JPH02113799A - Piezoelectric loudspeaker - Google Patents

Piezoelectric loudspeaker

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JPH02113799A
JPH02113799A JP26779988A JP26779988A JPH02113799A JP H02113799 A JPH02113799 A JP H02113799A JP 26779988 A JP26779988 A JP 26779988A JP 26779988 A JP26779988 A JP 26779988A JP H02113799 A JPH02113799 A JP H02113799A
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric vibrating
vibrating parts
bit
signal
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JP26779988A
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Japanese (ja)
Inventor
Kikuo Wakino
喜久男 脇野
Toshihiko Kikko
橘高 敏彦
Hiroshi Iwatsubo
岩坪 浩
Katsuhiro Uemura
植村 克博
Hiroshi Tamura
博 田村
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To contrive low cost, miniaturization, light weight and low energy consumption of a system by directly inputting a digitized sound signal and reproducing an original sound. CONSTITUTION:First to fourth piezoelectric vibrating parts 21-24 are composed so as to be individually driven by respective bit signals of PCM signals. Further, the polarizing degrees of piezoelectric ceramic layers to intervene between divided electrodes 15-18 in rexpective piezoelectric vibrating parts 21-24 and a common electrode 14 are made different, piezoelectric constants are made different, the weighting is executed so as to generate sound pressures corresponding to the weights of respective bit digits, and therefore, by directly inputting respective bit signals to the piezoelectric vibrating parts 21-24, the voice can be reproduced. Thus, the price of a digital audio system can be reduced, and simultaneously, the miniaturization, light weight and low energy consumption of the system can be contrived.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電スピーカに関し、特に、PCM18号の
ようなデジタル化された音声信号により直接駆動するこ
とが可能なデジタル スピーカに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric speaker, and particularly to a digital speaker that can be directly driven by a digitized audio signal such as PCM18.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第2図に示すように、デジタル・オーディオ・システム
では、アナログ信号の形態の音声信号を、PCM変調器
1で変調してデジタル信号とし、伝送・記録・再生系を
経て、再度PCM復調器2によりアナログ信号とし、ス
ピーカ3に入ツノしていた。スピーカ3としては、電磁
型、静電型あるいは圧電型等の種々の電気−音響変換形
式のものが用いられている。
As shown in FIG. 2, in a digital audio system, an audio signal in the form of an analog signal is modulated into a digital signal by a PCM modulator 1, which is then passed through a transmission, recording, and playback system, and then re-transmitted to a PCM demodulator 2. It was converted into an analog signal and fed into speaker 3. As the speaker 3, various electro-acoustic conversion types such as an electromagnetic type, an electrostatic type, or a piezoelectric type are used.

デジタル・オーディオ・システムでは、アナログの音声
信号をデジタル信号に変換して伝送・記録・再生するも
のであるため、非常に高いS/N比及び大きなグイナミ
ンクレンジを実現することが可能である。
Digital audio systems convert analog audio signals into digital signals for transmission, recording, and playback, making it possible to achieve extremely high S/N ratios and large Guinamin ranges. .

(発明が解決しようとする技術的課題〕従来のデジタル
・オーディオ・システムにおいては、スピーカ3にはア
ナログの音声信号を入力しなければ、原音を再生するこ
とができなかった。
(Technical Problem to be Solved by the Invention) In conventional digital audio systems, the original sound could not be reproduced unless an analog audio signal was input to the speaker 3.

従って、P CM復調器2のようなり/A変換能を有す
る復調器を、伝送・記録・再生系とスピーカ3との間に
接続する必要があった。その結果、非常に高価なPCM
復調器を要するため、システム全体のコストがかなり高
いものとなり、またシステムの小型化、軽量化及び低消
費電力化を妨げる要因となっていた。
Therefore, it was necessary to connect a demodulator such as the PCM demodulator 2 having an A/A conversion capability between the transmission/recording/reproduction system and the speaker 3. As a result, very expensive PCM
Since a demodulator is required, the cost of the entire system becomes quite high, and this is a factor that prevents the system from being made smaller, lighter, and less power consuming.

