JP2008199342A - Electrostatic transducer, electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker, speaker device, audio signal reproducing method by electrostatic transducer, directional sound system, and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる、静電型トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサ、超音波スピーカ、スピーカ装置、静電型トランスデューサによる音声信号再生方法、指向性音響システム、および表示装置に関するものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, an electrostatic transducer, an electrostatic ultrasonic transducer, an ultrasonic speaker, a speaker device, and an audio by an electrostatic transducer that can efficiently transmit an electrostatic force to the vibrating membrane and increase the amplitude of the vibrating membrane. The present invention relates to a signal reproduction method, a directional acoustic system, and a display device.
超音波スピーカ等に使用される静電型トランスデューサには、プッシュプル型と呼ばれる静電型トランスデューサがある（例えば、特許文献１を参照）。 As an electrostatic transducer used for an ultrasonic speaker or the like, there is an electrostatic transducer called a push-pull type (see, for example, Patent Document 1).
図１８は、従来技術のプッシュプル型の静電型トランスデューサを示す図である。図１８（Ａ）は静電型トランスデューサの断面図を示しており、静電型トランスデューサは、振動膜３１と、該振動膜３１のそれぞれの面に対向して設けられた上側固定電極６０Ａ及び下側固定電極６０Ｂからなる一対の固定電極とを有している。振動膜３１は電極を形成する振動電極層（導電層）３１Ａを誘電体膜（絶縁膜）３１Bで挟むように形成されている。また、振動膜３１を挟持する上側固定電極６０Ａには複数の貫通穴６１Ａが設けられており、かつ下側固定電極６０Ｂには上側固定電極６０Ａに設けた各貫通穴６１Ａに対向する位置に同一形状の貫通穴６１Ｂが設けられている。
FIG. 18 is a diagram showing a push-pull type electrostatic transducer of the prior art. FIG. 18A shows a cross-sectional view of the electrostatic transducer. The electrostatic transducer has a
上側固定電極６０Ａと下側固定電極６０Ｂは、それぞれ支持部材６２によって振動膜３１から所定のギャップを隔てて支持されており、振動膜３１と固定電極とが一部空隙を介して対向するように支持部材６２が設けられている。なお、支持部材６２は絶縁材で構成され、例えばプリント基板にレジスト印刷する要領で、固定電極６０Ａ、６０Ｂの表面（振動膜に対向する側）上に絶縁材パターンを印刷することによって形成されている。図１０（Ｂ）は静電型トランスデューサの上側固定電極６０Ａの平面外観を示したものであり、上側固定電極６０Ａ上に複数の貫通孔６１Ａがハニカム状に配列されている。
The upper fixed
直流バイアス電源３２は、振動膜３１の振動電極層３１Ａに直流バイアス電圧を印加するための電源であり、交流信号３３Ａ、３３Bは、振動膜３１を駆動させるために、上側固定電極６０Ａと下側固定電極６０Ｂに印加される信号である。
The DC
上記の構成により、静電型トランスデューサの上側固定電極６０Ａと下側固定電極６０Ｂとには、振幅が等しく、位相が互いに反転した交流信号３３Ａ、３３Bが印加される。また、振動電極層３１Ａに直流バイアス電源３２により直流バイアス電圧が印加される。
With the above configuration,
このように、振動電極層３１Ａに直流バイアス電圧を印加し、上側固定電極６０Ａと下側固定電極６０Ｂとに、互いに位相が反転した駆動信号（交流信号）を印加することによって、振動膜３１には静電吸引力及び静電反発力が同方向に同時に作用する。駆動信号（交流信号）の極性が反転する毎に、上記静電吸引力及び静電反発力の作用する方向が変化するために振動膜３１がプッシュプル駆動される。この結果、振動膜で発生した音波は上側固定電極６０Ａと下側固定電極６０Ｂに設けられた貫通孔６１Ａ、６１Bを通じて外部へ放出される。
In this way, by applying a DC bias voltage to the vibrating
このように、交流信号３３Ａ、３３Ｂの極性の変化に応じて振動膜３１が同方向に静電吸引と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。また、図１８に示す静電型トランスデューサは、振動膜が上下の固定電極の両方から静電力を受けて振動することから、プッシュプル型の静電型トランスデューサと呼ばれている。このプッシュプル型の静電型トランスデューサの長所は、出力波形の歪が小さい点である（正負対称に静電力が作用するため）。
上述した静電型トランスデューサにおいては、一般的に音圧を上げるために振動膜の振幅を大きくする必要がある。しかし、従来の静電型トランスデューサにおいては、図１９（Ａ）に示すように、上側固定電極６０Ａおよび下側固定電極６０Bと振動膜３１との間に働く静電力は、振動膜３１の振動部の端部にのみ静電力が生じる構成であるため、図１９（Ｂ）に示すような振動膜が振動する振動部の中央部に静電力が生じる構成に比べて、振動膜に効率的に振動するため力を加えられていない構成となっていた。このため、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができないという問題があった。
In the above-described electrostatic transducer, it is generally necessary to increase the amplitude of the vibrating membrane in order to increase the sound pressure. However, in the conventional electrostatic transducer, as shown in FIG. 19A, the electrostatic force acting between the upper fixed electrode 60 </ b> A and the lower fixed electrode 60 </ b> B and the
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる、静電型トランスデューサ、静電型超音波トランスデューサ、超音波スピーカ、スピーカ装置、静電型トランスデューサによる音声信号再生方法、指向性音響システム、および表示装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to efficiently transmit an electrostatic force to the vibrating membrane in the electrostatic transducer to increase the amplitude of the vibrating membrane. An electrostatic transducer, an electrostatic ultrasonic transducer, an ultrasonic speaker, a speaker device, an audio signal reproduction method using an electrostatic transducer, a directional acoustic system, and a display device are provided.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の静電型トランスデューサは、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサでは、振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極において、第１の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、第２の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにする。すなわち、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、第１の電極には貫通穴を設け、第２の電極には振動膜との間で静電力を発生させる電極面（静電力発生面）を設けるようにする。
これにより、静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質の静電型トランスデューサを実現できる。
The present invention has been made to solve the above problems, and an electrostatic transducer according to the present invention includes a vibrating membrane having a vibrating electrode layer, a through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. An electrode portion for generating an electrostatic force by a voltage applied between the first electrode having an electrode portion for generating an electrostatic force by a voltage applied to the electrode and a through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole The first electrode and the second electrode are arranged to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively, and the electrode portion of the first electrode and the first electrode The first electrode has a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the two electrodes and the vibrating membrane. And the second electrode has a through hole. Characterized in that it does not.
In the electrostatic transducer of the present invention having the above-described configuration, in the pair of electrodes arranged to face both sides of the vibration film, the first electrode is located at a position facing the central portion of the vibration part of the vibration film. A through hole is provided, and the second electrode is not provided with a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. That is, at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane, the first electrode is provided with a through hole, and the second electrode is an electrode surface that generates an electrostatic force between the vibrating membrane (electrostatic force generation) Surface).
As a result, in the electrostatic transducer, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the diaphragm, and the amplitude of the diaphragm can be increased. Therefore, an electrostatic transducer with high efficiency and high sound quality can be realized.
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記第２の電極において、前記中央部以外に対向する位置に貫通穴が設けられていることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサでは、第２の電極において、振動膜の振動部分に対向する電極部の中央部分には電極面（静電力発生面）を設け、周辺部分に貫通穴を設ける。
これにより、静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質の静電型トランスデューサを実現できる。
The electrostatic transducer according to the present invention is characterized in that a through hole is provided at a position opposite to the central portion in the second electrode.
In the electrostatic transducer of the present invention having the above-described configuration, in the second electrode, an electrode surface (electrostatic force generating surface) is provided in the central portion of the electrode portion facing the vibrating portion of the vibrating membrane, and a through hole is formed in the peripheral portion. Is provided.
As a result, in the electrostatic transducer, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the diaphragm, and the amplitude of the diaphragm can be increased. Therefore, an electrostatic transducer with high efficiency and high sound quality can be realized.
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記第２の電極へ振動膜が近づくように作用する静電力を前記振動膜と前記第１の電極および前記第２の電極との間に発生させるときに前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧レベルは、前記第１の電極へ前記振動膜が近づくように作用する静電力を前記振動膜と第１の電極および前記第２の電極との間に発生させるときに前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧レベルよりも小さく設定することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサでは、第２の電極へ振動膜が近づくように静電力を作用させる場合の第１の電極および第２の電極に印加する電圧レベルを、第１の電極へ振動膜が近づくように静電力を作用させる場合の第１の電極および第２の電極に印加する電圧レベルよりも小さくする。
これにより、構造的に第２の電極の方が効率よく静電力を作用してしまうため、逆位相の同じＡＣ電圧を負荷した場合に振動が歪んでしまう可能性があるが、これを補正することができる。
In the electrostatic transducer of the present invention, when an electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the second electrode is generated between the vibrating membrane, the first electrode, and the second electrode. The voltage level applied to the first electrode and the second electrode is such that the electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the first electrode is the vibrating membrane, the first electrode, and the second electrode. The voltage level is set to be smaller than a voltage level applied to the first electrode and the second electrode when generated between the first electrode and the second electrode.
In the electrostatic transducer of the present invention having the above configuration, the voltage level applied to the first electrode and the second electrode when the electrostatic force is applied so that the vibration film approaches the second electrode is set to the first level. The voltage level is set lower than the voltage applied to the first electrode and the second electrode when an electrostatic force is applied so that the vibrating membrane approaches the electrode.
As a result, the second electrode structurally acts on the electrostatic force more efficiently, and vibration may be distorted when an AC voltage having the same antiphase is loaded, but this is corrected. be able to.
また、本発明の静電型トランスデューサは、前記第１の電極の前記振動膜側の電極部表面と該電極部表面に対向する前記振動膜の表面との間の距離に比して、前記第２の電極の電極部表面と該電極部表面に対向する前記振動膜表面との間の距離を長くしたことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型トランスデューサでは、第２の電極の電極部表面と振動膜表面との距離を、第１の電極の電極部表面と振動膜表面との距離よりも長くする。
これにより、構造的に第２の電極の方が効率よく静電力を作用してしまうため、逆位相の同じＡＣ電圧（信号電圧）印加した場合に、第２の電極の電極部に振動膜の中央部（振動部分の中央部）が当たってしまい、振動膜の振動を阻害する可能性を回避することができる。また、距離が離れた分、第２の電極に近づくように作用する静電力が下がり、振動が歪んでしまうことを回避することもできる。
Further, the electrostatic transducer according to the present invention may be configured such that the distance between the surface of the first electrode on the vibration film side of the first electrode and the surface of the vibration film facing the surface of the electrode is greater than that of the first electrode. The distance between the electrode part surface of the electrode of 2 and the vibrating membrane surface facing the electrode part surface is increased.
In the electrostatic transducer of the present invention having the above-described configuration, the distance between the electrode portion surface of the second electrode and the vibration membrane surface is made longer than the distance between the electrode portion surface of the first electrode and the vibration membrane surface.
