駆動回路および静電型電気音響変換システム
【課題】人体が静電型電気音響変換器の電極に触れても感電しないようにする。
【解決手段】発振器１４０から出力された正弦波の信号は導電膜５０Ｕ，５０Ｌに供給される。音響信号は、アンプ部１３０で増幅され、変圧器１１０で昇圧されて静電型スピーカの電極２０Ｕ，２０Ｌに出力される。導電膜５０Ｕ，５０Ｌに人体が近づくと、コンデンサＣ１に掛かる電圧が増加する。コンデンサＣ１に掛かる電圧は増幅回路２１０で増幅されて制御部２３０で測定される。制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値が予め定められた閾値を超えると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持するように制御する。これにより、音響信号の静電型スピーカ１への出力が停止される。
【解決手段】発振器１４０から出力された正弦波の信号は導電膜５０Ｕ，５０Ｌに供給される。音響信号は、アンプ部１３０で増幅され、変圧器１１０で昇圧されて静電型スピーカの電極２０Ｕ，２０Ｌに出力される。導電膜５０Ｕ，５０Ｌに人体が近づくと、コンデンサＣ１に掛かる電圧が増加する。コンデンサＣ１に掛かる電圧は増幅回路２１０で増幅されて制御部２３０で測定される。制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値が予め定められた閾値を超えると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持するように制御する。これにより、音響信号の静電型スピーカ１への出力が停止される。
【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及び静電型電気音響変換器に係る回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているコンデンサ型のヘッドホンは、固定極に電圧を印加する成極電圧出力部がヘッドホンの筐体内部に収納されている。ヘッドホン外部に成極電圧出力部があると、ヘッドホンと成極電圧出力部とを接続するケーブルが必要となる。この場合、ケーブルを接続する端子に人体が触れてしまうと感電する虞がある。特許文献１に開示されたヘッドホンでは、成極電圧出力部がヘッドホンの筐体内部にある。このため、ヘッドホンと成極電圧出力部とをユーザがケーブルで接続する必要がなく、感電する虞が低くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４１５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されているヘッドホンでは、固定極に高電圧が印加されているため、固定極に人体が触れると感電する虞がある。特許文献１の発明おいては、固定極と成極電圧出力部との間に人体が触れて感電する可能性が低いものの、固定極に触れて感電することについては、何ら対策がなされていない。
なお、固定極と振動板と備える構成は、コンデンサ型のマイクロフォンとしても用いることができる。マイクロフォンとして用いる場合には、振動板に到達した音に対応した信号を固定極から得ることができるが、マイクロフォンとして用いた場合においても、スピーカの場合と同様に感電の虞がある。
【０００５】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、その目的は、人体が静電型電気音響変換器の電極に触れても感電しないようにすることにある。
【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、入力される音響信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された音響信号を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧された音響信号を静電型スピーカの固定極へ出力する出力手段と、予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記固定極を挟んで前記静電型スピーカの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記固定極への前記音響信号の出力を停止する制御手段とを有する駆動回路を提供する。
【０００７】
本発明においては、前記制御手段は、前記増幅手段から前記昇圧手段への前記音響信号の供給を遮断することにより、前記固定極への前記音響信号の出力を停止する構成であってもよい。
【０００８】
また、本発明は、導電性を有する振動体と、前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜とを有する静電型スピーカと、上記のいずれかの構成を備えた駆動回路を備えた静電型電気音響変換システムを提供する。
【０００９】
また、本発明は、静電型マイクロフォンの固定極から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段と、予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記静電型マイクロフォンの固定極を挟んで前記静電型マイクロフォンの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記振動体への電圧の印加を停止する制御手段とを有する駆動回路を提供する。
【００１０】
また、本発明は、導電性を有する振動体と、前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜とを有する静電型マイクロフォンと、静電型マイクロフォンの固定極から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段と、予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記静電型マイクロフォンの固定極を挟んで前記静電型マイクロフォンの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記振動体への電圧の印加を停止する制御手段とを有する駆動回路を備えた静電型電気音響変換システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、人体が静電型電気音響変換器の電極に触れても感電しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電型スピーカの外観図。
【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】静電型スピーカ１に係る電気的構成を示した図。
【図５】発振器１４０から大地までの経路の等価回路の図。
【図６】発振器１４０から大地までの経路の等価回路の図。
【図７】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】
【００１３】
［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の電気的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。
【００１４】
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、スペーサ４０Ｕ，４０Ｌ、導電膜５０Ｕ，５０Ｌ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、スペーサ４０Ｕとスペーサ４０Ｌの構成は同じであり、導電膜５０Ｕと導電膜５０Ｌの構成は同じであり、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。
【００１５】
