JP2008228016A - Capacitor headphone - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動板とこれに対向する固定電極との間のコンデンサー容量を音声信号に応じて変化させることにより、振動板を振動させて音声を生成するコンデンサーヘッドホンに関するもので、電気音響変換器として、コンデンサー構造を用いるとともに、これに超磁歪素子と圧電素子を付加していることを特徴とするものである。 The present invention relates to a condenser headphone that generates sound by vibrating a diaphragm by changing a capacitor capacity between the diaphragm and a fixed electrode facing the diaphragm according to an audio signal. As described above, a capacitor structure is used, and a giant magnetostrictive element and a piezoelectric element are added thereto.
コンデンサーヘッドホンは、相対向する振動板と固定電極との間に、実効値100V程度の高い電圧の音声信号を印加して駆動するようになっている。通常の音声信号は比較的低い電圧の信号であるため、音声信号レベルを実効値100V程度の高い電圧にまで昇圧する必要があり、一般的には昇圧トランスを用いて音声信号を昇圧するようになっている。通常の音声信号の電圧を実効値100V程度の高い電圧にまで昇圧するには、変成比率を例えば1:70というように大きくする必要がある。音声信号の周波数は20Hz〜20kHz程度であり、かかる周波数帯域の音声信号を上記のように大きな変成比率の昇圧トランスを用いて昇圧すると、周波数応答が劣化する難点がある。また、変成比率の大きいトランスは大きくかつ重くなるので、ヘッドホンの小型化、軽量化を阻害する要因となる。 The condenser headphone is driven by applying a high-voltage audio signal having an effective value of about 100 V between the diaphragm and the fixed electrode facing each other. Since a normal audio signal is a signal having a relatively low voltage, it is necessary to boost the audio signal level to a high voltage of about 100V effective value. Generally, the audio signal is boosted using a step-up transformer. It has become. In order to boost the voltage of a normal audio signal to a high voltage having an effective value of about 100 V, it is necessary to increase the transformation ratio, for example, 1:70. The frequency of the audio signal is about 20 Hz to 20 kHz. When the audio signal in such a frequency band is boosted using the step-up transformer having a large transformation ratio as described above, there is a problem that the frequency response is deteriorated. Moreover, since a transformer with a large transformation ratio is large and heavy, it becomes a factor that hinders downsizing and weight reduction of headphones.
本発明は、上記のような従来のコンデンサーヘッドホンの問題点を、超磁歪素子と圧電素子を付加することによって解決するものである。圧電素子を電気音響変換素子として用いたものに、クリスタルタイプのイヤホンやレコード再生のためのピックアップがあるが、近年では、かかるクリスタルタイプの電気音響変換気はほとんど用いられなくなっている。近年では、超磁歪素子の磁歪現象を利用して電気音響変換するスピーカないしは音響装置が提案されている。以下、超磁歪素子を用いたスピーカないしは音響装置の先行技術について説明する。 The present invention solves the problems of the conventional condenser headphones as described above by adding a giant magnetostrictive element and a piezoelectric element. There are crystal type earphones and pickups for reproducing records in which piezoelectric elements are used as electroacoustic transducers, but in recent years, such crystal type electroacoustic transducers are hardly used. In recent years, a speaker or an acoustic device that performs electroacoustic conversion using the magnetostriction phenomenon of a giant magnetostrictive element has been proposed. Hereinafter, the prior art of a speaker or an acoustic apparatus using a giant magnetostrictive element will be described.