As a result, the second electrode structurally acts on the electrostatic force more efficiently. Therefore, when the AC voltage (signal voltage) having the same antiphase is applied, the vibration film is applied to the electrode portion of the second electrode. It is possible to avoid the possibility that the central portion (the central portion of the vibrating portion) hits and hinders the vibration of the vibrating membrane. In addition, the electrostatic force acting so as to approach the second electrode is reduced by the distance, and it can be avoided that the vibration is distorted.
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないように構成されると共に、前記振動電極層に直流バイアス電源が印加され、前記一対の電極における前記電極部間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加されることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波で駆動される静電型超音波トランスデューサにおいて、静電型超音波トランスデューサを振動膜と該振動膜の両面側に対向して配置された一対の電極で構成すると共に、第１の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、第２の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにする。すなわち、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、第１の電極には貫通穴を設け、第２の電極には振動膜との間で静電力を発生させる電極面（静電力発生面）を設けるようにする。
これにより、静電型超音波トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質の超音波トランスデューサおよびそれを備えた超音波スピーカを実現することができる。
Further, the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention is an electrode that generates an electrostatic force by a voltage applied between a vibrating membrane having a vibrating electrode layer, a through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. A first electrode having a portion, and a second electrode having an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole, and The first electrode and the second electrode are arranged to face both surfaces of the vibration membrane, respectively, and the electrode portion of the first electrode, the electrode portion of the second electrode, and the vibration membrane, The first electrode has a through hole and the second electrode has a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by a voltage applied between the first electrode and the second electrode. The hole is configured not to be positioned and the vibration DC bias power is applied to the electrode layer, between the electrode portions in the pair of electrodes, characterized in that the modulated wave obtained by modulating the carrier wave in the ultrasonic frequency band in the signal wave in the audio frequency band is applied.
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention having the above-described configuration is an electrostatic ultrasonic transducer driven by a modulated wave obtained by modulating a carrier wave in the ultrasonic frequency band with a signal wave in the audible frequency band. The acoustic transducer is composed of a vibrating membrane and a pair of electrodes arranged opposite to both sides of the vibrating membrane, and the first electrode has a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. The second electrode is not provided with a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. That is, at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane, the first electrode is provided with a through hole, and the second electrode is an electrode surface that generates an electrostatic force between the vibrating membrane (electrostatic force generation) Surface).
Thereby, in the electrostatic ultrasonic transducer, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the vibrating membrane, and the amplitude of the vibrating membrane can be increased. For this reason, a highly efficient and high-quality ultrasonic transducer and an ultrasonic speaker including the ultrasonic transducer can be realized.
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第２の電極において、前記中央部以外に対向する位置に貫通穴が設けられていることを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、第２の電極において、振動膜の振動部分に対向する電極部の中央部分には電極面（静電力発生面）を設け、周辺部分に貫通穴を設ける。
これにより、静電型超音波トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質の静電型超音波トランスデューサを実現できる。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that a through hole is provided at a position opposite to the central portion of the second electrode.
In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention having the above-described configuration, in the second electrode, an electrode surface (electrostatic force generating surface) is provided in the central portion of the electrode portion facing the vibrating portion of the vibrating membrane, and the peripheral portion is provided. A through hole is provided.
Thereby, in the electrostatic ultrasonic transducer, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the vibrating membrane, and the amplitude of the vibrating membrane can be increased. Therefore, an electrostatic ultrasonic transducer with high efficiency and high sound quality can be realized.
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第２の電極へ振動膜が近づくように作用する静電力を前記振動膜と前記第１の電極および前記第２の電極との間に発生させるときに前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧レベルは、前記第１の電極へ前記振動膜が近づくように作用する静電力を前記振動膜と前記第１の電極および前記第２の電極との間に発生させるときに前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧レベルよりも小さく設定することを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、第２の電極へ振動膜が近づくように静電力を作用させる場合の第１の電極および第２の電極に印加する電圧レベルを、第１の電極へ振動膜が近づくように静電力を作用させる場合の第１の電極および第２の電極に印加する電圧レベルよりも小さくする。
これにより、構造的に第２の電極の方が効率よく静電力を作用してしまうため、逆位相の同じＡＣ電圧を負荷した場合に振動が歪んでしまう可能性があるが、これを補正することができる。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention generates an electrostatic force between the vibrating membrane, the first electrode, and the second electrode so that the vibrating membrane approaches the second electrode. When the voltage level applied to the first electrode and the second electrode is an electrostatic force acting so that the vibration film approaches the first electrode, the vibration film, the first electrode, and the second electrode The voltage level is set to be smaller than a voltage level applied to the first electrode and the second electrode when it is generated between the second electrode and the second electrode.
In the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the voltage level applied to the first electrode and the second electrode when the electrostatic force is applied so that the vibrating membrane approaches the second electrode is The voltage level is set lower than the voltage applied to the first electrode and the second electrode when an electrostatic force is applied so that the vibrating membrane approaches one electrode.
As a result, the second electrode structurally acts on the electrostatic force more efficiently, and vibration may be distorted when an AC voltage having the same antiphase is loaded, but this is corrected. be able to.
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記第１の電極の前記振動膜側の電極部表面と該電極部表面に対向する前記振動膜の表面との間の距離に比して、前記第２の電極の電極部表面と該電極部表面に対向する前記振動膜表面との間の距離を長くしたことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサでは、第２の電極の電極部表面と振動膜表面との距離を、第１の電極の電極部表面と振動膜表面との距離よりも長くする。
これにより、構造的に第２の電極の方が効率よく静電力を作用してしまうため、逆位相の同じＡＣ電圧（信号電圧）印加した場合に、第２の電極の電極部に振動膜の中央部（振動部分の中央部）が当たってしまい、振動膜の振動を阻害する可能性を回避することができる。また、距離が離れた分、第２の電極に近づくように作用する静電力が下がり、振動が歪んでしまうことを回避することもできる。
Further, the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention has a distance between the surface of the first electrode on the vibrating membrane side of the first electrode and the surface of the vibrating membrane facing the electrode surface. The distance between the surface of the electrode portion of the second electrode and the surface of the vibrating membrane facing the surface of the electrode portion is increased.
In the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the distance between the electrode portion surface of the second electrode and the vibration membrane surface is longer than the distance between the electrode portion surface of the first electrode and the vibration membrane surface. To do.
As a result, the second electrode structurally acts on the electrostatic force more efficiently. Therefore, when the AC voltage (signal voltage) having the same antiphase is applied, the vibration film is applied to the electrode portion of the second electrode. It is possible to avoid the possibility that the central portion (the central portion of the vibrating portion) hits and hinders the vibration of the vibrating membrane. In addition, the electrostatic force acting so as to approach the second electrode is reduced by the distance, and it can be avoided that the vibration is distorted.
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記静電型超音波トランスデューサの背面に音響反射板を設けたことを特徴とする。
このような構成により、静電型超音波トランスデューサの背面（第２の電極の音響放射面側）に音響反射板を設置し、静電型超音波トランスデューサ背面の貫通穴（第２の電極の貫通穴）から放射された超音波が全て同じ長さの経路で前面（第１の電極側）に放射されるように配置する。
これにより、静電型トランスデューサを超音波トランスデューサとして使用する場合に、超音波トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。
The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that an acoustic reflector is provided on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer.
With such a configuration, an acoustic reflector is installed on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer (on the acoustic radiation surface side of the second electrode), and a through hole (through the second electrode) on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer. All the ultrasonic waves radiated from the hole) are radiated to the front surface (first electrode side) through a path having the same length.
Thereby, when using an electrostatic transducer as an ultrasonic transducer, the ultrasonic wave emitted from the front surface and the back surface of the ultrasonic transducer can be effectively used.
また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記音響反射板は、静電型トランスデューサ背面の中心位置に一端が位置し、該中心位置を基準として静電型トランスデューサ背面の両側に対して４５度の角度で配置され他端が静電型トランスデューサの端部と一致する長さの一対の第１の反射板と、前記一対の第１の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同等の長さを有する一対の第２の反射板とで構成されていることを特徴とする。
このような構成により、静電型トランスデューサを静電型超音波トランスデューサとして使用する場合に、音響反射板は、静電型超音波トランスデューサの背面（第２の電極側）の貫通穴から放射された超音波が全て同じ長さの経路で前面（第１の電極側）に放射されるように配置される。すなわち、静電型超音波トランスデューサの背面の中心Ｍの両側に対して４５度の角度で第１の反射板を配置し、その端が静電型超音波トランスデューサの端と一致する点までの長さとする。この第１の反射板により静電型超音波トランスデューサ背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。次に第１の反射板と直角の角度を持って接続された第２の反射板を各々第１の反射板の外側へ接続することで、超音波は前面へ放出される。この第２の反射板長も第１の反射板長と同等であることが必要である。このようにして、静電型超音波トランスデューサ背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持って反射されるようにし、背面から前面に放出される超音波の位相が全て揃うようにする。
これにより、静電型超音波トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。
In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, one end of the acoustic reflector is located at the center position on the back surface of the electrostatic transducer, and 45 with respect to both sides of the back surface of the electrostatic transducer based on the center position. A pair of first reflectors having a length that is arranged at an angle of the other end and coincides with the end of the electrostatic transducer, and an angle perpendicular to the ends of the pair of first reflectors. Each of the first and second reflection plates is connected to the outside of the first reflection plate and has a length equal to the length of the first reflection plate.
With such a configuration, when the electrostatic transducer is used as an electrostatic ultrasonic transducer, the acoustic reflector is radiated from the through hole on the back surface (second electrode side) of the electrostatic ultrasonic transducer. All the ultrasonic waves are arranged to be radiated to the front surface (first electrode side) through a path having the same length. That is, the first reflector is disposed at an angle of 45 degrees with respect to both sides of the center M on the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer, and the length until the end of the first reflective plate coincides with the end of the electrostatic ultrasonic transducer. Say it. The ultrasonic waves emitted from the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer are reflected in the horizontal direction by the first reflecting plate. Next, ultrasonic waves are emitted to the front surface by connecting the second reflecting plate connected at an angle perpendicular to the first reflecting plate to the outside of the first reflecting plate. The second reflector length is also required to be equal to the first reflector length. In this way, all the ultrasonic waves radiated from the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer are reflected along the same length path, and all the phases of the ultrasonic waves emitted from the back surface to the front surface are aligned. To do.
Thereby, the ultrasonic wave emitted from the front surface and the back surface of the electrostatic ultrasonic transducer can be effectively used.
また、本発明の超音波スピーカは、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波により超音波周波数帯の搬送波を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、前記静電型トランスデューサは、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の超音波スピーカでは、可聴周波数帯の信号波により超音波周波数帯の搬送波（キャリア波）を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動する超音波スピーカにおいて、前記静電型トランスデューサは、振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極を備える共に、第１の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、第２の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにする。すなわち、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、第１の電極には貫通穴を設け、第２の電極には振動膜との間で静電力を発生させる電極面（静電力発生面）を設けるようにする。
これにより、静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルの音響信号を発生することができる超音波スピーカを実現できる。
The ultrasonic speaker according to the present invention modulates a carrier wave in an ultrasonic frequency band with a signal wave output from a signal source that generates a signal wave in an audible frequency band, and drives an electrostatic transducer with the modulated wave. An ultrasonic speaker that reproduces a signal sound in an audible frequency band, wherein the electrostatic transducer includes a vibrating membrane having a vibrating electrode layer, a through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. A first electrode having an electrode portion that generates an electrostatic force by an applied voltage, and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole; The first electrode and the second electrode are arranged to face both sides of the vibrating membrane, respectively, and the electrode portion of the first electrode and the second electrode Of electrode In a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by a voltage applied between the pole portion and the vibrating membrane, a through hole is located in the first electrode, A through hole is not located in the second electrode.
