JP2007274362A - Electrostatic speaker - Google Patents

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Takashi Yamakawa
高史 山川
Yasuaki Takano
泰明 高野
Takao Nakatani
隆雄 中谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for controlling directional characteristics, or the like in an electrostatic speaker. <P>SOLUTION: The electrostatic speaker has an electrode 20, and a sheet-like conductive oscillator 10 that is arranged separately opposite to the electrode and is displaced according to a potential difference to the electrode. The space between the oscillator in a non-displaced state and the electrode should differ at least at two positions. The electrostatic speaker allows electrostatic force operating on the oscillator to differ depending on the places of the oscillator by changing the space between the oscillator and the electrode corresponding to the places, thus controlling various kinds of characteristics, such as the directional characteristics and output characteristics of sound generated by the oscillation of the oscillator. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、静電型スピーカの内部構造に関する。   The present invention relates to an internal structure of an electrostatic speaker.

静電型スピーカ(コンデンサスピーカ)といわれるスピーカが知られている。静電型スピーカは、特に、軽量、コンパクトに設計することができるという点において注目されている。静電型スピーカは、典型的には、空隙を隔てて向かい合う2枚の平行平面電極と、電極の間に挿入され両端を固定した導電性のシート状の部材(以下、振動板または振動膜という)とから構成される。音声発生のメカニズムはおおよそ次の通りである。平行平面電極および振動板に所定の電圧を印加すると、生じた電位差によって一方の電極側に引き寄せる力が振動板に働く。振動板は、両端が固定されているがある程度の弾性があるためその中央部分が変位することになり、結果として振動板は撓むことになる。この状態で、電位差を反転させると、振動板には逆方向の力が働き、振動体は逆方向に撓む。こうような電位差の反転を繰り返せば、振動板は振動する。このように、電極に適宜電圧を印加することよって、振動板の振動状態(振動数や振幅など)を変化させることができる。印加電圧値を入力信号に応じて変化させれば、振動板はそれに応じて振動し、結果として振動板から入力信号に対応した音声が発生することになる(特許文献1ないし3等を参照)。   A speaker called an electrostatic speaker (condenser speaker) is known. Electrostatic speakers are particularly attracting attention because they can be designed to be lightweight and compact. An electrostatic speaker typically has two parallel flat electrodes facing each other across a gap, and a conductive sheet-like member (hereinafter referred to as a diaphragm or diaphragm) inserted between the electrodes and fixed at both ends. ). The sound generation mechanism is roughly as follows. When a predetermined voltage is applied to the parallel flat electrode and the diaphragm, a force attracted to one electrode side by the generated potential difference acts on the diaphragm. The diaphragm is fixed at both ends, but has a certain degree of elasticity, so that its central portion is displaced, and as a result, the diaphragm is bent. When the potential difference is reversed in this state, a reverse force acts on the diaphragm, and the vibrating body bends in the reverse direction. If such reversal of the potential difference is repeated, the diaphragm vibrates. As described above, by appropriately applying a voltage to the electrode, the vibration state (frequency, amplitude, etc.) of the diaphragm can be changed. When the applied voltage value is changed according to the input signal, the diaphragm vibrates accordingly, and as a result, sound corresponding to the input signal is generated from the diaphragm (see Patent Documents 1 to 3, etc.). .

しかしながら、平面スピーカは、一般に音響特性の指向性が強いことが知られている。また、指向性は周波数特性を有している。すなわち、特に高周波帯域において、低周波帯域よりも指向性が強いことが知られている。このように周波数帯域により指向性が異なることにより、場所により聞こえる音が均一でなくなるという問題があった。また、振動板の面積が比較的大きいために、サイドローブが現れてしまうことがあった。   However, it is known that a flat speaker generally has a strong directivity of acoustic characteristics. The directivity has frequency characteristics. That is, it is known that the directivity is stronger in the high frequency band than in the low frequency band. As described above, there is a problem that the sound that can be heard depending on the location is not uniform because the directivity differs depending on the frequency band. Moreover, since the area of the diaphragm is relatively large, side lobes may appear.

ここで、所望の指向性を実現させる方法としては、代表的なものとして、スピーカユニットを複数設け、各ユニットに供給する入力信号のレベルや遅延などを制御するというスピーカアレイの技術が知られている。しかし、静電型スピーカを用いてスピーカアレイを構成すると、電極および振動板の組を複数用意するか、もしくは一枚の振動板を分割してその領域ごとに独立して振動状態を制御できるような構成としなければならない。さらに、各スピーカユニットに供給する信号を制御する電気回路が必要となる。これでは、スピーカ全体の構造が複雑になり、製造コストも嵩む。このように、従来の静電型スピーカにおいては、生成される音の特性を制御することが困難であった。
特許第3353031号公報 特許第3277498号公報 特公平7−038758号公報
Here, as a typical method for realizing desired directivity, a speaker array technique is known in which a plurality of speaker units are provided and the level and delay of an input signal supplied to each unit are controlled. Yes. However, when a speaker array is configured using an electrostatic speaker, it is possible to prepare a plurality of pairs of electrodes and diaphragms, or to divide one diaphragm and control the vibration state independently for each region. It is necessary to have a proper configuration. Furthermore, an electric circuit for controlling a signal supplied to each speaker unit is required. This complicates the structure of the entire speaker and increases the manufacturing cost. As described above, in the conventional electrostatic speaker, it is difficult to control the characteristics of the generated sound.
Japanese Patent No. 3353531 Japanese Patent No. 3277498 Japanese Patent Publication No. 7-038758

