JP2008118513A - スピーカユニット、およびこれを用いた音響設備 - Google Patents

Abstract

【課題】静電型のスピーカを用いて低音域から高音域まで幅広い領域の音が精密に表現されるスピーカユニット、およびこれを用いた音響設備を提供する。
【解決手段】電極板２１および電極板２２と振動板２４とを有するスピーカ本体２０は、アクチュエータ４０によって板厚方向へ往復駆動される。スピーカ本体２０は、静電型のスピーカであるため、中音域および高音域の音を精度よく表現する。これに対し、低音域の音を発生する場合、アクチュエータ４０はスピーカ本体２０自体を振動板として振動させる。スピーカ本体２０を振動させることにより、面積およびストロークが増大し、低音域の音がダイナミックに表現される。これにより、静電型のスピーカ本体２０を用いて低音域から高音域まで幅広い領域の音を精密に表現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカユニット、およびこれを用いた音響設備に関する。

従来、特許文献１に開示されているように静電型のスピーカが広く提案されている。このような静電型のスピーカは、一対の電極板と、この電極板の間に挟まれている振動板とを備えている。振動板にバイアス電圧を加えつつ、一対の電極板に信号を供給することにより、振動板と電極板との間のクーロン力が変化する。その結果、振動板は振動し、音声が発生する。

一方、静電型のスピーカとともに、動電型のスピーカも従来から広く用いられている（特許文献２参照）。動電型のスピーカの場合、励磁部と、一体に構成されたボイスコイルおよび振動板とを有している。永久磁石あるいは電磁石によって構成される励磁部とボイスコイルとは相対移動可能であるため、ボイスコイルに通電すると、フレミングの左手の法則によってボイスコイルは振動する。振動板はボイスコイルと一体であるため、ボイスコイルへの通電を制御することにより振動板が振動し、音声が発生する。

しかしながら、静電型のスピーカは、クーロン力の変化によって振動板が振動するため、振動板の振動幅は小さい。そのため、スピーカから低音域の音圧を高めるためには、スピーカの面積を大きくする必要がある。一方、動電型のスピーカは、振動板の振動幅が大きいため、比較的小さな面積であっても低音域の音圧を確保することができる。しかし、動電型のスピーカの場合、振動板に対し駆動部分がボイスコイルの近傍に集中する。そのため、高音域では振動板に分割振動が生じやすく、音圧特性の低下を招くとともに音の歪みが大きくなるという問題がある。

特開平１１−１７８０９８号公報 特開昭５８−１０７７９９号公報

そこで、本発明の目的は、静電型のスピーカを用いて低音域から高音域まで幅広い領域の音が精密に表現されるスピーカユニット、およびこれを用いた音響設備を提供することにある。

（１）本発明は、電極板、および前記電極板と対向する振動板を有する静電型のスピーカ本体と、前記スピーカ本体を、前記スピーカ本体の面に対し概ね垂直な方向へ往復駆動するアクチュエータと、を備える。
これにより、中音域および高音域では、静電型のスピーカ本体が音を発生する。静電型のスピーカは、振動板の振動幅は小さいものの、クーロン力の変化によって振動板の全体が振動する。そのため、静電型のスピーカ本体を用いることにより、微細な振動も繊細に表現可能となる。その結果、静電型のスピーカ本体からは、中音域および高音域の音が精密に表現され、音圧の歪みも低減される。一方、静電型のスピーカ本体は、厚さが数ｍｍ程度と薄い板状である。そこで、アクチュエータは、静電型のスピーカ本体を振動板として駆動する。これにより、振動幅が要求される低音域の音を発する場合、アクチュエータによってスピーカ本体の全体を振動させる。そのため、低音域の振動幅は容易に確保される。その結果、振動板となったスピーカ本体によって、面積の増大を招くことなく、低音域の音圧が向上する。したがって、低音域から高音域まで幅広い領域の音を精密に表現することができる。

（２）本発明では、前記スピーカ本体の一方の端部側を回転可能に支持する支持手段をさらに備え、前記アクチュエータは、前記スピーカ本体の前記支持手段とは反対側の端部を駆動する。
振動板となるスピーカ本体は、一方の端部を回転可能に支持しつつ、他方の端部をアクチュエータによって駆動してもよい。これにより、アクチュエータは、スピーカ本体の一方の端部にのみ設けることができる。したがって、部品点数を低減し、構造を簡略化することができる。

