(57)【要約】【課題】簡易な構成で指向特性を補正することができる静電型スピーカを提供する。【解決手段】本発明に係る静電型スピーカ（１）は、振動膜（１０）と、前記振動膜に対向して離間配置され、前記振動膜に静電力による駆動力を与える多孔質電極（２０Ｌ、２０Ｒ）とを有し、前記多孔質電極の実効領域密度は当該電極の外縁に近づくほど小さくなることを特徴とする。前記多孔質電極は、各々異なる実効領域密度を有する複数のサブ電極（２０１〜２０３）から構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動膜と、
前記振動膜に対向して離間配置され、前記振動膜に静電力による駆動力を与える多孔質電極とを有し、
前記多孔質電極の実効領域密度は当該多孔質電極の外縁に近づくに従って小さくなる
ことを特徴とする静電型スピーカ。
【請求項２】
前記多孔質電極は、各々異なる実効領域密度を有する複数のサブ電極から構成される
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】
前記実効領域密度の分布は、その等面密度線が同心円となる形状を有する
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４】
前記実効領域密度の分布は、一の方向については一様であり、当該一の方向と垂直な方向については中心から外縁に向かうに従って減少する形状を有する
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５】
前記多孔質電極は網状の構造を有する
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６】
前記多孔質電極は導電性不織布である
ことを特徴とする請求項１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、静電型スピーカの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型スピーカ（コンデンサスピーカ）といわれるスピーカが知られている。静電型スピーカは、その構造が比較的簡易であるため、軽量、コンパクトに設計することができるという点、および理論的な取り扱いも簡単であるという点などにおいて注目されている。静電型スピーカは、典型的には、空隙を隔てて向かい合う２枚の平行平面電極と、電極の間に挿入されその両端等を筐体等に支持された導電性のシート状の部材（以下、振動板または振動膜という）とから構成される（いわゆるプッシュ・プル型）。振動膜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、振動膜に作用する静電力は変化し、これにより振動膜は変位する。この印加電圧を入力楽音信号に応じて変化させれば、それに応じて振動膜は変位を繰り返し（すなわち振動し）、入力楽音信号に応じた音響波が発生する。発生した楽音は、例えば金属板電極に空けられた孔やその他の多孔質層を通り抜けて外部へと放音される。
【０００３】
静電型スピーカを含む平面型のスピーカにおいては、２次元の発音体である振動膜を用いるという構造上、音波の放射面積が大きくなるため、生成される音波は所定の指向特性を有する。典型的には、ある方向（例えば振動膜の正面方向）にはその音圧が極大（主極大または副極大）となるが、他の方向（例えば斜めの方向）には音圧が極小となるような音圧分布特性が現れることが知られている。ここで、例えば主極大方向に伝播する音波（メインローブ）のみを残し、副極大方向に伝達される音波（サイドローブ）を抑制するような補正を行うことができれば、鋭い指向性を持つ音波が実現する。指向性を補正、制御する方法として、スピーカユニットを複数設け、各ユニットに供給する入力信号のレベルや遅延などを制御するというスピーカアレイの技術が知られている（非特許文献１を参照）。
【非特許文献１】D. B. (Don) Keele Jr.著、“Implementation of Straight-Line and Flat-Panel Beamwidth Transducer (CBT) Loudspeaker Arrays Using Signal Delays” Audio Engineering Society, Convention Paper Presented at the 113th Convention, 2002 October 5/8 L. A., California, USA
