(57)【要約】【課題】デジタル音声信号で駆動する静電型電気音響変換器において、昇圧トランスを不要にするとともに、振動板の動作を線形として高音質を得る。【解決手段】固定極１３と振動板１１とを含み、振動板１１に音声信号電圧を印加して動作する静電型電気音響変換器において、デジタル音声信号源Ｓから供給されるシリアル音声デジタル信号をｎビットのパラレル音声デジタル信号に変換するシリアル−パラレル変換回路を含むＬＥＤドライバー２０と、ＬＥＤドライバー２０の各ビット出力端子にそれぞれ接続された中心波長を３６５ｎｍとするｎ個の紫外発光ダイオード３１と、各紫外発光ダイオード３１と一対一の関係で光学的に結合されたｎ個のＰＬＺＴ素子４１を直列に接続してなるアナログ電圧発生部４０とを備え、アナログ電圧発生部４０の出力電圧を音声信号電圧として振動板１１に印加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をもって対向的に配置された固定極と振動板とを含み、上記固定極に所定の直流バイアス電圧を印加した状態で、上記振動板に音声信号電圧を印加して動作する静電型電気音響変換器において、
デジタル音声信号源から供給されるシリアル音声デジタル信号をｎビットのパラレル音声デジタル信号に変換するシリアル−パラレル変換回路を含むＬＥＤドライバーと、
上記ＬＥＤドライバーの各ビット出力端子にそれぞれ接続された中心波長を３６５ｎｍとするｎ個の紫外発光ダイオードと、
上記各紫外発光ダイオードと一対一の関係で光学的に結合されたｎ個のＰＬＺＴ素子を直列に接続してなるアナログ電圧発生部とを備え、
上記アナログ電圧発生部の出力電圧を上記音声信号電圧として上記振動板に印加することを特徴とする静電型電気音響変換器。
【請求項２】
上記デジタル音声信号源として、ΔΣ変調による１ビットデジタルアンプが用いられることを特徴とする請求項１に記載の静電型電気音響変換器。
【請求項３】
上記各紫外発光ダイオードに調光用の可変抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電型電気音響変換器。
【請求項４】
上記固定極が上記振動板の両側に等距離をもって配置され、上記各固定極には極性の異なる直流バイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の静電型電気音響変換器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の静電型電気音響変換器を備えているコンデンサヘッドホン。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の静電型電気音響変換器を備えているコンデンサスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサスピーカやコンデンサヘッドホン等に適用される静電型電気音響変換器に関し、さらに詳しく言えば、デジタルの音声信号より駆動される静電型電気音響変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デシタルパラレル信号（デシタル並列信号）で電気音響変換器を駆動する方法は、これまでに多く提案されている。その一つに、特許文献１がある。
【０００３】
特許文献１に記載された発明では、静電型電気音響変換器の場合、振動板と所定の間隔をもって対向的に配置される駆動用電極を面積的に２の指数倍（１：２：４：８…）の大きさの領域に区分し、入力される２進化デジタル信号に対応する領域に所定の電圧を印加し、振動板面でアナログに合成するようにしている。
【０００４】
これによれば、振動板は、入力されるデジタル信号に対応した大きさのアナログ量として振動し音波を放射する。すなわち、電気−音響変換と同時に、デジタル−アナログ変換も行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１９６４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、駆動用電極の隣接する領域に加えられる駆動力が逆である場合、振動板の対応する領域の境界部分には反対方向の駆動力がかけられるので、振動板の動作が非線形となり音質に歪みが発生するおそれがある。
【０００７】
また、音圧を上げるために印加電圧を高めると、振動板の上記境界部分が塑性変形し、最悪の場合、振動板が破壊してしまうこともある。さらに、高電圧駆動の場合、駆動用電極の各領域間の絶縁も重要な課題となる。
【０００８】
また、静電型では、振動板を静電吸引力，斥力で駆動するため、高い駆動電圧（数１０Ｖ〜数１００Ｖ）を必要とする。そのために、昇圧トランスを用いているが、昇圧比の高いトランスは周波数帯域が狭くなりがちであるばかりでなく、外形寸法も大きいため、装置の小型化を困難にしている。
【０００９】