（３）本発明は、天井または壁面に請求項１または２記載のスピーカユニットを備える。
静電型のスピーカ本体を、天井や壁に埋め込むことにより、室内へのスピーカ本体の張り出しを低減しつつ、大きな面積のスピーカ本体が設けられる。これにより、低音域から高音域まで広い範囲で音圧が確保される。したがって、容積的な空間を確保しつつ、低音域から高音域まで幅広い領域の音を精密かつ大きな音圧で表現することができる。

以下、本発明によるスピーカの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるスピーカを図１および図２に示す。図１は第１実施形態によるスピーカユニット１０の概略を示す断面図であり、図２は図１の矢印ＩＩ方向から見た矢視図である。

スピーカユニット１０は、スピーカ本体２０およびアクチュエータ４０を備えている。スピーカ本体２０は、電極板２１および電極板２２を有している。電極板２１と電極板２２とは、ほぼ平行に対向して配置されている。これにより、電極板２１と電極板２２とは、一対の電極を形成している。電極板２１および電極板２２は、例えば金属などの導電性の材料で形成されている。また、電極板２１および電極板２２は、樹脂製のシートの表面に導電膜を形成したものでもよい。電極板２１および電極板２２は、数ｍｍ程度の厚さに設定されている。なお、図１では、説明の簡単のため電極板２１および電極板２２をはじめとする各部位の厚さを拡大して示している。

電極板２１および電極板２２は、開口２３を有している。開口２３は、電極板２１および電極板２２を板厚方向に貫いて形成されている。電極板２１および電極板２２の開孔率は、任意に設定することができるが、４０％から６０％に設定することが望ましい。開口２３は、電極板２１および電極板２２に任意に配置することができる。なお、開口２３は、本実施形態のように電極板２１および電極板２２の双方に設けてもよく、電極板２１または電極板２２のうちいずれか一方に設けてもよい。また、開口２３を形成した電極板２１および電極板２２に限らず、例えば網状の電極板を用いて、網目を開口として用いてもよい。さらに、電極板２１、２２は、二枚に限らず、いずれか一方のみでもよい。

一対の電極板２１と電極板２２との間には、振動板２４が挟まれている。振動板２４は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの樹脂製のフィルムの表面に導電膜を形成したものである。導電膜としては、例えば金属の蒸着膜、あるいはカーボン粒子を塗布したものなどを用いることができる。振動板２４を形成するフィルムは、数μｍ程度の厚さに設定されている。

電極板２１と振動板２４との間、および電極板２２と振動板２４との間には、それぞれ枠部材２５が設けられている。枠部材２５は、電極板２１、電極板２２および振動板２４をそれぞれ所定の間隔で支持している。枠部材２５は、例えば塩化ビニルなどの樹脂で形成されている。電極板２１、電極板２２、振動板２４および枠部材２５を組み付けたスピーカ本体２０は、厚さが数ｍｍ程度の薄い板状となる。

電極板２１と振動板２４との間には、枠部材２５によって所定の空間が形成される。同様に、電極板２２と振動板２４との間にも、枠部材２５によって所定の空間が形成される。これらの空間には、スペーサ２６およびスペーサ２７がそれぞれ設けられている。スペーサ２６は、電極板２１と振動板２４との間の空間に設けられ、電極板２１と振動板２４との間の距離を一定に維持している。同様に、スペーサ２７は、電極板２２と振動板２４との間の空間に設けられ、電極板２２と振動板２４との間の距離を一定に維持している。スペーサ２６およびスペーサ２７は、いずれも柔軟で弾性力があり、かつ通気性のある材料で形成されている。スペーサ２６およびスペーサ２７は、例えばＰＥＴ樹脂の不織布あるいは発泡樹脂などで形成されている。

アクチュエータ４０は、スピーカユニット１０が取り付けられる壁１１とスピーカ本体２０との間に設けられている。第１実施形態の場合、アクチュエータ４０は、図２に示すように矩形状のスピーカ本体２０の各角部に設けられている。したがって、第１実施形態の場合、スピーカユニット１０は四つのアクチュエータ４０を有している。アクチュエータ４０は、例えば動電型のスピーカに用いられるボイスコイル、あるいは圧電ユニットなどを有している。これにより、アクチュエータ４０に所定の電力を供給すると、アクチュエータ４０はスピーカ本体２０の板厚方向、すなわち板状のスピーカ本体２０の面とはほぼ垂直な方向へ伸縮する。その結果、アクチュエータ４０は、図１の矢印ｘ−ｘ’に示すようにスピーカ本体２０をその面とほぼ垂直な方向へ往復駆動する。