本発明の目的は、デジタル化された音声信号を直接入力
して原音を再生し得るデジタル・スピーカを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a digital speaker that can directly input a digitized audio signal and reproduce the original sound.

[技術的課題を解決するための手段] 本発明は、圧電効果による屈曲振動を利用したスピーカ
であり、デジタル化された音声信号により直接駆動する
ことを可能とするものである。本発明のスピーカでは、
弾性振動板に圧電振動素子が貼付けられている。この圧
電振動素子は、両主面に電極の形成された圧電セラミッ
クスよりなり、かつデジタル入力信号の各ビット信号毎
に駆動される複数の圧電振動部を有する。また、複数の
圧電振動部は、デジタル入力信号の各ビット桁の重みに
対応した音圧を発生するように、複数の圧電振動部の圧
電定数dが相互に異ならされていることを特徴とする。
[Means for Solving Technical Problems] The present invention is a speaker that utilizes bending vibration due to piezoelectric effect, and allows direct driving by digitized audio signals. In the speaker of the present invention,
A piezoelectric vibrating element is attached to an elastic diaphragm. This piezoelectric vibrating element is made of piezoelectric ceramics with electrodes formed on both main surfaces, and has a plurality of piezoelectric vibrating parts that are driven for each bit signal of a digital input signal. Further, the plural piezoelectric vibrating parts are characterized in that the piezoelectric constants d of the plurality of piezoelectric vibrating parts are made to be different from each other so that the plurality of piezoelectric vibrating parts generate sound pressure corresponding to the weight of each bit digit of the digital input signal. .

〔作用〕[Effect]

デジタル化された音声信号は、バイナリコードの形態と
されており、本発明では、各圧電振動部に、このバイナ
リコードの各ビット信号を入力するごとにより、複数の
圧電振動部がビット術毎に駆動される。そして、各圧電
振動部の圧電定数dが相互に異ならされており、それに
よって圧電振動部が各ビットの重のに対応した音圧を発
生ずる。
The digitized audio signal is in the form of a binary code, and in the present invention, each time each bit signal of this binary code is input to each piezoelectric vibrating unit, a plurality of piezoelectric vibrating units are activated for each bit code. Driven. The piezoelectric constants d of the piezoelectric vibrating parts are made to be different from each other, so that the piezoelectric vibrating parts generate a sound pressure corresponding to the weight of each bit.

従って、デジタル入力信号により複数の圧電振動部が直
接駆動され、その結果、PAM波ひいては原音の波形が
再生される。
Therefore, the plurality of piezoelectric vibrating parts are directly driven by the digital input signal, and as a result, the PAM wave and, in turn, the waveform of the original sound are reproduced.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

第1図及び第3図は本発明の一実施例の圧電スピーカの
平面図及びIII−I[I線に沿う断面図である。
1 and 3 are a plan view and a sectional view taken along line III-I [I] of a piezoelectric speaker according to an embodiment of the present invention.

本実施例は、5ビットのPCM信号により直接駆動する
ためのデジタル・スピーカに適用したものである。
This embodiment is applied to a digital speaker that is directly driven by a 5-bit PCM signal.