（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）を基材とし、フィルム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。
【００１６】
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。なお、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。
【００１７】
スペーサ４０は、本実施形態においては不織布であって電気を通さず（絶縁性を有し）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、弾性を有している。なお、本実施形態においては、スペーサ４０は、弾性部材３０と同じ素材となっているが、電気を通さず、空気及び音の通過が可能であれば弾性を備えていなくてもよい。また、本実施形態においては、スペーサ４０は、Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の長さが弾性部材３０と同じとなっている。
【００１８】
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）を基材とし、フィルム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。電極２０は、Ｚ軸上の点から見て矩形となっており、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。なお、図面においては、この孔の図示を省略している。なお、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。
【００１９】
導電膜５０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）を基材とし、フィルム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おり、表面から裏面に貫通した複数の孔が設けられている。なお、本実施形態では、振動体１０が振動することにより静電型スピーカ１から音が放射されるが、導電膜５０に孔を設けない場合には、静電型スピーカ１が放射する音の周波数特性に影響を与えないように厚みを１０μｍ程度とするのが好ましい。また、振動体１０と同様に導電膜５０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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。なお、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。なお、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。
【００２３】
スペーサ４０Ｕは、電極２０Ｕの上面に接着されている。また、スペーサ４０Ｌは、電極２０Ｌの下面に接着されている。なお、スペーサ４０Ｕ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、スペーサ４０Ｌ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。なお、スペーサ４０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。
【００２４】
導電膜５０Ｕは、スペーサ４０Ｕの上面に接着されている。また、導電膜５０Ｌは、スペーサ４０Ｌの下面に接着されている。なお、導電膜５０Ｕ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スペーサ４０Ｕに接着されており、導電膜５０Ｌ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スペーサ４０Ｌに接着されている。なお、導電膜５０は、接着剤が塗布された部分より内側はスペーサ４０に固着されていない状態となっている。
【００２５】
保護部材６０Ｕは、導電膜５０Ｕの上面に接着されている。また、保護部材６０Ｌは、導電膜５０Ｌの下面に接着されている。なお、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導電膜５０Ｕ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導電膜５０Ｌに接着されている。なお、保護部材６０は、接着剤が塗布された部分より内側は導電膜５０に固着されていない状態となっている。
【００２６】
（静電型スピーカ１の電気的構成）
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には、アンプ部１３０、変圧器１１０、振動体１０に対して直流バイアスを与えるバイアス電源１２０、発振器１４０及び増幅回路２１０を備えた駆動回路１００が接続される。
【００２７】
電極２０Ｕは、変圧器１１０の二次側の端子Ｔ１に接続され、電極２０Ｌは、変圧器１１０の二次側のもう一方の端子Ｔ２に接続される。端子Ｔ１と端子Ｔ２は、静電型スピーカ１へ音響信号を出力する出力手段として機能する。また、振動体１０は、抵抗器Ｒ１を介してスイッチＳＷ３に接続される。スイッチＳＷ３は、バイアス電源１２０に接続されている。変圧器１１０の中点の端子Ｔ３は、抵抗器Ｒ２を介してアンプ部１３０の基準電位であるグラウンドＧＮＤ１に接続されている。
【００２８】
アンプ部１３０には音響信号が入力される。アンプ部１３０は、入力された音響信号を増幅し、増幅された音響信号を出力する増幅手段である。アンプ部１３０は、音響信号を出力するための端子ＴＡ１，ＴＡ２を有しており、端子ＴＡ１は、スイッチＳＷ１に接続され、端子ＴＡ２は、スイッチＳＷ２に接続されている。スイッチＳＷ１は、抵抗器Ｒ３を介して変圧器１１０の一次側の端子Ｔ４に接続され、スイッチＳＷ２は、抵抗器Ｒ４を介して変圧器１１０の一次側のもう一方の端子Ｔ５に接続されている。
【００２９】
発振器１４０は、予め定められた振幅で且つ予め定められた一定の周波数の信号を生成する信号生成手段であり、コンデンサＣ１に接続されている。発振器１４０は、例えば振幅が１Ｖの正弦波の信号を生成して出力する。なお、発振器１４０から出力される信号の振幅は１Ｖに限定されるものではなく１Ｖを超えるもの又は１Ｖ未満のものであってもよい。
【００３０】
増幅回路２１０は、人体が導電膜５０に近づいたことを検知するために設けられた回路である。具体的には、増幅回路２１０は、コンデンサＣ１に掛かる電圧を増幅する回路であり、オペアンプ１３１、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ５〜Ｒ８で構成されている。
コンデンサＣ１において発振器１４０に接続されている側（一端）は、抵抗器Ｒ６が接続されており、コンデンサＣ１において発振器１４０に接続されている側と反対側（他端）は、抵抗器Ｒ５と導電膜５０Ｕ，５０Ｌが接続されている。なお、コンデンサＣ１の静電容量は、人体の静電容量と同じ静電容量に設定されている。また、抵抗器Ｒ５においてコンデンサＣ１に接続されている側と反対側は、オペアンプ１３１の反転入力端子に接続され、抵抗器Ｒ６においてコンデンサＣ１に接続されている側と反対側は、オペアンプ１３１の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗器Ｒ７の一端は、オペアンプ１３１の非反転入力端子に接続され、他端は、増幅回路２１０のグラウンドＧＮＤ２に接続されている。なお、グラウンドＧＮＤ２は、本実施形態においては、大地に接続されているのが好ましい。また、抵抗器Ｒ８の一端は、オペアンプ１３１の反転入力端子に接続され、抵抗器Ｒ８の他端は、オペアンプ１３１の出力端子に接続されている。
【００３１】
