JP6541964B2 - Condenser speaker and method of driving the same - Google Patents
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Description
本発明は、コンデンサースピーカー及びその駆動方法に関する。 The present invention relates to a condenser speaker and a method of driving the same.
コンデンサースピーカーは、平行平板電極間に高電圧と音響信号を重畳して印加することにより、電極間に発生する電荷のクーロン力により電極を振動させて音波(空気振動)を発生させる静電型スピーカーの一種として知られている。 A capacitor speaker is an electrostatic type speaker which generates an acoustic wave (air vibration) by vibrating the electrode by the coulomb force of the charge generated between the electrodes by applying a high voltage and an acoustic signal in parallel between the parallel plate electrodes. It is known as a kind of
従来のコンデンサースピーカーの回路構成を図11に示す。可動電極52は、その両端部がクッション性の絶縁ダンパー54で保持され、これらが第1及び第2の固定電極51、53に挟持されていると共に、昇圧トランス56を介して直流電源55による直流バイアス電圧が印加されている。すなわち、第1及び第2の固定電極51、53には正の電荷が、可動電極52には負の電荷が帯電している。なお、直流電源55の一方が接続されているM10は、昇圧トランス56の2次側センタータップ位置を表す。
The circuit configuration of a conventional condenser speaker is shown in FIG. The
ここで、音響信号源57が昇圧トランス56の1次側に印加されると、昇圧トランス56の2次側である第1及び第2の固定電極51、53に音響信号が加えられる。
Here, when the
図12は、M10の電位を基準電位として、可動電極52、第1及び第2の固定電極51及び53の各電圧、VA10、VX10、VY10の関係を示している。第1及び第2の固定電極51、53には逆位相の電圧が印加され、適切な振動電界が可動電極52に加えられる。すなわち、昇圧トランス56の一次側に加えられた音響信号による電界強度の変化により、負の電荷を持った可動電極52はクーロン力によって電界強度に応じた機械的な振動を生じ、これにともない可動電極52が振動して音波を発生する。
FIG. 12 shows the relationship between the voltages of the
ここで、直流電源55に印加される電圧は通常数百V〜1kV程度あり、キャパシタとダイオードを多段接続したコッククロフト・ウォルトロン型の昇圧回路や強誘電体を用いた圧電素子(PLZT素子)を用いた昇圧回路が提案されている(特許文献1〜2)。
Here, the voltage applied to the
コンデンサースピーカーの他の構成として、予め帯電させたエレクトレット材を可動電極或いは固定電極に使用して、高圧電源を不要にする構成(特許文献3)なども知られている。
従来のコンデンサースピーカーの場合、昇圧トランスには直流高電圧と交流信号である音響信号とが重畳して印加されるため、絶縁性の高い大型の昇圧トランスが必要になる。このため装置全体が大型化するだけでなく、安全性を確保するために電流制限機能を設けることが必要になり、回路構成が複雑になる。更に、昇圧回路として代表的なコッククロフト・ウォルトロン回路には、高価な高耐圧キャパシタ部品が必要であり、動作温度や動作寿命の点でも好ましくない。更に、高周波ノイズが発生し易いという問題もある。 In the case of the conventional capacitor speaker, since a DC high voltage and an acoustic signal which is an AC signal are superimposed and applied to the step-up transformer, a large step-up transformer having a high insulation property is required. Therefore, not only the overall size of the device is increased, but also it is necessary to provide a current limiting function to ensure safety, which complicates the circuit configuration. Furthermore, a typical Cockcroft-Waltron circuit as a booster circuit requires an expensive high breakdown voltage capacitor component, which is not preferable in terms of operating temperature and operating life. Furthermore, there is also a problem that high frequency noise is easily generated.
昇圧トランスを用いない従来の高電圧発生回路は、小型化には寄与するが温度特性が不安定となり易く、また直流バイアス電圧が小さいと音量が小さくなるなど、コンデンサースピーカーに適用する上で問題があった。 Conventional high voltage generation circuits that do not use a step-up transformer contribute to miniaturization, but their temperature characteristics tend to be unstable, and their volume decreases when the DC bias voltage is small, which causes problems when applied to condenser speakers. there were.
本発明は以上のような事情を鑑みてなされたものであり、昇圧トランスが不要で回路構成が簡単な、しかも、高電圧であっても日常の静電気程度の電流しか流れない、安全かつ小型軽量化が可能なコンデンサースピーカーを提供することを技術的課題とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above. A step-up transformer is not necessary and the circuit configuration is simple. Furthermore, even if it is a high voltage, only a current of the level of everyday static electricity flows. Technical challenge is to provide a condenser speaker that can be
本発明にかかるコンデンサースピーカーは、
可動電極と、前記可動電極に対向して設置された第1の固定電極とを備え、
前記可動電極及び前記第1の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第1のフォトダイオード列が接続され、
前記第1のフォトダイオード列には、直列に接続された2つの分割抵抗からなる第1のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から前記分割抵抗により分割された検出電圧と、直流バイアス電圧を加えた音響信号電圧とが入力される第1のLED制御部を備え、前記第1のLED制御部からの出力が、第1の発光ダイオードに接続されており、前記第1のフォトダイオード列は、前記第1の発光ダイオードの光照射面の近傍に配置されていることを特徴とする。
The condenser speaker according to the present invention is
A movable electrode; and a first fixed electrode disposed opposite to the movable electrode;
A first photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the first fixed electrode,
A first bleeder resistor consisting of two dividing resistors connected in series is connected in parallel to the first photodiode row,
A first LED control unit to which a detection voltage divided by the dividing resistor from the voltage generated from the first photodiode array and an acoustic signal voltage obtained by adding a DC bias voltage are input, An output from the LED control unit is connected to a first light emitting diode, and the first photodiode array is disposed in the vicinity of a light irradiation surface of the first light emitting diode. .
このような構成により、人体への感電を防止しながら、小型軽量かつ温度安定性の高い動作を実現するコンデンサースピーカーを、安価に提供することができる。 With such a configuration, it is possible to inexpensively provide a condenser speaker that realizes a compact, lightweight, and highly temperature stable operation while preventing an electric shock to the human body.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、第1の固定電極と、前記第1の固定電極に対向するように設置された第2の固定電極と、前記第1及び第2の固定電極との間に設置され、前記第1及び第2の固定電極とに対向する可動電極とを備え、
前記可動電極及び前記第1の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第1のフォトダイオード列が接続され、
前記可動電極及び前記第2の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第2のフォトダイオード列が接続され、
前記第1のフォトダイオード列には、直列に接続された2つの分割抵抗からなる第1のブリーダ抵抗が並列に接続され、前記第2のフォトダイオード列には、前記第1のブリーダ抵抗と同じ抵抗値を有する第2のブリーダ抵抗が並列に接続され、前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から前記分割抵抗により分割された検出電圧と、直流バイアス電圧を加えた音響信号電圧とが入力される第2のLED制御部を備え、前記第2のLED制御部からの第1の出力が、第1の発光ダイオードに接続され、前記第1の出力と音響信号成分が逆位相である第2の出力が第2の発光ダイオードに接続されており、前記第1のフォトダイオード列は、前記第1の発光ダイオードの光照射面の近傍に配置され、前記第2のフォトダイオード列は、前記第2の発光ダイオードの光照射面の近傍に配置されていることを特徴とする。
Further, in the capacitor speaker according to the present invention, the first fixed electrode, the second fixed electrode disposed to face the first fixed electrode, and the first and second fixed electrodes are provided. And movable electrodes facing the first and second fixed electrodes,
A first photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the first fixed electrode,
A second photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the second fixed electrode,
A first bleeder resistor comprising two dividing resistors connected in series is connected in parallel to the first photodiode row, and the second photodiode row is the same as the first bleeder resistor. A second bleeder resistor having a resistance value is connected in parallel, and a detection voltage divided by the dividing resistor from the voltage generated from the first photodiode row and an acoustic signal voltage obtained by adding a DC bias voltage are input A second LED control unit, the first output from the second LED control unit is connected to a first light emitting diode, and the first output and the acoustic signal component are in reverse phase; An output of 2 is connected to a second light emitting diode, the first photodiode row is disposed in the vicinity of a light irradiation surface of the first light emitting diode, and the second photodiode row is Characterized in that it is arranged in the vicinity of the light irradiation surface of the serial second light emitting diodes.
