CN103262568A - 电声换能器 - Google Patents

Abstract

提出了一种电声换能器，包括:振荡装置(10)，从第一振动面输出声波(30)，并且从与所述第一振动面相对的第二振动面输出具有与声波(30)的相位相反的相位的声波(32);波导(40)，设置在所述第一振动面上并且包括开口端(46);波导(5)，设置在所述第二振动面上，并且包括与所述开口端(46)面朝相同方向的开口端(56);以及声波滤波器(80)，设置在所述波导(50)中，并且对所述声波(32)进行衰减。

Description

电声换能器

技术领域

本发明涉及使用超声波的电声换能器。

背景技术

存在一种压电型电声换能器，已知作为用于移动设备等的电声换能器。压电型电声换能器使用当向压电振子施加电场时产生的膨胀和收缩运动来产生振荡幅度。作为涉及压电型电声换能器的技术，例如存在一种在专利文献1中公开的技术。该技术用于将用于粘贴压电元件的底座通过振动膜连接至支撑部件，所述振动膜具有比底座的刚性低的刚性。

例如，压电振子用于使用超声波的超指向性扬声器。作为涉及超指向性扬声器的技术，例如存在专利文献2至5中公开的技术。专利文献2中公开的技术用于通过控制超声波的相位在空间中的任意点处形成可听见的声音场。专利文献3中公开的技术用于沿两个方向输出超声波，也就是表面侧和背面侧。专利文献4中公开的技术涉及将超声波扬声器与宽域扬声器进行组合的超指向性扬声器。专利文献5中公开的技术涉及用于载客传送带的支柱，所述载客传送带包括输出超声波的超指向性扬声器和对可听见的声音的超声波区域进行衰减的滤波器。

现有技术文献

专利文献

[专利文献1]国际公布小册子WO2008/084806

[专利文献2]日本未审专利公开No.2002-345077

[专利文献3]日本未审专利公开No.2008-113194

[专利文献4]日本未审专利公开No.2000-36993

[专利文献5]日本未审专利公开No.2009-46236

发明内容

发明要解决的问题

在使用电声换能器的声音再现中，可以控制在从用户看来的水平方问上再现区域的空间，但是难以控制沿前后方向的再现区域的空间。

本发明的目的是提供一种电声换能器，能够在从用户看来的声音再现的前后方问上控制再现区域的空间。

解决问题的手段

根据本发明，提出了一种电声换能器，包括：振荡装置，所述振荡装置从第一振动面输出第一声波，并且从与所述第一振动面相对的第二振动面输出具有与所述第一声波的相位相反的相位的第二声波;第一波导，所述第一波导设置在所述第一振动面上，并且配置为具有第一开口端;第二波导，所述第二波导设置在所述第二振动面上，并且配置为具有与所述第一开口端面朝相同方向的第二开口端;以及声波滤波器，所述声波滤波器设置在所述第二波导中，并且配置为对所述第二声波进行衰减。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种电声换能器，所述电声换能器能够在从用户看来的声音再现的前后方问上控制再现区域的空间。

附图说明

上述目的、其他目的、特征和优势参考下面描述的优选实施例和下面的附图变得更加清楚明白。

图1是示出了根据第一实施例的电声换能器的截面图。

图2是示出了图1所示的振荡装置的截面图。

图3是示出了图2所示的压电振子的截面图。

图4是示出了由图1所示的电声换能器执行的声音再现原理的图。

图5是示出了根据第二实施例的电声换能器的截面图。

具体实施方式

下文中将参考附图描述本发明的实施例。同样，贯穿附图相同的参考数字用于相同的部件，并且将不再重复其描述。

图1是示出了根据第一实施例的电声换能器100的截面图。电声换能器100包括振荡装置10、波导40、波导50和声波滤波器80。电声换能器100用作例如电子设备(移动电话、膝上型计算机、小型游戏设备等)的声源。

振荡装置10从第一振动面输出超声波30。此外，振荡装置10从与第一振动面相对的第二振动面输出超声波32，所述超声波32具有与超声波30的相位相反的相位。波导40设置在第一振动面上，并且包括开口端46。波导50设置在第二振动面上，并且包括与开口端46面朝相同方向的开口端56。声波滤波器80设置在波导50上，并且对超声波32进行衰减。下文中，将详细描述电声换能器100的结构。

