JP4802985B2

JP4802985B2 - スピーカ

Info

Publication number: JP4802985B2
Application number: JP2006301406A
Authority: JP
Inventors: 好典林
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2006-11-07
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-11-07
Also published as: JP2008118512A

Description

本発明は、スピーカに関し、特に湿度の変化にともなう音圧の低下を低減するスピーカに関する。

従来、特許文献１に開示されているように静電型のスピーカが広く提案されている。このような静電型のスピーカは、一対の電極板と、この電極板の間に挟まれている振動板とを備えている。振動板にバイアス電圧を加えつつ、一対の電極板に信号を供給することにより、振動板と電極板との間のクーロン力が変化する。その結果、振動板は振動し、音声が発生する。このような静電型のスピーカは、振動板と電極板との間のクーロン力の変化によって音圧が変化する。

空気に含まれる水分すなわち湿度は、季節あるいは時間帯によって刻々と変化する。空気は比較的絶縁性が高いのに対し、水の絶縁性は比較的低い。そのため、空気に含まれる水分が多い、すなわち湿度が高くなるにしたがって、空気の絶縁性は低下する。その結果、スピーカの周囲の湿度によって振動板と電極板との間の絶縁抵抗およびクーロン力に変化が生じ、例えば天候の変化など周囲の湿度によって、スピーカから発生する音量に変化が生じるという問題がある。

そこで、例えば特許文献１に開示されている発明のように、電極板の振動板とは反対側に撥水性の撥水層を設けることが考えられている。しかしながら、撥水層は、振動板の振動によって発生した音を放出する必要があるため、通気性を確保しなければならない。そのため、撥水層を形成する際の通気性の確保、および所定の通気性の制御が困難であるという問題がある。

特開２００６−１４８６１２公報

そこで、本発明の目的は、加工工数の増加を招くことなく、湿度による音圧の影響を低減し、湿度に関わらず一定の音圧を維持するスピーカを提供することにある。

（１）本発明は、対向して配置されている一対の電極板と、一対の前記電極板の間に、前記電極板とそれぞれ所定の距離を形成して挟まれている振動板と、周囲の湿度に応じて前記振動板に加わるバイアス電圧を一定に制御する制御手段と、を備える。
制御手段は、周囲の湿度が変化しても振動板に加わるバイアス電圧を一定に制御する。これにより、例えば湿度の上昇にともなって振動板と電極板との間の絶縁抵抗が低下しても、制御手段は振動板に加えるバイアス電圧を一定に制御し、振動板と電極板との間の電位差は一定に維持される。また、振動板のバイアス電圧を制御するため、振動板および電極板には湿度を低減するための加工は不要である。したがって、加工工数の増加を招くことなく、湿度による音圧の変化が低減され、湿度に関わらず一定の音圧を維持することができる。
また、本発明では、周囲の湿度を検出する湿度検出手段を有し、前記制御手段は、前記湿度検出手段で検出した湿度に基づいて前記振動板に加えるバイアス電圧を設定する。
制御手段は、湿度検出手段で周囲の湿度を検出している。そして、制御手段は、検出した湿度から振動板に加えるバイアス電圧を設定する。例えば制御手段は、湿度と振動板に加えるバイアス電圧との関係をマップとして有している。これにより、制御手段は、検出した湿度に応じてバイアス電圧を設定する。したがって、湿度による音圧の変化が低減され、湿度に関わらず一定の音圧を維持することができる。

（２）本発明では、前記電極板と前記振動板との間にそれぞれ設けられ、前記電極板と前記振動板との間を所定の間隔で支持するスペーサをさらに備える。
スペーサを設けることにより、振動板の中央に保持する効果があるものの、周囲の湿度が電極板と振動板との間の絶縁抵抗に与える影響は大きくなる。これは、スペーサを設けると、湿度の上昇にともないスペーサに捕捉される水分子が増大し、電極板と振動板との間の導電率が増大するためである。本発明では、振動板に加わるバイアス電圧を制御するため、スペーサを設ける場合でも、湿度の影響は低減される。したがって、スペーサによる音圧の増大を維持しつつ、湿度による音圧の変化を低減し、一定の音圧を維持することができる。

