(57)【要約】【課題】電極と振動体との間に部材を介在させなくとも、振動体を電極に接触させることなく低域を再生できるようにする。【解決手段】静電型スピーカ１においては、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に振動体１０が張力を掛けられた状態で位置している。電極２０Ｕ，２０Ｌは、表面から裏面に貫通する微細な貫通孔２１がＸ方向とＹ方向とに所定の間隔で規則的に複数設けられている。振動体１０が電極２０Ｌ（電極２０Ｕ）の方向に変位する際には、振動体１０が振動した時に振動体１０と電極２０Ｌ（２０Ｕ）との間にある空気は電極２０Ｌ（電極２０Ｕ）に設けられた複数の微細な貫通孔２１へ向かうが、貫通孔２１の音響透過抵抗により空気の移動は制限されるため、振動体１０の変位も制限させられて電極２０Ｌ（電極２０Ｕ）に接触することがない。【選択図】図１
2010004254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有する第１電極と、
板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有し、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張力を掛けられて前記第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
を有し、
前記振動体が変位した時に前記第１電極と前記振動体との間および前記第２電極と前記振動体との間にある空気の移動が前記貫通孔の音響透過抵抗により制限され、前記振動体が前記第１電極と前記第２電極のいずれにも接触しないこと
を特徴とする静電型スピーカ。
【請求項２】
前記第１電極と前記第２電極の中央部分にある前記貫通孔の直径が、前記第１電極と前記第２電極の周辺部分にある貫通孔の直径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の静電型スピーカ。
【請求項３】
前記第１電極と前記第２電極の中央部分における単位面積あたりの前記貫通孔の数が、前記第１電極と前記第２電極の周辺部分における単位面積あたりの前記貫通孔の数より少ないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型スピーカ。
【請求項４】
最低共振周波数をｆ、２πｆをω、前記貫通孔の直径をｄ、空気の密度をρ０、空気の粘性抵抗をμ、音響的レイノルズ数Ｒｅｙを次式としたとき、Ｒｅｙ＜２．０の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の静電型スピーカ。
【数１】
2010004254.tif 000009
【請求項５】
空気の密度をρ０、音速をｃ、音波の波長をλ、２π／λをＫ、前記第１電極と前記第２電極の厚さをｔ、前記第１電極と前記第２電極の開口率をσ、空気の粘性抵抗をμ、矩形の前記第１電極と前記第２電極の面積と同一面積の円の半径をａ、前記第１電極と前記第２電極の面積をＳ、前記第１電極と前記第２電極の最低共振周波数での大気中への音響放射抵抗Ｒａを次式とし、
【数２】
2010004254.tif 000010
前記貫通孔の前記第１電極全体での音響透過抵抗と前記貫通孔の前記第２電極全体での音響透過抵抗ｒｐを次式としたとき、
【数３】
2010004254.tif 000011
ｒｐ＞２Ｒａの条件を満たす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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
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枚の電極の間に張力を掛けて配置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（特許文献１参照）。
【０００３】
また、静電型スピーカとしては、非特許文献１に開示された構成の静電型スピーカがある。この静電型スピーカは、振動体をシート状のエステルウールで挟んで平面電極の間に支持しており、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。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−４６６９７号公報
