CN108027276A - 传感器单元和乐器 - Google Patents

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樋山邦夫
饭田诚郎
饭田诚一郎
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Abstract

本发明的目的是提供一种传感器单元，其能保护压电元件并检测振动和声音。根据本发明的传感器单元包括具有多孔层的片状压电元件，且进一步包括声音传播片，其覆盖压电元件的至少一个面并允许声音从一个面朝向声音传播片的另一面传递的。优选的是，入射到声音传播片的声音和所传递声音之间的声压水平差异优选不大于10dB。优选的是，声音传播片的表面密度优选为0.03g/m2到100g/m2。优选的是，声音传播片优选是可挠的。且优选的是声音传播片具有空隙。传感器单元优选进一步包括隔音片，其覆盖压电元件的另一面且能有效防止入射到另一面的朝向一个面传递。

Description

传感器单元和乐器
背景技术
本发明涉及传感器单元和乐器。
技术领域
通常，振动检测传感器已经是公知的，其安装在乐器的振动部分上且能检测振动部分的振动并输出振动作为电信号。作为振动检测传感器，使用压电元件的传感器已经是公知的，压电元件包括多孔树脂膜和设置在多孔树脂膜的两面上的电极层(例如见日本未审查专利申请公开No.2010-89495)。使用具有多孔层的压电元件的这种传感器由于沿厚度方向的柔软性而适于检测声音，且由于轻薄的特性而不抑制乐器的振动。因此，使用包括多孔层的压电元件的这种传感器适于用作乐器的拾取器，其检测振动和声音。应注意，术语“声音”是指通过空气传递的压缩波，且术语“振动”是指在固体中传播到传感器的振动。
在乐器等中使用上述传感器的情况下，需要防止对压电元件的损坏，以便维持传感器的检测准确性。然而，覆盖传感器以用于防止对压电元件造成损坏的保护膜会抑制声音的检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开No.2010-89495
发明内容
本发明要解决的技术问题。
鉴于上述情况做出了本发明，且本发明的目标是提供一种传感器单元，其能保护压电元件并检测振动和声音，且提供一种包括传感器单元的乐器。
解决问题的手段
根据用于解决上述问题的本发明的一个方面，传感器单元包括：具有多孔层的片状压电元件，其中传感器单元进一步包括声音传播片，所述声音传播片覆盖压电元件的至少一个面，且允许入射到声音传播片的第一面上的声音朝向声音传播片的第二面传递。
通过覆盖压电元件的所述一个面的声音传播片，传感器单元能保护压电元件的检测声音的所述一个面不受损坏，且因此能维持声音检测准确性。此外，因为覆盖压电元件的所述一个面的声音传播片允许入射到声音传播片的第一面说的声音朝向声音传播片的第二面传递，所以从传感器单元的所述一个面一侧而来的声音不太可能会被声音传播片减低，且传感器单元能检测振动和声音。
入射到声音传播片的声音和通过声音传播片传递的声音之间的声压水平差异优选不大于10dB。由于使用入射到声音传播片的声音和所传递声音之间的声压水平差异不大于上限的声音传播片，所以能可靠地防止入射到声音传播片的第一面上的声音减低，且因此进一步有助于维持声音检测准确性。结果，传感器单元可以用作传声器。
声音传播片的表面密度优选不小于0.03g/m2和不大于100g/m2。由于使用具有落入上述范围的表面密度的声音传播片，所以能同时实现对压电元件的所述一个面的保护并可靠地抑制入射到声音传播片的第一面上的声音减低，且因此进一步有助于维持声音检测准确性。
声音传播片优选是可挠的。由于可挠性，声音传播片能覆盖压电元件而不对其挤压，且因此改善压电元件的耐久性。此外，由于声音传播片的可挠性，有助于通过入射到压电元件的第一面上的声音造成的振动的传播，且因此进一步有助于维持声音检测准确性。应注意，术语“可挠”和“可挠性”是指，例如在宽度为5mm且长度为10mm的测试部件在其一个较短侧上被支撑以便在支撑位置处水平地取向时，在垂直方向上两个相对的较短侧的位置之间的距离不小于5mm。
声音传播片优选具有空隙。由于声音传播片具有空隙，所以入射到声音传播片的第一面上的声音通过空隙传递，且因此进一步有助于声音向压电元件的传播和声音的检测。
优选的是，传感器单元进一步包括隔音片，所述隔音片覆盖压电元件的另一面且基本上防止入射到隔音片的第二面上的声音朝向隔音片的第一面传递。由于用隔音片覆盖压电元件的另一面，所述隔音片基本上防止入射到隔音片的第二面上的声音朝向隔音片的第一面传递，所以防止来自传感器单元的另一面一侧的声音，且因此更准确地检测来自传感器单元的所述一个面一侧的声音。应注意，“以基本上防止声音传递”的表达是指，不仅实现声音传递的阻隔，而且将声音减低到声音能逃脱被压电元件检测的程度。
根据用于解决上述问题的本发明的另一方面，乐器包括根据上述方面的传感器单元。
乐器能通过传感器单元检测振动和声音，且因此将乐器的原始乐音转换为电信号并输出电信号。
本发明的效果
如上所述，根据本发明一些方面的传感器单元和乐器能检测振动和声音同时保护压电元件。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的传感器单元的示意性截面图；
图2是图1的压电元件的示意性截面图；
图3是根据本发明第二实施例的传感器单元的示意性截面图；
图4是与图3的传感器单元的构成不同的传感器单元的示意性截面图；
图5是根据本发明第三实施例的传感器单元的示意性截面图；
图6是根据本发明第四实施例的传感器单元的示意性截面图；
图7是用于说明图1的传感器单元的安装构造的示意性截面图；
