JPWO2016158518A1 - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

広い周波数帯域で、高音質かつ十分な音量で再生可能な無指向性の電気音響変換器を少ない部品点数で提供する。常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、高分子複合圧電体の両面に積層された２つの薄膜電極を有する電気音響変換フィルムと、電気音響変換フィルムが湾曲するように、電気音響変換フィルムの一方の主面に密着して配置される弾性支持体とを有する電気音響変換ユニットを２つ以上有し、２つ以上の電気音響変換ユニットが、電気音響変換フィルムを外側に向けて、多面体の一部の面、若しくは全ての面を構成するように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカなどの音響デバイス等に用いられる電気音響変換器に関する。

音には「広がる性質」と「直進する性質」がある。周波数が低い帯域の音（低音）は広がる傾向が強くなり、周波数が高い帯域の音（高音）は直進する傾向が強くなる。そのため、通常のコーン型スピーカの場合、低音はスピーカの周りに広がるが、高音はスピーカ正面の音圧が高くなる一方、横方向や後方の音圧は低くなる。
そのため、このように周波数帯域ごとに指向性の異なる、指向性を有するスピーカでは、スピーカの軸上（真正面）と軸上を外れたところでは、周波数のバランスが変わり音色が変化して、音質が低下してしまうという問題があった。

そこで、スピーカから出た音がスピーカの周り３６０度に同じ様に拡がり、聴取位置によって周波数のバランスが変化せず、どの位置に対しても高音質な音を再生可能な無指向性スピーカを実現する構成として、スピーカユニットを背中合わせに配置した構成や、スピーカユニットを多数個、放射状に取り付けた構成が考えられている。

しかしながら、非特許文献１に記載されるように、従来のコーンスピーカを用いて、スピーカユニットを背中合わせに配置した構成としても、横方向で高い周波数帯域の音圧レベルは低くなり、加えて、正面や斜め方向の周波数特性が乱れてしまう。これは、２つのスピーカユニットの距離が離れているため、それぞれから出た音が聴取者（マイク）に届くタイミングにズレが生じ、位相がずれるためである。また、コーンスピーカを多数個、放射状に取り付けた構成としても、各スピーカユニットの振動板間の距離差があるため、それぞれのスピーカユニットから出た音が届くタイミング（位相）がずれて、周波数特性が乱れてしまうので、聴取位置によって周波数のバランスが変わって音色が変化してしまう。
また、コーンスピーカの場合には、低域を再生するためにはエンクロージャにはある程度の容積が要求されるが、スピーカユニットを多数個使うと、その分、磁気回路に場所を取られるため、エンクロージャの実質的な容積が不足して低域の再生が困難になってしまう。一方、エンクロージャの容積を確保するため、エンクロージャを大きくすると、振動板間の距離がさらに離れてしまうため、周波数特性の乱れがさらに大きくなってしまう。
このように、従来のコーンスピーカを用いた場合には、振動板間の距離差によって、音波の到達タイミングがずれるため、聴取位置によって周波数バランスが変わって、音色が変化してしまう。

これに対して、非特許文献１では、薄型のスピーカであるＨＶＴ（Horizontal-Vertical Transforming）方式のスピーカを背中合わせに配置した構成が開示されている。薄型のスピーカを用いることで、振動板間の距離差を縮めると共に、エンクロージャ容積を確保して、高音質な無指向性スピーカが得られると記載されている。

ＨＶＴ方式のスピーカとは、駆動源（マグネットやボイスコイル）を振動板の側面に配置し、リンク機構を介して振動板を増幅させる構成を有するものである。このような構成により、駆動源と振動板の双方において、振幅方向に十分なクリアランスを確保できるため、薄型化しつつ、より低い最低共振周波数のスピーカユニットとすることができる。
このような薄型のスピーカを２枚背中合わせに配置することで、２つの振動板の間の距離を小さくでき、それぞれから出た音が聴取者に到達するタイミングにズレがほとんど生じず、無指向性放射パターンを持つスピーカの設計が容易になると記載されている。

日経テクノロジーオンライン "スピーカを約１／３に薄くできる技術"（ＵＲＬ：http://techon.nikkeibp.co.jp/article/FEATURE/20130128/262631/）

しかしながら、ＨＶＴ方式のスピーカは、周波数が低い帯域（低域）に比べて、周波数が中間の帯域（中域）、および、周波数が高い帯域（高域）の音圧レベルが低いという問題があった。また、駆動源と振動板との間にリンク機構を介して振動板を駆動するため、部品点数が非常に多くなり、生産性が低く、製造コストが高くなるという問題があった。

発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、広い周波数帯域で、高音質かつ十分な音量で再生可能な無指向性の電気音響変換器を少ない部品点数で提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべき鋭意検討した結果、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、高分子複合圧電体の両面に積層された２つの薄膜電極を有する電気音響変換フィルムと、電気音響変換フィルムが湾曲するように、電気音響変換フィルムの一方の主面に密着して配置される弾性支持体とを有する電気音響変換ユニットを２つ以上有し、２つ以上の電気音響変換ユニットが、電気音響変換フィルムを外側に向けて、多面体の一部の面、若しくは全ての面を構成するように配置されることにより、広い周波数帯域で、高音質かつ十分な音量で再生可能な無指向性の電気音響変換器を少ない部品点数で実現できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の構成の電気音響変換器を提供する。

（１）常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、高分子複合圧電体の両面に積層された２つの薄膜電極を有する電気音響変換フィルムと、電気音響変換フィルムが湾曲するように、電気音響変換フィルムの一方の主面に密着して配置される弾性支持体とを有する電気音響変換ユニットを２つ以上有し、
２つ以上の電気音響変換ユニットが、電気音響変換フィルムを外側に向けて、多面体の一部の面、若しくは全ての面を構成するように配置される電気音響変換器。
（２） 弾性支持体が粘弾性を有する粘弾性支持体である（１）に記載の電気音響変換器。
（３） 電気音響変換フィルムの湾曲部が、中心から周辺部に向かって緩やかに曲率が変化している（１）または（２）に記載の電気音響変換器。
（４） 多面体が、正多面体、半正多面体、或いは準正多面体のいずれかひとつに属する（１）〜（３）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（５） 電気音響変換フィルムの主面に垂直な方向から見た際の、電気音響変換フィルムの湾曲部の形状が正多角形である（１）〜（４）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（６） 多面体の一部の面にコーン型スピーカユニットが放射面を外側に向けて備わっている（１）〜（５）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（７） 電気音響変換フィルムの動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０〜３０ＧＰａ、５０℃において１〜１０ＧＰａである（１）〜（６）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（８） 高分子材料の周波数１Ｈｚでのガラス転移温度が０〜５０℃である（１）〜（７）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（９） 高分子材料の動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接Ｔａｎδが０．５以上となる極大値が０〜５０℃の温度範囲に存在する（１）〜（８）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（１０） 高分子材料が、シアノエチル基を有するものである（１）〜（９）のいずれかに記載の電気音響変換器。
（１１） 高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールである（１）〜（１０）のいずれかに記載の電気音響変換器。

このような本発明の電気音響変換器によれば、広い周波数帯域で高音質かつ十分な音量で再生可能な無指向性の電気音響変換器を少ない部品点数で提供できる。

本発明の電気音響変換器の一例を模式的に示す斜視図である。 図１ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の電気音響変換器を構成する電気音響変換ユニットの１つを模式的に示す正面図である。 図２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の電気音響変換器の他の一例を概念的に示す断面図である。 本発明の電気音響変換フィルムの一例を概念的に示す断面図である。 電気音響変換フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。 電気音響変換フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。 電気音響変換フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。 電気音響変換フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。 電気音響変換フィルムの作製方法の一例を説明するための概念図である。 音圧レベルの測定方法を説明するための概略斜視図である。 音圧レベルの測定に用いた本発明の電気音響変換器の他の一例を概念的に示す斜視図である。 音圧レベルの測定に用いた参考例の電気音響変換器を概念的に示す斜視図である。 音圧レベルの測定に用いた電気音響変換器を概念的に示す斜視図である。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 従来の電気音響変換器の一例を模式的に表す図である。 従来の電気音響変換器の一例を模式的に表す図である。 従来の電気音響変換器の一例を模式的に表す図である。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 周波数と音圧レベルとの関係を表すグラフである。 測定方向と音圧レベルとの関係を表すグラフである。

