TWI499313B - 靜電擴音器 - Google Patents

Description

靜電擴音器

本發明係關於一靜電擴音器，而固持於相對電極之間的振動器係回應音訊信號而振動，以產生聲音。

本申請案主張日本專利申請案第2007-251158號及日本專利申請案第2008-132235號之權利，其等之內容以引用的方式併入本文中。

靜電擴音器係由相對的電極組成，該等電極之間以規定的距離彼此間隔，且固持其等之間的具有導電性質之片狀振動器(或振動構件)。由於施加於一靜電擴音器之相對電極之間的電壓變化，其振動器係提供有一偏壓，，施加於該振動器上的靜電力亦會改變，以使得該振動器發生位移。由於回應音訊信號之所施加的電壓變化，振動器內的多次位移會產生振動，進而產生來自振動器回應音訊信號之再生波。

已發展了各種類型之具有可撓性之靜電擴音器，且已揭示於不同文件中，例如非專利文件獻1及非專利文件2。

非專利文件1：電子學會的技術報告，

資訊及通訊工程師協會名為：「使用靜電麥克風及擴音器之1位元場記錄/再生系統」，由Shigeto及五位成員所撰寫，EA、應用聲學、電子資訊及通訊工程師協會，第25-30頁，2005年6月。

非專利文件2：<A＆V Festa 2006報告：1-位元音訊>使用IEEE 1394之1-位元分配系統(1-bit distribution system)之展覽：[線上]，2006年9月21日，Phile-網站編輯部門：[2007年8月23日所檢索]：網站<http://www.phileweb.com/news/d-av/200609/21/16653.html >

非專利文件1教示一包含相對電極及一振動器之靜電擴音器，其是由具有改變形狀能力的可撓性材料所組成。非專利文件2教示一靜電擴音器，其內之電極係由可撓性布所組成。

非專利文件1及非專利文件2均教示一無邊的(edgeless)可撓性靜電擴音器，對其內之電極及振動器之形狀不作限制。由於在非專利文件1所揭示之該可撓性靜電擴音器之形狀不作限制，其可自由地折彎及彎曲且變成各種形狀。然而，該靜電擴音器之非限制特性會造成另一問題，即電極及振動器在定位上可能輕易偏離。

本發明的一目的在於提供一種具有可撓性的靜電擴音器，其可在不造成電極及一振動器位置偏離的狀況下容易地予以折彎或彎曲。

本發明的一靜電擴音器係由下列元件所組成：一第一電極，對應於使用導電纖維形成的一布；一第二電極，對應於使用導電纖維形成的一布，其以一規定之距離相對於該第一電極而定位；一具有導電性質之振動器，其係定位於該第一電極與該第二電極之間；一第一彈性構件，具有一絕緣性質、彈性及聲音穿透性，其係定位於該振動器與該第一電極之間；一第二彈性構件，具有一絕緣性質、彈性及聲音穿透性，其係定位於該振動器與該第二電極之間；及一限制構件，用以將該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極限制於定位。

上文中，該限制構件對應於複數個細繩，以將該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極編織在一起。可藉由編織導電細繩而形成該第一電極及該第二電極。該第一電極及該第二電極可編織成具有可撓性。該第一電極及該第二電極可經編織在一起同時而予以拉伸。

此外，該第一電極之面積大於該振動器之面積，且該第二電極之面積大於該振動器之面積。

該限制構件對應於複數個膠針，該等膠針穿過該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極。

該限制構件係由一熱塑性樹脂組成的一薄片，其係定位於該第一電極與該振動器之間、該振動器與該第二電極之間，且其中該片材係熔化的，該第一電極與該振動器係黏附在一起，同時該振動器與該第二電極係黏附在一起。

可進一步導入一第一被襯構件，從該第一電極來看該第一被襯構件係定位於與該第一彈性構件相對，且可進一步導入一第二被襯構件，從該第二電極來看該第二被襯構件係定位於與該第二彈性構件相對，其中該第一被襯構件及該第二被襯構件均係藉由該限制構件而予以限制。