オペアンプ１３１の出力端子は、制御部２３０に接続されている。コンデンサＣ１に掛かる電圧が変化すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧がコンデンサＣ１に掛かる電圧に応じて変化する。具体的には、コンデンサＣ１に掛かる電圧が増加すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧も増加し、コンデンサＣ１に掛かる電圧が減少すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧も減少する。
【００３２】
制御部２３０は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に接続されている。制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値を測定する。制御部２３０は、測定した電圧が予め定められた閾値以下である場合にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が閉となるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する。また、制御部２３０は、測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開となるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持する。つまり、制御部２３０は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する制御手段としても機能する。また、増幅回路２１０は、コンデンサＣ１に掛かる電圧を増幅し、制御部２３０は、増幅回路２１０の出力を測定しており、増幅回路２１０と制御部２３０の組み合わせでコンデンサＣ１に掛かる電圧を測定している。つまり、増幅回路２１０と制御部２３０は、コンデンサＣ１に掛かる電圧を測定する測定手段として機能する。
【００３３】
（静電型スピーカ１の動作）
次に、静電型スピーカ１の動作について説明する。アンプ部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変圧器１１０の一次側に供給される。そして、供給された電圧によって電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じると、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間にある振動体１０には、電極２０Ｕと電極２０Ｌのいずれかの側へ引き寄せられるような静電力が働く。
【００３４】
具体的には、昇圧手段である変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ２から出力される音響信号は、変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ１から出力される音響信号とは信号の極性が逆となる。端子Ｔ１からプラスの音響信号が出力され、端子Ｔ２からマイナスの音響信号が出力されると、電極２０Ｕにはプラスの電圧が印加され、電極２０Ｌにはマイナスの電圧が印加される。振動体１０にはバイアス電源１２０によりプラスの電圧が印加されているため、振動体１０は、プラスの電圧が印加されている電極２０Ｕとの間の静電引力が弱まる一方、マイナスの電圧が印加されている電極２０Ｌとの間の静電引力が強くなるため、振動体１０に加わる静電引力の差に応じて電極２０Ｌ側に吸引力が働き、電極２０Ｌ側（Ｚ方向と反対方向）へ変位する。
【００３５】
また、端子Ｔ１からマイナスの音響信号が出力され、端子Ｔ２からプラスの音響信号が出力されると、電極２０Ｕにはマイナスの電圧が印加され、電極２０Ｌにはプラスの電圧が印加される。振動体１０にはバイアス電源１２０によりプラスの電圧が印加されているため、振動体１０は、プラスの電圧が印加されている電極２０Ｌとの間の静電引力は弱まり、マイナスの電圧が印加されている電極２０Ｕとの間の静電引力は強まる。振動体１０に加わる静電引力の差に応じて、電極２０Ｕ側に吸引力が働き電極２０Ｕ側（Ｚ軸方向）へ変位する。
【００３６】
このように、振動体１０が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、スペーサ４０、導電膜５０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。
【００３７】
次に、人体が導電膜５０Ｕに近づいた時の増幅回路２１０の動作について説明する。図５は、人体を静電容量がＣｍのコンデンサＣ３とし、人体と導電膜５０Ｕとの間を静電容量がＣｄのコンデンサＣ２とした時の、発振器１４０から大地までの経路の等価回路である。図５に示したように、本実施形態では、発振器１４０から大地までの間にコンデンサＣ１〜Ｃ３が直列に接続された構成となる。ここで、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離が長く、Ｃｄ≒０ｐＦである場合、コンデンサＣ１に掛かる電圧ＶｃはＶｃ≒０Ｖとなる。コンデンサＣ１に掛かる電圧がＶｃ≒０Ｖであると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧Ｖｏは、Ｖｏ≒０Ｖとなる。制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値を測定し、測定した電圧値が予め定められた閾値未満である場合には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が閉となるように各スイッチを制御する。
【００３８】
次に、例えば人体の手の指が導電膜５０Ｕに近づいていくと、コンデンサＣ２のＣｄ（静電容量）が増加する。コンデンサＣ１〜Ｃ３は直列接続であるため、人体が導電膜５０Ｕに近づいてコンデンサＣ２のＣｄ（静電容量）が増加していくと、コンデンサＣ１に掛かる電圧のピーク値も増加していく。コンデンサＣ１に掛かる電圧のピーク値が増加すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧のピーク値も増加することとなる。このように、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離に応じてオペアンプ１３１の出力端子の電圧は変化するため、換言すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値のピーク値は、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離を表している。
【００３９】
制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値を測定し、測定した電圧値が予め定められた閾値を超えたことを検知すると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持するように測定結果に応じて各スイッチを制御する。ここで、電圧値のピーク値は、人体と導電膜との間の距離を表しているため、換言すると、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離が予め定められた距離より近づくと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持するように各スイッチを制御していると言うことができる。なお、人体が導電膜５０Ｕに近づいていくと、発振器１４０から出力される信号の電圧の振幅が１Ｖであり、コンデンサＣ１の静電容量が人体の静電容量のＣｍと同じに設定されているため、コンデンサＣ１に掛かる電圧のピーク値は、０．５Ｖに近づいていく。このため、閾値は、本実施形態では０．５Ｖ未満に設定される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開にされると、変圧器１１０から音響信号が静電型スピーカ１に供給されなくなり、バイアス電源１２０からも振動体１０に対してバイアス電圧が印加されなくなる。つまり、静電型スピーカ１へ電流が流れなくなるため人体が感電することを防止できる。なお、上記では、人体が導電膜５０Ｕに近づいた時の動作について説明したが、人体が導電膜５０Ｌに近づいた時も上記と同様の動作となる。