以下、本発明の電気音響変換器について、添付の図面に示される好適実施態様を基に、詳細に説明する。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。

図１Ａに、本発明の電気音響変換器の一例を模式的に表す斜視図を示し、図１Ｂに、図１ＡのＢ−Ｂ線断面図を示す。
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、電気音響変換器１００は、６つの電気音響変換ユニット４０を有し、６つの電気音響変換ユニット４０が、電気音響変換フィルム１０側の面を外側に向けて正六面体（立方体）を構成するように配置されたものである。
したがって、図示例の電気音響変換器１００を構成する電気音響変換ユニット４０は、電気音響変換フィルム側の面の形状が正四角形状（正方形状）である。

このような電気音響変換器１００は、スピーカ、マイクロフォン、および、ギター等の楽器に用いられるピックアップなどの各種の音響デバイスとして利用されるものであり、変換フィルム１０に電気信号を入力して電気信号に応じた振動により音を再生したり、音、すなわち、空気の振動を受けることで生じる変換フィルム１０の振動を電気信号に変換するために利用されるものである。

まず、電気音響変換ユニット４０について、図２Ａおよび図２Ｂを用いて説明する。
図２Ａは、電気音響変換ユニット４０を概念的に示す正面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＢ−Ｂ線断面図である。
電気音響変換ユニット４０は、電気音響変換フィルム（以下、「変換フィルム」ともいう）１０を振動板として用いるものである。

電気音響変換ユニット４０は、変換フィルム１０への電圧印加によって、変換フィルム１０が面内方向に伸長すると、この伸長分を吸収するために、変換フィルム１０は、上方（音の放射方向）に移動し、逆に、変換フィルム１０への電圧印加によって、変換フィルム１０が面内方向に収縮すると、この収縮分を吸収するために、変換フィルム１０は、下方（ケース４２側）に移動する。電気音響変換ユニット４０は、この変換フィルム１０の伸縮の繰り返しによる振動により、振動（音）と電気信号とを変換するものである。

電気音響変換ユニット４０は、変換フィルム１０と、ケース４２と、粘弾性支持体４６と、押圧部材４８とを有して構成される。

変換フィルム１０は、圧電性を有し、電界の状態に応じて主面が伸縮する圧電フィルムであって、湾曲した状態で保持されることで、フィルム面に沿った伸縮運動をフィルム面に垂直な方向の振動に変換して、電気信号を音に変換するものである。
ここで、本発明の電気音響変換ユニット４０に用いられる変換フィルム１０は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、高分子複合圧電体の両面に積層された２つの薄膜電極を有する変換フィルムである。
変換フィルム１０については後に詳述する。

ケース４２は、押圧部材４８と共に、変換フィルム１０および粘弾性支持体４６を保持する保持部材であり、プラスチックや金属、或いは木材等で形成される、一面が開放する箱型の筐体である。図に示すように、ケース４２は薄型の六面体形状で、最大面の一方が開放面である。また、開放部は正四角形状である。ケース４２は、内部に粘弾性支持体４６を収容する。

粘弾性支持体４６は、適度な粘性と弾性を有し、変換フィルム１０を湾曲した状態で保持すると共に、変換フィルム１０のどの場所でも一定の機械的バイアスを与えることによって、変換フィルム１０の伸縮運動を無駄なく前後運動（変換フィルムの面に垂直な方向の運動）に変換させるためのものである。
図示例において、粘弾性支持体４６は、ケース４２の底面とほぼ同等の底面形状を有する四角柱状である。また、粘弾性支持体４６の高さは、ケース４２の深さよりも大きい。

粘弾性支持体４６の材料としては、適度な粘性と弾性を有し、かつ、圧電フィルムの振動を妨げず、好適に変形するものであれば、特に限定はない。一例として、羊毛のフェルト、レーヨンやＰＥＴを含んだ羊毛のフェルトなどの不織布、グラスウール、或いはポリウレタンなどの発泡材料（発泡プラスチック）、ポリエステルウール、紙を複数枚重ねたもの、磁性流体、塗料等が例示される。
粘弾性支持体４６の比重には、特に限定はなく、粘弾性支持体の種類に応じて、適宜、選択すればよい。一例として、粘弾性支持体としてフェルトを用いた場合には、比重は、５０〜５００ｋｇ／ｍ³が好ましく、１００〜３００ｋｇ／ｍ³がより好ましい。また、粘弾性支持体としてグラスウールを用いた場合には、比重は、１０〜１００ｋｇ／ｍ³が好ましい。

押圧部材４８は、変換フィルム１０を粘弾性支持体４６に押圧した状態で支持するためのものであり、プラスチックや金属、或いは木材等で形成される、中央に開口部４８ａを有する正四角形状の板状部材である。押圧部材４８は、ケース４２の開放面と同様の形状を有し、また、開口部４８ａの形状は、ケース４２の開放部と同様の正四角形状である。

電気音響変換ユニット４０においては、ケース４２の中に粘弾性支持体４６を収容して、変換フィルム１０によってケース４２および粘弾性支持体４６を覆い、変換フィルム１０の周辺を押圧部材４８によってケース４２の開放面に接した状態で、押圧部材４８をケース４２に固定して、構成される。
なお、ケース４２への押圧部材４８の固定方法には、特に限定はなく、ビスやボルトナットを用いる方法、固定用の治具を用いる方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。

この電気音響変換ユニット４０においては、粘弾性支持体４６は、高さ（厚さ）がケース４２の内面の高さよりも厚い。すなわち、変換フィルム１０および押圧部材４８が固定される前の状態では、粘弾性支持体４６は、ケース４２の上面よりも突出した状態となっている。
そのため、電気音響変換ユニット４０では、粘弾性支持体４６の周辺部に近くなるほど、粘弾性支持体４６が変換フィルム１０によって下方に押圧されて厚さが薄くなった状態で、保持される。すなわち、変換フィルム１０の主面の少なくとも一部が湾曲した状態で保持される。これにより、変換フィルム１０の少なくとも一部に湾曲部が形成される。電気音響変換ユニット４０において、この湾曲部が振動面となる。なお、以下の説明では、湾曲部を振動面ともいう。
この際、変換フィルム１０の面方向において、粘弾性支持体４６の全面を押圧して、全面的に厚さが薄くなるようにするのが好ましい。すなわち、変換フィルム１０の全面が粘弾性支持体４６により押圧されて支持されるのが好ましい。
また、このように形成された湾曲部は、中心から周辺部に向かって緩やかに曲率が変化しているのが好ましい。これにより、共振周波数を分散させ、より広帯域化できる。

また、電気音響変換ユニット４０において、粘弾性支持体４６は押圧部材４８に近づくほど厚さ方向に圧縮された状態になるが、静的粘弾性効果（応力緩和）によって、変換フィルム１０のどの場所でも機械的バイアスを一定に保つことができる。これにより、変換フィルム１０の伸縮運動が無駄なく前後運動へと変換されるため、薄型、かつ、十分な音量が得られ、音響特性に優れる平面状の電気音響変換ユニット４０を得ることができる。

このような構成の電気音響変換ユニット４０において、変換フィルム１０の、押圧部材４８の開口部４８ａに対応する領域が実際に振動する湾曲部となる。すなわち、押圧部材４８は、湾曲部を規定する部位である。
なお、電気音響変換ユニット４０の変換フィルム１０側の面に対する、湾曲部の大きさには特に限定はないが、８０％以上であるのが好ましく、９０％〜９８％であるのがより好ましい。圧電性を有する変換フィルムを用いる電気音響変換ユニットは、一般的に振動板が円形状を有するコーンスピーカに比べて、ユニット全体の大きさに対する振動板の相対的な大きさを大きくし易く、例えば、正多角形の電気音響変換ユニットを複数、近接配置して多面体を構成する場合、隣り合う振動板同士の間隔が非常に狭くできるため、放射インピーダンスが大幅に上昇し、特に周波数が低い帯域（低域）において、ユニット枚数以上の音圧増幅効果が期待できる。尚、このとき多面体は密閉構造とし、空気の逃げ道を塞ぐことが重要である。
また、上記観点から、押圧部材４８の縁部の幅は、２０ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましい。