如上所述，該靜電擴音器在形狀上可自由地折彎或彎曲，其中可在不造成該等電極(例如，導電布)間之距離實質變化的狀況下使所有的構成元件在位置上不偏離。即使當該靜電擴音器被折彎時，仍可實質保持該等電極之間的固定距離(以及該振動器與該等電極之間的固定距離，而可在任何位置建立施加於該振動器上的均勻靜電力，進而達到期望的聲學特性。

下文將參見附加圖示以舉例的方式詳盡描述本發明。

圖1示意性地顯示了根據本發明的一較佳實施例之靜電擴音器1之外觀。圖2顯示該靜電擴音器1之電子組態及截面配置。

該靜電擴音器1係由一振動器10、導電布20U及20L、彈性構件30U及30L，以及細繩40所組成。在此實施例中，該導電布20U及20L二者具有同樣的構造，且該彈性構件30U及30L二者具有相同的構造。為方便起見，參考數字20U及20L二者由相同的參考數字「20」所標示，該等參考數字30U及30L由相同的參考數字「30」所標示。為了以直觀上易於理解之方式簡化該等圖解，該等圖中未精確說明上述構成元件之形狀及尺寸；因此，其等可與用於產品中實際生產的元件有所不同。在此連接中，圖1是一沿著X、Y及Z軸之三維說明圖，而圖2是從Y軸所視沿著X及Z軸之圖示(Y軸係由具有一點的一圓所指示，此點指示Y軸係從該片材之背面予以指向)。

接下來，將詳盡描述該靜電擴音器之構造。該振動器10係使用由PET(聚對苯二甲酸乙二酯)或PP(聚丙烯)組成的一薄膜(或若干薄膜)而形成，其沈積有金屬薄膜或塗布有導電材料，其中，其厚度實質在數微米至數十微米(μm)之範圍內。

具有彈性之彈性構件30係藉由加熱及壓縮軟棉而在平面視中形成為一矩形形狀，使得空氣可穿透其中。該彈性構件30可因著施加至其上之外力而變形，且藉由消除該外力而恢復其形狀。在此實施例中，該彈性構件30在X軸及Y軸方向上之長度大於該導電布20(為矩形)之長度。此外，該彈性構件30在X軸及Y軸方向上之長度大於該振動器10之長度。該彈性構件30U與30L二者在Z軸方向上的高度相等。

每個在平面圖上形成為矩形之導電布20係為使用具有導線性質之縱向細繩及橫向細繩編織而成的平織布。該等平織布傳輸空氣通過其間，因而確保聲音穿透性。

該振動器10、該等導電布20及該等彈性構件30係使用該由非導電棉組成的細繩40編織在一起。

接下來，將詳盡描述該靜電擴音器1之組裝。在該靜電擴音器1之組裝中，該彈性構件30L是以該彈性構件30L的所有側邊部分定位於該導電布20L之所有側邊部分的外面之方式安裝於該導電布20L上。

接下來，將該振動器10以該振動器10的所有側邊部分定位於該彈性構件30L之所有側邊部分之內部的方式安裝於該彈性構件30L上。

之後，該彈性構件30U是以該彈性構件30U的所有側邊部分定位於該振動器10的所有側邊部分之外面，同時從Z軸方向觀之該彈性構件30U的四個角落在定位上垂直地吻合該彈性構件30L的四個角落之方式而安裝於該振動器10上。由於該彈性構件30U及30L在X軸方向及Y軸方向上的長度大於該振動器10的長度，該振動器10是以該振動器10之所有側邊部分不是定位於該彈性構件30U及30L之外部的方式而完全固持於該彈性構件30U與30L之間。

接下來，該導電布20U是以該導電布20U的所有側邊部分定位於該彈性構件30U的所有側邊部分的內部，同時從Z軸方向觀之該導電布20U之四個角落在定位上係垂直地吻合該導電布20L之四個角落的方式安裝於該彈性構件30U上。

