静電型電気音響変換システム
【課題】バイアス電圧を供給するコネクターとして定格電圧の低いものを使用できるようにする。
【解決手段】駆動回路１００は、交流電源１２０と、交流電源から出力された交流信号を昇圧する第２変圧器１１１を有している。第２変圧器１１１で昇圧された交流信号は、第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１により静電型スピーカ１が備える直流信号生成部２００へ供給される。直流信号生成部２００は、供給された交流信号をダイオードＤ１で整流した後、コンデンサＣ１で平滑化する。コンデンサＣ１で平滑化された直流信号は抵抗器Ｒ１を介して振動体１０へ供給され、この直流信号により振動体１０にバイアス電圧が印加される。
【解決手段】駆動回路１００は、交流電源１２０と、交流電源から出力された交流信号を昇圧する第２変圧器１１１を有している。第２変圧器１１１で昇圧された交流信号は、第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１により静電型スピーカ１が備える直流信号生成部２００へ供給される。直流信号生成部２００は、供給された交流信号をダイオードＤ１で整流した後、コンデンサＣ１で平滑化する。コンデンサＣ１で平滑化された直流信号は抵抗器Ｒ１を介して振動体１０へ供給され、この直流信号により振動体１０にバイアス電圧が印加される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型電気音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型スピーカの駆動回路としては、例えば特許文献１の図２に示された駆動回路がある。この駆動回路においては、プッシュプル型の静電型スピーカの振動体にバイアス電源が接続され、振動体には直流でプラスのバイアス電圧が印加される。また、交流のオーディオ信号を昇圧する変圧器は、二次側の一方の端子が静電型スピーカの前面側固定電極に接続され、二次側の他方の端子が静電型スピーカの背面側固定電極に接続される。また、変圧器のセンタータップは一定の電位にされる。
この駆動回路を用いた場合、変圧器の一次側の端子に交流のオーディオ信号が入力されると、センタータップの電位を基準にして振幅が等しく位相が反転したオーディオ信号が二次側の端子から出力される。変圧器からオーディオ信号が供給されると、前面側固定電極と背面側固定電極には位相が互いに反転したオーディオ信号が供給されるため、振動体と前面側固定電極との電位差と、振動体と背面側固定電極との電位差とに違いが生じ、振動体がプッシュプル駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
駆動回路と静電型スピーカとを接続する場合、駆動回路と静電側スピーカに複数の端子を備えたコネクターを設け、互いのコネクターを接続すれば、容易に駆動回路と静電型スピーカを接続し、駆動回路からコネクターを介してバイアス電圧やオーディオ信号を静電型スピーカへ供給できる。しかし、特にバイアス電圧に関しては、静電型スピーカを駆動する際にはコネクターを介して数百ボルトという高い電圧をかけることになる。このような高い電圧をかけるためにはコネクターを定格電圧が高いコネクターにする必要があるが、定格電圧が高いコネクターは高い電圧に耐えられる構成にする分、小型化が難しい。一方、定格電圧が低いコネクターを使用するために固定電極や振動体にかける電圧を低くすると、固定電極と振動体との間で振動体を振動させるのに十分な電位差を確保できなくなる。
また、一対の電極の間に振動体を挟む構成は、静電型のマイクロフォンとしても用いることができる。このような構成を、静電型のマイクロフォンとして用いる場合においても、スピーカの場合と同様に前述の問題が生じ得る。
【０００５】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、バイアス電圧を供給するコネクターとして定格電圧の低いものを使用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために本発明は、交流信号を出力する交流信号出力部を有する駆動回路と、前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、音響信号が供給される電極と、前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給される振動体と、を有する静電型電気音響変換器と、を備える静電型電気音響変換システムを提供する。
【０００７】
また、本発明は、交流信号を出力する交流信号出力部を有する駆動回路と、前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、電極と、前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給され、到達する音に応じて振動する振動体と、を有する静電型電気音響変換器と、を備える静電型電気音響変換システムを提供する。
【０００８】
本発明においては、前記駆動回路は、前記交流信号を間欠的に出力する構成であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイアス電圧を供給するコネクターとして定格電圧の低いものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】静電型スピーカ１の分解図。
【図４】駆動回路１００の構成を示した図。
【図５】直流信号生成部２００において整流された後の信号の波形を示した図。
【図６】駆動回路１００Ａの構成を示した図。
【図７】直流信号生成部２００において整流された後の信号の波形を示した図。
【図８】静電型マイクロフォン２に係る電気的構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る静電型スピーカ１（静電型電気音響変換器）の外観図、図２は、静電型スピーカ１のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、静電型スピーカ１の分解図、図４は、静電型スピーカ１を駆動する駆動回路１００の構成を示した図である。なお、図においては、直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で方向を示しており、静電型スピーカ１を正面から見たときの左右方向をＸ軸の方向、奥行き方向をＹ軸の方向、高さ方向をＺ軸の方向としている。また、図中、「○」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。また、図中、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
【００１２】
図に示したように、静電型スピーカ１は、振動体１０、電極２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌ、及び保護部材６０Ｕ，６０Ｌを有している。なお、本実施形態においては、電極２０Ｕと電極２０Ｌの構成は同じであり、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌの構成は同じである。このため、これらの部材において符号の末尾が「Ｕ」の部材と符号の末尾が「Ｌ」の部材とを区別する必要が特に無い場合は、「Ｌ」および「Ｕ」などの記載を省略する。また、保護部材６０Ｕと保護部材６０Ｌの構成は同じである。このため、これらの部材においても符号の末尾が「Ｕ」の部材と符号の末尾が「Ｌ」の部材とを区別する必要が特に無い場合は、「Ｌ」および「Ｕ」などの記載を省略する。また、図中の各部材の寸法は、各部材の形状や位置関係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る。
【００１３】