このような構成により、第1の固定電極及び第2の固定電極により、可動電極が振動するプッシュプル型のコンデンサースピーカーを提供することができ、低音域でのスピーカー特性の向上が可能である。 With such a configuration, it is possible to provide a push-pull type capacitor speaker in which the movable electrode vibrates by the first fixed electrode and the second fixed electrode, and it is possible to improve the speaker characteristics in the low frequency range.
また、本発明にかかる上記コンデンサースピーカーの別の実施態様によれば、前記第1又は第2のLED制御部が、オペアンプとLEDドライバーとの組合せ、又はオペアンプとパワーMOSFETとの組合せにより構成されている。 Further, according to another embodiment of the above-described capacitor speaker according to the present invention, the first or second LED control unit is configured by a combination of an operational amplifier and an LED driver, or a combination of an operational amplifier and a power MOSFET. There is.
これにより、発光ダイオード(LED)の発光強度(光度)を音響信号に従い制御でき、更にパワーMOSFETを用いることにより、一層低価格なコンデンサースピーカーを提供することができる。 As a result, the light emission intensity (light intensity) of the light emitting diode (LED) can be controlled in accordance with the acoustic signal, and by using the power MOSFET, a lower priced capacitor speaker can be provided.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、前記第1の可動電極と前記第1の固定電極間にて形成されるコンデンサー容量と、前記第1のフォトダイオード列に並列に接続される第1のブリーダ抵抗の抵抗値との積で決定される時定数の逆数が、コンデンサースピーカーの駆動周波数以上であることを特徴とする。 In the condenser speaker according to the present invention, a condenser capacity formed between the first movable electrode and the first fixed electrode, and a first bleeder connected in parallel to the first photodiode row It is characterized in that the reciprocal of the time constant determined by the product of the resistance and the resistance value is equal to or higher than the drive frequency of the condenser speaker.
このような構成により、コンデンサースピーカーから所望の周波数域までの音を出力することが可能であるとともに、音響信号をPWM変調する場合、ローパスフィルターとしての機能を有することができる。 With such a configuration, it is possible to output a sound up to a desired frequency range from the condenser speaker, and it is possible to have a function as a low pass filter when PWM modulating an acoustic signal.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、少なくとも前記第1のLED制御部と前記第1の発光ダイオードと前記第1のフォトダイオード列とが同一のパッケージに実装されていることを特徴とする。 The capacitor speaker according to the present invention is characterized in that at least the first LED control unit, the first light emitting diode, and the first photodiode row are mounted in the same package.
このような構成により、一層の小型軽量化を実現することが可能になるとともに、更に安定な温度特性を得ることができる。 Such a configuration makes it possible to realize further reduction in size and weight and to obtain more stable temperature characteristics.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、少なくとも前記第2のLED制御部と前記第1の発光ダイオードと前記第1のフォトダイオード列と前記第2の発光ダイオードと前記第2のフォトダイオード列とが同一のパッケージに実装されていることを特徴とする。 In the condenser speaker according to the present invention, at least the second LED control unit, the first light emitting diode, the first photodiode row, the second light emitting diode, and the second photodiode row are included. It is characterized in that it is implemented in the same package.
このような構成により、プッシュプル型のコンデンサースピーカーにおいても、一層の小型軽量化を実現することが可能になるとともに、更に安定な温度特性を得ることができる。 With such a configuration, even in the push-pull type condenser speaker, it is possible to realize further reduction in size and weight, and further stable temperature characteristics can be obtained.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、前記第1の発光ダイオードと前記第1のフォトダイオード列とがサファイア基板の表面と裏面に成長させた窒化物半導体に形成されていることを特徴とする。 The capacitor speaker according to the present invention is characterized in that the first light emitting diode and the first photodiode row are formed on a nitride semiconductor grown on the front and back surfaces of a sapphire substrate.
このような構成により、発光と受光が同一波長で行え、光電変換の効率が高くなり、一層安定した特性を得ることができる。 With such a configuration, light emission and light reception can be performed at the same wavelength, the efficiency of photoelectric conversion can be increased, and more stable characteristics can be obtained.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、
前記第1の発光ダイオードと前記第1のフォトダイオード列とがサファイア基板の表面と裏面とに成長させた窒化物半導体に形成されており、前記第2の発光ダイオードと前記第2のフォトダイオード列とがサファイア基板の表面と裏面とに成長させた窒化物半導体に形成されていることを特徴とする。
In addition, the condenser speaker according to the present invention is
The first light emitting diode and the first photodiode array are formed on a nitride semiconductor grown on the front and back surfaces of a sapphire substrate, and the second light emitting diode and the second photodiode array are formed. Are formed on a nitride semiconductor grown on the front and back surfaces of the sapphire substrate.
このような構成により、プッシュプル型のコンデンサースピーカーにおいても、光電変換の効率が高くなり、一層安定した特性を得ることができる。 With such a configuration, even in the push-pull type condenser speaker, the efficiency of photoelectric conversion can be increased, and more stable characteristics can be obtained.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、電気伝導性を有する透明可動電極と、第1の固定電極と、第2の固定電極とを備え、
前記第1の固定電極及び第2の固定電極は、昇圧トランスの2次側端子に接続され、
前記透明可動電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなるフォトダイオード列の一端が接続され、
前記フォトダイオード列の他端は、前記昇圧トランスの2次側のセンタータップに接続され、
前記フォトダイオード列に光照射するよう発光ダイオードが配置されており、
前記発光ダイオードの両端子には直流電源が接続され、
前記昇圧トランスには音響信号源が接続され、
前記透明可動電極の少なくとも一部に前記発光ダイオードからの光が照射されることを特徴とする。
In addition, a capacitor speaker according to the present invention comprises a transparent movable electrode having electrical conductivity, a first fixed electrode, and a second fixed electrode.
The first fixed electrode and the second fixed electrode are connected to the secondary side terminal of the step-up transformer,
One end of a photodiode array comprising a plurality of photodiodes connected in series is connected to the transparent movable electrode,
The other end of the photodiode array is connected to a center tap on the secondary side of the step-up transformer,
A light emitting diode is disposed to illuminate the photodiode array,
A DC power supply is connected to both terminals of the light emitting diode,
An acoustic signal source is connected to the step-up transformer,
The light from the light emitting diode is irradiated to at least a part of the transparent movable electrode.
このような構成により、コンデンサースピーカーからは、音波とともに、光の照射を得られ、動作状況の確認が可能になるとともに、電飾効果を備えたコンデンサースピーカーを得ることができる。 With such a configuration, it is possible to obtain irradiation of light from the condenser speaker together with the sound wave, which makes it possible to check the operating condition, and to obtain a condenser speaker having an electric decoration effect.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、前記可動電極が、電気導電性を有する透明可動電極板であり、
前記透明可動電極板の少なくとも一部に、前記第1の発光ダイオード又は第2の発光ダイオードの光が照射されることを特徴とする。
In the capacitor speaker according to the present invention, the movable electrode is a transparent movable electrode plate having electrical conductivity,
The light of the first light emitting diode or the second light emitting diode is irradiated to at least a part of the transparent movable electrode plate.
このような構成により、コンデンサースピーカーから発せられる光の強度が、音響信号とともに変化し、更なる電飾効果を演出することができる。 With such a configuration, the intensity of light emitted from the condenser speaker changes with the acoustic signal, and it is possible to produce a further illumination effect.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーは、第1の固定電極と可動電極との間に、着脱可能なフィルターを備えることを特徴とする。 Further, the condenser speaker according to the present invention is characterized in that a removable filter is provided between the first fixed electrode and the movable electrode.
このような構成により、空気清浄機能を備えたコンデンサースピーカーを実現することができる。 Such a configuration makes it possible to realize a condenser speaker having an air cleaning function.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーの駆動方法は、
前記第1のLED制御部から前記音響信号に応じて出力される第1の出力により、前記第1の発光ダイオードを発光させ、
前記第1の発光ダイオードの発光強度に応じて前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧をコンデンサースピーカーの前記第1の固定電極に印加することにより、前記第1の固定電極と前記可動電極との間の電界の変化に応じて前記可動電極を駆動させ、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から、前記第1のフォトダイオード列に並列接続された前記分割抵抗により分割された検出電圧を前記第1のLED制御部に負帰還するとともに、前記音響信号に直流バイアス電圧を加えた電圧とを前記第1のLED制御部に入力し、
前記検出電圧と前記音響信号に直流バイアスを加えた電圧との電圧差に応じた前記第1の出力を前記第1のLED制御部から発生させることを特徴とする。
Further, a method of driving a condenser speaker according to the present invention is
Causing the first light emitting diode to emit light according to the first output outputted from the first LED control unit according to the acoustic signal;
By applying a voltage generated from the first photodiode row to the first fixed electrode of a capacitor speaker according to the light emission intensity of the first light emitting diode, the first fixed electrode and the movable electrode Driving the movable electrode in response to a change in the electric field between
The detection voltage divided by the dividing resistor connected in parallel to the first photodiode array is negatively fed back to the first LED control unit from the voltage generated from the first photodiode array, and the acoustic A voltage obtained by adding a DC bias voltage to a signal is input to the first LED control unit,
The first LED control unit may generate the first output according to a voltage difference between the detection voltage and a voltage obtained by adding a direct current bias to the acoustic signal.
