JP4899590B2 - Electrostatic speaker - Google Patents

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Description

本発明は、静電型スピーカに関する。   The present invention relates to an electrostatic speaker.

従来から、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、基本構造として、空隙を隔てて向かい合う2枚の平行平面電極を有する。2枚の平行平面電極は、1枚が固定され(固定電極あるいは固定板という)、もう1枚が可動する(可動電極、振動電極、あるいは振動板という)構造となっているものが多い。この平行平面電極間に印加されるバイアス電圧に入力信号を重ね合わせると、平行平面電極間の吸引力が変化する。静電型スピーカは、この吸引力により振動板を振動させることにより音を出力するものである。   Conventionally, a speaker called an electrostatic speaker (condenser speaker) is known. The electrostatic speaker has two parallel flat electrodes facing each other with a gap as a basic structure. In many cases, two parallel flat electrodes have a structure in which one is fixed (referred to as a fixed electrode or a fixed plate) and the other is movable (referred to as a movable electrode, a vibration electrode, or a vibration plate). When an input signal is superimposed on the bias voltage applied between the parallel plane electrodes, the attractive force between the parallel plane electrodes changes. The electrostatic speaker outputs sound by vibrating the diaphragm with this suction force.

一般的に静電型スピーカは、可動電極の両側にそれぞれ1枚ずつ、計2枚の固定電極を有するものが多い。可動電極の外周部は、2枚の固定電極の間で固定される。この構造の静電型スピーカにおいて、可動電極の振幅は、可動電極に加えられる張力と入力信号の強度に依存する。可動電極の振幅は通常の動電型スピーカに比べて小さいため、動電型スピーカと同等の音圧を得るには、可動電極の面積を大きくする必要があった。すなわち、静電型スピーカが大型化してしまうという問題があった。さらに、可動電極の外周は固定されているため、音圧を上げるため可動電極の振幅を増大させると、可動電極の中心部分が固定電極に接触してしまうという問題があった。この問題に対する対策として、固定電極間の間隔を広げることが考えられる。しかし、固定電極間の間隔を広げると、同じ音圧を得るためには固定電極に印加するバイアス電圧および入力信号の電圧を大きくする必要がある、すなわち、スピーカの効率が低下するという問題があった。   In general, many electrostatic speakers have two fixed electrodes, one on each side of the movable electrode. The outer peripheral part of the movable electrode is fixed between two fixed electrodes. In the electrostatic speaker having this structure, the amplitude of the movable electrode depends on the tension applied to the movable electrode and the intensity of the input signal. Since the amplitude of the movable electrode is smaller than that of a normal electrodynamic speaker, it is necessary to increase the area of the movable electrode in order to obtain a sound pressure equivalent to that of the electrodynamic speaker. In other words, there is a problem that the electrostatic speaker becomes large. Furthermore, since the outer periphery of the movable electrode is fixed, there is a problem that when the amplitude of the movable electrode is increased to increase the sound pressure, the central portion of the movable electrode comes into contact with the fixed electrode. As a countermeasure against this problem, it is conceivable to increase the interval between the fixed electrodes. However, if the interval between the fixed electrodes is increased, in order to obtain the same sound pressure, it is necessary to increase the bias voltage and the input signal voltage applied to the fixed electrodes, that is, the efficiency of the speaker decreases. It was.

以上の問題を解決する技術として、例えば特許文献1および2に記載された技術がある。特許文献1は、可動電極を固定電極に対し固定する部分に弾性スペーサを設けることにより可動電極に係る張力を低減する技術を開示している。特許文献2は、固定電極として、互いに絶縁された複数の板状電極を用いることにより、可動電極を平板に近い形態で振動させる技術を開示している。
また、前述のような静電型スピーカに特有の問題を回避するため、動電型平面スピーカも開発されている(例えば、特許文献3参照)。しかし、動電型平面スピーカは静電型スピーカと比較して効率および応答性が悪いという問題がある。
As a technique for solving the above problem, there are techniques described in Patent Documents 1 and 2, for example. Patent Document 1 discloses a technique for reducing the tension associated with the movable electrode by providing an elastic spacer in a portion where the movable electrode is fixed to the fixed electrode. Patent Document 2 discloses a technique for vibrating a movable electrode in a form close to a flat plate by using a plurality of plate-like electrodes insulated from each other as a fixed electrode.
Moreover, in order to avoid the problem peculiar to the above-mentioned electrostatic type speaker, the electrodynamic type flat speaker is also developed (for example, refer patent document 3). However, the electrodynamic flat speaker has a problem that efficiency and responsiveness are poor as compared with the electrostatic speaker.