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、静電型スピーカを用いてスピーカアレイを構成する場合、電極および振動膜のセットを複数用意するか、もしくは一枚の振動膜を分割してその領域ごとに独立して振動状態を制御できるようにする必要がある。さらに、各スピーカユニットに供給する信号を制御するための電気回路も必要となる。これでは、スピーカ全体の構造が複雑になり製造コストも嵩む。このように、従来の静電型スピーカにおいては、簡易な構成で指向特性を補正することはできなかった。
本発明は、上述した背景に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で所望の指向特性を補正することのできる静電型スピーカ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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、一の態様において、振動膜と、前記振動膜に対向して離間配置され前記振動膜に静電力による駆動力を与える多孔質電極とを有し、前記電極の面密度は当該多孔質電極の外縁に近づくに従って小さくなることを特徴とする静電型スピーカを提供する。
【０００６】
好ましい態様において、前記多孔質電極は各々異なる実効領域密度を有する複数のサブ電極から構成される。
【０００７】
他の好ましい態様において、前記実効領域密度の分布は、その等面密度線が同心円となる形状を有する。
【０００８】
更に他の好ましい態様において、前記実効領域密度の分布は、一の方向については一様であり、当該一の方向と垂直な方向については中心から外縁に向かうに従って増大する形状を有する。
【０００９】
更に他の好ましい態様において、前記多孔質電極は網状の構造を有する。
【００１０】
更に他の好ましい態様において、前記多孔質電極は導電性不織布である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る静電型スピーカによれば、簡易な構成で指向特性を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実施例＞
図１は、本発明の一実施例に係る静電型スピーカ１の大略構造の斜視図である。同図に示すように、静電型スピーカ１は、振動膜１０と、これに対向する２つの平行平面電極（以下、単に電極という）２０Ｌおよび２０Ｒと、振動膜１０および電極２０Ｌ、２０Ｒの間にそれぞれ設けられたクッション材３０Ｌ、３０Ｒとから大略構成される。同図では、電極２０Ｌ、２０Ｒの電極面がＸ方向およびＹ方向に固定されており、振動膜１０がこの電極面に垂直なＺ方向に振動することができる配置の例を示している。なお、以下、電極２０Ｌと２０Ｒの構造を同じであるので、両者を区別する必要が特に無い場合は「Ｌ」および「Ｒ」を省略することとする。「Ｌ」および「Ｒ」の記載の省略については、他の構成要素についても同様とする。なお、以下の図で表された振動膜、クッション材、電極等の各構成要素の厚さの比率は、説明の便宜上設定されたものであり、必ずしも実寸を反映しているわけではない。
【００１３】
また、静電型スピーカ１には、図示せぬ電源から所望の電圧がそれぞれの電極２０に印加されるとともに、振動膜１０にバイアス電圧が印加される。電極２０への給電方法については従来技術を採用することができるため、給電に関係する構成要素は図示を省略している。更に、静電型スピーカ１は外部から音声信号を入力する入力部を備え、この音声信号に応じて印加電圧の値を変化させることにより、振動膜１０に音声信号に応じた振動をさせることができるようになっている。振動膜１０の振動によって発生した音波は、少なくとも一方の電極２０を通り抜けてスピーカ外部に放音される。図面が煩雑になるのを防ぐため、音声信号生成や供給を行う構成要素についても、図示を省略している。
【００１４】