In the ultrasonic speaker of the present invention having the above-described configuration, in the ultrasonic speaker that modulates a carrier wave (carrier wave) in an ultrasonic frequency band with a signal wave in an audible frequency band, and drives an electrostatic transducer with the modulated wave, The electrostatic transducer includes a pair of electrodes arranged to face both sides of the vibrating membrane, and the first electrode is provided with a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane, The second electrode is not provided with a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. That is, at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane, the first electrode is provided with a through hole, and the second electrode is an electrode surface that generates an electrostatic force between the vibrating membrane (electrostatic force generation) Surface).
As a result, in the electrostatic transducer, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the diaphragm, and the amplitude of the diaphragm can be increased. For this reason, it is possible to realize an ultrasonic speaker capable of generating an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.
また、本発明のスピーカ装置は、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、前記信号源から出力される信号波を増幅する増幅器とを有し、前記増幅器の出力信号により静電型トランスデューサを駆動するスピーカ装置であって、前記静電型トランスデューサは、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないことを特徴とする。
これにより、スピーカ装置に使用される静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質のスピーカ装置を実現できる。
In addition, the speaker device of the present invention includes a signal source that generates a signal wave in an audible frequency band, and an amplifier that amplifies the signal wave output from the signal source, and an electrostatic transducer according to the output signal of the amplifier The electrostatic transducer has an electrostatic force generated by a voltage applied between a vibrating membrane having a vibrating electrode layer and a through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. A first electrode having an electrode portion to be generated, and a second electrode having an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. The first electrode and the second electrode are arranged to face both sides of the vibrating membrane, respectively, and the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the Applied between vibrating membrane The through hole is located in the first electrode and the through hole is not located in the second electrode at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with the electrostatic force generated by the generated voltage. It is characterized by.
As a result, in the electrostatic transducer used in the speaker device, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the vibrating membrane to increase the amplitude of the vibrating membrane. For this reason, a highly efficient and high-quality speaker device can be realized.
また、本発明の静電型トランスデューサによる音声信号再生方法は、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しない構成の静電型トランスデューサを使用すると共に、信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、キャリア波供給手段により超音波周波数帯の搬送波を生成する手順と、変調手段により搬送波を前記信号波により変調した変調信号を生成する手順と、前記電極と前記振動膜の振動電極層との間に前記変調信号を印加することにより静電型トランスデューサを駆動する手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順を含む静電型トランスデューサの音声信号再生方法では、可聴周波数帯の信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により静電型トランスデューサを駆動する超音波スピーカにおいて、前記静電型トランスデューサは振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極を備えると共に、第１の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、第２の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにする。すなわち、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、第１の電極には貫通穴を設け、第２の電極には振動膜との間で静電力を発生させる電極面（静電力発生面）を設けるようにする。
これにより、超音波スピーカに使用される静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルの音響信号を発生することができる。
Further, the audio signal reproducing method using the electrostatic transducer according to the present invention is configured so that the electrostatic force is generated by the voltage applied between the vibrating membrane having the vibrating electrode layer and the through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. A first electrode having an electrode portion to be generated, and a second electrode having an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. The first electrode and the second electrode are arranged to face both sides of the vibrating membrane, respectively, and the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the A through hole is located in the first electrode at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by a voltage applied to the vibrating membrane, and the second electrode There is no electrostatic hole in the structure with no through hole. A procedure for generating a signal wave in an audible frequency band by a signal source, a procedure for generating a carrier wave in an ultrasonic frequency band by a carrier wave supply means, and a modulation in which the carrier wave is modulated by the signal wave by a modulation means. A step of generating a signal; and a step of driving the electrostatic transducer by applying the modulation signal between the electrode and the vibrating electrode layer of the vibrating membrane.
In an audio signal reproducing method for an electrostatic transducer including such a procedure, in an ultrasonic speaker that modulates a carrier wave in an ultrasonic frequency band with an audible frequency band signal wave and drives the electrostatic transducer with the modulated wave. The electrostatic transducer includes a pair of electrodes disposed to face both sides of the vibration membrane, and the first electrode is provided with a through hole at a position facing the central portion of the vibration portion of the vibration membrane. The second electrode is not provided with a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. That is, at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane, the first electrode is provided with a through hole, and the second electrode is an electrode surface that generates an electrostatic force between the vibrating membrane (electrostatic force generation) Surface).
Thereby, in the electrostatic transducer used for the ultrasonic speaker, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the vibrating membrane, and the amplitude of the vibrating membrane can be increased. For this reason, it is possible to generate an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.
また、本発明の指向性音響システムは、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型トランスデューサを駆動し可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、を有する指向性音響システムであって、前記超音波スピーカの静電型トランスデューサは、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の指向性音響システムでは、超音波スピーカに使用する静電型トランスデューサは、振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極を備えると共に、第１の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、第２の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにする。すなわち、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、第１の電極には貫通穴を設け、第２の電極には振動膜との間で静電力を発生させる電極面（静電力発生面）を設けるようにする。そして、この静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域（第一の音域）の音声信号を再生する。また、音響ソースから供給される音声信号のうち低音域（第二の音域）の音声信号は低音再生用スピーカにより再生する。
これにより、超音波スピーカに使用される静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質の静電型トランスデューサを用いた超音波スピーカを実現できる。その結果、中高音域の音響を十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。また、低音域の音響は、音響システムに備えられた低音再生用スピーカから直接出力されるので、低音域の補強ができ、より臨場感の高い音場環境を創生できる。
Further, the directional acoustic system of the present invention modulates a carrier wave signal in the ultrasonic frequency band with a signal in the first range among audio signals supplied from an acoustic source, and drives an electrostatic transducer with the modulated signal. An ultrasonic speaker that reproduces a signal sound in an audible frequency band; and a bass reproduction speaker that reproduces a signal in a second sound range lower than the first sound range among the sound signals supplied from the acoustic source. The electrostatic transducer of the ultrasonic speaker includes a vibrating membrane having a vibrating electrode layer, a through hole and a voltage applied between the vibrating membrane adjacent to the through hole. A first electrode having an electrode portion for generating an electrostatic force; and an electrode portion for generating an electrostatic force by a voltage applied between the through hole and the vibrating membrane adjacent to the through hole. Two electrodes, and the first electrode and the second electrode are arranged to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively, and the electrode portion of the first electrode and the second electrode The first electrode has a through hole at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by a voltage applied between the electrode portion of the vibrating plate and the vibrating membrane. The second electrode has no through hole.
In the directional acoustic system of the present invention having the above-described configuration, the electrostatic transducer used for the ultrasonic speaker includes a pair of electrodes disposed opposite to both surfaces of the vibration membrane, and the first electrode includes A through hole is provided at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane, and a through hole is not provided at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane in the second electrode. That is, at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane, the first electrode is provided with a through hole, and the second electrode is an electrode surface that generates an electrostatic force between the vibrating membrane (electrostatic force generation) Surface). Then, an audio signal in the middle / high range (first range) is reproduced from the audio signal supplied from the acoustic source by the ultrasonic speaker using the electrostatic transducer. In addition, among the audio signals supplied from the acoustic source, an audio signal in a low sound range (second sound range) is reproduced by a low sound reproduction speaker.
Thereby, in the electrostatic transducer used for the ultrasonic speaker, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the vibrating membrane, and the amplitude of the vibrating membrane can be increased. Therefore, an ultrasonic speaker using an electrostatic transducer with high efficiency and high sound quality can be realized. As a result, it is possible to reproduce the mid-high range sound so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen with sufficient sound pressure and wide band characteristics. Further, since the sound in the low frequency range is directly output from the low sound reproduction speaker provided in the sound system, the low frequency range can be reinforced and a more realistic sound field environment can be created.
また、本発明の表示装置は、音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、映像を投影面に投影する投影光学系と、で構成される表示装置であって、前記超音波スピーカの静電型トランスデューサは、振動電極層を有する振動膜と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、を備え、前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないことを特徴とする。
上記構成からなる本発明の表示装置では、超音波スピーカに使用する静電型トランスデューサは、振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極を備えると共に、第１の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、第２の電極には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにする。すなわち、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、第１の電極には貫通穴を設け、第２の電極には振動膜との間で静電力を発生させる電極面（静電力発生面）を設けるようにする。そして、この静電型トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用して、音響ソースから供給される音声信号を再生する。
これにより、超音波スピーカに使用される静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、高効率かつ高音質の静電型トランスデューサを用いた超音波スピーカを実現できる。その結果、音響信号を十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。このため、音響信号の再生範囲の制御も容易に行えるようになる。
The display device of the present invention modulates a carrier wave signal in an ultrasonic frequency band with an audio signal supplied from an acoustic source, and drives an electrostatic transducer with the modulated signal to reproduce a signal sound in an audible frequency band. A display device including an ultrasonic speaker and a projection optical system that projects an image on a projection surface, wherein the electrostatic transducer of the ultrasonic speaker includes a vibration film having a vibration electrode layer, a through hole, Between the first electrode having an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the diaphragm and adjacent to the through hole, and the through hole and the diaphragm adjacent to the through hole A second electrode having an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied to the first electrode, and the first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively. , The first electric In the position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with the electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane, the first electrode A through hole is located in one electrode, and no through hole is located in the second electrode.
In the display device of the present invention having the above-described configuration, the electrostatic transducer used for the ultrasonic speaker includes a pair of electrodes arranged to face both surfaces of the vibration film, and the first electrode has a vibration. A through hole is provided at a position facing the central portion of the vibrating portion of the membrane, and the second electrode is not provided with a through hole at a location facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. That is, at a position facing the center of the vibrating portion of the vibrating membrane, the first electrode is provided with a through hole, and the second electrode is an electrode surface that generates an electrostatic force between the vibrating membrane (electrostatic force generation) Surface). And the audio | voice signal supplied from an acoustic source is reproduced | regenerated using the ultrasonic speaker comprised with this electrostatic transducer.
Thereby, in the electrostatic transducer used for the ultrasonic speaker, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the vibrating membrane, and the amplitude of the vibrating membrane can be increased. Therefore, an ultrasonic speaker using an electrostatic transducer with high efficiency and high sound quality can be realized. As a result, an acoustic signal can be reproduced with a sufficient sound pressure and wideband characteristics so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen. For this reason, it is possible to easily control the reproduction range of the acoustic signal.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
［第１の実施の形態］
本発明の静電型トランスデューサにおいては、振動膜を挟んで対向する一対の固定電極において、静電を発生させる電極部（静電力発生面）をそれぞれ異なる形状とすることで、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくして音圧を向上させている。
[First Embodiment]
In the electrostatic transducer of the present invention, the electrostatic force is efficiently generated by making the electrode portions (electrostatic force generating surfaces) that generate static electricity different in each of the pair of fixed electrodes facing each other with the vibration film interposed therebetween. The sound pressure is improved by increasing the amplitude of the diaphragm by transmitting it to the diaphragm.
