JP2009278479A - 静電型スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】音圧を上げることが可能な静電型スピーカを提供する。
【解決手段】導電層を有する振動膜１１０と、連通気泡を有する発泡導電材で構成され、前記振動膜と接触するように配置された固定電極１２０ａ，１２０ｂと、を備え、前記振動膜１１０の表面と前記固定電極１２０ａ，１２０ｂの表面の少なくとも一方の接触位置が絶縁処理されており、前記振動膜１１０の導電層と前記固定電極１２０ａ，１２０ｂとの間にバイアス電圧と交流信号とが印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は静電型スピーカに関する。

従来からの一般的な静電型スピーカでは、図５に示すように、固定電極１２０Ａ，１２０Ｂとしてパンチングメタル等の導電性を有する多孔板を用い、振動膜１１０としては導電性を持つフィルムを張ったものを用い、両者間に振動のための空隙をスペーサ１０５などにより設けた状態で使用する。

この状態で、振動膜１１０と固定電極間１２０Ａ，１２０Ｂとに、バイアス電源１３０により直流バイアス電圧を印加しておき、振動膜１１０と固定電極１２０Ａ，１２０Ｂ間に、音声信号等の交流信号を加えることで動作させている。

ここで、静電型スピーカの振動膜１１０に作用する力は、一般的に固定電極１２０Ａ，１２０Ｂと振動膜１１０との間の距離をｄとした場合、ｄの二乗に反比例する。すなわち、音圧を上げるためにはｄを小さくすることが要求される。

なお、このような静電型スピーカとしては、たとえば、以下の特許文献１、２、３に記載されたものが存在している。
特開２００５-３５４５８２号公報 特開２００７-４３５２３号公報 特公昭４０-２６００２号公報

以上の特許文献１、２、３記載の静電型スピーカでは、固定電極として、導電性を有する板に孔をあけた多孔板（例えば、パンチングやエッチングで作った多孔板）を用いることが一般的に行われている。

これは、電極としての働きと、振動膜からの音を通過させる働きを両立させるためである。
ところで、一般的な多孔板は、周期的に孔があいているため、共振しやすいという問題を有している。また、この固定電極として多孔板を使用した場合、金属板に孔をあけたことで強度が低下し、振動膜からの音によって振動しやすくなる問題もある。

このため、振動を抑えるのに必要な十分な強度を得るために多孔板に厚みを持たせると、スピーカとしての重量が増加する新たな問題が発生する。
一方、多孔板に強度を持たせるために孔を小さくしたり、全体に占める孔（開口部）の面積の割合を小さくすると、振動膜からの音が十分に外部に放射されなくなる、すなわち、スピーカとしての能率が低下するという新たな問題が生じてくる。

また、静電型スピーカを積層して出力音圧を上げる方法がある。積層された静電型スピーカにおいて、表面からｎ番目の層から発せられた音はｎ枚の固定電極を通過した後に空中に放射される。

そのため、固定電極１枚１枚の透過損失が大きいと、静電型スピーカを多層積層した効果が減少し、出力音圧を上げることができなくなる。
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、固定電極の強度や厚みや重量などの問題点を改良して、良好な再生を行うことが可能な静電型スピーカを提供することを目的とする。

また、本発明は、積層構造とした場合でも効果的に音圧を上げることが可能な静電型スピーカを提供することを目的とする。

以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。
（１）請求項１記載の発明は、導電層を有する振動膜と、発泡導電材で構成され、前記振動膜と接触するように配置された固定電極と、を備え、前記振動膜の表面と前記固定電極の表面の少なくとも一方の接触位置が絶縁処理されており、前記振動膜の導電層と前記固定電極との間にバイアス電圧と交流信号とが印加される、ことを特徴とする静電型スピーカである。

（２）請求項２記載の発明は、導電層を有する振動膜と、発泡導電材で構成され、前記振動膜と所定の間隔となるように配置された固定電極と、を備え、前記振動膜の導電層と前記固定電極との間にバイアス電圧と交流信号とが印加される、ことを特徴とする静電型スピーカである。