以下、本発明によるスピーカの複数の参考例および実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、複数の参考例および実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１参考例）
本発明の第１参考例によるスピーカを図１に示す。図１（Ａ）は、第１参考例によるスピーカの要部の概略を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た矢視図である。

スピーカ１０は、電極板１１および電極板１２を備えている。電極板１１と電極板１２とは、ほぼ平行に対向して配置されている。これにより、電極板１１と電極板１２とは、一対の電極を形成している。電極板１１および電極板１２は、例えば金属などの導電性の材料から形成されている。また、電極板１１および電極板１２は、樹脂製のシートの表面に導電膜を形成したものでもよい。電極板１１および電極板１２は、数ｍｍ程度の厚さに設定されている。なお、図１では、説明の簡単のため電極板１１および電極板１２をはじめとする各部位の厚さを拡大して示している。

電極板１１および電極板１２は、開口１３を有している。開口１３は、電極板１１および電極板１２を板厚方向に貫いて形成されている。電極板１１および電極板１２の開孔率は、任意に設定することができるが、４０％から６０％に設定することが好ましい。開口１３は、電極板１１および電極板１２に任意に配置することができる。なお、開口１３は、本参考例のように電極板１１および電極板１２の双方に設けてもよく、電極板１１または電極板１２のうちいずれか一方に設けてもよい。また、開口１３を形成した電極板１１および電極板１２に限らず、例えば網状の電極板を用いて、網目を開口として用いてもよい。

一対の電極板１１と電極板１２との間には、振動板１４が挟まれている。振動板１４は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂製のフィルムの表面に導電膜を形成したものである。導電膜としては、例えば金属の蒸着膜、あるいはカーボン粒子を塗布したものなどを用いることができる。振動板１４を形成するフィルムは、数μｍ程度の厚さに設定されている。

電極板１１と振動板１４との間、および電極板１２と振動板１４との間には、それぞれ枠部材１５が設けられている。枠部材１５は、電極板１１、電極板１２および振動板１４をそれぞれ所定の間隔で支持している。枠部材１５は、例えば塩化ビニルなどの樹脂で形成されている。電極板１１、電極板１２、振動板１４および枠部材１５を組み付けたとき、スピーカ１０は厚さが数ｍｍから数十ｍｍ程度の薄い板状に形成される。

電極板１１と振動板１４との間には、枠部材１５によって所定の空間２１が形成される。同様に、電極板１２と振動板１４との間にも、枠部材１５によって所定の空間２２が形成される。これらの空間２１および空間２２には、スペーサ３１およびスペーサ３２がそれぞれ設けられている。スペーサ３１は、電極板１１と振動板１４との間の空間２１に設けられ、電極板１１と振動板１４との間の距離を一定に維持している。同様に、スペーサ３２は、電極板１２と振動板１４との間の空間２２に設けられ、電極板１２と振動板１４との間の距離を一定に維持している。スペーサ３１およびスペーサ３２は、いずれも柔軟で弾性力があり、かつ通気性のある材料で形成されている。スペーサ３１およびスペーサ３２は、例えばＰＥＴ樹脂の不織布あるいは発泡樹脂などで形成されている。

スピーカ１０は、昇圧トランス１６、パワーアンプ１７および制御手段としての制御部４０を備えている。電極板１１および電極板１２は、それぞれ昇圧トランス１６と電気的に接続している。また、振動板１４には、昇圧トランス１６から数ｋＶのバイアス電圧が加えられている。昇圧トランス１６から電極板１１と電極板１２とには正負が逆転した電圧が加えられる。これにより、パワーアンプ１７から音声信号に応じた電気信号を電極板１１および電極板１２へ出力することにより、電極板１１および電極板１２と振動板１４との間のクーロン力が変化し振動板１４は振動する。振動板１４の振動によって生じた音は、電極板１１および電極板１２の開口１３を経由して外部へ放出される。

制御部４０は、図２に示すようにバイアス電圧測定部４１、基準電圧発生器４２、減算器４３および電子ボリューム４４から構成されている。なお、図２に示す制御部４０の構成は、一例であり、任意に変更することができる。バイアス電圧測定部４１は、振動板１４に加えられるバイアス電圧を測定する。バイアス電圧測定部４１は、振動板１４と電極板１１または電極板１２との間の電位差を検出する。基準電圧発生器４２は、バイアス電圧の基準値を設定する。減算器４３では、バイアス電圧測定部４１で検出された電位差と基準電圧発生器４２で設定された基準値との差を算出する。電子ボリューム４４では、減算器４３で算出された差と入力された音声信号とからパワーアンプ１７へ出力する出力信号が調整される。