特許文献1では、有底有蓋筒状で磁気経路を構成するヨークと、ヨークの蓋部に一端が固定され、他端が自由端に構成され、ヨークの筒状方向に配置され、磁界の変動に応じた変位を発生させる超磁歪素子と、ヨーク内で超磁歪素子周囲に配置され外部から供給される信号に応じた磁界を発生させるコイルと、一端が超磁歪素子の自由端に接すると共に、ヨークの底部の中心穴を貫通した他端が、超磁歪素子の変位を外部物体に伝達するように配置され、中間部に鍔部を有する振動ロッドと、振動ロッドに設けられた鍔部とヨークの底部とに挟まれて配置されるゴム弾性体と、自立するように振動ロッドの他端が外部物体上に載置された状態で、ヨークを介して超磁歪素子に荷重をかけ、この質量によって超磁歪素子の変位を外部物体に有効に伝達させるボディ部と、を備えた超磁歪スピーカが提案されている。 In Patent Document 1, a yoke having a bottomed and covered cylinder and constituting a magnetic path, one end is fixed to the lid of the yoke, the other end is formed as a free end, arranged in the cylindrical direction of the yoke, and changes in the magnetic field A magnetostrictive element that generates a displacement corresponding to the coil, a coil that is arranged around the supermagnetostrictive element in the yoke and generates a magnetic field according to a signal supplied from the outside, and one end is in contact with the free end of the giant magnetostrictive element, The other end that penetrates the central hole at the bottom of the yoke is arranged so as to transmit the displacement of the giant magnetostrictive element to an external object, and a vibration rod having a flange in the middle, and the flange and yoke provided on the vibration rod This mass is applied to the giant magnetostrictive element via the yoke with the rubber elastic body sandwiched between the bottom and the other end of the vibrating rod placed on an external object so as to be self-supporting. Makes effective displacement of giant magnetostrictive element to external object Supermagnetostriction speaker and a body portion for transmitting has been proposed.
特許文献2では、厚さ方向に振動可能な略板状体の床又は道路の下方に配設された振動装置を有してなり、この振動装置によって床又は道路を振動させることで床面又は道路面から発音可能なスピーカであって、振動装置として、磁歪部材を備え、かつ、一端が質量部材に固定された略棒状体の磁歪ロッドと、磁歪ロッドの周囲に配設されたコイルと、を有してなるスピーカが提案されている。 In patent document 2, it has the vibration apparatus arrange | positioned under the floor or road of the substantially plate-shaped body which can vibrate in the thickness direction, and a floor or road is vibrated by vibrating a floor or a road with this vibration apparatus. A speaker capable of sound generation from a road surface, comprising a magnetostrictive member having a magnetostrictive member as a vibration device and one end fixed to a mass member, and a coil disposed around the magnetostrictive rod, There has been proposed a speaker comprising
特許文献3では、磁歪素子と、磁歪素子の伸縮方向に磁界を発生する磁界発生コイルと、磁歪素子の両端を移動自在に支持する支持部材と、磁歪素子の両端に異なる極性の直流磁界を付与する磁気回路と、磁歪素子の一端に固定された振動板と、を備えた広帯域の再生が可能な磁歪形スピーカ装置が提案されている。
In
特許文献1ないし3に記載されているスピーカは、超磁歪素子の磁歪効果を直接電気音響変換に利用したものであって、本願発明のように、コンデンサーヘッドホンに超磁歪素子を用いるものではなく、また、超磁歪素子と圧電素子を併せて用いるものでもない。 The speakers described in Patent Documents 1 to 3 use the magnetostriction effect of the super magnetostrictive element for direct electroacoustic conversion, and do not use the super magnetostrictive element for the condenser headphones as in the present invention. Further, the magnetostrictive element and the piezoelectric element are not used together.
本発明は、電気音響変換部にコンデンサー構造とともに超磁歪素子と圧電素子を併用することにより、前述のような従来のコンデンサーヘッドホンの問題点を解消し、昇圧トランスを用いることなく高電圧の音声信号を得ることができるようにして、小型化、軽量化を図ることができるコンデンサーヘッドホンを提供することを目的とする。 The present invention eliminates the problems of the conventional condenser headphones as described above by using a super magnetostrictive element and a piezoelectric element together with a capacitor structure in the electroacoustic conversion unit, and a high-voltage audio signal without using a step-up transformer. It is an object to provide a condenser headphone that can be reduced in size and weight.