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの下側固定電極（第２の電極）の構成を示す図である。
図１（Ａ）において、本発明の静電型トランスデューサは、下側固定電極１１として、板状の金属（例えば、アルミ合金、ステンレスなど）の導電材料に複数の貫通穴を設ける。図１に示す例では、４つの貫通穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを同心円Ｒ（図１（Ｃ）に示す中心Ｘの円Ｒ）上に配列する。なお、４つの貫通穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを総称する場合に「貫通穴１２」と呼ぶ（図面においても同じ）。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the lower fixed electrode (second electrode) of the electrostatic transducer according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1A, the electrostatic transducer of the present invention is provided with a plurality of through holes in a conductive material of a plate-like metal (for example, aluminum alloy, stainless steel, etc.) as the lower fixed
この貫通穴１２を、下側固定電極１１上に複数配列（例えば、ハニカム状に配列）する。そして、図１（Ｂ）に示すように、下側固定電極１１の一方の面側（振動膜に対向する側）上には、４つの貫通穴１２を包含した形状の電極部（エポキシ絶縁層で覆われない露出された電極面）１４を設けるようにしてエポキシ絶縁層１３を塗布する。例えば、プリント基板にレジスト印刷する要領で、下側固定電極１１の表面（振動膜に対向する側）上にエポキシ絶縁層をパターン印刷することによって形成する。
A plurality of the through
従って、図１（Ｃ）に示すように、下側固定電極１１の一方の面上には、４つの貫通穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、これらの貫通穴を包含する電極部１４と、エポキシ絶縁層１３とが形成される。このように、下側固定電極１１においては、電極部１４の中央部分に静電力を発生させる電極面（静電力発生面）が位置するようにし、その周辺に貫通穴１２が設けられる。
Therefore, as shown in FIG. 1C, on one surface of the lower fixed
また、図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの上側固定電極（第１の電極）の構成を示す図である。
図２（Ａ）において、上側固定電極２１として、板状の金属（例えば、アルミ合金、ステンレスなど）の導電材料に、複数の貫通穴２２を設ける。この貫通穴２２は、下側固定電極１１の貫通穴１２に対応して設けられる。具体的には、上側固定電極２１の貫通穴２２の中心位置と、下側固定電極１１の電極部１４の中心位置（図１（Ｃ）に示す同心円Ｒの中心Ｘ）とが、振動膜を挟んで合致するように設けられる。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the upper fixed electrode (first electrode) of the electrostatic transducer according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2A, as the upper fixed
そして、図２（Ｂ）に示すように、上側固定電極２１の一方の面上（振動膜に対向する側の面上）には、貫通穴２２を包含した形状の電極部（エポキシ絶縁層で覆われない露出された電極面）２４を設けるようにしてエポキシ絶縁層２３を塗布する。例えば、プリント基板にレジスト印刷する要領で、下側固定電極１１の表面（振動膜に対向する側）上にエポキシ絶縁層をパターン印刷することによって形成する。
Then, as shown in FIG. 2B, on one surface of the upper fixed electrode 21 (on the surface facing the vibrating membrane), an electrode portion (including an epoxy insulating layer) including a through
従って、図２（Ｃ）に示すように、上側固定電極２１の一方の面上には、貫通穴２２を中心にして、電極部２４とエポキシ絶縁層２３とが形成される。このように、上側固定電極２１においては、電極部２４の中央部分に貫通穴２２が設けられ、周辺部に静電力を発生させる電極面（静電力発生面）が位置する。なお、電極部２４の大きさ（面積）は、下側固定電極１１の電極部１４の大きさと同一または略同一である。
Therefore, as shown in FIG. 2C, the
図３は、本発明の第１の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの構成を説明するための図である。
図３に示すように、本発明の静電型トランスデューサは、上側固定電極２１を矢印Ａ方向に、下側固定電極１１を矢印Ｂ方向に移動して、下側固定電極１１と上側固定電極２１が振動膜３１を挟み込むようにして構成される。この場合、下側固定電極１１の貫通穴１２を包含する円形の電極部１４の位置と、上側固定電極２１の貫通穴２２を包含する電極部１４の位置とが合致するようにして、振動膜３１が挟持される。従って、下側固定電極１１の４つの貫通穴１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの中心（同心円Ｒの中心Ｘ）と、上側固定電極２１の貫通穴２２の中心とが、振動膜３１を挟んで、一致またはほぼ一致することになる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the electrostatic transducer according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the electrostatic transducer of the present invention moves the upper fixed
図４は、本発明の第１の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの断面を示す図である。
図４に示すように、静電型トランスデューサは、上側固定電極２１のエポキシ絶縁層２３の表面が振動膜３１の表面と密着し、下側固定電極１１のエポキシ絶縁層１３の表面が振動膜３１の表面に密着するようして構成される。そして、電極部２４と振動膜３１との間に空洞部が設けられ、電極部１４と振動膜３１との間に空洞部が設けられる。この空洞部に対向する振動膜３１の部分（固定電極のエポキシ絶縁層で押さえられていない部分）が、振動膜３１の振動部分となる。
FIG. 4 is a view showing a cross section of the electrostatic transducer according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, in the electrostatic transducer, the surface of the epoxy insulating
また、振動膜３１は、導電層である振動電極層３１Ａを絶縁性の誘電体膜３１Ｂで挟んで形成される。この振動電極層３１Ａは、例えば、スパッタ蒸着によるアルミニウム薄膜などで形成される。
The
このような構成により、振動膜３１と下側固定電極１１の電極部１４とが空洞部を介して対向することになり、振動膜３１の振動電極層３１Ａと電極部１４との間に静電力が作用する。また、振動膜３１と上側固定電極２１の電極部２４とが空洞部を介して対向することになり、振動膜３１の振動電極層３１Ａと電極部２４との間に静電力が作用する。
With such a configuration, the vibrating
図５は、本発明の静電型トランスデューサの動作を説明するための図である。本発明の静電型トランスデューサの動作原理は、図１８に示した従来のプッシュプル型の静電型トランスデューサと基本的に同じであるが、固定電極の構成と、振動膜と固定電極との間の静電力の作用の仕方が異なる。 FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the electrostatic transducer of the present invention. The principle of operation of the electrostatic transducer of the present invention is basically the same as that of the conventional push-pull electrostatic transducer shown in FIG. 18, except that the configuration of the fixed electrode and between the vibrating membrane and the fixed electrode are the same. The method of action of the electrostatic force is different.
図５（Ａ）に示すように、直流バイアス電源３２により、振動膜３１の振動電極層３１Ａに直流バイアス電圧が印加され、上側固定電極２１、および下側固定電極１１には交流信号３３Ａ、３３Ｂが印加される。上記の構成により、上側固定電極２１と下側固定電極１１とには、振幅が等しく、位相が互いに反転した交流信号３３Ａ、３３Ｂが印加される。これにより、振動膜３１の振動電極層３１Ａと、固定電極１１、２１の電極部（静電力発生面）１４、２４との間に静電力が作用し振動膜３１は交流信号３３Ａ、３３Ｂにより駆動され、振動する。
As shown in FIG. 5A, a DC bias voltage is applied to the vibrating
図５（Ａ）は、交流信号がゼロ（０）の場合の、振動膜３１の振幅状態を示しており、振動膜３１は中立（上側固定電極２１と下側固定電極１１の真ん中）の位置にある。
FIG. 5A shows the amplitude state of the vibrating
図５（Ｂ）は、上側固定電極２１に交流信号の＋電圧が印加され、下側固定電極１１に交流信号の−電圧が印加された場合の、振動膜３１の振動状態を示す図であり、振動膜３１の振動部分（固定電極のエポキシ絶縁層で押さえられていない部分）の中央部は、振動電極層３１Ａと下側固定電極１１の電極部１４との間の静電力（吸引力）と、振動電極層３１Ａと上側固定電極２１の電極部２４との間の静電力（反発力）により、下側固定電極１１の方向に引き寄せられる。
FIG. 5B is a diagram illustrating a vibration state of the vibrating
図５（Ｃ）は、上側固定電極２１に交流信号の−電圧が印加され、下側固定電極１１に交流信号の＋電圧が印加された場合の、振動膜３１の振動状態を示す図であり、振動膜３１の振動部分の中央部は、振動電極層３１Ａと上側固定電極２１の電極部２４との間の静電力（吸引力）と、振動電極層３１Ａと下側固定電極１１の電極部１４との間の静電力（反発力）により、上側固定電極２１の方向に引き寄せられる。
このようにして、振動膜３１は交流信号に応じて振動し、音波を出力し、振動膜３１で発生した音波は固定電極１１、２１に設けられた貫通穴１２、２２を通じて外部へ放出される。
FIG. 5C is a diagram showing a vibration state of the vibrating
In this way, the
このように、本発明の静電型トランスデューサの構成では、振動膜が下固定電極に引き付けられる場合に、振動膜の振動部分の中央部に対応して静電力を発生させる下固定電極部分があるため、従来の構成に比べて振動膜に効率的に振動するため力を加えられる。また、中央部よりも端部に近い位置に貫通穴を配置している、つまり振動膜の振動部分の中央部以外に対向する位置に貫通穴が設けられているので、膜の振動による空気の抜け穴として、振動時に空気による抵抗を減らせる。 As described above, in the configuration of the electrostatic transducer according to the present invention, when the vibrating membrane is attracted to the lower fixed electrode, there is a lower fixed electrode portion that generates an electrostatic force corresponding to the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. Therefore, a force can be applied to vibrate the diaphragm more efficiently than the conventional configuration. In addition, the through hole is arranged at a position closer to the end than the center portion, that is, the through hole is provided at a position opposite to the center portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. As a loophole, air resistance can be reduced during vibration.
また、振動膜が上固定電極に引き付けられる場合に、振動部分の中央部に対応して、静電力を発生させる上固定電極部分がない、つまり、振幅が大きい部分に貫通穴があるため、平面波を固定電極にできる限り遮られない状態で射出することができる。 In addition, when the vibrating membrane is attracted to the upper fixed electrode, there is no upper fixed electrode portion that generates an electrostatic force corresponding to the central portion of the vibrating portion, that is, there is a through-hole in a portion having a large amplitude, so that a plane wave Can be injected in a state that is not blocked by the fixed electrode as much as possible.
よって、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができ、高効率かつ高音質の静電型トランスデューサおよびそれを備えたスピーカを実現できる。 Therefore, the electrostatic force can be efficiently transmitted to the diaphragm so that the amplitude of the diaphragm can be increased, and a high-efficiency and high-quality electrostatic transducer and a speaker including the same can be realized.
［第２の実施の形態］
また、図６は、本発明の第２の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの下側固定電極の構成を示す図である。図６（Ａ）は、同心円上に６個の円形の貫通穴１２Ｂを設けた例を示し、図６（Ｂ）は、十字型の電極部（静電力発生面）１７を残すようにして４つの貫通穴１２Ｃを設けた例を示している。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the lower fixed electrode of the electrostatic transducer according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6A shows an example in which six circular through
このように、下側固定電極においては、エポキシ絶縁層で覆われない部分（電極部）の中央部に電極面（静電力発生面）が位置し、かつ貫通穴が電極面の中心に対して対称に設けられていれば、どのような形状であってもよい。すなわち、下側固定電極は、振動膜の振動部分の中央部に静電力を作用させる形状であればよい。 Thus, in the lower fixed electrode, the electrode surface (electrostatic force generating surface) is located at the center of the portion (electrode portion) that is not covered with the epoxy insulating layer, and the through hole is located with respect to the center of the electrode surface. Any shape may be used as long as it is provided symmetrically. That is, the lower fixed electrode only needs to have a shape that causes an electrostatic force to act on the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane.
