JPS5944840B2 - 静電型電気音響変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電型電気音響変換器の改良に関する。

従来より静電型電気音響変換器として第１図および第２
図に示すようなシングル式のものとプッシュプル式のも
のが知られている。

そして先ず第１図のシングル式のものは、所定の間隔を
置いて対設される固定電極１と可動電極すなわち振動板
２とからなるので、原理的には両電極間に印加される信
号源３からの信号電圧がすべて振動板２の駆動力として
作用するようになって変換効率がよく音圧を大きくとれ
る利点がある反面、図示しない偏倚電源等による（偏倚
）静電力によって振動板２が固定電極１に対し吸引され
た位置をとって振動するようになるため次のような欠点
があった。

すなわちこれによって実際の振動板２のとれる振幅が狭
くなるので、振幅の大きい低中音用としては使用しにく
くなり、且つ全音域にわたる直線性が悪くなって歪が増
大する要因を有している。

これに対し第２図のプッシュプル式のものは、振動板４
とこれの両側にそれぞれ所定の間隔を置いて該振動板４
を挟装する如く配設される二つの固定電極５，６とから
なるので、原理的に図示しない偏倚電源等による（偏倚
）静電力が打消されて、振動板４がいずれの固定電極５
，６側にも吸引されず中立位置をとって振動するように
なり、上記シングル式の欠点を除去し歪みを可及的に軽
減し得る利点がある反面、信号源７からの信号電圧が両
固定電極５，６間に加わるようになるのであたかも信号
電圧が二分されて振動板２の駆動力として作用するよう
になって、変換効率が悪く音圧を大きくとれない欠点が
あった。

また上記シングル式のものおよびプッシュプル式のもの
は図示はしなかったがいずれも防湿、防塵用の目的で外
側に保護膜を付設する必要があり、特に偏倚用電源を不
要とするために固定電極をエレクトレット形にするもの
においてはエレクトレットの特性を良好に維持するため
に保護膜を欠かせないものであるが、それだけ構成が複
雑化すると共に、何によりも不所望な共振現象が生じて
変換特性が損なわれる欠点があった。

そこで本発明はこのように従来のシングル式およびプッ
シュプル式のものが音圧および歪み等の点で一長一短で
あると共に別に保護膜を必要とする点に鑑みてなされた
もので、特に音圧および歪み等の点で共に可及的に良好
ならしめる点に特徴を有し、且つ保護膜を不要とし得る
等極めて優れた静電型電気音響変換器を提供することを
目的としている。

先ず初めに本発明の原理について説明すると、本発明の
静電型電気音響変換器は固定電極とこれの両側にそれぞ
れ所定の間隔を置いて該固定電極を挟装する如く対設さ
れる二つの可動電極（振動板）とでなり、これはツイン
、シングル式とモ称すべきものであり、信号源からの信
号電圧が両可動電極に印加されることによって両可動電
極が駆動されるようになるため、前記した従来のシング
ル式およびプッシュプル式のものとは原理的に異なって
いるか音圧の点ではシングル式のものに近く且つ歪み等
の点ではプッシュプル式のものに近くなり、従来の両刃
式の短所を除去し且つ長所のみを兼ね備えているもので
ある。

さらにまた固定電極を両可動電極で挟装する如く構成す
るため、両可動電極でもって従来別に設けた保護膜とし
ての作用を兼備し得るため保護膜を不要とし得るもので
ある。

ここで上記した音圧および歪みの点について従来のシン
グル式およびプッシュプル式のものと本発明のいわばツ
イン・シングル式のものとを対比的にみてみると、先ず
この種静電型電気音響変換器において音圧ＩＰ＋は一般
に次のように表わされる。

ここにω：角周波数 ρ。

：媒質密度、ａ：振動系の半径 ε。

：真空誘電率、Ｓ：振動系の面積 Ｃ８：静電容量。

ｒ：正面軸上の距離（測定距離）、 Ｅｏ：成極電圧 Ｅｌ：印加交流電圧、ＺＭｌ：
実効機械インピーダンス（但し振動系、空気負荷、負ヌ
チフネヌを含めたもの） そして上記（１）式の定数項を ように表わすと、この定数（Ｋ）は静電容量■。

）を、振動板（可動電極）が成極（偏倚）電圧によって
固定電極側に吸引されないで所定の間隔をとる場合のも
のとしているから、いわばプッシュプル式のものについ
て適用されるものである。

従って振動板（可動電極）が成極（偏倚）電圧によって
固定電極側に吸引されるシングル式およびツインシング
ル式の場合には静電容量がＣ８より大きくなるので、定
数もＫより大きいに′をもって適用されることになる。