（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。Ｚ軸上の点から見て矩形の振動体１０は、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）またはＰＰ（polypropylene：ポリプロピレン）などの絶縁性および柔軟性を有する合成樹脂のフィルム（絶縁層）の一方の面に導電性のある金属を蒸着して導電膜（導電層）を形成したシート状の構成となっている。なお、本実施形態においては、導電膜は、フィルムの一方の面に形成されているが、フィルムの両面に形成されていてもよい。また、振動体１０は、導電性を有する金属を圧延して膜状にした構成であってもよい。
【００１４】
弾性部材３０は、本実施形態においては不織布であって電気を通さず空気および音の通過が可能となっており、その形状はＺ軸上の点から見て矩形となっている。また、弾性部材３０は、弾性を有しており、外部から力を加えられると変形し、外部から加えられた力が取り除かれると元の形状に戻る。なお、弾性部材３０は、絶縁性があり、音が透過し、弾性がある部材であればよく、中綿に熱を加えて圧縮したもの、織られた布、絶縁性を有する合成樹脂を海綿状にしたものなどであってもよい。本実施形態においては、弾性部材３０のＸ軸方向の長さは振動体１０のＸ軸方向の長さより長く、弾性部材３０のＹ軸方向の長さは振動体１０のＹ軸方向の長さより長くなっている。
【００１５】
電極（固定極）２０は、ＰＥＴまたはＰＰなどの絶縁性を有する合成樹脂のフィルム（絶縁層）の一方の面に導電性のある金属を蒸着して導電膜（導電層）を形成した構成となっている。また電極２０は、Ｚ軸上の点から見て矩形となっている。電極２０は、表面から裏面に貫通する孔を複数有しており、空気および音の通過が可能となっているが、図面においては、この孔の図示を省略している。本実施形態においては、電極２０のＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さは弾性部材３０と同じとなっている。また、振動体１０と同様に電極２０についても、導電性を有する金属を圧延して膜状にした構成であってもよい。
【００１６】
保護部材６０は、絶縁性を有する布である。保護部材６０は、Ｚ軸上の点から見て矩形となっており、空気及び音の通過が可能となっている。なお、本実施形態においては、保護部材６０のＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さは弾性部材３０と同じとなっている。
【００１７】
（静電型スピーカ１の構造）
次に静電型スピーカ１の構造について説明する。静電型スピーカ１においては、振動体１０は、弾性部材３０Ｕの下面と弾性部材３０Ｌの上面との間に配置されている。なお、振動体１０は、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌに接着されており、接着剤が塗布された部分より内側は弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌに固着されていない状態となっている。また、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌ同士も、縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて互いに固着されている。
【００１８】
電極２０Ｕは、弾性部材３０Ｕの上面に接着されている。また、電極２０Ｌは、弾性部材３０Ｌの下面に接着されている。電極２０Ｕは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて弾性部材３０Ｕに接着されており、電極２０Ｌは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて弾性部材３０Ｌに接着されている。電極２０は、接着剤が塗布された部分より内側は弾性部材３０に固着されていない状態となっている。また、電極２０Ｕは、導電膜のある側が弾性部材３０Ｕに接しており、電極２０Ｌは、導電膜のある側が弾性部材３０Ｌに接している。
【００１９】
保護部材６０Ｕは、電極２０Ｕの上面に接着されている。また、保護部材６０Ｌは、電極２０Ｌの下面に接着されている。保護部材６０Ｕは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて電極２０Ｕに接着されており、保護部材６０Ｌは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて電極２０Ｌに接着されている。保護部材６０は、接着剤が塗布された部分より内側は電極２０に固着されていない状態となっている。
【００２０】
（静電型スピーカ１に係る電気的構成）
次に、静電型スピーカ１に係る電気的構成について説明する。図４に示したように、静電型スピーカ１を駆動する駆動回路１００は、増幅部１３０、第１変圧器１１０、第２変圧器１１１、交流電源１２０、及び雌型の第１コネクター１４０を備えている。
【００２１】
増幅部１３０は、入力される音響信号を増幅して出力する増幅手段である。増幅部１３０は、保護抵抗Ｒ１１と保護抵抗Ｒ１２を介して第１変圧器１１０の一次側コイルの端子Ｔ１４と端子Ｔ１５に接続されている。増幅部１３０で増幅された交流の音響信号は、第１変圧器１１０へ供給される。
第１変圧器１１０は、増幅部１３０から供給される音響信号を昇圧する変圧器である。第１変圧器１１０の二次側コイルの一方の端子Ｔ１１は、第１コネクター１４０の１番端子に接続され、第１変圧器１１０の二次側コイルの他方の端子Ｔ１２は、第１コネクター１４０の３番端子に接続されている。また、第１変圧器１１０の二次側コイルのセンタータップＴ１３は、駆動回路１００のグラウンドＧＮＤに接続されている。
【００２２】
交流電源１２０は、交流信号を出力するものであり、第２変圧器１１１の一次側コイルの一方の端子Ｔ２４と、第２変圧器１１１の一次側コイルの他方の端子Ｔ２５に接続されている。なお、本実施形態では交流電源１２０は、正弦波の交流信号を出力するが、交流電源１２０が出力する交流信号は、交流であれば正弦波のものに限定されず、矩形波や三角波などであってもよい。
第２変圧器１１１は、交流電源１２０から一次側コイルに供給された交流信号を昇圧して出力する変圧器である。第２変圧器１１１の二次側コイルの一方の端子Ｔ２１は、第１コネクター１４０の５番端子に接続され、第２変圧器１１１の二次側コイルの他方の端子Ｔ２２は、第１コネクター１４０の７番端子及びグラウンドＧＮＤに接続されている。
なお、第１コネクター１４０の２番端子、４番端子及び６番端子は、駆動回路１００のグラウンドＧＮＤに接続されている。
交流電源１２０と第２変圧器１１１は、静電型スピーカ１へ交流信号を出力する交流信号出力部１８０として機能する。
【００２３】
次に静電型スピーカ１の電気的構成について説明する。雄型の第２コネクター１４１の１番端子はケーブルで電極２０Ｕに接続され、第２コネクター１４１の３番端子はケーブルで電極２０Ｌに接続されている。また、第２コネクター１４１の５番端子はケーブルでダイオードＤ１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、抵抗器Ｒ１の一端とコンデンサＣ１のプラス電極に接続されている。コンデンサＣ１のマイナス電極は、第２コネクター１４１の７番端子に接続されている。また、抵抗器Ｒ１の他端は、振動体１０に接続されている。なお、第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１においては、各端子間は絶縁されている。
【００２４】
（実施形態の動作）
駆動回路１００で静電型スピーカ１を駆動する際には、まず雄型の第２コネクター１４１が雌型の第１コネクター１４０に嵌められる。第１コネクター１４０に第２コネクター１４１が嵌められると各コネクターの同じ番号の端子同士が接続され、端子Ｔ１１と電極２０Ｕが接続され、端子Ｔ１２と電極２０Ｌが接続される。第１変圧器１１０のセンタータップＴ１３はグラウンドＧＮＤに接続されているため、増幅部１３０に入力された音響信号の振幅が０Ｖの状態では、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２の電圧は０Ｖとなる。
【００２５】
また、第１コネクター１４０に第２コネクター１４１が嵌められると第２変圧器１１１の端子Ｔ２１がダイオードＤ１のアノードに接続され、第２変圧器１１１の端子Ｔ２２がコンデンサＣ１のマイナス電極に接続される。端子Ｔ２１と端子Ｔ２２からは、交流電源１２０から出力されて第２変圧器１１１で昇圧された交流信号が出力されており、この昇圧された交流信号が第１コネクター１４０の５番端子と７番端子を介して静電型スピーカ１側へ供給される。
