JP2005221445A - スピーカー付き時計 - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながら防水性と防塵性を確保し、大口径スピーカーを搭載することができるようにした、スピーカー付き時計を提供すること。
【解決手段】圧電素子を用いて風防ガラスを振動させて音波を発生させて、時計の利用者が音声を聞くことができるようにした。また、この圧電素子は、風防ガラスの外縁周の少なくとも一部に固着して配置され、さらに少なくとも圧電素子と風防ガラスが時計外装と弾性部材にて固定される構造とし、圧電素子と風防ガラスとが時計筐体とは独立して振動できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカーを搭載し、アラーム音や時刻情報などを出力するスピーカー付き時計に関する。特に風防ガラスを圧電素子で振動させたスピーカーから、可聴音から超音波までの音波を出力できるようにし、可聴音を出力すれば通常のスピーカーとして機能し、超音波領域の音波を出力すれば超音波の特性である狭指向特性の可聴音場を発生させて、時計の使用者以外に音声が聞こえないような機能を備えたスピーカー付き時計に関する。

ボイスコイル型のスピーカーを用いたスピーカー付き腕時計が知られている（例えば特許文献１参照。）。

この従来のスピーカー付き時計の構造の概略を図５を用いて説明する。
図５に示すように、従来のスピーカー付き時計は時刻表示部３２を有し、さらに、スピーカー用穴３０を通して時計外装３１に内部に搭載されたスピーカーから出力される音を放出できる構造になっている。

このスピーカーは、通常一般に用いられるボイスコイル型のスピーカーであるが、このボイスコイル型に代えて、圧電素子を用いることで、小型化、低省電化に優れたスピーカー付き時計とすることもできる。そして、このスピーカーから可聴音を出力して、時計の利用者が音声を認識することができる様になる。

特開２００２−２２１９９６号公報（第４頁、図１）

しかしながら、背景技術に示したスピーカー付き腕時計の構造だと、時計筐体３１にスピーカーの音を通すためのスピーカー用穴３０を空ける必要があり、このスピーカー用穴３０から水や埃などが時計筐体３１内へ侵入するため、防水性や防塵性に劣るという問題がある。

また、スピーカー付き時計の時刻表示部３２とは別に、スピーカーを設置する領域が必要であるため、時計全体のサイズが大きくなってしまい、これにより、腕時計のデザインの制約を受けてしまう。また、時計全体を小型化する場合には、スピーカーサイズを小さくしなければならないため、その場合は、スピーカーからの出力音が弱くなってしまうという不具合もある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、小型でありながら防水性と防塵性を確保し、大口径スピーカーを搭載し強い音声を出力することができるようにした、スピーカー付き時計を提供することである。

本発明の技術を採用すれば、防水性と防塵性に優れた構造であり、しかも、無指向性と狭指向性の２種の音場を持った可聴音を出力できるスピーカー付き時計を提供することが可能となる。

このような効果のあるスピーカー付き時計で狭指向性の音場を形成すれば、アラーム音
や時計に内蔵した情報を音声で出力する際に、時計の使用者のみに音声が聞こえ、周辺に居る他の人に音が聞こえることがない。

また、風防ガラス全面を振動させて音声を出力させることができるので、この風防ガラス自体が大口径のスピーカーとなり、より大きい音圧の音声を出力することができる。

さらに、透明な風防ガラス自体をスピーカーの振動板としているので、時計に別途スピーカーを配置する領域を設ける必要がなく、これにより、デザイン性が損なわれない美観に優れた時計とすることができる。

前述した目的を達成するために、本発明のスピーカー付き時計は、基本的に下記記載の構成を採用する。

本発明のスピーカー付き時計は、圧電素子を用いて風防ガラスを振動させて音波を発生させて、時計の利用者が音声を聞くことができるようにしたことを特徴とする。

本発明のスピーカー付き時計は、圧電素子が、風防ガラスの外縁周の少なくとも一部に固着して配置され、さらに少なくとも圧電素子と風防ガラスが時計外装と弾性部材にて固定される構造とし、圧電素子と風防ガラスとが時計筐体とは独立して振動できるようにしたことを特徴とする。