本発明は、上述した背景に鑑みてなされたものであり、静電型スピーカにおいて発生する音の特性を制御することができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described background, and an object thereof is to provide a technique capable of controlling the characteristics of sound generated in an electrostatic speaker.

本発明に係る静電型スピーカは、電極と、前記電極に対向して離間配置され、前記電極との電位差に応じて変位するシート状の振動体とを有し、無変位状態における前記振動体と前記電極との間隔が2以上の位置において異なることを特徴とすることを特徴とする。
本発明によれば、振動体と電極との間隔を場所に応じて異ならせることにより振動体に働く静電力を振動体の場所によって異ならせることができる。これにより、振動体の振動によって発生する音の指向特性や出力特性といった各種特性を制御することができる。
The electrostatic speaker according to the present invention includes an electrode and a sheet-like vibrating body that is spaced apart from the electrode and is displaced according to a potential difference from the electrode, and the vibrating body in a non-displaced state The distance between the electrode and the electrode is different at two or more positions.
According to the present invention, the electrostatic force acting on the vibrating body can be varied depending on the location of the vibrating body by varying the distance between the vibrating body and the electrode depending on the location. Thereby, various characteristics such as directivity characteristics and output characteristics of sound generated by vibration of the vibrating body can be controlled.

好ましい態様において、前記振動体と前記平面電極との間に介挿された弾性体を更に備える。   In a preferred aspect, the apparatus further includes an elastic body interposed between the vibrating body and the planar electrode.

前記間隔は、前記振動体の振動によって発生する音の指向特性に基づいて決定されてもよい。前記指向特性は、サイドローブを抑制するための重み付け特性に基づいて決定されてもよい。   The interval may be determined based on a directivity characteristic of sound generated by vibration of the vibrating body. The directivity may be determined based on a weighting characteristic for suppressing side lobes.

別の好ましい態様において、前記電極は、前記無変位状態における振動体と平行な面を有する複数の領域から構成される。   In another preferable aspect, the electrode includes a plurality of regions having a plane parallel to the vibrating body in the non-displacement state.

別の好ましい態様において、前記複数の領域の各々に対応する空間領域に介挿された複数の弾性部材から構成された弾性体を更に備え、各弾性部材の弾性率は、前記複数の弾性部材が前記振動体の対応する領域にそれぞれ及ぼす力が等しくなるように決定される。   In another preferable aspect, the apparatus further includes an elastic body configured by a plurality of elastic members inserted in a space region corresponding to each of the plurality of regions, and the elastic modulus of each elastic member is determined by the plurality of elastic members. The forces exerted on the corresponding areas of the vibrator are determined to be equal.

別の好ましい態様において、前記間隔は位置に対して連続的に変化する。   In another preferred embodiment, the spacing varies continuously with respect to position.

以下、本発明の好適な態様について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明の一の態様に係る静電型スピーカ1の主要構造の断面を模式的に示した図である。同図に示すように、静電型スピーカ1は、振動体10と、振動体10と対向し、少なくとも振動体10がその弾性によって撓んでも接触しない程度に離間配置された2枚の対向電極20とから構成される。振動体10は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)、PP(polypropylene、ポリプロピレン)などのフィルムに金属膜を蒸着しあるいは導電塗料を塗布した導電性膜(あるいは板)であり、塩化ビニル、アクリル(メチルメタアクリレート)、ゴム等の絶縁材料により形成された固定手段Tにおいて、所定の張力が振動体10にかかった状態で、例えばその四隅が筐体(図示省略)に固定される。なお、振動体10の固定方法はこれに限られず、振動体10が両対向電極20間において、所定の位置を中心として振動可能に支持されていればよい。ただし、図1に示すように、振動体10は、両対向電極20からの距離が等しい位置(すなわち極板間のちょうど中心)に固定されるのが好ましい。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross section of a main structure of an electrostatic speaker 1 according to one aspect of the present invention. As shown in the figure, the electrostatic loudspeaker 1 includes a vibrating body 10 and two counter electrodes that are opposed to the vibrating body 10 and spaced apart so that at least the vibrating body 10 does not contact even if it is bent due to its elasticity. 20. The vibrating body 10 is a conductive film (or plate) obtained by depositing a metal film on a film such as PET (polyethylene terephthalate) or PP (polypropylene), or applying a conductive paint. In a fixing means T formed of an insulating material such as methyl methacrylate) or rubber, for example, the four corners are fixed to a casing (not shown) in a state where a predetermined tension is applied to the vibrating body 10. Note that the method for fixing the vibrating body 10 is not limited to this, and it is only necessary that the vibrating body 10 is supported between the opposing electrodes 20 so as to be able to vibrate around a predetermined position. However, as shown in FIG. 1, it is preferable that the vibrating body 10 is fixed at a position where the distance from both the counter electrodes 20 is equal (that is, just the center between the electrode plates).