【００４０】
［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、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。
【００４１】
上述した実施形態においては、制御部２３０はスイッチＳＷ３を制御しているが、スイッチＳＷ３を設けず、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のみを制御するようにしてもよい。
上述した実施形態においては、スイッチＳＷ１を端子Ｔ１と接続し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ２と接続してもよい。この場合、スイッチＳＷ１において端子Ｔ１と接続されている側と反対側の端子が電極２０Ｕに接続され、スイッチＳＷ２において端子Ｔ２と接続されている側と反対側の端子が電極２０Ｌに接続される。
【００４２】
上述した実施形態においては、アンプ部１３０を駆動する図示せぬ電源とアンプ部１３０との間にスイッチを設け、制御部２３０は、入力された信号の電圧が閾値を超えた場合には、このスイッチを開として電源からアンプ部１３０への電力供給を中止するようにしてもよい。この構成においても、アンプ部１３０の駆動が停止されて音響信号が静電型スピーカ１へ供給されなくなるので、人体が感電することを防止できる。
【００４３】
図５の等価回路では、導電膜５０Ｕと電極２０Ｕとの間の静電容量を無視した回路となっているが、導電膜５０Ｕと電極２０Ｕとの間を静電容量がＣｆのコンデンサＣ４とすると、図６に示したように、コンデンサＣ２，Ｃ３に対してコンデンサＣ４が並列な回路となる。この場合、例えば１０ＭΩ以上の抵抗器Ｒ９でグラウンドＧＮＤ１とグラウンドＧＮＤ２とを接続し、増幅回路２１０のグラウンドＧＮＤ２とアンプ部１３０の基準電位であるグラウンドＧＮＤ１とを絶縁してもよい。
【００４４】
上述した実施形態においては、静電型スピーカ１はプッシュプル型であるが、静電型スピーカは、一つの電極２０で振動体１０を振動させるシングル型の静電型スピーカであってもよい。シングル型の場合、電極２０において振動体１０と対向する面側と反対側に導電膜５０を配置し、静電型スピーカを駆動する駆動回路に増幅回路２１０を設ける構成にすれば、上述した実施形態と同様に感電を防止できる。
【００４５】
上述した実施形態では、コンデンサＣ１は、導電膜５０Ｌと導電膜５０Ｕの両方に接続されているが、どちらか一方の導電膜にのみ接続される構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、静電型スピーカ１は、保護部材６０を備えているが、保護部材６０を備えない構成であってもよい。
【００４６】
上述した実施形態においては、電極、振動体、弾性部材及び導電膜を積層した構成を、音響信号を音に変換する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７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２００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２００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２００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の変圧比及び各抵抗器の抵抗値は適宜調整される。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、アンプ部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アンプ部１３０から出力される。つまり、変圧器１１０とアンプ部１３０は電極２０から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段として機能する。
【００５１】
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。この場合、このアンプが電極２０から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段として機能する。
【００５２】
駆動回路１００や音響信号生成回路２００においては、変圧器１１０の端子Ｔ３は、グラウンドＧＮＤに接続されているが、直流電源を接続し、電極２０にバイアス電圧を加えるようにしてもよい。また、この構成の音響信号生成回路２００においては、スイッチＳＷ１を端子Ｔ１と電極２０Ｕとの間に配置し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ２と電極２０Ｌとの間に配置してもよい。そして、このスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御部２３０で制御してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
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、４０，４０Ｕ，４０Ｌ…スペーサ、５０，５０Ｕ，５０Ｌ…導電膜、６０，６０Ｕ，６０Ｌ…保護部材、１００…駆動回路、１１０…変圧器、１２０…バイアス電源、１３０…アンプ部、１４０…発振器、２００…音響信号生成回路、２１０…増幅回路、２３０…制御部、ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ、Ｒ１〜Ｒ９…抵抗器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電型電気音響変換器及び静電型電気音響変換器に係る回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示されているコンデンサ型のヘッドホンは、固定極に電圧を印加する成極電圧出力部がヘッドホンの筐体内部に収納されている。ヘッドホン外部に成極電圧出力部があると、ヘッドホンと成極電圧出力部とを接続するケーブルが必要となる。この場合、ケーブルを接続する端子に人体が触れてしまうと感電する虞がある。特許文献１に開示されたヘッドホンでは、成極電圧出力部がヘッドホンの筐体内部にある。このため、ヘッドホンと成極電圧出力部とをユーザがケーブルで接続する必要がなく、感電する虞が低くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４１５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示されているヘッドホンでは、固定極に高電圧が印加されているため、固定極に人体が触れると感電する虞がある。特許文献１の発明おいては、固定極と成極電圧出力部との間に人体が触れて感電する可能性が低いものの、固定極に触れて感電することについては、何ら対策がなされていない。
なお、固定極と振動板と備える構成は、コンデンサ型のマイクロフォンとしても用いることができる。マイクロフォンとして用いる場合には、振動板に到達した音に対応した信号を固定極から得ることができるが、マイクロフォンとして用いた場合においても、スピーカの場合と同様に感電の虞がある。
【０００５】
本発明は、上述した背景の下になされたものであり、その目的は、人体が静電型電気音響変換器の電極に触れても感電しないようにすることにある。