［第３の実施の形態］
図７は、本発明の第３の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの固定電極の構成を示す図である。固定電極は、例えば金属材料を切削などの加工により実施の形態に示す形状を作成することができるが、絶縁材料に金属を付着（めっき処理、導電ペースト塗布）させても本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the fixed electrode of the electrostatic transducer according to the third embodiment of the present invention. For example, the shape of the fixed electrode shown in the embodiment can be created by processing such as cutting a metal material. However, even if the metal is attached to the insulating material (plating treatment, applying conductive paste), it deviates from the gist of the present invention. It is possible to change within the range that does not.
図７に示すように、上側固定電極２１Ａにおいて、絶縁材料の板状の樹脂２８の上に導電ペースト２９を塗布して電極部（静電力発生面）を設けても構わない。同様に、下側固定電極１１Ａにおいて、絶縁材料の板状の樹脂１８の上に導電ペースト１９を塗布して電極部（静電力発生面）を設けても構わない。
As shown in FIG. 7, in the upper fixed
［第４の実施の形態］
図８は、本発明の第４の実施の形態に係わる静電型トランスデューサにおける、固定電極に印加する信号電圧レベルの例を示す図である。本発明の静電型トランスデューサにおいては、振動膜に影響する静電力に関しては上側固定電極よりも下側固定電極の方が強いため、振動膜に与える静電力のバランスをとるために、上側固定電極と下側固定電極に印加する電圧を調整しても構わない。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing an example of the signal voltage level applied to the fixed electrode in the electrostatic transducer according to the fourth embodiment of the present invention. In the electrostatic transducer of the present invention, the lower fixed electrode is stronger than the upper fixed electrode with respect to the electrostatic force that affects the vibrating membrane. Therefore, in order to balance the electrostatic force applied to the vibrating membrane, the upper fixed electrode The voltage applied to the lower fixed electrode may be adjusted.
従って、図８に示すように、振動膜にプラスの直流バイアス電圧を印加すると共に、下側固定電極に信号電圧Ａを印加し、上側固定電極に信号電圧Ｂを印加する。 Therefore, as shown in FIG. 8, a positive DC bias voltage is applied to the diaphragm, a signal voltage A is applied to the lower fixed electrode, and a signal voltage B is applied to the upper fixed electrode.
すなわち、図８に示すように、上側固定電極へ振動膜が近づくように作用する静電力を発生する期間ＴＡ、下側固定電極へ振動膜が近づくように作用する静電力を発生する期間ＴＢとした場合に、期間ＴＢにおける信号電圧レベルを、期間ＴＡにおける信号電圧レベルよりも低くする。 That is, as shown in FIG. 8, a period TA for generating an electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the upper fixed electrode, a period TB for generating an electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the lower fixed electrode, and In this case, the signal voltage level in the period TB is set lower than the signal voltage level in the period TA.
これにより、構造的に下固定電極の方が効率よく静電力を作用してしまうため、逆位相の同じ信号電圧を負荷した場合に振動が歪んでしまう可能性があるが、これを補正することができる。 As a result, the lower fixed electrode structurally acts on the electrostatic force more efficiently, and vibration may be distorted when a signal voltage with the same antiphase is loaded. Can do.
［第５の実施の形態］
図９は、本発明の第５の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの構成を示す図である。図９に示した静電型トランスデューサは、振動膜の振動部分が非振動時において、上側固定電極２１と振動膜３１との間の距離ａに比べて、下側固定電極１１Bと振動膜３１との間の距離ｂが大きくなるようにしたものである。これは、上側固定電極２１のエポキシ絶縁層２３に比して、下側固定電極１１Ｂのエポキシ絶縁層１３Ａの厚みを大きくすることにより実現できる。
[Fifth Embodiment]
FIG. 9 is a diagram showing a configuration of an electrostatic transducer according to the fifth embodiment of the present invention. The electrostatic transducer shown in FIG. 9 has the lower fixed electrode 11B and the vibrating
これにより、構造的に下側固定電極１１Ｂの方が効率よく静電力を作用してしまうため、逆位相の同じＡＣ電圧（信号電圧）を固定電極１１Ｂ、２１に印加した場合に、下側固定電極１１Ｂに振動膜３１の中央部（振動部分の中央部）が当たってしまい、振動膜３１の振動を阻害する可能性を回避することができる。また、距離が離れた分、下側固定電極１１Ｂに近づくように作用する静電力が下がり、振動が歪んでしまうことを回避することもできる。
As a result, the lower fixed electrode 11B structurally acts on the electrostatic force more efficiently, so that when the same AC voltage (signal voltage) having the opposite phase is applied to the fixed
［第６の実施の形態］
第１の実施の形態乃至第５の実施の形態においては、振動膜の両側に皿形状の空洞部（振動空間）を設けて振動膜を振動させる構造について説明したが、本発明の静電型トランスデューサにおいては、振動膜の振動部が円管を半分に割った形状で振動するように、貫通穴をスリット型の構造にする場合にも適応できる。
[Sixth Embodiment]
In the first to fifth embodiments, the structure in which the dish-shaped cavity (vibration space) is provided on both sides of the vibration film to vibrate the vibration film has been described. The transducer can also be applied to a case where the through hole has a slit-type structure so that the vibrating portion of the vibrating membrane vibrates in a shape that divides the circular tube in half.
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの固定電極の形状を示す図である。図１０（Ａ）は、上側固定電極を外部側（振動膜の反対側）側から見た図を示し、図１０（Ｂ）は、下側固定電極を外部側（振動膜の反対側）側から見た図を示している。図に示すように、上側固定電極５１には、スリット状の貫通穴５２が複数配列され、下側固定電極４１には、一対のスリット状の貫通穴４２Ａ、４２Ｂからなる貫通穴４２が複数配列されている。
FIG. 10 is a diagram showing the shape of the fixed electrode of the electrostatic transducer according to the sixth embodiment of the present invention. 10A shows a view of the upper fixed electrode as viewed from the outside (opposite side of the diaphragm), and FIG. 10B shows the lower fixed electrode on the outside (opposite side of the diaphragm). The figure seen from is shown. As shown in the figure, the upper fixed
図１０（Ｃ）は、静電型トランスデューサの断面図を示している。また、図１１は、静電型トランスデューサの一部を切り出した斜視図を示している。 FIG. 10C shows a cross-sectional view of the electrostatic transducer. FIG. 11 shows a perspective view in which a part of the electrostatic transducer is cut out.
図１０に示す静電型トランスデューサの構造および動作は、上側固定電極および下側固定電極の貫通穴がスリット状に変更された点を除いて、第１の実施の形態の静電型トランスデューサ（図１乃至図５）と同じである。すなわち、下側固定電極４１においては、エポキシ絶縁層で覆われない部分の中央部に電極部（静電力発生面）４３が位置し、かつ貫通穴４２Ａ、４２Ｂが電極部４３の中心に対して対称に設けられている。また、上側固定電極５１の貫通穴５２の中心位置と下側固定電極の電極部５３の中心位置とが、振動膜３１を挟んで合致するように構成されている。
The structure and operation of the electrostatic transducer shown in FIG. 10 are the same as those of the electrostatic transducer according to the first embodiment (see FIG. 10) except that the through holes of the upper fixed electrode and the lower fixed electrode are changed to slits. 1 to FIG. 5). That is, in the lower fixed
なお、図１０に示した静電型トランスデューサの動作については、図５で説明した第１の実施の形態に係わる静電型トランスデューサの動作と同じであるので、その説明は省略する。 The operation of the electrostatic transducer shown in FIG. 10 is the same as that of the electrostatic transducer according to the first embodiment described with reference to FIG.
［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る静電型トランスデューサの構成例を図１２に示す。図１２に示す静電型トランスデューサの構成は、音響反射板１０１、１０２を静電型トランスデューサの背面に設置したことを除き、第１の実施の形態で示した静電型トランスデューサ（図１乃至図５）の構成と同一である。また、音響反射板１０１、１０２を備える静電型トランスデューサは、可聴周波数帯の信号により超音波周波数帯のキャリア波を変調した変調信号により駆動される場合に、特に、著しい効果を発揮するものである。
[Seventh Embodiment]
Next, FIG. 12 shows a configuration example of an electrostatic transducer according to the seventh embodiment of the present invention. The configuration of the electrostatic transducer shown in FIG. 12 is the same as the electrostatic transducer shown in the first embodiment (FIGS. 1 to 5) except that the
以下、静電型トランスデューサを超音波トランスデューサと使用する場合について説明する。
図１２において、音響反射板１０１、１０２は、静電型トランスデューサの下側固定電極１１の貫通穴１２から放射された超音波が全て同じ長さの経路で静電型トランスデューサの前面に放射されるように配置されている。
すなわち、音響反射板は、静電型トランスデューサの背面の中心位置Ｍに一端が位置し、該中心位置Mを基準として静電型トランスデューサの背面の両側に対して４５度の角度で配置され他端が静電型トランスデューサの端部Ｘ１、Ｘ２と一致する長さの一対の第１の反射板１０１、１０１と、一対の第１の反射板１０１、１０１の前記端部と直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同等の長さを有する一対の第２の反射板１０２、１０２とを有している。
Hereinafter, a case where an electrostatic transducer is used as an ultrasonic transducer will be described.
In FIG. 12, in the
That is, one end of the acoustic reflector is located at the center position M of the back surface of the electrostatic transducer, and the other end of the acoustic reflector is disposed at an angle of 45 degrees with respect to both sides of the back surface of the electrostatic transducer with respect to the center position M. Is formed at a right angle with the pair of
上記構成において、静電型トランスデューサの背面の中心位置Ｍの両側に対して４５度の角度で第１の反射板１０１、１０１を配置し、その端が静電型トランスデューサの端と一致する点までの長さが必要となる。この第１の反射板１０１、１０１により静電型トランスデューサ背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。
In the above configuration, the
次に第１の反射板１０１、１０１と直角の角度を持って接続された第２の反射板１０２、１０２を各々第１の反射板１０１、１０１の外側へ接続することで超音波は静電型トランスデューサの前面へ放出される。この第２の反射板長も第１の反射板長と同等であることが必要である。ここで重要なことは静電型トランスデューサ背面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持つことである。経路長が同じであることは背面から放出される超音波の位相が全てそろっていることを意味しているからである。
Next, by connecting the
また、図１２のように音波を幾何学的に扱うことができるのは、放出する音波が超音波であるため、極めて強い指向性を持つからである。またもう一点言及しておく必要があるのは、静電型トランスデューサ前面から放出された超音波と背面から反射されて前面へ放出された超音波の時間差である。 Further, the reason why the sound wave can be handled geometrically as shown in FIG. 12 is that the sound wave to be emitted is an ultrasonic wave and therefore has extremely strong directivity. Another point that needs to be mentioned is the time difference between the ultrasonic wave emitted from the front surface of the electrostatic transducer and the ultrasonic wave reflected from the back surface and emitted to the front surface.