対向電極20は、金属板、金属板に穴を開けたパンチングメタル、スパッタ加工済み不織布、導電性塗料が塗布された不織布などの導電性を備え、且つ音波透過性の高い材料から構成され、静電型スピーカ1の筐体(図示せず)に固定される。また、静電型スピーカ1は、図示せぬ電源と外部から音声信号を入力する入力部とを備え、入力音声信号に応じた電圧を対向電極20および振動体10にそれぞれ印加することができるようになっている。印加電圧によって対向電極20との間に所定の電位差が生成されると、振動体10にはどちらかの電極20の側へ引き寄せられるような静電力が働く。すなわち、振動体10は入力信号に応じて同図の紙面上下方向に変位し(撓み)、その変位方向が逐次変わることによって振動となり、その振動状態(振動数、振幅、位相)に応じた音が振動体10から発生する。なお、以下では、対向電極20をペアで設ける場合(いわゆるプッシュ・プル方式)について説明するが、対向電極20を1つのみ設ける構成も可能である。要は、入力信号に応じた静電力が振動体10に作用する構成であればよい。   The counter electrode 20 is made of a metal plate, a punched metal having a hole in the metal plate, a sputtered nonwoven fabric, a nonwoven fabric coated with a conductive paint, and the like, and is made of a material having high sound wave transmission properties. The electric speaker 1 is fixed to a housing (not shown). In addition, the electrostatic speaker 1 includes a power source (not shown) and an input unit that inputs an audio signal from the outside, so that a voltage corresponding to the input audio signal can be applied to the counter electrode 20 and the vibrating body 10, respectively. It has become. When a predetermined potential difference is generated between the counter electrode 20 and the applied voltage, an electrostatic force that is attracted to one of the electrodes 20 acts on the vibrating body 10. That is, the vibrating body 10 is displaced (bends) in the vertical direction of the paper in the figure according to the input signal, and the vibration is generated by sequentially changing the displacement direction, and the sound corresponding to the vibration state (frequency, amplitude, phase) Is generated from the vibrating body 10. In the following, a case where the counter electrodes 20 are provided in pairs (so-called push-pull method) will be described, but a configuration in which only one counter electrode 20 is provided is also possible. In short, any configuration in which an electrostatic force according to an input signal acts on the vibrating body 10 may be used.

同図に示すように、本発明においては、対向電極20と無変位状態にある振動体10との間隔dがその場所ごとによって異なっている。一例として、領域Iと領域Vにおいてはその間隔はd3、領域IIと領域IVにおいてはその間隔はd2、領域IIIにおいてはその間隔はd1となっている例が示されている。   As shown in the figure, in the present invention, the distance d between the counter electrode 20 and the vibrating body 10 in a non-displaced state varies depending on the location. As an example, an example is shown in which the interval is d3 in the region I and the region V, the interval is d2 in the region II and the region IV, and the interval is d1 in the region III.

静電型スピーカ1を上方(または下方)から見た図を図2に示す。同図から、両対向電極20には振動体10までの距離(従って、もう一方の対向電極20までの距離)が異なる領域が3つ存在していることが判る。   FIG. 2 shows a view of the electrostatic speaker 1 as viewed from above (or below). From this figure, it can be seen that there are three regions in which the distance to the vibrating body 10 (and hence the distance to the other counter electrode 20) is different in both counter electrodes 20.

この間隔dは、振動体10にて発生する音の指向特性などに基づいて任意に決定することができる。これは、振動体10と対向電極20との距離が異なると振動体10において該当する領域に働く静電力が異なるからである。具体的には、振動体10にて発生する音響波の音圧は間隔dの2乗に反比例するから、例えば音圧値を4倍にしたければ、間隔dを1/2にすればよい。このように、間隔dを変えることにより、振動体10から発生する音響波の音圧を制御することができる。   The interval d can be arbitrarily determined based on the directivity characteristics of sound generated by the vibrating body 10. This is because if the distance between the vibrating body 10 and the counter electrode 20 is different, the electrostatic force acting on the corresponding region in the vibrating body 10 is different. Specifically, since the sound pressure of the acoustic wave generated in the vibrating body 10 is inversely proportional to the square of the interval d, for example, if the sound pressure value is to be quadrupled, the interval d may be halved. Thus, by changing the distance d, the sound pressure of the acoustic wave generated from the vibrating body 10 can be controlled.

