JP6697952B2 - 振動板と電気音響変換器並びに電気音響変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動板と電気音響変換器並びに電気音響変換装置に関する。

音波を電気信号に変換する電気音響変換器を備えた電気音響変換装置として、コンデンサマイクロホンがある。コンデンサマイクロホンの電気音響変換器は、ダイヤフラムリングと、振動板と、スペーサと、固定極と、を備える。振動板は、ダイヤフラムリングに所定の張力が付与された状態で保持される。固定極は、スペーサを介して振動板に対向して配置される。

直流バイアスを用いるコンデンサマイクロホンの振動板には、音圧が加わらない状態でも静電吸引力が加わる。この静電吸引力は、振動板の固定極への吸着という問題を引き起こす。また、大きな音圧が振動板に加わったときでも、固定極への振動板の接触は回避されなければならない。

音圧一次傾度型のマイクロホンにおいては、低域の収音限界は振動板の張力に依存する。すなわち、振動板の張力が高いときには、低域の収音限界は高い周波数にシフトする。一方、振動板の張力が低いときには、低域の収音限界は低い周波数に延伸される。その結果、振動板の低域の周波数応答は改善されるが、固定極への吸着力に対する振動板の対抗力は劣化してしまう。

これまでにも、振動板の低域の周波数応答を改善しつつ、固定極への吸着力に対する振動板の対抗力を改善する提案がなされている（例えば、「特許文献１」参照）。

一般的に、振動板は、ポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性樹脂フィルム製である。熱可塑性樹脂フィルムは、縦方向と横方向との２軸の延伸フィルムである。そのため、振動板の縦方向と横方向とにおける、振動板の引張強度などの機械的性質や、振動板の機械的性質の温度依存性は、延伸フィルムの延伸方向に依存する。

特許文献１で提案された振動板は、波状加工により作製される。同振動板は、大きな凹凸パターンによって、振動板に複数のリブを備えたものと同様の効果を有する。そのため、同振動板は、小さな区画に区切られた振動板を複数備えた振動板と同様に動作する。その結果、同振動板の延伸フィルムの機械的異方性は、小さくなる。よって、振動板が長方形であっても、振動板の作製時に、延伸フィルムの延伸方向と振動板の長辺あるいは短辺の方向とを一致させることで、振動板の固有共振周波数の個体差は小さくなる。

特許第５０５５２０３号明細書

しかし、振動板の作製工程は、例えば、振動板をダイヤフラムリングへ接着する工程など、振動板に熱を加える工程を含む。延伸フィルムの引張強度の機械的異方性は、温度に依存する。そのため、振動板の固有共振周波数は、延伸フィルムの延伸方向と、振動板の長辺あるいは短辺の方向とに依存する。その結果、振動板の固有共振周波数は、個体差を伴う。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、作製時に熱が加えられても機械的異方性の小さい振動板を提供することを目的とする。

本発明は、第１方向と第２方向との２軸の延伸フィルムからなる振動板であって、第１凹凸パターンと、第１凹凸パターンの周期よりも短い周期の第２凹凸パターンと、が２軸の延伸フィルムの表面の全域にわたり形成されていて、第２凹凸パターンは、第１方向または第２方向のいずれかに沿って形成され、第１凹凸パターンにより形成される領域の第１方向の長さと、領域の第２方向の長さとは異なる、ことを特徴とする。

本発明によれば、機械的異方性の小さい振動板を提供することができる。

本発明にかかる電気音響変換器の実施の形態を示す模式的な断面図である。 図１の電気音響変換器の平面図である。 （ａ）は図２の電気音響変換器を構成する振動板の部分平面図、（ｂ）は（ａ）の振動板のＡＡ線部分断面図、である。 図３の振動板の部分拡大断面図である。 本発明にかかる電気音響変換装置の実施の形態を示すコンデンサマイクロホンの側面視断面図である。 図５のコンデンサマイクロホンを構成するコンデンサマイクロホンユニットの側面視断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる振動板と電気音響変換器並びに電気音響変換装置の実施の形態について説明する。

●電気音響変換器
先ず、本発明にかかる電気音響変換器について説明する。以下の説明では、電気音響変換器の例として、音波を電気信号に変換する静電型の電気音響変換器を用いる。電気音響変換器は、コンデンサマイクロホンユニットを構成する。