トランスデューサの中心位置Mからａの距離だけ離れた地点から放出された超音波は、トランスデューサを円形と仮定しその半径をｒとすると、トランスデューサ前面まで到達する距離はおおよそ２ｒ、すなわちトランスデューサの直径に等しい。勿論、距離ａは次式を満たしていなければならない。
０≦ａ≦ｒ …… （１）
The ultrasonic wave emitted from a point a away from the center position M of the transducer is assumed to be circular and the radius is r, and the distance to reach the transducer front surface is approximately 2r, that is, the diameter of the transducer. . Of course, the distance a must satisfy the following equation.
0 ≦ a ≦ r (1)
今、トランスデューサの直径を約１０ｃｍとし、音速を３４０ｍ／ｓｅｃとすると、前面から放出される超音波と背面から放出された超音波が反射して前面に到達するまでの時間差は約０．２９ｍｓｅｃであり、人間が知覚できない時間差であるので問題はない。すなわち、トランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。 Now, assuming that the transducer diameter is about 10 cm and the sound velocity is 340 m / sec, the time difference between the ultrasonic wave emitted from the front surface and the ultrasonic wave emitted from the back surface and reaching the front surface is about 0.29 msec. There is no problem because it is a time difference that humans cannot perceive. That is, ultrasonic waves emitted from the front and back surfaces of the transducer can be used effectively.
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態に係わる超音波スピーカおよびスピーカ装置について説明する。図１３（Ａ）は、本発明の静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成を示す図である。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発明の静電型トランスデューサ（第１の実施の形態乃至第７の実施の形態に係わる静電型トランスデューサ）を使用している。この静電型トランスデューサは、振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極を備える共に、上側固定電極（第１の電極）には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、下側固定電極（第２の電極）には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにしている。このように、第１の電極の貫通穴と、第２の電極の貫通穴とを、異なる位置、形状で配置することにより、静電型トランスデューサにおいて、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる。このため、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルの音響信号を発生することができる超音波スピーカを実現できる。
なお、超音波周波数帯域の信号波で駆動される静電型トランスデューサは静電型超音波トランスデューサとも呼ばれる。
[Eighth Embodiment]
Next, an ultrasonic speaker and speaker device according to an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13A is a diagram showing a configuration of an ultrasonic speaker using the electrostatic transducer of the present invention. The ultrasonic speaker according to the present embodiment uses the above-described electrostatic transducer according to the present invention (the electrostatic transducer according to the first to seventh embodiments). The electrostatic transducer includes a pair of electrodes arranged to face both surfaces of the vibration film, and the upper fixed electrode (first electrode) is positioned to face the central portion of the vibration part of the vibration film. A through hole is provided in the lower fixed electrode (second electrode) so that no through hole is provided at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. In this way, by arranging the through hole of the first electrode and the through hole of the second electrode at different positions and shapes, the electrostatic transducer can efficiently transmit the electrostatic force to the vibrating membrane and vibrate. The membrane amplitude can be increased. For this reason, it is possible to realize an ultrasonic speaker capable of generating an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.
An electrostatic transducer driven by a signal wave in the ultrasonic frequency band is also called an electrostatic ultrasonic transducer.
図１３（Ａ）において、超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波発振源２０１と、超音波周波数帯のキャリア波（搬送波）を生成し、出力するキャリア波発振源２０２と、変調器２０３と、パワーアンプ２０４と、静電型トランスデューサ２０５Ａとを有している。
変調器２０３は、キャリア波発振源２０２から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源２０１から出力される可聴波周波数帯の信号波により変調し、パワーアンプ２０４を介して静電型トランスデューサ２０５Ａに供給する。
In FIG. 13A, an ultrasonic speaker includes an audio frequency
The
上記構成において、可聴周波数波発振源２０１より出力される信号波によってキャリア波発振源２０２から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器２０３により変調し、パワーアンプ２０４で増幅した変調信号により静電型トランスデューサ２０５Ａを駆動する。この結果、上記変調信号が静電型トランスデューサ２０５Ａにより有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。
In the above configuration, the carrier wave in the ultrasonic frequency band output from the carrier
すなわち、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波周波数帯）とに波形分離され、可聴波周波数帯の信号波（信号音）が再生される。 In other words, sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, so that in the process of modulated ultrasonic waves, the dense and sparse portions of air appear prominently, and the dense portions have high sound speed and sparseness. Since the sound speed of such a portion is slow, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic frequency band), and a signal wave (signal sound) in an audible frequency band is reproduced.
超音波は空中では減衰が激しく、その周波数の二乗に比例して減衰する。したがって、キャリア周波数（超音波）が低いと減衰も少なくビーム状に遠くまで音の届く超音波スピーカを提供することができる。
逆にキャリア周波数が高いと減衰が激しいのでパラメトリックアレイ効果が十分に起きず、音が広がる超音波スピーカを提供することができる。これらは同じ超音波スピーカでも用途に応じて使い分けることが可能なため大変有効な機能である。
Ultrasound is strongly attenuated in the air and attenuates in proportion to the square of its frequency. Therefore, when the carrier frequency (ultrasonic wave) is low, it is possible to provide an ultrasonic speaker in which the sound reaches far as a beam with little attenuation.
On the contrary, if the carrier frequency is high, the attenuation is severe, so that the parametric array effect does not occur sufficiently and an ultrasonic speaker in which the sound spreads can be provided. These are very effective functions because the same ultrasonic speaker can be used according to the application.
また、ペットとして人間と生活をともにすることの多い犬は４０ｋＨｚまで、猫は１００ｋＨｚまでの音を聴くことが可能であるため、それ以上のキャリア周波数をもちいれば、ペットに及ぼす影響もなくなるという利点も有する。いずれにせよ色々な周波数で利用できるということは多くのメリットをもたらす。 Also, dogs who often live with humans as pets can listen to sounds up to 40 kHz, and cats can listen to sounds up to 100 kHz, so if you use a carrier frequency higher than that, there will be no effect on the pet. There are also advantages. In any case, the fact that it can be used at various frequencies brings many advantages.
なお、本発明の静電型トランスデューサは、超音波スピーカとしてだけでなく、通常のスピーカ装置として使用することもできる。例えば、図１３（Ｂ）に示すように、可聴周波数波発振源２０１より出力される信号波をパワーアンプ２０４で増幅した信号により静電型トランスデューサ２０５Ｂを駆動する。
The electrostatic transducer of the present invention can be used not only as an ultrasonic speaker but also as a normal speaker device. For example, as shown in FIG. 13B, the
以上説明したように、本発明の超音波スピーカおよびスピーカ装置においては、本発明の静電型トランスデューサを使用しており、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができるため、音響信号を十分な音圧レベルと広帯域特性を持って再生することができる。特に、超音波スピーカにおいては、音響信号を十分な音圧レベルと広帯域特性を持ってスクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。このため、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。 As described above, in the ultrasonic speaker and the speaker device of the present invention, the electrostatic transducer of the present invention is used, and the electrostatic force can be efficiently transmitted to the diaphragm to increase the amplitude of the diaphragm. Therefore, it is possible to reproduce an acoustic signal with a sufficient sound pressure level and wide band characteristics. In particular, in an ultrasonic speaker, an acoustic signal can be reproduced so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen with a sufficient sound pressure level and wide band characteristics. For this reason, the reproduction range can be easily controlled.
［第９の実施の形態］
次に、本発明の静電型トランスデューサ、すなわち、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる静電型トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用した指向性音響システムについて説明する。なお、超音波周波数帯の信号で駆動される静電型トランスデューサを、「超音波トランスデューサ」とも呼ぶ。
[Ninth Embodiment]
Next, the directional sound using the ultrasonic speaker constituted by the electrostatic transducer of the present invention, that is, the electrostatic transducer that can efficiently transmit the electrostatic force to the vibrating membrane and increase the amplitude of the vibrating membrane. The system will be described. An electrostatic transducer driven by a signal in the ultrasonic frequency band is also referred to as an “ultrasonic transducer”.
以下、本発明に係る指向性音響システムの一例としてプロジェクタ（表示装置）を例に採り説明する。図１４は本発明に係るプロジェクタの使用状態を示している。同図に示すように、プロジェクタ３０１は視聴者３０３の後方に設置され、視聴者３０３の前方に設置されたスクリーン３０２に映像を投影するとともに、プロジェクタ３０１に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン３０２の投影面に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。 Hereinafter, a projector (display device) will be described as an example of a directional acoustic system according to the present invention. FIG. 14 shows a usage state of the projector according to the present invention. As shown in the figure, the projector 301 is installed behind the viewer 303, projects an image on a screen 302 installed in front of the viewer 303, and uses the ultrasonic speaker mounted on the projector 301 to screen 302. A virtual sound source is formed on the projection plane and the sound is reproduced.
プロジェクタ３０１の外観構成を図１５に示す。プロジェクタ３０１は、映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体３２０と、超音波周波数帯の音波を発振できる超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカとが一体的に構成されている。本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ３３１を挟んで左右に超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ３２４Ａ，３２４Ｂがプロジェクタ本体に搭載されている。
さらに、プロジェクタ本体３２０の底面には低音再生用スピーカ３２３が設けられている。また、３２５は、プロジェクタ本体３２０の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、３２６は、空冷フアン用の排気口である。
An appearance configuration of the projector 301 is shown in FIG. The projector 301 includes a projector
Further, a low-pitched sound reproduction speaker 323 is provided on the bottom surface of the projector
また、プロジェクタ３０１では、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Bとして、本発明の静電型トランスデューサを使用している。この静電型トランスデューサは、振動膜の両面側に対向して配置される一対の電極を備えると共に、上側固定電極（第１の電極）には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設け、下側固定電極（第２の電極）には、振動膜の振動部分の中央部に対向する位置に貫通穴を設けないようにし、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができる静電型トランスデューサである。このため、キャリア波の周波数を変更することにより可聴周波数帯の再生信号の空間的な再生範囲を制御することにより、ステレオサラウンドシステムや５．１ｃｈサラウンドシステム等で得られるような音響効果を従来必要であった大掛かりな音響システムを必要とすることなく実現でき、かつ持ち運びが容易なプロジェクタを実現することができる。 In the projector 301, the electrostatic transducer of the present invention is used as the ultrasonic transducers 324A and 324B constituting the ultrasonic speaker. The electrostatic transducer includes a pair of electrodes arranged to face both sides of the vibrating membrane, and the upper fixed electrode (first electrode) is positioned to face the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane. A through hole is provided in the lower fixed electrode (second electrode) so that no through hole is provided at a position facing the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane, and the electrostatic force is efficiently transmitted to the vibrating membrane. This is an electrostatic transducer capable of increasing the amplitude of the vibrating membrane. For this reason, by conventionally changing the frequency of the carrier wave to control the spatial reproduction range of the reproduction signal in the audible frequency band, an acoustic effect that can be obtained in a stereo surround system or 5.1ch surround system is conventionally required. Thus, it is possible to realize a projector that can be realized without requiring a large-scale sound system and is easy to carry.
