JPH08242498A - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型化することなく低音域から高音域にわた
って優れた特性を得ることができる電気音響変換器を提
供する。 【構成】 板状の固定電極１を互いに平行に離間して複
数配置した電極集合体を構成し、各固定電極１どうしの
中間に、振動膜３をその縁部に配置したスペーサ２を介
して挟持し、振動膜３にバイアス電圧を印加するととも
に、両端部に音声電圧を発生させる音声電圧発生手段２
１ａの一方の端部と他方の端部とを固定電極１に交互に
接続した。スペーサ２に、振動膜３が固定電極側１へ振
れる際に電極集合体の一側から空気が吐出されると同時
に電極集合体の他側から空気が吸引される開口部Ｐ₁，
を設けた。上記のようにして振動膜３を挟持することに
より、振動膜３を何層にも積層することができ、大きな
最大出力音圧を得ることができる。また、空気の加圧と
減圧とが効率良く行われるので、低音域で優れた特性を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スピーカや拡声器その
他の電気音響変換器に係り、特に、大型化せずに周波数
帯域の全域で優れた周波数特性を得ることができる電気
音響変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピーカなどの電気音響変換器として
は、従来、コンデンサ型のものが知られている。コンデ
ンサ型スピーカは、板状をなす固定電極に近接させて薄
膜状の振動膜を配置したもので、振動膜にバイアス電圧
を印加した状態で固定電極に音声電圧を印加することに
より、振動膜を振動させて音波として放射するようにな
っている。

【０００３】ところで、コンデンサ型のスピーカは、一
般に発音の周波数帯域が狭く、普通以下のサイズのもの
は高音用として用いられるのが通常であった。また、低
音域まで周波数帯域を拡げたものもあるが、そのような
スピーカはかなり大型になってしまうばかりでなく、大
きな面積を有する振動膜を固定電極に対して一定の距離
離間して保持することはかなりの困難を伴った。さら
に、振動膜の振動を外部に音波信号として放射するため
に、固定電極にパンリングメタルと呼ばれる多数の孔が
形成された部品を用いなければならなため、製造コスト
が割高になっていた。

【０００４】そこで、大型化することなく周波数帯域の
全域の周波数特性を向上させることができる電気音響変
換器として、ハイル型と呼ばれるものが提案されてい
る。この電気音響変換器は、例えば、特公昭５５ー４２
５５５号に開示されているように、１枚の振動板を蛇行
するように曲げるとともにその両端部をケーシングに支
持し、振動板の両側部に磁石を配置して構成されてい
る。このような電気音響変換器では、振動板を蛇行する
ように曲げているので、大型化することなく振動板の総
面積を大きくすることができ、低音域までカバーするこ
とができるという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなハイル型の電気音響変換器では、振動板の両端部
のみを支持してその間をフリーにしているから、振動板
の形状を所定の形状に保持するためにはその大きさに限
界があった。このため、いずれにしても低音域を充分に
カバーすることができなかった。また、振動板の両側部
に磁石を配置しているため磁石どうしの距離が長く、こ
のため、振動板全体を振動させるような強い磁場を形成
するために、かなり大型の磁石を使用しなければならな
いという問題もあった。

【０００６】この発明は、上記問題点を解決するために
なされたものであり、大型化することなく周波数帯域の
全域にわたって優れた周波数特性を得ることができる電
気音響変換器を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の電気音
響変換器は、板状の固定電極を互いに平行に離間して複
数配置した電極集合体を構成し、各固定電極どうしの中
間に、振動膜をその縁部に配置したスペーサを介して挟
持し、上記振動膜にバイアス電圧を印加するとともに、
両端部に音声電圧を発生させる音声電圧発生手段の一方
の端部と他方の端部とを上記固定電極に交互に接続し、
上記スペーサに、上記振動膜が上記固定電極側へ振れる
際に上記電極集合体の一側から空気が吐出されると同時
に上記電極集合体の他側から空気が吸引される開口部を
設けたことを特徴としている。

【０００８】請求項２に記載の電気音響変換器は、請求
項１に記載の特徴に加え、前記スペーサの厚さが、前記
振動膜のうちの振動する部分の最大長さの１／４以下で
あることを特徴としている。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の電気音響変換器にあっては、
振動膜の一方の側の固定電極の電位が正になるときに他
方の側の固定電極の電位が負となる。これにより、バイ
アス電圧が印加された振動膜は、固定電極のうち振動膜
と逆極性の電位を有する側に引き付けられるとともに他
方の固定電極から反発力を受ける。これによって、振動
膜はこれと逆極性の固定電極側へ振れ、両者の間の空間
から空気が吐出されるとともに、固定電極とこれから離
間する振動膜どうしの間の空間へ空気が吸引される。こ
の場合において、電極集合体の一側から空気を吐出し、
他側から空気を吸引するようにスペーサの開口部が配置
されているので、電極集合体の側部で空気の疎密波が生
じて音波となる。