（３）請求項３記載の発明は、前記固定電極は、オープンセル構造であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型スピーカである。
（４）請求項４記載の発明は、前記発泡導電材は発泡金属である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電型スピーカである。

（５）請求項５記載の発明は、前記固定電極と前記振動膜との組合せによる層を複数積層備え、前記バイアス電圧と前記交流信号とは、各層毎に反転して印加される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静電型スピーカである。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）請求項１記載の静電型スピーカの発明では、振動膜と固定電極とは表面が絶縁された状態で互いに接触しているため、互いの距離ｄが最短となり、振動膜−固定電極間に所定距離の空隙を設けた従来の静電型スピーカに比較して、振動膜に作用する力が大きくなる。そして、この場合、発泡導電材の発泡部分の空隙で、交流信号に応じて振動膜が振動し、発泡導電材の発泡部分の空隙を通して音が外部に出力される。

この場合、発泡導電材は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、密度が小さいため、静電型スピーカとしての重量を抑えることが可能になる。
また、発泡導電材は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、孔が不等間隔で、不定形であるので、固定電極として共振を生じにくい状態になる。このため、従来より、平坦な周波数特性の音を発生させることが可能になる。

（２）請求項２記載の静電型スピーカの発明では、振動膜と固定電極とは所定間隔となるように配置されており、交流信号に応じて振動膜が振動し、発泡導電材の発泡部分の空隙を通して音が外部に出力される。

この場合、発泡導電材は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、密度が小さいため、静電型スピーカとしての重量を抑えることが可能になる。
また、発泡導電材は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、孔が不等間隔で、不定形であるので、固定電極として共振を生じにくい状態になる。このため、従来より、平坦な周波数特性の音を発生させることが可能になる。

（３）請求項３記載の静電型スピーカの発明では、固定電極は、オープンセル構造であるため、連通気泡が外部に臨むようになっており、空隙率も多孔板に比べて大きくできるため、振動膜の振動による音が固定電極を通過して外部に有効に出力される。

（４）請求項４記載の静電型スピーカの発明では、前記発泡導電材は発泡金属であるため、従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、密度が小さいため、静電型スピーカとしての重量を抑えることが可能になる。

また、この発泡金属は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、孔が不等間隔で、不定形であるので、固定電極として共振を生じにくい状態になる。このため、従来より、平坦な周波数特性の音を発生させることが可能になる。

（５）請求項５記載の静電型スピーカの発明では、振動膜と発泡導電材による固定電極とが複数積層されており、固定電極の孔が不等間隔で不定形であるため、従来のパンチングメタル等の多孔板を積層した場合に固定電極の共振の悪影響が強調される問題が緩和される。このため、従来より、平坦な周波数特性の音を発生させることが可能になる。

また、発泡導電材はパンチングメタルに比べて空隙率が大きいので、音の透過損失が小さく、多層積層したときに効果的に音圧を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〈第一実施形態〉
図１は本発明の第一実施形態の静電型スピーカ１００の構成を模式的に示す説明図である。

また、図２は本発明の第一実施形態の静電型スピーカ１００（図１参照）で使用される固定電極と振動膜との様子を模式的に示す斜視図である。
この第一実施形態では、固定電極１２０ａ，１２０ｂとして、従来のパンチングメタル等の多孔板に代えて、発泡導電材で構成され、振動膜１１０と接触するように配置された固定電極、あるいは、発泡導電材で構成され、振動膜１１０と所定の間隔となるように配置された固定電極、を用いることを特徴としている。

なお、ここで、発泡導電材とは、外部に臨む状態の連通気泡が設けられた導電性の部材である。また、ここで、連通気泡とは、個々の気泡が互いにつながった状態となる気泡である。すなわち、スポンジのような三次元構造で構成された、導電性の部材である。

ここで、図１においては、固定電極１２０ａ，１２０ｂの断面構造を模式的に示しており、楕円部分は断面に表れた気泡を意味しており、実際には個々の気泡がつながった連通気泡となっている。

