JP2004297726A - Electroacoustic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可聴音を特定領域において指向性放射する電気音響変換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のスピーカーは、可聴音を特定領域のみ指向性放射するスピーカーであり、プリント基板上に複数の超音波振動子を配置し構成したものが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1のスピーカーでは、両面プリント基板の表面に、共振板を有する超音波振動子が取り付けられ、超音波振動子の+極と−極とのそれぞれに接続されるリード線のうち、+極に接続されるリード線は両面プリント基板の裏面に半田付けにより接続されている。
【0003】
超音波振動子を備えた両面プリント基板は、その各四方に対して約2mm間隔で平面格子状に、かつその集合体が略円形状になるように配置され、全体で一つのスピーカーを構成している。当該スピーカーは、音圧レベルが低いことが問題点として知られているが、特許文献1では、これを解決するために、超音波振動子としての圧電セラミック素子などのたわみ振動による共振と、共振板自体の共振による共振または共鳴現象を利用している。
【0004】
【特許文献1】
特開平3−58600号公報(4頁、第1図)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスピーカーは、超音波振動子および共振板のそれぞれの共振を利用し、二つの共振周波数を一致させて超音波を放射するように構成されており、合成した共振そのものが極めて狭い周波数範囲のものである。このため、製造のばらつきによっては超音波再生周波数にばらつきを生じることとなり、複数の超音波振動子の合成音が低下し、その結果、自己復調された可聴周波数帯域の音圧が低下してしまうおそれがあるという課題があった。
【0006】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成されるような電気音響変換器を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電気音響変換器は、プリント基板上に配置された複数の超音波振動子を、超磁歪素子とこれを取り囲むように配置したコイルとを備えるようにしたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1(a)はこの発明の実施の形態1による電気音響変換器の構成を示す平面図であり、図1(b)は図1(a)をA−A線に沿って切断し矢印の方向に見たときの図である。図2は、図1(a)の超音波振動子の一素子を示す拡大断面図である。図3は電気音響変換器とこれを駆動する駆動装置との構成を示す説明図である。なお、断面を示すハッチングは一部分を除き省略してある。
【0009】
電気音響変換器1は、プリント基板2上に複数の超音波振動子3が設けられ、その外周が略円形状になるように配置されて構成されている。
超音波振動子3は、超磁歪素子3aが非磁性体のケース3bで覆われて構成されたものである。超磁歪素子は、通常の磁歪材料(例えばFe−Cu系、Fe−B系、Fe−B−Si系、Fe−Co−Si系、等)と比較して、変化倍率が100倍程度である磁歪材料として一般的に知られている。
【0010】
ここでは、超磁歪素子3aとして、ランタノイド元素Rの一種または二種以上と鉄属元素T(Fe、Co、Ni)の一種または二種以上とで構成されるラーベス型の立方晶(RT2)素材から成るものを用いた。また、超磁歪素子3aに、B、N、C、F、P、S、Cl、Se、As、Si、Sb、Te、I、Bi、Po、At、Ga、In、Tlのうちの一種または二種以上を添加元素として加えても良い。
【0011】
超磁歪素子3aは、ここでは円柱状であり、これを取り囲むようにコイル3cが配置されている。超磁歪素子3aはコイル3cにより生成される外部磁界の強弱で伸縮する。コイル3cは超磁歪素子3aの周囲を取り囲むように配置されているため、磁界を均一に生成することができる。また、超磁歪素子3aに磁界を加えた時の、素子の両端部に発生する反磁界に起因する、実質的な磁界の低下を抑えるため、超磁歪素子3aの両端部に、磁気ヨーク3dが設けられている。
【0012】
非磁性体のケース3bの外部に設けられた超音波を放射する共振板3eは、振動を伝達するカプラ3fを介して超磁歪素子3aに接続されている。また、超磁歪素子3aは、変位の制御のために設けられたバネ3gにより押さえられ、非磁性体のケース3bにより支持される形となっている。非磁性体のケース3bの下部には、外部からの電気信号を超磁歪素子3aに入力するための電気信号供給用端子ピン3hが設けられており、リード線を介してコイル3cに接続されている。
【0013】
次に、電気音響変換器1を動作させる駆動装置10の説明をする。駆動装置10は可聴音信号を生成する音源11と、音響放射制御器12と、増幅器13とからなる。音響放射制御器12は、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部12aと、音源11が生成した可聴帯域信号と搬送波生成部12aが生成した搬送波とを乗算する乗算部12bとからなり、搬送波を利用して可聴音信号の音響放射特性を制御するものである。
【0014】
次に、動作について説明をする。
音源11で生成した可聴音信号が音響放射制御器12に入力される。搬送波生成部12aにより超音波帯域の搬送波が生成されて上述の音源11から入力された可聴音信号に乗算部12bで乗算され、乗算された信号は音響放射制御器12から出力される。
音響放射制御器12から出力された信号は増幅器13に入力されて増幅され、多数の超音波振動子3のそれぞれに入力される。
【0015】
各々の超音波振動子3の電気信号供給用端子ピン3hに、増幅器13で増幅された電気信号が入力され、この入力された電気信号によりコイル3c内に、電気信号に見合った磁界が発生し、その結果、超磁歪素子3aが電気信号に見合った変位(振動)をする。ここでは、変位の方向は円柱状の超磁歪素子3aの長手方向である。
【0016】
超磁歪素子3aの振動がカプラ3fを介し共振板3eを励振することで、共振板3eが共振振動する。この共振振動は、共振板3eを形成する材料物性と形状によって決まる特定の周波数において共振し、その周波数における振動に伴って高レベル(ここではおよそ110dB以上)の音圧が放射される。このようにして、音源11に入力された可聴音が、電気音響変換器1から指向性放射される。
【0017】
また、搬送波生成部12aが出力する信号の周波数を、超音波振動子3の共振周波数に一致させることにより、電気音響変換器1は、高レベルの超音波を再生することができる。すなわち、電気音響変換器1から再生される高レベル超音波の非線形現象により可聴音帯域の音波が生成される。
【0018】