【００１０】スピーカ等における最大出力音圧は、振動
膜の振動により吐出および吸引される空気の量に比例す
る。この電気音響変換器では、振動膜がスペーサとスペ
ーサとの間で保持されているので、振動膜を幾重にも重
ねることができる。よって、この電気音響変換器では、
振動膜を多層にすることにより空気の吐出量および吸引
量を大きくすることができ、振動膜を大型化することな
く大きな最大出力音圧を得ることができる。

【００１１】スピーカ等において低音域での出力音圧周
波数特性を向上させるためには、振動膜の振動エネルギ
ーを効率良く音響エネルギーに変換する必要がある。空
気の疎密波のピッチが長いと、より多量の空気を加圧し
減圧しなければならないからである。上記構成の電気音
響変換器にあっては、振動膜と固定電極どうしの間の空
間と外部とは、スペーサに設けた開口部によって連通さ
れているので、空間を出入りする空気は開口部を通る際
に抵抗を受ける。このため、振動膜と固定電極どうしの
間の空間内で空気の加圧と減圧とが効率良く行われ、よ
って、低音域での特性を向上させることができる。

【００１２】さらに、上記構成の電気音響変換器は、振
動膜によって空気の疎密波を直接形成するものではない
ので、振動膜の形状が周波数特性に与える影響は少な
い。したがって、振動膜の形状の自由度が増し、ひいて
はキャビネット等のデザイン上の制約が少なくなる。

【００１３】

【実施例】

Ａ．実施例の構成 以下、図１ないし図４を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１は実施例のスピーカの一部を上下方
向に分解して示す斜視図である。以下、スピーカの構成
を上部の構成要素から順番に説明する。図において符号
１は固定電極である。固定電極１は、縦、横および厚さ
が５０ｍｍ×１００ｍｍ×０．５ｍｍのアルミニウム板
で構成されている。固定電極１の下面には、スペーサ２
が接着されている。スペーサ２はＰＥＴ樹脂からなるコ
字状の枠体であり、その開放された一側が後述する音波
発生のための空間の開口部となる。スペーサ２は、この
実施例では固定電極１と同じ縦横の寸法（５０ｍｍ×１
００ｍｍ）を有し、厚さ１ｍｍ、幅５ｍｍとされてい
る。このスペーサ１の下面には、振動膜３が接着されて
いる。

【００１４】振動膜３は、縦、横および厚さが５０ｍｍ
×１００ｍｍ×１５μｍのポリイミドフィルム（カプト
ン）の表面にアルミニウムを５０００オングストローム
の厚さで蒸着して構成されている。この振動膜３の下面
には、２段目のスペーサ２が上記スペーサ２と逆方向に
向けて接着されている。２段目のスペーサ２の下面には
固定電極１が接着され、固定電極１の下面には、３段目
のスペーサ２が２段目のスペーサ２と同一方向へ向けて
接着されている。

【００１５】図１に示すように、固定電極１の表裏面に
接着されたスペーサ２，２は同じ方向を向き、その隣の
固定電極１の表裏面に接着されたスペーサ２，２は上記
スペーサ２，２と逆方向を向いている。このように、固
定電極１を挟む一対のスペーサ２，２は、固定電極１毎
に交互に向きが逆となっている。

【００１６】振動膜３、スペーサ２および固定電極１と
で囲まれた部分は音波発生のための空間とされている。
また、スペーサ２の開放された一側は、上記空間内に空
気が出入りするための開口部Ｐ₁，Ｐ₂，…Ｐ_nとなって
いる。そして、振動膜３のうちスペーサ２，２に接着さ
れている部分よりも内側の未接着の部分が上下方向に振
動することにより、上記空間内で空気が加圧または減圧
され、開口部Ｐ₁，Ｐ₂，…Ｐ_nを通って空間内に空気が
出入りする。

【００１７】振動膜３の振動部分の横方向長さは、スペ
ーサ２の厚さの４倍以上であることが望ましく、１０倍
以上であればさらに望ましい（この実施例では９０
倍）。そのように構成することにより、空間内での加圧
および減圧がより効率よく行われ、特に低音域での周波
数特性を向上させることができる。

【００１８】次に、図３は、固定電極１および振動膜３
へ音声信号を供給するための回路を示す。図において符
号２０は音声信号をスピーカへ入力するための音声信号
入力回路である。音声信号入力回路２０から供給される
音声電圧信号は、昇圧トランス（音声電圧発生手段）２
１によって増幅される。昇圧トランス２１の出力側コイ
ル２１ａの一端部は、固定電極１，…に１つおきに接続
され、それらの間の固定電極１，…に出力側コイル２１
ａの他端部が接続されている。