如图1所示，电声换能器100还包括壳体20。壳体20内部包括振荡装置10。开口端46和开口端56设置在壳体20的表面上。

图2是示出了图1所示的振荡装置10的截面图。如图2所示，振荡装置10包括压电振子11、振动部件12和支撑部件13。振动部件12约束压电振子11。支撑部件13支撑振动部件12。此外，振荡装置10包括信号产生单元92和控制单元94。信号产生单元92与压电振子11相连，并且产生要输入到压电振子11的电信号。控制单元94与信号产生单元92相连，并且基于从外部输入的信息来控制信号产生单元92的信号产生。当振荡装置10用作扬声器时，输入至控制单元94的信息是声音信号。

通过响应于信号产生单元92产生的信号向压电振子11施加电场，压电振子11执行膨胀和收缩运动。振动部件12接收膨胀和收缩运动，并且沿图中的上下方向振动。此时如图2所示，从第一振动面输出超声波30，并且从与第一振动面相对的第二振动面输出具有与超声波30的相位相反的相位的超声波32。

在第一实施例中，振荡装置10用作参变扬声器。因此，控制单元94通过信号产生单元92输入作为参变扬声器的调制信号。当振荡装置10用作参变扬声器时，压电振子11使用2OkHz或以上(例如1OOkHz)的声波作为该信号的输送波。在振荡装置10中，可以将多组压电振子11和振动部件12设置为阵列形式。因此，可以提高振荡装置10输出的超声波30和超声波32的指向性。

图3是示出了图2所示压电振子11的截面图。如图3所示，压电振子11包括压电本体14、上电极15和下电极16。此外，压电振子11具有例如圆形形状、椭圆形状或矩形形状。压电本体14插入到上电极15和下电极16之间。压电本体14由具有压电效应的材料构成，并且例如由钛酸铅锌(PZT)、钛酸钡(BaTiO₃)等构成。此外，优选的是压电本体14的厚度是1Oμm至lmm。如果厚度小于1Oμm并且当压电本体14由易碎材料构成时，容易损坏压电本体14。另一方面，当厚度大于lmm时，降低了压电本体14的电场的强度，从而引起能量转换效率的劣化。

上电极15和下电极16由例如银、银/钯合金等构成。优选的是上电极15和下电极16的厚度是1至50μm。当厚度小于1μm时，难以均匀地形成。另一方面，当厚度大于50μm时，上电极15和下电极16变成相对于压电本体14的约束表面，从而引起能量转换效率的劣化。

振动部件12由相对于陶瓷材料具有高弹性模量的材料构成，并且由例如磷青铜、不锈钢等构成。优选的是振动部件12的厚度是5至50Oμm。此外，优选的是振动部件12的纵向弹性模量是1至5OOGPa。当振动部件12的纵向弹性模量过低或过高时，存在这样的问题:可能损坏机械振子特性和可靠性。

如图1所示，波导40包括构成振荡装置10一侧的内部区域42、和构成开口端46一侧的外部区域44。波导50包括构成振荡装置10一侧的内部区域52、和构成开口端56一侧并且与外部区域44相互平行的外部区域54。

波导40在内部区域42和外部区域44的结合处弯曲成直角。波导40可以整体上具有弯曲形状，该弯曲形状组合了内部区域42和外部区域44。波导50在内部区域52和外部区域54的结合处弯曲成直角。波导50可以整体上具有弯曲形状，该弯曲形状组合了内部区域52和外部区域54。

波导40的长度和波导50的长度之差d如下:

(n+3/4)×λ＜d＜(n+5/4)×λ(n是整数)

例如，可以通过调节振动装置10的位置来调节波导40的长度和波导50的长度之差d。例如，可以通过在内部区域42一侧或者在内部区域52一侧移动振动装置10来调节差d。如图1所示，当外部区域44的长度等于外部区域54的长度，并且假设内部区域42的长度是d1，以及内部区域52的长度是d2时，|dl-d2|＝d。

声波滤波器80设置为覆盖开口端56。如果超声波32穿过声波滤波器80，超声波32的声压衰减。可以与再现区域的空间控制相一致地适当改变声波滤波器80的厚度，随后将描述再现区域的空间控制。

