JP2010004254A - Electrostatic speaker - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電型スピーカに関する。 The present invention relates to an electrostatic speaker.
静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う2枚の平行平面電極と、この2枚の電極の間に張力を掛けて配置された導電性を有するシート状の振動体とから構成されており、振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、それに応じて振動体は変位を繰り返し(すなわち振動し)、音響信号に応じた音響波が振動体から発生する。そして、発生した音響波は、平面電極に空けられた孔を通り抜けて外部へ放射される(特許文献1参照)。 The electrostatic speaker is composed of two parallel flat electrodes facing each other at an interval, and a conductive sheet-like vibrating body disposed with tension applied between the two electrodes. When a predetermined bias voltage is applied to the vibrating body and the voltage applied to the electrode is changed, the electrostatic force acting on the vibrating body changes, and thereby the vibrating body is displaced. If the applied voltage is changed according to the input acoustic signal, the vibrating body repeats displacement (that is, vibrates) accordingly, and an acoustic wave corresponding to the acoustic signal is generated from the vibrating body. The generated acoustic wave passes through a hole formed in the planar electrode and is radiated to the outside (see Patent Document 1).
また、静電型スピーカとしては、非特許文献1に開示された構成の静電型スピーカがある。この静電型スピーカは、振動体をシート状のエステルウールで挟んで平面電極の間に支持しており、この構成によれば振動体は平面電極の間において一定の位置に支持されて平面電極と接触することがない。
Further, as the electrostatic speaker, there is an electrostatic speaker having a configuration disclosed in Non-Patent
特許文献1に開示されている静電型スピーカにおいては、振動体に張力を掛けることのより振動体の電極側への変位量が制限されているため、振動体と電極とが接触して短絡する虞がない。しかしながら、静電型スピーカを薄くしようとすると振動体に掛ける張力を大きくして振動体の変位量を抑える必要がある。ここで振動体に掛ける張力を大きくすると、振動体の振幅が小さくなり、最低共振周波数が高くなって低域の再生を十分に行えなくなる。
一方、非特許文献1に開示された静電型スピーカにおいては、静電力を受けて振動体が変位するとシート状のエステルウールは圧縮されて変形する。変形したエステルウールは弾性により元の形状に戻ろうとするが、そのシート状の位置によってエステルウールの繊維の体積密度が必ずしも均一ではないため、元に戻ろうとする力、即ち、振動体に与える力にばらつきが生じることとなる。エステルウールから振動体に与える力にばらつきがあると、振動体の変位にばらつきが生じてしまい、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生されないこととなる。
In the electrostatic speaker disclosed in
On the other hand, in the electrostatic speaker disclosed in
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、電極と振動体との間に部材を介在させなくとも、振動体を電極に接触させることなく低域を再生できる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made under the background described above, and provides a technique capable of reproducing a low frequency without bringing a vibrating body into contact with an electrode without interposing a member between the electrode and the vibrating body. With the goal.
上述した課題を解決するために本発明は、板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有する第1電極と、板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有し、前記第1電極に対向して離間配置された第2電極と、導電性を有し、前記第1電極と前記第2電極との間において張力を掛けられて前記第1電極および前記第2電極と離間して配置された振動体とを有し、前記振動体が変位した時に前記第1電極と前記振動体との間および前記第2電極と前記振動体との間にある空気の移動が前記貫通孔の音響透過抵抗により制限され、前記振動体が前記第1電極と前記第2電極のいずれにも接触しないことを特徴とする静電型スピーカを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a first electrode having a plate-like conductivity and having a plurality of through holes penetrating from one surface of the plate shape to the other surface, and a plate-like conductivity. A plurality of through-holes penetrating from one side of the sheet plate to the other side, the second electrode spaced apart from the first electrode, and having conductivity, the first electrode and the A tension member that is tensioned between the first electrode and the second electrode; and the first electrode and the vibration member that are displaced when the vibration member is displaced. And the movement of air between the second electrode and the vibrating body is limited by the sound transmission resistance of the through-hole, and the vibrating body is in contact with either the first electrode or the second electrode There is provided an electrostatic speaker characterized by not.