このような構成により、音響信号により変調されたLEDからの光を直列接続した複数のフォトダイオード列に照射することで高電圧変調信号を得て、平行平板電極間にその高電圧変調信号を印加することにより発生する電荷のクーロン力により、可動電極を機械的に振動させ、音波を発生させるとともに、分圧した高電圧変調信号を負帰還し、LEDの駆動電流を制御することにより、人体への感電の危険性を排除しながら、温度特性の安定化を実現することができる。 With such a configuration, a high voltage modulation signal is obtained by irradiating a plurality of photodiode rows connected in series with light from the LED modulated by an acoustic signal, and the high voltage modulation signal is applied between parallel plate electrodes. The moving electrode is mechanically vibrated by the coulomb force of the charge generated to generate a sound wave, and the divided high voltage modulation signal is negatively fed back to control the drive current of the LED to the human body. The stabilization of temperature characteristics can be realized while eliminating the risk of electric shock.
また、本発明にかかるコンデンサースピーカーの駆動方法は、
前記第2のLED制御部から前記音響信号に応じて出力される第1の出力により、前記第1の発光ダイオードを発光させ、
前記第2のLED制御部から出力される第1の出力に対し音響信号成分が逆位相の第2の出力により、前記第2の発光ダイオードを発光させ、
前記第1の発光ダイオードの発光強度に応じて前記第1のフォトダイオード列から発生する第1の電圧をコンデンサースピーカーの前記第1の固定電極に印加し、
前記第2の発光ダイオードの発光強度に応じて前記第2のフォトダイオード列から発生する第2の電圧をコンデンサースピーカーの前記第2の固定電極に印加し、
前記第1の固定電極と前記第2の固定電極との間の電界の変化に応じて前記可動電極を駆動させ、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から、前記第1のフォトダイオード列に並列接続された前記分割抵抗により分割された検出電圧を前記第2のLED制御部に負帰還するとともに、
前記音響信号に直流バイアスを加えた電圧を前記第2のLED制御部に入力し、
前記検出電圧と前記音響信号に直流バイアスを加えた電圧との電圧差に応じて、前記第1の出力と前記第2の出力とを前記第2のLED制御部から発生させることを特徴とする。
Further, a method of driving a condenser speaker according to the present invention is
Causing the first light emitting diode to emit light by a first output output from the second LED control unit according to the acoustic signal;
Causing the second light emitting diode to emit light by a second output in which an acoustic signal component is in reverse phase to the first output output from the second LED control unit;
Applying a first voltage generated from the first photodiode row according to the light emission intensity of the first light emitting diode to the first fixed electrode of the capacitor speaker;
Applying a second voltage generated from the second photodiode array to the second fixed electrode of the capacitor speaker in accordance with the light emission intensity of the second light emitting diode;
Driving the movable electrode according to a change in electric field between the first fixed electrode and the second fixed electrode;
From the voltage generated from the first photodiode array, the detected voltage divided by the dividing resistor connected in parallel to the first photodiode array is negatively fed back to the second LED control unit.
A voltage obtained by adding a DC bias to the acoustic signal is input to the second LED control unit,
The first output and the second output are generated from the second LED control unit in accordance with a voltage difference between the detection voltage and a voltage obtained by adding a direct current bias to the acoustic signal. .
このような構成により、プッシュプル型のコンデンサースピーカーに対しても、人体への感電の危険性を排除しながら、温度特性の安定化を実現することができる。 With such a configuration, it is possible to realize stabilization of temperature characteristics while eliminating the risk of electric shock to the human body even for a push-pull type condenser speaker.
本発明は、従来のコッククロフト・ウォルトロン回路に替えてキャパシタを使用しない構成であり、更に動作温度等による環境変化の影響を解消する回路を備えることで、安定な音質を実現しながら、安価で小型(特に薄型)かつ長寿命なコンデンサースピーカーを提供することができる。 The present invention has a configuration that does not use a capacitor in place of the conventional Cockcroft-Waltron circuit, and further provides a stable sound quality by providing a circuit that eliminates the influence of environmental changes due to operating temperature etc. A small (especially thin) and long-life condenser speaker can be provided.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるコンデンサースピーカーシステムの回路構成を示している。音響信号源1から出力されるAC(交流)の音響信号は、結合キャパシタ2を介して可変バイアス電源3より発生する直流バイアス電圧を加えられ、オペアンプ4のプラス側入力端子に入力される。可変バイアス電源3に直列に接続されている抵抗素子5は、音響信号源1から出力された音響信号が、可変バイアス電源3を介して、グランド側に流れるのを防止する。
First Embodiment
FIG. 1 shows a circuit configuration of a condenser speaker system according to a first embodiment of the present invention. The AC (AC) acoustic signal output from the
オペアンプ4の出力はLEDドライバー6を介してLED(発光ダイオード)7に接続され、オペアンプ4の出力電圧に応じてLED7の駆動電流が変化し、LED7の発光強度が変化する。すなわち、オペアンプ4とLEDドライバー6とで、入力信号である音響信号の電圧に応じてLED7の発光強度を変調するLED制御部を構成する。
The output of the operational amplifier 4 is connected to the LED (light emitting diode) 7 via the
LED7からの光の照射面の近傍には、複数のフォトダイオードが直列接続されたフォトダイオード列8が配置されている。光起電力が例えば0.6V程度のフォトダイオードを例えば1000個直列接続し、LED7からフォトダイオード列8の全てのフォトダイオードに光起電力を発生させるだけの十分な光量の光を照射すれば、フォトダイオード列の両端には、600V程度の電圧が発生する。
A
フォトダイオード列8の一端はグランドに、他端は可動電極11に接続されている。また、フォトダイオード列8には時定数を小さくするため2つの分割抵抗9a、9bからなるブリーダ抵抗9を設ける。これにより、光の照射を停止したとき、フォトダイオード列8の両端に発生した高電圧が速やかに放電され、回路全体の動作周波数の低下が抑えられる。
One end of the
なお、分割抵抗は、実質的に抵抗を分割できればよい。例えば、2つ又はそれ以上の抵抗素子で構成されても、逆に分割点を備えた一体型の抵抗素子で構成されていてもよい。 Note that the dividing resistors may substantially divide the resistors. For example, it may be composed of two or more resistive elements, or conversely, may be composed of an integral resistive element having a dividing point.
図1に示すように、2つの分割抵抗9a、9bからなるブリーダ抵抗9は、フォトダイオード列8の両端に並列に接続され、この2つの分割抵抗9a、9bの分割点S1は、オペアンプ4のマイナス側入力端子に接続(負帰還接続)されている。
As shown in FIG. 1, a bleeder resistor 9 consisting of two
フォトダイオード列8の両端の電圧は、単純に、分割抵抗9a、9bの抵抗比で分圧される。例えば、分圧比=1000:1(=分割抵抗比9a:9b)となる点に分割点S1を設け、この分割点S1における電位をVS1とする。VS1は0.6V程度の直流電圧を含んでおり、可変バイアス電源3の直流バイアス電圧がこの直流電圧に対応する。
The voltage at both ends of the
図2は、図1に示す回路中の点M1の電位を基準にしたA1、S1、M1の各点の電圧VA1、VS1、VM1の時間的変化を示している。 FIG. 2 shows temporal changes in voltages V A1 , V S1 and V M1 at points A1, S1 and M1 based on the potential at point M1 in the circuit shown in FIG.