ここで、静電型スピーカにおける音圧の問題を解決する技術として、例えば非特許文献1に記載された技術がある。非特許文献1は、可動電極の外周を固定(支持)しない、いわゆるエッジレス構造を有する静電型スピーカを開示している。   Here, as a technique for solving the problem of sound pressure in an electrostatic speaker, for example, there is a technique described in Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 1 discloses an electrostatic speaker having a so-called edgeless structure in which the outer periphery of a movable electrode is not fixed (supported).

特許第3353031号公報Japanese Patent No. 3353531 特許第3277498号公報Japanese Patent No. 3277498 特公平7−038758号公報Japanese Patent Publication No. 7-038758 岡崎正倫、外4名、「全帯域でピストン振動する振動板を持つコンデンサスピーカとその応用」、日本音響学会2004年度秋季研究発表会講演論文集、日本音響学会、平成16年9月、p.563−564Masanori Okazaki, 4 others, “Condenser speaker with diaphragm that vibrates piston in all bands and its application”, Acoustical Society of Japan 2004 Fall Meeting Presentation, Acoustical Society of Japan, September 2004, p. 563-564

エッジレス構造を採用することにより、静電型スピーカの音圧を向上させることができる。しかし、単にエッジレス構造を採用するだけでは、スピーカの最低共振周波数を低下させることができないという問題があった。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、最低共振周波数を低下させることができる静電型スピーカを提供する。
By adopting the edgeless structure, the sound pressure of the electrostatic speaker can be improved. However, simply adopting the edgeless structure has a problem that the minimum resonance frequency of the speaker cannot be lowered.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an electrostatic speaker capable of lowering the lowest resonance frequency.

上述の課題を解決するため、本発明は、面を有し、入力信号に応じて振動する振動電極と、前記振動電極の面に対向する面を有し、前記振動電極と離間配置された固定電極と、前記振動電極の面と前記固定電極の面との間に形成され、所定のスティフネスおよび絶縁性を有するクッション絶縁層であって、前記振動電極と前記固定電極との間隙を貫く空隙部を有するクッション絶縁層とを有する静電型スピーカを提供する。   In order to solve the above-described problem, the present invention has a vibration electrode that has a surface and vibrates in response to an input signal, a surface that faces the surface of the vibration electrode, and is fixedly spaced from the vibration electrode. A cushion insulating layer formed between an electrode and a surface of the vibration electrode and the surface of the fixed electrode, and having a predetermined stiffness and insulation, and a gap portion passing through a gap between the vibration electrode and the fixed electrode There is provided an electrostatic speaker having a cushion insulating layer having

好ましい態様において、この静電型スピーカは、前記クッション絶縁層が、互いに間隙を有して配置される複数のクッション材によって形成され、各クッション材の間の間隙が前記空隙部となってもよい。
この態様において、前記複数のクッション材の各々は、その集合全体についてのスティフネスが所定値になるように、少なくとも各クッション材の個々のスティフネス、各クッション材の形状および各クッション材の配置が決定されてもよい。
In a preferred aspect, in the electrostatic speaker, the cushion insulating layer may be formed by a plurality of cushion materials arranged with a gap therebetween, and the gap between the cushion materials may be the gap portion. .
In this aspect, at least the individual stiffness of each cushion material, the shape of each cushion material, and the arrangement of each cushion material are determined so that the stiffness of each of the plurality of cushion materials becomes a predetermined value. May be.

別の好ましい態様において、この静電型スピーカは、前記クッション絶縁層が、一または複数のクッション材によって形成され、前記一または複数のクッション材には前記振動電極と前記固定電極との間隙を貫く孔が形成されていてもよい。   In another preferable aspect, in the electrostatic speaker, the cushion insulating layer is formed of one or a plurality of cushion materials, and the one or the plurality of cushion materials penetrates a gap between the vibration electrode and the fixed electrode. A hole may be formed.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るスピーカユニット1の構成を示す図である。スピーカユニット1は、固定電極10および固定電極50の2枚の固定電極を有する、いわゆるプッシュ・プル型の静電型スピーカである。スピーカユニット1は、固定電極10と固定電極50の間に挟まれた振動膜30を有する。振動膜30は、静電型スピーカにおける振動電極として機能する。固定電極10と振動膜30の間にはクッション層20が設けられている。同様に、固定電極50と振動膜30の間にはクッション層40が設けられている。固定電極10と固定電極50の間には、スペーサ60が設けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a speaker unit 1 according to an embodiment of the present invention. The speaker unit 1 is a so-called push-pull type electrostatic speaker having two fixed electrodes, a fixed electrode 10 and a fixed electrode 50. The speaker unit 1 has a vibrating membrane 30 sandwiched between the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50. The vibration film 30 functions as a vibration electrode in the electrostatic speaker. A cushion layer 20 is provided between the fixed electrode 10 and the vibrating membrane 30. Similarly, a cushion layer 40 is provided between the fixed electrode 50 and the vibrating membrane 30. A spacer 60 is provided between the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50.