在將該振動器10、該等導電布20及該等彈性構件30組合在一起之後，使用非導電細繩40將其編織在一起。由於所有組成元件10、20及30因著利用細繩40(穿過該等組成元件10、20及30)將其編織在一起而限制於定位上，因此即使當該靜電擴音器1變形時，亦可防止振動器10、該等導電布20及該等彈性構件30偏離定位。

由於具有絕緣性質之該等彈性構件30的面積係大於該振動器10之面積及該等導電布20之面積，該等彈性構件30之側邊部分係定位於該振動器10之側邊部分及該等導電布20的側邊部分之外；因此，可防止該等導電布20意外地與該振動器10接觸且發生短路。

接下來，將詳盡描述該靜電擴音器1之電子構造。圖2顯示一等效電路，在其中該靜電擴音器1與一變壓器50、一輸入單元60(用以輸入來自一未顯示的外部裝置之音訊信號)及一偏壓電壓源70(用以對該振動器10提供一直流偏壓)相連。該偏壓電壓源70係連接於該振動器10與該變壓器50的一中點之間，其中該等導電布20U及20L係連接至該變壓器50之相對端。在此結構中，一預定電壓係回應施加至該輸入單元60之音訊信號而施加於該等導電布20U及20L。

所施加的電壓造成在該等導電布20U與20L之間的一電位差，藉此一靜電力係施加於該振動器10上，該振動器10因而被吸引至該等導電布20U及20L(作為電極)之其中一者。即，該振動器10回應於音訊信號而在Z軸上位移(或偏斜)，其中該振動器10的位移方向係連續變化的以產生振動(具有某一頻率、幅度及相位)。由於該振動器10的振動，可使得該靜電擴音器1產生聲音。該等導電布20U及20L中的至少一者傳播所產生的聲音，而其因此可被發射至該靜電擴音器1的外部空間中。

本實施例的特徵在於：該靜電擴音器1的所有構成元件，即該振動器10、該等導電布20及該等彈性構件30因著該等細繩40而限制在定位；因此，即使當該靜電擴音器1變形時，其原本的形狀及構造不受影響，以使該振動器10、該等導電布20、及該等彈性構件30不定位上不偏離。

由於該振動器10、該等導電布20、及該等彈性構件30均具有可撓性，其等可容易且自由地隨著彎曲的表面而變形。因此，可自由地將該靜電擴音器1附接至衣物。

由於該靜電擴音器1的構成元件之可撓性，即使與人體摩擦，該靜電擴音器1不會損傷人體。因此，可在對人耳產生聲音而不傷害人體的狀況下輕易地將該靜電擴音器1附接至一頭靠或一全罩式安全帽的內部。

本實施例可以多種方式予以修改；因此，以下將敘述其變化。

如圖2所示，該靜電擴音器1之第一變型係由該振動器10、該等導電布20、該等彈性構件30、及該等細繩40，以及該變壓器50、該輸入單元60及該偏壓電壓源70所組成。

該第一變型之特徵在於：該等導電布20U及20L非平織布(使用導電細繩編織而成)而是如圖3A所示之針織織物(採用導電細繩針織而成)。該等對應於針織織物之導電布20在X軸及Y軸方向上均具有可撓性。該等導電布20不需限制於針織織物，只要其在X軸及Y軸方向上具有可撓性即可。例如，其可藉由如圖3B之稜紋針織而形成，或其可藉由如圖3C所示之雙反面編織而形成。

可藉由依序層壓該導電布20L、該彈性構件30L、該振動器10、該彈性構件30U、該導電布20U，且之後使用該等細繩40將其等編織至一起而組裝成該靜電擴音器1之第一變型。在此第一變型中，該等導電布20U及20L係在X軸及Y軸方向上稍微膨脹(或伸展)的狀況下被編織在一起。

相較於針織織物，平織布具有低可撓性；因此，當該靜電擴音器1(在其中平織布係作為該導電布20，且在沒有膨脹(或伸展)的狀態下被編織在一起)以圓形方式而變形時，例如，該等導電布20之內部部分(未使用該等細繩40予以編織)可變成部分鬆開，如圖4A所示，且難以在該等導電布20之間保持一固定的距離。