本発明は、振動板とこれに対向する固定電極との間のコンデンサー容量を音声信号に応じて変化させることにより振動板を振動させて音声を生成するコンデンサー型電気音響変換ユニットを備えたコンデンサーヘッドホンであって、音声信号を入力するコイルが巻かれた超磁歪素子と、上記超磁歪素子の一端に接合された圧電素子と、を備え、音声信号に対応して上記圧電素子で生成される信号電圧を上記振動板と固定電極との間に印加することを最も主要な特徴とする。 The present invention relates to a condenser headphone including a capacitor-type electroacoustic conversion unit that generates sound by vibrating a diaphragm by changing a capacitor capacity between the diaphragm and a fixed electrode facing the diaphragm according to an audio signal. A signal generated by the piezoelectric element corresponding to the audio signal, comprising: a giant magnetostrictive element wound with a coil for inputting an audio signal; and a piezoelectric element joined to one end of the giant magnetostrictive element. The most important feature is that a voltage is applied between the diaphragm and the fixed electrode.
コイルに音声信号を入力すると、コイル内に音声信号の対応した磁界が発生し、この磁界に対応して超磁歪素子に機械的な応力が発生する。この機械的な応力が圧電素子に伝わり、圧電素子の両端に上記音声信号に対応した高電圧の信号が発生する。この高電圧の音声信号がコンデンサー型電気音響変換ユニットを構成する振動板と固定電極に印加され、振動板が音声信号に対応して振動し、音声に変換されて出力される。
コイルに入力される音声信号は低電圧の信号で、この信号は超磁歪素子によって機械応力に変換され、この機械応力は圧電素子によって高電圧の音声信号に変換され、コンデンサー型電気音響変換ユニットに入力されてコンデンサー電気音響変換ユニットが駆動されることになる。
よって、従来のコンデンサーヘッドホンのように、変成比率の高い昇圧トランスを用いる必要がなく、小型で軽量のコンデンサーヘッドホンを得ることができる。
When an audio signal is input to the coil, a magnetic field corresponding to the audio signal is generated in the coil, and mechanical stress is generated in the giant magnetostrictive element corresponding to the magnetic field. This mechanical stress is transmitted to the piezoelectric element, and high voltage signals corresponding to the audio signal are generated at both ends of the piezoelectric element. This high-voltage audio signal is applied to the diaphragm and fixed electrode constituting the capacitor-type electroacoustic conversion unit, and the diaphragm vibrates in response to the audio signal, and is converted into sound and output.
The audio signal input to the coil is a low-voltage signal, which is converted into mechanical stress by the giant magnetostrictive element, and this mechanical stress is converted into a high-voltage audio signal by the piezoelectric element, which is then sent to the condenser-type electroacoustic conversion unit. The condenser electroacoustic conversion unit is input and driven.
Therefore, it is not necessary to use a step-up transformer with a high transformation ratio unlike conventional condenser headphones, and a small and lightweight condenser headphone can be obtained.
以下、本発明にかかるコンデンサーヘッドホンの実施例について図面を参照しながら説明する。