图8是用于说明与图7不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图9是用于说明与图7和8不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图10是用于说明与图7到9不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图11是用于说明与图7到10不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图12是用于说明与图7到11不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图13是用于说明与图7到12不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图14是用于说明与图7到13不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图15是用于说明与图7到14不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图16是用于说明与图7到15不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图17是用于说明与图7到16不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图18是用于说明与图7到17不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图19是用于说明与图7到18不同的传感器单元安装构造的示意性截面图；
图20是示意性地显示了声音频率和传感器单元的检测敏感度之间关系的曲线图；
图21A是箱形压电元件的示意性透视图；
图21B是组装之前图21A的压电元件的构造的示意性平面图；
图22是与图21A不同的压电元件的示例性组装构造的示意性侧视图；
图23是与图21A和22不同的压电元件的示例性组装构造的示意性侧视图；
图24是包括图1的传感器单元的弦乐器的示意性透视图；
图25是图24的弦乐器的响板的内侧的示意性平面图；和
图26是根据另一实施例的传感器单元的示意性截面图。
具体实施方式
适当参考附图在下文详细描述本发明的实施例。
第一实施例
传感器单元
图1的传感器单元1包括具有多孔层的片状压电元件2。传感器单元1进一步包括：第一声音传播片3a，其覆盖压电元件2的一个面且允许入射在其第一面上的声音朝向其第二面传递；和第二声音传播片3b，其覆盖压电元件2的另一面且允许入射在其第二面上声音朝向其第一面传递。
<压电元件>
压电元件2形成为板状形状，在平面视图中是大致矩形的。压电元件2包括多孔层4和一对电极层(第一电极层5a和第二电极层5b)，如图2所示。压电元件2根据多孔层4的压缩量产生电压。
(多孔层)
多孔层4的主要成分优选是可带电的材料。例如，聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯、聚烯烃树脂、含氟树脂等。术语“主要成分”是指含量最大的成分，例如其含量按质量为50％或更多的成分。
多孔层4通常通过让板状构件经历极化(polarization)处理而形成，所述板状构件包括作为主要成分的任何上述树脂。用于极化过程的方法例如是通过施加直流或脉冲电流高压而注入电荷的方法。通过用离子化辐射(例如γ射线、电子束等)进行照射来注入电荷的方法；通过电晕放电注入电荷的方法；和等类似技术。
多孔层4的平均厚度的下限优选为30μm且更优选为50μm。同时，多孔层4的平均厚度的上限优选为150μm且更优选为100μm。在多孔层4的平均厚度小于下限时，由于减小的强度会有损于可加工性。相反，在多孔层4的平均厚度大于上限时，会降低极化处理的效率。
沿与厚度方向垂直的方向的多孔层4的弹性模量下限优选为1GPa且更优选为1.5GPa。同时，沿与厚度方向垂直的方向的多孔层4的弹性模量上限优选为3GPa且更优选为2.5GPa。在沿与厚度方向垂直的方向的多孔层4的弹性模量小于下限时，沿与厚度方向垂直的方向的应变会变得更大且因此会降低振动检测准确性。相反，在沿与厚度方向垂直的方向的多孔层4的弹性模量大于上限时，多孔层4不太可能跟随第一电极层5a和第二电极层5b的扩张和收缩，且因此第一电极层5a和第二电极层5b可能会与多孔层4分离。应注意，术语“弹性模量”是指依据JIS-K7161(2014)测量的值。
沿厚度方向的多孔层4的弹性模量下限优选为0.1GPa且更优选为0.3GPa。同时，沿厚度的方向的多孔层4的弹性模量上限优选为10GPa且更优选为2GPa。在沿厚度方向的多孔层4的弹性模量小于下限时，会引起大的振动检测误差。相反，在沿厚度方向的多孔层4的弹性模量大于上限时，会难以对轻微振动进行检测。
多孔层4的密度下限优选为0.2g/cm3且更优选为0.4g/cm3。同时，多孔层4的密度上限优选为0.8g/cm3且更优选为0.6g/cm3。在多孔层4的密度小于下限时，多孔层4的强度会降低。相反，在多孔层4的密度大于上限时，多孔层4的变形会不足且因此会降低振动检测准确性。
多孔层4具有多个孔6。孔6的形状和尺寸不受特别限制；然而，孔6的平均高度下限例如优选为1μm，且更优选为3μm。同时，孔6的平均高度上限优选为30μm且更优选为15μm。在孔6的平均高度小于下限时，多孔层4的变形会不足。相反，在孔6的平均高度大于上限时，多孔层4的强度会降低。应注意，通过在多孔层4沿厚度方向的任意截面上测量任意20个孔的沿厚度方向的最大长度并通过计算这些最大长度的算术平均值来获得孔6的平均高度。
多孔层4的孔隙度下限优选为20％且更优选为30％。同时，多孔层4的孔隙度上限优选为80％且更优选为70％。在多孔层4的孔隙度小于下限时，多孔层4的变形会不足，且因此检测准确性会不足。相反，在多孔层4的孔隙度大于上限时，多孔层4的强度会降低。应注意，术语“孔隙度”是指每单位体积的孔的比例。可以基于多孔层4的质量W(g)、表观体积V(cm3)和真密度ρ(g/cm3)通过以下等式(1)获得孔隙度ε。(％)。可以基于已经在200℃下以1kg/cm2的载荷热压5分钟并随后通过冷压进行冷却的多孔层4的体积V0(cm3)通过以下等式(2)获得真密度ρ。进而，可以通过以下等式(3)给出孔隙度ε，该等式(3)是通过将等式(2)代入到等式(1)中获得的。