さらには、昇圧トランスからの引き回し配線にしても、特にヘッドホンの場合には、人体に沿って配線されることから、電撃（感電）予防対策として、電線の被覆にも十分な絶縁が必要である。
【００１０】
したがって、本発明の課題は、デジタル音声信号で駆動する静電型電気音響変換器において、昇圧トランスを不要とすること、振動板の動作を線形として高音質を得ること、安全に使用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明は、所定の間隔をもって対向的に配置された固定極と振動板とを含み、上記固定極に所定の直流バイアス電圧を印加した状態で、上記振動板に音声信号電圧を印加して動作する静電型電気音響変換器において、デジタル音声信号源から供給されるシリアル音声デジタル信号をｎビットのパラレル音声デジタル信号に変換するシリアル−パラレル変換回路を含むＬＥＤドライバーと、上記ＬＥＤドライバーの各ビット出力端子にそれぞれ接続された中心波長を３６５ｎｍとするｎ個の紫外発光ダイオードと、上記各紫外発光ダイオードと一対一の関係で光学的に結合されたｎ個のＰＬＺＴ素子を直列に接続してなるアナログ電圧発生部とを備え、上記アナログ電圧発生部の出力電圧を上記音声信号電圧として上記振動板に印加することを特徴としている。
【００１２】
本発明において、上記デジタル音声信号源として、ΔΣ変調による１ビットデジタルアンプが用いられることが好ましい。
【００１３】
また、上記各紫外発光ダイオードに調光用の可変抵抗素子が接続されていることが好ましい。
【００１４】
電気音響変換効率を高めるうえで、上記固定極が上記振動板の両側に等距離をもって配置され、上記各固定極には極性の異なる直流バイアス電圧が印加されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明には、上記静電型電気音響変換器を備えているコンデンサヘッドホンもしくはコンデンサスピーカも含まれる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、デジタル音声信号源から供給されるシリアル音声デジタル信号がＬＥＤドライバーによってｎビットのパラレル音声デジタル信号に変換され、そのパラレル音声デジタル信号により、各ビットに対応する紫外発光ダイオードが点灯し、これによって各ビットに対応するＰＬＺＴ素子に電圧が発生し、それらの合成電圧によって振動板が駆動されるようにしたことにより、昇圧トランスを不要にすることができる。また、振動板には、局部的に異なる電圧が印加されないため、振動板を線形的に振動させることができる。また、変換器外に高圧配線を引き回す必要がないため、特にヘッドホンに適用した場合、安全に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る静電型電気音響変換器を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図１により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。  
【００１９】
図１に示すように、本発明による静電型電気音響変換器１は、基本的な構成として、電気音響変換部１０と、ＬＥＤドライバー２０と、ＬＥＤドライバー２０により駆動される発光部３０と、ＰＬＺＴ素子の素子列からなるアナログ電圧発生部４０とを備えている。
【００２０】
電気音響変換部１０は、金属製のダイアフラムリング１２に所定の張力をもって張設された振動板１１と、振動板１１に対して所定の間隔をもって対向的に配置される固定極１３とを備える。
【００２１】
この実施形態において、固定極１３には、振動板１１の両側に配置される２つの固定極１３Ｒ，１３Ｌが含まれている。各固定極１３Ｒ，１３Ｌは、それぞれ音孔１４が穿設された金属製の多孔板からなる。
【００２２】
本発明では、アナログ電圧発生部４０より振動板１１側に駆動電圧としての音声信号電圧が印加され、各固定極１３Ｒ，１３Ｌには、直流電源部１５Ｒ，１５Ｌよりそれぞれ所定のバイアス電圧が印加される。
【００２３】
バイアス電圧は逆極性で、この例では、一方の固定極１３Ｒには正（＋）のバイアス電圧が印加され、他方の固定極１３Ｌには負（−）のバイアス電圧が印加され、これにより、振動板はプッシュプル的に振動する。
【００２４】
ＬＥＤドライバー２０は、デジタル音声信号源Ｓから供給されるシリアル音声デジタル信号をｎビットのパラレル音声デジタル信号に変換するシリアル−パラレル変換回路を備えている。この実施形態において、デジタル音声信号源Ｓは、ΔΣ変調による１ビットデジタルアンプである。
【００２５】
この実施形態において、ＬＥＤドライバー２０は、デジタル音声信号源Ｓからのシリアル音声デジタル信号を６ビット（２０〜２５）のパラレル音声デジタル信号に変換する。したがって、ＬＥＤドライバー２０は、「２０」をＬＳＢ，「２５」をＭＳＢとする６つのビット出力端子を備えている。