図1において、符号1は、長方形の枠型に形成されたフレームを示している。フレーム1は金属などの剛体で製作されている。フレーム1の内部には、超磁歪素子2と圧電素子4がそれぞれの長さ方向に接合されてフレーム1の長辺方向に配置され、直列的に接合された超磁歪素子2と圧電素子4がフレーム1で挟持されている。超磁歪素子2と圧電素子4は同径の円柱状になっていて、超磁歪素子2と圧電素子4とが連続した円柱状になっている。超磁歪素子2には、これをコアとしてコイル3が適宜の回数巻かれている。コイル3はボビンに巻き、ボビンの中心孔に超磁歪素子2を挿入してもよい。コイル3には、信号源5が接続され、信号源5から音声信号が入力されるようになっている。コイル3に入力される音声信号の電圧レベルは、市販されているヘッドホンに入力される電圧レベルと同等の低電圧の信号レベルである。
Embodiments of a condenser headphone according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
In FIG. 1, the code | symbol 1 has shown the frame formed in the rectangular frame shape. The frame 1 is made of a rigid body such as metal. Inside the frame 1, the giant magnetostrictive element 2 and the
コイル3に音声信号が入力されると、コイル2内に音声信号に対応した磁界が発生し、超磁歪素子2はその磁歪作用によって磁界に対応して伸縮する。この外部磁界による超磁歪素子2の寸法変化をジュール効果という。超磁歪素子2は圧電素子4とともに直列的に接合されてフレーム1で挟持されているため、寸法変化が制限され、超磁歪素子2の内部に機械的な応力を生じる。この応力が圧電素子4に伝達され、圧電素子4の両端に上記応力に応じた、したがって音声信号に対応した高電圧の信号を発生する。この圧電素子4で発生する高電圧の音声信号を、コンデンサー型電気音響変換ユニットに入力することによって、コンデンサー型電気音響変換ユニットを駆動することができる。図1に示す実施例は、圧電素子4で生成される高電圧の音声信号を単にコンデンサー型電気音響変換ユニットに入力するのではなく、より効率的にコンデンサー型電気音響変換ユニットを駆動できるように、コンデンサー型電気音響変換ユニットの構造および圧電素子4の構造、さらに電気的接続に工夫が施されている。これを具体的に説明する。
When an audio signal is input to the
コンデンサー型電気音響変換ユニットは、コンデンサーマイクロホンに見られるように、音声にしたがって振動する薄膜からなる振動板と、この振動板に対し所定の隙間をおいて対向配置された固定電極を主体としてなる。振動板と固定電極とでコンデンサーを構成し、振動板と固定電極との間に印加する電圧を変化させると、電圧の変化にしたがって振動板が振動し、音声が生成される。
図1に示す実施例では、コンデンサー型電気音響変換ユニットの構成が、1枚の振動板6と、この振動板6を挟んで両側に配置された一対の固定電極7,8を有してなる。振動板6は円形になっていて、その周縁部が振動板支持体9によって支持されている。図1では振動板6と固定電極7,8が縦断面で示されている。一対の固定電極7,8は振動板6に対して所定の間隙をおいて配置されている。振動板6と固定電極7,8は、上記のような相対位置関係を保つように、図示されないユニットケースに内蔵されている。
The condenser type electroacoustic conversion unit mainly includes a diaphragm made of a thin film that vibrates in accordance with sound and a fixed electrode that is disposed to face the diaphragm with a predetermined gap as seen in a condenser microphone. When a capacitor is constituted by the diaphragm and the fixed electrode, and the voltage applied between the diaphragm and the fixed electrode is changed, the diaphragm vibrates in accordance with the change in voltage, and sound is generated.
In the embodiment shown in FIG. 1, the configuration of the capacitor-type electroacoustic conversion unit includes one diaphragm 6 and a pair of fixed electrodes 7 and 8 disposed on both sides of the diaphragm 6. . The diaphragm 6 has a circular shape, and its peripheral edge is supported by a diaphragm support 9. In FIG. 1, the diaphragm 6 and the fixed electrodes 7 and 8 are shown in a longitudinal section. The pair of fixed electrodes 7 and 8 are arranged with a predetermined gap with respect to the diaphragm 6. The diaphragm 6 and the fixed electrodes 7 and 8 are incorporated in a unit case (not shown) so as to maintain the relative positional relationship as described above.