ε＝(1-W/ρV)×100...(1)
ρ＝W/V0...(2)
ε＝1-V0/V...(3)
(电极层)
第一电极层5a和第二电极层5b分别覆盖在多孔层4的两面上。第一电极层5a和第二电极层5b连接到相应的引线(在附图中未示出)，所述引线又连接到输出端子(在附图中未示出)。
用于形成第一电极层5a和第二电极层5b的材料不受特别限制，只要材料导电即可，且是各种类型的金属，例如是铝和银；这些金属的合金；碳；和等。
第一电极层5a和第二电极层5b每一个的平均厚度不受特别限制，且例如可以是0.1μm或更多和30μm或更少的。在第一电极层5a和第二电极层5b每一个的平均厚度小于下限时，会在第一电极层5a和第二电极层5b中发生例如破裂这样的损坏。相反，在第一电极层5a和第二电极层5b每一个的平均厚度大于上限时，会无法准确地检测振动。
用于在多孔层4上覆盖第一电极层5a和第二电极层5b的过程不受特别限制，且例如可以是：铝蒸汽沉积；用导电碳墨水进行印刷；银浆的涂覆和干燥；和类似工艺。
多孔层4在其内部部分中具有孔，且因此是软的且倾向于被划擦。此外，形成在多孔层4的表面上的电极层5也是软的且易于被划擦。因此，这些层构成的压电元件2需要被片材覆盖以防止划擦。压电元件2被声音传播片覆盖，以允许压电元件2检测声音。
<声音传播片>
第一声音传播片3a和第二声音传播片3b是用相同类型材料形成的大致矩形片，且其每一个具有的尺寸使得在平面视图中压电元件2外周围绕的范围被覆盖。第一声音传播片3a覆盖压电元件2的一个面而第二声音传播片3b覆盖压电元件2的另一面。第一声音传播片3a和第二声音传播片3b布置使得在平面视图中它们的外周大致彼此对应，且在它们的周向边缘上彼此固定。因而，压电元件2被第一声音传播片3a和第二声音传播片3b包围。应注意，用于固定第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的方法不受特别限制，且例如可以是：通过粘接剂或胶粘材料固定；通过插入销钉固定，例如卡钉；和通过缝合固定。
传感器单元1设置为使得第二声音传播片3b的另一面接触振动体P(例如乐器)的表面，该表面是振动检测的目标。因为第一声音传播片3a允许入射到其第一面上的声音朝向其第二面传递，所以如上所述布置的传感器单元1主要检测在第一声音传播片3a中传播的声音并检测在第二声音传播片3b中传播的振动体P的振动。
入射到第一声音传播片3a的声音和所传递声音之间的声压水平差异的上限优选为10dB且更优选为5dB。同时，该声压水平差异的下限优选为1dB且更优选为2dB。在该声压水平差异大于上限时，传播到压电元件2的声音的声压水平会太低，且声音不太可能被压电元件2检测到。相反，在声压水平差异小于下限时，会难以维持通过第一声音传播片3a提供的保护压电元件2的效果。入射到第一声音传播片3a的声音和所传递声音之间的声压水平差异可以基于通过例如以下元件做出的测试乐音的检测结果之间的差异以相对的方式获得，所述元件为：压电元件2被第一声音传播片3a覆盖的传感器单元1中的压电元件2；和已经将第一声音传播片3a从其去除的传感器单元1中的压电元件2。换句话说，声压水平差异可以通过以下信号水平之间的比较以相对的方式获得，所述信号水平是：在压电元件2被第一声音传播片3a覆盖的状态下检测的所传递声音的信号水平；和在第一声音传播片3a已经从传感器单元1去除的状态下检测的入射声音的信号水平。具体说，通过例如在无回声房间中布置上述两类传感器单元和扬声器并从扬声器发出声音，从而测量声压水平的差异。在这种情况下，两类传感器单元每一个的与测量目标相反的面优选被刚性体或声音吸收构件屏蔽。例如按照不小于100Hz且不大于5000Hz的频率执行用于获得声压水平差异的测量。
第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的表面密度的下限优选为0.03g/m2且更优选为1g/m2。同时，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的表面密度的上限优选为100g/m2且更优选为50g/m2。在表面密度小于下限时，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的强度会降低且因此通过第一声音传播片3a和第二声音传播片3b提供的保护压电元件2的效果会不足。相反，在表面密度大于上限时，声音传递会被妨碍，且因此会难以让压电元件2检测声音。
第一声音传播片3a和第二声音传播片3b仅需要能允许入射到第一/第二面的声音朝向第二/第一面传递，且用于形成这些片的材料不受特别限制。例如，树脂、金属、无机材料、有机材料等可以用作形成第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的材料。
在使用树脂作为用于形成第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的材料的情况下，材料的主要成分例如是PET、PP、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸脂(PC)、聚苯硫醚、(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、醋酸三纤维素(TAC)、环烯烃共聚物获得的树脂(cyclic olefin-derived resins)等。替换地，铝、镍、铂等的金属薄膜也可以用作第一声音传播片3a或第二声音传播片3b。虽然金属薄膜需要较薄以便传播声音，但是这种薄膜会容易坏掉。有鉴于此，优选的是金属薄膜形成为例如通过蒸汽沉积贴附到压电元件2的表面。在这种情况下，具有约10nm厚度的金属薄膜能传播声音。在声音检测效率降低可接受时，金属薄膜可以具有更大的厚度。