また上記（１）式における実効機械インピーダンスＺＭ
１は、Ｋａ＜１（但しに＝ω／Ｃ＝２πｆ／Ｃ１ｆｆに
Ｃ：音速）で且つｆ＞ｆＯｃ但しｆ。

は共振周波数）の範囲で後述する振動膜の質量Ｍに対し
、２Ｍ１＝（Ｍ＋２Ｍａ ）・ωなるように角周波数に
依存して変化するようになるが上記（１）式からシング
ル式、プッシュプル式およびツイン・シングル式の場合
の音圧１ｐｓｌ 、ＩＰｐｌ ｔ ＩＰＴＩについて次
のように求めることができる。

ここでｄ：振動膜間の距離 然るに上記したようにに’＞Ｋであるから当然１Ｐｓｌ
＞１Ｐｐｌであり、本発明の目的からはＩＰＴＩキ１Ｐ
ｓｌ＞１ＰｐｌすなわちＩＰＴｌ＞１Ｐｐｌであること
が証明されればよいことにな乞すなわち上記（４）式に
おいてｄを通常選ばれる２〜３Ｘ１０”’−３（ｍ）と
すると、付加質量分の３．２ａ３〉π・Ｃ２・ρｏ−ｄ となり、これより上記（３）式と（４）式とを比較して
ｌ Ｐｐｌ ＞ ｌ ｐｐｌであることが分る。

例えば振動面積が６Ｘ１０−’（ｍ２）の振動膜（比重
１．４゜厚さ４μ）を使うと、ＩＰＴＩ／ＩＰ ｌキ
１．７（同一条件で４．６ｄＢ増に相当）となりＩＰＴ
Ｉ″−１Ｐｓ１〉ＩＰｐｌすなわちｌ ＰＴＩ ＞ ｌ
Ｐｐｌが証明されることになる。

そして本発明のツイン・シングル式のものにおいては原
理的に振動膜の距離ｄを可及的に小さくすることができ
るのですなわちツイン・シングル式のものはｄを小さく
することによって振幅が狭くなり、−力が固定電極に接
触しても他力がその分だけ反抗されるので、シングル式
およびプッシュプル式のものが原理的に固定電極と接触
することが不可のためｄを一定以上には小さくし得ない
のと比較して音圧をより向上させることが可能となる。

また歪みの点についてはこの種静電型電気音響変換器に
おいて駆動力が２乗特性であるので主に２次高調波歪み
が問題となる。

先ずシングル式のものはこの２次高調波歪みＤが のように表わされ、例えば上記音圧の場合と同様ｋａ＜
１．ｆｏ＜、ｆにおいてＥ１＝１６０Ｖ 、 Ｅｏ−１
０００Ｖの場合歪率は３．３％となる。

そしてプッシュプル式のものは完全にバランスした状態
では原理的に二次高調波以上の偶数次の高調波は打消さ
れるので、歪みはほぼ零となる。

然るにツイン・シングル式のものは振動系が完全にバラ
ンスしていて、また振動膜間の距離が少ないときには原
理的にプッシュプル式のものと同様に考えることができ
、歪みはほぼ零に近い値をとる。

第３図はかかる原理に基ずく本発明のツイン・シングル
式のものと、従来のシングル式およびプッシュプル式の
ものとの比較において音圧および歪みの実測例を示すも
のである。

そして同図において各歪み曲線は周波数１０ ＩＧ（ｚ
点で同一出力レベルをとるようにして実測した歪を相対
的に示しており、歪率に換算してシングル式が３係以上
、プッシュプル式が１係以下、ツイン・シングル式が２
係以下程度となる。

また同図の各音圧曲線は同一人力レベルとして実測した
音圧を相対的に示すものであり、図からも前記ｌ ＰＴ
Ｉ −＝ｌ Ｐｓ ｌ ＞１Ｐｐｌであることが明らか
であり、上記と併せて音圧および歪み等の点でともに良
好ならしめることができる。

そして本発明は以上のようないわばツイン・シングル式
のものにおいて、特に音圧および歪みの点で共に可及的
に良好ならしめる点に特徴を備えているものである。

次に図面を参照して本発明の一実施例につき詳細に説明
する。

すなわち第４図において２０は固定電極であり、この固
定電極２」部は例えば互いに一面部が当接された背面電
極２１１，２２１の各他面に密着される互いに異極性帯
電のエレクトレット２１２゜２２２を有する如く、その
両側が互いに異極性に成極せしめられると共に両側を連
通ずる孔Ｃｈ）を有してなる。