真鍮等の金属材料よりなる円板状弾性振動板1=4 1上に、導電性接着剤(図示せず)を用いて、円板状の
圧電振動素子12が貼付けられている。この圧電振動素
子12は、円板状の圧電セラミ、り板13の下面に共通
電極14を、上面に扇形の第1〜第4の分割電極15〜
18を形成した構造を有する。この第1〜第4の分割電
極15〜18が形成されている領域において、共通電極
14と、各分割電極15〜18と、共通電極14との間
に介在された圧電セラミック層とにより、第1〜第4の
圧電振動部21〜24が構成されている。
A disk-shaped piezoelectric vibrating element 12 is pasted onto a disk-shaped elastic diaphragm 1=41 made of a metal material such as brass using a conductive adhesive (not shown). This piezoelectric vibrating element 12 is made of disk-shaped piezoelectric ceramic, has a common electrode 14 on the lower surface of the plate 13, and has sector-shaped first to fourth divided electrodes 15 to 13 on the upper surface.
It has a structure in which 18 is formed. In the region where the first to fourth divided electrodes 15 to 18 are formed, the common electrode 14 and the piezoelectric ceramic layer interposed between each of the divided electrodes 15 to 18 and the common electrode 14 First to fourth piezoelectric vibrating parts 21 to 24 are configured.

第1〜第4の圧電振動部21〜24は後述するように、
PCM信号の各ピント信号により個別に駆動されるよう
に構成されている。
The first to fourth piezoelectric vibrating parts 21 to 24 are as described below.
It is configured to be driven individually by each focus signal of the PCM signal.

さらに、各圧電振動部21〜24における分割電極15
,16.17または18と共通電極14との間に介在さ
れる圧電セラミック層の分極度合が異ならされて、圧電
定数dが異ならされている。
Furthermore, the divided electrodes 15 in each piezoelectric vibrating section 21 to 24
, 16, 17 or 18 and the common electrode 14, the polarization levels of the piezoelectric ceramic layers are made different, and the piezoelectric constant d is made different.

圧電定数dが異ならされているのは、後述するように、
デジタル入力信号の各ピント桁毎に各圧電振動部21〜
24を駆動した場合、そのビット桁の重みに応じた音圧
を発生することを可能とするためである。すなわち、ビ
ット桁の重みに応じた音圧を発生することを可能とする
程度に、複数の圧電振動部21〜24の圧電定数dが異
ならされている。
The reason why the piezoelectric constant d is different is that, as described later,
Each piezoelectric vibrating part 21~ for each focus digit of the digital input signal
This is because when 24 is driven, it is possible to generate a sound pressure corresponding to the weight of the bit digit. That is, the piezoelectric constants d of the plurality of piezoelectric vibrating parts 21 to 24 are made different to the extent that it is possible to generate sound pressure according to the weight of the bit digit.

本実施例では、具体的には、各圧電振動部21〜24に
おける圧電セラミンク層の分極は下記の条件で行われて
いる。
In this example, specifically, the polarization of the piezoelectric ceramic layer in each of the piezoelectric vibrating parts 21 to 24 is performed under the following conditions.

但し、」1記分極は、60°Cの温度で30分間処理す
ることにより行った。
However, the polarization described in item 1 was carried out by treatment at a temperature of 60° C. for 30 minutes.

上記のように、本実施例では、第1〜第4の圧電振動部
21〜24の圧電定数d31の比が、38 : 75 
:150 : 300=2° +2’  +22 :2
3とされている。
As described above, in this embodiment, the ratio of the piezoelectric constants d31 of the first to fourth piezoelectric vibrating parts 21 to 24 is 38:75.
:150 :300=2° +2' +22 :2
It is said to be 3.

駆動に際しては、第1図に示すように、弾性振動板11
に、リード線31が接続される。リード線31は、弾性
振動板11及び導電性接着剤(図示ゼず)を介して、共
通電極14に電気的に接続されている。また、リード線
32〜35は、それぞれ、第1〜第4の圧電振動部21
〜24の上面の電極15〜18に電気的に接続される。
When driving, as shown in FIG.
A lead wire 31 is connected to. The lead wire 31 is electrically connected to the common electrode 14 via the elastic diaphragm 11 and a conductive adhesive (not shown). Further, the lead wires 32 to 35 are connected to the first to fourth piezoelectric vibrating parts 21, respectively.
-24 are electrically connected to the electrodes 15-18 on the upper surface.