【００１９】また、出力側コイル２１ａの中央部は接地
されており、これによって、出力側コイル２１ａの両端
部の電圧は、プラスとマイナスとに均等に振り分けられ
て固定電極１，…に印加される。すなわち、出力側コイ
ル２１ａの両端における電圧がＶ₀であるとすると、振
動膜３を挟んで一方の固定電極１には電圧Ｖ₀／２が印
加され、他方の固定電極１には電圧−Ｖ₀／２が印加さ
れる。一方、出力側コイル２１ａの両端における電圧が
−Ｖ₀であるとすると、上記一方の固定電極１に電圧−
Ｖ₀／２が印加され、他方の固定電極１，…には電圧Ｖ₀
／２が印加される。

【００２０】また、各振動膜３，…には、直流電源Ｖが
保護抵抗Ｒを介して接続されている。直流電源Ｖのマイ
ナス側端子は接地され、プラス側端子が各振動膜３，…
に接続されている。これにより、各振動膜３，…には、
プラスのバイアス電圧が印加されている。よって、音声
信号入力回路２０から音声電圧信号が入力されると、振
動膜３は、マイナスの電圧が印加された固定電極１に引
き付けられるとともに、プラスの電圧が印加された固定
電極１から反発力を受け、その結果、振動膜３はマイナ
ス極性の固定電極１側へ振れる。そして、音声電圧に応
じて固定電極１，１の極性および電位が変化し、音声電
圧が振動膜３の振動に変換される。

【００２１】図２は実施例のスピーカを組み立てた状態
を示す斜視図である。今、最上段に位置する固定電極１
にマイナスの電圧が印加されたとすると、２段目の固定
電極１にはプラスの電圧、３段目の固定電極１にはマイ
ナスの電圧というように、固定電極１，…に印加される
電圧の極性が交互に入れ替わる。このような固定電極
１，…の電圧極性により、最上段に位置する振動膜３は
上方へ向けて振れ、その結果、図中手前側を向く開口部
Ｐ₁から空気が吐出され、向こう側に開口した開口部Ｐ₂
から空気が吸引される。

【００２２】また、上から２段目の振動膜３は下方へ向
けて振れるので、図において向こう側に開口した開口部
Ｐ₃から空気が吸引され、手前側を向くその下の開口部
Ｐ₄から空気が吐出される。このように、固定電極１，
…に上記のような電圧が印加されることにより、手前側
を向く開口部Ｐ₁，Ｐ₄，Ｐ₅，…Ｐ_nから空気が吐出さ
れ、向こう側に開口した開口部Ｐ₂，Ｐ₃，…Ｐ_n-1から
空気が吸引される。また、固定電極１，…に上記と逆極
性の電圧が印加されると、手前側を向く開口部Ｐ₁，
Ｐ₄，Ｐ₅，…Ｐ_nから空気が吸引され、向こう側に開口
した開口部Ｐ₂，Ｐ₃，…Ｐ_n-1から空気が吐出される。
このようにして、スピーカの両側面において空気の疎密
波が形成されて音波となる。

【００２３】Ｂ．実施例の作用・効果 上記構成のスピーカにおいては、振動膜３，…がスペー
サ２，２間で保持されているので、上記実施例のよう
に、振動膜３，…を幾重にも重ねることができる。した
がって、このスピーカでは、空気の吐出量および吸引量
を大きくすることができ、よって、上記のようにコンパ
クトな構成でありながら出力音圧レベルを高くすること
ができる。具体的には、実施例のスピーカには３０枚の
振動膜３，…が配置されており、振動膜３，…の振動部
の総面積は、（５０−１０）ｍｍ×（１００−１０）ｍ
ｍ×３０＝１０８０００ｍｍ²＝１０８０ｃｍ²となる。
これは、３３ｃｍ四方の面積とほぼ同等の広さである。
上記スピーカでは、これと同等の面積の振動膜が５ｃｍ
×１０ｃｍ×８ｃｍの体積内に入っていることになる。
さらに、開口部Ｐ₁，…の総面積は、０．１ｃｍ×９ｃ
ｍ×３０＝２７ｃｍ²となり、振動膜３，…の総面積の
約４０分の１となっている。このように、実施例のスピ
ーカでは、振動膜３，…の総面積に比較して音波を放射
する部分の面積が非常に小さく、いかにコンパクトに構
成されているかが判る。