そしてこのようにしてなる固定電極ｌ」部はその両側に
して各上下端部に介在される絶縁スペーサ２３．２４に
より所定の間隔を置いて対設され、少なくとも裏面（固
定電極λＪの両側と対向する面）側に導電層を有してな
る振動板（可動電極）２５．２６によって密閉挟装され
る。

これにより一対の振動板（可動電極）２５，２６は固定
電極υ部の連通孔（ｈ）でもって互いに音響的に結合さ
れることになる。

−力−次側に信号源が接続されたトランス２７は、その
二次側の一端が前記両振動板（可動電極）２５，２６に
共通に接続され、他端が固定電極υ部の背面電極２１１
゜２２１の当接部に接続される。

而して以上のように構成される本発明のいわばツイン・
シングル式の静電型電気音響変換器において、例えば固
定電極１１部の両エレクトレット２１２．２２２の一力
が正極帯電、他力が負極帯電のものであるとすれば、こ
れに対向する両振動板（可動電極）２！、えｊの裏面導
電部は一力が負極帯電、他力が正極帯電の状態にある。

従ってこのような状態においてトランス２７の二次側両
端を介して前記信号源よりの交流信号がいわば信号線路
の一端に共通に接続されると共に音響的に結合されてい
る両振動板（可動電極）２５，２６および固定電極ｌ」
部間に供給されると、先ず交流信号の正の半周期で一力
の振動板（可動電極）２５側は負極帯電が打ち消されて
矢印囚方向に反抗され、他力の振動板（可動電極）２６
側は正極帯電が強められて矢印（Ａ′）方向に吸引され
る。

また交流信号の負の半周期では上記と反対に一力の振動
板（可動電極）２５側は矢印（Ｂ）方向に吸引され、他
力の振動板（可動電極）２６側は矢印（Ｂつ方向に反抗
される如く、交流信号の正負の半周期毎に両振動板（可
動電極２５，２６とも音響的に結合された状態で同一方
向に交流信号の大きさに応じた振幅で振動せしめられ、
交流信号を音響に変換することができる。

そして以上の過程において固定電極１１部の背面電極２
１１，２２１当接部にトランス２７の二次側を介してい
わば信号線路の他端が該固定電極Ｕ部の両側に共通に接
続された形となっていることにより、正負極帯電の両エ
レクトレット２１２゜２２２の一力が交流信号の負正の
半周期毎に強められるので上記のような固定電極え」部
および互いに音響的に結合されている両振動板（可動電
極）２５．２６との反抗または吸引の相互作用における
反撥方向の振動を相対的に大きくし得る。

従ってトランス２７の昇圧比等を含めた各部の条件を略
同じものとするものに比して上記のような構成をとるこ
とにより得られる音圧を略倍増することができ、音圧を
可及的に大きくすることが可能となる。

しかもこの種の静電型電気音響変換器にあっては一般的
に吸引力向に比して反撥方向の振幅が小さいから、これ
を補償する効果があることと相俟って得られる音圧の増
大化が顕著であると共に、相対的に吸引、反撥方向の振
幅を均一化して、これの不均一に基づく歪みについても
これを可及的に軽減することが可能となる。

また以上のような本発明においては両振動板（可動電極
）２５，２６によってエレクトレット２１２．２２２が
含まれる固定電極２３部を密閉し得るので、両振動板（
可動電極）２５，２６は保護膜としても機能も兼ね備え
ており、従来のように特別に保護膜を付設する必要がな
く、それだけ構成を簡易にし得ると共に何によりも不所
望な共振現象を防止して変換特性を損なうことなくより
忠実にいわゆるハイフマイ効果をもって変換再生し得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は従来のシングル式およびプッシュプル
式の静電型電気音響変換器を示す構成図、第３図は従来
との対比において本発明静電型電気音響変換器の音圧お
よび歪みの実測例を示す曲線図、第４図は本発明静電型
電気音響変換器の一実施例を示す構成図である。 ｌ」・・・・・・固定電極、２１１，２２１・・・・・
・背面電極、 ２１２ 、２２２・・・・−・エレク
トレット、２３゜２４・・・・・・スペーサ、υ、２６
・・・・・・振動板（可動電極）、２７・・・・・・ト
ランス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 両面にそれぞれ互いに異極性のエレクトレットを成
   極した導電性の固定電極と、この固定電極にあけ、前記
   異極性のエレクトレットをも連通ずる連通孔を、この連
   通孔により音響的に結合させるように前記固定電極の両
   面に所定間隔を置いて配設された一対の振動板（可動電
   極）と、前記固定電極の両面及び一対の振動板（可動電
   極）とをそれぞれ毎に共通して信号線路の両端に電気的
   に接続する手段とを具備してなることを特徴とする静電
   型電気音響変換器。