なお、弾性振動板11を絶縁性材料で構成してもよく、
あるいはエポキシ樹脂等の絶縁性接着剤を用いて圧電振
動素子12を弾性振動板11に貼付けてもよく、その場
合には、共通電極14から直接に電気的な引出しを行え
ばよい。
Note that the elastic diaphragm 11 may be made of an insulating material,
Alternatively, the piezoelectric vibrating element 12 may be attached to the elastic diaphragm 11 using an insulating adhesive such as epoxy resin, and in that case, electrical extraction may be performed directly from the common electrode 14.

次に、上記実施例の動作を説明する。第4図に示すよう
に、5ヒントのPCM化された入力信号のうち、最上位
ビット桁のMSB (符号ピント)をインハーク36に
より反転さセ、リード線31から共通電極14に入力す
る。他方、各圧電振動部21〜24の」二面側の電極1
5〜18には、リード線32〜35より各ビット桁のビ
ット信号(下位のビット桁から順に、L S B、ビッ
ト2、ビット3及びビット4の各ピント信号)を入力す
る。
Next, the operation of the above embodiment will be explained. As shown in FIG. 4, of the 5-hint PCM input signal, the MSB (sign focus) of the most significant bit digit is inverted by the inhark 36 and inputted to the common electrode 14 from the lead wire 31. On the other hand, the electrode 1 on the second side of each piezoelectric vibrating section 21 to 24
5 to 18, bit signals of each bit digit (in order from the lower bit digit, each focus signal of LSB, bit 2, bit 3, and bit 4) are inputted from lead wires 32 to 35.

第1〜第4の圧電振動部21〜24は、単独で駆動した
場合の音圧比が2° +2’  :22 :2’となる
ように、その圧電定数(131が異ならされているので
、上記のように各ピント信号を入力することにより、圧
電振動部21〜24が、そのビット桁の重みに対応した
音圧を発生する。
The first to fourth piezoelectric vibrating parts 21 to 24 have different piezoelectric constants (131) so that the sound pressure ratio when driven alone is 2° +2':22:2'. By inputting each focus signal, the piezoelectric vibrating sections 21 to 24 generate a sound pressure corresponding to the weight of the bit digit.

従って、第1〜第4の圧電振動部21〜24で発生され
る音圧が合成されることにより、デジタル化された音声
信号が、音波に変換されることになる。
Therefore, by combining the sound pressures generated by the first to fourth piezoelectric vibrating sections 21 to 24, a digitized audio signal is converted into a sound wave.

もっとも、そのままでは、再生された音の波形はP A
 M波となる。従、って、原音に近づけるために、ザン
ブリング周波数の1/2以下の帯域を通過させるローパ
スフィルタを組合わせたり、あるいは音響ローパスフィ
ルタをスピーカの前面に配置することが好ましい。すな
わち、このようなローパスフィルタまたは音響ローパス
フィルタを組合わせることにより、PAM波を連続音圧
波形とすることができる。
However, as it is, the waveform of the reproduced sound is P A
This becomes an M wave. Therefore, in order to bring the sound closer to the original sound, it is preferable to combine a low-pass filter that passes a band of 1/2 or less of the summing frequency, or to place an acoustic low-pass filter in front of the speaker. That is, by combining such low-pass filters or acoustic low-pass filters, the PAM wave can be made into a continuous sound pressure waveform.

第5図(a)〜・(d)は、分割電極の変形例を示す各
平面図である。第5図(a)に示すように、形状及び大
きさが異なる分割電極15a〜18aを形成して、面積
の異なる第1〜第4の圧電振動部を形成してもよい。
FIGS. 5(a) to 5(d) are plan views showing modified examples of the divided electrodes. As shown in FIG. 5(a), divided electrodes 15a to 18a having different shapes and sizes may be formed to form first to fourth piezoelectric vibrating parts having different areas.