固定電極10および固定電極50は、平面形状の電極である。固定電極10および固定電極50は、例えば、パンチングメタルなど、音波を透過する構造を有する導電性材料により形成される。あるいは、固定電極10および固定電極50は、スパッタ処理により金属などの導電性材料を蒸着した不織布により形成されてもよい。さらにあるいは、固定電極10および固定電極50は、導電染料を塗布した不織布により形成されてもよい。要するに、固定電極10および固定電極50は、導電性および音波透過性を兼ね備えた材料であればどのような材料を用いて形成されてもよい。   The fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 are planar electrodes. The fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 are formed of a conductive material having a structure that transmits sound waves, such as punching metal, for example. Alternatively, the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 may be formed of a nonwoven fabric obtained by depositing a conductive material such as metal by sputtering. Further alternatively, the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 may be formed of a nonwoven fabric coated with a conductive dye. In short, the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 may be formed using any material as long as the material has both conductivity and sound wave transmission.

振動膜30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)、ポリエステルなどの高分子材料を用いたフィルム(薄膜あるいはシート)に、金属などの導電性材料を蒸着した材料により形成される。あるいは、振動膜30は、フィルムに導電染料を塗布した材料により形成されてもよい。振動膜30は、クッション層20およびクッション層40に挟まれている。振動膜30は、クッション層20およびクッション層40により支持されている。従来技術においては、振動膜の外周部が固定電極に対し固定される、すなわち、振動膜には張力が加えられる。しかし、本実施形態において、振動膜30の外周部は固定電極10(固定電極50)に対し固定されない。すなわち、振動膜30には張力が加えられない。   The vibration film 30 is a material obtained by depositing a conductive material such as metal on a film (thin film or sheet) using a polymer material such as PET (polyethylene terephthalate), PP (polypropylene, polypropylene), or polyester. It is formed by. Alternatively, the vibration film 30 may be formed of a material obtained by applying a conductive dye to a film. The vibration film 30 is sandwiched between the cushion layer 20 and the cushion layer 40. The vibration film 30 is supported by the cushion layer 20 and the cushion layer 40. In the prior art, the outer peripheral portion of the diaphragm is fixed to the fixed electrode, that is, tension is applied to the diaphragm. However, in the present embodiment, the outer peripheral portion of the vibrating membrane 30 is not fixed to the fixed electrode 10 (fixed electrode 50). That is, no tension is applied to the vibrating membrane 30.

固定電極10には、図示しない電源からバイアス電圧が供給される。さらに、スピーカユニット1は、図示しない信号源から音声信号(入力信号)を入力する入力部を有する。入力信号は、バイアス電圧に重ねあわされて固定電極10に供給される。こうして、入力信号に応じた電圧が固定電極10と振動膜30との間に印加される。印加電圧によって固定電極10と振動膜30との間に電位差が生じると、振動膜30には静電力が働く。すなわち、振動膜30は入力信号に応じて変位、すなわち振動する。この振動状態(振動数、振幅、位相など)に応じた音が振動膜30から発生する。本実施形態において、スピーカユニット1は、プッシュ・プル型の静電型スピーカなので、固定電極50には、逆位相の印加電圧が供給される。逆位相の信号が供給されることにより、固定電極50と振動膜30との間には、固定電極10と振動膜30との間に働く静電力と同じ向きおよび大きさの静電力が働く。すなわち、プッシュ・プル型の静電型スピーカにおいては、振動膜30には、シングル型と比較して2倍の静電力が働く。   A bias voltage is supplied to the fixed electrode 10 from a power source (not shown). Furthermore, the speaker unit 1 has an input unit for inputting an audio signal (input signal) from a signal source (not shown). The input signal is superimposed on the bias voltage and supplied to the fixed electrode 10. Thus, a voltage corresponding to the input signal is applied between the fixed electrode 10 and the vibrating membrane 30. When a potential difference is generated between the fixed electrode 10 and the vibrating membrane 30 due to the applied voltage, an electrostatic force acts on the vibrating membrane 30. That is, the vibration film 30 is displaced, that is, vibrates according to the input signal. Sound corresponding to the vibration state (frequency, amplitude, phase, etc.) is generated from the vibration film 30. In the present embodiment, since the speaker unit 1 is a push-pull type electrostatic speaker, an application voltage having an opposite phase is supplied to the fixed electrode 50. By supplying a signal having an antiphase, an electrostatic force having the same direction and magnitude as the electrostatic force acting between the fixed electrode 10 and the vibrating membrane 30 acts between the fixed electrode 50 and the vibrating membrane 30. That is, in the push-pull type electrostatic speaker, the electrostatic force acts twice on the vibration film 30 as compared with the single type.