以上の回路構成により音響信号源1からの音響信号に追従するようにフォトダイオード列8の出力電圧が変調されることになり、この出力電圧によりコンデンサースピーカーを駆動させることができる。
According to the above circuit configuration, the output voltage of the
コンデンサースピーカーの機構部は、開孔部を設けた固定電極10と、可動電極(振動電極)11とを備える。固定電極10は、例えばステンレス鋼からなる。可動電極11は、例えばアルミニウム箔を接着したポリエステルフィルムなどの積層構造体からなると共に、その両端部が例えばウレタンゴム製の絶縁ダンパー12によって保持されている。すなわち、固定電極10と可動電極11とは互いに一定距離だけ離間して対向して設けられ、かつ電気的に絶縁されている。
The mechanical portion of the condenser speaker includes a fixed
すなわち、固定電極10と可動電極11とで平行平板コンデンサーが形成される。そして、フォトダイオード列8からの光起電力をVp、前記コンデンサーの容量をCxとすれば、電極に誘起される電荷はCx・Vpであり、電極間の電界強度は電極間距離をdとすれば、Vp/dとなる。この結果、2つの電極が受けるクーロン力は、それらの積Cx・Vp2/dとなる。このクーロン力が、音響信号に応じて時間的に変化するため、可動電極11が機械的に振動し、音波が発生し、その音波は固定電極10の開孔部を通して出力される。
That is, a parallel plate capacitor is formed by the fixed
上述の通り、ブリーダ抵抗(分割抵抗9a、9b)は、フォトダイオード列8からの発生電圧を検出する役割と同時に時定数を小さくする役割を有する。ブリーダ抵抗の抵抗値をRx(=Ra+Rb)とすれば、本コンデンサースピーカーは、積Rx・Cxで決まる時定数を有することになる。なお、Ra、Rbは、それぞれ分割抵抗9a、9bの抵抗値である。
As described above, the bleeder resistors (dividing
人の可聴音領域の周波数の上限が20kHz程度であることを考えると、この周波数でコンデンサースピーカーを駆動させなければならない。従って、1/(Rx・Cx)>20KHzの条件を満たすことで音響信号周波数をコンデンサースピーカーで再現することができる。 Considering that the upper limit of the frequency in the human audible sound range is about 20 kHz, it is necessary to drive the condenser speaker at this frequency. Therefore, the acoustic signal frequency can be reproduced by the condenser speaker by satisfying the condition of 1 / (Rx · Cx)> 20 KHz.
なお、コンデンサースピーカーから出力する音波は、必ずしも可聴音に限定するものではない。必要に応じ、時定数を可聴周波数以上の高周波に対応させ、更に小さい値に設定すれば、本コンデンサースピーカーから超音波を発生させることも可能である。 The sound wave output from the condenser speaker is not necessarily limited to the audible sound. If necessary, the ultrasonic wave can be generated from the condenser speaker by setting the time constant to a high frequency equal to or higher than the audio frequency and setting the time constant to a smaller value.
また、音響信号をPWM変調する場合、サンプリング周波数として、例えば音響信号の10倍程度、すなわち200kHzとすると、この高周波に起因して発生するノイズがコンデンサースピーカーに混入する危険性がある。しかし、上記時定数によるコンデンサースピーカーの構成が、ローパスフィルターとして機能するため、このようなノイズを遮断する効果がある。 Further, when the acoustic signal is PWM-modulated, if the sampling frequency is, for example, about 10 times that of the acoustic signal, that is, 200 kHz, there is a risk that noise generated due to the high frequency may be mixed in the condenser speaker. However, since the configuration of the condenser speaker based on the above time constant functions as a low pass filter, there is an effect of blocking such noise.
次に、オペアンプ4の負帰還を利用した、コンデンサースピーカーの安定駆動原理について説明する。 Next, the stable driving principle of the capacitor speaker using the negative feedback of the operational amplifier 4 will be described.
図1に示すオペアンプ4は、差動増幅器として動作する。このため、オペアンプ4のマイナス側入力端子に入力する検出電圧S1とプラス側入力端子の入力電圧との電圧差に応じた電気信号(例えば、電圧差に一定の増幅率を乗じた電圧)が出力される。 The operational amplifier 4 shown in FIG. 1 operates as a differential amplifier. Therefore, an electric signal (for example, a voltage obtained by multiplying the voltage difference by a constant amplification factor) corresponding to the voltage difference between the detection voltage S1 input to the negative input terminal of the operational amplifier 4 and the input voltage of the positive input terminal is output. Be done.
ここでもし、例えば環境温度の上昇等により、LED7の光度やフォトダイオード列8の出力電圧の低下が発生し、前記オペアンプ4のプラス側入力端子への入力電圧とマイナス側入力端子への入力電圧との電圧差が拡大すると、オペアンプ4の出力電圧が増加し、LEDドライバー6を介してLED7の駆動電流が増加し、LED7の光度が増加する。その結果、フォトダイオード列8の出力電圧及び検出電圧VS1が上昇し、電圧差が低減する方向に変化する。もし環境温度の低下等により、LED7の光度やフォトダイオード列8の出力電圧が上昇した場合には、オペアンプ4は上記と反対の動作をする。
Even in this case, the light intensity of the
すなわち、検出電圧S1を負帰還しているため、環境温度等による検出電圧S1の変化を相殺する方向にオペアンプ4が動作し、安定動作が可能となる。 That is, since the detection voltage S1 is negatively fed back, the operational amplifier 4 operates in the direction of canceling out the change of the detection voltage S1 due to the environmental temperature or the like, and the stable operation becomes possible.
(第2の実施形態)
上記第1の実施形態においては、LEDドライバー6として、集積回路を使用することができるが、それに替えてパワーMOSFETを用いてもよい。
Second Embodiment
In the first embodiment, an integrated circuit can be used as the
図3において、オペアンプ4の出力はLEDドライバーとなるnチャネルパワーMOSFET13のゲート端子に接続される。パワーMOSFET13は直流電圧6Vの電源14によって青色発光ダイオード等のLED7の電流を供給する。なお、抵抗素子39は、LED保護用の抵抗素子である。
In FIG. 3, the output of the operational amplifier 4 is connected to the gate terminal of the n-
このように、LEDドライバーに替えてパワーMOSFETを使用することで、コストを低減することができる。 Thus, cost can be reduced by using a power MOSFET instead of the LED driver.
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態におけるコンデンサースピーカーシステムの構造である。音響信号源1から出力されるAC(交流)の音響信号は、結合キャパシタ2を介して可変バイアス電源3より発生する直流バイアス電圧を加えられ、相補出力端子を有するオペアンプ15のプラス側入力端子に入力される。なお、第1の実施形態同様、可変バイアス電源3には、抵抗素子5が直列に接続されている。
Third Embodiment
FIG. 4 is a structure of a condenser speaker system according to a third embodiment of the present invention. The AC (AC) acoustic signal output from the
このオペアンプ15の相補出力は第1のLEDドライバー16Rと第2のLEDドライバー16Lとに接続される。
The complementary output of the
第1及び第2のLEDドライバー16R、16Lは、第1の実施形態同様に、オペアンプ15の出力に応じてLEDの駆動電流を制御するものであり、第1のLED17Rと第2のLED17Lとをそれぞれ駆動する。
As in the first embodiment, the first and
ここで注意すべきは第1及び第2のLEDドライバー16R、16Lから出力される電気信号は、直流バイアス電圧成分は同じで、音響信号成分は逆位相になっていることである。このため、第1のLED17Rと第2のLED17Lから光照射されることで、第1のフォトダイオード列18Rと第2のフォトダイオード列18Lに発生する光起電力は、同じ直流成分を有するが、各々に逆位相の音響信号が重畳して印加されることになる。
It should be noted here that the electric signals output from the first and
第1の実施形態と同様に、第1及び第2のLED17R及び17Lからの光の照射面の近傍には、それぞれ、第1及び第2のフォトダイオード列18R、18Lが配置されている。光起電力が例えば0.6V程度のフォトダイオードを例えば1000個直列接続し、第1及び第2のLED17R、17Lから第1及び第2のフォトダイオード列18R、18Lの全てのフォトダイオードに光起電力を発生させるだけの十分な光量の光を照射すれば、第1及び第2のフォトダイオード列18R、18Lの両端には、600V程度の電圧が発生する。
Similar to the first embodiment, the first and
第1及び第2のフォトダイオード列18R、18Lには、それぞれ第1及び第2のブリーダ抵抗19R、19Lが並列に接続されており、これらの第1及び第2のブリーダ抵抗19R、19Lは、互いに同じ抵抗値に設定されている。
First and