在此第一變型中，該等導電布20係被編織在一起，同時它們是在X軸及Y軸方向上伸展；因此，即使當該靜電擴音器1以圓形方式變形時，該等導電布20的內部部分(在編織中係予以拉伸)可予以收縮，使其不會變得鬆垮，同時具有可撓性的該等導電布20的外部部分(對應於針織織物)可膨脹，以維持該等導電布20之間的固定距離。

在此第一變型中，由於該等緯向細繩與該等經向細繩之間刻意形成的間隙，對應於針織織物之導電布20具有可撓性；因此，相較於平織布，可改善空氣穿透性及聲音傳輸性。

圖5顯示該靜電擴音器1的第二變型，在此變型中，針腳不沿著矩形線對齊而是沿著對角線對齊。

該等彈性構件30不需由軟綿組成，但亦可由具有絕緣性質及可變形性質之其他材料組成，在其受到外力作用的狀況下該等彈性構件30可變形，但藉由消除該外力則可恢復形狀。

該靜電擴音器1的構成元件，如該振動器10、該等導電布20，及該等彈性構件30不需形成為矩形，但亦可形成為其他形狀，例如多邊形、圓形及橢圓形。

為避免發生觸電及短路，可使用具有聲音傳輸性之非導電布完全覆蓋該靜電擴音器1。

可利用緯向細繩及經向細繩(至少其中一者具有導電性質)形成該等導電布20。

緯向細繩及經向細繩不需均具有導電性質；即，該等導電布20可包含具有導電性質之相隔的(若干)細繩。

或者，可針織非導電細繩以形成針織布，之後電鍍有具有導電性的金屬，進而形成該等導電布20。

或者，可將電鍍有導電性質的金屬之細繩編織在一起，以形成該等導電布20。

可藉由將導電絲編織在其中而形成該等導電布20。

可使用細繩(其芯部纏繞有電鍍錫之銅箔)編織在一起以形成該等導電布20。

可使用具有導電性質的不織布取代該等導電布20。

藉由黏合劑將經由使用具有絕緣性質之細繩針織而形成的針織布與經由使用具有導電性質之細繩網孔編織而形成的網孔布黏合，進而形成該等導電布20。在此，該等導電布20之網孔布係層壓有該等彈性構件30；之後，可使用該等細繩40將其編織在一起，以形成該靜電擴音器1。

或者，該等編織布向外導向，使該等網孔布定位於該等編織布與該等彈性構件30之間；之後，將其編織在一起，以形成該靜電擴音器1。

在該等編織布沒有和該等網孔布結合之結構中，該靜電擴音器1之所有構成元件是在該等針織布被拉伸的狀況下而使用細繩40編織在一起。

為確保藉由該等細繩40編織在一起的構成元件之足夠的強度，可引入如圖6中所示具有網格狀及複數個孔81之不織布構件80。該不織布構件80係插入於該等導電布20與該彈性構件30之間；之後，使用該等細繩40將該不織布構件80之矩形部分(對應於網孔)與該等導電布20及該彈性構件30編織在一起。

在上述之實施例中，該振動器10、該等導電布20及該彈性構件30係使用該等細繩40(可以(由合成樹脂組合的)膠針代替)編織在一起而將該等構成元件10-30限制在定位。當使用多個膠針將該等構成元件10-30限制於定位時，即使當該等構成元件10-30變形時，仍可防止該等構成元件10-30偏離定位。即，使用片材90之附著性顯示類似於使用該等細繩40之凸出效果。

可另外引入複數個在該等構成元件10-30之間的片材90，各片材90是由熱塑性樹脂組成，且在平面視圖中具有如圖7A所示之矩形。該等片材90係予以壓迫及加熱且之後冷卻，以將該等構成元件10-30限制於定位。