静電型スピーカ１においては、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とで直流信号生成部２００が構成されている。このため、ダイオードＤ１で整流された交流信号の波形は図５（ａ）の波形となる。また、図５（ａ）で示した波形の信号がコンデンサＣ１で平滑されると、コンデンサＣ１のプラス電極側の波形は図５（ｂ）に示したように脈流となり、この電圧が抵抗器Ｒ１を介して振動体１０に印加される。
【００２６】
例えば、駆動回路１００において直流で３５０Ｖのバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧を第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１を介して振動体１０へ供給する場合には、コネクターの定格電圧が３５０Ｖ以上のものを使用する必要がある。一方、本実施形態では、第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１の５番端子と７番端子においては、第２変圧器１１１で昇圧された交流信号の波高値が例えば３５０Ｖであると、この実効値は３５０Ｖ／√２＝約２５０Ｖとなる。このため、直流で３５０Ｖのバイアス電圧を駆動回路から供給する場合と比較すると、定格電圧の低いコネクターを使用することができる。
また、本実施形態において第２変圧器１１１で昇圧された交流信号の波高値が例えば３５０Ｖである場合、抵抗器Ｒ１の抵抗値が高抵抗（例えば１０ＭΩ）であると、振動体１０に流れる電流が少ないため、ダイオードＤ１で整流されてコンデンサＣ１で平滑化された脈流の信号は、ほぼ３５０Ｖを維持したままとなり、直流で３５０Ｖのバイアス電圧を駆動回路から印加しているのと同じ状態になる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、抵抗器Ｒ１の抵抗値を１０ＭΩ、コンデンサＣ１の容量を０．０１μＦ〜１μＦとすると、時定数は０．１秒〜１０秒となる。平滑化された後の電圧として波高値の３５０Ｖに近い電圧を維持するには、第２変圧器１１１から出力される交流信号の周期を、この時定数より２桁以上短い周期とすればよく、交流電源１２０から出力される信号の周波数を１ｋＨｚ以上とすればよい。
【００２８】
次に、音響信号の振幅が０Ｖから変化した場合について説明する。増幅部１３０に交流の音響信号が入力されると、入力された音響信号が増幅されて第１変圧器１１０の一次側に供給される。昇圧手段である第１変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ１２から出力される音響信号は、第１変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ１１から出力される音響信号とは振幅が同じで信号の極性が逆となる。
【００２９】
増幅部１３０にプラスの音響信号が入力されると、第１変圧器１１０の二次側の端子Ｔ１１から出力される音響信号の極性がプラスとなり、端子Ｔ１２から出力される音響信号の極性がマイナスとなる。ここで、音響信号の振幅が０Ｖの場合と比較すると、振動体１０と電極２０Ｕとの間の静電引力が弱まる一方、振動体１０と電極２０Ｌとの間の静電引力が強くなる。すると振動体１０は、電極２０Ｕ側に作用する静電引力と電極２０Ｌ側に作用する静電引力との差に応じて電極２０Ｌ側（Ｚ軸方向と反対方向）へ変位する。
【００３０】
また、増幅部にマイナスの音響信号が入力されると、第１変圧器１１０の二次側の端子Ｔ１１から出力される音響信号の極性がマイナスとなり、端子Ｔ１２から出力される音響信号の極性がマイナスとなる。ここで、音響信号の振幅が０Ｖの場合と比較すると、振動体１０と電極２０Ｌとの間の静電引力が弱まる一方、振動体１０と電極２０Ｕとの間の静電引力が強くなる。すると振動体１０は、電極２０Ｕ側に作用する静電引力と電極２０Ｌ側に作用する静電引力との差に応じて電極２０Ｕ側（Ｚ軸方向と反対方向）へ変位する。
【００３１】
このように振動体１０は、音響信号に応じて図のＺ軸の正の方向とＺ軸の負の方向に変位し(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）に応じた音波が振動体１０から発生する。発生した音波は、音響透過性を有する弾性部材３０、電極２０及び保護部材６０を通過して静電型スピーカ１の外部に音として放射される。
【００３２】
以上説明したように本実施形態においては、駆動回路１００から交流信号を出力し、静電型スピーカ１側で交流信号を整流して直流のバイアス電圧を作り出している。交流信号をコネクターで供給する場合、交流信号の実効値が定格電圧以下となっていればよいため、駆動回路から直流のバイアス電圧を出力する場合と比較すると、交流信号の波高値が直流のバイアス電圧と同じであっても、定格電圧の低いコネクターを使用することができる。
また、本実施形態においては、充電されたコンデンサＣ１から流れる電流が少ないため、交流信号の波高値と同等の直流電圧をバイアス電圧として振動体１０に印加することができ、コネクターの定格電圧より高い直流の電圧のバイアス電圧を振動体１０に印加することができる。
【００３３】
［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。なお、上述した実施形態および以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。
【００３４】
（変形例１）
図６は、本発明の変形例に係る駆動回路１００Ａの構成を示した図である。上述した実施形態と比較すると、駆動回路１００Ａは、制御部１５０とスイッチ部１６０を備えている点で相違しており、他の構成は同じである。なお、図６においては、駆動回路１００と同じ構成については同じ符号を付している。
【００３５】
スイッチ部１６０は、交流電源１２０と第２変圧器１１１との間を電気的に切断又は接続する開閉器である。スイッチ部１６０は、制御部１５０によりオフにされると、交流電源１２０と第２変圧器１１１の端子Ｔ２４との間を電気的に切断する。また、スイッチ部１６０は、制御部１５０によりオンにされると、交流電源１２０と第２変圧器１１１の端子Ｔ２４との間を電気的に接続する。制御部１５０は、本実施形態ではマイクロコンピュータであり、スイッチ部１６０を制御する。制御部１５０は、スイッチ部１６０がオンとオフとを交互に繰り返すようにスイッチ部１６０を制御する。つまり、交流電源１２０から出力された交流信号は、制御部１５０とスイッチ部１６０により構成された信号供給部１７０によって間欠的に第２変圧器１１１へ供給される。なお、本変形例においては、信号供給部１７０、交流電源１２０及び第２変圧器１１１が、静電型スピーカ１へ交流信号を出力する交流信号出力部として機能する。
【００３６】
具体的には、制御部１５０は、スイッチ部１６０を一定の時間ｔ１の間はオンとした後、一定の時間ｔ２の間はオフとする制御を繰り返す。すると、交流電源１２０から常時出力されている交流信号は、時間ｔ１の間は第２変圧器１１１へ供給されて昇圧され、昇圧された交流信号が直流信号生成部２００へ供給される。一方、時間ｔ２の間においては交流電源１２０から出力された交流信号が第２変圧器１１１へ供給されないため、駆動回路１００Ａから直流信号生成部２００へ交流信号が供給されないこととなる。制御部１５０は、スイッチ部１６０をオン（時間ｔ１）、オフ（時間ｔ２）、オン（時間ｔ１）、オフ（時間ｔ２）、・・・、というように交互に制御するため、第２変圧器１１１で昇圧された交流信号は時間ｔ２の間隔を空けて直流信号生成部２００へ間欠的に供給される。
第２変圧器１１１が交流信号を昇圧して交流信号が直流信号生成部２００へ供給されている間は、第２変圧器１１１で昇圧された交流信号が静電型スピーカ１側の直流信号生成部で整流され、整流された信号の波形は図７（ａ）に示したようになる。
なお、静電型スピーカ１の静電容量を０．００５μＦ〜０．５μＦとし、抵抗器Ｒ１の抵抗値を１０ＭΩとすると、時定数は０．０５秒〜５秒となる。時間ｔ１をこの時定数の１０倍〜１００倍の時間（５秒〜５００秒）にすれば、コンデンサＣ１が十分に充電されることになる。