次に、上記構成のスピーカ１０の作動について説明する。
電極板１１および電極板１２と振動板１４との間の絶縁抵抗は、図３に示すようにスピーカ１０の周囲の湿度によって変化する。すなわち、絶縁抵抗は、スピーカ１０の周囲の湿度が上昇するにしたがって減少する。これは、水は空気と比較して導電性が高く、湿度が上昇すると、電極板１１および電極板１２と振動板１４との間に存在する空気中の水分子が増加し、この水分子によって絶縁抵抗が低下するためと考えられる。絶縁抵抗が低下すると、電極板１１および電極板１２と振動板１４との間の電位差が減少し、振動板１４のバイアス電圧が低下する。その結果、振動板１４の振動が小さくなり、振動板１４の振動によって発生する音の音圧が低下する。

また、本参考例のように電極板１１および電極板１２と振動板１４との間にスペーサ３１およびスペーサ３２を設ける場合、湿度に対する絶縁抵抗の変化はより顕著になる。これは、スペーサ３１およびスペーサ３２が不織布などの多孔性の材料で形成されるため、スピーカ１０の周囲の湿度が上昇すると、スペーサ３１およびスペーサ３２側へ侵入した空気に含まれる水分子がスペーサ３１およびスペーサ３２に捕捉されるためと考えられる。図３に示すように、単位厚さ当たりの重量が５．０ｇ／ｍｍと小さいすなわち密度が小さいスペーサを設けた場合と、単位厚さ当たりの重量が２４．０ｇ／ｍｍと大きいすなわち密度が大きいスペーサを設けた場合とを比較すると、密度の小さなスペーサの方が湿度の影響を受けにくい。これは、上述のようにスペーサ３１およびスペーサ３２に空気中の水分子が捕捉されるため、スペーサ３１およびスペーサ３２の密度が大きくなるほど捕捉される水分子が増加するためと考えられる。

図３に示すように、スペーサ３１およびスペーサ３２の有無に関わらず、電極板１１および電極板１２と振動板１４との間の絶縁抵抗はスピーカ１０の周囲の湿度によって変化する。また、スペーサ３１およびスペーサ３１を設けることにより、湿度による絶縁抵抗への影響はさらに顕著となる。そのため、振動板１４に加えられるバイアス電圧は、スピーカ１０の周囲の湿度によって変化する。

第１参考例では、制御部４０のバイアス電圧測定部４１は、振動板１４に加えられるバイアス電圧を検出している。バイアス電圧測定部４１は、上述のように振動板１４と電極板１１または電極板１２との間の電位差から振動板１４に加わるバイアス電圧を測定している。バイアス電圧測定部４１で測定されたバイアス電圧と基準電圧発生器４２で発生した基準値との差に基づいて、電子ボリューム４４からパワーアンプ１７へ出力される出力信号が調整される。

例えば乾燥状態で振動板１４に設定されているバイアス電圧を５ｋＶとし、バイアス電圧が５ｋＶのときにバイアス電圧測定部４１から出力される出力値を５Ｖと設定する。また、基準電圧発生器４２から発生する基準電圧は５Ｖとする。そのため、乾燥状態のとき、減算器４３で算出される減算値は「０」となる。したがって、電子ボリューム４４の調整値は中点すなわち「±０」に設定される。その結果、パワーアンプ１７へ出力される出力信号は補正されない通常値であり、スピーカ１０からは通常の音圧の音が発生する。

湿度が上昇し、電極板１１および電極板１２と振動板１４との間の絶縁抵抗が低下すると、バイアス電圧の低下にともないバイアス電圧測定部４１からの出力値も低下する。このとき、バイアス電圧測定部４１からの出力値が３Ｖとなると、減算器４３で算出される減算値は２Ｖとなる。したがって、電子ボリューム４４の調整値は「＋２Ｖ」に設定される。その結果、パワーアンプ１７へ出力される出力信号は補正された補正値であり、スピーカ１０からは音圧の低下分を補完した通常の音圧の音が発生する。