また、電気音響変換ユニット４０の変換フィルム１０側の面と、湾曲部とは相似であるのが好ましい。すなわち、押圧部材４８の外形と開口部４８ａの形状は相似であるのが好ましい。

なお、電気音響変換ユニット４０において、変換フィルム１０による粘弾性支持体４６の押圧力には、特に限定はないが面圧が低い位置における面圧で０．００５〜１．０ＭＰａ、特に０．０２〜０．２ＭＰａ程度とするのが好ましい。
電気音響変換ユニット４０に組み込んだ変換フィルム１０の高低差、図示例では、押圧部材４８の底面に対して最も近い所と最も遠い所との距離にも、特に限定はないが、薄型の平面スピーカが得られる、変換フィルム１０の十分な上下運動が可能になる等の点で、１〜５０ｍｍ、特に５〜２０ｍｍ程度とするのが好ましい。
加えて、粘弾性支持体４６の厚さにも、特に限定は無いが、押圧される前の厚さが、１〜１００ｍｍ、特に１０〜５０ｍｍであるのが好ましい。

また、図示例においては、粘弾性を有する粘弾性支持体４６を利用する構成としたが、これに限定はされず、少なくとも弾性を有する弾性支持体を利用する構成であればよい。
例えば、粘弾性支持体４６に代えて、弾性を有する弾性支持体を有する構成としてもよい。
弾性支持体としては、天然ゴムや各種合成ゴムが例示される。

また、ケース４２と変換フィルム１０との間には、Ｏリング等を介在させてもよい。このような構成を有することにより、ダンパ効果を持たせることができ、変換フィルム１０の振動がケース４２に伝達されることを防止して、より優れた音響特性を得ることができる。

また、変換フィルム１０自体を予め凸状あるいは凹状に成型してもよい。その際、変換フィルム１０全体を凸状あるいは凹状に成型してもよく、変換フィルムの一部を凸部（凹部）に成型してもよい。凸部の成型方法としては特に限定はなく、種々の公知の樹脂フィルムの加工方法が利用可能である。例えば、真空加圧成型法、エンボス加工等の形成方法により、凸部を形成することができる。

また、図２Ａおよび図２Ｂに示す例では、押圧部材４８を用いて、変換フィルム１０を粘弾性支持体４６に押圧して支持する構成としたが、これに限定はされず、例えば、ケース４２の開口面よりも大きい変換フィルム１０を用いて、変換フィルムの端部をケース４２の裏面側で固定する構成としてもよい。すなわち、ケース４２とケース４２内に配置された粘弾性支持体４６とを、ケース４２の開口面よりも大きい変換フィルム１０で覆い、変換フィルム１０の端部をケース４２の裏面側に引張ることで、変換フィルム１０を粘弾性支持体４６に押圧して張力を付与して湾曲させ、変換フィルムの端部をケース４２の裏面側で固定してもよい。

次に、電気音響変換器１００について説明する。
図１Ａおよび図１Ｂに示す電気音響変換器１００は、上述の電気音響変換ユニット（以下、「変換ユニット」ともいう）４０を６つ有し、６つの変換ユニット４０それぞれの変換フィルム１０側の面を外側に向けて正六面体（立方体）を構成するように配置されたものである。
具体的には、図に示すように、電気音響変換器１００において、６つの変換ユニット４０は、同じ形状および大きさを有し、１つの変換ユニット４０において、変換フィルム１０側の面の各辺に、他の変換ユニット４０の一辺を一致させて、かつ、変換フィルム１０側の面同士のなす角が９０°となるように変換ユニット４０を配置したものである。
なお、以下の説明において、変換ユニットの形状とは、変換ユニットの変換フィルム側の面の形状である。
また、変換ユニット４０同士の固定方法には、特に限定はなく、ビスやボルトナットを用いる方法、固定用の治具を用いる方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。

前述のとおり、従来、無指向性の電気音響変換器として、薄型のスピーカであるＨＶＴ（Horizontal-Vertical Transforming）方式のスピーカを背中合わせに配置した構成が提案されている。
このＨＶＴ方式のスピーカは、駆動源（マグネットやボイスコイル）を振動板の側面に配置し、リンク機構を介して振動板を増幅させる構成を有するもので、この構成により、駆動源と振動板の双方において、振幅方向に十分なクリアランスを確保でき薄型化できる。
このような薄型のスピーカ２つを背中合わせに配置することで、２つの振動板の間の距離を小さくでき、それぞれから出た音が聴取者に到達するタイミングにズレがほとんど生じず、無指向性放射パターンを持つスピーカの設計が容易になる。

しかしながら、ＨＶＴ方式のスピーカは、低域に比べて、中域および高域の音圧レベルが低いという問題があった。また、駆動源と振動板との間にリンク機構を介して振動板を駆動するため、部品点数が非常に多くなり、生産性が低く、製造コストが高くなるという問題があった。

これに対して、本発明は、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、高分子複合圧電体の両面に積層された２つの薄膜電極を有する電気音響変換フィルムと、電気音響変換フィルムが湾曲するように、電気音響変換フィルムの一方の主面に密着して配置される弾性支持体とを有する電気音響変換ユニットを複数有し、複数の電気音響変換ユニットが、電気音響変換フィルムを外側に向けて、多面体の一部の面、もしくは全ての面を構成する。

本発明の電気音響変換器は、このように電気音響変換ユニットを近接配置して多面体を構成することで、放射インピーダンスが大幅に上昇し、特に周波数が低い帯域（低域）において、ユニットの枚数以上の音圧増幅効果を得ることが可能になる。
ここで、放射インピーダンスＺとは振動板の速度Ｖ(＝振動板表面の変位速度）を入力とし、振動板が気体を押すことによって生じる反作用力Ｆを出力とするインピーダンスである。すなわち、Ｆ＝Ｚ×Ｖで定義される量である。これは、機械的振動が音波に変換される効率を表す量であり、スピーカの特性を論じるに当たって重要な値である。放射インピーダンスは振動板表面での音圧に表面積を掛けた量であるが、本発明の電気音響変換器においては、電気音響変換ユニットの面積と振動板（湾曲部）の面積がほぼ同じにできるため、隣接する振動板同士の間隔が非常に狭く、シームレスな音場を形成でき、従来のコーンスピーカを複数配置した場合に比べて、放射インピーダンスを効果的に上昇できるのみならず、振動板間の距離差によって音波の到達タイミングがずれることも少ないため、より好適な無指向性が得られる。
さらに、本発明の電気音響変換器においては、各電気音響変換ユニット毎に独立したエンクロージャを有しているため、複数配置したからといってエンクロージャの容積が不足することなく、低域の再生が困難になることもない。
さらに、ＨＶＴ方式のスピーカの場合は、振動板の側面に駆動源（マグネットやボイス・コイル）が存在するため、ＨＶＴ方式のスピーカを用いて正六面体等の多面体を構成しても、振動板同士の間隔が大きくなるため、放射インピーダンスを効果的に上昇させるのは難しく、また３６０°の無指向性を実現するのは難しかった。
一方、本発明の電気音響変換器においては、実質、振動板のみで正六面体（立方体）等の多面体を構成することができるため、放射インピーダンスの大幅な上昇がもたらす低域の増幅効果も手伝い、３６０°全方向に広帯域で高音質な音が放射可能になり、スピーカを設置した部屋全体をリスニングポイントとし、包みこむような音響空間を創造することができる。