図３に示すように、スピーカユニット１０は、スピーカ本体２０を駆動する駆動回路部１２を備えている。駆動回路部１２は、昇圧トランス１３、パワーアンプ１４、ハイパスフィルタ１５およびローパスフィルタ１６を有している。電極板２１および電極板２２は、それぞれ昇圧トランス１３と電気的に接続している。また、振動板２４には、昇圧トランス１３から数ｋＶのバイアス電圧が加えられている。昇圧トランス１３から電極板２１と電極板２２とには、正負が逆転した電圧が加えられる。これにより、パワーアンプ１４から音声信号に応じた電気信号を電極板２１および電極板２２へ出力することにより、電極板２１および電極板２２と振動板２４との間のクーロン力が変化し、振動板２４は振動する。振動板２４の振動によって生じた音は、電極板２１および電極板２２の開口２３を経由して外部へ放出される。

ハイパスフィルタ１５およびローパスフィルタ１６は、パワーアンプ１４から出力された電気信号を低音域と高音域および中音域とに分離する。ハイパスフィルタ１５は、高音域および中音域の電気信号を通過させ、低音域の電気信号を遮断する。一方、ローパスフィルタ１６は、低音域の電気信号を通過させ、高音域および中音域の電気信号を遮断する。ハイパスフィルタ１５およびローパスフィルタで１６通過を許容する音域は、スピーカ本体２０の特性に応じて任意に設定することができる。

ハイパスフィルタ１５は、パワーアンプ１４から出力された電気信号のうち高音域および中音域の成分を透過する。これにより、パワーアンプ１４から出力された電気信号のうち高音域および中音域の成分は、ハイパスフィルタ１５から昇圧トランス１３へ供給される。その結果、ハイパスフィルタ１５で通過が許容された高音域および中音域の成分は、スピーカ本体２０へ出力される。これに対し、ローパスフィルタ１６は、パワーアンプ１４から出力された電気信号のうち低音域の成分を透過する。これにより、パワーアンプ１４から出力された電気信号のうち低音域の成分は、ローパスフィルタ１６からアクチュエータ４０へ供給される。その結果、ローパスフィルタ１６で通過が許容された低音域の成分は、アクチュエータ４０へ出力される。

ハイパスフィルタ１５を通過した高音域および中音域の電気信号は、スピーカ本体２０へ供給される。スピーカ本体２０は、電極板２１および電極板２２と振動板２４とから構成された静電型のスピーカであるため、振動数の高い高音域および中音域の音を精密に表現する。また、静電型のスピーカ本体２０は、振動板２４の全体が振動する。そのため、振動板２４に生じる分割振動が低減され、音の歪みも低減される。その結果、スピーカ本体２０からは、高音域および中音域の音が大きな音圧で精度よく表現される。

ローパスフィルタ１６を通過した低音域の電気信号は、アクチュエータ４０へ供給される。アクチュエータ４０は、薄い板状のスピーカ本体２０を振動板として板厚方向へ往復駆動する。スピーカ本体２０を低音域の表現時における振動板とすることにより、振動部分の面積が振動板２４に比較して増大する。また、スピーカ本体２０の全体を振動させることにより、振動板となるスピーカ本体２０の振動幅すなわちストロークは増大する。そのため、スピーカ本体２０は、面積およびストロークの大きな振動板としてアクチュエータ４０によって駆動される。その結果、スピーカユニット１０からは、低音域の音が大きな音圧で発せられる。スピーカ本体２０の振動板２４の振動による高音域および中音域の音の表現と、スピーカ本体２０自身の振動による低音域の音の表現とは、個別に実施してもよいし、同期して実施してもよい。すなわち、スピーカ本体２０の振動板２４を振動させつつ、スピーカ本体２０自身を振動させる構成としてもよい。

一例として、スピーカ本体２０の大きさを縦６００ｍｍ、横６００ｍｍに設定し、厚さを６ｍｍに設定した場合について説明する。この場合、静電型のスピーカ本体２０からは、中音域から高音域にかけて２００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの音が発生する。一方、静電型のスピーカ本体２０を振動板としてアクチュエータ４０で振動させることにより、低音域の１０Ｈｚ〜２００Ｈｚの音が発生する。このように、低音の１０Ｈｚから高音の１０ｋＨｚまで精度よく音を表現することができ、静電型スピーカを用いる場合でもダイナミックレンジが拡大する。