搬送波生成部12aが生成する搬送波は、電気音響変換器1の超音波振動子3から放射される際に超音波となって鋭い指向性を示すので、搬送波に乗算された可聴音信号も鋭い指向性で可聴音として放射される。超音波は非可聴音であるため、可聴音に乗算されても被監視側の聞き取りの邪魔になることがない。
【0019】
図4は、超磁歪素子3aを用いた超音波振動子3からなる、実施の形態1の電気音響変換器1の効果を示すためのグラフである。このうち図4(a)は、たわみ振動で共振する圧電素子からなる超音波振動子で構成される従来のスピーカーにおける、超音波振動子単体の音圧−周波数特性を調べた結果を示すグラフである。また、図4(b)は実施の形態1の、電気音響変換器1の超音波振動子3単体の音圧−周波数特性を調べた結果を示すグラフである。これらのグラフは、縦軸に音圧(dB)、横軸に周波数(kHz)をとって示してある。
【0020】
以上の結果、超磁歪素子を用いた実施の形態1の超音波振動子3の音圧−周波数特性は、圧電素子のたわみ振動に依る共振を利用した従来の超音波振動子と比較して、広い範囲において得られることがわかる。このため、製造のばらつきによっては超音波再生周波数にばらつきを生じることがなく、複数の超音波振動子による超音波合成音が安定しているので音圧が低下することもない。
したがって、実施の形態1の電気音響変換器1は、安定した高音圧レベルの可聴音帯域の音波が生成されることがわかる。
【0021】
以上のように、この実施の形態1の電気音響変換器1によれば、プリント基板上に配置された複数の超音波振動子を、超磁歪素子とこれを取り囲むように配置したコイルとを備えるように構成した。このように、電気音響変換器を構成する超音波振動子に超磁歪素子を用いたため、高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成されるという効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、プリント基板上に配置された複数の超音波振動子が、超磁歪素子とこれを取り囲むように配置したコイルとを備えるように電気音響変換器を構成したので、高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成される電気音響変換器が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による電気音響変換器の構成を示す図である。
【図2】この発明の実施の形態1による超音波振動子の一素子を示す拡大断面図である。
【図3】この発明の実施の形態1による電気音響変換器とこれを駆動する駆動装置との構成を示す説明図である。
【図4】超音波振動子単体における音圧−周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 電気音響変換器、2 プリント基板、3 超音波振動子、3a 超磁歪素子、3b 非磁性体のケース、3c コイル、3d 磁気ヨーク、3e 共振板、3f カプラ、3g バネ、3h 電気信号供給用端子ピン、10 駆動装置、11 音源、12 音響放射制御器、12a 搬送波生成部、12b 乗算部、13 増幅器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electroacoustic transducer that emits audible sound in a specific area in a directional manner.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A conventional speaker emits audible sound only in a specific area in a directional manner, and is known in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged on a printed circuit board (for example, Patent Document 1). In the speaker of
[0003]
The double-sided printed circuit board equipped with the ultrasonic vibrator is arranged in a plane lattice at intervals of about 2 mm in each of the four sides, and the aggregate thereof is formed in a substantially circular shape. ing. The speaker is known to have a problem that the sound pressure level is low. However, in
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-3-58600 (page 4, FIG. 1).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional loudspeakers are configured to emit ultrasonic waves by matching the two resonance frequencies using the resonance of the ultrasonic transducer and the resonance plate, and the combined resonance itself has an extremely narrow frequency range. Things. For this reason, the ultrasonic reproduction frequency varies depending on the manufacturing variation, and the synthesized sound of the plurality of ultrasonic transducers decreases, and as a result, the sound pressure in the self-demodulated audible frequency band decreases. There was a problem that there was a risk.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electro-acoustic transducer in which sound waves in an audible frequency band that holds a high level of sound pressure are generated stably. Aim.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