本発明においては、前記第1電極と前記第2電極の中央部分にある前記貫通孔の直径が、前記第1電極と前記第2電極の周辺部分にある貫通孔の直径より小さい構成としてもよい。
また、本発明においては、前記第1電極と前記第2電極の中央部分における単位面積あたりの前記貫通孔の数が、前記第1電極と前記第2電極の周辺部分における単位面積あたりの前記貫通孔の数より少ない構成としてもよい。
また、本発明においては、最低共振周波数をf、2πfをω、前記貫通孔の直径をd、空気の密度をρ0、空気の粘性抵抗をμ、音響的レイノルズ数Reyを次式としたとき、Rey<2.0の条件を満たす構成としてもよい。
In the present invention, the number of through holes per unit area in the central portion of the first electrode and the second electrode is equal to the number of through holes per unit area in the peripheral portion of the first electrode and the second electrode. It is good also as a structure fewer than the number of holes.
In the present invention, when the minimum resonance frequency is f, 2πf is ω, the diameter of the through hole is d, the density of air is ρ 0 , the viscous resistance of air is μ, and the acoustic Reynolds number Rey is , Rey <2.0 may be satisfied.
また、本発明においては、空気の密度をρ0、音速をc、音波の波長をλ、2π/λをK、前記第1電極と前記第2電極の厚さをt、前記第1電極と前記第2電極の開口率をσ、空気の粘性抵抗をμ、矩形の前記第1電極と前記第2電極の面積と同一面積の円の半径をa、前記第1電極と前記第2電極の面積をS、前記第1電極と前記第2電極の最低共振周波数での大気中への音響放射抵抗Raを次式とし、
本発明によれば、電極と振動体との間に部材を介在させなくとも、振動体を電極に接触させることなく低域を再生することができる。 According to the present invention, it is possible to reproduce the low frequency range without bringing the vibrating body into contact with the electrode without interposing a member between the electrode and the vibrating body.
[実施形態]
図1は、本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ1の外観を模式的に示した図、図2は静電型スピーカ1の断面と電気的構成を模式的に示した図、図3は静電型スピーカ1の分解斜視図である。
図に示したように、この静電型スピーカ1は振動体10、電極20U,20L、スペーサ30U,30Lとを有している。なお、本実施形態においては、電極20U,20Lの構成は同じであるため、両者を区別する必要が特に無い場合は「L」および「U」の記載を省略する。また、スペーサ30Uとスペーサ30Lの構成は同じであるため、この部材についても両者を区別する必要が特に無い場合は「L」および「U」の記載を省略する。また、図中の振動体、電極等の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてあり、図中で「○」の中に「・」が記載されたものは図面の裏から表に向かう矢印を意味するものとする。
[Embodiment]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an external appearance of an
As shown in the figure, the
(静電型スピーカ1の構造)
静電型スピーカ1においては、振動体10は張力が掛けられた状態で周縁部がスペーサ30Uとスペーサ30Lとの間に挟まれている。なお、振動体10に掛けられる張力は、静電型スピーカ1の最低共振周波数が所望の周波数となるように設定されている。
また、静電型スピーカ1においては、電極20Uはスペーサ30Uに固定され、電極20Lはスペーサ30Lに固定されており、電極20U,20Lおよび振動体10は平行となって、電極20U,20Lと振動体10との間にはスペーサ30の高さの空隙がある。
(Structure of electrostatic speaker 1)
In the
In the
(静電型スピーカ1の各部の構成)
次に静電型スピーカ1を構成する各部材について説明する。振動体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、導電性を有する金属を蒸着あるいは導電性塗料を塗布したものであり、その厚さは数μm〜数十μm程度の厚さで表面に導電性を有する金属の層を有している。