以上説明したように、第１実施形態では、静電型のスピーカ本体２０を板厚方向へ往復駆動するアクチュエータ４０を備えている。そのため、繊細な振動が要求される高音域および中音域の音を発生する際、静電型のスピーカ本体２０の振動板２４が振動する。一方、大きな振動面積および振動ストロークを必要とする低音域の音を発生する際、静電型のスピーカ本体２０がアクチュエータ４０によって振動板として振動する。したがって、ダイナミックな低音から繊細な高音まで静電型のスピーカ本体２０を用いて精度よくかつ大きな音圧で表現することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるスピーカユニットを図４に示す。
第２実施形態では、図４に示すようにスピーカ本体２０は、一方の端部すなわち図４における上端部が支持手段としての回転支持部４１によって支持されている。これにより、スピーカ本体２０は、図４の上端部において回転支持部４１によって回転可能に支持されている。一方、アクチュエータ４０は、スピーカ本体２０の回転支持部４１とは反対側の端部すなわち図４における下端部に設けられている。アクチュエータ４０は、第１実施形態と同様にスピーカ本体２０を板厚方向へ往復駆動する。これにより、第２実施形態の場合、アクチュエータ４０がスピーカ本体２０の端部を往復駆動することにより、スピーカ本体２０は回転支持部４１を中心として回転する。その結果、スピーカ本体２０は、板厚方向の前後へ移動する。

第２実施形態では、スピーカ本体２０の一方の端部を回転支持部４１で支持することにより、スピーカ本体２０の振動を確保しつつ、アクチュエータ４０の数が低減される。したがって、部品点数の低減を図ることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態によるスピーカユニットを適用した音響設備を図５に示す。
第３実施形態では、スピーカユニット１０を音響設備１００の天井に設ける例について説明する。音響設備１００は、例えばスタジオなど建造物の室内に設けられる。音響設備１００の天井には、化粧ボード５０が取り付けられている。化粧ボード５０の一部には、スピーカユニット１０が組み付けられる開口５１が設けられている。開口５１を形成する化粧ボード５０の縁部には、スピーカユニット１０を取り付けるための取付部５２が設けられている。取付部５２は、例えばスピーカユニット１０と電気的に接続される配線などを有している。

スピーカユニット１０は、静電型のスピーカ本体２０とアクチュエータ６０とを有している。図６および図７に示すように静電型のスピーカ本体２０は、上述の各実施形態と同様に電極板２１、電極板２２、振動板２４、枠部材２５、スペーサ２６およびスペーサ２７を有している。電極板２１および電極板２２には、開口２３が形成されている。スピーカ本体２０の枠部材２５は、外側の縁が一体に形成されている。この枠部材２５は、図７に示すように板厚方向に貫く穴部３１を有している。穴部３１を形成する枠部材２５の内周側には、途中に複数の段差が設けられている。

アクチュエータ６０は、図６および図７に示すようにマグネット保持部６１、振動部６２、接続部６３および固定部６４を有している。マグネット保持部６１は、円筒状に形成され、内周側に永久磁石６５を保持している。永久磁石６５は、マグネット保持部６１に固定されている。振動部６２は、円筒状の筒部７１と、筒部７１の端部に設けられている板部７２とを有している。振動部６２は、筒部７１の内周側に永久磁石６５が挿入される。筒部７１の外周側には、コイル７３が設けられている。永久磁石６５と筒部７１の内周面との間、および筒部７１に設けられたコイル７３とマグネット保持部６１の内周面との間には、それぞれ所定の隙間が形成されている。これにより、振動部６２は、永久磁石６５に対し軸方向へ相対移動可能である。また、マグネット保持部６１と板部７２との間には、弾性部材６６が設けられている。弾性部材６６は、マグネット保持部６１と板部７２との間を支持している。マグネット保持部６１には、給電端子８１および給電端子８２が設けられている。給電端子８１は、ハイパスフィルタ１５の出力側に接続される。一方、給電端子８２は、ローパスフィルタ１６の出力側に接続される。

接続部６３は、振動部６２の板部７２から筒部７１とは反対側へ伸びている。接続部６３は、振動部６２と一体に接続している。これにより、接続部６３は振動部６２と一体に移動する。接続部６３は、図７に示すように電極９１、電極９２および電極９３を有している。電極９１、電極９２および電極９３は、マグネット保持部６１の給電端子８１と電気的に接続している。