スペーサ60は、固定電極10と固定電極50とを互いに固定し、また、絶縁する機能を有する。スペーサ60は、例えば、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る。スペーサ60は、接着剤などを用いて固定電極10および固定電極50に対して固定される。   The spacer 60 has a function of fixing the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 to each other and insulating them. The spacer 60 is formed of an insulating material such as vinyl chloride, acrylic (methyl methacrylate), or rubber. The spacer 60 is fixed to the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50 using an adhesive or the like.

クッション層20およびクッション層40は、スピーカユニット1の周波数特性を所望の特性にするためのものである。クッション層20およびクッション層40は、所定の弾性率(例えば厚さ方向に関する線弾性係数(ヤング率)等で表すことができる)を有する弾性体あるいは弾性材料を用いて形成される。クッション層20およびクッション層40の弾性率は、以下のように決定される。例えば、阪本楢次、「スピーカとスピーカシステム」、日刊工業新聞社、1967年、に記載されているように、系の最低共振周波数fは次式(1)のように表される。

Figure 0004899590
ここで、Cは固定電極10(固定電極50)および振動膜30により形成されるコンデンサの静電容量である。固定電極10(固定電極50)と振動膜30との間に直流電界および入力信号が加えられない状態における固定電極10(固定電極50)と振動膜30との距離をd、直流電界および入力信号が加えられたときの振動膜30の変位をxとすると、Cは次式(2)のように表される。
Figure 0004899590
The cushion layer 20 and the cushion layer 40 are for making the frequency characteristics of the speaker unit 1 desired characteristics. The cushion layer 20 and the cushion layer 40 are formed using an elastic body or an elastic material having a predetermined elastic modulus (for example, a linear elastic modulus (Young's modulus) in the thickness direction). The elastic modulus of the cushion layer 20 and the cushion layer 40 is determined as follows. For example, as described in Shinji Sakamoto, “Speaker and Speaker System”, Nikkan Kogyo Shimbun, 1967, the minimum resonance frequency f 0 of the system is expressed by the following equation (1).
Figure 0004899590
Here, C 0 is the capacitance of the capacitor formed by the fixed electrode 10 (fixed electrode 50) and the vibration film 30. The distance between the fixed electrode 10 (fixed electrode 50) and the vibrating membrane 30 in a state where no DC electric field and input signal are applied between the fixed electrode 10 (fixed electrode 50) and the vibrating membrane 30 is d, the DC electric field and the input signal. when x 0 the displacement of the vibrating film 30 at the time when the added, C 0 is expressed by the following equation (2).
Figure 0004899590

また、Eは、固定電極10(固定電極50)に印加されるバイアス電圧、すなわち、共通接地から固定電極10(固定電極50)の電位である。εは、クッション層20(クッション層40)の誘電率である。Sは、振動膜30の、固定電極10(固定電極50)と対向する面の面積である。MMDは、振動膜30の質量である。MMAは、振動膜30の片側の空気付加質量(放射質量)である。 E 0 is a bias voltage applied to the fixed electrode 10 (fixed electrode 50), that is, a potential of the fixed electrode 10 (fixed electrode 50) from the common ground. ε is the dielectric constant of the cushion layer 20 (cushion layer 40). S is the area of the surface of the vibrating membrane 30 facing the fixed electrode 10 (fixed electrode 50). M MD is the mass of the vibrating membrane 30. MMA is the air additional mass (radiation mass) on one side of the vibrating membrane 30.

また、Sは、系の等価スティフネスである。従来技術のように、振動膜(振動板)に張力(テンション)をかけることにより振動膜の外周部を固定電極に対して固定(支持)する構造の静電型スピーカにおいては、Sは振動膜に加えられる張力を表す。しかし、本実施形態のように振動膜に張力をかけない構造においては、張力をSとして用いることができない。そこで、本実施形態においては、クッション層20(クッション層40)のスティフネス(かけられた負荷と変位との比例定数であって、N/mの次元を有する)をSとして用いる。スティネスが決まれば、クッション層20(クッション層40)の形状や厚みを考慮することにより、クッション層20(クッション層40)の弾性率を決定することができる。弾性率としては、例えば応力―歪み特性が線形の範囲ではヤング率を、応力―歪み特性が非線形の範囲ではセカント係数を用いることができる。 In addition, S M is the equivalent stiffness of the system. As in the prior art, the electrostatic speaker of structure for fixing (supporting) the outer peripheral portion with respect to the fixed electrode of the vibrating film by applying a tension (tension) on the vibration film (diaphragm) is, S M vibration Represents the tension applied to the membrane. However, in the structure not to apply tension to the vibrating film as in the present embodiment, it is not possible to use tension as S M. Therefore, in the present embodiment, (a proportionality constant between an applied load and displacement, has dimensions of N / m) stiffness of the cushion layer 20 (cushioning layer 40) is used as the S M. If the stiffness is determined, the elastic modulus of the cushion layer 20 (cushion layer 40) can be determined by considering the shape and thickness of the cushion layer 20 (cushion layer 40). As the elastic modulus, for example, Young's modulus can be used in a range where the stress-strain characteristic is linear, and a secant coefficient can be used in a range where the stress-strain characteristic is non-linear.