(Configuration of each part of the electrostatic speaker 1)
Next, each member constituting the
スペーサ30は、絶縁体で形成されており、その形状は図3に示したように矩形の枠の形状となっている。なお、本実施形態においては、スペーサ30のX方向およびY方向の長さと、電極20のX方向およびY方向の長さは同じとなっている。また、スペーサ30Uとスペーサ30LのZ方向の高さは、いずれも同じとなっている。
The spacer 30 is made of an insulator and has a rectangular frame shape as shown in FIG. In the present embodiment, the length of the spacer 30 in the X direction and the Y direction is the same as the length of the electrode 20 in the X direction and the Y direction. Further, the heights of the
電極20は、導電性を有する金属を矩形の板状に形成したものであり、本実施形態においては、電極20のX方向およびY方向の長さと、振動体10のX方向およびY方向の長さは同じとなっている。
また、電極20においては、電極20の表面から裏面に貫通する微細な貫通孔21がX方向とY方向とに所定の間隔で規則的に複数設けられている。なお、f=静電型スピーカ1の最低共振周波数、ω=2πf、d=貫通孔21の直径、ρ0=空気の密度、μ=空気の粘性抵抗とすると、これらのパラメータを用いた数4の式で表される音響的レイノルズ数ReyがRey<2.0となるように、この貫通孔21の直径は定められている。
Further, in the electrode 20, a plurality of fine through
たとえば最低共振周波数fを125[Hz]、レイノルズ数Reyを2.0とすると、数1の式から貫通孔21の直径d=0.55[mm]となるため、レイノルズ数Reyを2.0未満とするには直径dを0.55[mm]未満とすればよい。なお、本発明においては、貫通孔21の直径は1[mm]を超えないのが好ましい。
For example, when the minimum resonance frequency f is 125 [Hz] and the Reynolds number Rey is 2.0, the diameter d = 0.55 [mm] of the through-
また、ρ0=空気の密度、c=音速、K=波数(2π/λ:λ=音波の波長)、a=等価半径(矩形の面積と同一面積の円の半径)、πa2=電極20の面積=S、t=電極20の板厚、d=貫通孔21の直径、σ=電極20の開口率、μ=空気の粘性抵抗とすると、最低共振周波数での電極20の大気中への音響放射抵抗Raは以下に示す数5の式、貫通孔21の電極20全体の音響透過抵抗rp(貫通孔21を音が透過する時の抵抗)は以下に示す数6の式で表される。
ここで、rp>2Raとなるように電極20の板厚t、貫通孔21の直径d、電極20の開口率σを設定すると、振動体10が振動した時に振動体10と電極20との間にある空気は貫通孔21へ向かうが、貫通孔21の音響抵抗(貫通孔21を音が透過する時の抵抗:以下、音響透過抵抗という)により空気の移動は制限され、空気の移動が制限されると振動体10の変位も制限されて電極20に接触することがない。
たとえば、電極20のサイズ、厚さ、貫通孔21の直径を予め定めて電極20の開口率を決める場合、まず、電極20のX方向とY方向のサイズを30[cm]×30[cm]とすると、等価半径a≒17[cm]となる。また、電極20の厚さtを1[mm]、貫通孔21の直径dを0.5[mm]とし、ここで最低共振周波数fを125[Hz]に設定すると、まず、数2におけるKaはK=2π/λであるため、Ka≒(2π/272)・17≒0.4となる。本実施形態のようにバッフルがない場合、音響放射抵抗RpはKa=0.4であるとρ0cの0.002倍となり、温度が20[℃]であると音響放射抵抗Raは1.2[kg/m3]×343.7[m/s]×0.002=0.82となる。故に、rp>2Raとなるようにrpを1.7以上に設定すると、数3の式から電極20の開口率σは0.59%となる。
Here, when the plate thickness t of the electrode 20, the diameter d of the through-
For example, when the size and thickness of the electrode 20 and the diameter of the through
(静電型スピーカ1の電気的構成)