本発明のスピーカー付き時計は、圧電素子が、可聴音域から超音波域までの周波数を出力する機能を有することを特徴とする。

本発明のスピーカー付き時計は、風防ガラスから出力する信号を超音波域の周波数とし、これを搬送波信号として用いて再生したい音声で変調して出力し、狭指向性の音場を形成する機能を有することを特徴とする。

以下図面を用いて本発明の実施形態におけるスピーカー付き時計の構造を説明する。図１は本発明のスピーカー付き時計の構造を示す断面図、図２は本発明のスピーカー付き時計の風防ガラスを振動させて音声を出力する仕組みを示す説明図、図３は本発明のスピーカー付き時計の音声を出力するための信号処理の手順を説明する説明図、図４は本発明のスピーカー付き時計から狭指向性の音場が形成される原理を示した説明図である。以下図１、図２、図３、図４を用いて本発明のスピーカー付き時計について説明をする。

まず、図１を用いて本発明のスピーカー付き時計の構造について説明する。本図面においては、アナログ表示の時計を例に示しているが、本発明のスピーカー付き時計は、これに限定されるものではなく、背景技術に示したデジタル表示の時計にも適用できる技術であることは言うまでもない。

図１に示す本発明のスピーカー付き時計は、セラミック等の材料で形成された、振動発生源となる圧電素子１０を、振動板として用いる風防ガラス１１の外縁周に固着して配置し、風防ガラス１１から音声を出力できるようにしてあり、基本的にはこの圧電素子１０と、風防ガラス１１と、後段で説明をする圧電素子の駆動回路を包含する時計回路１４によりスピーカーを構成する。

また、時計筐体１３内には、時計回路１４と時刻を示す秒針１５と、分針１６と、時針１７と、文字板１８とで構成された時計モジュール１９を配置した構造になっている。こ
こで図示していないが、デジタル表示の場合には、時刻表示のために液晶パネルを搭載する。

そして、このスピーカー付き時計は、風防ガラス１１の外縁周に配置した圧電素子１０と、時計筐体１３とは、ゴムパッキン等の弾性部材１２を挟んで固定して組み立てられ、圧電素子１０と風防ガラス１１の振動が時計筐体１３へ伝わらずに独立して振動できるようになっている。さらに、本構成では、この弾性部材１２をリング形状としているので、圧電素子１０と時計筐体１３の隙間を埋めることで、この部分から水や埃の侵入がなく、防水性と防塵性を保つことができる。

本図面では、弾性部材１２により圧電素子１０を外側から押えて風防ガラス１１を固定するとともに、圧電素子１０と風防ガラス１１の振動が時計筐体１３へ伝わらずに独立して振動できる手段を示しているが、この機能が発揮できれば、この圧電素子１０を両側から押えて風防ガラス１１を固定しても構わないし、圧電素子１０部だけでなく、風防ガラス１１に渡る領域まで弾性部材１２にて固定する形態としても構わないし、前述したリング状の弾性部材１２ではなく、複数個の弾性部材により局所的に圧電素子１０を固定しても構わない。また、本図面では、時計筐体１３と風防ガラス１１との間に隙間を有しているが、上記機能が発揮できれば、この隙間にシリコン等からなる樹脂を埋設した構造としても構わない。

次に、本発明のスピーカー付き時計の風防ガラスを振動させて音声を出力する仕組みについて説明をする。
図２に示すように、セラミック等からなる圧電素子１０の伸縮によって発生する振動を用いて風防ガラス１１を振動させ、圧電素子１０に固着された風防ガラス１１を介して大気中に音波を伝播させる。なおこの圧電素子１０は、時計回路１４から送られる音信号によって駆動できるようになっている。

そして、この圧電素子１０は、外部から電圧が掛けられれば、縦方向の振動モードになる様に構成されている。この圧電素子１０による振動をより大きくするために、複数個の圧電素子を積層した構成としても構わない。