式(1)をSについて解くと、次式(3)のようになる。

Figure 0004899590
ここで、SME=2εSE /(d+xであり、コンデンサの負スティフネスを表す。このように、クッション材のスティフネスSは、系の最低共振周波数fの関数となる。式(3)に所望の最低共振周波数、すなわち最低共振周波数の設計値を代入すると、クッション層20(クッション層40)のスティフネスが得られる。こうして算出されたスティフネスを有するクッション材を用いることにより、所望の最低共振周波数を有する静電型スピーカを作製することができる。クッション層20(クッション層40)のスティフネスSは、式(3)で算出されるスティフネスSに対しあらかじめ決められた誤差範囲内に収まっていればよい。例えば、スピーカユニット1は、0.8≦(S/S)≦1.2を満たすスティフネスSを有するクッション材を用いて作製されてもよい。 Solving equation (1) S M, the following equation (3).
Figure 0004899590
Here, S ME = 2εSE 0 2 / (d + x 0 ) 3 , which represents the negative stiffness of the capacitor. Thus, the stiffness S M of the cushion material is a function of the lowest resonance frequency f 0 of the system. When the desired minimum resonance frequency, that is, the design value of the minimum resonance frequency, is substituted into Equation (3), the stiffness of the cushion layer 20 (cushion layer 40) can be obtained. By using the cushion material having the stiffness calculated in this way, an electrostatic speaker having a desired minimum resonance frequency can be manufactured. Stiffness S of the cushion layer 20 (cushioning layer 40) need only fall within the error range determined in advance with respect to the stiffness S M calculated by Equation (3). For example, the speaker unit 1 may be manufactured using a cushion material having a stiffness S that satisfies 0.8 ≦ (S / S M ) ≦ 1.2.

図2は、クッション層の第1実施形態を示す図である。図2は、固定電極10を正面から見た平面図である。図2においては、図面が煩雑になるのを避けるため、固定電極10およびクッション層20のみ図示している。本実施形態において、クッション層20は、複数のクッション部材20−1を有する。各クッション部材20−1の形状は直方体である。複数のクッション部材20−1は、固定電極10上に等間隔で配置されている。固定電極10とクッション部材20−1とは、例えば接着剤を用いて固定される。各クッション部材20−1のスティフネスをS とすると、クッション層20、すなわち複数のクッション部材20−1全体のスティフネスSは、S=ΣS となる。本実施形態においては、S=ΣS が、0.8≦(S/S)≦1.2を満たす。このように、クッション層20は、固定電極10の面と振動膜30の面との間に形成される。また、クッション層20は、所定のスティフネスおよび絶縁性を有する。さらに、クッション層20は、振動膜30と固定電極10との間隙を貫く空隙部を有する。本実施形態においては、クッション層20が、互いに間隙を有して配置される複数のクッション部材20−1によって形成される。各クッション部材20−1の間の間隙が、振動膜30と固定電極10との間隙を貫く空隙部となる。さらに、クッション部材20−1の各々は、その集合全体についてのスティフネスが所定値になるように、少なくとも各クッション材の個々のスティフネス、各クッション材の形状および各クッション材の配置が決定されている。 Drawing 2 is a figure showing a 1st embodiment of a cushion layer. FIG. 2 is a plan view of the fixed electrode 10 as viewed from the front. In FIG. 2, only the fixed electrode 10 and the cushion layer 20 are shown in order to avoid complicated drawing. In the present embodiment, the cushion layer 20 includes a plurality of cushion members 20-1. The shape of each cushion member 20-1 is a rectangular parallelepiped. The plurality of cushion members 20-1 are arranged on the fixed electrode 10 at equal intervals. The fixed electrode 10 and the cushion member 20-1 are fixed using, for example, an adhesive. When the stiffness of each cushion member 20-1 is S M i , the stiffness S of the cushion layer 20, that is, the plurality of cushion members 20-1 as a whole, is S = ΣS M i . In the present embodiment, S = ΣS M i satisfies 0.8 ≦ (S / S M ) ≦ 1.2. As described above, the cushion layer 20 is formed between the surface of the fixed electrode 10 and the surface of the vibration film 30. The cushion layer 20 has predetermined stiffness and insulation. Further, the cushion layer 20 has a gap that penetrates the gap between the vibration film 30 and the fixed electrode 10. In the present embodiment, the cushion layer 20 is formed by a plurality of cushion members 20-1 that are arranged with a gap therebetween. A gap between the cushion members 20-1 becomes a gap that penetrates the gap between the vibrating membrane 30 and the fixed electrode 10. Further, each of the cushion members 20-1 has at least the individual stiffness of each cushion material, the shape of each cushion material, and the arrangement of each cushion material so that the stiffness of the entire assembly becomes a predetermined value. .