また、第5図(b)に示すように、角板状の弾性振動板
11. a上に、矩形の分割電極15b〜18bを形成
して第1〜第4の圧電振動部を構成してもよい。
Further, as shown in FIG. 5(b), a rectangular plate-shaped elastic diaphragm 11. The first to fourth piezoelectric vibrating parts may be configured by forming rectangular divided electrodes 15b to 18b on a.

さらに、第5図(c)に示すように、複数個の圧電セラ
ミック板13a〜13d」二に、それぞれ、分割電極1
.5 c〜18cを形成することにより、第1〜第4の
圧電振動部を形成してもよい。すなわち、本発明の圧電
振動素子は、第1図実施例のように一体的に構成する必
要は必ずしもなく、複数の圧電振動素子を個別に弾性振
動板に貼付けて構成してもよい。
Furthermore, as shown in FIG.
.. The first to fourth piezoelectric vibrating parts may be formed by forming 5c to 18c. That is, the piezoelectric vibrating element of the present invention does not necessarily have to be constructed integrally as in the embodiment shown in FIG. 1, but may be constructed by individually attaching a plurality of piezoelectric vibrating elements to an elastic diaphragm.

また、第5図(d)に示すように、弾性振動板11に貼
付けられた円板状圧電セラミンク板の中心に円板状分割
電極1.56を形成し、その周囲に同心に円環状の分割
電極16d〜18dを形成することにより、同心に第1
〜第4の圧電振動部を配置した構成としてもよい。
Further, as shown in FIG. 5(d), a disc-shaped divided electrode 1.56 is formed at the center of the disc-shaped piezoelectric ceramic plate attached to the elastic diaphragm 11, and a circular ring-shaped electrode is formed concentrically around the disc-shaped divided electrode 1.56. By forming the divided electrodes 16d to 18d, the first
- It is good also as a structure which arrange|positions the 4th piezoelectric vibrating part.

第6図は、第1図実施例の変形例を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a modification of the embodiment of FIG. 1.

ここでは、弾性振動板11の下面側にも、第1図実施例
の圧電振動素子■2と等しい構造の圧電振動素子12が
貼付けられている。すなわち、弾性振動板の両側に圧電
振動素子を貼付けたバイモルフ構造とされている。この
構造では、上面及び下面側の各対応する分割電極同士を
結線し、第4図に示したように各圧電振動部に対応のビ
ット信号を入力することにより、同様に動作させること
ができる。
Here, a piezoelectric vibrating element 12 having the same structure as the piezoelectric vibrating element (2) of the embodiment in FIG. 1 is also attached to the lower surface side of the elastic diaphragm 11. That is, it has a bimorph structure in which piezoelectric vibrating elements are attached to both sides of an elastic diaphragm. In this structure, the corresponding divided electrodes on the upper and lower surfaces are connected to each other and the corresponding bit signals are input to each piezoelectric vibrating section as shown in FIG. 4, thereby allowing the piezoelectric vibrating section to operate in the same manner.

また、上記実施例では、5ビツトのPCM信号を電気−
音響変換する場合につき説明したが、8ビット、16ビ
ツト等の他のビット数のデジタル信号を再生する場合に
も、本発明を適用することができる。その場合には、ビ
ット数に応じて圧電振動部の数及び重み付けを変更する
だけで、」二記と同様にデジタル化された音声信号を、
直接音声に変換することができる。
Furthermore, in the above embodiment, the 5-bit PCM signal is
Although the case of acoustic conversion has been described, the present invention can also be applied to the case of reproducing digital signals of other bit numbers such as 8 bits and 16 bits. In that case, just by changing the number and weighting of piezoelectric vibrating parts according to the number of bits, the digitized audio signal can be
Can be converted directly to audio.