この様な構造にすることで、小型でありながら防水性と防塵性を確保し、時計の利用者が全く気にならない大口径スピーカーを、容易に時計に搭載することができる。特に、本発明のスピーカー付き時計は、時計が必ず有している風防ガラス１１を振動板に応用した技術であるため、従来通常用いられていた時計構造に音声を出力することができるという付加機能備えた時計とすることができる。

なお、スピーカー付き時計が強い音圧を発生できる様に、風防ガラス１１は、その本来風防ガラスとして求められる機能を損なわない程度に、できる限り薄型軽量とするのが望ましい。また、圧電素子１０は、図中の上下方向の伸縮を大きくできる構造であれば、他のどのような構造であっても構わない。

次に、周囲に音が漏れないように時計の使用者が必要な音声だけを聞くことができる狭指向性の音場を出力させる具体的な手段について説明する。
狭指向性の音場を出力させるためには、風防ガラス１１から出力する音波を超音波域の音波にし、再生したい音声で変調することによって可聴音を再生する方法を用いる。この方法について図３を用いて説明する。

図３に示すように、本発明のスピーカー付き時計で適用する音声信号処理は、音源２０から送られる可聴音信号で、超音波発振手段２１で生成した超音波帯域の搬送波信号を、
搬送波変調手段２２で周波数変調法もしくは位相変調法により変調させて変調搬送波信号を作成し、この搬送波変調信号をスピーカー２３から出力する手順により行う。ここで作成される変調搬送波信号は、一定周期の超音波の搬送波信号が可聴音信号の振幅に合わせて変調されており、波形の振幅は同一とし、部分的に周期が異なる波形となっている。

まず、本発明のスピーカー付き時計に採用する上述した周波数変調法について詳細に説明をする。
この搬送波変調手段２２で採用する周波数変調法は、音源２０からの可聴音信号の交流信号の振幅に比例して搬送波信号の角周波数を変化させて、搬送波を伸縮させた変調搬送波信号を作成する方法である。

また、本発明で用いている超音波帯域の搬送波信号は、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数を用いるのが好ましい。一般的には、人間の耳に聞こえないと言われている１８から２０ｋＨｚ以上の周波数帯域を超音波としている。しかし、４０ｋＨｚ未満の搬送波信号では可聴音周波数に近すぎるため、前述した可聴音信号でこの搬送波信号を変調しても、搬送波の伸縮度合いが小さくなってしまう。そのため、この帯域では、実際に使用者が認識できる可聴音が再生され難いし、例えこれが再生されたとしても、非常に音圧の低い音になってしまい、使用者には殆ど聞こえない。

逆に、１００ｋＨｚより高い周波数帯域の搬送波信号を用いた場合、周波数変調もしくは位相変調を行うことで可聴音の再生は可能となるが、搬送波の振動に比べて変調された部分の振動に差がありすぎるため、使用者には再生される音が割れて聞こえてしまう。そのため、純音（本来聞こえるべき音）の再生などにこの帯域の搬送波を使用するのには向いていない。また、１００ｋＨｚより高い周波数の搬送波信号は、超音波発振手段２１にて高周波の信号を発生させるための消費電力が大きくなってしまう。上記理由により、１００ｋＨｚより高い周波数の搬送波信号を用いると、電子回路の消費電力が大きくなるため好ましくない。

さらに、前述した周波数変調を行う場合には、０．１から３０ｋＨｚの変調周波数で搬送波を周波数変調することが好ましい。それは、再生させる可聴音によって変調周波数を調節し、可聴音が歪みなくきれいに再生されるところに合わせる際に、３０ｋＨｚ以上の変調度になると再生される可聴音の歪みが大きく音が割れて聞こえるようになり、使用者が聞き取りにくくなってしまう。また、０．１ｋＨｚ以下になると変調が低すぎて可聴音が再生されなくなってしまうからである。

次に、本発明のスピーカー付き時計で採用する他の手法である位相変調法について説明をする。
先に説明をした周波数変調に代えて行うことができる位相変調法は、音源２０の可聴音信号の振幅に比例して搬送波信号の位相を変化させ、搬送波を伸縮させた変調搬送波信号を作成する方法である。この両者のいずれの方法であっても、搬送波信号が伸縮部をもった波形の変調搬送波信号へ変換させることができる。