【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、入力される音響信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段で増幅された音響信号を昇圧する昇圧手段と、前記昇圧手段で昇圧された音響信号を静電型スピーカの固定極へ出力する出力手段と、予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記固定極を挟んで前記静電型スピーカの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記固定極への前記音響信号の出力を停止する制御手段とを有する駆動回路を提供する。
【０００７】
本発明においては、前記制御手段は、前記増幅手段から前記昇圧手段への前記音響信号の供給を遮断することにより、前記固定極への前記音響信号の出力を停止する構成であってもよい。
【０００８】
また、本発明は、導電性を有する振動体と、前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜とを有する静電型スピーカと、上記のいずれかの構成を備えた駆動回路を備えた静電型電気音響変換システムを提供する。
【０００９】
また、本発明は、静電型マイクロフォンの固定極から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段と、予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記静電型マイクロフォンの固定極を挟んで前記静電型マイクロフォンの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記振動体への電圧の印加を停止する制御手段とを有する駆動回路を提供する。
【００１０】
また、本発明は、導電性を有する振動体と、前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜とを有する静電型マイクロフォンと、静電型マイクロフォンの固定極から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段と、予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記静電型マイクロフォンの固定極を挟んで前記静電型マイクロフォンの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記振動体への電圧の印加を停止する制御手段とを有する駆動回路を備えた静電型電気音響変換システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、人体が静電型電気音響変換器の電極に触れても感電しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る静電型スピーカの外観図。
【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】静電型スピーカ１に係る電気的構成を示した図。
【図５】発振器１４０から大地までの経路の等価回路の図。
【図６】発振器１４０から大地までの経路の等価回路の図。
【図７】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】
【００１３】
［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の電気的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。
【００１４】
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、スペーサ４０Ｕ，４０Ｌ、導電膜５０Ｕ，５０Ｌ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、スペーサ４０Ｕとスペーサ４０Ｌの構成は同じであり、導電膜５０Ｕと導電膜５０Ｌの構成は同じであり、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。
【００１５】
（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）を基材とし、フィルム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。
【００１６】
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。なお、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。
【００１７】
スペーサ４０は、本実施形態においては不織布であって電気を通さず（絶縁性を有し）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、弾性を有している。なお、本実施形態においては、スペーサ４０は、弾性部材３０と同じ素材となっているが、電気を通さず、空気及び音の通過が可能であれば弾性を備えていなくてもよい。また、本実施形態においては、スペーサ４０は、Ｘ軸方向の長さとＹ軸方向の長さが弾性部材３０と同じとなっている。
【００１８】
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）を基材とし、フィルム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。電極２０は、Ｚ軸上の点から見て矩形となっており、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。なお、図面においては、この孔の図示を省略している。なお、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。
【００１９】
導電膜５０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）を基材とし、フィルム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おり、表面から裏面に貫通した複数の孔が設けられている。なお、本実施形態では、振動体１０が振動することにより静電型スピーカ１から音が放射されるが、導電膜５０に孔を設けない場合には、静電型スピーカ１が放射する音の周波数特性に影響を与えないように厚みを１０μｍ程度とするのが好ましい。また、振動体１０と同様に導電膜５０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。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。なお、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。なお、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。
【００２３】
スペーサ４０Ｕは、電極２０Ｕの上面に接着されている。また、スペーサ４０Ｌは、電極２０Ｌの下面に接着されている。なお、スペーサ４０Ｕ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、スペーサ４０Ｌ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。なお、スペーサ４０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。
【００２４】
導電膜５０Ｕは、スペーサ４０Ｕの上面に接着されている。また、導電膜５０Ｌは、スペーサ４０Ｌの下面に接着されている。なお、導電膜５０Ｕ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スペーサ４０Ｕに接着されており、導電膜５０Ｌ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スペーサ４０Ｌに接着されている。なお、導電膜５０は、接着剤が塗布された部分より内側はスペーサ４０に固着されていない状態となっている。