また、導電材あるいは導電性の部材とは、金属やカーボンなどの各種導電性の部材を含有するか、塗布あるいは蒸着されるか、あるいは、該金属やカーボンで構成された各種部材である。

以下、この実施形態では、発泡導電材として、連通気泡を有する金属、すなわち、オープンセル構造の発泡金属を具体例にして説明する。
また、この第一実施形態では、振動膜１１０の表面と固定電極１２０ａ，１２０ｂの表面の少なくとも一方の接触面側が、絶縁処理されていることを特徴としている。

そして、振動膜１１０の導電層と固定電極１２０ａ，１２０ｂとの間に、バイアス電源１３０によってバイアス電圧を印加し、互いに逆相の信号源１５０ａ，１５０ｂにより音声信号などの交流信号を印加している。

なお、固定電極１２０ａ，１２０ｂの表面が絶縁処理されている場合には、振動膜１１０は表面に導電層を有していればよい。
また、固定電極１２０ａ，１２０ｂの表面が絶縁処理されていない場合には、振動膜１１０は表面に絶縁層を有し、その内部に導電層を有していればよい。この場合、一方の面の導電層を有する振動膜を、互いの導電層が中心側で向かい合うように重ねることで、表面が絶縁された状態の振動膜１１０を実現できる。

なお、このように振動膜１１０の両側に固定電極を配置する場合には、振動膜１１０はバイアス電圧で帯電すればよいため、導電層は高い抵抗値であってもよい。なお、後述する変形例のように、固定電極を振動膜１１０の一方の面のみに配置する場合には、振動膜１１０の導電層に交流信号が流れるため、低い抵抗値とすることが望ましい。

なお、保持部１０１は、固定電極１２０ａ，１２０ｂと振動膜１１０との接触状態が一定に保たれるように、枠として静電型スピーカ１００の全体を一体に保持している。この保持部１０１は、静電型スピーカ１００の周囲全体を保持してもよいし、音を透過する部材で発音部全面を保持するものであってもよい。また、固定電極１２０ａ，１２０ｂと振動膜１１０との互いに接する面のいずれかの位置で互いを接着するなどして、保持部１０１を省略することも可能である。

以上のように構成した場合、振動膜１１０は、固定電極１２０ａ，１２０ｂの表面に臨んだオープンセル構造の気泡部分の空間で、交流信号に応じて振動する。
ここで、静電型スピーカの振動膜１１０に作用する力は、一般的に固定電極１２０ａ，１２０ｂと振動膜１１０との間の距離をｄとした場合、ｄの二乗に反比例する。

すなわち、この第一実施形態では、固定電極１２０ａ，１２０ｂは、振動膜１１０と面で接触しており、ｄは絶縁の被膜の厚みにより決定されるため、従来に比較すると極めてｄを小さくすることができる。

すなわち、振動膜１１０と固定電極１２０ａ，１２０ｂとは、表面が絶縁された状態で、面で互いに接触しているため、互いの距離ｄが最短となり、振動膜−固定電極間に空隙を設けた従来の静電型スピーカに比較して、振動膜に作用する力が大きくなる。

そして、この場合、固定電極１２０ａ，１２０ｂの発泡金属の表面の気泡部分で、交流信号に応じて振動膜が振動し、発泡部分の空隙（連通気泡）を通して音が外部に出力される。

この場合、発泡金属は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、密度が小さいため、静電型スピーカとしての重量を抑えることが可能になる。
また、発泡金属は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、孔が不等間隔で、不定形であるので、固定電極として共振を生じにくい状態になる。このため、従来より、平坦な周波数特性の音を発生させることが可能になる。

また、静電型スピーカの振動膜１１０に作用する力Ｆは、上述したようにｄの二乗に反比例するほか、バイアス電源１３０によるバイアス電圧Ｖに比例する。したがって、ｄを従来よりも極めて小さくすることができることによって振動膜に作用する力Ｆが大きくなるため、従来よりもバイアス電圧Ｖを下げても、十分な力Ｆを得ることが可能である。