ここで用いる超音波帯域の搬送波信号においても、先に説明をした４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの間の周波数を用いるのが好ましい理由は、前述したと同じである。

また、前述した位相変調を行う場合には、０．１から２５ｒａｇの変調位相で搬送波を変調することが好ましい。それは、再生させる可聴音によって変調位相を調節し、可聴音は歪みなくきれいに再生されるように合わせる際に、２５ｒａｇ以上の変調では再生される可聴音の歪みが大きすぎて割れて聞こえ、きれいな音で再生できなくなる。また、０．１ｒａｇ以下では変調が低すぎて可聴音は再生されなくなってしまうからである。

この前述した両手段で生成された変調搬送波信号をスピーカー２３より出力すると、変調搬送波信号の伸縮にしたがって大気が振動し、高圧部と低圧部を形成する。結果としてこれが２次音波となる。２次音波として形成される音波は、変調に使用した可聴音信号と同じ波形であるため、結果として音源から供給された可聴音の音声が形成され、再生されることになる。

次に、本発明のスピーカー付き時計が超音波帯域の音声を出力した際に、狭指向性の音場が形成される原理について図４を用いて説明する。
一般的に、ある平坦な板を可聴音域から超音波域まで徐々に振動周波数を高くしていくと、振動周波数が高くなるにつれて振動している平坦な板の中心軸を中心とした領域に音圧の高い領域が集中した音場２４を形成するようになってくることが知られている。超音波域の振動でもこの現象が当てはまり、スピーカー２３から出力された超音波の変調搬送波信号２５は、スピーカー２３前面で音場２４が集中し、周囲には広がらず狭い指向性を示す。従って、前述した効果で生成される２次音波２６としての音声も、狭い指向性音場内で生成され、結果的に狭指向性を持った音声を出力することができる。

これにより、本発明のスピーカー付き時計の使用者は、風防ガラス１１前面の狭い範囲内でのみ可聴音を聞くことができ、この範囲外では可聴音を聞くことはできないようにすることができる。

また前述した様に、本発明のスピーカー付き時計から出力する音声信号を可聴音域の信号と超音波域の信号を可変とすれば、通常の無指向性のスピーカーと指向性スピーカーを切り替えて使用することが可能となり、用途によって使用者が指向性と無指向性の機能を使い分けることができる。

本発明のスピーカー付き時計の構造を示す断面図である。 本発明のスピーカー付き時計から音声を出力させる仕組みを示す図面である。 本発明のスピーカー付き時計から音声を出力させるための信号処理の手順を示すブロック図である。 本発明のスピーカー付き時計により狭指向性の音場が形成される原理を説明した図である。 従来技術におけるスピーカー付き時計の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ 圧電素子
１１ 風防ガラス
１２ 弾性部材
１３ 時計筐体
１４ 時計回路
１５ 秒針
１６ 分針
１７ 時針
１８ 文字板
１９ 時計モジュール
２０ 音源
２１ 超音波発振手段
２２ 搬送波変調手段
２３ スピーカー
２４ 音場
２５ 変調搬送波信号
２６ ２次音波
３１ 時計外装

Claims (4)

1. スピーカー付き時計において、
   圧電素子を用いて風防ガラスを振動させて音波を発生させて、時計の利用者が音声を聞くことができるようにしたことを特徴とするスピーカー付き時計。
2. 前記圧電素子は、前記風防ガラスの外縁周の少なくとも一部に固着して配置され、さらに前記圧電素子と前記風防ガラスが前記時計外装と弾性部材にて固定される構造とし、前記圧電素子と前記風防ガラスとが前記時計筐体とは独立して振動できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスピーカー付き時計。
3. 前記圧電素子は、可聴音域から超音波域までの周波数を出力する機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスピーカー付き時計。
4. 前記風防ガラスから出力する信号を超音波域の周波数とし、これを搬送波信号として用いて再生したい音声で変調して出力し、狭指向性の音場を形成する機能を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスピーカー付き時計。

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