具體地，該片材90係插入該導電布20U與該彈性構件30U之間；該片材90係插入該彈性構件30U與該振動器10之間；該片材90係插入該振動器10與該彈性構件30L之間；且該片材90係插入該彈性構件30L與該導電布20L之間。之後，該等構成元件10-30之規定的部分及該等片材90係予以壓合且加熱，藉此每個由熱塑性樹脂組成的片材90係予以熔化，以將該等構成元件10-30黏合在一起。

由於係藉由熔化該等片材90而將該等構成元件10-30黏合在一起，因此可防止其等偏離定位。即，使用片材90之附著性顯示出類似於使用該等細繩40編織之凸出效果。

該片材90不需形成為一矩形框形狀；因此，可引入如圖7B所示之格子狀片材90A。

在上文中，可適當地確定可被固持於該片材90之矩形框內部之該振動器10及該等彈性構件30之形狀及尺寸。具體地，該片材90係安裝於該導電布20L上；之後，一組該振動器10及該等彈性構件30L及30U係固持於該片材90之矩形框內；而後，該導電布20U係安裝於該彈性構件30U及該片材90上。之後，該片材90係予以壓合及加熱，以藉由該片材90將該等導電布20L與20U黏合在一起。在此結構中，該振動器10及該等彈性構件30係固持於該等導電布20及該片材90內部；如此可防止該振動器10及該等彈性構件30暴露在外。

可使用薄膜電極(未顯示)替代該等導電布20，每個薄膜電極係由熱塑性樹脂組成且是以一導電聚合物被塗敷於該熱塑性樹脂之邊緣內的內部區域的方式而形成。

圖8顯示一矩形的薄膜電極25。該薄膜電極25是以一導電聚合物層25B係形成於該由熱塑性樹脂組成的基膜25A的表面之方式而形成。

圖9顯示該靜電擴音器1的另一變型，其使用一對薄膜電極25L及25U代替該等導電布20L及20U。首先，該薄膜電極25L經配置以使得其導電聚合物層25B向上導向。接下來，將該片材90安裝於該薄膜電極25L上，以將一組該振動器10及該等彈性構件30L及30U固持於其矩形框內；之後，該薄膜電極25U係安裝於該片材90及該彈性構件30U上，使得其導電聚合物層25B向下導向。之後，壓合且加熱該片材90，以藉由該片材90將該等膜電極25U及25L黏合在一起。

在上述結構中，可防止該等構成元件10、25及30分離及偏離定位；且其可防止該振動器10及該等彈性構件30暴露在外。此外，藉由調整該片材90的厚度，可適當設定該等薄膜電極25之間的距離。此外，由於所有該等構成元件係限制於定位，因此可藉由簡單地壓合且加熱該片材90而個別生產該靜電擴音器1。

可使用該黏合劑替代該片材90，該黏合劑係塗布於該等構成元件之多個點，該等構成元件因而黏合在一起且限制於定位。當該黏合劑的多個點經形成以稍微自該等構成元件以某厚度凸出時，在該等構成元件之間可形成空間。即，該黏合劑可作為一間隔元件(或若干間隔元件)。

此外，一被襯構件在一規定的與該彈性構件30U相對的位置而附接至該導電布20U，而另一被襯構件則在一預定的與該彈性構件30L相對的位置而連接至該導電布20L。之後，該等被襯構件與該振動器10、該等導電布20及該等彈性構件30編織在一起。在此結構中，即使當該靜電擴音器1係彎曲或折疊時，該等被襯構件可膨脹以壓迫該等導電布20，進而防止該振動器10與該等導電布20之間的距離意外變寬。

