JP5083038B2 - 静電型スピーカ - Google Patents

Description

本発明は、静電型スピーカに関する。

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枚の電極の間に挿入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。

ところで、このような静電型スピーカの振動体に作用する静電力の大きさは、振動体と平面電極との間の距離に関係があり、振動体を感度を良く振動させるためには振動体と平面電極との間隔を狭くすればよい。しかしながら、振動体と平面電極との間の距離を狭くすると、振動体と平面電極とが接触する虞がある。
そこで、振動体と平面電極との接触を避ける構成を備えた静電型スピーカとして、非特許文献１に開示された静電型スピーカがある。この静電型スピーカは、振動体を周縁部を拘束しないエッジレス構造とし、ポリエステルを不織布状にしたエステルウールで振動体を挟んで平面電極の間に支持している。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。

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．５６３−５６４

非特許文献１に開示された静電型スピーカにおいては、振動体を挟んで支持するエステルウールは内部に空気を有し、弾性を有している。このため、静電力を受けて振動体が変位すると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、シート状にされたエステルウールにおいては、そのシート状の位置によって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。
さらに、エステルウールの面内において弾性にばらつきがあると、音響信号が入力されていない状態においては振動体を電極間の中心位置に保持することができないため音響特性に歪みが増えることとなり、また、振動体と平面電極との間隔を狭くして振動体の感度を良くするためにエステルウールを薄くすると、振動体を同じ量だけ変位させるのに要する力がエステルウールが厚い場合と比較して大きくなり、振動体がリニアに変位しなくなってしまう。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、振動体を感度良く振動させつつ振動体と電極との接触を防ぎ、振動体をリニアに変位させる技術を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために本発明は、導電性を有する第１電極と、導電性を有し前記第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、波形で弾性を有し、前記振動体と前記第１電極との間に配置された第１クッション材と、波形で弾性を有し、前記振動体と前記第２電極との間に配置された第２クッション材とを有する静電型スピーカを提供する。

本発明においては、前記１クッション材と前記第２クッション材は、第１方向に沿って配列された複数のフィラメントと、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って配列された複数のフィラメントとを加熱して接着した不織布を波形に成形して形成されていてもよい。
また、本発明においては、前記第１方向に沿って配列されたフィラメントの数と、前記第２方向に沿って配列されたフィラメントの数が異なっていてもよい。
また、本発明においては、前記第１クッション材と前記第２クッション材においては、波形の波の方向が前記第１方向と同じであり、前記第１方向に沿ったフィラメントの数が、前記第２方向に沿ったフィラメントの数より少なくてもよい。
また、本発明においては、前記第１クッション材と前記第２クッション材は、表面から裏面に貫通するスリットを複数有していてもよい。
また、本発明においては、前記第１クッション材と前記第２クッション材とで波形の波の方向が異なっていてもよい。

本発明によれば、振動体を感度良く振動させつつ振動体と電極との接触を防ぎ、振動体をリニアに変位させることができる。

［実施例］
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、クッション材４０Ｕ，４０Ｌ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の構成は同じであり、クッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌの構成も同じであるため、これら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。

（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。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、金属膜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程度の厚さとなっている。

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。

電極２０は、矩形で板状に形成されており導電性を有している。また、電極２０においては、音響透過性を確保するために、電極２０の表面から裏面に貫通する貫通孔２１が所定間隔で複数設けられている。なお、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。

クッション材４０は、図４に示したようにＸ方向に整列した複数のポリエステルのフィラメントの上に、Ｙ方向に整列した複数のポリエステルのフィラメントを並べ、Ｘ方向のフィラメントとＹ方向のフィラメントとを加熱により接着してシート状の不織布にした後、この不織布をプレスや加熱をして図２，３に示したように波形に加工したものである。
クッション材４０においては、波形の波の方向（凹凸が繰り返される方向）は一方向（図３のクッション材４０ＵにおいてはＸ方向、図３のクッション材４０ＬにおいてはＹ方向）となっており、Ｚ方向に圧縮されると波形が広がるように変形し、Ｚ方向への圧縮力が取り除かれると波形が元の形状に戻る。つまり、クッション材４０は弾性を有しており、外からの力に応じて変形する。

（静電型スピーカ１の構造）
次に静電型スピーカ１の構造について説明する。静電型スピーカ１においては、振動体１０の周縁部がスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に張力が掛からない、所謂テンションレスの状態で挟まれている。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に固定されている。
そして、枠形のスペーサ３０Ｌの内側にはクッション材４０Ｌが配置されており、クッション材４０Ｌの波形の頂点部分が振動体１０と電極２０Ｌとに接触している。また、枠形のスペーサ３０Ｕの内側にはクッション材４０Ｕが配置されており、クッション材４０Ｕの波形の頂点部分が振動体１０と電極２０Ｕとに接触している。
ここで、図３に示したようにクッション材４０Ｌは、波形の波の方向がＹ方向になるように配置され、一方、クッション材４０Ｕは、波形の波の方向がＸ方向になるように配置されており、振動体１０の上下に配置されたクッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌとでは、波形の波の方向が異なっている。