【非特許文献１】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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている静電型スピーカにおいては、振動体に張力を掛けることのより振動体の電極側への変位量が制限されているため、振動体と電極とが接触して短絡する虞がない。しかしながら、静電型スピーカを薄くしようとすると振動体に掛ける張力を大きくして振動体の変位量を抑える必要がある。ここで振動体に掛ける張力を大きくすると、振動体の振幅が小さくなり、最低共振周波数が高くなって低域の再生を十分に行えなくなる。
一方、非特許文献１に開示された静電型スピーカにおいては、静電力を受けて振動体が変位するとシート状の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、そのシート状の位置によってエステルウールの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。
【０００６】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、電極と振動体との間に部材を介在させなくとも、振動体を電極に接触させることなく低域を再生できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために本発明は、板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有する第１電極と、板状で導電性を有し板状の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を複数有し、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張力を掛けられて前記第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を有し、前記振動体が変位した時に前記第１電極と前記振動体との間および前記第２電極と前記振動体との間にある空気の移動が前記貫通孔の音響透過抵抗により制限され、前記振動体が前記第１電極と前記第２電極のいずれにも接触しないことを特徴とする静電型スピーカを提供する。
【０００８】
本発明においては、前記第１電極と前記第２電極の中央部分にある前記貫通孔の直径が、前記第１電極と前記第２電極の周辺部分にある貫通孔の直径より小さい構成としてもよい。
また、本発明においては、前記第１電極と前記第２電極の中央部分における単位面積あたりの前記貫通孔の数が、前記第１電極と前記第２電極の周辺部分における単位面積あたりの前記貫通孔の数より少ない構成としてもよい。
また、本発明においては、最低共振周波数をｆ、２πｆをω、前記貫通孔の直径をｄ、空気の密度をρ０、空気の粘性抵抗をμ、音響的レイノルズ数Ｒｅｙを次式としたとき、Ｒｅｙ＜２．０の条件を満たす構成としてもよい。
【数１】
2010004254.tif 000003
【０００９】
また、本発明においては、空気の密度をρ０、音速をｃ、音波の波長をλ、２π／λをＫ、前記第１電極と前記第２電極の厚さをｔ、前記第１電極と前記第２電極の開口率をσ、空気の粘性抵抗をμ、矩形の前記第１電極と前記第２電極の面積と同一面積の円の半径をａ、前記第１電極と前記第２電極の面積をＳ、前記第１電極と前記第２電極の最低共振周波数での大気中への音響放射抵抗Ｒａを次式とし、
【数２】
2010004254.tif 000004
前記貫通孔の前記第１電極全体での音響透過抵抗と前記貫通孔の前記第２電極全体での音響透過抵抗ｒｐを次式としたとき、
【数３】
2010004254.tif 000005
ｒｐ＞２Ｒａの条件を満たす構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電極と振動体との間に部材を介在させなくとも、振動体を電極に接触させることなく低域を再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［実施形態］
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の断面と電気的構成を模式的に示した図、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の構成は同じであるため、こ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。
【００１２】
（静電型スピーカ１の構造）
静電型スピーカ１においては、振動体１０は張力が掛けられた状態で周縁部がスペーサ３０Ｕとスペーサ３０Ｌとの間に挟まれている。なお、振動体１０に掛けられる張力は、静電型スピーカ１の最低共振周波数が所望の周波数となるように設定されている。
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に固定されており、電極２０Ｕ，２０Ｌおよび振動体１０は平行となって、電極２０Ｕ，２０Ｌと振動体１０との間にはスペーサ３０の高さの空隙がある。