【００３７】
次に図７（ｂ）は、コンデンサＣ１のプラス電極側の電圧の波形を示した図である。静電型スピーカ１に交流信号が供給されている時間ｔ１の間においてはコンデンサＣ１が充電される。この後に交流信号の供給が停止されると、時間ｔ２の間においては、コンデンサＣ１の放電によりバイアス電圧が振動体１０に印加される。なお、静電型スピーカ１においては、電極２０と振動体１０との間の漏れ電流が非常に小さいため、直流信号生成部から供給されて振動体１０に溜まった電荷は急激に減少することがなく、例えば、バイアス電圧が５０Ｖほど低下するまでの時間ｔ２は１時間程度である。静電型スピーカ１においては、バイアス電圧が変化すると音圧が変化するが、時間の経過に伴うバイアス電圧の低下は前述したように１時間で５０Ｖ程度と小さいため、バイアス電圧の変動による音圧の変動は利用者には認識されにくい。このため、バイアス電圧が５０Ｖほど低下しても、音圧の変動を利用者に認識されることがない。
【００３８】
また、直流のバイアス電圧を駆動回路から振動体へ印加する従来の技術では、直流のバイアス電圧を駆動回路から印加し続けるため電力を消費するが、本変形例においては、バイアス電圧を作り出すための交流信号を駆動回路１００Ａから静電型スピーカ１へ常時供給するのではなく間欠的に供給するため、従来の構成と比較すると消費電力を抑えることができる。また、本変形例においても、静電型スピーカ１側で交流信号を整流して直流のバイアス電圧を作り出しているため、上述した実施形態と同様に定格電圧の低いコネクターを使用することができる。
【００３９】
（変形例２）
上述した実施形態においては、静電型スピーカ１が備える直流信号生成部の整流回路は、半波整流の回路に限定されるものではなく、全波整流回路やブリッジ型全波整流回路、センタータップ型の全波整流回路など、他の整流回路であってもよい。
【００４０】
（変形例３）
図６に示した駆動回路１００Ａにおいては、スイッチ部１６０を制御して交流電源１２０と第２変圧器１１１との間の切断と接続を交互に繰り返すことにより交流信号を間欠的に出力しているが、第２変圧器１１１の二次側コイルの端子と第１コネクター１４０との間にスイッチ部１６０を設け、このスイッチ部１６０を制御部１５０で制御して交流信号を間欠的に出力するようにしてもよい。
また、スイッチ部１６０を設けずに、制御部１５０が交流電源１２０を直接制御することにより、交流電源１２０から交流信号を間欠的に出力させるようにしてもよい。
【００４１】
（変形例４）
上述した実施形態においては、静電型スピーカ１はプッシュプル型となっているが、静電型スピーカ１はシングル型であってもよい。なお、プッシュプル型の場合、振幅が同じで極性が異なる一対の信号を静電型スピーカへ供給するが、静電型スピーカがシングル型の場合には、端子Ｔ１１または端子Ｔ１２から出力された信号を静電型スピーカへ供給する。
【００４２】
（変形例５）
上述した実施形態においては、電極、振動体及び弾性部材を積層した構成を、音響信号を音に変換する静電型のスピーカとしているが、この構成は、音を音響信号に変換する静電型のマイクロフォン（静電型電気音響変換器）とすることも可能である。
図８は、本変形例に係る静電型マイクロフォン２と、静電型マイクロフォン２で収音された音を表す音響信号を生成する音響信号生成回路１００Ｂの構成を示した図である。本変形例においては、静電型マイクロフォン２は、前述の静電型スピーカ１と同じ部材を備えているため、静電型マイクロフォン２を構成する部材には、静電型スピーカ１の各部材と同じ符号を付し、その説明を省略する。また、音響信号生成回路１００Ｂの構成は、信号が流れる方向が駆動回路１００と異なる以外は、駆動回路１００と同じであるため、音響信号生成回路１００Ｂが備える部品には駆動回路１００が備える部品と同じ符号を付し、各部品の説明を省略する。なお、変圧器１１０の変圧比や各抵抗器の抵抗値は適宜調整される。
【００４３】
静電型マイクロフォン２においては、導体である電極２０と導体である振動体１０は距離をおいて向かいあって配置されており、電極２０と振動体１０は平行平板の導体によって構成されたコンデンサとして機能している。振動体１０にはバイアス電圧が印加されているため、静電型マイクロフォン２に音が到達していない状態においては、このコンデンサに一定の電荷が溜まった状態となる。
静電型マイクロフォン２に音が到達した場合、到達した音によって振動体１０が振動する。振動体１０が振動すると、振動体１０と電極２０Ｕ，２０Ｌとの間の距離が変わるため、振動体１０と電極２０との間の静電容量に変化が生じる。
【００４４】
例えば、振動体１０が電極２０Ｕ側に変位すると、電極２０Ｕと振動体１０との間の距離が短くなり、電極２０Ｕと振動体１０との間の静電容量が大きくなる。また、電極２０Ｌと振動体１０との間の距離が長くなり、電極２０Ｌと振動体１０との間の静電容量が小さくなる。このように静電容量が変化すると、電極２０Ｕと振動体１０との電位差が小さくなるように電極２０Ｕの電位が変化し、電極２０Ｌと振動体１０との電位差が大きくなるように電極２０Ｌの電位が変化する。ここで、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間で電位差が生じるため、変圧器１１０の二次側コイルには電流が流れる。
【００４５】
また、振動体１０が電極２０Ｌ側に変位すると、電極２０Ｌと振動体１０との間の距離が短くなり、電極２０Ｌと振動体１０との間の静電容量が大きくなる。また、電極２０Ｕと振動体１０との間の距離が長くなり、電極２０Ｕと振動体１０との間の静電容量が小さくなる。すると、電極２０Ｌと振動体１０との電位差が小さくなるように電極２０Ｌの電位が変化し、電極２０Ｕと振動体１０との電位差が大きくなるように電極２０Ｕの電位が変化する。ここで、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間で電位差が生じ、変圧器１１０の二次側コイルには、振動体１０が電極２０Ｕの方向に変位したときとは逆の方向に電流が流れる。
【００４６】
変圧器１１０の二次側コイルに電流が流れると、この電流に対応して変圧器１１０の一次側コイルにも電流が流れる。一次側コイルに流れた信号は、増幅部１３０で増幅され、増幅された信号が静電型マイクロフォン２で収音された音を表す音響信号として増幅部１３０から出力される。
【００４７】
なお、本変形例においては、変圧器１１０のインピーダンスが低い場合には、静電型マイクロフォン２の負荷容量の影響により、低い周波数における周波数特性が低下する場合がある。この場合、変圧器１１０に替えてインピーダンスの高いアンプを電極２０Ｕ，２０Ｌに接続し、周波数特性の低下を抑えるようにしてもよい。
また、図６の構成にあっても、上述した変形例と同様に信号の流れる方向を変更すれば、静電型マイクロフォン２から得られる信号を変圧器１１０及び増幅部１３０により音響信号として出力することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…静電型スピーカ、２…静電型マイクロフォン、１０…振動体、２０，２０Ｕ，２０Ｌ…電極、３０，３０Ｕ，３０Ｌ…弾性部材、６０，６０Ｕ，６０Ｌ…保護部材、１００，１００Ａ…駆動回路、１００Ｂ…音響信号生成回路、１１０…第１変圧器、１１１…第２変圧器、１２０…交流電源、１３０…増幅部、１３０…増幅部、１４０…第１コネクター、１４１…第２コネクター、１５０…制御部、１６０…スイッチ部、１７０…信号供給部、１８０…交流信号出力部、２００…直流信号生成部、Ｒ１…抵抗器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型電気音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電型スピーカの駆動回路としては、例えば特許文献１の図２に示された駆動回路がある。この駆動回路においては、プッシュプル型の静電型スピーカの振動体にバイアス電源が接続され、振動体には直流でプラスのバイアス電圧が印加される。また、交流のオーディオ信号を昇圧する変圧器は、二次側の一方の端子が静電型スピーカの前面側固定電極に接続され、二次側の他方の端子が静電型スピーカの背面側固定電極に接続される。また、変圧器のセンタータップは一定の電位にされる。