次に、静電型スピーカ1の電気的構成について説明する。図2に示したように、静電型スピーカ1は変圧器50、外部から音響信号が入力される入力部60、振動体10に対して直流バイアスを与えるバイアス電源70とを備えている。そしてバイアス電源70は、振動体10の表面に形成されている導電性金属の層と、変圧器50の出力側の中点と接続されており、電極20U,20Lはそれぞれ変圧器50の出力側の一端および他端に接続されている。この構成においては、入力部60に音響信号が入力されると入力された音響信号に応じた電圧が電極20および振動体10にそれぞれ印加される。
(Electrical configuration of the electrostatic speaker 1)
Next, the electrical configuration of the
(静電型スピーカ1の動作)
次に、静電型スピーカ1の動作について説明する。
入力部60に入力された音響信号が変圧器50に供給され、変圧器50から印加される電圧によって対向する電極20Uと電極20Lとの間に電位差が生じると、振動体10を図中のZ方向側またはZ方向と反対の方向側へ引き寄せる静電力が振動体10に働く。
(Operation of electrostatic speaker 1)
Next, the operation of the
When the acoustic signal input to the
例えば、入力部60に音響信号が入力され、電極20Uにプラスの電圧が印加され、電極20Lにマイナスの電圧が印加されると、振動体10にはバイアス電源70によりプラスの電圧が印加されているため、振動体10において電極20Uと電極20Lとの間にある部分は、プラスの電圧が印加されている電極20Uと反発する一方、マイナスの電圧が印加されている電極20Lに吸引されて電極20L側へ変位する。
次に入力部60に音響信号が入力され、電極20Uにマイナスの電圧が印加され、電極20Lにプラスの電圧が印加されると、振動体10はプラスの電圧が印加されている電極20Lと反発する一方、マイナスの電圧が印加されている電極20Uに吸引されて電極20U側へ変位する。
For example, when an acoustic signal is input to the
Next, when an acoustic signal is input to the
このように、本実施形態の静電型スピーカ1においては、振動体10が音響信号に応じて変位し(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。発生した音は、少なくとも電極20U側または電極20L側の一方を通り抜けて静電型スピーカ1の外部に放射される。
Thus, in the
なお、本実施形態において振動体10が電極20Lの方向に変位する際には、振動体10と電極20Lとの間にある空気は電極20Lに設けられた複数の微細な貫通孔21へ向かうが、貫通孔21の音響透過抵抗により空気の移動は制限され、空気の移動が制限されると振動体10の変位も制限させられて電極20Lに接触することがない。
また、振動体10が電極20Uの方向に変位する際には、振動体10と電極20Uとの間にある空気は電極20Uに設けられた複数の微細な貫通孔21へ向かうが、貫通孔21の音響透過抵抗により空気の移動は制限され、空気の移動が制限されると振動体10の変位も制限させられて電極20Uに接触することがない。
In this embodiment, when the vibrating
Further, when the vibrating
また、本実施形態においては、振動体10と電極20U,20Lとの間に部材がなく、振動体10には張力が掛けられているため、エステルウールで振動体10を挟むという従来の構成と比較して、振動体10の変位にばらつきが生じることがなく、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生される。
また、本実施形態においては、微細な貫通孔21の作用により振動体10は電極20U,20Lに接触することがないため、振動体10に掛ける張力を小さくしても振動体10が電極20U,20Lに接触することがない。また、振動体10に掛ける張力を小さくできるため、最低共振周波数も低くすることができ低域の再生を十分に行うことができる。
また、一般的に振動体10の張力を小さくすると最低共振周波数における共振の度合いを表すQ0値も大きくなり、スピーカの周波数特性が滑らかにならないが、本実施形態においては、Q0値が貫通孔21の音響透過抵抗により下がるため静電型スピーカ1の周波数特性が滑らかになる。
Further, in the present embodiment, there is no member between the vibrating
In the present embodiment, since the vibrating
In general, when the tension of the vibrating
[変形例]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can implement with another various form. For example, the present invention may be implemented by modifying the above-described embodiment as follows.