第一声音传播片3a优选具有空隙。由于在内部部分中具有空隙的声音传播片3a，入射到其第一面的声音通过空隙朝向其第二面传递，且因此进一步有助于向压电元件2的声音传播和通过压电元件2进行的声音检测。形成在第一声音传播片3a中的空隙可以沿厚度方向连续贯通第一声音传播片3a。由于形成在第一声音传播片3a中的沿厚度方向连续贯通第一声音传播片3a空隙，可以有助于入射到第一面的声音朝向第二面传播。
可以使用例如无纺织物、纺织织物、具有空隙的纸、多孔片等作为具有空隙的第一声音传播片3a。可以例如使用与多孔层4相同类型的片作为多孔片。
第一声音传播片3a和第二声音传播片3b优选是可挠的。由于可挠性，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b可遵循压电元件2的形状和挤压变形而变形。结果，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b能覆盖压电元件2而不对其按压，且因此改善压电元件2的耐久性。此外，由于第一声音传播片3a的可挠性，有助于将通过入射到其第一面的声音造成的振动朝向压电元件2传播，且因此有助于改善压电元件2的声音检测准确性。
压电元件2的两面可以分别固定到第一声音传播片3a的第二面和第二声音传播片3b的第一面或可以不与之固定。在压电元件2不固定到第一声音传播片3a和第二声音传播片3b的情况下，压电元件2将不沿第一声音传播片3a和第二声音传播片3b歪曲，且有助于通过压电元件2对声音和振动进行更准确的检测。应注意，在压电元件2的两面固定到第一声音传播片3a或第二声音传播片3b的情况下，固定方法不受特别限制，且例如可以：通过粘接剂或胶粘材料固定；或通过压电元件2的面和第一声音传播片3a的面之间的或压电元件2的面和第二声音传播片3的面之间的摩擦固定。
在图1中，在平面视图中，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b在它们的周向边缘上彼此固定。然而，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b可以是整合的声音传播片。例如，第一声音传播片3a和第二声音传播片3b可以形成为单个袋状声音传播片。
<优点>
由于第一声音传播片3a覆盖压电元件2的一个面，传感器单元1能保护压电元件2的检测声音的那个面不受损坏，且因此能维持声音检测准确性。此外，因为覆盖压电元件2的一个面的第一声音传播片3a允许入射到声音传播片3a的第一面的声音朝向其第二面传递，所以从传感器单元1的一个面输入传感器单元1的声音不太可能因第一声音传播片3a而减低，且传感器单元1能检测振动体P的振动和来自所述一个面一侧的声音。因此，用作乐器的拾取器的传感器单元1有助于重现乐器的原始乐音。
此外，因为第二声音传播片3b覆盖压电元件2的另一面，所以传感器单元1还能检测从传感器单元1的所述另一面输入的声音，且在传感器单元1安装到振动体P时防止对压电元件2的该另一面造成损坏。
第二实施例
在图3的传感器单元11中，声音传播片13设置为覆盖件压电元件2的一个面。在传感器单元11中，没有声音传播片设置在压电元件2和振动体P之间，且因此压电元件2的另一面与振动体P的表面直接接触。应注意，图3的传感器单元11中的压电元件2与图1的传感器单元1中的压电元件2相同，且通过指定相同的附图标记将省略对其的描述。
<声音传播片>
可以使用与图1的传感器单元1中的第一声音传播片3a相同类型的片作为声音传播片13。如图3所示，声音传播片13固定到压电元件2的一个面，以便完全覆盖件压电元件2的所述一个面。结果，能防止压电元件2损坏。由于声音传播片13允许入射到第一面到声音朝向第二面传递，所以压电元件2能检测从它的所述一个面而来的声音。用于将声音传播片13固定到压电元件2的方法不受特别限制，且例如通过粘接剂或胶粘材料将声音传播片13固定到压电元件2的所述一个面。
接下来，图4示出了根据本实施例另一构造的传感器单元12。传感器单元12中的声音传播片14具有这样的尺寸以使得在平面视图中被压电元件2的外周围绕的范围被覆盖，且该声音传播片14覆盖压电元件2的所述一个面。声音传播片14的周向边缘固定到振动体P的表面。如上所述，因为声音传播片14固定到振动体P的表面，所以压电元件2的所述一个面不需要固定到声音传播片14的第二面。由于不将压电元件2的所述一个面固定到声音传播片14的第二面，所以压电元件2将不随声音传播片14的扩张和收缩而歪曲，且因此能准确地检测声音。
在图4的传感器单元12中，压电元件2的另一面不需要固定到振动体P的表面。在压电元件2不固定到振动体P时，压电元件2将不随振动体P的扩张和收缩而歪曲，且因此能准确地检测振动体P的振动。
<优点>
由于压电元件2的另一面与振动体P的表面直接接触，所以传感器单元11和传感器单元12能更准确地检测振动体P的振动。
第三实施例
图5的传感器单元21包括具有多孔层的片状压电元件2。传感器单元21进一步包括：第一声音传播片3a，其覆盖压电元件2的一个面且允许入射在其第一面上的声音朝向其第二面传递；和隔音片27，其覆盖压电元件2的另一面且基本上防止入射到其第二面的声音朝向其第一面传递。应注意，图5的传感器单元21中的第一声音传播片3a和压电元件2与图1的传感器单元1中的声音传播片3a和压电元件2相同，且将通过指定相同附图标记而省略对其的描述。
<隔音片>
隔音片27是大致矩形的片，其具有的尺寸使得在平面视图中被压电元件2的外周围绕的范围被覆盖，且其例如可以是金属板这样的刚性体。隔音片27设置为使得第二面固定到振动体P的表面且第一面接触压电元件2的另一面。此外，覆盖压电元件2的所述一个面的第一声音传播片3a的周向边缘固定到隔音片27的第一面的周向边缘。