なお、PCM変調以外の変調方式のデジタル信号を音声
に変換する場合にも、本発明を適用することができる。
Note that the present invention can also be applied when converting a digital signal using a modulation method other than PCM modulation into audio.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以−Lのよ・うに、本発明によれば、デジタル入力信号
の各ビット信号毎に駆動される複数の圧電振動部の圧電
定数dが異ならされて、各ビット桁の重みに対応した音
圧を発生ずるように重、17.4=Jけられているので
、複数の圧電振動部に各ビア)信号を直接入力すること
により、音声を再生することができる。従って、デジタ
ル信号を出力する増幅器と直接結線するだけで、高品位
の再生音を得るごとができ、高価なPCM復調器を省略
することが可能となる。よって、デジタル・オーディオ
・システムの価格を効果的に低減することができ、かつ
システムの小型化、軽量化及び低消費ミノj化を果たす
ことができる。
As shown in FIG. 17.4=J so as to generate the sound, the sound can be reproduced by directly inputting each via signal to the plurality of piezoelectric vibrating parts. Therefore, high-quality reproduced sound can be obtained by simply connecting directly to an amplifier that outputs a digital signal, and an expensive PCM demodulator can be omitted. Therefore, the price of the digital audio system can be effectively reduced, and the system can be made smaller, lighter, and less consuming.

さらに、弾性振動板上に複数の圧電振動部を配し、その
圧電定数を相互に異ならせた比較的節弔な構造からなる
ため、量産性に優れており、従って低価格であり、かつ
信頼性に優れたデジタル・スピーカを実現することがで
きる。
Furthermore, since it has a relatively simple structure in which multiple piezoelectric vibrating parts are arranged on an elastic diaphragm and the piezoelectric constants of the parts are different from each other, it is excellent in mass production, therefore, it is low cost and reliable. This makes it possible to realize digital speakers with excellent performance.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の平面図、第2図(Jデジタ
ル・オーディオ・システムの概略を示すブロック図、第
3図は第1図II−III線に沿う断面図、第4図は第
1図実施例を駆動する方法を説明するためのブロック図
、第5図(a)〜(d)は分割電極の変形例を示す各平
面図、第6図は本発明の他の実施例を説明するだめの断
面図である。 図において、1]は弾性振動板、12は圧電振動素子、
14は共通電極、15〜18は分割電極、21〜24は
第1〜第4の圧電振動部を示す。
FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram schematically showing the J digital audio system, FIG. 3 is a sectional view taken along line II-III in FIG. 1, and FIG. is a block diagram for explaining the method of driving the embodiment shown in FIG. 1, FIGS. 5(a) to 5(d) are plan views showing modified examples of the divided electrode, and FIG. It is a sectional view for explaining an example. In the figure, 1] is an elastic diaphragm, 12 is a piezoelectric vibrating element,
14 is a common electrode, 15 to 18 are divided electrodes, and 21 to 24 are first to fourth piezoelectric vibrating parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 圧電効果による屈曲振動を利用したスピーカであって、 弾性振動板と、 両主面に電極が形成された圧電セラミックスよりなり、
デジタル入力信号の各ビット信号毎に駆動される複数の
圧電振動部を有し、かつ前記弾性振動板上に貼付けられ
た圧電振動素子とを備え、前記各圧電振動部がデジタル
入力信号の各ビット桁の重みに対応した音圧を発生する
ように、複数の圧電振動部の圧電定数dが相互に異なら
されていることを特徴とする、圧電スピーカ。
[Claims] A speaker that utilizes bending vibration caused by piezoelectric effect, comprising an elastic diaphragm and piezoelectric ceramics with electrodes formed on both principal surfaces,
It has a plurality of piezoelectric vibrating parts that are driven for each bit signal of the digital input signal, and a piezoelectric vibrating element pasted on the elastic diaphragm, and each of the piezoelectric vibrating parts drives each bit of the digital input signal. A piezoelectric speaker, characterized in that the piezoelectric constants d of the plurality of piezoelectric vibrating parts are made different from each other so as to generate sound pressure corresponding to the weight of the digit.
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