以上説明したように、第１参考例では、振動板１４へ加わるバイアス電圧に変化が生じるおそれがあると、制御部４０はその低下したバイアス電圧を補完するように電圧を制御する。そのため、湿度が変化しても、振動板１４に加わるバイアス電圧は一定に維持される。したがって、湿度による音圧の変化が低減され、湿度に関わらず一定の音圧を維持することができる。
また、第１参考例では、スピーカ１０の電極板１１、１２および振動板１４に湿度を低減するための加工は不要である。したがって、電極板１１、１２および振動板１４の構造の複雑化および加工工数の増大を抑えることができる。

（第２参考例）
本発明の第２参考例によるスピーカの制御部を図４に示す。
第２参考例の場合、制御部４０は音圧測定部４５を有している。音圧測定部４５は、第１参考例のバイアス電圧測定部４１に代えて設けられている。音圧測定部４５は、スピーカ１０から発せられる音の音圧を測定する。音圧測定部４５は、測定した平均音圧にしたがって出力値の電圧が変化する。スピーカ１０の周囲の湿度が上昇すると、上述のように電極板１１および電極板１２と振動板１４との間の絶縁抵抗の低下にともない、スピーカ１０から発生する音の音圧が低下する。そこで、第２参考例では、スピーカ１０から発生する音の音圧を音圧測定部４５で測定し、測定した音圧に基づいて振動板１４に加えるバイアス電圧を調整する。

例えば湿度が上昇し、電極板１１、１２と振動板１４との間の絶縁抵抗が低下すると、発生する音の音圧が低下し、音圧測定部４５からの出力値も低下する。そのため、減算器４３で算出される減算値に基づいて電子ボリューム４４の調整値が設定される。その結果、パワーアンプ１７へ出力される出力信号は補正された補正値であり、スピーカ１０からは音圧の低下分を補完した通常の音圧の音が発生する。

第２参考例では、第１参考例と同様にスピーカ１０から発生する音の音圧に応じてバイアス電圧が調整される。そのため、湿度が変化しても、振動板１４に加わるバイアス電圧は一定に維持される。したがって、湿度による音圧の変化が低減され、湿度に関わらず一定の音圧を維持することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるスピーカの制御部を図５に示す。
第１実施形態では、制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５３を有するマイクロコンピュータで構成されている。制御部５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５３に加えて、制御信号生成部５４を有している。また、制御部５０には、湿度検出手段としての湿度センサ５５が接続している。湿度センサ５５は、検出したスピーカ１０の周囲の湿度に基づいた電気信号を制御部５０へ出力する。制御部５０のＲＯＭ５２には、湿度センサ５５で検出した湿度と、制御信号生成部５４で生成する制御信号の出力値との関係がマップとして保存されている。そのため、制御部５０は、湿度センサ５５で検出した湿度に基づいて制御信号の出力値を設定し、制御信号生成部５４からパワーアンプ１７へ制御信号を出力する。制御信号生成部５４では、湿度に応じて変化する振動板１４のバイアス電圧を一定に維持する制御信号が生成される。

第１実施形態では、湿度センサ５５で検出したスピーカ１０の周囲の湿度に応じて振動板１４に加えられるバイアス電圧が制御される。そのため、湿度が変化しても、振動板１４に加わるバイアス電圧は一定に維持される。したがって、湿度による音圧の変化が低減され、湿度に関わらず一定の音圧を維持することができる。

（第３参考例）
本発明の第３参考例によるスピーカを図６に示し、第３参考例によるスピーカの加熱制御部を図７に示す。
第３参考例では、スピーカ１０は、第１参考例の構成に加え、加熱制御部６０およびヒータ７０を有している。加熱制御部６０およびヒータ７０は、特許請求の範囲の温度制御手段を構成している。加熱制御部６０は、図７に示すようにバイアス電圧測定部６１、基準電圧発生器６２、減算器６３およびヒータ制御部６４を有している。バイアス電圧測定部６１、基準電圧発生器６２および減算器６３は、第１参考例と同様である。第３参考例では、加熱制御部６０は音声信号についての補正は行わない。そのため、音声信号は、直接パワーアンプ１７へ入力される。