たとえば、従来は数千ボルト必要であったバイアス電圧を、数百ボルト程度に下げることも可能になる。また、振動膜１１０と固定電極１２０ａ，１２０ｂとの間隔や、固定電極１２０ａ，１２０ｂの発泡金属の特性などを最適化することで、電池駆動可能なバイアス電圧とすることも可能である。

〈第一実施形態の変形例（１）〉
以上の固定電極１２０ａ，１２０ｂは、両方の発泡金属の特性が同じであってもよいし、異なる発泡金属を用いてもよい。

すなわち、音を出力しない側の固定電極では、あえて、音の通りを悪くする厚みや空隙率や気泡径の発泡金属を用いることで、両面で音の出方を変えることも可能である。
〈第一実施形態の変形例（２）〉
以上の具体例では、振動膜１１０を挟むように、固定電極１２０ａ，１２０ｂを配置していたが、いずれか一方の固定電極のみであってもよい。すなわち、振動膜１１と、一方のみの固定電極１２０でも静電型スピーカを実現することが可能である。この場合、振動膜１１０には、バイアス電圧だけでなく、交流信号も印加される。そのため、振動膜１１０は、信号源１５０から交流信号を流すのに十分な低い抵抗値であればよい。

〈第二実施形態〉
図３は本発明の第二実施形態の静電型スピーカ１００の構成を模式的に示す説明図である。

この第二実施形態では、固定電極１２０ａ，１２０ｂとして、従来のパンチングメタル等の多孔板に代えて、発泡導電材で構成され、振動膜１１０と接触するように配置された固定電極、あるいは、発泡導電材で構成され、スペーサ１０５を介して、振動膜１１０と所定の間隔となるように配置された固定電極、を用いることを特徴としている。

なお、ここで、発泡導電材とは、外部に臨む状態の連通気泡が設けられた導電性の部材である。ここで、連通気泡とは、個々の気泡が互いに連続した状態となる気泡である。すなわち、スポンジのような三次元構造で構成された、導電性の部材である。

ここで、図３においては、固定電極１２０ａ，１２０ｂの断面構造を模式的に示しており、楕円部分は断面に表れた気泡を意味しており、実際には個々の気泡が互いに繋がった連通気泡となっている。

また、導電材あるいは導電性の部材とは、金属やカーボンなどの各種導電性の部材を含有するか、塗布あるいは蒸着されるか、あるいは、該金属やカーボンで構成された各種部材である。

なお、この第二実施形態では、固定電極１２０ａ，１２０ｂと振動膜１１０との間にスペーサ１０５を設けて所定距離を保つようにした以外は、図１に示した第一実施形態と同じである。

また、この第二実施形態では、第一実施形態と同様に、発泡導電材として、連通気泡を有する金属、すなわち、発泡金属を具体例にして説明する。
そして、振動膜１１０の導電層と固定電極１２０ａ，１２０ｂとの間に、バイアス電源１３０によってバイアス電圧を印加し、互いに逆相の信号源１５０ａ，１５０ｂにより音声信号などの交流信号を印加している。

なお、このように振動膜１１０の両側に固定電極を配置する場合には、振動膜１１０はバイアス電圧で帯電すればよいため、導電層は高い抵抗値であってもよい。なお、後述する変形例のように、固定電極を振動膜１１０の一方の面のみに配置する場合には、振動膜１１０の導電層に交流信号が流れるため、低い抵抗値とすることが望ましい。

なお、保持部１０１は、固定電極１２０ａ，１２０ｂと振動膜１１０との接触状態が一定に保たれるように、枠として静電型スピーカ１００の全体を一体に保持している。この保持部１０１は、静電型スピーカ１００の周囲全体を保持してもよいし、音を透過する部材で発音部全面を保持するものであってもよい。また、固定電極１２０ａ，１２０ｂと振動膜１１０との互いに接する面のいずれかの位置で互いを接着するなどして、保持部１０１を省略することも可能である。

以上のように構成した場合、振動膜１１０は、固定電極１２０ａ，１２０ｂとの間の空間で、交流信号に応じて振動する。
そして、この場合、固定電極１２０ａ，１２０ｂの発泡金属の連通気泡を通して音が外部に出力される。