隔音片27基本上防止入射到第二面的声音朝向第一面传递。结果，从振动体P侧传播的声音会被大幅减低，且从传感器单元21的所述一个面一侧而来(即从外部空间侧而来)的声音被压电元件2优先检测。因此，压电元件2能更准确地检测从外部空间侧而来的声音。
入射到隔音片27的声音和所传递声音之间的声压水平差异的下限优选为50dB且更优选为60dB。同时，声压水平差异的上限优选为100dB且更优选为90dB。在声压水平差异小于下限时，来自振动体P侧的声音更可能被压电元件2检测，且会降低因此来自外部空间侧的声音的检测准确性。相反，在声压水平差异大于上限时，隔音片27需要具有增加的厚度且因此传感器单元21会不必要地尺寸增大。
隔音片27的表面密度的下限优选为500g/m2且更优选为600g/m2。同时，隔音片27的表面密度的上限优选为2000g/m2且更优选为1500g/m2。在表面密度小于下限时，来自振动体P侧的声音不会被充分减低，且因此会降低来自外部空间侧的声音的检测准确性。相反，在表面密度大于上限时，传感器单元21会过厚，且会非必要地造成尺寸较大。
图5的传感器单元21也可以上下颠倒地在振动体P的表面上设置。换句话说，第一声音传播片3a的与压电元件2相反的面可以固定到振动体P的表面，且隔音片27可以面向外部空间侧。在隔音片27质量相对较大时，设置如上所述的传感器单元21有助于振动从振动体P传播到压电元件2，因为隔音片27也用作配重。因此，在优先检测来自振动体P的振动的情况下，如上所述设置的传感器单元21能更准确地检测来自振动体P的振动。
<优点>
由于隔音片27减低来自传感器单元21的另一面一侧的所传递声音，所以传感器单元21能更准确地检测来自所述一个面一侧的声音。
第四实施例
图6的传感器单元31包括具有多孔层的片状压电元件2。传感器单元31进一步包括声音传播片33，且覆盖压电元件2的两面且允许入射到外部面的声音朝向压电元件2侧的面传递。应注意，图6的传感器单元31中的压电元件2与图1的传感器单元1中的压电元件2相同，且通过指定相同的附图标记将省略对其的描述。
<声音传播片>
在平面视图中，声音传播片33例如是大致矩形的片，其具有的尺寸至少是压电元件2的平面面积的两倍。声音传播片33对半折叠且设置使得压电元件2的两面完全接触朝向内的面。结果，压电元件2的两面被声音传播片33覆盖。两面被声音传播片33覆盖的压电元件2设置为使得其一个边缘接触振动体P的表面。由此折叠的声音传播片33的两端部进一步从压电元件2向外折叠，且固定到振动体P的表面。由于声音传播片33的两端部固定到振动体P的表面，所以传感器单元31固定到振动体P。传感器单元31固定到振动体P，使得压电元件2的厚度方向大致平行于振动体P的表面。可以使用与图1的传感器单元1中的第一声音传播片3a相同类型的片作为声音传播片33。
因为传感器单元31设置为使得压电元件2的厚度方向大致平行于振动体P的表面，所以压电元件2的两面通过声音传播片33面向外部空间。因此，来自外部空间的声音通过声音传播片33传递且在其两面处被压电元件2检测。由于压电元件2能在其两面处检测来自外部空间的声音，所以传感器单元31能更准确地检测来自外部空间的声音。
<优点>
由于压电元件2能在其两面处准确地检测来自外部空间的声音，所以传感器单元31可以适当用作嵌入在传声器等中的传感器。
传感器单元的安装构造
接下来，将描述传感器单元与振动体P的安装构造。应注意，图7到19显示了传感器单元的安装构造，可以使用具有与图1、3或5相同构成的传感器单元。
<安装构造1>
在图7所示的构造中，非振动传递构件48和振动传递构件49布置在振动体P的表面上。非振动传递构件48和振动传递构件49每一个具有大致立方体形状，且布置为使得相应的下部面接触振动体P的表面且相应的侧面彼此接触。传感器单元1设置为使得其一个面面向外部空间，且另一面接触非振动传递构件48和振动传递构件49的相应上部面。非振动传递构件48和振动传递构件49具有大致相同的高度(上部面和下部面之间的距离)，且非振动传递构件48的上部面和振动传递构件49的上部面大致彼此齐平。
(非振动传递构件)
非振动传递构件48是不太可能传播振动体P的振动的构件。有机材料、无机材料等构成的胶体、海绵等可以用作形成非振动传递构件48的材料。
(振动传递构件)
振动传递构件49是很可能传播振动体P的振动的构件。例如木材、陶瓷、金属等可以用作形成振动传递构件49的材料。这些材料形成的刚性体(即通过以没有空隙的方式封装这些材料而形成的物体等)可以用作振动传递构件49。替换地，与振动体P相同类型的材料可以用作振动传递构件49。因此，突出部分可以形成在振动体P的表面上且用作振动传递构件。
在传感器单元1的另一面一侧接触非振动传递构件48的上部面的区域中，振动体P的振动不太可能被传播，且因此传感器单元1的压电元件优先检测来自外部空间的声音。另一方面，在传感器单元1的另一面接触振动传递构件49的上部面的区域中，振动体P的振动很可能被传播，且因此压电元件优先检测振动体P的振动。因此，通过在平面视图中非振动传递构件48和振动传递构件49的尺寸调整等来调整传感器单元1和非振动传递构件48之间的接触面积以及传感器单元1和振动传递构件49之间的接触面积，由此实现要被压电元件检测的振动和声音之间的比例的调整。结果，在传感器单元1被用作拾取器的电子乐器的乐音例如能被控制。
<安装构造2>
在图8所示的构造中，除了图7的构造，在平面视图中与振动传递构件49的上部面对应的区域中，片状空气隔振构件47设置在传感器单元1的一个面上。应注意，优选的是空气隔振构件47设置在平面视图中覆盖振动传递构件49的上部面的整个区域中，但是不设置在平面视图中覆盖非振动传递构件48的上部面的区域中。
(空气隔振构件)
空气隔振构件47是不太可能传播空气振动而很可能传播来自固体的振动的构件。换句话说，由于如图8设置的空气隔振构件47，抑制来自外部空间的声音传播到与空气隔振构件47接触的传感器单元1的一个面上的区域。例如，金属板可以用作空气隔振构件47。