また、第1のブリーダ抵抗19Rは、2つの分割抵抗19Raと19Rbとの直列接続により構成されている。分割抵抗19Raと19Rbとによる分割点S2での検出電圧VS2をオペアンプ15のマイナス側入力端子へ入力する。
The
第1のLEDドライバー16R、第1のLED17R、第1のブリーダ抵抗19Rは全体としてオペアンプ15の負帰還回路を構成し、システム全体の安定動作を確保する。
The
コンデンサースピーカーの機構部は、開孔部を設けた第1の固定電極20R、開孔部を設けた第2の固定電極20Lと、可動電極21とを備える。第1及び第2の固定電極20R、20Lは、例えばステンレス鋼からなる。この可動電極21は、その両端部が絶縁ダンパー22で保持されている。可動電極21及び絶縁ダンパー22の材質や構造は、いずれも第1の実施形態同様のものを用いることができる。
The mechanical portion of the capacitor speaker includes a first
すなわち、第1の固定電極20R、第2の固定電極20Lで一対の平行平板コンデンサーが形成される。そして、それぞれのコンデンサーの電極間へ、直流高電圧に音響信号が加えられた信号電圧が印加される。ここで、オペアンプ15は相補的に出力しているため、第1の固定電極20R及び第2の固定電極20Lには、それぞれ音響信号成分が逆位相の振動電圧が印加される。
That is, a pair of parallel plate capacitors is formed by the first
その結果、可動電極21に対して、一方からの引力が強くなると、他方の引力が弱くなる「プッシュプル型のコンデンサースピーカー」として機能させることができる。
As a result, when the attractive force from one of the
図5は、可動電極21を基準点A4として、第1の固定電極20R及び第2の固定電極20Lの各電圧VX4及びVY4について、横軸を時間軸として表したグラフを示している。
FIG. 5 shows a graph in which the horizontal axis is represented as a time axis for each voltage V X4 and V Y4 of the first
固定電極と可動電極の電圧関係は、図12に示される従来のトランスを用いたコンデンサースピーカーの電圧関係と同様であることが分かる。すなわち、可動電極21からみれば、左右の固定電極である第1の固定電極20R及び第2の固定電極20Lには、音響信号に追従してクーロン力が変化する。このクーロン力により可動電極21が振動し、音波を発生し、第1の固定電極20R及び第2の固定電極20Lの開孔部を通して出力される。
It can be seen that the voltage relationship between the fixed electrode and the movable electrode is similar to the voltage relationship of the capacitor speaker using the conventional transformer shown in FIG. That is, when viewed from the
以上のように、可動電極21、第1の固定電極20R及び第2の固定電極20Lの構成により、プッシュプル型のコンデンサースピーカーを提供することができ、特に低音域でのスピーカー特性の向上が可能となる。
As described above, by the configuration of the
本発明は、安全のために固定電極側を接地することが好ましい。例えば、音響信号を発生する側を第2の固定電極20Lとすれば、Y4を接地することで人体が触れても安全である。また、2つの固定電極、第1の固定電極20R及び第2の固定電極20Lの両方を接地することも可能であり、その場合の安全性は更に高いものになる。
In the present invention, it is preferable to ground the fixed electrode side for safety. For example, if the side generating the acoustic signal is the second
また、本実施形態においても、LEDドライバーに替えてパワーMOSFETを使用してもよい。 Also in this embodiment, a power MOSFET may be used instead of the LED driver.
また、本実施形態についても、可動電極−固定電極間のコンデンサー容量とブリーダ抵抗との積で定まる時定数の逆数と、スピーカーの動作(駆動)周波数との関係は、第1の実施形態と同様である。 Also in the present embodiment, the relationship between the reciprocal of the time constant determined by the product of the capacitor capacitance between the movable electrode and the fixed electrode and the bleeder resistance and the operation (drive) frequency of the speaker is the same as in the first embodiment. It is.
また、本実施形態においては、第1および第2の実施形態と比べ高電圧発生部のフォトダイオードの向き(極性)が逆向きの場合、すなわち可動電極の電位が両固定電極の電位より低くなる実施形態を示したが、フォトダイオードの向きを逆転させ第1および第2の実施形態と同様に可動電極の電位が両固定電極の電位より高くなるよう設定しても良く、反対に第1および第2の実施形態においてフォトダイオードの向きを逆転させても良い。他の実施形態においても、特に言及しないが、フォトダイオードの向きを逆転させることは可能である。 Further, in the present embodiment, when the direction (polarity) of the photodiode in the high voltage generating portion is opposite to that in the first and second embodiments, that is, the potential of the movable electrode becomes lower than the potential of both fixed electrodes. Although the embodiment has been shown, the direction of the photodiode may be reversed and the potential of the movable electrode may be set higher than the potentials of both fixed electrodes as in the first and second embodiments. In the second embodiment, the direction of the photodiode may be reversed. Also in other embodiments, although not particularly mentioned, it is possible to reverse the orientation of the photodiode.
(第4の実施形態)
図6(a)は、第1の実施形態の電気信号を処理する構成部分を1つのパッケージに搭載した断面図の一例である。
Fourth Embodiment
FIG. 6A is an example of a cross-sectional view in which the component processing the electrical signal of the first embodiment is mounted in one package.
図6(a)は、図1に示す電子回路におけるオペアンプ4とLEDドライバー6に対応する制御部23、LED7に対応する発光素子部24、フォトダイオード列8に対応する受光素子部25が、リードフレーム26a、26b上にマウントされていることを示している。
6A shows that the
なお、図1に示す電子回路における結合キャパシタ2、抵抗素子5は、制御部23に内蔵されていてもよいし、リードフレームからなる外部端子に接続されていてもよい。同様に、ブリーダ抵抗は、制御部23又は受光素子部25に内蔵してもよいし、リードフレーム26a、26bを介し外部に接続してもよい。
The
制御部23、発光素子部24及び受光素子部25は、いずれも金や銅等を材料とするボンディングワイヤ27により、リードフレーム26a〜26cに接続されている。また、受光素子部25を例えばシリコン製フォトダイオードで構成し、制御部23もシリコン基板上の集積回路で形成することにより、同一チップ上に形成してもよい。
The
発光素子部24と受光素子部25とは、透光性樹脂28を介して対向して設けられており、発光素子部24からの光の照射面の近傍に受光素子部25が配置される。
The light emitting
更に全体を遮光性樹脂29で覆うことによりモールド封止して、制御部23、発光素子部24及び受光素子部25を一体のパッケージとして構成されている。
Furthermore, the whole is covered with a
なお、図6(a)においては、リードフレーム26a、26bが、それぞれパッケージの片側にのみ設けられているが、片側に限らず、両側に外部端子を有していてもよく、必要に応じてリードフレームの形状や構成が自由に設計可能であることは言うまでも無い。 In FIG. 6 (a), the lead frames 26a and 26b are respectively provided only on one side of the package, but not limited to one side, and may have external terminals on both sides, if necessary. It goes without saying that the shape and configuration of the lead frame can be freely designed.
以上の構成により、制御部23から出力される駆動電流により、発光素子部24のLEDを発光させ、発光素子部24から照射された光は、透光性樹脂28を通過し、受光素子部25に光起電力を発生させる。すなわち、受光素子部25であるフォトダイオード列8に発生する電圧を出力電圧として、例えば、ボンディングワイヤ27により、接続端子として機能するリードフレームを介し外部に出力される。この光起電力による出力電圧によってコンデンサースピーカー(図示せず)を駆動し、音波を発生させる。
With the above configuration, the drive current output from the
このように前記制御部23、発光素子部24及び受光素子部25を一体のパッケージ内に搭載することにより、一層の小型軽量化を実現することができる。また、それぞれの温度差が極めて小さくなり、全ての素子が実質的に同一温度で動作するため、制御部23の温度補償による発光素子部24の安定駆動に対する信頼性が更に向上する。
By thus mounting the
本実施形態は、第1の実施形態の回路構成をパッケージ化した場合について説明したが、第2の実施形態で説明するように、LEDドライバーに替えてパワーMOSFETを用いても、或いは他の同等のLED駆動回路としての機能を具備するものに置き換えてもよいことは当然である。 Although this embodiment has described the case where the circuit configuration of the first embodiment is packaged, the power driver may be used instead of the LED driver as described in the second embodiment, or the other equivalent. Naturally, it may be replaced by one having a function as an LED drive circuit.