例えば、平面型スピーカに特徴的な発生した音の指向特性において出現するサイドローブを抑制して鋭い指向特性の音を生成するため、あるいはメインローブを抑制して広い指向性の音を生成するために、予め振動体の各場所にかかる力とそれによる振動状態の変化との関係についてシミュレーションを行うなどして、所望の指向特性を実現するために最適な音圧の重み付け特性を決定しておく。そして、この重み付け特性に対応するように、距離dおよび領域(領域の数や各電極領域の「形状」)を設定する。この重み付け特性としては、実現すべき指向(抑制)特性に応じて、二項分布関数、正規分布関数、ドルフチェビシェフ特性といった既知の重み付け特性を用いることができる。そして、この重み付け特性に所定の離散化処理を施すことによって、領域と各領域における間隔d(換言すれば対向電極20の断面構造)が定めることができる。   For example, to generate a sound with a sharp directional characteristic by suppressing side lobes that appear in the directional characteristic of a generated sound characteristic of a flat speaker, or to generate a sound with a wide directivity by suppressing a main lobe In addition, an optimal sound pressure weighting characteristic is determined in order to realize a desired directivity characteristic by, for example, performing a simulation on the relationship between the force applied to each place of the vibrating body and the change in the vibration state caused by the simulation. . Then, the distance d and the region (the number of regions and the “shape” of each electrode region) are set so as to correspond to this weighting characteristic. As this weighting characteristic, a known weighting characteristic such as a binomial distribution function, a normal distribution function, or a Dorfchebyshev characteristic can be used according to the directivity (suppression) characteristic to be realized. Then, by applying a predetermined discretization process to this weighting characteristic, the distance d between the regions and each region (in other words, the cross-sectional structure of the counter electrode 20) can be determined.

なお、図2においては、領域の形成方向は一次元であったが、これに限らず、例えば図3に示すように、二次元的に領域(同図における領域A、B、C)を形成してもよい。   In FIG. 2, the formation direction of the region is one-dimensional. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 3, two-dimensional regions (regions A, B, and C in FIG. 2) are formed. May be.

図4は、本発明の他の好適な態様に係る静電型スピーカ1の主要構造の断面図である。本態様においては、振動体10と対向電極20の間の空間に弾性体30が挿入されることを特徴とする。弾性体30は、所定の弾性率(例えば厚さ方向に関する線弾性係数(ヤング率)等で表すことができる)を有する不織布、綿、スポンジなど、外部からの力に対して変形することができる材料であって、例えばその表面に接着層を塗布し、この接着層を介して対向電極20に固定される。あるいは、複数のばねを被服材で包んだ構造であってもよい。この態様においては、振動体10が変位(振動)すると、弾性体30は弾性率に応じて変形するとともに、その変位に対して逆方向の力(復元力)が振動体10に作用する。   FIG. 4 is a cross-sectional view of the main structure of the electrostatic speaker 1 according to another preferred embodiment of the present invention. In this aspect, the elastic body 30 is inserted into the space between the vibrating body 10 and the counter electrode 20. The elastic body 30 can be deformed by an external force such as a non-woven fabric, cotton, sponge, or the like having a predetermined elastic modulus (for example, a linear elastic modulus (Young's modulus) in the thickness direction). For example, an adhesive layer is applied to the surface of the material, and the material is fixed to the counter electrode 20 via the adhesive layer. Or the structure which wrapped the some spring with the clothing material may be sufficient. In this aspect, when the vibrating body 10 is displaced (vibrated), the elastic body 30 is deformed according to the elastic modulus, and a force (restoring force) in the opposite direction to the displacement acts on the vibrating body 10.

この弾性率は、例えば所望の周波数特性に基づいて決定することができる。静電型スピーカにおいては、最低共振周波数fと、系の等価スティフネスS(かけられた負荷と変位との比例定数であって単位はMKS系で[N/m];具体的には振動体10に与えられる張力Sに起因したスティフネス)との間には、一般的には、次のような関係が成り立つことが知られている。 This elastic modulus can be determined based on, for example, a desired frequency characteristic. In the electrostatic loudspeaker, the minimum resonance frequency f 0 and the equivalent stiffness S M of the system (the proportional constant between the applied load and the displacement, the unit is MKS system [N / m]; specifically vibration between the stiffness) due to the tension S M given to the body 10, in general, it is known that the following relationship is established.

Figure 2007274362
Figure 2007274362

ここで、Cは両対向電極20および振動体10により形成されるコンデンサの静電容量である。対向電極20と振動体10との間に直流電界および入力信号が加えられない状態(すなわち無変位状態)における対向電極20と振動体10との距離をd、直流電界および入力信号が加えられたときの振動体10の変位量をxとすると、次式が成り立つ。 Here, C 0 is the capacitance of the capacitor formed by the two facing electrodes 20 and the vibrating body 10. The distance between the counter electrode 20 and the vibrating body 10 in a state where no DC electric field and input signal are applied between the counter electrode 20 and the vibrating body 10 (that is, no displacement state) is d, and the DC electric field and input signal are applied. when the displacement amount x 0 of the vibrator 10 when, following equation holds.