ここで、図１Ａに示す例では、６つの変換ユニットが正六面体を構成するように配置したが、これに限定はされず、複数の変換ユニットにより構成する多面体は、正四面体、正八面体、正十二面体等の正多面体や、切頂四面体、切頂六面体、切頂八面体、切頂十二面体、切頂二十面体等の半正多面体や、立方八面体、二十・十二面体等の準正多面体などであってもよい。
また、複数の変換ユニットにより構成する多面体を、正多面体、半正多面体、あるいは、準正多面体とする場合には、変換ユニットの形状は、正多角形となる。したがって、変換ユニットの湾曲部（振動面）の形状も変換ユニットの形状に相似した正多角形とするのが好ましい。

また、図示例においては、正六面体のすべての面を変換ユニットで構成するように、６つの変換ユニットを配置する構成としたが、これに限定はされず、多面体の一部の面を変換ユニットで構成すればよい。
例えば、後述する図７Ａに示すように、４つの変換ユニット４０を有し、４つの変換ユニット４０を変換フィルム１０（湾曲部）の一辺の延在方向を一致させて、かつ、この一辺に垂直な断面において、各変換ユニット４０の湾曲部が略正方形状を形成して、かつ、各湾曲部が異なる方向を向くように配列し、４つの変換ユニット４０で囲まれる空間の２つの開口部に、この開口部と略同じ大きさの蓋部材２１０を配置して正六面体としたものであってもよい。

なお、多面体の一部の面を構成する変換ユニットの数は、多面体の面の数の２０％以上が好ましく、５０％以上がより好ましい。
また、多面体の一部の面が変換ユニットで構成される場合には、変換ユニットは互いに隣接して配置されるのが好ましく、更に、中心対称性をもって配置されることも好ましい。こうすることで、各変換ユニットは多面体（筐体）中心で点を結び、理想的な点音源再生となって無指向性に寄与する。

また、多面体の一部の面にコーン型スピーカユニットが放射面を外側に向けて配置される構成としてもよい。
例えば、図３に示す電気音響変換器１１０は、５つの変換ユニット４０と、１つのコーン型スピーカユニット１１２を有し、これらのユニットが正六面体を構成するように配置されたものである。
このような構成の場合には、コーン型スピーカユニット１１２として、低域を好適に再生可能な、いわゆるサブウーハー用のユニットを用いるのが好ましい。これにより、多面体（筐体）の内部空洞をエンクロージャとして有効活用できるため、低域の再生に優れたサブウーハーが実現できる。

次に、本発明の電気音響変換器に用いられる電気音響変換フィルムについて説明する。
図４は、変換フィルム１０の一例を概念的に示す断面図である。
図４に示すように、変換フィルム１０は、圧電性を有するシート状物である圧電体層１２と、圧電体層１２の一方の面に積層される下部薄膜電極１４と、下部薄膜電極１４上に積層される下部保護層１８と、圧電体層１２の他方の面に積層される上部薄膜電極１６と、上部薄膜電極１６上に積層される上部保護層２０とを有する。

変換フィルム１０において、高分子複合圧電体である圧電体層１２は、図４に概念的に示すような、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス２４中に、圧電体粒子２６を均一に分散してなる高分子複合圧電体からなるものである。なお、本明細書において、「常温」とは、０〜５０℃程度の温度域を指す。
また、後述するが、圧電体層１２は、好ましくは、分極処理されている。

変換フィルム１０は、フレキシブルディスプレイ用のスピーカなど、フレキシブル性を有するスピーカ等に好適に用いられる。ここで、フレキシブル性を有するスピーカに用いられる高分子複合圧電体（圧電体層１２）は、次の用件を具備したものであるのが好ましい。
（ｉ） 可撓性
例えば、携帯用として新聞や雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和することができる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが求められる。
（ii） 音質
スピーカは、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚのオーディオ帯域の周波数で圧電体粒子を振動させ、その振動エネルギーによって振動板（高分子複合圧電体）全体が一体となって振動することで音が再生される。従って、振動エネルギーの伝達効率を高めるために高分子複合圧電体には適度な硬さが求められる。また、スピーカの周波数特性が平滑であれば、曲率の変化に伴い最低共振周波数ｆ_０が変化した際の音質の変化量も小さくなる。従って、高分子複合圧電体の損失正接は適度に大きいことが求められる。

以上をまとめると、フレキシブル性を有するスピーカに用いる高分子複合圧電体は、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことが求められる。また、高分子複合圧電体の損失正接は、２０ｋＨｚ以下の全ての周波数の振動に対して、適度に大きいことが求められる。

一般に、高分子固体は粘弾性緩和機構を有しており、温度上昇あるいは周波数の低下とともに大きなスケールの分子運動が貯蔵弾性率（ヤング率）の低下（緩和）あるいは損失弾性率の極大（吸収）として観測される。その中でも、非晶質領域の分子鎖のミクロブラウン運動によって引き起こされる緩和は、主分散と呼ばれ、非常に大きな緩和現象が見られる。この主分散が起きる温度がガラス転移点（Ｔｇ）であり、最も粘弾性緩和機構が顕著に現れる。
高分子複合圧電体（圧電体層１２）において、ガラス転移点が常温にある高分子材料、言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料をマトリックスに用いることで、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現する。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数１Ｈｚでのガラス転移温度が常温、すなわち、０〜５０℃にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。

常温で粘弾性を有する高分子材料としては、公知の各種のものが利用可能である。好ましくは、常温、すなわち０〜５０℃において、動的粘弾性試験による周波数１Ｈｚにおける損失正接Ｔａｎδの極大値が、０．５以上有る高分子材料を用いる。
これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックス／圧電体粒子界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。

また、高分子材料は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１００ＭＰａ以上、５０℃において１０ＭＰａ以下、であることが好ましい。
これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。

また、高分子材料は、比誘電率が２５℃において１０以上有ると、より好適である。これにより、高分子複合圧電体に電圧を印加した際に、高分子マトリックス中の圧電体粒子にはより高い電界が掛かるため、大きな変形量が期待できる。
しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が２５℃において１０以下であるのも、好適である。

このような条件を満たす高分子材料としては、シアノエチル化ポリビニルアルコール（シアノエチル化ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル、ポリビニリデンクロライドコアクリロニトリル、ポリスチレン−ビニルポリイソプレンブロック共重合体、ポリビニルメチルケトン、および、ポリブチルメタクリレート等が例示される。また、これらの高分子材料としては、ハイブラー５１２７（クラレ社製）などの市販品も、好適に利用可能である。なかでも、シアノエチル基を有する材料を用いることが好ましく、シアノエチル化ＰＶＡを用いるのが特に好ましい。
なお、これらの高分子材料は、１種のみを用いてもよく、複数種を併用（混合）して用いてもよい。

このような常温で粘弾性を有する高分子材料を用いる粘弾性マトリックス２４は、必要に応じて、複数の高分子材料を併用してもよい。
すなわち、粘弾性マトリックス２４には、誘電特性や機械特性の調整等を目的として、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料に加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子材料を添加しても良い。

添加可能な誘電性高分子材料としては、一例として、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体及びポリフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系高分子、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロース及びシアノエチルソルビトール等のシアノ基あるいはシアノエチル基を有するポリマー、ニトリルゴムやクロロプレンゴム等の合成ゴム等が例示される。
中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。
また、圧電体層１２の粘弾性マトリックス２４において、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する材料に加えて添加される誘電性ポリマーは、１種に限定はされず、複数種を添加してもよい。

また、誘電性ポリマー以外にも、ガラス転移点Ｔｇを調整する目的で、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、メタクリル樹脂、ポリブテン、イソブチレン、等の熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、マイカ、等の熱硬化性樹脂を添加しても良い。
更に、粘着性を向上する目的で、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、石油樹脂、等の粘着付与剤を添加しても良い。

圧電体層１２の粘弾性マトリックス２４において、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料以外のポリマーを添加する際の添加量には、特に限定は無いが、粘弾性マトリックス２４に占める割合で３０重量％以下とするのが好ましい。
これにより、粘弾性マトリックス２４における粘弾性緩和機構を損なうことなく、添加する高分子材料の特性を発現できるため、高誘電率化、耐熱性の向上、圧電体粒子２６や電極層との密着性向上等の点で好ましい結果を得ることができる。