また、図6(a)では、制御部23と受光素子部25を同一のシリコン基板上に単一のチップで集積化した例を示したが、図6(b)に示す通り、受光素子部25と制御部23とを別々に作成してボンディングワイヤ27により接続してもよい。更に、この場合、図6(c)に示す通り、発光素子部24と受光素子部25の上下関係を逆転させてもよい。
Further, FIG. 6A shows an example in which the
また発光素子部24と制御部23とを同一チップで形成することも可能である。この場合、制御部23の集積回路をシリコン製の集積回路とし、発光素子部24として化合物半導体とし、SOI(Silicon On Insulator)技術やSOS(Silicon On Sappiire)技術を用い、両者を混載させることが可能である。
It is also possible to form the light emitting
さらに、発光素子部24と受光素子部25は、サファイヤ基板42の表面と裏面に窒化物半導体(例えばGaN)を結晶成長させたものを用いることにより、同一基板に集約することも可能である。図6(d)は、サファイヤ基板42の表面と裏面に成長させた窒化物半導体上に、発光素子部24であるLEDと受光素子部25であるフォトダイオード列を形成し、制御部23とともに一体のパッケージに実装した例を示す。発光素子部24からの光は、サファイヤ基板42を介して受光素子部25に照射されるため、透光性樹脂28を必要としない。
Furthermore, the light emitting
この場合、発光素子部24であるLEDと受光素子部25であるフォトダイオード列の発光と受光が同一波長で行え、光電変換の効率が高くなるという利点がある。さらに、窒化物半導体のLED発光においては、注入キャリアが多くなると短波長側にシフトする傾向があるので、窒化物半導体のフォトダイオード列の光吸収率が増加するという利点もある。なお、発光素子部24のLEDは、複数からなる列(配列)であっても良く、これは他の実施形態でも同様である。
In this case, light emission and light reception can be performed at the same wavelength by the LED as the light emitting
また、図6(d)においては、発光素子部24、サファイヤ基板42および受光素子部25の積層構造体と制御部23とを一体のパッケージに実装した例を示すが、積層構造体のみを一体のパッケージに実装したものであっても良い。
6D shows an example in which the stacked structure of the
なお、パッケージの形態としては、DIP、SOP、QFP、QFN、BGA等様々な形態を採用し得る。これらの点は全て他の実施形態でも同様である。 In addition, as a form of a package, various forms, such as DIP, SOP, QFP, QFN, and BGA, are employable. All these points are the same as in the other embodiments.
(第5の実施形態)
図7は、第3の実施形態の電気信号を処理する構成部分を1つのパッケージに搭載した断面図の一例である。第3の実施形態では、発光素子と受光素子との組合せを2組用いたが、図7は、このような場合にも、同一パッケージへの実装が可能であることを示している。
Fifth Embodiment
FIG. 7 is an example of a cross-sectional view in which the component processing the electrical signal of the third embodiment is mounted in one package. In the third embodiment, two sets of the combination of the light emitting element and the light receiving element are used. FIG. 7 shows that even in such a case, mounting in the same package is possible.
図7(a)は、図4に示す電子回路におけるオペアンプ15と第1及び第2のLEDドライバー16R、16Lに対応する制御部23、第1及び第2のLED17R、17Lに対応する発光素子部24R及び24L、第1及び第2のフォトダイオード列18R及び18Lに対応する受光素子部25R及び25Lが、リードフレーム26c、26e、26d上にマウントされていることを示している。
7A shows a
制御部23、発光素子部24R及び24L、受光素子部25R及び25Lは、いずれも金や銅等を材料とするボンディングワイヤ27により、リードフレーム26c〜26eに接続されている。
The
発光素子部24Rと受光素子部25Rとは、透光性樹脂28Rを介して対向して設けられており、発光素子部24Rからの光の照射面の近傍に受光素子部25Rが配置される。同様に、発光素子部24Lと受光素子部25Lとは、透光性樹脂28Lを介して対向して設けられており、発光素子部24Lからの光の照射面の近傍に受光素子部25Lが配置される。
The light emitting
更に全体を遮光性樹脂29で覆うことによりモールド封止して、制御部23、発光素子部24(24R、24L)及び受光素子部25(25R、25L)が一体のパッケージとして構成されている。
Furthermore, the whole is covered with a
また、図7(a)では、受光素子部25R及び25Lを、例えばシリコン製フォトダイオードで構成し、制御部23もシリコン基板上の集積回路で形成することにより、単一のチップで集積化した例を示したが、図7(b)に示すとおり、受光素子部25R及び25Lと制御部23とを別々に作成してボンディングワイヤ27により接続しても良く、さらに図7(c)に示すとおり、さらに受光素子部25R、25Lと発光素子部24L、24Rの上下関係を逆転させてもよい。なお、図において、26c〜26gは、リードフレームである。
Further, in FIG. 7A, the light receiving
なお、図7においては、リードフレーム26c〜26gが、それぞれパッケージの片側にのみ設けられているが、片側に限らず、両側に外部端子を有していてもよく、必要に応じてリードフレームの形状や構成が自由に設計可能であることは言うまでも無い。 In FIG. 7, the lead frames 26c to 26g are provided only on one side of the package, but the lead frames are not limited to one side, and may have external terminals on both sides. It goes without saying that the shape and configuration can be designed freely.
また、図6(d)に示した例と同様に、本実施形態においても、発光素子部と受光素子部とをサファイヤ基板の表面および裏面に形成した積層構造体を用いても良い。 Further, similarly to the example shown in FIG. 6 (d), also in this embodiment, a laminated structure in which the light emitting element portion and the light receiving element portion are formed on the front and back surfaces of the sapphire substrate may be used.
本実施形態は、第3の実施形態の回路構成をパッケージ化した場合について説明したが、LEDドライバーに替えてパワーMOSFETを用いても、或いは他の同等のLED駆動回路としての機能を具備するものに置き換えてもよいことは当然である。 In the present embodiment, the case where the circuit configuration of the third embodiment is packaged has been described, but even if a power MOSFET is used instead of the LED driver, it has a function as another equivalent LED drive circuit. Naturally, it may be replaced by.
なお、図4に示す電子回路における結合キャパシタ2、抵抗素子5は、制御部23に内蔵してもよいし、リードフレームからなる外部端子に接続(外付け)してもよく、ブリーダ抵抗は、受光素子部25L、25R若しくは制御部23に内蔵してもよいし、リードフレームを介し外部に接続(外付け)してもよい。このことは、第4の実施形態においても同じである。
The
(第6の実施形態)
図8は、第4の実施形態におけるコンデンサースピーカーシステムの回路構成図である。このシステムにおけるコンデンサースピーカーの機構部は、開孔部を設けた第1及び第2の固定電極34R及び34Lと、透明可動電極(振動電極)32とを備える。第1及び第2の固定電極34R及び34Lはいずれも、例えばステンレス鋼からなる。透明可動電極32は、例えば薄い透明アクリル樹脂30上に導電性薄膜31を形成した積層構造体からなると共に、その両端部が例えばウレタンゴム製の絶縁ダンパー33によって保持されている。すなわち、第1及び第2の固定電極34R及び34Lと透明可動電極32とは、いずれも、互いに一定距離だけ離間して対向して設けられ、かつ電気的に絶縁されている。
Sixth Embodiment
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a condenser speaker system according to a fourth embodiment. The mechanism portion of the condenser of the system includes first and second
なお、透明アクリル樹脂30の厚さは、例えば、厚さ0.5mm、導電性薄膜31は例えば真空蒸着法により金などの金属薄膜を成膜し、厚さは50nmとする。
The thickness of the transparent
第1及び第3の実施形態と同様に、LED36からの光の照射面の近傍には、フォトダイオード列37が配置されている。光起電力が例えば0.6V程度のフォトダイオードを例えば1000個直列接続し、LED36からフォトダイオード列37の全てのフォトダイオードに光起電力を発生させるだけの十分な光量の光を照射すれば、フォトダイオード列37の両端には、600V程度の電圧が発生する。
As in the first and third embodiments, the
このフォトダイオード列37の一端は透明可動電極32に、他端は昇圧トランス38の2次側のセンタータップに接続されている。なお、39はLED保護用の抵抗素子である。
One end of the
昇圧トランス38の2次側の両端子は、第1及び第2の固定電極34R及び34Lに接続されている。
Both terminals of the secondary side of the step-up
透明可動電極32と第1及び第2の固定電極34L及び34Rとの間には、いずれもフォトダイオード列37で発生した電圧によって、透明可動電極32に負電荷が帯電する。
A negative charge is charged on the transparent
ここで音響信号源40が昇圧トランス38の1次側に印加されると、昇圧トランス38の2次側に接続されている第1及び第2の固定電極34L、34Rに音響信号が重畳して印加される。この音響信号に応じた第1及び第2の固定電極34R、34L間の電界強度の変化により、透明可動電極32が機械的に振動し、音波が発生し、その音波は第1及び第2の固定電極34R、34Lの開孔部を通して出力される。
Here, when the
この一連の動作時にLED36からの照射光の一部を、透明アクリル樹脂30の端部に導光し照射させることで、音響変換部であるコンデンサースピーカーを発光させることができる。
By guiding and irradiating a part of the irradiation light from the
この光は、透明アクリル樹脂30の表面に微細な凹凸を設けておくことで、表面で乱反射が発生し、第1及び第2の固定電極34R、34Lの開孔部を通して外部から視認することができる。この場合、LED36は、電源35により発光させているため、安定した光度が得られる。
By providing fine irregularities on the surface of the transparent
以上の構成により、コンデンサースピーカーが発光することで動作状態が一目瞭然に分かるとともに、電飾効果が得られる。 With the above-described configuration, when the condenser speaker emits light, the operating state can be clearly understood, and an electric decoration effect can be obtained.