【００１３】
（静電型スピーカ１の各部の構成）
次に静電型スピーカ１を構成する各部材について説明する。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、導電性を有する金属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程度の厚さで表面に導電性を有する金属の層を有している。
【００１４】
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。
【００１５】
電極２０は、導電性を有する金属を矩形の板状に形成したものであり、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。
また、電極２０においては、電極２０の表面から裏面に貫通する微細な貫通孔２１がＸ方向とＹ方向とに所定の間隔で規則的に複数設けられている。なお、ｆ＝静電型スピーカ１の最低共振周波数、ω＝２πｆ、ｄ＝貫通孔２１の直径、ρ０＝空気の密度、μ＝空気の粘性抵抗とすると、これらのパラメータを用いた数４の式で表される音響的レイノルズ数ＲｅｙがＲｅｙ＜２．０となるように、この貫通孔２１の直径は定められている。
【数４】
2010004254.tif 000006
【００１６】
たとえば最低共振周波数ｆを１２５［Ｈｚ］、レイノルズ数Ｒｅｙを２．０とすると、数１の式から貫通孔２１の直径ｄ＝０．５５［ｍｍ］となるため、レイノルズ数Ｒｅｙを２．０未満とするには直径ｄを０．５５［ｍｍ］未満とすればよい。なお、本発明においては、貫通孔２１の直径は１［ｍｍ］を超えないのが好ましい。
【００１７】
また、ρ０＝空気の密度、ｃ＝音速、Ｋ＝波数（２π／λ：λ＝音波の波長）、ａ＝等価半径（矩形の面積と同一面積の円の半径）、πａ２＝電極２０の面積＝Ｓ、ｔ＝電極２０の板厚、ｄ＝貫通孔２１の直径、σ＝電極２０の開口率、μ＝空気の粘性抵抗とすると、最低共振周波数での電極２０の大気中への音響放射抵抗Ｒａは以下に示す数５の式、貫通孔２１の電極２０全体の音響透過抵抗ｒｐ（貫通孔２１を音が透過する時の抵抗）は以下に示す数６の式で表される。
【数５】
2010004254.tif 000007
【数６】
2010004254.tif 000008
【００１８】
ここで、ｒｐ＞２Ｒａとなるように電極２０の板厚ｔ、貫通孔２１の直径ｄ、電極２０の開口率σを設定すると、振動体１０が振動した時に振動体１０と電極２０との間にある空気は貫通孔２１へ向かうが、貫通孔２１の音響抵抗（貫通孔２１を音が透過する時の抵抗：以下、音響透過抵抗という）により空気の移動は制限され、空気の移動が制限されると振動体１０の変位も制限されて電極２０に接触することがない。
たとえば、電極２０のサイズ、厚さ、貫通孔２１の直径を予め定めて電極２０の開口率を決める場合、まず、電極２０のＸ方向とＹ方向のサイズを３０［ｃｍ］×３０［ｃｍ］とすると、等価半径ａ≒１７［ｃｍ］となる。また、電極２０の厚さｔを１［ｍｍ］、貫通孔２１の直径ｄを０．５［ｍｍ］とし、ここで最低共振周波数ｆを１２５［Ｈｚ］に設定すると、まず、数２におけるＫａはＫ＝２π／λであるため、Ｋａ≒（２π／２７２）・１７≒０．４となる。本実施形態のようにバッフルがない場合、音響放射抵抗ＲｐはＫａ＝０．４であるとρ０ｃの０．００２倍となり、温度が２０［℃］であると音響放射抵抗Ｒａは１．２［ｋｇ／ｍ３］×３４３．７［ｍ／ｓ］×０．００２＝０．８２となる。故に、ｒｐ＞２Ｒａとなるようにｒｐを１．７以上に設定すると、数３の式から電極２０の開口率σは０．５９％となる。
【００１９】
（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の表面に形成されている導電性金属の層と、変圧器５０の出力側の中点と接続されており、電極２０Ｕ，２０Ｌ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。
【００２０】
（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方向と反対の方向側へ引き寄せる静電力が振動体１０に働く。
【００２１】
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。
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。
【００２２】
このように、本実施形態の静電型スピーカ１においては、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。
【００２３】