このように、クッション層として複数のクッション部材を用いるのは次のような理由による。スティフネスは、例えばクッション層のヤング率をクッション層の厚さで除算し、さらにクッション層の面積を乗算することにより得られる。すなわち、同じ素材を用いた場合でも、その面積を減少させることにより、クッション層のスティフネスを減少させることができる。これにより、サイズの大きい静電型スピーカユニットを作製する場合においても、クッション層のスティフネスの増加を抑制することができる。すなわち、低fの特性を有する静電型スピーカユニットを作製することができる。 Thus, a plurality of cushion members are used as the cushion layer for the following reason. Stiffness can be obtained, for example, by dividing the Young's modulus of the cushion layer by the thickness of the cushion layer and then multiplying by the area of the cushion layer. That is, even when the same material is used, the stiffness of the cushion layer can be reduced by reducing the area. Thereby, even when producing a large-sized electrostatic speaker unit, an increase in the stiffness of the cushion layer can be suppressed. That is, an electrostatic speaker unit having a low f 0 characteristic can be manufactured.

図3は、クッション層の第2実施形態を示す図である。第1実施形態においてはクッション部材20−1は等間隔に配置されていたが、第2実施形態においては、複数のクッション部材20−1はランダムな間隔で配置されている。なお、第1および第2実施形態において、クッション部材20−1の間隔を大きくするには、振動膜30として、より固い材料で形成されたものを用いることが望ましい。   FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the cushion layer. In the first embodiment, the cushion members 20-1 are arranged at equal intervals, but in the second embodiment, the plurality of cushion members 20-1 are arranged at random intervals. In the first and second embodiments, in order to increase the interval between the cushion members 20-1, it is desirable to use a vibration film 30 made of a harder material.

図4は、クッション層の第3実施形態を示す図である。本実施形態において、クッション層20は、複数のクッション部材20−2を有する。クッション部材20−2の形状は、立方体である。複数のクッション部材20−2は、等間隔で規則的に固定電極10上に配置されている。なお、クッション部材20−2の形状は立方体に限定されない。多角柱、円柱、球形、円錐形などどのような形状の立体でもよい。また、クッション部材20−2は、ランダムな間隔で配置されてもよい。   FIG. 4 is a diagram showing a third embodiment of the cushion layer. In the present embodiment, the cushion layer 20 includes a plurality of cushion members 20-2. The shape of the cushion member 20-2 is a cube. The plurality of cushion members 20-2 are regularly arranged on the fixed electrode 10 at equal intervals. The shape of the cushion member 20-2 is not limited to a cube. Any solid such as a polygonal column, cylinder, sphere, or cone may be used. Further, the cushion members 20-2 may be arranged at random intervals.

図5は、クッション層の第4実施形態を示す図である。本実施形態において、クッション層20は、複数の孔Hを有するクッション材20−3により形成される。孔Hは、クッション材20−3の表面から裏面まで貫通している。なお、孔Hの断面形状は4角形に限定されない。3角形、または5角形以上の多角形であってもよい。あるいは、円形または楕円形であってもよい。また、孔Hは等間隔で規則的に配置されても、ランダムに配置されてもよい。要は、クッション材20−3は、振動膜30と固定電極10との間隙を貫く孔が形成されていれば、どのような形状でもよい。なお、図5においてはクッション層20が単一のクッション材により形成されている態様が示されているが、クッション層20は、それぞれ孔Hを有する複数のクッション材により形成されてもよい。この場合は、孔Hおよび各クッション材の間の間隙がクッション層20の空隙部を形成する。また、各孔Hを接続する空隙部が設置されていてもよい。   FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the cushion layer. In the present embodiment, the cushion layer 20 is formed of a cushion material 20-3 having a plurality of holes H. The hole H penetrates from the front surface to the back surface of the cushion material 20-3. The cross-sectional shape of the hole H is not limited to a quadrangle. It may be a triangle or a polygon of pentagon or more. Alternatively, it may be circular or elliptical. Further, the holes H may be regularly arranged at regular intervals or randomly. In short, the cushion material 20-3 may have any shape as long as a hole penetrating the gap between the vibrating membrane 30 and the fixed electrode 10 is formed. In addition, although the aspect in which the cushion layer 20 is formed of a single cushion material is shown in FIG. 5, the cushion layer 20 may be formed of a plurality of cushion materials each having a hole H. In this case, the gap between the hole H and each cushion material forms a void portion of the cushion layer 20. Moreover, the space | gap part which connects each hole H may be installed.