Figure 2007274362
Figure 2007274362

また、Eは、対向電極20に印加されるバイアス電圧、すなわち、共通接地から対向電極20の電位である。εは、弾性体30の誘電率である。Sは、振動体10の、対向電極20と対向する面の面積である。MMDは、振動体10の質量である。MMAは、振動体10の片側の空気付加質量(放射質量)である。 E 0 is the bias voltage applied to the counter electrode 20, that is, the potential of the counter electrode 20 from the common ground. ε is the dielectric constant of the elastic body 30. S is the area of the surface of the vibrating body 10 facing the counter electrode 20. M MD is the mass of the vibrating body 10. MMA is an air additional mass (radiation mass) on one side of the vibrating body 10.

数2をSについて解くと、次式のようになる。 Solving the number 2 for the S M, expressed by the following equation.

Figure 2007274362
Figure 2007274362

ここで、SMEはSME=εSE /(d+xであり、コンデンサの負スティフネスを表す。上述のように、Sは系の等価スティフネスであるが、本態様の場合、これは固定手段Tからの振動体10を引っ張る力(張力)と、振動体10の変位(応力)によって弾性体30に機械的歪みが生じた場合においてその変位とは反対の方向に振動体10押し戻す力(復元力)とに起因するものとなる。従って、本態様における系の等価スティフネスSは、次式に示すように、振動体10に働く張力に起因したスティフネスS EBと、弾性体30の復元力に起因したスティフネスS とを加えたものであると考えることができる。 Here, S ME is S ME = εSE 0 2 / (d + x 0 ) 3 and represents the negative stiffness of the capacitor. As described above, the S M is the equivalent stiffness of the system, in the present embodiment, this is the force that pulls the vibrator 10 from the fixed unit T (the tension), the elastic member by the displacement of the vibrating body 10 (stress) When mechanical distortion occurs in 30, this is caused by a force (restoring force) for pushing the vibrating body 10 back in the direction opposite to the displacement. Therefore, the equivalent stiffness S M of the system in this embodiment is obtained by combining the stiffness S M EB caused by the tension acting on the vibrating body 10 and the stiffness S M T caused by the restoring force of the elastic body 30 as shown in the following equation. You can think of it as an addition.

Figure 2007274362
Figure 2007274362

ここで、張力は既知であり、その値は振動状態などに応じて変化しないとする。(数3)および(数4)から次式が得られる。

Figure 2007274362
Here, it is assumed that the tension is known and the value does not change according to the vibration state or the like. From (Equation 3) and (Equation 4), the following equation is obtained.
Figure 2007274362

上式から明らかなように、所望の最低共振周波数fを指定すれば、対応するスティフネスが決定する。スティネスが決まれば、弾性体の形状や厚みを考慮することにより、挿入すべき弾性体30の弾性率を決定することができる。弾性体30の弾性率としては、例えば応力―歪み特性が線形の範囲ではヤング率を、応力―歪み特性が非線形の範囲ではセカント係数を用いることができる。要は、弾性体30を挿入したときに系全体のスティフネスが上記の式を満たすような弾性体30の応力―歪み特性が決定できればよい。 As is apparent from the above equation, if the desired minimum resonance frequency f 0 is specified, the corresponding stiffness is determined. If the stiffness is determined, the elastic modulus of the elastic body 30 to be inserted can be determined by considering the shape and thickness of the elastic body. As the elastic modulus of the elastic body 30, for example, a Young's modulus can be used in a range where the stress-strain characteristic is linear, and a secant coefficient can be used in a range where the stress-strain characteristic is non-linear. In short, it is only necessary to determine the stress-strain characteristics of the elastic body 30 such that the stiffness of the entire system satisfies the above equation when the elastic body 30 is inserted.

なお、振動板10に張力が働かない構成(すなわち張力ゼロ)であってもよい。具体的には、固定手段Tを省略し、振動体10を両側から弾性体30およびによって所定の圧力で押さえつけることによって、振動体10の端部を固定しつつその中央部における変位(振動)を許容する構成であってもよい。この場合、S =S EBとなる。すなわち、振動体10が変位した際の復元力を与えるものとしてのみならず、一定の応力を両対向電極間に作用させる媒体として弾性体30を用いてもよい。 A configuration in which no tension acts on the diaphragm 10 (that is, no tension) may be employed. Specifically, the fixing means T is omitted, and the vibrating body 10 is pressed from both sides by the elastic body 30 and with a predetermined pressure, so that the displacement (vibration) at the center portion is fixed while fixing the end of the vibrating body 10. An acceptable configuration may be used. In this case, S M T = S M EB . In other words, the elastic body 30 may be used as a medium for applying a certain stress between the opposing electrodes as well as providing a restoring force when the vibrating body 10 is displaced.