（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と、変圧器５０の出力側の中点と接続されており、２つの電極２０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。

（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（−Ｚ方向）側へ引き寄せる静電力が振動体１０に働く。

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。

振動体１０が電極２０Ｌの方向に変位する際には、振動体１０によりクッション材４０Ｌが圧縮されて図５に示したようにクッション材４０Ｌの波形が横方向に広がる。
クッション材４０Ｌは弾性を有しており、クッション材４０Ｌの波形は規則的に並んでいるため、波形が元の形状に戻ろうとする力は、クッション材４０Ｌの面内でばらつきがなく均等となる。このようにクッション材４０Ｌの弾性がクッション材４０Ｌの面内で均等であると、振動体１０が静電力で変位した時においては、エステルウールで振動体１０を支持したときのように振動体１０の変位のばらつきが生じないため、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生されることとなる。

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。

振動体１０が電極２０Ｕの方向に変位する際には、振動体１０によりクッション材４０Ｕが圧縮されて図６に示したようにクッション材４０Ｕの波形が横方向に広がる。
クッション材４０Ｕも弾性を有しており、クッション材４０Ｕの波形も規則的に並んでいるため、波形が元の形状に戻ろうとする力は、クッション材４０Ｕの面内でばらつきがなく均等となる。このようにクッション材４０Ｕの弾性もクッション材４０Ｕの面内で均等であるため、振動体１０が静電力で変位した時においては、エステルウールで振動体１０を支持したときのように振動体１０の変位のばらつきが生じず、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生されることとなる。

このように、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。

なお、クッション材４０は、弾性を有しているため、音響信号が供給されなくなって振動体１０に静電力が働かなくなると、弾性により元の形状に戻ろうとする。ここで、クッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌの形状は同じであるため、各クッション材の弾性も同じとなり、規則的に並んだ複数の波形が振動体１０を押圧する力も各クッション材４０で同じとなる。すると、規則的に並んだ波形の部分は均等に振動体１０を支持し、振動体１０の変位にばらつきがなくなる。これにより、静電型スピーカ１に音響信号が供給されていない状態においても、振動体１０にシワやたるみが生じることがない。

また、クッション材４０を圧縮するのに要する力と、クッション材４０のＺ方向への厚みの変化量との間には比例関係がある。このため、静電型スピーカ１を組み立てる際に、圧縮させて収縮量が大きい状態のクッション材４０を電極２０と振動体１０との間に配置すると、クッション材４０が振動体１０を押さえる力が大きいため振動体１０が変位しにくくなり、振動体１０の感度が低くなる。一方、静電型スピーカ１を組み立てる際に、圧縮させて収縮量が小さい状態のクッション材４０を電極２０と振動体１０との間に配置すると、クッション材４０が振動体１０を押さえる力が小さいため振動体１０が変位しやすくなり、振動体１０の感度が良くなる。このように、振動体１０と電極２０との間の距離を調整してクッション材４０の圧縮量を調整することで、振動体１０の感度を制御し、最低共振周波数を下げてスピーカの再生帯域を低域まで広げることもできる。

また、クッション材４０Ｕにおける波形の高さと、クッション材４０Ｌにおける波形の高さは同じであるため、クッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌで振動体１０を挟むと、振動体１０を正確にクッション材４０Ｕとクッション材４０Ｌとの間の中間の位置で支持することができる。
また、電極２０と振動体１０との距離を短くした場合、シート状のエステルウールでは、薄くすると振動体を同じ量だけ変位させるのに要する力がエステルウールが厚い場合と比較して大きくなり、振動体１０の変位量が小さくなるが、本発明においては、クッション材４０そのもののを薄くすることが可能であり、薄くしても波形が変形して振動体１０の変位量が確保され、振動体１０がリニアに変位する。
なお、波形の大きさは、振動体をリニアに変位させるような範囲で音響特性に合わせて適宜設定すればよく、例えば、静電型スピーカを薄型のものにする場合には、波形の波のピッチを２〜４ｍｍ、高さを０．３ｍｍとしてもよい。