この駆動回路を用いた場合、変圧器の一次側の端子に交流のオーディオ信号が入力されると、センタータップの電位を基準にして振幅が等しく位相が反転したオーディオ信号が二次側の端子から出力される。変圧器からオーディオ信号が供給されると、前面側固定電極と背面側固定電極には位相が互いに反転したオーディオ信号が供給されるため、振動体と前面側固定電極との電位差と、振動体と背面側固定電極との電位差とに違いが生じ、振動体がプッシュプル駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５４２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
駆動回路と静電型スピーカとを接続する場合、駆動回路と静電側スピーカに複数の端子を備えたコネクターを設け、互いのコネクターを接続すれば、容易に駆動回路と静電型スピーカを接続し、駆動回路からコネクターを介してバイアス電圧やオーディオ信号を静電型スピーカへ供給できる。しかし、特にバイアス電圧に関しては、静電型スピーカを駆動する際にはコネクターを介して数百ボルトという高い電圧をかけることになる。このような高い電圧をかけるためにはコネクターを定格電圧が高いコネクターにする必要があるが、定格電圧が高いコネクターは高い電圧に耐えられる構成にする分、小型化が難しい。一方、定格電圧が低いコネクターを使用するために固定電極や振動体にかける電圧を低くすると、固定電極と振動体との間で振動体を振動させるのに十分な電位差を確保できなくなる。
また、一対の電極の間に振動体を挟む構成は、静電型のマイクロフォンとしても用いることができる。このような構成を、静電型のマイクロフォンとして用いる場合においても、スピーカの場合と同様に前述の問題が生じ得る。
【０００５】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、バイアス電圧を供給するコネクターとして定格電圧の低いものを使用できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために本発明は、交流信号を出力する交流信号出力部を有する駆動回路と、前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、音響信号が供給される電極と、前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給される振動体と、を有する静電型電気音響変換器と、を備える静電型電気音響変換システムを提供する。
【０００７】
また、本発明は、交流信号を出力する交流信号出力部を有する駆動回路と、前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、電極と、前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給され、到達する音に応じて振動する振動体と、を有する静電型電気音響変換器と、を備える静電型電気音響変換システムを提供する。
【０００８】
本発明においては、前記駆動回路は、前記交流信号を間欠的に出力する構成であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイアス電圧を供給するコネクターとして定格電圧の低いものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】静電型スピーカ１の分解図。
【図４】駆動回路１００の構成を示した図。
【図５】直流信号生成部２００において整流された後の信号の波形を示した図。
【図６】駆動回路１００Ａの構成を示した図。
【図７】直流信号生成部２００において整流された後の信号の波形を示した図。
【図８】静電型マイクロフォン２に係る電気的構成を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る静電型スピーカ１（静電型電気音響変換器）の外観図、図２は、静電型スピーカ１のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、静電型スピーカ１の分解図、図４は、静電型スピーカ１を駆動する駆動回路１００の構成を示した図である。なお、図においては、直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で方向を示しており、静電型スピーカ１を正面から見たときの左右方向をＸ軸の方向、奥行き方向をＹ軸の方向、高さ方向をＺ軸の方向としている。また、図中、「○」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。また、図中、「○」の中に「×」が記載されたものは図面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
【００１２】
図に示したように、静電型スピーカ１は、振動体１０、電極２０Ｕ，２０Ｌ、弾性部材３０Ｕ，３０Ｌ、及び保護部材６０Ｕ，６０Ｌを有している。なお、本実施形態においては、電極２０Ｕと電極２０Ｌの構成は同じであり、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌの構成は同じである。このため、これらの部材において符号の末尾が「Ｕ」の部材と符号の末尾が「Ｌ」の部材とを区別する必要が特に無い場合は、「Ｌ」および「Ｕ」などの記載を省略する。また、保護部材６０Ｕと保護部材６０Ｌの構成は同じである。このため、これらの部材においても符号の末尾が「Ｕ」の部材と符号の末尾が「Ｌ」の部材とを区別する必要が特に無い場合は、「Ｌ」および「Ｕ」などの記載を省略する。また、図中の各部材の寸法は、各部材の形状や位置関係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る。
【００１３】
（静電型スピーカ１の各部の構成）
まず、静電型スピーカ１を構成する各部について説明する。Ｚ軸上の点から見て矩形の振動体１０は、ＰＥＴ（polyethylene terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）またはＰＰ（polypropylene：ポリプロピレン）などの絶縁性および柔軟性を有する合成樹脂のフィルム（絶縁層）の一方の面に導電性のある金属を蒸着して導電膜（導電層）を形成したシート状の構成となっている。なお、本実施形態においては、導電膜は、フィルムの一方の面に形成されているが、フィルムの両面に形成されていてもよい。また、振動体１０は、導電性を有する金属を圧延して膜状にした構成であってもよい。
【００１４】
弾性部材３０は、本実施形態においては不織布であって電気を通さず空気および音の通過が可能となっており、その形状はＺ軸上の点から見て矩形となっている。また、弾性部材３０は、弾性を有しており、外部から力を加えられると変形し、外部から加えられた力が取り除かれると元の形状に戻る。なお、弾性部材３０は、絶縁性があり、音が透過し、弾性がある部材であればよく、中綿に熱を加えて圧縮したもの、織られた布、絶縁性を有する合成樹脂を海綿状にしたものなどであってもよい。本実施形態においては、弾性部材３０のＸ軸方向の長さは振動体１０のＸ軸方向の長さより長く、弾性部材３０のＹ軸方向の長さは振動体１０のＹ軸方向の長さより長くなっている。
【００１５】
電極（固定極）２０は、ＰＥＴまたはＰＰなどの絶縁性を有する合成樹脂のフィルム（絶縁層）の一方の面に導電性のある金属を蒸着して導電膜（導電層）を形成した構成となっている。また電極２０は、Ｚ軸上の点から見て矩形となっている。電極２０は、表面から裏面に貫通する孔を複数有しており、空気および音の通過が可能となっているが、図面においては、この孔の図示を省略している。本実施形態においては、電極２０のＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さは弾性部材３０と同じとなっている。また、振動体１０と同様に電極２０についても、導電性を有する金属を圧延して膜状にした構成であってもよい。
【００１６】