さらに、弾性体30の弾性率を領域ごとに異ならせてもよい。上述したように、弾性率が異なればその領域の振動体10に係る復元力が異なるため、場所ごとに弾性率が異ならせることによりその振動体10の振動状態を場所ごとに変化させることができる。一例として、図5に示すように、領域ごとに弾性率の異なる弾性部材31、32、33を挿入することによりこれを実現することができる。同図においては、領域IおよびVには弾性部材31を、領域IIおよびIVには弾性部材32を、領域IIIには弾性部材33をそれぞれ挿入した例が示されている。   Furthermore, you may vary the elasticity modulus of the elastic body 30 for every area | region. As described above, if the elastic modulus is different, the restoring force related to the vibrating body 10 in the region is different. Therefore, the vibration state of the vibrating body 10 can be changed for each place by changing the elastic modulus for each place. . As an example, as shown in FIG. 5, this can be realized by inserting elastic members 31, 32 and 33 having different elastic moduli for each region. In the figure, an example is shown in which an elastic member 31 is inserted into regions I and V, an elastic member 32 is inserted into regions II and IV, and an elastic member 33 is inserted into region III.

この場合、各領域に対応する弾性部材の弾性率は、例えば、この静電型スピーカ1で実現すべき周波数特性に基づいて決定することができる。一例としては、間隔dおよび弾性率を各領域におけるfが全て等しくなるように決定することができる。あるいは、出力される音響波の特性を考慮して弾性率(および各領域に係る間隔d)を決定してもよい。 In this case, the elastic modulus of the elastic member corresponding to each region can be determined based on, for example, frequency characteristics to be realized by the electrostatic speaker 1. As an example, the distance d and the elastic modulus can be determined so that all f 0 in each region are equal. Or you may determine the elasticity modulus (and space | interval d which concerns on each area | region) in consideration of the characteristic of the acoustic wave output.

以下、弾性体30を使用する場合における静電型スピーカの構造を設計する方法(具体的には、挿入すべき弾性体の弾性率および振動膜10と電極20の間隔dを決定する方法)について、図6を用いて説明する。この方法は、一般的なコンピュータ装置にソフトウェア的またはハードウェア的に実装することが可能である。ここでは、ユーザからの指示等を受け付けるとともに演算結果を出力する入出力装置、記憶装置および各種プロセッサによって構成される一般的なコンピュータ装置を用いて、本発明に係る設計方法を実行する場合を例にとって説明する。   Hereinafter, a method for designing the structure of an electrostatic speaker when the elastic body 30 is used (specifically, a method for determining the elastic modulus of the elastic body to be inserted and the distance d between the vibrating membrane 10 and the electrode 20). This will be described with reference to FIG. This method can be implemented in a general computer apparatus in software or hardware. Here, an example in which the design method according to the present invention is executed using a general computer device configured by an input / output device, a storage device, and various processors that receive an instruction from the user and output a calculation result is shown. I will explain to you.

まず、振動体10上に仮想的な領域を設定する(ステップS10)。領域の形状、大きさ、数は任意であるが、例えばユーザによって指定されてもよい。指向特性などの音響特性を高精度で実現したい場合は、領域の数を大きく設定すればよいし、電極の製造・加工コストを優先する場合は、領域の数を少なくして加工工程の数を少なくするのがよい。次に、各領域について、振動体10に働く張力に起因したスティフネスS EBと、弾性体30の復元力に起因したスティフネスS とを決定する(ステップS20)。ここで、スティフネスS EBとS はユーザによって指定されるものであってもよいし、予め決められた値であってもよい。次に、電極20上の各領域に対応する振動体10に作用させるべき静電力、すなわち各領域の誘電率を決定する(ステップS30)。具体的には、例えば次のような方法で決定する。振動体10にて発生する音響波の音圧レベルは系の誘電率に依存する。そこで、音圧レベルの値とその音圧の音響波を発せさせるために必要な誘電率との値を予め所定の方法で計算して対応付けて記憶装置に記憶しておく。ユーザが所望する音圧レベルの値を入力すると、プロセッサはこの音圧レベルの値に対応した誘電率の値を決定する。続いて、算出した弾性率および誘電率を勘案して弾性部材を決定する(ステップS40)。具体的には、複数の弾性部材の弾性率(弾性特性)と誘電率(誘電特性)とを記憶したデータベースを構築しておき、プロセッサはデータベースを検索し、算出した弾性率と誘電率に最も適合する物性を有する弾性部材を所定のマッチングアルゴリズムを用いて決定することができる。最後に、振動体10と電極20との間隔dを決定する(ステップS50)。具体的には、ユーザが所望の指向特性(例えば音響波のメインローブの音圧とサイドローブの音圧との非等の情報)を入力し、プロセッサはこの指向特性情報に基づいて重み付け特性を決定し、この重み付け特性に対応するように、各領域に係る間隔d(換言すれば、電極20の配置位置とその断面形状)決定する。 First, a virtual region is set on the vibrating body 10 (step S10). The shape, size, and number of regions are arbitrary, but may be specified by the user, for example. If you want to achieve acoustic characteristics such as directivity with high accuracy, you can set a large number of areas.If you want to prioritize electrode manufacturing and processing costs, reduce the number of areas and reduce the number of processing steps. It is good to reduce it. Next, for each region, the stiffness S M EB due to the tension acting on the vibrating body 10 and the stiffness S M T due to the restoring force of the elastic body 30 are determined (step S20). Here, the stiffnesses S M EB and S M T may be specified by the user or may be predetermined values. Next, the electrostatic force to be applied to the vibrating body 10 corresponding to each region on the electrode 20, that is, the dielectric constant of each region is determined (step S30). Specifically, for example, it is determined by the following method. The sound pressure level of the acoustic wave generated in the vibrating body 10 depends on the dielectric constant of the system. In view of this, the value of the sound pressure level and the value of the dielectric constant necessary for generating an acoustic wave of the sound pressure are calculated in advance by a predetermined method and stored in the storage device in association with each other. When the user inputs a desired sound pressure level value, the processor determines a dielectric constant value corresponding to the sound pressure level value. Subsequently, an elastic member is determined in consideration of the calculated elastic modulus and dielectric constant (step S40). Specifically, a database that stores the elastic modulus (elastic characteristics) and dielectric constant (dielectric characteristics) of a plurality of elastic members is constructed, and the processor searches the database and finds the most suitable elastic modulus and dielectric constant. An elastic member having suitable physical properties can be determined using a predetermined matching algorithm. Finally, the distance d between the vibrating body 10 and the electrode 20 is determined (step S50). Specifically, the user inputs a desired directional characteristic (for example, inequality information of the sound pressure of the main lobe and the side lobe of the acoustic wave), and the processor calculates the weighting characteristic based on the directional characteristic information. The distance d (in other words, the arrangement position of the electrode 20 and the cross-sectional shape thereof) is determined so as to correspond to this weighting characteristic.