前記圧電素子4は、複数の圧電素子が積層されることによって、電気的には直列に接続された構成になっていて、積層された圧電素子4の両端から信号が出力されるように、積層された圧電素子4の両端に出力端子が設けられている。したがって、両端の出力端子からは個々の圧電素子の出力電圧が加算されて出力される。そして、図1に示す実施例では、積層された圧電素子の中央に中間端子が設けられている。また、図1に示す実施例では、積層された圧電素子の中央から一端側の圧電素子も複数の圧電素子が積層されることによって圧電素子群41が形成され、積層された圧電素子の中央から他端側の圧電素子も複数の圧電素子が積層されることによって圧電素子群42が形成されている。
The
一方の圧電素子群41の出力端子はリード線11によって固定電極7に電気的に接続され、他方の圧電素子群42の出力端子はリード線12によって固定電極7に電気的に接続されている。この例では、リード線11側が−極、リード線12側が+極になっている。圧電素子4の上記中間端子はリード線13を介して振動板6に電気的に接続されている。図1に示す例では、リード線13の途中に、振動板6に成極電圧を印加するための電源として、電池14が接続されている。電源電池14は、振動板6にプラスの電圧を印加するように接続されている。ただし、コンデンサー型電気音響変換ユニットがエレクトレット型の場合、成極電圧を印加する必要がないから、電池14を接続することなく、リード線13を直接振動板6に接続する。
The output terminal of one
信号源5から音声信号をコイル3に入力すると、コイル3に音声信号に対応した磁界が生成される。超磁歪素子2は、ジュール効果によって磁界の変化に対応して寸法を変化させようとするが、圧電素子4とともにフレーム1内に挟持されているため、寸法変化が規制され、超磁歪素子2内に機械的な応力が生じる。この機械的応力は圧電素子4に伝達され、圧電素子4の両端には、結果的に上記音声信号に対応した高電圧の信号が生成される。この高電圧の信号を、コンデンサー型電気音響変換ユニットを構成する振動板と固定電極との間に印加することにより、上記振動板を上記音声信号に対応して振動させ、振動板から音波を放射することができる。
When an audio signal is input from the signal source 5 to the
図1に示す実施例では、圧電素子4は複数個積層することにより、圧電素子4としての出力電圧を直列的に加えた電圧として出力することができ、高電圧の出力を得るのが容易な構造になっている。また、圧電素子4を、二つの圧電素子群41,42に分け、これら圧電素子群の中間に中間端子を設けてこれを振動板6に接続している。そして、コンデンサー型電気音響変換ユニットは、上記振動板6と、この振動板6を挟んで対向配置した2個一対の固定電極7,8とで構成し、圧電素子群41の一端の端子を固定電極7に、圧電素子群42の他端の端子を固定電極8に接続している。したがって、超磁歪素子2と圧電素子4からなる昇圧手段により音声信号が高電圧に昇圧されて一対の固定電極7,8に印加され、振動板6は、固定電極7とで構成されるコンデンサー構造と、固定電極8とで構成されるコンデンサー構造の双方で駆動される。こうして、振動板6はこれを挟み込む固定電極7,8により効率的に駆動されるため、十分高い音圧の音波を出力することができる。
In the embodiment shown in FIG. 1, by stacking a plurality of
信号源5から入力される音声信号は一般的な低電圧の信号であっても、超磁歪素子2と圧電素子4によって高電圧に昇圧され、従来のコンデンサー型ヘッドホンのように、変成比率の高い昇圧トランスを使用する必要がなく、小型で軽量のコンデンサーヘッドホンを得ることができる。
The audio signal input from the signal source 5 is boosted to a high voltage by the giant magnetostrictive element 2 and the
1 フレーム
2 超磁歪素子
3 コイル
4 圧電素子
5 信号源
6 振動板
7 固定電極
8 固定電極
41 圧電素子群
42 圧電素子群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frame 2 Giant
Claims (6)
音声信号を入力するコイルが巻かれた超磁歪素子と、
上記超磁歪素子の一端に接合された圧電素子と、を備え、
音声信号に対応して上記圧電素子で生成される信号電圧を上記振動板と固定電極との間に印加することを特徴とするコンデンサーヘッドホン。 A condenser headphone including a capacitor-type electroacoustic conversion unit that generates sound by vibrating a diaphragm by changing a capacitor capacity between the diaphragm and a fixed electrode facing the diaphragm according to an audio signal,
A giant magnetostrictive element wound with a coil for inputting an audio signal;
A piezoelectric element joined to one end of the giant magnetostrictive element,
A condenser headphone, wherein a signal voltage generated by the piezoelectric element corresponding to an audio signal is applied between the diaphragm and a fixed electrode.
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JP2007064699A JP2008228016A (en) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | Capacitor headphone |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105487607A (en) * | 2015-11-18 | 2016-04-13 | 李晓明 | Weighable mobile terminal and control method |
-
2007
- 2007-03-14 JP JP2007064699A patent/JP2008228016A/en active Pending
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CN105487607A (en) * | 2015-11-18 | 2016-04-13 | 李晓明 | Weighable mobile terminal and control method |
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