なお、本実施形態において振動体１０が電極２０Ｌの方向に変位する際には、振動体１０と電極２０Ｌとの間にある空気は電極２０Ｌに設けられた複数の微細な貫通孔２１へ向かうが、貫通孔２１の音響透過抵抗により空気の移動は制限され、空気の移動が制限されると振動体１０の変位も制限させられて電極２０Ｌに接触することがない。
また、振動体１０が電極２０Ｕの方向に変位する際には、振動体１０と電極２０Ｕとの間にある空気は電極２０Ｕに設けられた複数の微細な貫通孔２１へ向かうが、貫通孔２１の音響透過抵抗により空気の移動は制限され、空気の移動が制限されると振動体１０の変位も制限させられて電極２０Ｕに接触することがない。
【００２４】
また、本実施形態においては、振動体１０と電極２０Ｕ，２０Ｌとの間に部材がなく、振動体１０には張力が掛けられているため、エステルウールで振動体１０を挟むという従来の構成と比較して、振動体１０の変位にばらつきが生じることがなく、音響信号を入力した時に音響信号が正しく再生される。
また、本実施形態においては、微細な貫通孔２１の作用により振動体１０は電極２０Ｕ，２０Ｌに接触することがないため、振動体１０に掛ける張力を小さくしても振動体１０が電極２０Ｕ，２０Ｌに接触することがない。また、振動体１０に掛ける張力を小さくできるため、最低共振周波数も低くすることができ低域の再生を十分に行うことができる。
また、一般的に振動体１０の張力を小さくすると最低共振周波数における共振の度合いを表すＱ０値も大きくなり、スピーカの周波数特性が滑らかにならないが、本実施形態においては、Ｑ０値が貫通孔２１の音響透過抵抗により下がるため静電型スピーカ１の周波数特性が滑らかになる。
【００２５】
［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。
【００２６】
上述した実施形態においては、電極２０の音響透過抵抗は、図４に示したように電極２０の面内で平坦となっており、振動体１０は図４において二点鎖線で示したように中央部分が最も大きく変位する。また、図４ではＸ方向における音響透過抵抗の分布を示しているが、図示していないＹ方向の音響透過抵抗についても音響透過抵抗は電極２０の面内で平坦となっており、中央部分が最も大きく変位する。
これに対し、図５に示したように電極２０において中央部分の音響透過抵抗が周辺部より大きくなるように電極２０の中央部分の貫通孔２１の直径を周辺部分の貫通孔２１の直径より小さくしたり、全ての貫通孔２１の直径を同じにしつつ電極２０の中央部分における単位面積当たりの貫通孔２１の数を周辺部分における単位面積当たりの貫通孔２１の数より少なくするようにしてもよい。
この構成によれば、図５に示したように電極２０において中央部分の音響透過抵抗が周辺より大きくなるため、図５において二点鎖線で示したように振動体１０の中央部分の変位量を抑えることができる。
なお、音響透過抵抗の分布が所定の音響透過抵抗とベッセル関数との加算結果になるように貫通孔２１の直径や配置を設定してもよい。
【００２７】
本発明においては、電極２０、振動体１０およびスペーサ３０の形状は矩形に限定されるものではなく、多角形、円形、楕円形など、他の形状であってもよい。
【００２８】
本発明においては、電極２０をＰＥＴなどの透明な樹脂シートの表面に酸化インジウムスズなどの透明な導電膜を形成したものとし、この導電膜を変圧器５０に接続するようにしてもよい。また、振動体１０についても、ＰＥＴなどの透明な樹脂シートの表面と裏面とに酸化インジウムスズなどの透明な導電膜を形成したものとし、この導電膜をバイアス電源７０に接続するようにしてもよい。また、スペーサ３０についても透明な合成樹脂で形成するようにしてもよい。この構成によれば、静電型スピーカ１を構成する各部材が透明であるため透明なスピーカを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電型スピーカ１の外観図である。
【図２】静電型スピーカ１の断面と電気的構成の模式図である。
【図３】静電型スピーカ１の分解斜視図である。
【図４】静電型スピーカ１の音響放射抵抗の分布と振動体１０の変位を示した図である。
【図５】本発明の変形例に係る静電型スピーカの音響放射抵抗の分布と振動体１０の変位を示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・静電型スピーカ、１０・・・振動体、２０，２０Ｕ，２０Ｌ・・・電極、３０，３０Ｕ，３０Ｌ・・・スペーサ、５０・・・変圧器、６０・・・入力部、７０・・・バイアス電源
【図１】
2010004254.tif 000012
【図２】
2010004254.tif 000013
【図３】
2010004254.tif 000014
【図４】
2010004254.tif 000015
【図５】
2010004254.tif 000016