在平面视图中与振动传递构件49的上部面对应的区域(在该区域中振动体P的振动被优先检测)中，空气隔振构件47更可靠地防止检测来自外部空间的声音，而通过用作配重的空气隔振构件47，压电元件能更准确地检测振动体P的振动。
<安装构造3>
在图9所示的构造中，代替图7构造的传感器单元1，设置传感器单元41。传感器单元41具有片状形状，且在传感器单元1的一端和另一端之间的部分中、通过例如以彼此平行的方式以谷状折叠部、山状折叠部、和谷状折叠部这样的顺序设置这些折叠部，从而形成该传感器单元41。传感器单元41设置为使得，在给定了伸出山状折叠部的面为一个面的情况下，另一面接触非振动传递构件48的上部面和振动传递构件49的上部面。此外，在平面视图中，传感器单元41设置为使得山状折叠部的突脊线对应于非振动传递构件48和振动传递构件49之间的边界。
由于如上所述设置的传感器单元41，所以可防止通过振动传递构件49传播的振动传播到非振动传递构件48，且因此实现声音的更准确检测。
<安装构造4>
在图10所示的构造中，代替图7构造的非振动传递构件48，非振动传递构件58设置为具有大致立方体形状且高度比非振动传递构件48更大。此外，代替图7构造的传感器单元1，传感器单元51设置为具有与振动传递构件49的上部面和非振动传递构件58的上部面接触的形状。传感器单元51具有片状形状，且例如通过在传感器单元1上设置折叠部而形成，使得另一面接触布置为彼此邻近的振动传递构件49的上部面和非振动传递构件58的上部面。
由于非振动传递构件58的增加高度，进一步抑制振动体P的振动向传感器单元51的与非振动传递构件58接触的另一面的一部分的传播。结果，在与非振动传递构件58的上部面对应的压电元件的区域中，进一步改善声音检测准确性。
<安装构造5>
在图11所示的构造中，代替图7构造的振动传递构件49，振动传递构件69设置为具有大致三棱柱形状。振动传递构件69具有大致直角三角形的横截面，且设置为使得在横截面中形成直角的两个面分别接触振动体P的表面和非振动传递构件48的侧面。振动传递构件69的与非振动传递构件48的侧面接触的侧面具有与非振动传递构件48基本相同的高度。
此外，代替图7的传感器单元1，传感器单元61设置为具有与非振动传递构件48的上部面和振动传递构件69的倾斜面接触的形状。传感器单元61具有片状形状，且例如通过在传感器单元1上设置折叠部而形成，使得另一面与布置为彼此邻近的非振动传递构件48的上部面和振动传递构件的倾斜面接触。
由于使用振动传递构件69(其具有相对于振动体P的表面倾斜的面)，所以能实现用于对传感器单元61的另一面上的振动进行检测的区域和振动体P的表面之间的距离减小。结果，实现振动体P的振动的更准确检测。
<安装构造6>
在图12所示的构造中，代替图11构造的非振动传递构件48，非振动传递构件78设置为具有大致四棱柱形状，具有大致梯形横截面。非振动传递构件78的横截面为梯形，其中两个内角为直角且底边长度不同。非振动传递构件78设置为使得在横截面中与底边形成直角的侧边对应的下部面接触振动体P的表面。同时，非振动传递构件78设置为使得包括梯形(作为横截面)的短底边的侧面接触振动传递构件69的侧面。彼此接触的非振动传递构件78的侧面和振动传递构件69的侧面具有大致相同高度，且非振动传递构件78的上部面的倾斜角度与振动传递构件69的倾斜面的倾斜角度相同。因此，非振动传递构件78的上部面和振动传递构件69的倾斜面基本上彼此齐平。
此外，代替图11的传感器单元61，传感器单元71设置为具有与非振动传递构件78的上部面和振动传递构件69的倾斜面接触的形状。传感器单元71具有两面为平面的平坦形状。
由于使用配置为使得非振动传递构件78的上部面和振动传递构件69的倾斜面基本上彼此齐平的非振动传递构件78和振动传递构件69，平坦传感器单元71的另一面能接触非振动传递构件78的上部面和振动传递构件69的倾斜面。结果，能准确检测振动体P的振动和容易地形成传感器单元71，而不需要传感器单元71的弯曲处理等。
<安装构造7>
在图13所示的构造中，图7构造的振动传递构件49和非振动传递构件48间隔布置。换句话说，在图13所示的构造中，在非振动传递构件48和振动传递构件49之间设置空隙。结果，在图13所示的构造中，传感器单元1的下部面具有：与非振动传递构件48的上部面接触的部分；与振动传递构件49的上部面接触的部分；和面对这些构件之间的外部空间的部分。结果，在平面视图中，传感器单元1具有：与非振动传递构件48的上部面对应的区域；与振动传递构件49的上部面对应的区域；和这些区域之间的不受支撑区域。
由于间隔布置非振动传递构件48和振动传递构件49，所以能避免非振动传递构件48和振动传递构件49之间的干涉。结果，在平面视图中与非振动传递构件48的上部面对应的区域中，传感器单元1中的压电元件实现声音检测准确性的改善；和平面视图中与振动传递构件49的上部面对应的区域中的振动体P的振动的检测准确性的改善。
<安装构造8>
在图14所示的构造中，图7构造的非振动传递构件48和振动传递构件49间隔布置，且具有大致立方体形状的声音吸收构件50设置在非振动传递构件48和振动传递构件49之间。在图14所示的构造中，非振动传递构件48的一个侧面接触声音吸收构件50的另一个侧面，且声音吸收构件50的一个侧面接触振动传递构件49的另一个侧面。结果，在图14所示的构造中，传感器单元1的下部面具有：与非振动传递构件48的上部面接触的部分；与声音吸收构件50的上部面接触的部分；和与振动传递构件49的上部面接触的部分，这些部分沿一个方向连续。结果，在平面视图中，传感器单元1具有：与非振动传递构件48的上部面对应的区域；与声音吸收构件50的上部面对应的区域；和与振动传递构件49的上部面对应的区域，这些区域沿一个方向连续。作为声音吸收构件50的具体构成，可以采用提供声音吸收能力的各种构成。例如，可以使用无纺织物、纺织织物、通过用合成树脂覆盖无纺织物或纺织织物而制造出的构件等。