【００２５】
保護部材６０Ｕは、導電膜５０Ｕの上面に接着されている。また、保護部材６０Ｌは、導電膜５０Ｌの下面に接着されている。なお、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導電膜５０Ｕ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導電膜５０Ｌに接着されている。なお、保護部材６０は、接着剤が塗布された部分より内側は導電膜５０に固着されていない状態となっている。
【００２６】
（静電型スピーカ１の電気的構成）
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には、アンプ部１３０、変圧器１１０、振動体１０に対して直流バイアスを与えるバイアス電源１２０、発振器１４０及び増幅回路２１０を備えた駆動回路１００が接続される。
【００２７】
電極２０Ｕは、変圧器１１０の二次側の端子Ｔ１に接続され、電極２０Ｌは、変圧器１１０の二次側のもう一方の端子Ｔ２に接続される。端子Ｔ１と端子Ｔ２は、静電型スピーカ１へ音響信号を出力する出力手段として機能する。また、振動体１０は、抵抗器Ｒ１を介してスイッチＳＷ３に接続される。スイッチＳＷ３は、バイアス電源１２０に接続されている。変圧器１１０の中点の端子Ｔ３は、抵抗器Ｒ２を介してアンプ部１３０の基準電位であるグラウンドＧＮＤ１に接続されている。
【００２８】
アンプ部１３０には音響信号が入力される。アンプ部１３０は、入力された音響信号を増幅し、増幅された音響信号を出力する増幅手段である。アンプ部１３０は、音響信号を出力するための端子ＴＡ１，ＴＡ２を有しており、端子ＴＡ１は、スイッチＳＷ１に接続され、端子ＴＡ２は、スイッチＳＷ２に接続されている。スイッチＳＷ１は、抵抗器Ｒ３を介して変圧器１１０の一次側の端子Ｔ４に接続され、スイッチＳＷ２は、抵抗器Ｒ４を介して変圧器１１０の一次側のもう一方の端子Ｔ５に接続されている。
【００２９】
発振器１４０は、予め定められた振幅で且つ予め定められた一定の周波数の信号を生成する信号生成手段であり、コンデンサＣ１に接続されている。発振器１４０は、例えば振幅が１Ｖの正弦波の信号を生成して出力する。なお、発振器１４０から出力される信号の振幅は１Ｖに限定されるものではなく１Ｖを超えるもの又は１Ｖ未満のものであってもよい。
【００３０】
増幅回路２１０は、人体が導電膜５０に近づいたことを検知するために設けられた回路である。具体的には、増幅回路２１０は、コンデンサＣ１に掛かる電圧を増幅する回路であり、オペアンプ１３１、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ５〜Ｒ８で構成されている。
コンデンサＣ１において発振器１４０に接続されている側（一端）は、抵抗器Ｒ６が接続されており、コンデンサＣ１において発振器１４０に接続されている側と反対側（他端）は、抵抗器Ｒ５と導電膜５０Ｕ，５０Ｌが接続されている。なお、コンデンサＣ１の静電容量は、人体の静電容量と同じ静電容量に設定されている。また、抵抗器Ｒ５においてコンデンサＣ１に接続されている側と反対側は、オペアンプ１３１の反転入力端子に接続され、抵抗器Ｒ６においてコンデンサＣ１に接続されている側と反対側は、オペアンプ１３１の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗器Ｒ７の一端は、オペアンプ１３１の非反転入力端子に接続され、他端は、増幅回路２１０のグラウンドＧＮＤ２に接続されている。なお、グラウンドＧＮＤ２は、本実施形態においては、大地に接続されているのが好ましい。また、抵抗器Ｒ８の一端は、オペアンプ１３１の反転入力端子に接続され、抵抗器Ｒ８の他端は、オペアンプ１３１の出力端子に接続されている。
【００３１】
オペアンプ１３１の出力端子は、制御部２３０に接続されている。コンデンサＣ１に掛かる電圧が変化すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧がコンデンサＣ１に掛かる電圧に応じて変化する。具体的には、コンデンサＣ１に掛かる電圧が増加すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧も増加し、コンデンサＣ１に掛かる電圧が減少すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧も減少する。
【００３２】
制御部２３０は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に接続されている。制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値を測定する。制御部２３０は、測定した電圧が予め定められた閾値以下である場合にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が閉となるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する。また、制御部２３０は、測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合にはスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開となるようにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持する。つまり、制御部２３０は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する制御手段としても機能する。また、増幅回路２１０は、コンデンサＣ１に掛かる電圧を増幅し、制御部２３０は、増幅回路２１０の出力を測定しており、増幅回路２１０と制御部２３０の組み合わせでコンデンサＣ１に掛かる電圧を測定している。つまり、増幅回路２１０と制御部２３０は、コンデンサＣ１に掛かる電圧を測定する測定手段として機能する。
【００３３】
（静電型スピーカ１の動作）
次に、静電型スピーカ１の動作について説明する。アンプ部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変圧器１１０の一次側に供給される。そして、供給された電圧によって電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間に電位差が生じると、電極２０Ｕと電極２０Ｌとの間にある振動体１０には、電極２０Ｕと電極２０Ｌのいずれかの側へ引き寄せられるような静電力が働く。
【００３４】
具体的には、昇圧手段である変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ２から出力される音響信号は、変圧器１１０で昇圧されて端子Ｔ１から出力される音響信号とは信号の極性が逆となる。端子Ｔ１からプラスの音響信号が出力され、端子Ｔ２からマイナスの音響信号が出力されると、電極２０Ｕにはプラスの電圧が印加され、電極２０Ｌにはマイナスの電圧が印加される。振動体１０にはバイアス電源１２０によりプラスの電圧が印加されているため、振動体１０は、プラスの電圧が印加されている電極２０Ｕとの間の静電引力が弱まる一方、マイナスの電圧が印加されている電極２０Ｌとの間の静電引力が強くなるため、振動体１０に加わる静電引力の差に応じて電極２０Ｌ側に吸引力が働き、電極２０Ｌ側（Ｚ方向と反対方向）へ変位する。
【００３５】
また、端子Ｔ１からマイナスの音響信号が出力され、端子Ｔ２からプラスの音響信号が出力されると、電極２０Ｕにはマイナスの電圧が印加され、電極２０Ｌにはプラスの電圧が印加される。振動体１０にはバイアス電源１２０によりプラスの電圧が印加されているため、振動体１０は、プラスの電圧が印加されている電極２０Ｌとの間の静電引力は弱まり、マイナスの電圧が印加されている電極２０Ｕとの間の静電引力は強まる。振動体１０に加わる静電引力の差に応じて、電極２０Ｕ側に吸引力が働き電極２０Ｕ側（Ｚ軸方向）へ変位する。