保護部材６０は、絶縁性を有する布である。保護部材６０は、Ｚ軸上の点から見て矩形となっており、空気及び音の通過が可能となっている。なお、本実施形態においては、保護部材６０のＸ軸方向の長さとＹ軸方向の長さは弾性部材３０と同じとなっている。
【００１７】
（静電型スピーカ１の構造）
次に静電型スピーカ１の構造について説明する。静電型スピーカ１においては、振動体１０は、弾性部材３０Ｕの下面と弾性部材３０Ｌの上面との間に配置されている。なお、振動体１０は、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌに接着されており、接着剤が塗布された部分より内側は弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌに固着されていない状態となっている。また、弾性部材３０Ｕと弾性部材３０Ｌ同士も、縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて互いに固着されている。
【００１８】
電極２０Ｕは、弾性部材３０Ｕの上面に接着されている。また、電極２０Ｌは、弾性部材３０Ｌの下面に接着されている。電極２０Ｕは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて弾性部材３０Ｕに接着されており、電極２０Ｌは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて弾性部材３０Ｌに接着されている。電極２０は、接着剤が塗布された部分より内側は弾性部材３０に固着されていない状態となっている。また、電極２０Ｕは、導電膜のある側が弾性部材３０Ｕに接しており、電極２０Ｌは、導電膜のある側が弾性部材３０Ｌに接している。
【００１９】
保護部材６０Ｕは、電極２０Ｕの上面に接着されている。また、保護部材６０Ｌは、電極２０Ｌの下面に接着されている。保護部材６０Ｕは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて電極２０Ｕに接着されており、保護部材６０Ｌは、左右方向の縁と奥行き方向の縁から内側へ数ｍｍの幅で接着剤が塗布されて電極２０Ｌに接着されている。保護部材６０は、接着剤が塗布された部分より内側は電極２０に固着されていない状態となっている。
【００２０】
（静電型スピーカ１に係る電気的構成）
次に、静電型スピーカ１に係る電気的構成について説明する。図４に示したように、静電型スピーカ１を駆動する駆動回路１００は、増幅部１３０、第１変圧器１１０、第２変圧器１１１、交流電源１２０、及び雌型の第１コネクター１４０を備えている。
【００２１】
増幅部１３０は、入力される音響信号を増幅して出力する増幅手段である。増幅部１３０は、保護抵抗Ｒ１１と保護抵抗Ｒ１２を介して第１変圧器１１０の一次側コイルの端子Ｔ１４と端子Ｔ１５に接続されている。増幅部１３０で増幅された交流の音響信号は、第１変圧器１１０へ供給される。
第１変圧器１１０は、増幅部１３０から供給される音響信号を昇圧する変圧器である。第１変圧器１１０の二次側コイルの一方の端子Ｔ１１は、第１コネクター１４０の１番端子に接続され、第１変圧器１１０の二次側コイルの他方の端子Ｔ１２は、第１コネクター１４０の３番端子に接続されている。また、第１変圧器１１０の二次側コイルのセンタータップＴ１３は、駆動回路１００のグラウンドＧＮＤに接続されている。
【００２２】
交流電源１２０は、交流信号を出力するものであり、第２変圧器１１１の一次側コイルの一方の端子Ｔ２４と、第２変圧器１１１の一次側コイルの他方の端子Ｔ２５に接続されている。なお、本実施形態では交流電源１２０は、正弦波の交流信号を出力するが、交流電源１２０が出力する交流信号は、交流であれば正弦波のものに限定されず、矩形波や三角波などであってもよい。
第２変圧器１１１は、交流電源１２０から一次側コイルに供給された交流信号を昇圧して出力する変圧器である。第２変圧器１１１の二次側コイルの一方の端子Ｔ２１は、第１コネクター１４０の５番端子に接続され、第２変圧器１１１の二次側コイルの他方の端子Ｔ２２は、第１コネクター１４０の７番端子及びグラウンドＧＮＤに接続されている。
なお、第１コネクター１４０の２番端子、４番端子及び６番端子は、駆動回路１００のグラウンドＧＮＤに接続されている。
交流電源１２０と第２変圧器１１１は、静電型スピーカ１へ交流信号を出力する交流信号出力部１８０として機能する。
【００２３】
次に静電型スピーカ１の電気的構成について説明する。雄型の第２コネクター１４１の１番端子はケーブルで電極２０Ｕに接続され、第２コネクター１４１の３番端子はケーブルで電極２０Ｌに接続されている。また、第２コネクター１４１の５番端子はケーブルでダイオードＤ１のアノードに接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、抵抗器Ｒ１の一端とコンデンサＣ１のプラス電極に接続されている。コンデンサＣ１のマイナス電極は、第２コネクター１４１の７番端子に接続されている。また、抵抗器Ｒ１の他端は、振動体１０に接続されている。なお、第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１においては、各端子間は絶縁されている。
【００２４】
（実施形態の動作）
駆動回路１００で静電型スピーカ１を駆動する際には、まず雄型の第２コネクター１４１が雌型の第１コネクター１４０に嵌められる。第１コネクター１４０に第２コネクター１４１が嵌められると各コネクターの同じ番号の端子同士が接続され、端子Ｔ１１と電極２０Ｕが接続され、端子Ｔ１２と電極２０Ｌが接続される。第１変圧器１１０のセンタータップＴ１３はグラウンドＧＮＤに接続されているため、増幅部１３０に入力された音響信号の振幅が０Ｖの状態では、端子Ｔ１１と端子Ｔ１２の電圧は０Ｖとなる。
【００２５】
また、第１コネクター１４０に第２コネクター１４１が嵌められると第２変圧器１１１の端子Ｔ２１がダイオードＤ１のアノードに接続され、第２変圧器１１１の端子Ｔ２２がコンデンサＣ１のマイナス電極に接続される。端子Ｔ２１と端子Ｔ２２からは、交流電源１２０から出力されて第２変圧器１１１で昇圧された交流信号が出力されており、この昇圧された交流信号が第１コネクター１４０の５番端子と７番端子を介して静電型スピーカ１側へ供給される。
静電型スピーカ１においては、ダイオードＤ１とコンデンサＣ１とで直流信号生成部２００が構成されている。このため、ダイオードＤ１で整流された交流信号の波形は図５（ａ）の波形となる。また、図５（ａ）で示した波形の信号がコンデンサＣ１で平滑されると、コンデンサＣ１のプラス電極側の波形は図５（ｂ）に示したように脈流となり、この電圧が抵抗器Ｒ１を介して振動体１０に印加される。
【００２６】
例えば、駆動回路１００において直流で３５０Ｖのバイアス電圧を生成し、このバイアス電圧を第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１を介して振動体１０へ供給する場合には、コネクターの定格電圧が３５０Ｖ以上のものを使用する必要がある。一方、本実施形態では、第１コネクター１４０及び第２コネクター１４１の５番端子と７番端子においては、第２変圧器１１１で昇圧された交流信号の波高値が例えば３５０Ｖであると、この実効値は３５０Ｖ／√２＝約２５０Ｖとなる。このため、直流で３５０Ｖのバイアス電圧を駆動回路から供給する場合と比較すると、定格電圧の低いコネクターを使用することができる。
また、本実施形態において第２変圧器１１１で昇圧された交流信号の波高値が例えば３５０Ｖである場合、抵抗器Ｒ１の抵抗値が高抵抗（例えば１０ＭΩ）であると、振動体１０に流れる電流が少ないため、ダイオードＤ１で整流されてコンデンサＣ１で平滑化された脈流の信号は、ほぼ３５０Ｖを維持したままとなり、直流で３５０Ｖのバイアス電圧を駆動回路から印加しているのと同じ状態になる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、抵抗器Ｒ１の抵抗値を１０ＭΩ、コンデンサＣ１の容量を０．０１μＦ〜１μＦとすると、時定数は０．１秒〜１０秒となる。平滑化された後の電圧として波高値の３５０Ｖに近い電圧を維持するには、第２変圧器１１１から出力される交流信号の周期を、この時定数より２桁以上短い周期とすればよく、交流電源１２０から出力される信号の周波数を１ｋＨｚ以上とすればよい。
【００２８】