図１は、本発明にかかる電気音響変換器の実施の形態を示す模式的な断面図である。
図２は、本発明にかかる電気音響変換器の平面図である。
電気音響変換器１０は、振動板保持体（ダイヤフラムリング）２１と、振動板２２と、スペーサ２３と、固定極２４と、を有してなる。振動板２２は、所定の張力が付与された状態で振動板保持体２１に保持される。振動板２２と固定極２４とは、コンデンサを構成する。このコンデンサの静電容量は、振動板２２が音源からの音波を受けて振動することで変化する。

振動板２２は、スペーサ２３を介して固定極２４に対向して配置される。振動板２２と固定極２４との間には、スペーサ２３の厚さに相当する幅の空気層（隙間）が形成される。

振動板２２の詳細については、後述する。

スペーサ２３は、合成樹脂などを素材とする。スペーサ２３は、薄いリング状である。

固定極２４は、アルミニウムなどの金属製である。固定極２４は、円板状である。固定極２４の少なくとも一面側、例えば振動板２２との対向面側にはエレクトレット板が貼り付けられる。固定極２４とエレクトレット板とは、エレクトレットボードを構成する。

●振動板
次に、本発明にかかる振動板について説明する。
振動板２２は、ポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイドなどの熱可塑性樹脂フィルム製である。振動板２２は、円形である。熱可塑性樹脂フィルムは、縦方向と横方向との２軸の延伸フィルムである。そのため、振動板の縦方向と横方向とにおける、振動板の引張強度などの機械的性質や、振動板の機械的性質の温度依存性は、延伸フィルムの延伸方向に依存する。加工前の延伸フィルムは、通常、ＭＤ方向よりもＴＤ方向の方が伸びやすい。ＭＤ（Machine Direction）方向とは、延伸フィルムの製造工程でのフィルムの進行方向（延伸フィルムの長手方向）である。ＴＤ（Transverse Direction）方向とは、ＭＤ方向に直交する方向（延伸フィルムの幅方向）である。

図３は、本発明にかかる振動板の実施の形態を示す図面であって、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡＡ線部分断面図、である。
振動板２２の表面の全域には、第１凹凸パターン２２１と第２凹凸パターン２２２とが組み合わされた波状加工が施されている。第１凹凸パターン２２１は、断面視において周期の長い粗い凹凸である。第２凹凸パターン２２２は、断面視において周期の短い微細な凹凸である。第２凹凸パターン２２２の凹凸は、ＴＤ方向に沿った直線状に形成される。複数の第２凹凸パターン２２２の凹凸は、ＭＤ方向に沿って連続的に振動板２２の全域に形成される。図３（ａ）において、第２凹凸パターン２２２の図示は省略されている。

図３（ａ）に示されるように、振動板２２の全域は、第１凹凸パターン２２１により、平面視において複数の六角形（多角形）の領域に区画される。図３（ｂ）に示されるように、振動板２２の全域には、第２凹凸パターン２２２の凹凸が形成される。第２凹凸パターン２２２の凹凸の一部は、第１凹凸パターン２２１の凹凸により囲まれている。第１凹凸パターン２２１により区画されて形成された六角形の領域では、ＭＤ方向（図３（ａ）の紙面左右方向）の長さは、ＴＤ方向（図３（ａ）の紙面上下方向）の長さと異なる。

第１凹凸パターン２２１により形成された六角形は、ＴＤ方向の長さがＭＤ方向の長さよりも長い形状の六角形である。このように加工された振動板２２のＭＤ方向における伸縮性は向上する。その結果、振動板２２のＴＤ方向の張力とＭＤ方向の張力との差は小さくなる。

このように、加熱および加圧による延伸フィルムの立体成型加工によって、ＴＤ方向の長さとＭＤ方向の長さとが異なる多角形形状が振動板２２の全域に成型される。その結果、振動板２２を振動板保持体２１に接着する際などに振動板２２に熱が加えられても、振動板２２のＭＤ方向とＴＤ方向における機械的異方性は小さくなる。そのため、振動板２２の張力は安定する。また、この第１凹凸パターン２２１により形成された領域の好ましい形状は、ＴＤ方向に直交する辺を有しない多角形である。第１凹凸パターン２２１がＴＤ方向に直交する辺を有すると、この辺によりＴＤ方向に部分的に第２凹凸パターン２２２による微細な凹凸の効果（後述）が無くなる。よって、振動板２２の伸縮性は、低下する。

図４は、振動板２２の部分拡大断面図である。
図中、符号Ｔ１は第１凹凸パターン２２１の凹凸の周期（１ピッチ）であり、符号Ｔ２は第２凹凸パターン２２２の凹凸の周期（１ピッチ）である。第１凹凸パターン２２１の凹凸や第２凹凸パターン２２２の凹凸は、相対的なものである。例えば、固定極２４側（図４の紙面下側）に向いている部分を凹部とすれば、固定極２４と反対側（図４の紙面上側）に向いている部分が凸部となる。周期Ｔ１は、第１凹凸パターン２２１の隣接する凹部間または凸部間の距離である。周期Ｔ２は、第２凹凸パターン２２２の隣接する凹部間または凸部間の距離である。