上述した実施形態においては、電極20の音響透過抵抗は、図4に示したように電極20の面内で平坦となっており、振動体10は図4において二点鎖線で示したように中央部分が最も大きく変位する。また、図4ではX方向における音響透過抵抗の分布を示しているが、図示していないY方向の音響透過抵抗についても音響透過抵抗は電極20の面内で平坦となっており、中央部分が最も大きく変位する。
これに対し、図5に示したように電極20において中央部分の音響透過抵抗が周辺部より大きくなるように電極20の中央部分の貫通孔21の直径を周辺部分の貫通孔21の直径より小さくしたり、全ての貫通孔21の直径を同じにしつつ電極20の中央部分における単位面積当たりの貫通孔21の数を周辺部分における単位面積当たりの貫通孔21の数より少なくするようにしてもよい。
この構成によれば、図5に示したように電極20において中央部分の音響透過抵抗が周辺より大きくなるため、図5において二点鎖線で示したように振動体10の中央部分の変位量を抑えることができる。
なお、音響透過抵抗の分布が所定の音響透過抵抗とベッセル関数との加算結果になるように貫通孔21の直径や配置を設定してもよい。
In the embodiment described above, the sound transmission resistance of the electrode 20 is flat in the plane of the electrode 20 as shown in FIG. 4, and the vibrating
On the other hand, as shown in FIG. 5, in the electrode 20, the diameter of the through
According to this configuration, since the sound transmission resistance at the center portion of the electrode 20 is larger than that of the periphery as shown in FIG. 5, the displacement amount of the center portion of the vibrating
The diameter and arrangement of the through
本発明においては、電極20、振動体10およびスペーサ30の形状は矩形に限定されるものではなく、多角形、円形、楕円形など、他の形状であってもよい。
In the present invention, the shape of the electrode 20, the vibrating
本発明においては、電極20をPETなどの透明な樹脂シートの表面に酸化インジウムスズなどの透明な導電膜を形成したものとし、この導電膜を変圧器50に接続するようにしてもよい。また、振動体10についても、PETなどの透明な樹脂シートの表面と裏面とに酸化インジウムスズなどの透明な導電膜を形成したものとし、この導電膜をバイアス電源70に接続するようにしてもよい。また、スペーサ30についても透明な合成樹脂で形成するようにしてもよい。この構成によれば、静電型スピーカ1を構成する各部材が透明であるため透明なスピーカを得ることができる。
In the present invention, the electrode 20 may be formed by forming a transparent conductive film such as indium tin oxide on the surface of a transparent resin sheet such as PET, and this conductive film may be connected to the transformer 50. Further, regarding the vibrating
1・・・静電型スピーカ、10・・・振動体、20,20U,20L・・・電極、30,30U,30L・・・スペーサ、50・・・変圧器、60・・・入力部、70・・・バイアス電源
DESCRIPTION OF
Claims (5)
板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有し、前記第1電極に対向して離間配置された第2電極と、
導電性を有し、前記第1電極と前記第2電極との間において張力を掛けられて前記第1電極および前記第2電極と離間して配置された振動体と
を有し、
前記振動体が変位した時に前記第1電極と前記振動体との間および前記第2電極と前記振動体との間にある空気の移動が前記貫通孔の音響透過抵抗により制限され、前記振動体が前記第1電極と前記第2電極のいずれにも接触しないこと
を特徴とする静電型スピーカ。 A plate-like first electrode having a plurality of through holes penetrating from one surface of the plate-like surface to the other;
A plate-like second electrode having conductivity and having a plurality of through-holes penetrating from one surface of the plate-like surface to the other, and spaced apart from the first electrode;
A vibrating body having electrical conductivity, tensioned between the first electrode and the second electrode, and disposed separately from the first electrode and the second electrode;
When the vibrating body is displaced, movement of air between the first electrode and the vibrating body and between the second electrode and the vibrating body is limited by an acoustic transmission resistance of the through hole, and the vibrating body Is not in contact with either the first electrode or the second electrode.
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