次に、音響信号の振幅が０Ｖから変化した場合について説明する。増幅部１３０に交流の音響信号が入力されると、入力された音響信号が増幅されて第１変圧器１１０の一次側に供給される。昇圧手段である第１変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ１２から出力される音響信号は、第１変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ１１から出力される音響信号とは振幅が同じで信号の極性が逆となる。
【００２９】
増幅部１３０にプラスの音響信号が入力されると、第１変圧器１１０の二次側の端子Ｔ１１から出力される音響信号の極性がプラスとなり、端子Ｔ１２から出力される音響信号の極性がマイナスとなる。ここで、音響信号の振幅が０Ｖの場合と比較すると、振動体１０と電極２０Ｕとの間の静電引力が弱まる一方、振動体１０と電極２０Ｌとの間の静電引力が強くなる。すると振動体１０は、電極２０Ｕ側に作用する静電引力と電極２０Ｌ側に作用する静電引力との差に応じて電極２０Ｌ側（Ｚ軸方向と反対方向）へ変位する。
【００３０】
また、増幅部にマイナスの音響信号が入力されると、第１変圧器１１０の二次側の端子Ｔ１１から出力される音響信号の極性がマイナスとなり、端子Ｔ１２から出力される音響信号の極性がマイナスとなる。ここで、音響信号の振幅が０Ｖの場合と比較すると、振動体１０と電極２０Ｌとの間の静電引力が弱まる一方、振動体１０と電極２０Ｕとの間の静電引力が強くなる。すると振動体１０は、電極２０Ｕ側に作用する静電引力と電極２０Ｌ側に作用する静電引力との差に応じて電極２０Ｕ側（Ｚ軸方向と反対方向）へ変位する。
【００３１】
このように振動体１０は、音響信号に応じて図のＺ軸の正の方向とＺ軸の負の方向に変位し(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）に応じた音波が振動体１０から発生する。発生した音波は、音響透過性を有する弾性部材３０、電極２０及び保護部材６０を通過して静電型スピーカ１の外部に音として放射される。
【００３２】
以上説明したように本実施形態においては、駆動回路１００から交流信号を出力し、静電型スピーカ１側で交流信号を整流して直流のバイアス電圧を作り出している。交流信号をコネクターで供給する場合、交流信号の実効値が定格電圧以下となっていればよいため、駆動回路から直流のバイアス電圧を出力する場合と比較すると、交流信号の波高値が直流のバイアス電圧と同じであっても、定格電圧の低いコネクターを使用することができる。
また、本実施形態においては、充電されたコンデンサＣ１から流れる電流が少ないため、交流信号の波高値と同等の直流電圧をバイアス電圧として振動体１０に印加することができ、コネクターの定格電圧より高い直流の電圧のバイアス電圧を振動体１０に印加することができる。
【００３３】
［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。なお、上述した実施形態および以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。
【００３４】
（変形例１）
図６は、本発明の変形例に係る駆動回路１００Ａの構成を示した図である。上述した実施形態と比較すると、駆動回路１００Ａは、制御部１５０とスイッチ部１６０を備えている点で相違しており、他の構成は同じである。なお、図６においては、駆動回路１００と同じ構成については同じ符号を付している。
【００３５】
スイッチ部１６０は、交流電源１２０と第２変圧器１１１との間を電気的に切断又は接続する開閉器である。スイッチ部１６０は、制御部１５０によりオフにされると、交流電源１２０と第２変圧器１１１の端子Ｔ２４との間を電気的に切断する。また、スイッチ部１６０は、制御部１５０によりオンにされると、交流電源１２０と第２変圧器１１１の端子Ｔ２４との間を電気的に接続する。制御部１５０は、本実施形態ではマイクロコンピュータであり、スイッチ部１６０を制御する。制御部１５０は、スイッチ部１６０がオンとオフとを交互に繰り返すようにスイッチ部１６０を制御する。つまり、交流電源１２０から出力された交流信号は、制御部１５０とスイッチ部１６０により構成された信号供給部１７０によって間欠的に第２変圧器１１１へ供給される。なお、本変形例においては、信号供給部１７０、交流電源１２０及び第２変圧器１１１が、静電型スピーカ１へ交流信号を出力する交流信号出力部として機能する。
【００３６】
具体的には、制御部１５０は、スイッチ部１６０を一定の時間ｔ１の間はオンとした後、一定の時間ｔ２の間はオフとする制御を繰り返す。すると、交流電源１２０から常時出力されている交流信号は、時間ｔ１の間は第２変圧器１１１へ供給されて昇圧され、昇圧された交流信号が直流信号生成部２００へ供給される。一方、時間ｔ２の間においては交流電源１２０から出力された交流信号が第２変圧器１１１へ供給されないため、駆動回路１００Ａから直流信号生成部２００へ交流信号が供給されないこととなる。制御部１５０は、スイッチ部１６０をオン（時間ｔ１）、オフ（時間ｔ２）、オン（時間ｔ１）、オフ（時間ｔ２）、・・・、というように交互に制御するため、第２変圧器１１１で昇圧された交流信号は時間ｔ２の間隔を空けて直流信号生成部２００へ間欠的に供給される。
第２変圧器１１１が交流信号を昇圧して交流信号が直流信号生成部２００へ供給されている間は、第２変圧器１１１で昇圧された交流信号が静電型スピーカ１側の直流信号生成部で整流され、整流された信号の波形は図７（ａ）に示したようになる。
なお、静電型スピーカ１の静電容量を０．００５μＦ〜０．５μＦとし、抵抗器Ｒ１の抵抗値を１０ＭΩとすると、時定数は０．０５秒〜５秒となる。時間ｔ１をこの時定数の１０倍〜１００倍の時間（５秒〜５００秒）にすれば、コンデンサＣ１が十分に充電されることになる。
【００３７】
次に図７（ｂ）は、コンデンサＣ１のプラス電極側の電圧の波形を示した図である。静電型スピーカ１に交流信号が供給されている時間ｔ１の間においてはコンデンサＣ１が充電される。この後に交流信号の供給が停止されると、時間ｔ２の間においては、コンデンサＣ１の放電によりバイアス電圧が振動体１０に印加される。なお、静電型スピーカ１においては、電極２０と振動体１０との間の漏れ電流が非常に小さいため、直流信号生成部から供給されて振動体１０に溜まった電荷は急激に減少することがなく、例えば、バイアス電圧が５０Ｖほど低下するまでの時間ｔ２は１時間程度である。静電型スピーカ１においては、バイアス電圧が変化すると音圧が変化するが、時間の経過に伴うバイアス電圧の低下は前述したように１時間で５０Ｖ程度と小さいため、バイアス電圧の変動による音圧の変動は利用者には認識されにくい。このため、バイアス電圧が５０Ｖほど低下しても、音圧の変動を利用者に認識されることがない。
【００３８】
また、直流のバイアス電圧を駆動回路から振動体へ印加する従来の技術では、直流のバイアス電圧を駆動回路から印加し続けるため電力を消費するが、本変形例においては、バイアス電圧を作り出すための交流信号を駆動回路１００Ａから静電型スピーカ１へ常時供給するのではなく間欠的に供給するため、従来の構成と比較すると消費電力を抑えることができる。また、本変形例においても、静電型スピーカ１側で交流信号を整流して直流のバイアス電圧を作り出しているため、上述した実施形態と同様に定格電圧の低いコネクターを使用することができる。
【００３９】
（変形例２）
上述した実施形態においては、静電型スピーカ１が備える直流信号生成部の整流回路は、半波整流の回路に限定されるものではなく、全波整流回路やブリッジ型全波整流回路、センタータップ型の全波整流回路など、他の整流回路であってもよい。
【００４０】
（変形例３）
図６に示した駆動回路１００Ａにおいては、スイッチ部１６０を制御して交流電源１２０と第２変圧器１１１との間の切断と接続を交互に繰り返すことにより交流信号を間欠的に出力しているが、第２変圧器１１１の二次側コイルの端子と第１コネクター１４０との間にスイッチ部１６０を設け、このスイッチ部１６０を制御部１５０で制御して交流信号を間欠的に出力するようにしてもよい。
また、スイッチ部１６０を設けずに、制御部１５０が交流電源１２０を直接制御することにより、交流電源１２０から交流信号を間欠的に出力させるようにしてもよい。