最後，本發明不需限於上述之實施例及變型，在如附屬請求項所界定之本發明的範圍內可以各種方式進行修正。

1．．．靜電擴音器

10．．．振動器

20．．．導電布

20U、20L．．．導電布

25．．．膜電極

25A．．．基膜

25B．．．導電聚合物層

25L．．．膜電極

25U．．．膜電極

30．．．彈性構件

30U、30L．．．彈性構件

40．．．細繩

50．．．變壓器

60．．．輸入單元

70．．．偏壓電壓源

80．．．不織布構件

90．．．片材

90A．．．格子狀片材

圖1是顯示依據本發明的一較佳實施例之靜電擴音器之外觀的透視圖。

圖2是顯示靜電擴音器之電子組態的一縱向截面圖，此靜電擴音器是由一振動器、導電布、彈性構件，及與變壓器相連之細繩、一輸入單元及一偏壓電壓源所組成。

圖3A顯示用於形成一導電布之細繩編織。

圖3B顯示用於形成一導電布之細繩之稜紋編織。

圖3C顯示用於形成一導電布之細繩之雙反面編織。

圖4A係一截面圖，顯示當該靜電擴音器以圓形方式變形時，該對應於平面編織布之導電布的內部變得鬆開。

圖4B係一截面圖，顯示即使當該靜電擴音器以圓形方式變形時，該對應於編織織物之導電布的內部未鬆開。

圖5係顯示該靜電擴音器的一變化的透視圖，其中該等針腳未沿著矩形線對準，而是沿著對角線對準。

圖6係顯示一用以強化該靜電擴音器之不織布構件的透視圖。

圖7A係顯示一片材之透視圖，此片材是由用以該等構成元件之黏附的熱塑性樹脂所組成。

圖7B係顯示一網格片材之透視圖，此片材是用於該等構成元件之黏附。

圖8係顯示一替代該導電布之薄膜電極的透視圖。

圖9係顯示靜電擴音器之電子組態的縱向截面圖，此靜電擴音器是由一振動器、彈性構件及薄膜電極所組成。

10．．．振動器

20U、20L．．．導電布

30U、30L．．．彈性構件

50．．．變壓器

60．．．輸入單元

70．．．偏壓電壓源

Claims (10)

1. 一種靜電擴音器，包括：一第一電極，其包含導電纖維；一第二電極，其包含導電纖維，且相對於該第一電極而定位且二者間具有一規定距離；一振動器，具有導電性質，其係定位於該第一電極與該第二電極之間；一第一彈性構件，具有一絕緣性質、彈性及聲音傳輸性，其係定位於該振動器與該第一電極之間；一第二彈性構件，具有一絕緣性質、彈性及聲音傳輸性，其係定位於該振動器與該第二電極之間；及一限制構件，用於將該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極限制於定位；其中該限制構件係至少一個，且該至少一個限制構件係在複數個位置將該第一電極及該第二電極保持在一起。
2. 如請求項1之靜電擴音器，其中該限制構件對應於複數個細繩，以將該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極編織在一起。
3. 如請求項1之靜電擴音器，其中該第一電極及該第二電極係藉由編織導電細繩而形成。
4. 如請求項1之靜電擴音器，其中該第一電極及該第二電極係編織成具有可撓性。
5. 如請求項4之靜電擴音器，其中該第一電極及該第二電 極係於拉伸時被編織在一起。
6. 如請求項1之靜電擴音器，其中該第一電極的一面積大於該振動器的一面積，且該第二電極的一面積大於該振動器的該面積。
7. 如請求項1之靜電擴音器，其中該限制構件對應於複數個膠針(tag-pin)，該等膠針穿過該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極。
8. 如請求項1之靜電擴音器，其中該限制構件係由一熱塑性樹脂組成的一片材，其係定位於該第一電極與該振動器之間及該振動器與該第二電極之間，且其中當該片材熔化時，該第一電極與該振動器係黏合在一起，同時該振動器與該第二電極係黏合在一起。
9. 如請求項1之靜電擴音器，進一步包括：一第一被襯構件，其由該第一電極之角度而定位成相對於該第一彈性構件；及一第二被襯構件，其由該第二電極之角度而定位成相對於該第二彈性構件，其中該第一被襯構件及該第二被襯構件係藉由該限制構件而被予以限制。
10. 如請求項1之靜電擴音器，其中該限制構件對應於一黏合劑，其在多個點被塗布於該第一電極、該第一彈性構件、該振動器、該第二彈性構件及該第二電極上。