周期Ｔ１は、周期Ｔ２よりも長い。例えば、周期Ｔ１は、周期Ｔ２の１０倍以上である。すなわち、隣接する第１凹凸パターン２２１の凹部同士または凸部同士の間に存在する第２凹凸パターン２２２の凹凸の数は、１０以上である。つまり、周期Ｔ１と周期Ｔ２との比率は、１０以上である。

第１凹凸パターン２２１の凹凸の高低差は、第２凹凸パターン２２２の凹凸の高低差よりも大きい。つまり、第１凹凸パターン２２１の凹凸は、第２凹凸パターン２２２の凹凸よりも粗い。一方、第２凹凸パターン２２２の凹凸は、第１凹凸パターン２２１の凹凸よりも微細である。

第２凹凸パターン２２２の凹凸は、凹部の底部から凸部の頂部までの高さが、振動板２２の厚さ以上の微細な凹凸である。第２凹凸パターン２２２の凹凸は、ＭＤ方向に波（蛇腹）を形成する凹凸である。第２凹凸パターン２２２の蛇腹形状の凹凸は、振動板２２のＭＤ方向の伸縮性を向上させる。

第２凹凸パターン２２２は、前述のとおり、第１凹凸パターン２２１の凹凸の部分を含めて、振動板２２の全域にわたり形成されている。すなわち、振動板２２の表面は、第１凹凸パターン２２１の凹凸と第２凹凸パターン２２２の凹凸とが形成された場所を含む。第２凹凸パターン２２２の微細な凹凸は、振動板２２のＭＤ方向の伸縮性を向上させる。また、第１凹凸パターン２２１の粗い凹凸は、振動板２２にその凹凸をリブとした複数の振動板の集合体を形成する。

●電気音響変換装置
次に、本発明にかかる電気音響変換装置について説明する。以下の説明では、電気音響変換装置の例として、コンデンサマイクロホンを用いる。

図５は、本発明にかかる電気音響変換装置の実施の形態を示すコンデンサマイクロホンの側面視断面図である。
コンデンサマイクロホン１は、コンデンサマイクロホンユニット２と、回路ケース３ｃと、コネクタ支持体３１と、ホルダ３２と、コンタクトプローブ３３と、基板固定部３４と、音声信号出力回路基板３５と、出力トランス３６と、連結部材３７と、コネクタケース４０と、出力コネクタと、を有してなる。

図６は、コンデンサマイクロホンユニット２の側面視断面図である。コンデンサマイクロホンユニット２は、ユニットケース２ｃと、先に説明した電気音響変換器１０と、後述の構成部品（絶縁体２５と支持体２６と絶縁座２７と電極引出端子２８とコンタクトピン２９とロックリング２０ｒ）と、により構成される。電気音響変換器１０や後述の構成部品は、ユニットケース２ｃに収納される。

ユニットケース２ｃは、金属製である。ユニットケース２ｃは、有底円筒状である。ユニットケース２ｃの底面は、ユニットケース２ｃの前方（収音時に音源側に向けられるマイクロホンの方向。以下、同じ。）側に位置する。ユニットケース２ｃは、音波導入孔２ｈとフランジ部２ｆと開口端２ｅと雌ねじ部２ｓと、を備える。音波導入孔２ｈは、音源からの音波をユニットケース２ｃ内に導入する。音波導入孔２ｈは、ユニットケース２ｃの底面に配置される。フランジ部２ｆは、音波導入孔２ｈが配置されたユニットケース２ｃの底面により構成される。開口端２ｅは、ユニットケース２ｃの後端である。雌ねじ部２ｓは、ユニットケース２ｃの内周面の後端側に配置される。

電気音響変換器１０は、前述のとおり、振動板保持体２１と、振動板２２と、スペーサ２３と、固定極２４と、を有してなる。

絶縁体２５は、固定極２４をユニットケース２ｃと振動板２２とに対して電気的に絶縁した状態で支持する。絶縁体２５は、連通孔を備える。連通孔の貫通方向は、絶縁体２５の厚さ方向（図６の紙面左右方向）である。

支持体２６は、絶縁体２５の後方側の面に気密状態で取り付けられる。固定極２４と絶縁体２５との間と絶縁体２５と支持体２６との間とは、絶縁体２５の連通孔を介して空気室を形成する。