図9は、昇圧トランス38の2次側センタータップ点M8を基準にした、透明可動電極32の電位VA8、第1の固定電極34Rの電位VY8及び第2の固定電極34Lの電位VX8の関係を示している。本実施形態では、この電圧関係は従来のコンデンサースピーカーと同様になっている。
FIG. 9 shows the potential V A8 of the transparent
ここではコンデンサースピーカーの透明可動電極から反射される光が一定の光度となるような場合を述べたが、第1乃至第3の実施形態においても、本実施形態のように、可動電極として透明アクリル樹脂と導電性薄膜との積層構造体からなる透明可動電極を用い、LEDからの光を透明可動電極に導光すれば、音響信号成分で変調された光を外部に取り出して、更に電飾効果を演出することも可能である。 Although the case where light reflected from the transparent movable electrode of the capacitor speaker has a constant luminous intensity has been described here, also in the first to third embodiments, as in this embodiment, transparent acrylic as the movable electrode If the light from the LED is guided to the transparent movable electrode using the transparent movable electrode made of a laminated structure of resin and conductive thin film, the light modulated by the acoustic signal component is extracted to the outside, and the decoration effect is further achieved. It is also possible to produce
なお、透明アクリル樹脂は透明板の一例に過ぎず、これ以外のポリエチレンなどの他の透明樹脂や薄板ガラス等を用いてもよいことは言うまでも無い。 The transparent acrylic resin is merely an example of the transparent plate, and it goes without saying that other transparent resins such as polyethylene and thin glass may be used.
(第7の実施形態)
図10は、第7の実施形態における空気清浄機能付きコンデンサースピーカーの回路構成図である。本実施形態においては、図4に示すコンデンサースピーカーにおける第1及び第2の固定電極20R、20Lと可動電極22との間に、空気清浄用のフィルター41が設置される。フィルター41は表面積が大きく、かつ着脱可能なものが好ましい。このようなものとして、例えばHEPAフィルターなどが該当する。
Seventh Embodiment
FIG. 10 is a circuit diagram of a condenser speaker with an air purifying function in a seventh embodiment. In the present embodiment, a
上述の通り、コンデンサースピーカー動作時には、第1及び第2の固定電極20R、20Lと固定電極22との間には高電圧が印加されている。そのため、第1及び第2の固定電極20L、20Rの開孔部を通過した空気中の異物は帯電し、可動電極22に引き寄せられる。
As described above, a high voltage is applied between the first and second
従って、電極間に表面積の大きい着脱可能なフィルター41を設置することで、コンデンサースピーカーを電気集塵式の空気清浄機として機能させることができる。フィルター41を着脱可能にしておけば定期的な交換も容易である。
Therefore, by installing the
特に、本発明におけるコンデンサースピーカーは小型軽量でかつ人体に安全なため、一般家庭の壁にも容易に取り付けが可能な空気清浄機能付きスピーカーを提供することができる。 In particular, the condenser speaker according to the present invention is compact and lightweight and is safe for the human body, so that it is possible to provide a speaker with an air cleaning function that can be easily attached to the wall of a general household.
なお、本実施形態では、図4に示すコンデンサースピーカーを用いた空気清浄機の例を示したが、図1又は図3に示すコンデンサースピーカーにおいて、固定電極10と可動電極11との間に、着脱可能なフィルター41を設置しても同様である。
In the present embodiment, an example of the air cleaner using the condenser speaker shown in FIG. 4 is shown, but in the condenser speaker shown in FIG. 1 or FIG. The same is true even if a
1 音響信号源
2 結合キャパシタ
3 可変バイアス電源
4 オペアンプ
5 抵抗素子
6 LEDドライバー
7 LED
8 フォトダイオード列
9a、9b 分割抵抗
10 固定電極
11 可動電極
12 絶縁ダンパー
13 パワーMOSFET
14 電源
15 相補出力端子を有するオペアンプ
16R 第1のLEDドライバー
16L 第2のLEDドライバー
17R 第1のLED
17L 第2のLED
18R 第1のフォトダイオード列
18L 第2のフォトダイオード列
19R 第1のブリーダ抵抗
19L 第2のブリーダ抵抗
19Ra、19Rb 分割抵抗
20R 第1の固定電極
20L 第2の固定電極
21 可動電極
22 絶縁ダンパー
23 制御部
24、24R、24L 発光素子部
25、25L、25R 受光素子部
26a、26b、26c、26d、26e、26f、26g リードフレーム
27 ボンディングワイヤ
28 透光性樹脂
29 遮光性樹脂
30 透明アクリル樹脂
31 導電性薄膜
32 透明可動電極
33 絶縁ダンパー
34L、34R 第1及び第2の固定電極
35 電源
36 LED
37 フォトダイオード列
38 昇圧トランス
39 抵抗素子
40 音響信号源
41 フィルター
42 サファイア基板
51、53 第1及び第2の固定電極
52 可動電極
54 絶縁ダンパー
55 直流電源
56 昇圧トランス
57 音響信号源
VA1 可動電極11の電位
VA10 可動電極52の電位
VA4 可動電極板21の電位
VM1 接地点での電位
VM10 昇圧トランス56の2次側センタータップ位置の電位
VS1、VS2 分割点での検出電位
VX10 固定電極51の電位
VX4 第1の固定電極20Lの電位
VY10 固定電極53の各電位
VY4 第2の固定電極20Rの電位
VM8 昇圧トランス38の2次側センタータップ位置の電位
VA8 透明可動電極32の電位
VY8 第1の固定電極34Rの電位
VX8 第2の固定電極34Lの電位
8
14
17L second LED
18R
37
52
V S1 , V S2 detection potential at the division point V X10 potential of the fixed
V X 4 Potential of first fixed
V Y 4 second fixed
Claims (14)
前記可動電極及び前記第1の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第1のフォトダイオード列が接続され、
前記第1のフォトダイオード列には、直列に接続された2つの分割抵抗からなる第1のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から前記分割抵抗により分割された検出電圧と、直流バイアス電圧を加えた音響信号電圧とが入力される第1のLED制御部を備え、
前記第1のLED制御部からの出力が、第1の発光ダイオードに接続され、
前記第1のフォトダイオード列は、前記第1の発光ダイオードの光照射面の近傍に配置されていることを特徴としたコンデンサースピーカー。 A movable electrode; and a first fixed electrode disposed opposite to the movable electrode;
A first photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the first fixed electrode,
A first bleeder resistor consisting of two dividing resistors connected in series is connected in parallel to the first photodiode row,
A first LED control unit to which a detection voltage divided by the dividing resistor from the voltage generated from the first photodiode array and an acoustic signal voltage obtained by adding a DC bias voltage are input;
An output from the first LED controller is connected to a first light emitting diode,
The condenser speaker according to claim 1, wherein the first photodiode row is disposed in the vicinity of a light irradiation surface of the first light emitting diode.
前記可動電極及び前記第1の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第1のフォトダイオード列が接続され、
前記可動電極及び前記第2の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第2のフォトダイオード列が接続され、
前記第1のフォトダイオード列には、直列に接続された2つの分割抵抗からなる第1のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第2のフォトダイオード列には、前記第1のブリーダ抵抗と同じ抵抗値を有する第2のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から前記分割抵抗により分割された検出電圧と、直流バイアス電圧を加えた音響信号電圧とが入力される第2のLED制御部を備え、
前記第2のLED制御部からの第1の出力が、第1の発光ダイオードに接続され、
前記第1の出力と音響信号成分が逆位相である第2の出力が第2の発光ダイオードに接続され、
前記第1のフォトダイオード列は、前記第1の発光ダイオードの光照射面の近傍に配置され、
前記第2のフォトダイオード列は、前記第2の発光ダイオードの光照射面の近傍に配置されていることを特徴とするコンデンサースピーカー。 A first fixed electrode, a second fixed electrode disposed to face the first fixed electrode, and the first and second fixed electrodes; A movable electrode facing the fixed electrode of the
A first photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the first fixed electrode,
A second photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the second fixed electrode,
A first bleeder resistor consisting of two dividing resistors connected in series is connected in parallel to the first photodiode row,
A second bleeder resistor having the same resistance value as the first bleeder resistor is connected in parallel to the second photodiode row,
A second LED control unit to which a detection voltage divided by the dividing resistor from the voltage generated from the first photodiode array and an acoustic signal voltage obtained by adding a DC bias voltage are input;
A first output from the second LED controller is connected to a first light emitting diode,
A second output in which the first output and the acoustic signal component are in anti-phase are connected to a second light emitting diode;
The first photodiode array is disposed in the vicinity of a light irradiation surface of the first light emitting diode.