由于设置在非振动传递构件48和振动传递构件49之间的声音吸收构件50，实现非振动传递构件48和振动传递构件49之间干涉的减少。结果，在平面视图中与非振动传递构件48的上部面对应的区域中，传感器单元1中的压电元件实现声音检测准确性的改善；和平面视图中与振动传递构件49的上部面对应的区域中的振动体P的振动的检测准确性的改善。
<安装构造9>
在图15所示的构造中，图7构造的非振动传递构件48和振动传递构件49间隔布置，且具有大致立方体形状的缓冲件60设置在非振动传递构件48和振动传递构件49之间。在图15所示的构造中，非振动传递构件48的一个侧面接触缓冲件60的另一个侧面，且缓冲件60的一个侧面接触振动传递构件49的另一个侧面。结果，在图15所示的构造中，传感器单元1的下部面具有：与非振动传递构件48的上部面接触的部分；与缓冲件60的上部面接触的部分；和与振动传递构件49的上部面接触的部分，这些部分沿一个方向连续。结果，在平面视图中，传感器单元1具有：与非振动传递构件48的上部面对应的区域；与缓冲件60的上部面对应的区域；和与振动传递构件49的上部面对应的区域，这些区域沿一个方向连续。作为缓冲件60的具体构成，可以采用这样的构成：其能适度传播声音和振动，与非振动传递构件48相比，不太可能传播声音；和与振动传递构件49相比，不太可能传播振动。例如，可以使用具有通过发泡剂形成的多个孔的发泡构件。
由于设置在非振动传递构件48和振动传递构件49之间，缓冲件60能适度传播声音和振动。由此，传感器单元1中的压电元件能检测丰富的声音和振动。此外，通过调整缓冲件60的物理性能(例如弹性和密度)，压电元件能以期望敏感度检测声音和振动。
<安装构造10>
在图16所示的构造中，传感器单元81a、非振动传递构件88a、传感器单元81b被按上述顺序层合在振动体P的表面上。非振动传递构件88a是片状构件，其中两面是平面，具有的尺寸使得在平面视图中被传感器单元81a和传感器单元81b的外周围绕的范围被覆盖。传感器单元81a和传感器单元81b每一个具有例如与图1的传感器单元1相同的形状。可以使用例如与图7的非振动传递构件48相同类型的材料作为非振动传递构件88a。
设置在非振动传递构件88a的另一面上的传感器单元81a直接接触振动体P的表面，且主要检测振动体P的振动。另一方面，设置在非振动传递构件88a的一个面上的传感器单元81b能准确地检测来自外部空间的声音，因为非振动传递构件88a抑制振动体P的振动的传播。因此，通过调整传感器单元81a和传感器单元81b之间的表面面积比例，能调整要被检测的振动和声音之间的比例。
<安装构造11>
在图17所示的构造中，图16构造的传感器单元81b已经被分为传感器单元81c和传感器单元81d，它们布置在非振动传递构件88a的一个面上。
由于由于声音检测的分开的传感器单元(其实现针对声音检测的传感器单元选择)，有助于调整要被检测的振动和声音之间的比例。
虽然在图17中用于声音检测的传感器单元已经被分为两个，但是用于声音检测的传感器单元也可以被分为三个或更多。此外，用于振动检测的传感器单元81a也可以被分开。
<安装构造12>
在图18所示的构造中，空气隔振构件87进一步设置在图16构造中的传感器单元81a和非振动传递构件88a之间。空气隔振构件87是片状构件，其中，两面为平面，具有的尺寸使得在平面视图中被传感器单元81a的外周围绕的范围被覆盖，且空气隔振构件87可以例如是金属板。
由于由此设置的空气隔振构件87，能抑制通过非振动传递构件88a向传感器单元81a的声音传播，且因此获得传感器单元81a对振动体P的振动的检测准确性改善。
<安装构造13>
在图19所示的构造中，除了图16的构造外，非振动传递构件88b和传感器单元81e进一步以该顺序设置在传感器单元81b的一个面一侧。传感器单元81e具有例如与传感器单元81a相同的形状。此外，非振动传递构件88b具有例如与非振动传递构件88a相同的形状。
因为非振动传递构件88a和非振动传递构件88b不太可能传播振动但是很可能传播声音，所以传感器单元81b不太可能检测来自振动体P的振动但是很可能检测来自外部空间的声音。因此，通过传感器单元81a检测的振动体P的振动，同时通过传感器单元81b和传感器单元81e检测来自外部空间的声音。换句话说，图19的构造使得用于声音检测的传感器单元的面积大于用于振动检测的面积，且又使得在检测中的声音比例增加。
进而，包括更大数量的非振动传递构件和传感器单元的层合结构实现检测中要实现的声音比例的进一步增加。
在这种情况下，非振动传递构件优选用很可能传播声音的材料形成，例如具有连续孔的材料，例如海棉。
压电元件的构造例
接下来，将描述设置在本实施例的传感器单元中的压电元件构造例。
在通过使用包括矩形平坦多孔体的压电元件来检测声音的情况下，小于压电元件宽度的波长被抵消且因此无法被检测。因此，大面积的压电元件对更高频率具有低敏感度。然而，在奇数模式(例如三阶模式)中，甚至在高频率下也存在无法抵消的波长，如图20所示。
通过减少压电元件中用于声音检测的面积，甚至在更高频率下也可以使得敏感度平坦化。然而，在这种情况下，由于电容减小使得敏感度减小。可通过增加压电元件的表面面积抑制电容的减小。压电元件的以下构造实现表面面积的增加，且甚至在高频率下可以实现声音的非常敏感度检测。
<构造例1>
图21A的压电元件92形成为箱形。例如，与片状构造相比，顶部开口的立方体箱形形状的构造能实现压电元件表面面积约五倍的增加，实现对电容减小的抑制。
例如可通过以下过程获得图21A的压电元件92：形成平坦压电元件，其形状使得，在平面视图中，在中心处的正方形具有与之连接的四个正方形，其每一个与中心处的正方形共享一个边，如图21B所示；和随后将由此形成的该平坦压电元件沿在中心处的正方形的四个边弯曲。
<构造例2>
图22的压电元件102配置使得绕多个圆柱形间隔件103的外周将形成为片状形状的压电元件102进行折叠。具体说，通过以下步骤形成压电元件102：将多个间隔件103布置为基本上彼此平行，使得要绕其外周折叠的压电元件基本上跨过间隔件103平行；和随后绕多个间隔件103折叠该片状压电元件。例如，在图22的压电元件102的情况下，与具有同一平面面积的展开的压电元件相比，实现表面面积的约五倍的增加。
