されていることを特徴とする請求項１また
   は２記載の変換器。
6. 【請求項６】前記ダイヤフラム（７）は、突起（９）と
   反対を向いた側に補強プレートないし強リングを有して
   いることを特徴とする請求項５記載の変換器。
7. 【請求項７】共振器アタッチメント（４）がダイヤフラ
   ム側にスペーサとしての役目をする肉厚部または隆起部
   を有しており、この部分にダイヤフラム（７）が当接
   し、接着されることを特徴とする請求項１記載の変換
   器。
8. 【請求項８】電荷担体を備えた電極の中央領域には電荷
   担体がないことを特徴とする請求項１から７までのいず
   れか一つに記載の変換器。
9. 【請求項９】前記剛性のある電極（８）の、ダイヤフラ
   ム（７）の方を向いている表面が少なくとも１つのテー
   パ状の区域を有していることを特徴とする請求項１から
   ８までのいずれか一つに記載の変換器。
10. 【請求項１０】前記剛性のある電極（８）の、ダイヤフ
    ラム（７）の方を向いている表面が少なくとも１つの球
    面状の区域を有していることを特徴とする請求項１から
    ９までのいずれか一つに記載の変換器。
11. 【請求項１１】前記ダイヤフラム（７）が弾性的に変形
    していることを特徴とする請求項１から１０までのいず
    れか一つに記載の変換器。