The condenser speaker characterized in that the second photodiode row is disposed in the vicinity of a light irradiation surface of the second light emitting diode.
前記第1の固定電極及び第2の固定電極は、昇圧トランスの2次側端子に接続され、
前記透明可動電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなるフォトダイオード列の一端が接続され、
前記フォトダイオードの他端は、前記昇圧トランスの2次側のセンタータップに接続され、
前記フォトダイオード列に光照射するよう発光ダイオードが配置されており、
前記発光ダイオードの両端子には直流電源が接続され、
前記昇圧トランスには音響信号源が接続され、
前記透明可動電極の少なくとも一部に前記発光ダイオードからの光が照射されることを特徴とするコンデンサースピーカー。 A transparent movable electrode having electrical conductivity, a first fixed electrode, and a second fixed electrode;
The first fixed electrode and the second fixed electrode are connected to the secondary side terminal of the step-up transformer,
One end of a photodiode array comprising a plurality of photodiodes connected in series is connected to the transparent movable electrode,
The other end of the photodiode is connected to a center tap on the secondary side of the step-up transformer,
A light emitting diode is disposed to illuminate the photodiode array,
A DC power supply is connected to both terminals of the light emitting diode,
An acoustic signal source is connected to the step-up transformer,
The condenser speaker characterized in that light from the light emitting diode is irradiated to at least a part of the transparent movable electrode.
前記透明電極板の少なくとも一部に、前記第1の発光ダイオードの光が照射されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のコンデンサースピーカー。 The movable electrode is a transparent electrode plate having electrical conductivity,
The condenser speaker according to any one of claims 1 to 5, wherein light of the first light emitting diode is irradiated to at least a part of the transparent electrode plate.
前記可動電極及び前記第1の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第1のフォトダイオード列が接続され、
前記第1のフォトダイオード列には、直列に接続された2つの分割抵抗からなる第1のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から前記分割抵抗により分割された検出電圧と、直流バイアス電圧を加えた音響信号電圧とが入力される第1のLED制御部を備え、
前記第1のLED制御部から出力される第1の出力により、前記第1の発光ダイオードを発光させ、
前記第1の発光ダイオードの発光強度に応じて前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧をコンデンサースピーカーの前記第1の固定電極に印加することにより、前記第1の固定電極と前記可動電極との間の電界の変化に応じて前記可動電極を駆動させ、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から、前記第1のフォトダイオード列に並列接続された前記分割抵抗により分割された検出電圧を前記第1のLED制御部に負帰還するとともに、前記音響信号に直流バイアス電圧を加えた電圧とを前記第1のLED制御部に入力し、
前記検出電圧と前記音響信号に直流バイアスを加えた電圧との電圧差に応じて前記第1の出力を制御し、前記第1のLED制御部から発生させることを特徴とするコンデンサースピーカーの駆動方法。 A movable electrode; and a first fixed electrode disposed opposite to the movable electrode;
A first photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the first fixed electrode,
A first bleeder resistor consisting of two dividing resistors connected in series is connected in parallel to the first photodiode row,
A first LED control unit to which a detection voltage divided by the dividing resistor from the voltage generated from the first photodiode array and an acoustic signal voltage obtained by adding a DC bias voltage are input;
The first light output from the first LED control unit causes the first light emitting diode to emit light.
By applying a voltage generated from the first photodiode row to the first fixed electrode of a capacitor speaker according to the light emission intensity of the first light emitting diode, the first fixed electrode and the movable electrode Driving the movable electrode in response to a change in the electric field between
The detection voltage divided by the dividing resistor connected in parallel to the first photodiode array is negatively fed back to the first LED control unit from the voltage generated from the first photodiode array, and the acoustic A voltage obtained by adding a DC bias voltage to a signal is input to the first LED control unit,
A method of driving a condenser speaker comprising: controlling the first output according to a voltage difference between the detection voltage and a voltage obtained by adding a direct current bias to the acoustic signal, and generating the first output from the first LED control unit. .
前記可動電極及び前記第1の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第1のフォトダイオード列が接続され、
前記可動電極及び前記第2の固定電極には、直列に接続された複数のフォトダイオードからなる第2のフォトダイオード列が接続され、
前記第1のフォトダイオード列には、直列に接続された2つの分割抵抗からなる第1のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第2のフォトダイオード列には、前記第1のブリーダ抵抗と同じ抵抗値を有する第2のブリーダ抵抗が並列に接続され、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から前記分割抵抗により分割された検出電圧と、直流バイアス電圧を加えた音響信号電圧とが入力される第2のLED制御部を備え、
前記第2のLED制御部から出力される第1の出力が、第1の発光ダイオードに接続され、
前記第2のLED制御部から、前記第1の出力と音響信号成分が逆位相である第2の出力が第2の発光ダイオードに接続され
前記第1の出力により、前記第1の発光ダイオードを発光させ、
前記第2の出力により、前記第2の発光ダイオードを発光させ、
前記第1の発光ダイオードの発光強度に応じて前記第1のフォトダイオード列から発生する第1の電圧をコンデンサースピーカーの前記第1の固定電極に印加し、
前記第2の発光ダイオードの発光強度に応じて前記第2のフォトダイオード列から発生する第2の電圧をコンデンサースピーカーの前記第2の固定電極に印加し、
前記第1の固定電極と前記第2の固定電極との間の電界の変化に応じて前記可動電極を駆動させ、
前記第1のフォトダイオード列から発生する電圧から、前記第1のフォトダイオード列に並列接続された前記分割抵抗により分割された検出電圧を前記第2のLED制御部に負帰還するとともに、
前記音響信号に直流バイアスを加えた電圧を前記第2のLED制御部に入力し、
前記検出電圧と前記音響信号に直流バイアスを加えた電圧との電圧差に応じて、前記第1の出力と前記第2の出力とを前記第2のLED制御部から発生させることを特徴とするコンデンサースピーカーの駆動方法。 A first fixed electrode, a second fixed electrode disposed to face the first fixed electrode, and the first and second fixed electrodes; A movable electrode facing the fixed electrode of the
A first photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the first fixed electrode,
A second photodiode row consisting of a plurality of photodiodes connected in series is connected to the movable electrode and the second fixed electrode,
A first bleeder resistor consisting of two dividing resistors connected in series is connected in parallel to the first photodiode row,
A second bleeder resistor having the same resistance value as the first bleeder resistor is connected in parallel to the second photodiode row,
A second LED control unit to which a detection voltage divided by the dividing resistor from the voltage generated from the first photodiode array and an acoustic signal voltage obtained by adding a DC bias voltage are input;
A first output output from the second LED control unit is connected to a first light emitting diode,
A second output in which the first output and the acoustic signal component are in antiphase from the second LED control unit is connected to a second light emitting diode; and the first output causes the first light emitting diode to Make it glow,
The second output causes the second light emitting diode to emit light,
Applying a first voltage generated from the first photodiode row according to the light emission intensity of the first light emitting diode to the first fixed electrode of the capacitor speaker;
Applying a second voltage generated from the second photodiode array to the second fixed electrode of the capacitor speaker in accordance with the light emission intensity of the second light emitting diode;
Driving the movable electrode according to a change in electric field between the first fixed electrode and the second fixed electrode;
From the voltage generated from the first photodiode array, the detected voltage divided by the dividing resistor connected in parallel to the first photodiode array is negatively fed back to the second LED control unit.
A voltage obtained by adding a DC bias to the acoustic signal is input to the second LED control unit,
The first output and the second output are generated from the second LED control unit in accordance with a voltage difference between the detection voltage and a voltage obtained by adding a direct current bias to the acoustic signal. How to drive a condenser speaker.
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