圧電体粒子２６は、ペロブスカイト型或いはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものである。
圧電体粒子２６を構成するセラミックス粒子としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト（ＢｉＦｅ３）との固溶体（ＢＦＢＴ）等が例示される。

このような圧電体粒子２６の粒径は、変換フィルム１０のサイズや用途に応じて、適宜、選択すれば良いが、本発明者の検討によれば、１〜１０μｍが好ましい。
圧電体粒子２６の粒径を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。

なお、図４においては、圧電体層１２中の圧電体粒子２６は、粘弾性マトリックス２４中に、均一にかつ規則性を持って分散されているが、本発明は、これに限定はされない。
すなわち、圧電体層１２中の圧電体粒子２６は、好ましくは均一に分散されていれば、粘弾性マトリックス２４中に不規則に分散されていてもよい。

変換フィルム１０において、圧電体層１２中における粘弾性マトリックス２４と圧電体粒子２６との量比は、変換フィルム１０の面方向の大きさや厚さ、変換フィルム１０の用途、変換フィルム１０に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層１２中における圧電体粒子２６の体積分率は、３０〜７０％が好ましく、特に、５０％以上とするのが好ましく、従って、５０〜７０％とするのが、より好ましい。
粘弾性マトリックス２４と圧電体粒子２６との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。

また、変換フィルム１０において、圧電体層１２の厚さにも、特に限定はなく、変換フィルム１０のサイズ、変換フィルム１０の用途、変換フィルム１０に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
ここで、本発明者の検討によれば、圧電体層１２の厚さは、１０〜３００μｍが好ましく、２０〜２００μｍがより好ましく、特に、３０〜１００μｍが好ましい。
圧電体層１２の厚さを、上記範囲とすることにより、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
なお、圧電体層１２は、分極処理（ポーリング）されているのが好ましいのは、前述のとおりである。分極処理に関しては、後に詳述する。

図４に示すように、本発明の変換フィルム１０は、このような圧電体層１２の一面に、下部薄膜電極１４を形成し、その上に下部保護層１８を形成し、圧電体層１２の他方の面に、上部薄膜電極１６を形成し、その上に上部保護層２０を形成してなる構成を有する。ここで、上部薄膜電極１６と下部薄膜電極１４とが電極対を形成する。
なお、変換フィルム１０は、これらの層に加えて、例えば、上部薄膜電極１６、および、下部薄膜電極１４からの電極の引出しを行う電極引出し部や、圧電体層１２が露出する領域を覆って、ショート等を防止する絶縁層等を有していてもよい。

すなわち、変換フィルム１０は、圧電体層１２の両面を電極対、すなわち、上部薄膜電極１６および下部薄膜電極１４で挟持し、この積層体を、上部保護層２０および下部保護層１８で挟持してなる構成を有する。
このように、上部薄膜電極１６および下部薄膜電極１４で挾持された領域は、印加された電圧に応じて駆動される。

変換フィルム１０において、上部保護層２０および下部保護層１８は、圧電体層１２に適度な剛性と機械的強度を付与する役目を担っている。すなわち、本発明の変換フィルム１０において、粘弾性マトリックス２４と圧電体粒子２６とからなる圧電体層１２は、ゆっくりとした曲げ変形に対しては、非常に優れた可撓性を示す一方で、用途によっては、剛性や機械的強度が不足する場合がある。変換フィルム１０は、それを補うために上部保護層２０および下部保護層１８が設けられる。

上部保護層２０および下部保護層１８には、特に限定はなく、各種のシート状物が利用可能であり、一例として、各種の樹脂フィルムが好適に例示される。中でも、優れた機械的特性および耐熱性を有するなどの理由により、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、および、環状オレフィン系樹脂が好適に利用される。

上部保護層２０および下部保護層１８の厚さにも、特に、限定は無い。また、上部保護層２０および下部保護層１８の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
ここで、上部保護層２０および下部保護層１８の剛性が高過ぎると、圧電体層１２の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、上部保護層２０および下部保護層１８は、薄いほど有利である。

本発明者の検討によれば、上部保護層２０および下部保護層１８の厚さが、圧電体層１２の厚さの２倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
例えば、圧電体層１２の厚さが５０μｍで上部保護層２０および下部保護層１８がＰＥＴからなる場合、上部保護層２０および下部保護層１８の厚さは、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下がより好ましく、中でも２５μｍ以下とするのが好ましい。

変換フィルム１０において、圧電体層１２と上部保護層２０との間には上部薄膜電極（以下、上部電極とも言う）１６が、圧電体層１２と下部保護層１８との間には下部薄膜電極（以下、下部電極とも言う）１４が、それぞれ形成される。
上部電極１６および下部電極１４は、変換フィルム１０（圧電体層１２）に電界を印加するために設けられる。

本発明において、上部電極１６および下部電極１４の形成材料には、特に、限定はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、炭素、パラジウム、鉄、錫、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅、クロムおよびモリブデン等や、これらの合金、酸化インジウムスズ等が例示される。中でも、銅、アルミニウム、金、銀、白金、および、酸化インジウムスズのいずれかは、好適に例示される。

また、上部電極１６および下部電極１４の形成方法にも、特に限定はなく、真空蒸着やスパッタリング等の気相堆積法（真空成膜法）やめっきによる成膜や、上記材料で形成された箔を貼着する方法等、公知の方法が、各種、利用可能である。

中でも特に、変換フィルム１０の可撓性が確保できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅やアルミニウムの薄膜は、上部電極１６および下部電極１４として、好適に利用される。その中でも特に、真空蒸着による銅の薄膜は、好適に利用される。
上部電極１６および下部電極１４の厚さには、特に、限定は無い。また、上部電極１６および下部電極１４の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。

ここで、前述の上部保護層２０および下部保護層１８と同様に、上部電極１６および下部電極１４の剛性が高過ぎると、圧電体層１２の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれるため、上部電極１６および下部電極１４は、電気抵抗が高くなり過ぎない範囲であれば、薄いほど有利である。

ここで、本発明者の検討によれば、上部電極１６および下部電極１４の厚さとヤング率との積が、上部保護層２０および下部保護層１８の厚さとヤング率との積を下回れば、可撓性を大きく損なうことがないため、好適である。
例えば、上部保護層２０および下部保護層１８がＰＥＴ（ヤング率：約６．２ＧＰａ）で、上部電極１６および下部電極１４が銅（ヤング率：約１３０ＧＰａ）からなる組み合わせの場合、上部保護層２０および下部保護層１８の厚さが２５μｍだとすると、上部電極１６および下部電極１４の厚さは、１．２μｍ以下が好ましく、０．３μｍ以下がより好ましく、中でも０．１μｍ以下とするのが好ましい。

前述のように、変換フィルム１０は、常温で粘弾性を有する粘弾性マトリックス２４に圧電体粒子２６を分散してなる圧電体層１２を、上部電極１６および下部電極１４で挟持し、さらに、この積層体を、上部保護層２０および下部保護層１８を挟持してなる構成を有する。
このような変換フィルム１０は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接（Ｔａｎδ）が０．１以上となる極大値が常温に存在するのが好ましい。
これにより、変換フィルム１０が外部から数Ｈｚ以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。

変換フィルム１０は、動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０〜３０ＧＰａ、５０℃において１〜１０ＧＰａであるのが好ましい。
これにより、常温で変換フィルム１０が貯蔵弾性率（Ｅ’）に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの振動に対しては硬く、数Ｈｚ以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。

また、変換フィルム１０は、厚さと動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）との積が、０℃において１．０×１０⁶〜２．０×１０⁶（１．０Ｅ＋０６〜２．０Ｅ＋０６）Ｎ／ｍ、５０℃において１．０×１０⁵〜１．０×１０⁶（１．０Ｅ＋０５〜１．０Ｅ＋０６）Ｎ／ｍであるのが好ましい。
これにより、変換フィルム１０が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。

さらに、変換フィルム１０は、動的粘弾性測定から得られたマスターカーブにおいて、２５℃、周波数１ｋＨｚにおける損失正接（Ｔａｎδ）が、０．０５以上であるのが好ましい。
これにより、変換フィルム１０を用いたスピーカの周波数特性が平滑になり、スピーカの曲率の変化に伴い最低共振周波数ｆ_０が変化した際の音質の変化量も小さくできる。