【００２６】
発光部３０は、ＬＥＤドライバー２０の各ビット出力端子に接続される６つの紫外発光ダイオード３１ａ〜３１ｆよりなる。各紫外発光ダイオード３１ａ〜３１ｆを区別する必要がない場合には、その総称として紫外発光ダイオード３１とする。
【００２７】
本発明において、紫外発光ダイオード３１には、中心波長を３６５ｎｍとする紫外発光ダイオードが用いられる。この種の紫外発光ダイオードには、例えば日亜化学社製のＮＳＨＵ５９０Ｂがある。
【００２８】
各紫外発光ダイオード３１は、各ビット出力端子ごとに決められている駆動電流で駆動される。
【００２９】
すなわち、１ビット目（ＬＳＢ）の紫外発光ダイオード３１ａには「２０」相当の駆動電流が流され、２ビット目の紫外発光ダイオード３１ｂには「２１」相当の駆動電流が流され、以下同様に、３ビット目から６ビット目の各紫外発光ダイオード３１ｃ〜３１ｆには、それぞれ「２２」，「２３」，「２４」，「２５」相当の駆動電流が流される。
【００３０】
このようにして、各紫外発光ダイオード３１は、その駆動電流に比例した発光強度で紫外光を発光するが、発光強度を微調整するうえで、各紫外発光ダイオード３１には、それぞれ紫外光調光用の可変抵抗（半固定抵抗）３２が接続されることが好ましい。
【００３１】
アナログ電圧発生部４０には、紫外発光ダイオード３１ａ〜３１ｆの各々と光学的に結合される６つのＰＬＺＴ素子４１ａ〜４１ｆが直列に接続されている。各ＰＬＺＴ素子４１ａ〜４１ｆを区別する必要がない場合には、その総称としてＰＬＺＴ素子４１とする。
【００３２】
ＰＬＺＴ素子４１は、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）セラミックスの両端に電極を形成し、分極処理することにより得られる。ＰＬＺＴ素子４１の側面に３６５ｎｍ程度の紫外光を素子側面に照射すると、光起電力効果により両電極間に電圧が発生される。
【００３３】
光起電力効果により発生する電圧は電極間の距離に依存し、電極間距離当たりの発生電圧は３．３ｋＶであり、光起電流は紫外照射光の強度に比例する。
【００３４】
このように、ＰＬＺＴ素子４１の発生電圧は、電極間距離（素子の厚み）に比例するため、６ビットのパラレル音声デジタル信号に対応したアナログ電圧を得るうえで、各ＰＬＺＴ素子４１ａ〜４１ｆの厚みを揃えることが重要である。
【００３５】
本発明では、各ＰＬＺＴ素子４１ａ〜４１ｆで発生した電圧の合成電圧をアナログ電圧発生部４０から音声信号電圧として振動板１１に印加して振動板１１を振動させる。
【００３６】
なお、ＰＬＺＴ素子４１は圧電体であることから、紫外光の照射によって発生する電圧でそれ自体も変位するが、電気音響変換部１０の機械インピーダンスが低いことから、電気音響変換部１０の振動板１１が大きく変位して音波を発生する。
【００３７】
ここで、この静電型電気音響変換器１の一連の動作について説明すると、デジタル音声信号源（１ビットデジタルアンプ）Ｓから供給されるシリアル音声デジタル信号がＬＥＤドライバー２０によって６ビットのパラレル音声デジタル信号に変換される。
【００３８】
そして、そのパラレル音声デジタル信号により、各紫外発光ダイオード３１がビットごとに決められている発光強度で紫外光を発光し、その紫外光が対応するＰＬＺＴ素子４１に照射される。
【００３９】
これにより、アナログ電圧発生部４０から各ＰＬＺＴ素子４１に発生された電圧の合成電圧が振動板１１に音声信号電圧として印加され、振動板１１が振動し、電気音響変換部１０から上記シリアル音声デジタル信号の再生音が得られる。
【００４０】
このように、本発明では、ＰＬＺＴ素子４１の直列回路により、振動板１１の駆動電圧を得るようにしているため、昇圧トランスが不要となる。これにともなって、変換器外に高圧配線を引き回す必要がないため、特にヘッドホンに適用した場合、安全に使用することができる。
【００４１】
また、振動板１１には、局部的に異なる電圧が印加されないため、振動板１１を線形的に振動させることができ、音質のよい再生音が得られる。
【００４２】
上記実施形態では、シリアル音声デジタル信号を６ビットのパラレル音声デジタル信号に変換しているが、例えば８ビット変換としてもよい。
【００４３】
また、場合によっては、各ＰＬＺＴ素子４１の厚み（電極間距離）を対応するビットごとに変えて、発生電圧が異なるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  静電型電気音響変換器
１０  電気音響変換部
１１  振動板
１３（１３Ｒ，１３Ｌ）  固定極
２０  ＬＥＤドライバー
３０  発光部
３１（３１ａ〜３１ｆ）  紫外発光ダイオード
４０  アナログ電圧発生部
４１（４１ａ〜４１ｆ）  ＰＬＺＴ素子
【図１】
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