【００３６】
このように、振動体１０が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、スペーサ４０、導電膜５０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。
【００３７】
次に、人体が導電膜５０Ｕに近づいた時の増幅回路２１０の動作について説明する。図５は、人体を静電容量がＣｍのコンデンサＣ３とし、人体と導電膜５０Ｕとの間を静電容量がＣｄのコンデンサＣ２とした時の、発振器１４０から大地までの経路の等価回路である。図５に示したように、本実施形態では、発振器１４０から大地までの間にコンデンサＣ１〜Ｃ３が直列に接続された構成となる。ここで、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離が長く、Ｃｄ≒０ｐＦである場合、コンデンサＣ１に掛かる電圧ＶｃはＶｃ≒０Ｖとなる。コンデンサＣ１に掛かる電圧がＶｃ≒０Ｖであると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧Ｖｏは、Ｖｏ≒０Ｖとなる。制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値を測定し、測定した電圧値が予め定められた閾値未満である場合には、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が閉となるように各スイッチを制御する。
【００３８】
次に、例えば人体の手の指が導電膜５０Ｕに近づいていくと、コンデンサＣ２のＣｄ（静電容量）が増加する。コンデンサＣ１〜Ｃ３は直列接続であるため、人体が導電膜５０Ｕに近づいてコンデンサＣ２のＣｄ（静電容量）が増加していくと、コンデンサＣ１に掛かる電圧のピーク値も増加していく。コンデンサＣ１に掛かる電圧のピーク値が増加すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧のピーク値も増加することとなる。このように、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離に応じてオペアンプ１３１の出力端子の電圧は変化するため、換言すると、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値のピーク値は、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離を表している。
【００３９】
制御部２３０は、オペアンプ１３１の出力端子の電圧値を測定し、測定した電圧値が予め定められた閾値を超えたことを検知すると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持するように測定結果に応じて各スイッチを制御する。ここで、電圧値のピーク値は、人体と導電膜との間の距離を表しているため、換言すると、人体と導電膜５０Ｕとの間の距離が予め定められた距離より近づくと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開の状態を維持するように各スイッチを制御していると言うことができる。なお、人体が導電膜５０Ｕに近づいていくと、発振器１４０から出力される信号の電圧の振幅が１Ｖであり、コンデンサＣ１の静電容量が人体の静電容量のＣｍと同じに設定されているため、コンデンサＣ１に掛かる電圧のピーク値は、０．５Ｖに近づいていく。このため、閾値は、本実施形態では０．５Ｖ未満に設定される。スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が開にされると、変圧器１１０から音響信号が静電型スピーカ１に供給されなくなり、バイアス電源１２０からも振動体１０に対してバイアス電圧が印加されなくなる。つまり、静電型スピーカ１へ電流が流れなくなるため人体が感電することを防止できる。なお、上記では、人体が導電膜５０Ｕに近づいた時の動作について説明したが、人体が導電膜５０Ｌに近づいた時も上記と同様の動作となる。
【００４０】
［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、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。
【００４１】
上述した実施形態においては、制御部２３０はスイッチＳＷ３を制御しているが、スイッチＳＷ３を設けず、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２のみを制御するようにしてもよい。
上述した実施形態においては、スイッチＳＷ１を端子Ｔ１と接続し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ２と接続してもよい。この場合、スイッチＳＷ１において端子Ｔ１と接続されている側と反対側の端子が電極２０Ｕに接続され、スイッチＳＷ２において端子Ｔ２と接続されている側と反対側の端子が電極２０Ｌに接続される。
【００４２】
上述した実施形態においては、アンプ部１３０を駆動する図示せぬ電源とアンプ部１３０との間にスイッチを設け、制御部２３０は、入力された信号の電圧が閾値を超えた場合には、このスイッチを開として電源からアンプ部１３０への電力供給を中止するようにしてもよい。この構成においても、アンプ部１３０の駆動が停止されて音響信号が静電型スピーカ１へ供給されなくなるので、人体が感電することを防止できる。
【００４３】
図５の等価回路では、導電膜５０Ｕと電極２０Ｕとの間の静電容量を無視した回路となっているが、導電膜５０Ｕと電極２０Ｕとの間を静電容量がＣｆのコンデンサＣ４とすると、図６に示したように、コンデンサＣ２，Ｃ３に対してコンデンサＣ４が並列な回路となる。この場合、例えば１０ＭΩ以上の抵抗器Ｒ９でグラウンドＧＮＤ１とグラウンドＧＮＤ２とを接続し、増幅回路２１０のグラウンドＧＮＤ２とアンプ部１３０の基準電位であるグラウンドＧＮＤ１とを絶縁してもよい。
【００４４】
上述した実施形態においては、静電型スピーカ１はプッシュプル型であるが、静電型スピーカは、一つの電極２０で振動体１０を振動させるシングル型の静電型スピーカであってもよい。シングル型の場合、電極２０において振動体１０と対向する面側と反対側に導電膜５０を配置し、静電型スピーカを駆動する駆動回路に増幅回路２１０を設ける構成にすれば、上述した実施形態と同様に感電を防止できる。
【００４５】
上述した実施形態では、コンデンサＣ１は、導電膜５０Ｌと導電膜５０Ｕの両方に接続されているが、どちらか一方の導電膜にのみ接続される構成であってもよい。
また、上述した実施形態では、静電型スピーカ１は、保護部材６０を備えているが、保護部材６０を備えない構成であってもよい。
【００４６】
上述した実施形態においては、電極、振動体、弾性部材及び導電膜を積層した構成を、音響信号を音に変換する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７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２００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２００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２００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の変圧比及び各抵抗器の抵抗値は適宜調整される。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、アンプ部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アンプ部１３０から出力される。つまり、変圧器１１０とアンプ部１３０は電極２０から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段として機能する。