以下、図５Ａ〜図５Ｅを参照して、変換フィルム１０の製造方法の一例を説明する。

まず、図５Ａに示すように、下部保護層１８の上に下部電極１４が形成されたシート状物１１ａを準備する。このシート状物１１ａは、下部保護層１８の表面に、真空蒸着、スパッタリング、めっき等によって下部電極１４として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。
下部保護層１８が非常に薄く、ハンドリング性が悪い時などは、必要に応じて、セパレータ（仮支持体）付きの下部保護層１８を用いても良い。尚、セパレータとしては、厚さ２５〜１００μｍのＰＥＴ等を用いることができる。なお、セパレータは、薄膜電極および保護層の熱圧着後、側面絶縁層や、第２の保護層等を形成する直前に、取り除けばよい。

一方で、有機溶媒に、シアノエチル化ＰＶＡ等の常温で粘弾性を有する高分子材料（以下、粘弾性材料とも言う）を溶解し、さらに、ＰＺＴ粒子等の圧電体粒子２６を添加し、攪拌して分散してなる塗料を調製する。有機溶媒には、特に限定はなく、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が利用可能である。
前述のシート状物１１ａを準備し、かつ、塗料を調製したら、この塗料をシート状物にキャスティング（塗布）して、有機溶媒を蒸発して乾燥する。これにより、図５Ｂに示すように、下部保護層１８の上に下部電極１４を有し、下部電極１４の上に圧電体層１２を形成してなる積層体１１ｂを作製する。

この塗料のキャスティング方法には、特に、限定はなく、スライドコータやドクターナイフ等の公知の方法（塗布装置）が、全て、利用可能である。
あるいは、粘弾性材料がシアノエチル化ＰＶＡのように加熱溶融可能な物であれば、粘弾性材料を加熱溶融して、これに圧電体粒子２６を添加／分散してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、図５Ａに示すシート状物１１ａの上にシート状に押し出し、冷却することにより、図５Ｂに示すような、下部保護層１８の上に下部電極１４を有し、下部電極１４の上に圧電体層１２を形成してなる積層体１１ｂを作製してもよい。

なお、前述のように、変換フィルム１０において、粘弾性マトリックス２４には、シアノエチル化ＰＶＡ等の粘弾性材料以外にも、ＰＶＤＦ等の高分子圧電材料を添加しても良い。
粘弾性マトリックス２４に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、上記塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。あるいは、上記加熱溶融した粘弾性材料に、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。
下部保護層１８の上に下部電極１４を有し、下部電極１４の上に圧電体層１２を形成してなる積層体１１ｂを作製したら、好ましくは、圧電体層１２の分極処理（ポーリング）を行う。

圧電体層１２の分極処理の方法には、特に限定はなく、公知の方法が利用可能である。好ましい分極処理の方法として、図５Ｃおよび図５Ｄに示す方法が例示される。

この方法では、図５Ｃおよび図５Ｄに示すように、積層体１１ｂの圧電体層１２の上面１２ａの上に、間隔ｇを例えば１ｍｍ開けて、この上面１２ａに沿って移動可能な棒状あるいはワイヤー状のコロナ電極３０を設ける。そして、このコロナ電極３０と下部電極１４とを直流電源３２に接続する。
さらに、積層体１１ｂを加熱保持する加熱手段、例えば、ホットプレートを用意する。

その上で、圧電体層１２を、加熱手段によって、例えば、温度１００℃に加熱保持した状態で、直流電源３２から下部電極１４とコロナ電極３０との間に、数ｋＶ、例えば、６ｋＶの直流電圧を印加してコロナ放電を生じさせる。さらに、間隔ｇを維持した状態で、圧電体層１２の上面１２ａに沿って、コロナ電極３０を移動（走査）して、圧電体層１２の分極処理を行う。

このようなコロナ放電を利用する分極処理（以下、便宜的に、コロナポーリング処理とも言う）において、コロナ電極３０の移動は、公知の棒状物の移動手段を用いればよい。
また、コロナポーリング処理では、コロナ電極３０を移動する方法にも、限定はされない。すなわち、コロナ電極３０を固定し、積層体１１ｂを移動させる移動機構を設け、この積層体１１ｂを移動させて分極処理をしてもよい。この積層体１１ｂの移動も、公知のシート状物の移動手段を用いればよい。
さらに、コロナ電極３０の数は、１本に限定はされず、複数本のコロナ電極３０を用いて、コロナポーリング処理を行ってもよい。
また、分極処理は、コロナポーリング処理に限定はされず、分極処理を行う対象に、直接、直流電界を印加する、通常の電界ポーリングも利用可能である。但し、この通常の電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、上部電極１６を形成する必要が有る。
なお、この分極処理の前に、圧電体層１２の表面を加熱ローラ等を用いて平滑化する、カレンダー処理を施してもよい。このカレンダー処理を施すことで、後述する熱圧着工程がスムーズに行える。

このようにして積層体１１ｂの圧電体層１２の分極処理を行う一方で、上部保護層２０の上に上部電極１６が形成されたシート状物１１ｃを、準備する。このシート状物１１ｃは、上部保護層２０の表面に、真空蒸着、スパッタリング、めっき等によって上部電極１６として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。
次いで、図５Ｅに示すように、上部電極１６を圧電体層１２に向けて、シート状物１１ｃを、圧電体層１２の分極処理を終了した積層体１１ｂに積層する。
さらに、この積層体１１ｂとシート状物１１ｃとの積層体を、上部保護層２０と下部保護層１８とを挟持するようにして、加熱プレス装置や加熱ローラ対等で熱圧着して、変換フィルム１０を作製する。

以上、本発明の電気音響変換器について詳細に説明したが、本発明は上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。

以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明についてより詳細に説明する。

［実施例１］
前述の図５Ａ〜図５Ｅに示す方法によって、図４に示す変換フィルム１０を作製した。
まず、下記の組成比で、シアノエチル化ＰＶＡ（ＣＲ−Ｖ 信越化学工業社製）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）に溶解した。その後、この溶液に、ＰＺＴ粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー（回転数２０００ｒｐｍ）で分散させて、圧電体層１２を形成するための塗料を調製した。
・ＰＺＴ粒子・・・・・・・・・・・３００質量部
・シアノエチル化ＰＶＡ・・・・・・・３０質量部
・ＤＭＦ・・・・・・・・・・・・・・７０質量部
なお、ＰＺＴ粒子は、市販のＰＺＴ原料粉を１０００〜１２００℃で焼結した後、これを平均粒径５μｍになるように解砕および分級処理したものを用いた。

一方、厚さ４μｍのＰＥＴフィルムに、厚さ０．１μｍの銅薄膜を真空蒸着してなるシート状物１１ａおよび１１ｃを用意した。すなわち、本例においては、上部電極１６および下部電極１４は、厚さ０．１ｍの銅蒸着薄膜であり、上部保護層２０および下部保護層１８は厚さ４μｍのＰＥＴフィルムとなる。
なお、プロセス中、良好なハンドリングを得るために、ＰＥＴフィルムには厚さ５０μｍのセパレータ（仮支持体 ＰＥＴ）付きのものを用い、薄膜電極および保護層の熱圧着後に、各保護層のセパレータを取り除いた。

このシート状物１１ａの下部電極１４（銅蒸着薄膜）の上に、スライドコータを用いて、先に調製した圧電体層１２を形成するための塗料を塗布した。なお、塗料は、乾燥後の塗膜の膜厚が４０μｍになるように、塗布した。
次いで、シート状物１１ａの上に塗料を塗布した物を、１２０℃のホットプレート上で加熱乾燥することでＤＭＦを蒸発させた。これにより、ＰＥＴ製の下部保護層１８の上に銅製の下部電極１４を有し、その上に、厚さが４０μｍの圧電体層１２（圧電層）を形成してなる積層体１１ｂを作製した。