次に、プロジェクタ３０１の電気的構成を図１６に示す。プロジェクタ３０１は、操作入力部３１０と、再生範囲設定部３１２、再生範囲制御処理部３１３、音声／映像信号再生部３１４、キャリア波発振源３１６、変調器３１８Ａ，３１８Ｂ、パワーアンプ３２２Ａ、３２２Ｂ及び超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ３１７Ａ，３１７Ｂと、ローパスフィルタ３１９と、ミキサ３２１と、パワーアンプ３２２Ｃと、低音再生用スピーカ３２３と、プロジェクタ本体３２０とを有している。
Next, the electrical configuration of the projector 301 is shown in FIG. The projector 301 includes an
プロジェクタ本体３２０は、映像を生成する映像生成部３３２と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系３３３とを有している。プロジェクタ３０１は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ３２３と、プロジェクタ本体３２０とが一体化されて構成されている。
The projector
操作入力部３１０は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。再生範囲設定部３１２は、ユーザが操作入力部３１０をキー操作することにより再生信号（信号音）の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。
The
また、再生範囲設定部３１２は、音声／映像信号再生部３１４より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。
また、再生範囲制御処理部３１３は、再生範囲設定部３１２の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波発振源３１６により生成されるキャリア波の周波数を変更するようにキャリア波発振源３１６を制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部３１２の内部情報として、キャリア波周波数が５０ｋＨｚに対応する上記距離が設定されている場合、キャリア波発振源３１６に対して５０ｋＨｚで発振するように制御する。
Also, the reproduction
Further, the reproduction range
For example, when the distance corresponding to the carrier wave frequency of 50 kHz is set as the internal information of the reproduction
再生範囲制御処理部３１３は、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。
再生範囲制御処理部３１３は、再生範囲設定部３１２の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにキャリア波発振源３１６を制御する。
The reproduction range
The reproduction range
音声／映像信号再生部３１４は、例えば、映像媒体としてＤＶＤを用いるＤＶＤプレーヤーであり、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ３１７Ａを介して変調器３１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ３１７Ｂを介して変調器３１８Ｂに、映像信号はプロジェクタ本体３２０の映像生成部３３２にそれぞれ、出力されるようになっている。
また、音声／映像信号再生部３１４より出力されるＲチャンネルの音声信号とＬチャンネルの音声信号は、ミキサ３２１により合成され、ローパスフィルタ３１９を介してパワーアンプ３２２Ｃに入力されるようになっている。音声／映像信号再生部３１４は、音響ソースに相当する。
The audio / video
The R channel audio signal and the L channel audio signal output from the audio / video
ハイパスフィルタ３１７Ａ、３１７Ｂは、それぞれ、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における中高音域（第一の音域）の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における低音域（第二の音域）の周波数成分のみを通過させる特性を有している。
したがって、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は
、それぞれ超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂにより再生され、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ３２３により再生されることとなる。
The high-
Accordingly, among the R channel and L channel audio signals, the mid and high range audio signals are reproduced by the ultrasonic transducers 324A and 324B, respectively, and among the R channel and L channel audio signals, the low range audio signals are low frequencies. It is reproduced by the reproduction speaker 323.
なお、音声／映像信号再生部３１４はＤＶＤプレーヤーに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。また、音声／映像信号再生部３１４は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部３１２に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。
The audio / video
キャリア波発振源３１６は、再生範囲設定部３１２より指示された超音波周波数帯の周波数のキャリア波を生成し、変調器３１８Ａ，３１８Ｂに出力する機能を有している。
変調器３１８Ａ、３１８Ｂは、キャリア波発振源３１６から供給されるキャリア波を音声／映像信号再生部３１４から出力される可聴周波数帯の音声信号でＡＭ変調し、該変調信号を、それぞれパワーアンプ３２２Ａ、３２２Ｂに出力する機能を有する。
The carrier
The
超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂは、それぞれ、変調器３１８Ａ、３１８Ｂからパワーアンプ３２２Ａ、３２２Ｂを介して出力される変調信号により駆動され、該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射し、可聴周波数帯の信号音（再生信号）を再生する機能を有する。
The ultrasonic transducers 324A and 324B are driven by modulation signals output from the
映像生成部３３２は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイと、該ディスプレイを音声／映像信号再生部３１４から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声／映像信号再生部３１４から出力される映像信号から得られる映像を生成する。
投影光学系３３３は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体３２０の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。
The
The projection
次に、上記構成からなるプロジェクタ３０１の動作について説明する。まず、ユーザのキー操作により操作入力部３１０から再生信号の再生範囲を指示するデータ（距離情報）が再生範囲設定部３１２に設定され、音声／映像信号再生部３１４に再生指示がなされる。
Next, the operation of the projector 301 having the above configuration will be described. First, data (distance information) instructing the reproduction range of the reproduction signal is set in the reproduction
この結果、再生範囲設定部３１２には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部３１３は、再生範囲設定部３１２に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにキャリア波発振源３１６を制御する。
この結果、キャリア波発振源３１６は、再生範囲設定部３１２に設定された距離情報に対応する周波数のキャリア波を生成し、変調器３１８Ａ、３１８Ｂに出力する。
As a result, distance information defining the reproduction range is set in the reproduction
As a result, the carrier
一方、音声／映像信号再生部３１４は、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ３１７Ａを介して変調器３１８Ａに、Ｌチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ３１７Ｂを介して変調器３１８Ｂに、Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号をミキサ３２１に出力し、映像信号をプロジェクタ本体３２０の映像生成部３３２にそれぞれ、出力する。
On the other hand, the audio / video
したがって、ハイパスフィルタ３１７Ａにより上記Ｒチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器３１８Ａに入力され、ハイパスフィルタ３１７Ｂにより上記Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器３１８Ｂに入力される。
また、上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号はミキサ３２１により合成され、ローパスフィルタ３１９により上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ３２２Ｃに入力される。
Therefore, the high-
The R channel audio signal and the L channel audio signal are synthesized by the
映像生成部３３２では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系３３３により、投影面、例えば、図１４に示すスクリーン３０２に投影される。
他方、変調器３１８Ａは、キャリア波発振源３１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ３１７Ａから出力される上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でＡＭ変調し、パワーアンプ３２２Ａに出力する。
また、変調器３１８Ｂは、キャリア波発振源３１６から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ３１７Ｂから出力される上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でＡＭ変調し、パワーアンプ３２２Ｂに出力する。
The
On the other hand, the
Further, the
パワーアンプ３２２Ａ、３２２Ｂにより増幅された変調信号は、それぞれ、超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂに印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波（音響信号）に変換され、媒質（空気中）に放射され、超音波トランスデューサ３２４Ａからは、上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生され、超音波トランスデューサ３２４Ｂからは、上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生される。
また、パワーアンプ３２２Ｃで増幅された上記Ｒチャンネル及びＬチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ３２３により再生される。
The modulated signals amplified by the
Also, the low-frequency audio signals in the R channel and L channel amplified by the power amplifier 322C are reproduced by the low tone reproduction speaker 323.
前述したように、超音波トランスデューサにより媒質中（空気中）に放射された超音波の伝播においては、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生する。 As described above, in the propagation of ultrasonic waves radiated into the medium (in the air) by the ultrasonic transducer, the sound speed increases at a portion where the sound pressure is high and the sound speed is slow at a portion where the sound pressure is low. Become. As a result, waveform distortion occurs.
放射する超音波帯域の信号（キャリア波）を可聴周波数帯の信号で変調（ＡＭ変調）しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成される。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。 When a signal (carrier wave) in the radiated ultrasonic band is modulated (AM modulation) with a signal in the audible frequency band, the signal wave in the audible frequency band used for modulation is super It is formed so as to be self-demodulated separately from the carrier wave in the sonic frequency band. At this time, the spread of the reproduction signal becomes a beam shape due to the characteristics of ultrasonic waves, and the sound is reproduced only in a specific direction completely different from that of a normal speaker.
超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ３２４から出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系３３３により映像が投影される投影面（スクリーン）に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。この場合に、再生範囲設定部３１２に設定されるキャリア波の周波数に応じて、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面からその放射軸方向（法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅（ビームの拡がり角）が異なるために、再生範囲は、変化する。
The beam-like reproduction signal output from the ultrasonic transducer 324 constituting the ultrasonic speaker is radiated toward the projection surface (screen) on which the image is projected by the projection
プロジェクタ３０１における超音波トランスデューサ３２４Ａ、３２４Ｂを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図１７に示す。プロジェクタ３０１において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部３１２により設定されたキャリア周波数が低い場合は、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。
FIG. 17 shows a state in which a reproduction signal is reproduced by an ultrasonic speaker including the ultrasonic transducers 324A and 324B in the projector 301. In the projector 301, when the ultrasonic transducer is driven by the modulation signal obtained by modulating the carrier wave with the audio signal, if the carrier frequency set by the reproduction
したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面
（スクリーン）３０２に到達することとなり、この状態で投影面３０２において反射するので、再生範囲は、図１７において点線の矢印で示す可聴範囲Ａとなり、投影面３０２から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。
Therefore, the reproduced beam of the reproduced signal in the audible frequency band reaches the projection plane (screen) 302 without being relatively expanded, and is reflected on the projection plane 302 in this state. Therefore, the reproduction range is as shown in FIG. Becomes a audible range A indicated by a dotted arrow, and a reproduction signal (reproduced sound) can be heard only in a relatively narrow and narrow range from the projection plane 302.
これに対して、再生範囲設定部３１２により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、超音波トランスデューサ３２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。
On the other hand, when the carrier frequency set by the reproduction
したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面３０２に到達する前に拡がって投影面３０２に到達することとなり、この状態で投影面３０２において反射するので、再生範囲は、図１７において実線の矢印で示す可聴範囲Ｂとなり、投影面３０２から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。 Therefore, the reproduced reproduction signal beam in the audible frequency band spreads before reaching the projection plane 302 and reaches the projection plane 302, and is reflected on the projection plane 302 in this state. 17, the audible range B is indicated by a solid arrow, and a playback signal (playback sound) can be heard only in a relatively close and wide range from the projection plane 302.
以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして、本発明の静電型トランスデューサを使用しており、静電力を効率よく振動膜に伝えて振動膜の振幅を大きくすることができるので、音響信号を十分な音圧レベルと広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。このため、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。 As described above, in the projector according to the present invention, the electrostatic transducer according to the present invention is used as the ultrasonic transducer constituting the ultrasonic speaker, and the electrostatic force is efficiently transmitted to the vibration film, so that the amplitude of the vibration film Therefore, the sound signal can be reproduced so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen with a sufficient sound pressure level and wide band characteristics. For this reason, the reproduction range can be easily controlled.
なお、上述したプロジェクタは、大画面で画像を見たい場合に使用されものであるが、近時、大画面液晶テレビや大画面プラズマテレビが急速に普及しており、それらの大画面テレビにも、本発明の超音波スピーカを効果的に使用することができる。 The projector described above is used for viewing images on a large screen. Recently, large-screen liquid crystal televisions and large-screen plasma televisions are rapidly spreading, and those large-screen televisions are also used. The ultrasonic speaker of the present invention can be used effectively.