振動膜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）などのフィルムに金属膜を蒸着あるいは導電性塗料を塗布したものであって、例えば厚さ数ミクロン〜数十ミクロン程度の導電性の板状（膜状）部材である。あるいは、金属薄膜をラミネートしたものや、絶縁性フィルムに高電圧をかけて分極されたものであってもよい。また、振動膜１０は、塩化ビニル、アクリル（メチルメタアクリレート）、ゴム等の絶縁材料により形成された固定手段（図示せず）において、所定の張力が振動膜１０に作用している状態で、例えばその縁の一辺が静電型スピーカ１の筐体（図示せず）に支持されていてもよいし、このような支持部を設けず、クッション材３０Ｌおよび３０Ｒの弾性力によって支持されるような構成であってもよい。
【００１５】
クッション材３０は、絶縁性材料から構成される緩衝材として機能するものであって、例えば、スポンジ、シート状の綿、あるいは絶縁性の不織布である。クッション材３０を挿入することにより、振動膜１０を筐体に対して支持し、または適度な弾性応力を振動膜１０に対して付与することが可能である。その機械的性質等は特に限定されないが、電極２０の空気透過性よりも大きい空気透過性を有するものであって、例えば空気透過率９５％以上ものが採用される。
【００１６】
電極２０は、その電極面の形状が正方形であり、静電型スピーカ１の筐体（図示せず）に固定される。このとき、振動膜１０から両電極２０Ｌ、２０Ｒまでの距離ｄ（例えば０．１〜１０ｍｍ程度）が等しくなるように配置される。換言すれば、対向する電極のちょうど中間の位置が、振動膜１０（正確には、信号が入力されていないときの状態である無変位状態における振動膜１０）の固定位置となる。なお、電極面の形状は正方形に限らず、たとえば長方形であってもよい。
【００１７】
図２は、電極２０の一例をＺ方向から見た図である。同図に示すように、電極２０は、フレーム２００と、２０枚の複数のサブ電極２０１と、１２枚のサブ電極２０２と、４枚のサブ電極２０３とから構成される。フレーム２００は、サブ電極２０１、２０２、２０３を設けるための導電性素材（例えば金属板）からなり、ここに電圧を印加するための電極が取り付けられる。これにより、計３６枚のサブ電極に同一の電圧が印加される。各サブ電極２０１〜２０３をフレーム２００に固定する方法は任意であるが、例えば、一枚の金属板から各サブ電極を設ける部分を切り落としてフレーム２００を形成する。各サブ電極２０１〜２０３をフレーム２００に固定させる方法は、導電性が担保される限りにおいて任意であるが、例えば溶接などによって接着してもよいし、フレーム２００に所定の溝等を設け、ここに各サブ電極を嵌め込んで固定するような方法を用いてもよい。
【００１８】
各サブ電極２０１〜２０３は、電極２０上に仮想的に内側から順に設定された領域Ｒｃ、Ｒｉ、Ｒｏにそれぞれ配置されるものであり、それぞれ多孔質材料を用いて構成された多孔質電極である。また、サブ電極２０１〜２０３は全て導電性材料を用いて構成される。電圧が印加されることにより、サブ電極２０１〜２０３は振動膜１０に静電力を作用させる。
【００１９】
多孔質電極とは、例えば、金属板に貫通孔を設けたものである。いま、各サブ電極の組を用いてコンデンサを形成したとすると、同面積の電極を用いて同じようにコンデンサを形成した場合に比べ、その静電容量の値は小さくなる。なぜなら、静電容量は電極面積に比例するところ、孔を空けた部分だけ電極としての見かけ上の面積が減少しているからである。以下、仮にこの多孔質構造（例えば「孔」）が無いとした場合の静電容量に対する静電容量を実効静電容量とよび、電極面から孔の部分を除いた部分の領域の面積を実効領域と呼ぶ。例えば、電極２０として開口率４０％のパンチングメタル（ＰＭ）を用いた場合、その実効領域は０．６となる。
【００２０】
また、詳細は後述するが、本発明の多孔質あるいは多孔構造という概念は、パンチングメタルのような一枚板に「孔」を形成して得られた構造に限るものを意味するのではない。例えば、化学処理等によってミクロの貫通孔を形成して得られたものであってもよいし、繊維状の素材を所定の方法で束ねあるいは固着等させることによって得られたものであったものでもよい。要するに、本実施例に係る電極は、その内部に空間があることにより空気透過性を有する構造であって、この構造に起因して振動膜１０に駆動力を作用させるための見かけ上の表面積が減少しているような材料であればよい。本実施例においては、電極２０としてパンチングメタルを用いた場合を例にとって説明する。