【００５１】
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。この場合、このアンプが電極２０から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段として機能する。
【００５２】
駆動回路１００や音響信号生成回路２００においては、変圧器１１０の端子Ｔ３は、グラウンドＧＮＤに接続されているが、直流電源を接続し、電極２０にバイアス電圧を加えるようにしてもよい。また、この構成の音響信号生成回路２００においては、スイッチＳＷ１を端子Ｔ１と電極２０Ｕとの間に配置し、スイッチＳＷ２を端子Ｔ２と電極２０Ｌとの間に配置してもよい。そして、このスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御部２３０で制御してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
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、４０，４０Ｕ，４０Ｌ…スペーサ、５０，５０Ｕ，５０Ｌ…導電膜、６０，６０Ｕ，６０Ｌ…保護部材、１００…駆動回路、１１０…変圧器、１２０…バイアス電源、１３０…アンプ部、１４０…発振器、２００…音響信号生成回路、２１０…増幅回路、２３０…制御部、ＳＷ１〜ＳＷ３…スイッチ、Ｒ１〜Ｒ９…抵抗器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される音響信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された音響信号を昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧手段で昇圧された音響信号を静電型スピーカの固定極へ出力する出力手段と、
予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、
一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記固定極を挟んで前記静電型スピーカの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記固定極への前記音響信号の出力を停止する制御手段と
を有する駆動回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記増幅手段から前記昇圧手段への前記音響信号の供給を遮断することにより、前記固定極への前記音響信号の出力を停止すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
静電型マイクロフォンの固定極から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段と、
予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、
一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記静電型マイクロフォンの固定極を挟んで前記静電型マイクロフォンの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記振動体への電圧の印加を停止する制御手段と
を有する駆動回路。
【請求項４】
導電性を有する振動体と、
前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、
前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜と
を有する静電型スピーカと、
請求項１又は請求項２に記載の駆動回路
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項５】
導電性を有する振動体と、
前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、
前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜と
を有する静電型マイクロフォンと、
請求項３に記載の駆動回路
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項１】
入力される音響信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された音響信号を昇圧する昇圧手段と、
前記昇圧手段で昇圧された音響信号を静電型スピーカの固定極へ出力する出力手段と、
予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、
一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記固定極を挟んで前記静電型スピーカの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記固定極への前記音響信号の出力を停止する制御手段と
を有する駆動回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記増幅手段から前記昇圧手段への前記音響信号の供給を遮断することにより、前記固定極への前記音響信号の出力を停止すること
を特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
静電型マイクロフォンの固定極から出力された信号から音響信号を生成する音響信号生成手段と、
予め定められた振幅及び周波数の信号を生成する信号生成手段と、
一端に前記信号生成手段が生成した信号が入力され、他端は、前記静電型マイクロフォンの固定極を挟んで前記静電型マイクロフォンの振動体と対向する導電膜に接続されたコンデンサと、
前記コンデンサに掛かる電圧を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定した電圧が予め定められた閾値を超えた場合、前記振動体への電圧の印加を停止する制御手段と
を有する駆動回路。
【請求項４】
導電性を有する振動体と、
前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、
前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜と
を有する静電型スピーカと、
請求項１又は請求項２に記載の駆動回路
を備える静電型電気音響変換システム。
【請求項５】
導電性を有する振動体と、
前記振動体と間隔をあけて対向する固定極と、
前記固定極を挟んで前記振動体と対向し、前記固定極と間隔を空けて配置され、導電性を有する導電膜と
を有する静電型マイクロフォンと、
請求項３に記載の駆動回路
を備える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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１３０５８（Ｐ２０１３−１３０５８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８４０３７（Ｐ２０１２−８４０３７）
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【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１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２日（２０１２．４．２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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