すなわち、大画面テレビに本発明による超音波スピーカを使用することにより、大画面テレビの前方に向けて局所的に音声信号を放射することが可能になる。 That is, by using the ultrasonic speaker according to the present invention for a large screen television, it becomes possible to radiate an audio signal locally toward the front of the large screen television.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型トランスデューサ、超音波スピーカ、および表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the electrostatic transducer, the ultrasonic speaker, and the display device of the present invention are not limited to the illustrated examples described above, and do not depart from the gist of the present invention. Of course, various changes can be made within the range.
１１、１１Ａ、１１Ｂ・・・下側固定電極、１２、１２B、１２Ｃ、２２・・・貫通穴、１３、１３Ａ、２３・・・エポキシ絶縁層、１４、２４・・・電極部、１７・・・電極部、１８、２８・・・樹脂、１９、２９・・・導電ペースト、２１、２１Ａ・・・上側固定電極、３１・・・振動膜、３１Ａ・・・振動電極層、３１Ｂ・・・誘電体膜、３２・・・直流バイアス電源、３３Ａ、３３Ｂ・・・交流信号、４１・・・下側固定電極、４２、４２Ａ，４２Ｂ・・・貫通穴、４３・・・電極部、５１・・・上側固定電極、５２・・・貫通穴、１０１、１０２・・・音響反射板、２０１・・・可聴周波数波発振源、２０２・・・キャリア波発振源、２０３・・・変調器、２０４・・・パワーアンプ、２０５Ａ、２０５Ｂ・・・静電型トランスデューサ、３０１・・・プロジェクタ、３０２・・・スクリーン（投影面）、３０３・・・視聴者、３１０・・・操作入力部、３１２・・・再生範囲設定部、３１３・・・再生範囲制御処理部、３１４・・・音声／映像信号再生部、３１６・・・キャリア波発振源、３１７Ａ、３１７Ｂ・・・ハイパスフィルタ、３１８Ａ、３１８Ｂ・・・変調器、３１９・・・ローパスフィルタ、３２０・・・プロジェクタ本体、３２１・・・ミキサ、３２２Ａ、３２２Ｂ・・・パワーアンプ、３２２Ｃ・・・パワーアンプ、３２３・・・低音再生用スピーカ、３２４、３２４Ａ、３２４Ｂ・・・超音波トランスデューサ、３３１・・・プロジェクタレンズ、３３２・・・映像生成部、３３３・・・投影光学系
11, 11A, 11B ... lower fixed electrode, 12, 12B, 12C, 22 ... through hole, 13, 13A, 23 ... epoxy insulating layer, 14, 24 ... electrode part, 17 ... Electrode part 18, 28 ... resin, 19, 29 ... conductive paste, 21, 21A ... upper fixed electrode, 31 ... vibrating membrane, 31A ... vibrating electrode layer, 31B ...
Claims (15)
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないこと
を特徴とする静電型トランスデューサ。 A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. The electrostatic transducer according to claim 1, wherein a through hole is located in the first electrode and no through hole is located in the second electrode.
を特徴とする請求項１に記載の静電型トランスデューサ。 2. The electrostatic transducer according to claim 1, wherein the second electrode is provided with a through hole at a position opposite to the central portion.
前記第１の電極へ前記振動膜が近づくように作用する静電力を前記振動膜と第１の電極および前記第２の電極との間に発生させるときに前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧レベルよりも小さく設定すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型トランスデューサ。 When the electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the second electrode is generated between the vibrating membrane and the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode The voltage level applied to the electrode is
The first electrode and the second electrode are generated when an electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the first electrode is generated between the vibrating membrane and the first electrode and the second electrode. The electrostatic transducer according to claim 1, wherein the electrostatic transducer is set smaller than a voltage level applied to the electrode.
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電型トランスデューサ。 The electrode part surface of the second electrode and the electrode part as compared to the distance between the electrode part surface of the first electrode on the vibration film side and the surface of the vibration film facing the electrode part surface The electrostatic transducer according to claim 1, wherein a distance between the surface of the vibrating membrane facing the surface is increased.
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないように構成されると共に、
前記振動電極層に直流バイアス電源が印加され、
前記一対の電極における前記電極部間には超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波で変調した変調波が印加されること
を特徴とする静電型超音波トランスデューサ。 A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. In the position, the first electrode has a through hole and the second electrode has no through hole.
A DC bias power source is applied to the vibrating electrode layer,
An electrostatic ultrasonic transducer, wherein a modulated wave obtained by modulating a carrier wave in an ultrasonic frequency band with a signal wave in an audible frequency band is applied between the electrode portions of the pair of electrodes.
を特徴とする請求項５に記載の静電型超音波トランスデューサ。 The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 5, wherein in the second electrode, a through hole is provided at a position opposite to the central portion.
前記第１の電極へ前記振動膜が近づくように作用する静電力を前記振動膜と前記第１の電極および前記第２の電極との間に発生させるときに前記第１の電極および前記第２の電極に印加する電圧レベルよりも小さく設定すること
を特徴とする請求項５または請求項６の静電型超音波トランスデューサ。 When the electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the second electrode is generated between the vibrating membrane and the first electrode and the second electrode, the first electrode and the second electrode The voltage level applied to the electrode is
When the electrostatic force acting so that the vibrating membrane approaches the first electrode is generated between the vibrating membrane, the first electrode, and the second electrode, the first electrode and the second electrode The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 5 or 6, wherein the electrostatic ultrasonic transducer is set to be smaller than a voltage level applied to the electrode.
前記第２の電極の電極部表面と該電極部表面に対向する前記振動膜表面との間の距離を長くしたこと
を特徴とする請求項５から７のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。 Compared to the distance between the electrode part surface of the first electrode on the diaphragm side and the diaphragm surface facing the electrode part surface,
The electrostatic ultrasonic wave according to any one of claims 5 to 7, wherein a distance between the surface of the electrode portion of the second electrode and the surface of the vibrating membrane facing the surface of the electrode portion is increased. Transducer.
を特徴とする請求項５から８のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。 The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 5, further comprising an acoustic reflector provided on a back surface of the electrostatic ultrasonic transducer.
前記一対の第１の反射板の前記端部と直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同等の長さを有する一対の第２の反射板とで構成されていること
を特徴とする請求項９に記載の静電型超音波トランスデューサ。 One end of the acoustic reflector is located at the center position of the back surface of the electrostatic transducer, and is disposed at an angle of 45 degrees with respect to both sides of the back surface of the electrostatic transducer with respect to the center position. A pair of first reflectors of a length matching the end of
A pair of second layers having a length equal to the length of the first reflector plate connected to the outside of the first reflector plate at an angle perpendicular to the end portions of the pair of first reflector plates. The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 9, further comprising:
前記静電型トランスデューサは、
振動電極層を有する振動膜と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないこと
を特徴とする超音波スピーカ。 A carrier wave in the ultrasonic frequency band is modulated by a signal wave output from a signal source that generates a signal wave in the audible frequency band, and an acoustic transducer is driven by the modulated wave to reproduce a signal sound in the audible frequency band. An ultrasonic speaker,
The electrostatic transducer is
A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. The ultrasonic speaker according to claim 1, wherein a through hole is located in the first electrode and no through hole is located in the second electrode.
前記静電型トランスデューサは、
振動電極層を有する振動膜と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないこと
を特徴とするスピーカ装置。 A speaker device that includes a signal source that generates a signal wave in an audible frequency band, and an amplifier that amplifies the signal wave output from the signal source, and drives an electrostatic transducer by an output signal of the amplifier,
The electrostatic transducer is
A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. The speaker device according to claim 1, wherein a through hole is located in the first electrode and no through hole is located in the second electrode.
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しない構成の静電型トランスデューサを使用すると共に、
信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、
キャリア波供給手段により超音波周波数帯の搬送波を生成する手順と、
変調手段により搬送波を前記信号波により変調した変調信号を生成する手順と、
前記電極と前記振動膜の振動電極層との間に前記変調信号を印加することにより静電型トランスデューサを駆動する手順と、
を含むことを特徴とする静電型トランスデューサによる音声信号再生方法。 A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. In position, using an electrostatic transducer with a through hole located in the first electrode and no through hole located in the second electrode,
Generating a signal wave of an audible frequency band by a signal source;
A procedure for generating a carrier wave in an ultrasonic frequency band by means of a carrier wave supply means;
A procedure for generating a modulated signal obtained by modulating a carrier wave with the signal wave by a modulating means;
A procedure for driving an electrostatic transducer by applying the modulation signal between the electrode and the vibrating electrode layer of the vibrating membrane;
A method for reproducing an audio signal using an electrostatic transducer.
前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、
を有する指向性音響システムであって、
前記超音波スピーカの静電型トランスデューサは、
振動電極層を有する振動膜と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないこと
を特徴とする指向性音響システム。 An ultrasonic wave that modulates a carrier wave signal in an ultrasonic frequency band by a signal in the first sound range among audio signals supplied from an acoustic source, and drives an electrostatic transducer by the modulated signal to reproduce a signal sound in an audible frequency band Speakers,
A low-frequency sound reproduction speaker for reproducing a signal in a second sound range lower than the first sound range among the sound signals supplied from the acoustic source;
A directional acoustic system comprising:
The electrostatic transducer of the ultrasonic speaker is
A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. In a position, a through hole is located in the first electrode, and no through hole is located in the second electrode.
映像を投影面に投影する投影光学系と、
で構成される表示装置であって、
前記超音波スピーカの静電型トランスデューサは、
振動電極層を有する振動膜と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第１の電極と、
貫通穴および該貫通穴に隣接して前記振動膜との間に印加される電圧により静電力を発生させる電極部を有する第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極は、前記振動膜の両面側にそれぞれ対向して配置され、
前記第１の電極の有する電極部および前記第２の電極の有する電極部と前記振動膜との間に印加される電圧により発生した静電力で振動する振動膜の振動部分の中央部に対向する位置において、前記第１の電極には貫通穴が位置し、前記第２の電極には貫通穴が位置しないこと
を特徴とする表示装置。 An ultrasonic speaker that modulates a carrier wave signal in an ultrasonic frequency band with an audio signal supplied from an acoustic source, and reproduces an audible frequency band signal sound by driving an electrostatic transducer with the modulated signal;
A projection optical system that projects an image onto a projection surface;
A display device comprising:
The electrostatic transducer of the ultrasonic speaker is
A vibrating membrane having a vibrating electrode layer;
A first electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration film adjacent to the through-hole;
A second electrode having a through-hole and an electrode portion that generates an electrostatic force by a voltage applied between the through-hole and the vibration membrane adjacent to the through-hole;
With
The first electrode and the second electrode are disposed to face both surfaces of the vibrating membrane, respectively.
Opposite the central portion of the vibrating portion of the vibrating membrane that vibrates with an electrostatic force generated by the voltage applied between the electrode portion of the first electrode and the electrode portion of the second electrode and the vibrating membrane. In the position, a through hole is located in the first electrode, and no through hole is located in the second electrode.
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| JP2007033110A JP2008199342A (en) | 2007-02-14 | 2007-02-14 | Electrostatic transducer, electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker, speaker device, audio signal reproducing method by electrostatic transducer, directional sound system, and display device |
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| CN112714371B (en) * | 2020-12-31 | 2024-05-24 | 松山湖材料实验室 | Flat electrostatic sound box |
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