<构造例3>
图23的压电元件112配置为使得，在多个位置处以手风琴形状折叠形成为片状形状的压电元件112，其被圆柱形间隔件103支撑。具体说，压电元件102通过以下步骤形成：布置大致平行的多个间隔件103，所布置的位置使得通过在两个邻近间隔件103之间插入而保持片状压电元件的每一处折叠；和随后将折叠为手风琴形状的片状压电元件与多个间隔件103接合。例如，在图23的压电元件112的情况下，与具有同一平面面积的未折叠的压电元件相比，实现表面面积的约六倍的增加。
应注意，图21A、22和23所示的压电元件可以以任何期望取向安装。
<弦乐器>
图24和25的弦乐器121主要包括：具有响板122的中空琴身123；弦马125，其设置在响板122的外面侧上且支撑多个琴弦124；鞍部126，设置在弦马125的外面上；琴颈127，联接到琴身123且从响板122的一端侧延伸；和头部128，设置在琴颈127的一端侧。多个琴弦124的第一端侧分别围绕设置在头部128上的多个弦钮129缠绕并紧固，而琴弦124的第二端侧通过鞍部126被弦马125支撑，并分别紧固到多个销130。响板122具有在琴颈127的第二端和弦马125之间的音孔131。
如图25所示，多个支柱132附接到响板122的内部面。此外，在响板122的内部面上，设置定位为跨经响板122与弦马125相反的板133和用于加强响板122的加强结构板134。
弦乐器121包括图1的传感器单元1。传感器单元1安装在板133的内部面上。换句话说，在弦乐器121中，板133用作振动体P，且传感器单元1设置在振动体P的表面上。弦乐器121配置为电声吉他，其通过传感器单元121将琴弦124的振动转换为电信号，并输出电信号。
<优点>
在弦乐器121中，传感器单元1能检测通过振动体P的振动产生的声音和伴随多个琴弦124的振动的琴身123的共鸣，且因此乐器的原始乐音被转换为电信号且该电信号被输出。
其他实施例
如上所述的实施例并不限制本发明的构成特征。因此，可基于本说明书的描述和常用的一般技术知识做出对实施例的每一个构成特征的任何省略、替换和增加，且这样的省略、替换和/或增加的特征被认为是完全落入本发明的范围。
例如，如图26所示，第二实施例的传感器单元11也可以以与图3的取向不同的取向设置。换句话说，传感器单元11也可以设置为使得声音传播片13接触振动体P的表面。在这种情况下，例如通过使用高强度材料以用于在与压电元件2的声音传播片13相反一侧上的电极层，能实现声音的准确检测，同时抑制对多孔层的损坏。
因为设置在与第一实施例、第二实施例和第三实施例的传感器单元的振动体相反一侧上的声音传播片还用作配重，所以对声音传播片的厚度或质量的调整能改变要被压电元件检测的特性。此外，配重可以设置在与传感器单元的振动体相反的一侧。具体说，用合成树脂形成的片或用金属形成的片或板可以设置在与传感器单元的振动体相反的一侧。在设置这种片状配重的情况下，配重可以具有有助于声音传播的通孔。进而，也可以在传感器单元和振动体之间设置缓冲层。由于设置了缓冲层，能实现从振动体向传感器单元传递的振动的减少，且又能增加检测中的声音比例。
传感器单元不必安装电声吉他上。传感器单元也可以安装在各种类型的弦乐器上，例如古典吉他、小提琴、大提琴、曼陀林琴、钢琴等，以及并非弦乐器的乐器，例如打击乐器。换句话说，根据本发明的乐器不必是弦乐器，而是也可以配置为打击乐器等。此外，传感器单元的安装位置不受特别限制，且传感器单元可以安装在乐器的任意振动体上。进而，要被安装在乐器上的传感器单元并不限于图1的传感器单元，且可以使用上述实施例中的任何传感器单元。
传感器单元可以配置为用于乐器的要被安装在乐器上的拾取器，但是也可以用在非乐器中，例如界面传声器。
工业应用性
如前所述，根据本发明实施例的传感器单元能检测振动和声音，同时保护压电元件。因此，传感器单元不仅适用于各种类型的乐器，而且适用于建筑物、机械、运输设备等，以用于检测异常噪声和声音，作为故障标志。
附图标记说明
1、11、12、21、31、41、51、61、71、81a、81b、81c、81d、81e 传感器单元
2、92、102、112 压电元件
3a 声音传播片
3b 声音传播片
4 多孔层
5a 第一电极层
5b 第二电极层
6 空气孔
13、14、33 声音传播片
27 隔音片
47、87 空气隔振构件
48、58、78、88a、88b 非振动传递构件
49、69 振动传递构件
50 声音吸收构件
60 缓冲件
103 间隔件
121 弦乐器
122 响板
123 琴身
124 琴弦
125 弦马
126 鞍部
127 琴颈
128 头部
129 弦轴
130 销钉
131 音孔
132 支柱
133 板
134 加强结构板
P 振动体

Claims (7)

1.一种传感器单元，包括具有多孔层的片状压电元件，其中传感器单元进一步包括声音传播片，所述声音传播片覆盖压电元件的至少一个面，且允许入射到声音传播片的第一面上的声音朝向声音传播片的第二面传递。
2.如权利要求1所述的传感器单元，其中入射到声音传播片的声音和通过声音传播片传递的声音之间的声压水平差异不大于10dB。
3.如权利要求1或2所述的传感器单元，其中声音传播片的表面密度不小于0.03g/m2且不大于100g/m2。
4.如权利要求1到3中任何一项所述的传感器单元，其中声音传播片是可挠的。
5.如权利要求1到4中任何一项所述的传感器单元，其中声音传播片具有空隙。
6.如权利要求1到5中任何一项所述的传感器单元，进一步包括隔音片，该隔音片覆盖压电元件的另一面且基本上防止入射到隔音片的第二面上的声音朝向隔音片的第一面传递。
7.一种乐器，包括如权利要求1到6中任一项所述的传感器单元。
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