絶縁座２７は、支持体２６の後方側に配置される。絶縁座２７は、連通孔を備える。連通孔の貫通方向は、絶縁座２７の厚さ方向（図６の紙面左右方向）である。

電極引出端子２８は、固定極２４からの信号を取り出す。電極引出端子２８は、絶縁体２５の中央部に取り付けられる。電極引出端子２８の後半部は、絶縁座２７の連通孔の前半部に挿通される。

コンタクトピン２９は、導電性のスポンジなどの弾性材を介して電極引出端子２８に電気的に接続される。コンタクトピン２９は、絶縁座２７の連通孔の後半部に挿入される。

電気音響変換器１０は、雌ねじ部２ｓに嵌め込まれるロックリング２０ｒにより、ユニットケース２ｃ内に固定される。

図５に戻る。
回路ケース３ｃは、金属製である。回路ケース３ｃは、円筒状である。回路ケース３ｃは、雌ねじ部３ｓを備える。雌ねじ部３ｓは、回路ケース３ｃの前端側の内周面に配置される。回路ケース３ｃには、コネクタ支持体３１と、ホルダ３２と、コンタクトプローブ３３と、基板固定部３４と、音声信号出力回路基板３５と、出力トランス３６と、コネクタケース４０と、が収納される。

コネクタ支持体３１は、絶縁材料製である。コネクタ支持体３１は、ホルダ３２に保持される。コネクタ支持体３１は、ホルダ３２を介して回路ケース３ｃ内の前端に取り付けられる。コネクタ支持体３１は、孔を備える。孔の貫通方向は、コネクタ支持体３１の厚さ方向（図５の紙面左右方向）である。コンタクトプローブ３３は、コネクタ支持体３１の孔に挿通される。コンタクトプローブ３３は、コンデンサマイクロホンユニット２のコンタクトピン２９に電気的に接続される。

基板固定部３４は、音声信号出力回路基板３５を保持する。基板固定部３４は、ホルダ３２に一体に設けられる。音声信号出力回路基板３５は、略矩形の板状である。音声信号出力回路基板３５は、基板固定部３４に保持される。音声信号出力回路基板３５は、基板固定部３４を介して回路ケース３ｃ内に固定される。音声信号出力回路基板３５には、例えば、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor：ＦＥＴ）や、回路が組み込まれる。ＦＥＴは、電気音響変換器１０のインピーダンス変換器を構成する。回路は、例えば、振動板２２と固定極２４との間で生じる静電容量の変化を電気信号に変換して出力する回路である。ＦＥＴのゲートは、電極引出端子２８とコンタクトピン２９とコンタクトプローブ３３とを介して、固定極２４に電気的に接続される。

出力トランス３６は、センタータップ付きの２次コイルを有する。出力トランス３６は、音声信号出力回路基板３５からの信号のホット側の出力インピーダンスと、コールド側の出力インピーダンスと、を同一にする。

連結部材３７は、ユニットケース２ｃと回路ケース３ｃとを連結する。連結部材３７は、円筒状である。連結部材３７は、雄ねじ部３７ｓを備える。雄ねじ部３７ｓは、連結部材３７の外周面に配置される。

ユニットケース２ｃは、連結部材３７を介して回路ケース３ｃに取り付けられる。連結部材３７の雄ねじ部３７ｓは、ユニットケース２ｃの雌ねじ部２ｓと回路ケース３ｃの雌ねじ部３ｓと、に嵌め込まれる。

コネクタケース４０は、黄銅合金などの金属製である。コネクタケース４０は、円筒状である。出力コネクタはコネクタケース４０に収納される。出力コネクタは、例えば、ＪＥＩＴＡ ＲＣ−５２３６「音響機器用ラッチロック式丸型コネクタ」に規定される接地用の１番ピン（不図示）と、信号のホット側の２番ピン４２とコールド側の３番ピン４３と、を備える。１番ピンは、接地としてのコネクタケース４０に電気的に接続される。出力コネクタは、コネクタベース４１を備える。コネクタベース４１は、ポリブタジエンテレフタレート樹脂などの絶縁材製である。コネクタベース４１は、円板状である。１番ピンと２番ピン４２と３番ピン４３とは、コネクタベース４１に圧入される。１番ピンと２番ピン４２と３番ピン４３とは、コネクタベース４１を貫通する。出力コネクタは、コネクタケース４０を介して回路ケース３ｃ内の後端側に装着される。コネクタケース４０は、出力コネクタのシールドケースとしても作用する。