【００２１】
図３(a)〜(c)は、サブ電極２０１〜２０３の構造を示したものである。同図に示すように、各サブ電極とも孔Ｈと非孔領域Ｆで構成されたパンチングメタルであるが、その開口率、すなわち実効領域が各サブ電極で異なっている。具体的には、電極２０の最外側に配置されるサブ電極２０１が最も開口率が大きく（実効領域が小さく）、電極２０の最内側に配置されるサブ電極２０３が最も開口率が小さく（実効領域が大きく）なっている。このように、本実施例においては、電極２０全体としてみると、単位面積あたりの実効領域の大きさ（以下、これを実効領域密度とよぶ）が、その中心部が大きく、外縁に行くに従って小さくなるように構成される。換言すれば、中心部ほど孔が少なく実効領域が密であり、外縁に向かうほど孔が少なく実効領域が粗となっている。
【００２２】
本実施例の電極の構成によれば、電極２０から振動膜１０に作用する静電力をその場所ごとに異ならせることができる。より具体的には、振動膜１０において、中心部から外縁に向かうに従って加わる静電力が小さくなる。この結果、従来の静電スピーカに比べて、振動膜１０にて発生する音波の指向特性において副極大（サイドローブ）成分が抑制される。
【００２３】
＜その他の実施例＞
各サブ電極２０１〜２０３における孔の大きさ、形状、開口率の値（絶対値）、孔の配置方法については、電極２０全体として、中心部は実効領域密度が大きく、外縁に行くに従って実効領域密度が相対的に小さくなっているように構成される限りにおいて、任意である。好適には、孔の径としてφ２〜２０程度、開口率として２０〜４０％程度のものが用いられる。
【００２４】
また、電極２０上に設ける仮想的な領域の形状や数、大きさや比率（換言すれば、電極２０の領域を分割する方法）については、中心部は実効領域が大きく外縁に行くに従って実効領域が相対的に小さくなっているように構成される限りにおいて、任意である。領域数としては、２〜６が好ましい。領域の形状としては、例えば同心円状であってもよい。各サブ電極の形状の配置についても、電極２０全体として、中心部は実効領域密度が大きく、外縁に行くに従って実効領域密度が相対的に小さくなっているように構成される限りにおいて、任意である。例えば、各領域を同心円状に設定した場合に、各サブ電極は扇形であってもよい。サブ電極間の距離は適宜設定することができる。また、電極２０の形状は正方形である必要はない。例えば図４に示すように、長方形の電極２１を用いてもよい。具体的には、この一つの方向（長辺方向）に関しては中心から外縁に行くに従って実行領域密度が小さくなるが、これと垂直な方向（短辺方向）に関しては実効領域密度が等しいように、サブ電極２１３、２１２、２１１を配置する。
【００２５】
また、多孔質のサブ電極として、パンチングメタルに替えて、図５(a)〜(c)に示すような網状の導電性部材を用いてもよい。例えば棒状の金属素材を織り込んだ金網である。そして、電極２０の中心部から外縁部に向かうに従って、サブ電極２２３、２２２、２２１を配置することにより、電極２０全体として、中心部は実効領域密度が大きく、外縁に行くに従って実効領域密度が相対的に小さくなっているように構成される。なお、金網としては、音響透過性能を実質的に悪化させないような一定の空間率（例えば２０〜５０％）であれば、織り方、線径、目合い、材質については任意のものを用いることができる。例えば、ＪＩＳ規格Ｇ３５５５、３５５６等の織金網であって、メッシュ♯２０〜５００程度のものを用いることができる。ここで、メッシュとは一辺における２５．４ｍｍ間の目数をいう。
【００２６】
