JP2007274363A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】所望の指向特性を実現することのできる静電型スピーカを提供する。
【解決手段】本発明の静電型スピーカは、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、前記振動体は所定の面密度分布を有することを特徴とする。前記振動体の面密度分布の形状は、例えば指向性抑制パターンに基づいて決定することができる。好適な例において、振動体の外縁に近づくほど面密度が増大するように構成される。あるいは、面密度分布の形状は、例えば等面密度線が同心円状である。また、前記振動体は、各々異なる面密度を有する複数の振動部から構成されてもよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、静電型スピーカの構造、特に静電型スピーカに用いられる振動体の構造に関する。

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された導電性のシート状の部材（以下、振動膜という）とから構成される。このようないわゆるプッシュプル型の静電型スピーカにおける発音メカニズムは、典型的には次の通りである。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）。発生した楽音は、音波透過性の良い電極（例えば金属板電極に空けられた穴）を通り抜けてスピーカ外部に放音される。

しかしながら、静電型スピーカを含むいわゆる平面型のスピーカにおいては、その構造上、音波の放射面積が大きくなるため、振動膜にて生成される音波の指向特性をコントロールすることが困難であることが知られている。すなわち、振動膜によって発生する音波は、通常、振動膜の特性や振動状態に対応して、特定方向に出力レベルの極大値（メインローブおよびサイドローブ）が複数現れるような指向特性を持つ。

ここで、例えば主極大方向に伝達される音波(メインローブ)のみを残し、副極大方向に伝達される音波（サイドローブ）を抑制することができれば、鋭い指向性を持つ音波が実現する。このように、所望の指向性を実現させる方法としては、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（非特許文献１を参照）。
特許第３３５３０３１号公報 特許第３２７７４９８号公報 特公平７−０３８７５８号公報 D. B. (Don) KeeleJr.著、"Implementation of Straight-Line and Flat-Panel BeamwidthTransducer (CBT) Loudspeaker Arrays Using Signal Delays" Audio Engineering Society, Convention Paper Presented at the 113th Convention, 2002 October 5/8 L. A., California, USA

しかしながら、静電型スピーカを用いてスピーカアレイを構成すると、電極および振動膜の組を複数用意するか、もしくは一枚の振動膜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にする必要がある。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も必要となる。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、簡易な構成で所望の指向特性を実現することはできなかった。
本発明は、上述した背景に鑑みてなされたものであり、所望の指向特性を実現することのできる静電型スピーカを提供することを目的とする。

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、前記振動体の面密度はその外縁に近づくほど大きくなることを特徴とする。本発明においては、振動体の領域ごとにその面密度を変えることにより、発生する音波の指向性をコントロールすることができるから、入力信号のレベルや位相などを制御するための回路が不要となる。

好ましい態様において、前記振動体は、各々異なる面密度を有する複数の振動部から構成される。好ましい態様において、前記面密度の分布形状はその等面密度線が同心円である。また、前記面密度の分布形状は、前記振動体面上の一の方向については一様であり、当該一の方向と垂直な方向については中心から外縁に向かうに従って増大するように構成してもよい。

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、本発明の第1実施形態係る静電型スピーカ１の大略構造の斜視図である。同図に示すように、静電型スピーカ１は、振動膜１０とこれに対向する２つの平面対向電極２０とから大略構成される。

振動膜１０は、例えば、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例えば厚さ数ミクロン〜数十ミクロン程度の導電性膜であり、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（図示せず）において、所定の張力が振動膜１０にかかった状態で、例えばその四辺が静電型スピーカ１の筐体（図示せず）に固定される。

電極２０は、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て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。このとき、振動膜１０から両電極２０までの距離は等しくなるように配置されることが好ましい。換言すれば、対向する電極間のちょうど中間の位置が振動膜１０ (正確には、信号が入力されていないときの状態である無変位状態における振動膜１０) の固定位置となる。

また、静電型スピーカ１は、図示せぬ電源を備え、互いに反対の極性の電圧をそれぞれの電極２０に印加するとともに、振動膜１０にバイアス電圧を印加することができるようになっている。また、静電型スピーカ１は、外部から音声信号を入力する入力部を備え、この音声信号に応じて印加電圧の反転タイミングを変化させることにより、振動膜１０に音声信号に応じた振動をさせることができるようになっている。振動膜１０の振動によって発生した音波は、電極２０を通り抜けてスピーカ外部に放音される。

なお、図１には、電極２０を２つ用いて振動膜１０に引力と斥力とを同時に作用させる場合について示してあるが、電極２０を１つのみ用いてよい。要は、電極２０を用いて入力音声信号の時間変化に応じて時間変化する電場が形成され、帯電した振動膜１０がこの電場から静電力をうけて変位することができる状態にあればよい。よって、本発明においては、電気伝導度や弾性率といった振動膜１０の物質定数、振動膜１０の固定方法や振動膜１０におよぼす張力の大きさなどの要素について限定されない。