振動板２２は、音波導入孔２ｈからユニットケース２ｃ内に入る音源からの音波により振動する。電気音響変換器１０は、振動板２２の振動により電気信号を出力する。コンデンサマイクロホン１は、電気音響変換器１０からの電気信号を、音声信号出力回路基板３５と出力トランス３６と出力コネクタと、を介して外部装置に出力する。

●まとめ
以上説明したように、本発明にかかる振動板２２は、第１凹凸パターン２２１により囲われたＭＤ方向の長さとＴＤ方向の長さとが異なる多角形形状の領域の集合体となる。すなわち、多角形形状の領域のＭＤ方向の長さとＴＤ方向の長さとの比を適切に設定された振動板２２の機械的異方性は、熱が加えられても小さい。その結果、振動板２２を備えるコンデンサマイクロホンユニット２やコンデンサマイクロホン１の固有共振周波数の個体差は、小さい。

なお、本発明にかかる振動板の形状は、円形に限らず、長方形でもよい。つまり、長方形に形成された本発明にかかる振動板の固有共振周波数の個体差は、小さい。

また、以上説明した実施の形態は、本発明にかかる振動板を、音波を電気信号に変換するコンデンサマイクロホンユニット２に適用した場合の例である。しかし、本発明にかかる振動板は、電気信号を音波に変換する電気音響変換器に適用してもよい。すなわち、本発明にかかる振動板は、ヘッドホンやスピーカなどに用いられるドライバユニットにも適用可能である。つまり、ドライバユニットは、電気信号に応じて本発明にかかる振動板を振動させて、この振動に基づく音声（音波）を生成する。この場合、ドライバユニットは、本発明にかかる電気音響変換器の例である。また、このドライバユニットを備えるヘッドホンやスピーカなどは、本発明にかかる電気音響変換装置の例である。

電気信号を音波に変換する電気音響変換器に本発明にかかる振動板を適用した場合、先に説明したとおり、電気音響変換器や電気音響変換装置の固有共振周波数の個体差は、小さい。

１ コンデンサマイクロホン（電気音響変換装置）
２ コンデンサマイクロホンユニット
１０ 電気音響変換器
２１ 振動板保持体（ダイヤフラムリング）
２２ 振動板
２２１ 第１凹凸パターン
２２２ 第２凹凸パターン
２３ スペーサ
２４ 固定極
Ｔ１ 第１凹凸パターンの凹凸の周期
Ｔ２ 第２凹凸パターンの凹凸の周期

Claims (8)

1. 第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向と、の２軸の延伸フィルムからなる振動板であって、
   第１凹凸パターンと、第２凹凸パターンと、が前記２軸の延伸フィルムの表面の全域にわたり形成されていて、
   前記第２凹凸パターンの凹凸は、前記第２方向に沿った直線状で、かつ、前記第１方向に沿って連続的に形成され、
   前記第１凹凸パターンの凹凸の前記第１方向における周期は、前記第２凹凸パターンの凹凸の前記第１方向における周期よりも長く、
   前記第１凹凸パターンの凹凸により区画されて形成される領域の形状は、多角形であり、
   前記多角形を構成する前記第２方向に沿った辺の長さは、前記第２方向に沿った前記辺に隣接する辺の長さよりも長い、
   ことを特徴とする振動板。
2. 前記領域の形状は、六角形である、
   請求項１記載の振動板。
3. 前記第１凹凸パターンの凹凸は、前記第２凹凸パターンの凹凸よりも粗い、
   請求項１記載の振動板。
4. 前記第２凹凸パターンの凹凸は、凹部の底部から凸部の頂部までの高さが、振動板の厚み以上である、
   請求項１記載の振動板。
5. 音波を電気信号に変換する電気音響変換器であって、
   前記音波に応じて振動する振動板を備え、
   前記振動板は、請求項１記載の振動板である、
   ことを特徴とする電気音響変換器。
6. 電気信号を音波に変換する電気音響変換器であって、
   前記電気信号に応じて振動する振動板を備え、
   前記振動板は、請求項１記載の振動板である、
   ことを特徴とする電気音響変換器。
7. 音波を電気信号に変換する電気音響変換器を備える電気音響変換装置であって、
   前記電気音響変換器は、請求項５記載の電気音響変換器である、
   ことを特徴とする電気音響変換装置。
8. 電気信号を音波に変換する電気音響変換器を備える電気音響変換装置であって、
   前記電気音響変換器は、請求項６記載の電気音響変換器である、
   ことを特徴とする電気音響変換装置。
   
   

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