図2〜図5はあくまで例示であり、クッション層の形状はこれに限定されるものではない。要は、式(3)で算出されるスティフネスから所定の誤差範囲に収まっているスティフネスを有するクッション層であれば、どのような形状のものでものよい。また、図2〜図5ではクッション層20についてのみ説明したが、クッション層40についてもこれと同様である。   2 to 5 are merely examples, and the shape of the cushion layer is not limited to this. In short, any shape may be used as long as the cushion layer has a stiffness that falls within a predetermined error range from the stiffness calculated by Equation (3). Moreover, although only the cushion layer 20 was demonstrated in FIGS. 2-5, it is the same also about this with respect to the cushion layer 40. FIG.

図6は、スピーカユニット1の周波数特性を例示する図である。図6の例では、振動膜30として厚さ3μm(マイクロメートル)のPETフィルムに、400Å(オングストローム)の厚さのAlを蒸着したものが用いられている。また、固定電極10および固定電極50として、開孔率41.9%のパンチングメタルが用いられている。バイアス電圧として5.25kVの電圧が、入力信号として4000Vppの正弦波が用いられている。図6において、実線はクッション層として高スティフネス(具体的には133291N/m)の材料を用いた場合の周波数特性の実測値を、点線はクッション層として低スティフネス(具体的には28920N/m)の材料を用いた場合の周波数特性の実測値を示している。低スティフネスのクッション層を用いることにより、スピーカユニット1の最低共振周波数fを低下させることができる。 FIG. 6 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the speaker unit 1. In the example of FIG. 6, the vibrating membrane 30 is a PET film having a thickness of 3 μm (micrometers) and deposited with Al having a thickness of 400 Å (angstroms). Further, as the fixed electrode 10 and the fixed electrode 50, punching metal having a hole area ratio of 41.9% is used. A voltage of 5.25 kV is used as the bias voltage, and a sine wave of 4000 Vpp is used as the input signal. In FIG. 6, the solid line shows the measured value of the frequency characteristics when a material having high stiffness (specifically 133329 N / m) is used as the cushion layer, and the dotted line shows low stiffness (specifically 28920 N / m) as the cushion layer. The measured value of the frequency characteristic when using this material is shown. By using the low stiffness cushion layer, the minimum resonance frequency f 0 of the speaker unit 1 can be lowered.

スピーカユニット1の最低共振周波数fを低下させるため、単に低スティフネス(低ヤング率)のクッション材を用いただけでは、クッション材がつぶれやすいなど加工性や製造上の扱いにくさの問題が生じる。しかし、本実施形態によれば、ある程度高いヤング率のクッション材が離散的に配置される。したがって、加工性を確保しつつ、クッション層全体のスティフネスを下げることができる。これにより、最低共振周波数fの低いスピーカを得ることができる。 To reduce the minimum resonance frequency f 0 of the speaker unit 1, merely using the cushion material of low stiffness (low Young's modulus), intractability problems on workability and manufacturing a cushion material tends collapse occurs. However, according to the present embodiment, cushion materials having a somewhat high Young's modulus are discretely arranged. Therefore, it is possible to reduce the stiffness of the entire cushion layer while ensuring processability. This makes it possible to obtain a low minimum resonance frequency f 0 speaker.

図7は、スピーカユニット1の周波数特性の計算値と実測値を比較する図である。図7(a)はシミュレーションによる計算値を、図7(b)は実験による実測値を示している。特に2kHz以下の周波数領域において、計算値と実測値とはよく一致している。このように、本実施形態によれば、所望の最低共振周波数fを有する静電型スピーカを作製することができる。 FIG. 7 is a diagram for comparing the calculated value of the frequency characteristic of the speaker unit 1 and the actually measured value. FIG. 7A shows a calculated value by simulation, and FIG. 7B shows an actually measured value by experiment. In particular, in the frequency region of 2 kHz or less, the calculated value and the actually measured value are in good agreement. Thus, according to the present embodiment, an electrostatic speaker having a desired minimum resonance frequency f 0 can be manufactured.

なお、上述の実施形態においては、スピーカユニット1がプッシュ・プル型の静電型スピーカである態様について説明した。しかし、スピーカユニット1は、固定電極を1枚しか有しない、いわゆるシングル型の静電型スピーカであってもよい。シングル型の静電型スピーカの場合、式(1)の平方根内部の分子第2項の係数は「2」ではなく、「1」になる。すなわち、固定電極の数をnとすると、コンデンサの負スティフネスは、SME=nεSE /(d+xと表せる。プッシュ・プル型の静電型スピーカの場合、SME=2εSE /(d+xとなり、シングル型の静電型スピーカの場合、SME=εSE /(d+xとなる。 In the above-described embodiment, the aspect in which the speaker unit 1 is a push-pull type electrostatic speaker has been described. However, the speaker unit 1 may be a so-called single-type electrostatic speaker having only one fixed electrode. In the case of a single-type electrostatic speaker, the coefficient of the second term of the numerator inside the square root of the equation (1) is not “2” but “1”. That is, when the number of fixed electrodes is n, the negative stiffness of the capacitor can be expressed as S ME = nεSE 0 2 / (d + x 0 ) 3 . In the case of a push-pull type electrostatic speaker, S ME = 2εSE 0 2 / (d + x 0 ) 3 , and in the case of a single type electrostatic speaker, S ME = εSE 0 2 / (d + x 0 ) 3 .