また、多孔質のサブ電極として、導電性不織布を用いてもよい。不織布表面全面に亘って導電層を形成する。例えば、不織布にアルミニウム等の金属をスパッタリングする。または、不織布に金属印刷を行ってもよい。あるいは、不織布に導電性塗料を塗布してもよい。ここで、不織布とはポーラス（多孔質）の構造繊維を持つ繊維であって、例えばシート状の形状である。例えば、一定方向やランダムに集積して接着樹脂で化学的に結合させたり、機械的に絡ませたり、圧力をかけた水流で絡ませたり、熟融着繊維で結合させて作られる。例えば、最も内側に配置するサブ電極として、目付４０ｇ／ｍ＾２、厚み０．１ｍｍ、繊維径２デニールのものを用いる。この場合、目付を変えれば、サブ電極の実効領域を変えることになる。すなわち、異なる目付の導電性不織布で構成された各サブ電極を、電極全体として中心部は実効領域密度が大きく、外縁に行くに従って実効領域密度が相対的に小さくなっているように配置すればよい。
【００２７】
上述した実施例においては、フレーム２００に複数のサブ電極２０１〜２０３を設けて電極２０を構成する例を説明したが、これに限らず、電極全体として中心部は実効領域密度が大きく、外縁に向かうに従って実効領域密度が相対的に小さくなっているように構成されていればよい。例えばフレーム２００としてパンチングメタルや導電性不織布を用い、このフレームの上に、異なる実効領域を有する対応する電極上の領域にスパッタリングするようにしてもよい。この場合、実質的に実効領域密度を連続的に変化させることができる。あるいは、フレーム２００を設けずに、電極全体を金網で構成し、領域ごと目付をけることで、中心部は実効領域密度が大きく、外縁に行くに従って実効領域密度が相対的に小さくなっているように構成してもよい。
【００２８】
各サブ電極の素材については、同一の種類を用いるのではなく、異なる種類を組み合わせて用いてもよい。例えば領域ごとに異ならせることができる。例えばある領域ではパンチングメタルのサブ電極を配置し、他の領域には不織布のサブ電極を配置する。要は、振動膜１０に作用させる静電力が中心付近で最も強く、外縁に向かうに従って弱くなるような静電特性を有する電極であればよい。
【００２９】
また、図６に示すように、両電極２０Ｌ、２０Ｒの外側にそれぞれ支持部材４０Ｌおよび４０Ｒを設けて静電型スピーカ２を構成してもよい。電極全体またはサブ電極に不織布を用いる場合であっても、電極またはサブ電極の撓みを防止して形状を一定に保つことにできる。支持部材４０は、好ましくは音響透過性を実質的に損なわないように格子形状をしている。この形状は、例えば螺旋状のスプリングに三角形の形状をしたワイヤーを巻きつけて形成される、曲げた形状を保持して屈曲耐久性にも優れたいわゆるフレキシブルチューブを編みこむことによって得ることができる。
【００３０】
上記実施例においては、クッション材３０を電極２０と振動膜１０との間に設けた例を示したが、クッション材３０を省略しても構わない。この場合、振動膜１０と電極との接触を防ぐため、例えば振動膜の四隅にスペーサを設けておくのが好ましい。
【００３１】
また、電極２０に用いた上述した構造を有する絶縁性不織布でクッション材３０を構成し、このクッション材３０の外側（すなわち電極側）表面に導電層を設けてもよい。この場合、クッション材３０に電極２０の機能を兼ねさせることになり、電極２０を別途設ける必要が無い。
【００３２】
また、以上説明した実施例においては対向する一対の電極２０Ｌおよび２０Ｒを用いたプッシュ・プル型の静電型スピーカの例を示したが、これに限らず、本発明に係る電極を１つのみ用いてプッシュ型の静電型スピーカを構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】静電型スピーカ１の外観斜視図である。
【図２】電極２０の構造を説明するための図である。
【図３】サブ電極２０１〜２０３の構造を示す図である。
【図４】電極２１の構造を説明するための図である。
【図５】サブ電極２１１〜２１３の構造を示す図である。
【図６】静電型スピーカ２の断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１、２・・・静電型スピーカ、１０・・・振動膜、２０Ｌ、２０Ｒ、２１Ｌ、２２Ｒ・・・電極、３０Ｌ、３０Ｒ・・・クッション材、４０Ｌ、４０Ｒ・・・支持部材、２００、２１０・・・フレーム、２０１、２０２、２０３、２１１、２１２、２１３、２２１、２２２、２２３・・・サブ電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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