この場合、発泡金属は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、密度が小さいため、静電型スピーカとしての重量を抑えることが可能になる。
また、発泡金属は従来のパンチングメタル等の多孔板に比較して、孔が不等間隔で、不定形であるので、固定電極として共振を生じにくい状態になる。このため、従来より、平坦な周波数特性の音を発生させることが可能になる。

〈第三実施形態〉
図４は本発明の第三実施形態の静電型スピーカ１００の構成を模式的に示す説明図である。

この第三実施形態では、以上の第一実施形態の静電型スピーカ、あるは、第二実施形態の静電型スピーカを積層した状態になっている。実際には、実施形態の変形例として示した、振動膜１１０と固定電極１２０との組合せの層を、複数層有した状態になっている。

すなわち、２枚以上のｎ枚の振動膜１１０と、ｎ＋１枚の固定電極とが、交互に積層して配置された状態になっている。
なお、この場合、各層で振動の位相が揃うように、信号源の位相とバイアス電圧の向きを調整する必要がある。

この実施形態では、第一実施形態あるいは第二実施形態の発泡金属による固定電極を用いているため、従来のパンチングメタルなどの金属板と空隙とを用いた静電型スピーカに比較して、固定電極１枚あたりの透過損失が小さい。したがって、複数積層した際にも、効果的に音圧を向上させることができる。

なお、図４では第一実施形態の静電型スピーカを積層した様子を示しているが、第二実施形態の静電型スピーカを積層することも何ら問題はない。
〈第三実施形態の変形例〉
この第三の実施形態でも、上述した第一実施形態や第二実施形態と同様に、各種の固定電極を用いることができる。

〈第四実施形態〉
なお、以上の静電型スピーカとして説明してきたものは電気音響変換素子であり、空気振動を加えて振動膜１１０を振動させることで、交流信号を発生する静電型マイクロホンとして使用することも可能である。この場合にも、ｄが小さいため、従来よりも高効率な静電型マイクロホンを実現することが可能になる。また、従来よりもバイアス電圧を下げることが可能な静電型マイクロホンとすることも可能である。

〈その他の実施形態〉
以上の実施形態では、発泡導電材として発泡金属の具体例により説明してきたが、非導電材料に導電材をメッキあるいは蒸着または塗布により付着せしめ、発泡導電材として使用することが可能である。

本発明の第一実施形態の静電型スピーカの構成を示す構成図である。 本発明の第一実施形態の静電型スピーカの構成を示す斜視図である。 本発明の第二実施形態の静電型スピーカの構成を示す構成図である。 本発明の第三実施形態の静電型スピーカの構成を示す構成図である。 従来の静電型スピーカの構成を示す構成図である。

符号の説明

１００ 静電型スピーカ
１０１ 保持部
１１０ 振動膜
１２０ａ，１２０ｂ 固定電極
１２０ｃ，１２０ｄ 固定電極
１３０ バイアス電源
１５０ 信号源

Claims (5)

1. 導電層を有する振動膜と、
   発泡導電材で構成され、前記振動膜と接触するように配置された固定電極と、
   を備え、
   前記振動膜の表面と前記固定電極の表面の少なくとも一方の接触位置が絶縁処理されており、前記振動膜の導電層と前記固定電極との間にバイアス電圧と交流信号とが印加される、
   ことを特徴とする静電型スピーカ。
2. 導電層を有する振動膜と、
   発泡導電材で構成され、前記振動膜と所定の間隔となるように配置された固定電極と、
   を備え、
   前記振動膜の導電層と前記固定電極との間にバイアス電圧と交流信号とが印加される、
   ことを特徴とする静電型スピーカ。
3. 前記固定電極は、オープンセル構造である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型スピーカ。
4. 前記発泡導電材は、発泡金属である
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電型スピーカ。
5. 前記固定電極と前記振動膜との組合せによる層を複数積層備え、
   前記バイアス電圧と前記交流信号とは、各層毎に反転して印加される、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の静電型スピーカ。

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