この積層体１１ｂの圧電体層１２を、図５Ｃおよび図５Ｄに示す前述のコロナポーリングによって、分極処理した。なお、分極処理は、圧電体層１２の温度を１００℃として、下部電極１４とコロナ電極３０との間に６ｋＶの直流電圧を印加してコロナ放電を生じさせて、行った。

分極処理を行った積層体１１ｂの上に、上部電極１６（銅薄膜側）を圧電体層１２に向けてシート状物１１ｃを積層した。
次いで、積層体１１ｂとシート状物１１ｃとの積層体を、ラミネータ装置を用いて１２０℃で熱圧着することで、圧電体層１２と上部電極１６および下部電極１４とを接着して変換フィルム１０を作製した。

作製した変換フィルム１０を、ケース４２に組み込んで変換ユニット４０を作製した。
ここで、変換ユニット４０の湾曲部の大きさは、１７０ｍｍ×１７０ｍｍとした。
ケース４２は、一面が開放した箱型の容器で、外寸１８０ｍｍ×１８０ｍｍ、開放面の大きさ１７０ｍｍ×１７０ｍｍ、深さ４ｍｍのアルミ製の矩形容器を用いた。
また、ケース４２内には、粘弾性支持体４６を配置した。粘弾性支持体４６は、組立前の高さ２５ｍｍ、密度３２ｋｇ／ｍ³のグラスウールとした。
また、押圧部材４８は、開口部ａの大きさ１７０ｍｍ×１７０ｍｍ、厚さ６ｍｍのアルミ製の板状部材を用いた。すなわち、押圧部材４８の縁部の幅は５ｍｍとした。
変換フィルム１０を粘弾性支持体４６およびケース４２の開口部を覆うように配置して押圧部材４８により周辺部を固定し、粘弾性支持体４６により変換フィルム１０に適度な張力と曲率を付与した。

このような変換ユニット４０を６つ準備し、６つの変換ユニット４０それぞれの変換フィルム１０側の面を外側に向けて正六面体（立方体）を構成するように配置して互いに固定して、電気音響変換器１００を作製した。

［実施例２］
図７Ａに示す電気音響変換器１２０ように、４つの変換ユニット４０を有し、各変換ユニット４０は、変換フィルム１０（湾曲部）の一辺の延在方向を一致させて、かつ、この一辺に垂直な断面において、各変換ユニット４０の湾曲部が略正方形状を形成して、かつ、各湾曲部が異なる方向を向くように配列し、４つの変換ユニット４０で囲まれる空間の２つの開口部に、この開口部と略同じ大きさの蓋部材１２０を配置した。したがって、４つの変換ユニット４０に囲まれた空間は略密閉される。
蓋部材１２０は、厚さ６ｍｍのアルミ板からなる板状部材とした。
すなわち、４つの変換ユニット４０は、１つの変換ユニット４０を基準にして、他の変換ユニットの音の放射方向がそれぞれ、９０°、１８０°、および、２７０°異なる方向となるように配置されている。

［参考例１］
図７Ｂに示すように、蓋部材を有さない以外は、実施例２と同様にした。
すなわち、図７Ｂに示す電気音響変換器２０２は、４つの変換ユニット４０を有し、各変換ユニット４０は、変換フィルム１０（振動面）の一辺の延在方向を一致させて、かつ、この一辺に垂直な断面において、各変換ユニット４０の振動面が略正方形状を形成して、かつ、各振動面が異なる方向を向くように配列して構成される。
また、４つの変換ユニット４０に囲まれた空間は図中上下面側で外部と連通している。

［比較例１］
図８に示すように、１つの変換ユニット４０を有する構成とした以外は実施例１と同様にした。

［評価］
＜周波数特性＞
作製した電気音響変換器の音圧レベル−周波数特性を、定電流型パワーアンプを用いたサイン波スイープ測定によって測定した。なお、計測用マイクロフォンは、１つの変換ユニットの中心の正面５０ｃｍの位置に配置した。また、電気音響変換器は、空中に吊るした状態で測定を行った。
この音圧レベル−周波数特性の測定結果のグラフを図９に示す。

図９に示すように、実施例１および２と、比較例１とを比較すると、中域および高域では、音圧レベルは同等であるが、低域で実施例１および２の音圧レベルが高くなり、広帯域化しているのがわかる。
特に、約７０Ｈｚ〜３００Ｈｚの低域では、変換ユニットを１つ有する比較例１に対して、実施例１は、音圧レベルが最大で約１０倍（＋２０ｄＢ）向上している。すなわち、実施例１では、変換ユニットの数を６つに、比較例１の６倍にしたものであるが、音圧レベルは１０倍に向上している。
これは、変換ユニット４０を立方体形状に隣接配置して構成することで、放射インピーダンスが大幅に上昇し、ユニットの数以上の音圧増幅効果を得ることが可能になるためである。

また、実施例２と参考例１とは、いずれも変換ユニットを４つ有するものであるが、実施例２の方が、低域の音圧レベルが高くなっている。
具体的には、低域において、参考例１は比較例１に対して、最大で約４倍（＋１２ｄＢ）向上している。すなわち、変換ユニットの数に対応して音圧レベルが高くなっていると言える。
これに対して、実施例２では、比較例１の約６倍（＋約１５ｄＢ）となっており、この対比からも、複数の変換ユニットで多面体を構成することにより、放射インピーダンスが大幅に上昇し、ユニットの数以上の音圧増幅効果を得ることが可能になることがわかる。
尚、参考例１においてのみ、６００Ｈｚ付近での音圧レベルの上昇が見られるが、これは多面体（筐体）の内部空間に出入りする空気の共振によるものである。このことからも、実施例２においては上下に蓋をして密閉空間にしたことが、空気の逃げ道を塞ぎ、放射インピーダンスの上昇に寄与したことは明らかである。

次に、実施例１、２および比較例１について、スピーカを回転させて、マイクＰの配置位置（角度）を変更して、音圧レベル−周波数特性を測定した。
具体的には、図６に示すように、基準となる１つの変換ユニットが、鉛直方向に平行になるように電気音響変換器を空中に吊るして設置し、基準の変換ユニットの変換フィルムの正面の位置を０°とし、鉛直方向を軸として、３０°、６０°、９０°、および、１８０°の角度の位置それぞれにマイクＰが配置されるようにスピーカユニットを回転して、音圧レベル−周波数特性を測定した。
実施例１の測定結果を図１０Ａに示し、実施例２の測定結果を図１０Ｂに示し、比較例１の測定結果を図１０Ｃに示す。

図１０Ｃに示すように、比較例１は、変換ユニット１つであるので、変換ユニットの正面（０°）位置での音圧レベルに対して、正面以外の位置では、音圧レベルが大きく低下しているのがわかる。特に、指向性の高い高域での音圧レベルの低下が大きいことがわかる。

これに対して、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、実施例１および実施例２は、９０°の位置、および、１８０°の位置の場合も、他の変換ユニットの正面位置となるため、０°位置での音圧レベルと同等になる。また、３０°の位置、および、６０°の位置でも、高域での音圧レベルの低下が少ないことがわかる。したがって、無指向性のスピーカとして利用することが可能であることがわかる。

ところで、非特許文献１に開示されるように、図１２Ａに示すような、１つのスピーカユニット５０２をエンクロージャ５０４に取り付けた電気音響変換器５００、図１２Ｂに示すような、２つのスピーカユニット５０２を互いに湾曲部が反対方向を向くようにエンクロージャに取り付けた電気音響変換器５１０（背面対向配置）、および、図１２Ｃに示すような、正十二面体のエンクロージャの各面にスピーカユニットを取り付けた電気音響変換器５２０（多面体スピーカ）それぞれについて、ある１つのスピーカを正面（０°）として、上記と同様に、マイクＰの配置位置を変更して、音圧レベルを測定した結果は、図１３Ａ〜図１３Ｃに示すとおりである。
なお、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、１００Ｈｚの場合を網線で示し、５００Ｈｚの場合を破線で示し、１ｋＨｚの場合を実線で示し、２ｋＨｚの場合を点線で示し、５ｋＨｚの場合を二点鎖線で示し、１０ｋＨｚの場合を一点鎖線で示す。