上述した各態様においては、振動体と対向電極との間隔dを離散的に変化させたが、このように隣り合う領域間で間隔dのとびがないように、間隔dを連続的に変化させてもよい。図7に、このように構成した静電型スピーカ1Aを示す。この場合における間隔d(換言すれば対向電極20の断面形状)を決定する方法は、上述したように、指向特性、出力特性の少なくともいずれか1つに基づいて決定することができる。
例えば、指向性制御について考えると、既存のアレイスピーカ技術を用いれば、スピーカユニットとして平面型スピーカを使用する場合であっても指向性を制御することは可能であるが、各スピーカユニットは有限の大きさを持っていて、現実的には連結できるスピーカユニットの数にも事実上制限があるため、高い精度で指向性を制御することは実際には困難である。これに対し、本願のように連続的に間隔dを変化させれば、振動板の任意の位置に作用する力を制御することができるため、既存のアレイ技術では困難な高い精度の指向性制御を1つのスピーカユニット(すなわち1つの振動体および電極)で行うことが可能である。
In each aspect described above, the distance d between the vibrating body and the counter electrode is discretely changed, but the distance d is continuously changed so that there is no gap between the adjacent areas. May be. FIG. 7 shows an electrostatic speaker 1A configured as described above. In this case, the method of determining the distance d (in other words, the cross-sectional shape of the counter electrode 20) can be determined based on at least one of directivity and output characteristics as described above.
For example, with regard to directivity control, if the existing array speaker technology is used, it is possible to control directivity even when a planar speaker is used as the speaker unit. In practice, it is difficult to control the directivity with high accuracy because the number of speaker units having a size is practically limited. On the other hand, if the distance d is continuously changed as in the present application, the force acting on an arbitrary position of the diaphragm can be controlled. Therefore, high-precision directivity control that is difficult with existing array technology is possible. Can be performed by one speaker unit (ie, one vibrating body and electrode).

さらに、図8に示す静電型スピーカ1Bのように、対向電極の曲面の形状に合うように弾性体30の形状を加工し、これを上述したように対向電極20と振動体10と間に挿入してもよい。この場合、例えば弾性体30の弾性率を場所に応じて離散的または連続的に変化させてもよい。連続的に変化させるには、例えばヒータ等を用いて弾性体30内部温度に所定の連続した分布を持たせるようにすればよい。一般に、弾性率は温度の関数となっているためである。   Further, like the electrostatic speaker 1B shown in FIG. 8, the shape of the elastic body 30 is processed so as to match the curved surface shape of the counter electrode, and this is formed between the counter electrode 20 and the vibrating body 10 as described above. It may be inserted. In this case, for example, the elastic modulus of the elastic body 30 may be changed discretely or continuously depending on the location. In order to change it continuously, for example, a predetermined continuous distribution may be given to the temperature inside the elastic body 30 using a heater or the like. This is because the elastic modulus is generally a function of temperature.