上述の実施形態においては、クッション材のスティフネスを適当な値に設計することによりスピーカの周波数特性を制御する例について説明した。しかし、クッション材の誘電率を適当な値に設計することによりスピーカの周波数特性を制御してもよい。一般に、クッション材の誘電率は空気より高い。したがって、より高い誘電率のクッション材を用いることにより、fを低減するとともに静電駆動力を向上させることができる。 In the above-described embodiment, the example in which the frequency characteristic of the speaker is controlled by designing the stiffness of the cushion material to an appropriate value has been described. However, the frequency characteristic of the speaker may be controlled by designing the dielectric constant of the cushion material to an appropriate value. In general, the dielectric constant of the cushion material is higher than that of air. Thus, by using a higher dielectric constant cushion, it is possible to improve the electrostatic driving force while reducing the f 0.

本発明の一実施形態に係るスピーカユニット1の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the speaker unit 1 which concerns on one Embodiment of this invention. クッション層の第1実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of a cushion layer. クッション層の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of a cushion layer. クッション層の第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of a cushion layer. クッション層の第4実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of a cushion layer. スピーカユニット1の周波数特性を例示する図である。It is a figure which illustrates the frequency characteristic of the speaker unit. スピーカユニット1の周波数特性の計算値と実測値を比較する図である。It is a figure which compares the calculated value and the measured value of the frequency characteristic of the speaker unit.

符号の説明Explanation of symbols

1…スピーカユニット、20−1・20−2…クッション部材、10…固定電極、20…クッション層、30…振動膜、40…クッション層、50…固定電極、60…スペーサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Speaker unit, 20-1, 20-2 ... Cushion member, 10 ... Fixed electrode, 20 ... Cushion layer, 30 ... Vibration film, 40 ... Cushion layer, 50 ... Fixed electrode, 60 ... Spacer

Claims (4)

面を有し、入力信号に応じて振動する振動電極と、
前記振動電極の面に対向する面を有し、前記振動電極と離間配置された固定電極と、
前記振動電極の面と前記固定電極の面との間に形成され、所定のスティフネスおよび絶縁性を有するクッション絶縁層であって、前記振動電極と前記固定電極との間隙を貫く空隙部を有するクッション絶縁層と
を有し、
前記空隙部の断面形状は、前記固定電極の面に垂直な方向において一定である
ことを特徴とする静電型スピーカ。
A vibrating electrode having a surface and vibrating in response to an input signal;
A fixed electrode having a surface facing the surface of the vibration electrode and spaced from the vibration electrode;
A cushion insulating layer formed between the surface of the vibrating electrode and the surface of the fixed electrode, having a predetermined stiffness and insulation, and having a gap that penetrates the gap between the vibrating electrode and the fixed electrode possess an insulating layer,
The cross-sectional shape of the gap is constant in a direction perpendicular to the surface of the fixed electrode.
An electrostatic speaker characterized by that .
前記クッション絶縁層が、互いに間隙を有して配置される複数のクッション材によって形成され、各クッション材の間の間隙が前記空隙部となることを特徴とする請求項1に記載の静電型スピーカ。   2. The electrostatic type according to claim 1, wherein the cushion insulating layer is formed of a plurality of cushion materials arranged with a gap therebetween, and a gap between the cushion materials becomes the gap portion. Speaker. 前記複数のクッション材の各々は、その集合全体についてのスティフネスが所定値になるように、少なくとも各クッション材の個々のスティフネス、各クッション材の形状および各クッション材の配置が決定されていることを特徴とする請求項2に記載の静電型スピーカ。   Each of the plurality of cushion materials is determined such that at least the individual stiffness of each cushion material, the shape of each cushion material, and the arrangement of each cushion material are determined so that the stiffness of the entire assembly becomes a predetermined value. The electrostatic speaker according to claim 2, wherein 前記クッション絶縁層が、一または複数のクッション材によって形成され、
前記一または複数のクッション材には前記振動電極と前記固定電極との間隙を貫く孔が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の静電型スピーカ。
The cushion insulating layer is formed of one or more cushion materials,
The electrostatic speaker according to claim 1, wherein a hole penetrating a gap between the vibration electrode and the fixed electrode is formed in the one or more cushion materials.
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