接続部６３は、スピーカ本体２０の穴部３１に挿入される。接続部６３の電極９１、電極９２および電極９３は、円錐台状に形成されている。これにより、接続部６３をスピーカ本体２０の穴部３１に挿入することにより、穴部３１の段差と接続部６３の各電極９１、９２、９３とは係止される。そのため、接続部６３を穴部３１に挿入することにより、図６に示すようにスピーカ本体２０はアクチュエータ６０と一体に物理的に接続される。

穴部３１の内周側には、電極板２１と電気的に接続している電極３２、電極板２２と電気的に接続している電極３３、および振動板２４と電気的に接続している電極３４が設けられている。穴部３１に接続部６３を挿入すると、電極３２と電極９１、電極３３と電極９３、および電極３４と電極９２とがそれぞれ接する。これにより、穴部３１に接続部６３を挿入することにより、スピーカ本体２０とアクチュエータ６０とは、物理的に接続されるだけでなく、電気的な接続も可能となる。

固定部６４は、マグネット保持部６１に固定されている。固定部６４は、例えばボルトなどの固定部材６７によって取付部５２に取り付けられる。固定部６４を取付部５２に取り付けることにより、スピーカユニット１０は音響設備の化粧ボード５０に固定される。なお、図８に示すように固定部６４とマグネット保持部６１との間にヒンジ部６８を設けてもよい。これにより、固定部６４とマグネット保持部６１とは、互いに相対回転可能となる。ヒンジ部６８を設けることにより、取付部５２とスピーカユニット１０との取り付け角度は任意に変更することができる。

上述のように、アクチュエータ６０の振動部６２は接続部６３と一体であり、この接続部６３はスピーカ本体２０に係止されている。そのため、振動部６２が振動すると、これとともにスピーカ本体２０も振動する。具体的に説明すると、ローパスフィルタ１６の出力側に接続される給電端子８２は、筒部７１のコイル７３と電気的に接続している。そのため、ローパスフィルタ１６を通過した電気信号は、給電端子８２からコイル７３へ供給される。コイル７３の内周側には永久磁石６５が設けられているため、コイル７３の周囲には永久磁石６５による磁界が形成されている。その結果、コイル７３へ供給される電気信号の電流値が変化することにより、フレミングの左手の法則にしたがって振動部６２は振動する。これにより、振動部６２と一体のスピーカ本体２０は、低音域の電気信号にしたがって振動する。

以上、説明したように第３実施形態では、スピーカユニット１０を天井に設けた音響設備１００について説明した。このように、スピーカユニット１０を天井に設けることにより、音響設備１００では、低音域から高音域まで幅広い周波数領域で精度よく音を表現することができる。また、スピーカユニット１０は、音響設備１００の天井に限らず壁に設けることもできる。

本発明の第１実施形態によるスピーカユニットの概略を示す断面図。 図１の矢印ＩＩ方向から見た矢視図。 本発明の第１実施形態によるスピーカユニットの駆動回路部の概略を示すブロック図。 本発明の第２実施形態によるスピーカユニットの概略を示す断面図。 本発明の第３実施形態によるスピーカユニットを適用した音響設備を示す概略図。 本発明の第３実施形態によるスピーカユニットの要部を拡大した断面図。 図６に示すスピーカユニットのスピーカ本体とアクチュエータとを分離した状態を示す概略図。 図６に示すスピーカユニットの固定部とマグネット保持部との間にヒンジ部を設けた状態を示す概略図。

符号の説明

１０：スピーカユニット、１１：壁、２０：スピーカ本体、２１：電極板、２２：電極板、２４：振動板、４０：アクチュエータ、４１：回転支持部（支持手段）、５０：化粧ボード（天井）、６０：アクチュエータ、１００：音響設備

Claims (3)

1. 電極板、および前記電極板と対向する振動板を有する静電型のスピーカ本体と、
   前記スピーカ本体を、前記スピーカ本体の面に対し概ね垂直な方向へ往復駆動するアクチュエータと、
   を備えるスピーカユニット。
2. 前記スピーカ本体の一方の端部側を回転可能に支持する支持手段をさらに備え、
   前記アクチュエータは、前記スピーカ本体の前記支持手段とは反対側の端部を駆動する請求項１記載のスピーカユニット。
3. 天井または壁面に請求項１または２記載のスピーカユニットを備える音響設備。

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