【００４１】
（変形例４）
上述した実施形態においては、静電型スピーカ１はプッシュプル型となっているが、静電型スピーカ１はシングル型であってもよい。なお、プッシュプル型の場合、振幅が同じで極性が異なる一対の信号を静電型スピーカへ供給するが、静電型スピーカがシングル型の場合には、端子Ｔ１１または端子Ｔ１２から出力された信号を静電型スピーカへ供給する。
【００４２】
（変形例５）
上述した実施形態においては、電極、振動体及び弾性部材を積層した構成を、音響信号を音に変換する静電型のスピーカとしているが、この構成は、音を音響信号に変換する静電型のマイクロフォン（静電型電気音響変換器）とすることも可能である。
図８は、本変形例に係る静電型マイクロフォン２と、静電型マイクロフォン２で収音された音を表す音響信号を生成する音響信号生成回路１００Ｂの構成を示した図である。本変形例においては、静電型マイクロフォン２は、前述の静電型スピーカ１と同じ部材を備えているため、静電型マイクロフォン２を構成する部材には、静電型スピーカ１の各部材と同じ符号を付し、その説明を省略する。また、音響信号生成回路１００Ｂの構成は、信号が流れる方向が駆動回路１００と異なる以外は、駆動回路１００と同じであるため、音響信号生成回路１００Ｂが備える部品には駆動回路１００が備える部品と同じ符号を付し、各部品の説明を省略する。なお、変圧器１１０の変圧比や各抵抗器の抵抗値は適宜調整される。
【００４３】
静電型マイクロフォン２においては、導体である電極２０と導体である振動体１０は距離をおいて向かいあって配置されており、電極２０と振動体１０は平行平板の導体によって構成されたコンデンサとして機能している。振動体１０にはバイアス電圧が印加されているため、静電型マイクロフォン２に音が到達していない状態においては、このコンデンサに一定の電荷が溜まった状態となる。
静電型マイクロフォン２に音が到達した場合、到達した音によって振動体１０が振動する。振動体１０が振動すると、振動体１０と電極２０Ｕ，２０Ｌとの間の距離が変わるため、振動体１０と電極２０との間の静電容量に変化が生じる。
【００４４】
例えば、振動体１０が電極２０Ｕ側に変位すると、電極２０Ｕと振動体１０との間の距離が短くなり、電極２０Ｕと振動体１０との間の静電容量が大きくなる。また、電極２０Ｌと振動体１０との間の距離が長くなり、電極２０Ｌと振動体１０との間の静電容量が小さくなる。このように静電容量が変化すると、電極２０Ｕと振動体１０との電位差が小さくなるように電極２０Ｕの電位が変化し、電極２０Ｌと振動体１０との電位差が大きくなるように電極２０Ｌの電位が変化する。ここで、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間で電位差が生じるため、変圧器１１０の二次側コイルには電流が流れる。
【００４５】
また、振動体１０が電極２０Ｌ側に変位すると、電極２０Ｌと振動体１０との間の距離が短くなり、電極２０Ｌと振動体１０との間の静電容量が大きくなる。また、電極２０Ｕと振動体１０との間の距離が長くなり、電極２０Ｕと振動体１０との間の静電容量が小さくなる。すると、電極２０Ｌと振動体１０との電位差が小さくなるように電極２０Ｌの電位が変化し、電極２０Ｕと振動体１０との電位差が大きくなるように電極２０Ｕの電位が変化する。ここで、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間で電位差が生じ、変圧器１１０の二次側コイルには、振動体１０が電極２０Ｕの方向に変位したときとは逆の方向に電流が流れる。
【００４６】
変圧器１１０の二次側コイルに電流が流れると、この電流に対応して変圧器１１０の一次側コイルにも電流が流れる。一次側コイルに流れた信号は、増幅部１３０で増幅され、増幅された信号が静電型マイクロフォン２で収音された音を表す音響信号として増幅部１３０から出力される。
【００４７】
なお、本変形例においては、変圧器１１０のインピーダンスが低い場合には、静電型マイクロフォン２の負荷容量の影響により、低い周波数における周波数特性が低下する場合がある。この場合、変圧器１１０に替えてインピーダンスの高いアンプを電極２０Ｕ，２０Ｌに接続し、周波数特性の低下を抑えるようにしてもよい。
また、図６の構成にあっても、上述した変形例と同様に信号の流れる方向を変更すれば、静電型マイクロフォン２から得られる信号を変圧器１１０及び増幅部１３０により音響信号として出力することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１…静電型スピーカ、２…静電型マイクロフォン、１０…振動体、２０，２０Ｕ，２０Ｌ…電極、３０，３０Ｕ，３０Ｌ…弾性部材、６０，６０Ｕ，６０Ｌ…保護部材、１００，１００Ａ…駆動回路、１００Ｂ…音響信号生成回路、１１０…第１変圧器、１１１…第２変圧器、１２０…交流電源、１３０…増幅部、１３０…増幅部、１４０…第１コネクター、１４１…第２コネクター、１５０…制御部、１６０…スイッチ部、１７０…信号供給部、１８０…交流信号出力部、２００…直流信号生成部、Ｒ１…抵抗器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号を出力する交流信号出力部
を有する駆動回路と、
前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、
音響信号が供給される電極と、
前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給される振動体と、
を有する静電型電気音響変換器と、
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項２】
交流信号を出力する交流信号出力部
を有する駆動回路と、
前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、
電極と、
前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給され、到達する音に応じて振動する振動体と、
を有する静電型電気音響変換器と、
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記交流信号を間欠的に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電型電気音響変換システム。
【請求項１】
交流信号を出力する交流信号出力部
を有する駆動回路と、
前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、
音響信号が供給される電極と、
前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給される振動体と、
を有する静電型電気音響変換器と、
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項２】
交流信号を出力する交流信号出力部
を有する駆動回路と、
前記交流信号出力部から出力された交流信号から直流信号を生成する直流信号生成部と、
電極と、
前記電極に対向し、前記直流信号生成部で生成された直流信号が供給され、到達する音に応じて振動する振動体と、
を有する静電型電気音響変換器と、
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記交流信号を間欠的に出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電型電気音響変換システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４８４０２（Ｐ２０１３−４８４０２Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４８８２４（Ｐ２０１２−１４８８２４）
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２日（２０１２．７．２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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