加熱制御部６０は、ヒータ７０への通電を断続する。ヒータ７０は、スピーカ１０を構成する電極板１１、電極板１２、振動板１４、スペーサ３１およびスペーサ３２を加熱する。ヒータ制御部６４は、バイアス電圧測定部６１で測定した振動板１４のバイアス電圧に基づいてヒータ７０への通電を断続する。例えば、ヒータ制御部６４は、減算器６３で算出されたバイアス電圧測定部６１からの出力値と基準電圧発生器６２からの基準値との差が「０」になるまでヒータ７０への通電を継続する。

湿度は、空気の温度によって変化する。すなわち、空気中に含まれる水蒸気の量が一定であれば、温度が上昇すると湿度は低下する。そこで、第３参考例では、湿度が上昇し、振動板１４に加えられるバイアス電圧が変化するおそれがあると、加熱制御部６０はヒータ７０に通電する。ヒータ７０に通電することにより、電極板１１、電極板１２、振動板１４、スペーサ３１およびスペーサ３２の温度が上昇し、これらの近傍の湿度は低下する。また、スペーサ３１およびスペーサ３２を加熱することにより、スペーサ３１およびスペーサ３２に捕捉された水分は蒸発する。これにより、スピーカ１０の近傍の湿度が低下し、振動板１４に加えられるバイアス電圧は一定に維持される。

第３参考例では、湿度の上昇にともなって電極板１１、１２と振動板１４との間の絶縁抵抗が低下すると、加熱制御部６０はヒータ７０に通電し、電極板１１、電極板１２、振動板１４、スペーサ３１およびスペーサ３２を加熱する。そのため、湿度が変化しても、振動板１４に加わるバイアス電圧は一定に維持される。したがって、湿度による音圧の変化が低減され、湿度に関わらず一定の音圧を維持することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した第３参考例では、振動板１４のバイアス電圧を検出しつつヒータ７０を制御する構成について説明した。しかし、例えば湿度センサおよびマイクロコンピュータから構成される加熱制御部を設け、湿度センサからの出力値に応じて加熱制御部がヒータ７０を制御する構成としてもよい。また、ヒータ７０に代えて例えばペルチェ素子などの冷却および加熱が可能な温度制御部を設け、バイアス電圧を一定にするために、加熱に限らず、冷却を行う構成としてもよい。

以上説明した複数の参考例および実施形態では、各参考例および実施形態を個別に説明したが、複数の参考例および実施形態を組み合わせて適用してもよい。
また、上記の複数の参考例および実施形態では、電極板１１および電極板１２と振動板１４との間にスペーサ３１およびスペーサ３２を設ける例を説明した。しかし、スペーサ３１およびスペーサ３２は、必要に応じて取り外してもよい。

（Ａ）は本発明の第１参考例によるスピーカの構成の概略を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た矢視図。本発明の第１参考例によるスピーカの制御部の構成を示すブロック図。湿度と絶縁抵抗との関係を示す概略図。本発明の第２参考例によるスピーカの制御部の構成を示すブロック図。本発明の第１実施形態によるスピーカの制御部の構成を示すブロック図。本発明の第３参考例によるスピーカの構成の概略を示すブロック図。本発明の第３参考例によるスピーカの制御部の構成を示すブロック図。

符号の説明

１０：スピーカ、１１：電極板、１２：電極板、１４：振動板、３１、３２：スペーサ、４０、５０：制御部（制御手段）、５５：湿度センサ（湿度検出手段）、６０：加熱制御部（温度制御手段）、７０：ヒータ（温度制御手段）

Claims

対向して配置されている一対の電極板と、
一対の前記電極板の間に、前記電極板とそれぞれ所定の距離を形成して挟まれている振動板と、
周囲の湿度を検出する湿度検出手段と、
前記湿度検出手段で検出した湿度に基づいて前記振動板に加えるバイアス電圧を設定することで、周囲の湿度に応じて前記振動板に加わるバイアス電圧を一定に制御する制御手段と、
を備えるスピーカ。
前記電極板と前記振動板との間にそれぞれ設けられ、前記電極板と前記振動板との間を所定の間隔で支持するスペーサをさらに備える請求項１に記載のスピーカ。