［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。

本発明においては、クッション材４０は、振動体１０が電極２０Ｕの方向や電極２０Ｌの方向に変位した時に振動体１０から離れないように、Ｚ方向へ若干圧縮した状態で振動体１０と電極２０との間に配置するのが好ましい。振動体１０が変位した時に振動体１０の変位方向と反対方向にあるクッション材４０と振動体１０とが離れるようであると、振動体１０が振動した時に接触状態と非接触状態とを繰り返し、放射される音の音響特性が悪くなるが、振動体１０からクッション材４０から離れないようにしておくと、振動体１０が振動した時に接触状態と非接触状態とを繰り返すことがなく、放射される音の音響特性を良くすることができる。

上述した静電型スピーカ１においては、波形のクッション材４０Ｕの波の方向と、波形のクッション材４０Ｌの波の方向とが異なっているが、図７に示したように、クッション材４０Ｕの波形の方向と、クッション材４０Ｌの波形の方向とを同じにしてもよい。

上述した静電型スピーカ１においては、波形のクッション材４０の波の形状は正弦波の形状となっているが、図８（ａ）に示したクッション材４０Ａのように三角波の形状でもよく、また、図８（ｂ）に示したクッション材４０Ｂのように半円の形状が連続する波形であってもよい。また、図８（ｃ）に示したクッション材４０Ｃのように台形波の形状であってもよい。

本発明においては、クッション材４０を形成する際、クッション材４０において波形の波の方向と同じ方向に延びるフィラメントの数を、このフィラメントと交差する方向に並んだフィラメントの数より少なくするようにしてもよい。
例えば、図９に示したクッション材４０のように波の方向をＸ方向にした場合、Ｘ方向に沿ったフィラメントの数をＹ方向に沿ったフィラメントの数より少なくする。このように、波の方向と同じ方向に延びるフィラメントの数を変えると、クッション材４０の弾性も変わることとなり、ひいては振動体１０の感度も変わることとなる。これにより、フィラメントが縦方向と横方向とで同じ場合と比較して振動体１０の変位に要する力を小さくすることができ、最低共振周波数を下げてスピーカの再生帯域を低域へ広げることができる。

本発明においては、図１０に示したようにクッション材４０にスリット４５を複数設け、クッション材４０を形成するフィラメントを切断してクッション材４０の弾性を調整するようにしてもよい。なお、クッション材４０にスリット４５を設ける際には、必要とする弾性に応じてスリット４５の長さ、スリット４５の幅、スリット４５の数、スリット間の間隔などを適宜選択するようにしてもよい。なお、本発明においては図１０に示したスリットに替えて複数の孔を設けるようにしてもよい。

上述した実施形態においては、振動体１０の四辺はいずれもスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれているが、一辺のみがスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれるようにしてもよい。また、本発明においてはスペーサ３０Ｕ，３０Ｌを備えないようにしてもよい。

上述した実施形態においては、クッション材４０はポリエステルのフィラメントで形成されているが、ポリエステルに限定されず他の合成樹脂のフィラメントで形成されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観の模式図である。 静電型スピーカ１の断面図と電気的構成の模式図である。 静電型スピーカ１の分解斜視図である。 クッション材４０に加工される不織布の拡大図である。 クッション材４０Ｌの変形を説明するための図である。 クッション材４０Ｕの変形を説明するための図である。 本発明の変形例に係る静電型スピーカの分解斜視図である。 本発明の変形例に係るクッション材の側面を示した図である。 本発明の変形例に係るクッション材の拡大図である。 本発明の変形例に係るクッション材の外観の模式図である。

符号の説明

１・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、２０，２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、３０，３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、４０，４０Ｕ，４０Ｌ，４０Ａ〜４０Ｃ・・・クッション材、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源

Claims (6)

1. 導電性を有する第１電極と、
   導電性を有し前記第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、
   波形で弾性を有し、前記振動体と前記第１電極との間に配置された第１クッション材と、
   波形で弾性を有し、前記振動体と前記第２電極との間に配置された第２クッション材と
   を有する静電型スピーカ。
2. 前記１クッション材と前記第２クッション材は、第１方向に沿って配列された複数のフィラメントと、前記第１方向とは異なる第２方向に沿って配列された複数のフィラメントとを加熱して接着した不織布を波形に成形して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。
3. 前記第１方向に沿って配列されたフィラメントの数と、前記第２方向に沿って配列されたフィラメントの数が異なることを特徴とする請求項２に記載の静電型スピーカ。
4. 前記第１クッション材と前記第２クッション材においては、波形の波の方向が前記第１方向と同じであり、前記第１方向に沿ったフィラメントの数が、前記第２方向に沿ったフィラメントの数より少ないことを特徴とする請求項３に記載の静電型スピーカ。
5. 前記第１クッション材と前記第２クッション材は、表面から裏面に貫通するスリットを複数有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の静電型スピーカ。
6. 前記第１クッション材と前記第２クッション材とで波形の波の方向が異なることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の静電型スピーカ。

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