あるいは、図9に示す静電型スピーカ1Cのように、張力をかけた状態ではなく、曲げ応力をかけた状態で振動体10を固定してもよい。すなわち、撓んだ状態が無変位状態であり、この状態を基準に振動体10を振動させる。この際、間隔dを連続的に変化させる点は図7に示した態様と同様である。この場合、音波の伝達方向に対して振動体10を恒常的に凹状にすることにより、更に鋭い指向特性を実現することが可能である。   Or you may fix the vibrating body 10 in the state which applied the bending stress instead of the state which applied tension like the electrostatic speaker 1C shown in FIG. That is, the bent state is a non-displaced state, and the vibrating body 10 is vibrated based on this state. At this time, the point that the interval d is continuously changed is the same as the embodiment shown in FIG. In this case, it is possible to realize sharper directivity characteristics by making the vibrating body 10 constantly concave with respect to the sound wave transmission direction.

本発明の一の態様に係る静電型スピーカの構造の断面図である。It is sectional drawing of the structure of the electrostatic speaker which concerns on 1 aspect of this invention. 同静電型スピーカを上方から見た図である。It is the figure which looked at the same electrostatic speaker from the upper part. 本発明の他の態様に係る静電型スピーカの構造の上方または下方から見た図である。It is the figure seen from the upper direction or the downward direction of the structure of the electrostatic speaker which concerns on the other aspect of this invention. 本発明の他の態様に係る静電型スピーカの構造の断面図である。It is sectional drawing of the structure of the electrostatic speaker which concerns on the other aspect of this invention. 本発明の更に他の態様に係る静電型スピーカの構造の断面図である。It is sectional drawing of the structure of the electrostatic speaker which concerns on the further another aspect of this invention. 同静電型スピーカの構造を設計する方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of designing the structure of the same electrostatic speaker. 本発明の更に他の態様に係る静電型スピーカの構造の断面図である。It is sectional drawing of the structure of the electrostatic speaker which concerns on the further another aspect of this invention. 本発明の更に他の態様に係る静電型スピーカの構造の断面図である。It is sectional drawing of the structure of the electrostatic speaker which concerns on the further another aspect of this invention. 本発明の更に他の態様に係る静電型スピーカの構造の断面図である。It is sectional drawing of the structure of the electrostatic speaker which concerns on the further another aspect of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1A、1B、1C・・・静電型スピーカ、10・・・振動体、20・・・電極、30、31、32、33・・・弾性体、T・・・固定手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C ... Electrostatic speaker, 10 ... Vibrating body, 20 ... Electrode, 30, 31, 32, 33 ... Elastic body, T ... Fixing means.

Claims (7)

電極と、
前記電極に対向して離間配置され、前記電極との電位差に応じて変位するシート状の振動体と
を有し、
無変位状態における前記振動体と前記電極との間隔が2以上の位置において異なる
ことを特徴とする静電型スピーカ。
Electrodes,
A sheet-like vibrating body that is spaced apart from the electrode and is displaced according to a potential difference with the electrode;
The electrostatic loudspeaker characterized in that an interval between the vibrating body and the electrode in a non-displaced state is different at two or more positions.
前記振動体と前記電極との間に介挿された弾性体を更に備える
ことを特徴とする請求項1に記載の静電型スピーカ。
The electrostatic speaker according to claim 1, further comprising an elastic body interposed between the vibrating body and the electrode.
前記間隔は、前記振動体の振動によって発生する音の指向特性に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の静電型スピーカ。
The electrostatic speaker according to claim 1, wherein the interval is determined based on a directivity characteristic of sound generated by vibration of the vibrating body.
前記指向特性は、サイドローブを抑制するための重み付け特性に基づいて決定される
ことを特徴とする請求項3に記載の静電型スピーカ。
The electrostatic loudspeaker according to claim 3, wherein the directivity is determined based on a weighting characteristic for suppressing side lobes.
前記電極は、前記無変位状態における振動体と平行な面を有する複数の領域から構成される
ことを特徴とする請求項1に記載の静電型スピーカ
The electrostatic speaker according to claim 1, wherein the electrode includes a plurality of regions having surfaces parallel to the vibrating body in the non-displacement state.
前記複数の領域の各々に対応する空間領域に介挿された複数の弾性部材から構成された弾性体を更に備え、
各弾性部材の弾性率は、前記複数の弾性部材が前記振動体の対応する領域にそれぞれ及ぼす力が等しくなるように決定される
ことを特徴とする請求項5に記載の静電型スピーカ。
An elastic body composed of a plurality of elastic members inserted in a space region corresponding to each of the plurality of regions;
The electrostatic speaker according to claim 5, wherein the elastic modulus of each elastic member is determined so that the forces exerted by the plurality of elastic members on the corresponding regions of the vibrating body are equal to each other.
前記間隔は位置に対して連続的に変化する
ことを特徴とする請求項1に記載の静電型スピーカ。
The electrostatic speaker according to claim 1, wherein the interval continuously changes with respect to a position.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013051665A (en) * 2011-08-01 2013-03-14 Yamaha Corp Electro acoustic transducer and cover for electro acoustic transducer
JP2013059019A (en) * 2011-08-16 2013-03-28 Yamaha Corp Electrostatic type electro-acoustic transducer
JP2013152111A (en) * 2012-01-24 2013-08-08 Mitsubishi Electric Corp Acceleration sensor

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