図１３Ａ〜図１３Ｃに示すように、ダイナミック型の電気音響変換器であっても、背面対向配置や多面体スピーカなどにすることで、１つのスピーカユニットの電気音響変換器に比べて、正面以外の方向の中域高域の音圧レベルが、向上しているものの、測定位置（角度）によって音圧レベルが変化し、波状の波形を示している。このため、聴取位置で低域、中域および高域の音圧レベルのバランスが変わって、音色が変わってしまうため、無指向性スピーカの実現は難しい。
これは、スピーカユニット（振動板）同士の間隔が大きいため、各スピーカユニットから出た音の位相がずれるためである。また、図１３Ｃから、ダイナミック型の電気音響変換器を複数用いて、多面体スピーカを構成した場合には、低域（１００Ｈｚ）の音圧レベルが顕著に落ち込んでいることがわかる。これは、スピーカユニットを複数個用いると、磁気回路に場所を取られるため、エンクロージャの実質的な容積が不足したためであると考えられる。

また、非特許文献１に開示されるように、ＨＶＴ方式のスピーカを背中合わせに配置した構成の場合には、２つの振動板の間の距離を小さくできるため、それぞれから出た音がマイクに到達するタイミングにズレがほとんど生じず、無指向性に近いスピーカとすることができるものの、横方向において高域の音圧レベルが低下しており、十分な無指向性を有するものとはならない。

これに対して、実施例１および２、ならびに、比較例１について、ある１つのスピーカを正面（０°）として、上記と同様に、マイクＰの配置位置を変更して、音圧レベルを測定した結果を図１１Ａ〜図１１Ｃに示す。
なお、図１１Ａ〜図１１Ｃにおいて、１００Ｈｚの場合を網線で示し、５００Ｈｚの場合を破線で示し、１ｋＨｚの場合を実線で示し、２ｋＨｚの場合を点線で示し、５ｋＨｚの場合を二点鎖線で示し、１０ｋＨｚの場合を一点鎖線で示す。

本発明の電気音響変換器は、非常に薄く、振動板（湾曲部）の面積を筐体部の大きさとほぼ同じ大きさとすることができるため、複数の変換ユニットで多面体を構成した場合に、振動板の距離を近くでき、変換ユニット同士のつなぎ目が自然である。そのため、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、各変換ユニットから出た音は、どの方向に伝わる音も、ほぼ同位相で振動する。
そのため、どの方向でも均一な音圧レベルが得られ、また、低域、中域および高域の音圧レベルのバランスも変わらないので、水平方向（長辺に垂直な方向）において、理想的な無指向性が得られることが分かる。

なお、比較例１では、図１１Ｃに示すように、正面以外の位置では、角度によって、音圧レベルが変化しており、その変化の傾向が周波数帯域によって異なるため、位置によって、周波数のバランスが変わり音色が変化してしまうことがわかる。

［実施例３、４および比較例２］
湾曲部の大きさを２００ｍｍ×２００ｍｍとし、ケースの外寸を２４０ｍｍ×２４０ｍｍとした以外はそれぞれ、実施例１、２および比較例１と同様にして電気音響変換器を作製した。
すなわち、押圧部材の縁部の幅は、２０ｍｍである。

［評価］
＜周波数特性＞
実施例３、４および比較例２の電気音響変換器について、上記の周波数特性の測定と同様にして、音圧レベル−周波数特性を測定した。
正面における音圧レベル−周波数特性の測定結果の比較のグラフを図１４に示す。
また、実施例３および比較例２について、マイクＰの配置位置（角度）を変更して、音圧レベル−周波数特性を測定した結果を図１５Ａおよび図１５Ｂに示す。

図１４、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、実施例３および４と、比較例２とを比較すると、中域では、音圧レベルは同等であるが、低域で実施例３および４の音圧レベルが高くなり、広帯域化しているのがわかる。

［実施例５］
多面体の１つの面の変換ユニットを、コーン型スピーカユニットに変更した以外は、実施例３と同様にして、図３に示すような電気音響変換器を作製した。
コーン型スピーカユニットとして、フォスター電機株式会社製のサブウーハーからスピーカユニット（径：１３０ｍｍ）を取り出して用いた。

［評価］
＜周波数特性＞
実施例５の電気音響変換器について、コーン型スピーカユニットを駆動した場合（サブウーハーＯＮ）と、駆動しなかった場合（サブウーハーＯＦＦ）の音圧レベル−周波数特性を、上記の周波数特性の測定と同様にして、測定した。
音圧レベル−周波数特性の測定結果の比較のグラフを図１６に示す。
また、実施例５のサブウーハーＯＮの場合について、ある１つのスピーカを正面（０°）として、上記と同様に、マイクＰの配置位置を変更して、音圧レベルを測定した結果を図１７に示す。

図１６から、サブウーハーＯＮの場合は、サブウーハーＯＦＦの場合に比較して低域の音圧レベルが向上して、低域から広域までの音圧レベルをより均一化することができることがわかる。
このように、多面体の一部の面に、電気音響変換器の音圧レベルが低い周波数帯域の音を再生できるコーン型スピーカユニットを配置することで、広い周波数帯域で音圧レベルをより均一化することができる。
また、多面体の一部の面に、サブウーハー（コーン型スピーカユニット）を配置することで、多面体の内部空洞をエンクロージャとして有効活用したサブウーハーを実現でき、また、各変換ユニットおよびサブウーハーが多面体の中心で点を結び、理想的な点音源再生とみなせるので、図１７に示すように、どの方向でもより均一な音圧レベルが得られ、また、低域、中域および高域の音圧レベルのバランスも変わらず、より理想的な無指向性が得られることが分かる。
以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。

１０ 電気音響変換フィルム
１１ａ、１１ｃ シート状物
１１ｂ 積層体
１２ 圧電体層
１４ 下部薄膜電極
１６ 上部薄膜電極
１８ 下部保護層
２０ 上部保護層
２４ 粘弾性マトリックス
２６ 圧電体粒子
３０ コロナ電極
３２ 直流電源
４０ 電気音響変換ユニット
４２ ケース
４６ 粘弾性支持体
４８ 押圧部材
４８ａ 開口部
１００、１１０、１２０、２０２ 電気音響変換器
１１２ コーン型スピーカユニット
１２２ 蓋部材

Claims (11)

1. 常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体、および、前記高分子複合圧電体の両面に積層された２つの薄膜電極を有する電気音響変換フィルムと、前記電気音響変換フィルムが湾曲するように、前記電気音響変換フィルムの一方の主面に密着して配置される弾性支持体とを有する電気音響変換ユニットを２つ以上有し、
   ２つ以上の前記電気音響変換ユニットが、前記電気音響変換フィルムを外側に向けて、多面体の一部の面、若しくは全ての面を構成するように配置されることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記弾性支持体が粘弾性を有する粘弾性支持体である請求項１に記載の電気音響変換器。
3. 前記電気音響変換フィルムの湾曲部が、中心から周辺部に向かって緩やかに曲率が変化している請求項１または２に記載の電気音響変換器。
4. 前記多面体が、正多面体、半正多面体、或いは準正多面体のいずれかひとつに属する請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
5. 前記電気音響変換フィルムの主面に垂直な方向から見た際の、前記電気音響変換フィルムの湾曲部の形状が正多角形である請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
6. 前記多面体の一部の面にコーン型スピーカユニットが放射面を外側に向けて備わっている請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
7. 前記電気音響変換フィルムの動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの貯蔵弾性率（Ｅ’）が、０℃において１０〜３０ＧＰａ、５０℃において１〜１０ＧＰａである請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
8. 前記高分子材料の周波数１Ｈｚでのガラス転移温度が０〜５０℃である請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
9. 前記高分子材料の動的粘弾性測定による周波数１Ｈｚでの損失正接Ｔａｎδが０．５以上となる極大値が０〜５０℃の温度範囲に存在する請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
10. 前記高分子材料が、シアノエチル基を有するものである請求項１〜９のいずれか１項に記載の電気音響変換器。
11. 前記高分子材料が、シアノエチル化ポリビニルアルコールである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電気音響変換器。

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