【００２４】また、上記スピーカにおいては、振動膜
３，…と固定電極１，…どうしの間の空間に出入りする
空気はスペーサ４，…に設けた開口部Ｐ₁，…を通るの
で、その際に抵抗を受ける。このため、上記空間内で空
気の加圧と減圧とが効率良く行われ、よって、低音域で
の出力音圧周波数特性を向上させることができる。さら
に、上記スピーカは、振動膜３，…によって空気の疎密
波を直接形成するものではないので、振動膜３の形状が
周波数特性に与える影響は少ない。したがって、振動膜
３の形状の自由度が増し、ひいてはキャビネット等のデ
ザイン上の制約が少なくなる。

【００２５】また、上記構成のスピーカでは、振動膜３
の表裏側に配置した固定電極１，１によって振動膜３を
振動させるから、ハイル型のスピーカのように振動膜の
側方に大型の磁石を配置する必要がない。このように、
実施例のスピーカでは、磁石のスペースが不要であるた
め構成がよりコンパクトになる。

【００２６】特に、上記実施例では、スペーサ２の厚さ
を振動膜３の振動部の最大長さの１／１０以下としてい
るため、上記空間内での空気の加圧と減圧とがより効率
良く行われ、低音域における周波数特性をさらに向上さ
せることができる。

【００２７】次に、上記構成のスピーカの出力音圧周波
数特性を測定した結果を図４に示す。なお、測定に用い
たスピーカでは、振動膜３，…に印加するバイアス電圧
を１０００Ｖとした。また、比較のために、固定電極と
してのパンチングメタルを２枚互いに平行に配置し、パ
ンチングメタルの間に矩形状のスペーサを介して上記と
同様の振動膜を配置した直接放射型のスピーカを製作し
た。このスピーカにおける出力音圧周波数特性も測定し
たので図４に併記した。図４に示すように、実施例のス
ピーカでは約５０Ｈｚから充分な出力音圧レベルが確保
され、しかも、１ＫＨｚ程度まで安定している。一方、
比較例のスピーカでは、低音域では出力音圧レベルがか
なり低く、また、中音域および高音域でもかなりの起伏
が生じることが判った。

【００２８】Ｃ．変更例 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、以下の
ような種々の変更が可能である。 上記実施例では、スピーカの両側の２つの側面から音
波を放射するように構成しているが、４つの側面から放
射するように構成することもできる。ただし、この場合
には、空気の疎密波が消されないようにするために、側
面に開口する全ての開口部から空気が同時に吐出され、
かつ、同時に吸引されるようにする必要がある。 スペーサをコ字状に形成しているが、その形状は任意
である。たとえば、直角に屈曲したスペーサを振動膜３
の各角部に配置しても良い。 上記実施例の開口部がもっと狭くなるように、スペー
サの両端部から互いに接近する方向へ伸びる板部を形成
して略Ｃ字状に形成することもできる。このようにスペ
ーサを形成することにより、振動膜と固定電極どうしの
間の空間に出入りする空気の抵抗がさらに大きくなり、
低音域の出力音圧周波数特性をさらに向上させることが
できる。 上記実施例ではスペーサの開口部の大きさを一定とし
ているが、種々の大きさを持った開口部を混在させても
良い。 本発明は上記のようなスピーカに限定されるものでは
なく、ヘッドフォンや拡声器などその対象は任意であ
る。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、振
動膜がスペーサ間で保持されているので、振動膜を幾重
にも重ねることができ、よって、振動膜を多層にするこ
とにより、大型化することなく大きな最大出力音圧を得
ることができる。また、振動膜どうしの間の空間はスペ
ーサに設けた開口部によって外部と連通しているので、
空気が開口部を通る際に抵抗を受け、空間内で空気の加
圧と減圧とが効率良く行われる。よって、低音域での出
力音圧周波数特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例のスピーカの一部を上下
方向に分解した斜視図である。

【図２】 実施例のスピーカを組み立てた状態を示す斜
視図である。

【図３】 実施例のスピーカの配線を示す図である。

【図４】 実施例と従来例のスピーカの出力音圧周波数
特性をそれぞれ示す線図である。

【符号の説明】

１ 固定電極 ２ スペーサ ３ 振動膜 ２１ 昇圧トランス（音声電圧発生手段） Ｐ₁，…開口部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の固定電極を互いに平行に離間して
   複数配置した電極集合体を構成し、各固定電極どうしの
   中間に、振動膜をその縁部に配置したスペーサを介して
   挟持し、 上記振動膜にバイアス電圧を印加するとともに、両端部
   に音声電圧を発生させる音声電圧発生手段の一方の端部
   と他方の端部とを上記固定電極に交互に接続し、 上記スペーサに、上記振動膜が上記固定電極側へ振れる
   際に上記電極集合体の一側から空気が吐出されると同時
   に上記電極集合体の他側から空気が吸引される開口部を
   設けたことを特徴とする電気音響変換器。
2. 【請求項２】 前記スペーサの厚さは、前記振動膜のう
   ちの振動する部分の最大長さの１／４以下であることを
   特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。