次に、振動膜１０の構造例を図２を用いて説明する。本発明の振動膜１０は、２以上の位置において異なる面密度（すなわち単位表面積あたりの質量）を有することを特徴とする。換言すれば、振動膜１０において、その面密度が非一様となっている。図２には、振動膜１０の形状が正方形であり、振動膜１０にはそれぞれ面密度が異なる領域１０１（計２０箇所）、領域１０２（計１２箇所）および領域１０３（計４箇所）が形成された例を示してある。

このような面密度分布を持った振動膜１０の具体的な形成方法としては、例えば、一枚のフィルム素材１０４の上に、導電性物質を厚さｄ１だけ塗布することにより領域１０１を構成することが挙げられる。同様に、領域１０２については当該導電性物質を厚さｄ２だけ塗布し、領域１０３については当該導電性物質を厚さｄ３だけ塗布する。あるいは、この領域と同じ大きさの、密度が異なる高分子フィルムを３種類用意し、これらをそれぞれ所定の方法で、間隔を空けてまたは空けずに、つなぎ合わせることにより振動膜１０を構成してもよい。あるいは、異なる形状の複数の振動膜を重ね張り合わせることにより、面密度の差（面密度分布）を実現してもよい。具体的には、領域１０２に対応する部分には新たに振動膜を一枚貼り付け、領域１０３に対応する部分には振動膜を３枚貼り付ける、と言った具合である。要は、振動膜１０全体としてみた場合に、非一様な所定の面密度分布が形成されていればよい。例えば、導電性物質を形成するにあたっては、上述した塗布による形成に限らず、蒸着やスパッタリングといった方法を用いてもよい。

ここで、領域１０１、１０２、１０３の面密度をそれぞれＳｄ１、Ｓｄ２、Ｓｄ３とすると、好ましい１つの態様において、Ｓｄ１＞Ｓｄ２＞Ｓｄ３であるように構成される。すなわち、中心から外縁部に行くに従って面密度が大きく（つまり質量が大きく）なるように構成する。この理由は、一般に、面密度が大きい領域では振幅が小さくなるから、音圧も低下する。振動膜１０においてその外側（周縁部）で振幅が小さくなるようにすれば、生成された音波において紙面左右上下方向に発生すると予想されるサイドローブを効率的に抑制することができるからである。

あるいは、予め振動膜１０と同じ材質、大きさ、形状であって、面密度を一様に構成したものを用いて、実際に発生した音波の指向特性の情報を周波数領域ごとに計測し、この指向特性に対して所望の周波数領域で所望の指向特性を実現するために最適な重み付け特性（シェーディング関数）を計算によって求める。そして、この重み付け特性に対応した抑制力が振動膜の各領域に作用するように各領域の面密度を決定し、決定した面密度に従って振動膜に重み分布を形成する。なお、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、二項分布特性、正規分布特性、ドルフチェビシェフ特性といった既知の特性を用いることができる。関数に含まれるパラメータは、振動膜１０の振動特性や所望の周波数特性に基づいて決定すればよい。

なお、本発明に係る振動膜の形状は、図２に示すように示すような正方形に限らず、図３に示すような長方形であってもよい。図３は、面密度の異なる領域１１１、１１２、１１３から構成された振動膜１１を例示したものである。同図においては、面密度分布は振動膜１１の短手方向については一様であり、その長手方向については中心から外縁に向かうに従って面密度が増大する構成となっている。

また、各領域の形状や数は任意である。あるいは、上述したように振動膜の面密度を離散的に変化させるのではなく、面密度を連続的に変化させてもよい。この場合、重み付け特性等に基づいて振動膜の密度分布（密度分布関数）を決定することになる。この場合、好適な態様において、面密度分布は中心が最も面密度が小さく等面密度線は同心円である。ただし、面密度分布の形状はこれに限られない。要は、放音したい音響波の指向特性に対して１つの面密度分布が決定されればよい。

また、面密度分布に応じて形成された振動膜を予め複数用意し、これらをユーザの好みや音響環境等に合わせて適宜取り替えるといったことも可能である。

本発明に係る静電型スピーカ１の大略構造の斜視図である。 振動膜１０の構造を説明するための図である。 振動膜１１の構造を説明するための図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、１０、１１・・・振動膜、２０・・・電極。

Claims (4)

1. 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、
   前記振動体の面密度はその外縁に近づくほど大きくなる
   ことを特徴とする静電型スピーカ。
2. 前記振動体は、各々異なる面密度を有する複数の振動部から構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。
3. 前記面密度の分布形状は、その等面密度線が同心円である
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。
4. 前記面密度の分布形状は、前記振動体面上の一の方向については一様であり、当該一の方向と垂直な方向については中心から外縁に向かうに従って増大する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ。

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