下面描述参变扬声器的操作原理。参变扬声器的操作原理是使用以下原理来再现声音：基于当被执行了AM调制、DSB调制、SSB调制或FM调制的超声波发射到空气中并且超声波在空气中传播时获得的非线性特性，出现可听见的声音。这里，非线性意味着如果由流体的惯性作用与粘滞作用之比表示的雷诺数(Reynolds numbef)变大，层流变成湍流。也就是说，因为在流体中声波受到微扰，声波按照非线性方式传播。具体地，当将超声波发射到空气中时，根据非线性显著地产生了谐波。此外，声波处于稠密状态，在稠密状态中空气中的分子团集中混合。当相比于压缩空气分子要花费另外的时间来恢复空气分子时，在压缩之后难以恢复的空气与按照连续方式传播的空气分子碰撞，从而产生冲击波并且产生可听见的声音。参变扬声器可以只在用户附近产生声音场，从而从隐私保护的观点来看是优良的。

随后，描述通过根据第一实施例的电声换能器100在声音再现时执行再现区域的空间控制的原理。图4是示出了由图1所示的电声换能器100执行的声音再现原理的图。电声换能器100从振荡装置10的第一振动面朝着波导40输出超声波30。因此，在沿着波导40的开口端46面对的方向定位的区域中形成声音场。此外，电声换能器100从振荡装置10的第二振动面朝着波导50输出超声波32。因此，在沿着波导50的开口端56面对的方向定位的区域中形成声音场。超声波30和超声波32在空间中行进，同时具有高指向性并且是广泛分布的量。因此，分别从面朝相同方向的开口端46和开口端56输出、并且彼此平行行进的超声波30和超声波32彼此干涉。

另一方面在电声换能器100中，分别从第一振动面和第二振动面发射各自均具有波长λ的超声波30和超声波32，所述第二振动面在与振荡装置10中包括的第一振动面相对的表面上形成。因此，超声波30和超声波32具有相反的相位。也就是说，超声波30和超声波32的相位偏移λ/2。这里，波导40的长度和波导50的长度之差如下:

(n+3/4)×λ＜d＜(n+5/4)×λ(n是整数)。

因此，当超声波30与超声波32碰撞时，超声波30和超声波32彼此干涉，并且彼此消逝或者彼此削弱。

这里如图4所示，超声波在预定距离处迅速衰减。此外，依赖于超声波的声压，在超声波衰减前的距离较长或较短。也就是说，当超声波的声压较高时，超声波在较远的距离处迅速衰减。在第一实施例中，因为超声波32通过在波导50中设置的声波滤波器80，超声波32的声压在将超声波32输出到电声换能器100外部的阶段发生衰减。因此如图4所示，与超声波30相比较，超声波32在电声换能器100附近的位置处迅速衰减。因此，在超声波32衰减前的空间中，超声波30和超声波32彼此干涉，并且变得彼此消逝或者彼此削弱。如上所述，可以在从电声换能器100起直至预定距离的空间中控制声压。此外，在超声波32衰减的位置之后的向后空间中只有超声波30行进。因此，在超声波32衰减的位置之后的向后空间中，再现具有优良声压的声音。

当再现声压在从电声换能器100到超声波32衰减位置的空间中变得消逝时，进一步优选的是波导40的长度和波导50的长度之差d如下:

d＝nλ(n是整数)。

此外，波导40的长度和波导50的长度之差可以采取其他数值范围，例如差d可以如下:

(n+1/4)×λ＜d＜(n+3/4)×λ(n是整数)。

在这种情况下，超声波30和超声波30彼此增强。因此，在从电声换能器100到超声波32衰减位置的空间中，增大了再现声压。

随后将描述第一实施例的优点。根据第一实施例的电声换能器100，分别从面对相同方向的开口端46和开口端56输出彼此具有相反相位的超声波30和超声波32。此外，声波滤波器80设置在波导50中。因此，可以控制从电声换能器100到超声波32衰减位置的空间中的声压。此外，在超声波32衰减位置之后的向后空间中，再现了具有优良声压的声音。因此在声音再现时，可以沿从用户看来的前后方向控制再现区域的空间。

图5是示出了根据第二实施例的电声换能器102的截面图，并且与根据第一实施例的图1相对应。根据第二实施例的电声换能器102与根据第一实施例的电声换能器100相同，除了声波滤波器80设置在波导50的波导内壁上之外。

尽管图中未示出，但是超声波从开口端56输出，同时与内部区域52的内壁或者外部区域54的内壁碰撞。因此，即使声波滤波器80设置在波导50的内壁上，超声波32的声压也得到衰减。

在第二实施例中，可以获得与第一实施例相同的优势。

因此，尽管已经参考附图描述了本发明的实施例，但是它们是本发明的示例，并且可以使用除了上述示例之外的各种结构。

该申请要求2010年12月28日递交的日本专利申请No.2010-291871的优先权，并且这里包含其全部公开。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种电声换能器，包括:

振荡装置，所述振荡装置从第一振动面输出第一声波，并且从与所述第一振动面相对的第二振动面输出第二声波，所述第二声波具有与所述第一声波的相位相反的相位;

第一波导，所述第一波导设置在所述第一振动面上，并且配置为具有第一开口端;

第二波导，所述第二波导设置在所述第二振动面上，并且配置为具有与所述第一开口端面朝相同方向的第二开口端;以及

声波滤波器，所述声波滤波器设置在所述第二波导中，并且配置为对所述第二声波进行衰减。

2.根据权利要求1所述的电声换能器，

其中所述第一波导的长度和所述第二波导的长度之差d是

(n+3/4)×λ＜d＜(n+5/4)×λ(n是整数)。

3.根据权利要求1或2所述的电声换能器，

其中所述第一波导的长度和所述第二波导的长度之差d是

d＝nλ(n是整数)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电声换能器，

其中所述第一声波和所述第二声波是超声波。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电声换能器，还包括:

信号产生单元，所述信号产生单元与所述振荡装置相连;以及

控制单元，所述控制单元与所述信号产生单元相连，并且控制所述信号产生单元的信号产生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电声换能器，

其中所述声波滤波器设置为覆盖所述第二开口端。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的电声换能器，

其中所述声波滤波器设置在所述第二波导的内壁上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电声换能器，

其中所述第一波导包括构成所述振荡装置一侧的第一内部区域、以及构成所述第一开口端一侧的第一外部区域，以及

所述第二波导包括构成所述振荡装置一侧的第二内部区域、以及构成所述第二开口端一侧并且与所述第一外部区域相互平行的第二外部区域。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电声换能器，还包括：

壳体，所述壳体内部包括所述振荡装置，

其中所述第一开口端和所述第二开口端设置在所述壳体的表面上。

10.(增加)一种电子设备，包括:

电声换能器，

其中所述电声换能器包括:

振荡装置，所述振荡装置从第一振动面输出第一声波，并且从与所述第一振动面相对的第二振动面输出第二声波，所述第二声波具有与所述第一声波的相位相反的相位;

第一波导，所述第一波导设置在所述第一振动面上，并且配置为具有第一开口端;

第二波导，所述第二波导设置在所述第二振动面上，并且配置为具有与所述第一开口端面朝相同方向的第二开口端;以及

声波滤波器，所述声波滤波器设置在所述第二波导中，并且配置为对所述第二声波进行衰减。

Claims (9)

1.一种电声换能器，包括:

振荡装置，所述振荡装置从第一振动面输出第一声波，并且从与所述第一振动面相对的第二振动面输出第二声波，所述第二声波具有与所述第一声波的相位相反的相位;

第一波导，所述第一波导设置在所述第一振动面上，并且配置为具有第一开口端;

第二波导，所述第二波导设置在所述第二振动面上，并且配置为具有与所述第一开口端面朝相同方向的第二开口端;以及

声波滤波器，所述声波滤波器设置在所述第二波导中，并且配置为对所述第二声波进行衰减。

2.根据权利要求1所述的电声换能器，

其中所述第一波导的长度和所述第二波导的长度之差d是

(n+3/4)×λ＜d＜(n+5/4)×λ(n是整数)。

3.根据权利要求1或2所述的电声换能器，

其中所述第一波导的长度和所述第二波导的长度之差d是

d＝nλ(n是整数)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电声换能器，

其中所述第一声波和所述第二声波是超声波。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电声换能器，还包括:

信号产生单元，所述信号产生单元与所述振荡装置相连;以及

控制单元，所述控制单元与所述信号产生单元相连，并且控制所述信号产生单元的信号产生。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电声换能器，

其中所述声波滤波器设置为覆盖所述第二开口端。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的电声换能器，

其中所述声波滤波器设置在所述第二波导的内壁上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电声换能器，

其中所述第一波导包括构成所述振荡装置一侧的第一内部区域、以及构成所述第一开口端一侧的第一外部区域，以及

所述第二波导包括构成所述振荡装置一侧的第二内部区域、以及构成所述第二开口端一侧并且与所述第一外部区域相互平行的第二外部区域。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电声换能器，还包括:

壳体，所述壳体内部包括所述振荡装置，

其中所述第一开口端和所述第二开口端设置在所述壳体的表面上。

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