An electroacoustic transducer according to the present invention includes a plurality of ultrasonic transducers disposed on a printed circuit board, which include a giant magnetostrictive element and a coil disposed so as to surround the element.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A is a plan view showing the configuration of an electroacoustic transducer according to
[0009]
The
The
[0010]
Here, as the giant
[0011]
Here, the giant
[0012]
A resonance plate 3e that emits ultrasonic waves and is provided outside the
[0013]
Next, the
[0014]
Next, the operation will be described.
An audible sound signal generated by the
The signal output from the
[0015]
An electric signal amplified by the
[0016]
When the vibration of the giant
[0017]
In addition, by making the frequency of the signal output by the
[0018]
When the carrier wave generated by the carrier
[0019]
FIG. 4 is a graph showing the effect of the
[0020]
As a result, the sound pressure-frequency characteristics of the
Therefore, it is understood that the
[0021]
As described above, according to the
[0022]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the electro-acoustic transducer is configured such that the plurality of ultrasonic transducers disposed on the printed board include the giant magnetostrictive element and the coil disposed so as to surround the element. Therefore, there is an effect that an electroacoustic transducer that stably generates sound waves in an audible frequency band that maintains a high level of sound pressure is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an electroacoustic transducer according to
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing one element of the ultrasonic transducer according to
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of an electro-acoustic transducer according to
FIG. 4 is a graph showing a sound pressure-frequency characteristic of the ultrasonic transducer alone.
[Explanation of symbols]
1 electro-acoustic transducer, 2 printed circuit board, 3 ultrasonic transducer, 3a giant magnetostrictive element, 3b non-magnetic case, 3c coil, 3d magnetic yoke, 3e resonance plate, 3f coupler, 3g spring, 3h for electric signal supply Terminal pin, 10 drive device, 11 sound source, 12 acoustic emission controller, 12a carrier generation unit, 12b multiplication unit, 13 amplifier.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003090979A JP2004297726A (en) | 2003-03-28 | 2003-03-28 | Electroacoustic transducer |
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Publications (1)
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Cited By (1)
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WO2013160975A1 (en) * | 2012-04-27 | 2013-10-31 | Necカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 | Speaker |
-
2003
- 2003-03-28 JP JP2003090979A patent/JP2004297726A/en active Pending
Cited By (6)
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JPWO2013160975A1 (en) * | 2012-04-27 | 2015-12-21 | Necカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社 | Speaker |
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