JP2009159350A - 音響装置および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の音出力部による音響出力に指向性を持たせることが可能な音響装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】音響装置９０は、圧電素子１０と、圧電素子１０の音出力方向に対して、音出力方向が沿うように配置される圧電素子２０と、圧電素子１０および圧電素子２０のそれぞれに音出力信号を加え、それぞれから独立した音を出力させるよう制御するＣＰＵ８１と、を備え、ＣＰＵ８１は、圧電素子１０の音出力方向とは異なる方向の漏れ音を減衰させる相殺信号を算出し、当該相殺信号に応じた音を圧電素子２０から出力させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響装置および電子機器に関する。

従来、携帯電話機等の電子機器における音響装置は、着信音やテレビ音声等、耳から遠ざけて聞くことが前提のスピーカと、通話時に使用し、第三者へ通話内容を秘匿するために耳へ直接伝達するレシーバの２種類が存在する。この２種類の音響装置は、出力レベルが異なるため、電子機器には両者を分けて設けることが多い。

ところで、携帯電話機等の携帯用の電子機器においては、薄型化が求められているため、音響装置の薄型化や、スピーカとレシーバの複合化といった試みがなされてきている。例えば、音響装置の薄型化に関しては、電磁誘導コイルを用いたダイナミックタイプのものから、圧電素子を用いた圧電タイプのものに替えることが有効である。

図１２に、圧電タイプの音響装置の構造を示す。音圧を発生させる圧電素子１０と、電極端子１３ａおよび１３ｂと、振動フィルム１４と、気室１５ａおよび１５ｂと、放音孔１６ａおよび１６ｂと、を備える。

圧電素子１０は、振動フィルム１４上に、積層の圧電材料１１が複数の電極板１２により挟まれて構成されており、電極端子１３ａと１３ｂとの間に交流信号を印加することにより、圧電素子１０は伸縮を繰り返す。その結果、気室１５ａの空気が振動し、放音孔１６ａを通じて音圧Ａ１を外部へ放出する。気室１５ｂおよび放音孔１６ｂは、振動フィルムの制動緩和のために設けられ、これにより、漏れ音圧Ａ２が発生する。なお、出力される音圧Ａ１のダイナミックレンジおよび周波数特性は、電極端子１３ａおよび１３ｂへの印加電圧のレベルや、放音孔１６ａの大きさや位置により調整可能である。

また、スピーカとレシーバの複合化に関しては、放音孔の数量や形状を変えることにより、音圧特性を調節し、スピーカとレシーバを１つのデバイスで共用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−３０４０２１号公報

ここで、レシーバは、直接耳への伝達を行うため、同一のデバイスをスピーカとしても使用する場合には、大音圧を耳に直接伝達しないように音圧を緩和する手段が必要である。しかしながら、特許文献１によれば、スピーカとレシーバの放音孔が同一であり、そのような手段は示されていない。仮に、既知のように着信音を段階的に上げる制御を行ったとしても、着信音の品質としては不完全なものとなってしまう。

また、レシーバとして通話内容の秘匿性を確保するためには、レシーバの音声漏洩を防ぐ手段が必要である。しかしながら、スピーカとレシーバとを複合化した場合、外部への音響経路が増加するため、漏洩量が増加してしまう。また、特許文献１によっても、音声漏洩は発生するが、この漏洩量を低減させる手段は示されていない。

そこで本発明は、複数の音出力部による音響出力に指向性を持たせることが可能な音響装置および電子機器を提供することを目的とする。

本発明の音響装置は、第１の音出力部（例えば、後述の圧電素子１０）と、前記第１の音出力部の音出力方向に対して、音出力方向が沿うように配置される第２の音出力部（例えば、後述の圧電素子２０）と、前記第１の音出力部および前記第２の音出力部のそれぞれに音出力信号を加え、それぞれから独立した音を出力させるよう制御する制御部（例えば、後述のＣＰＵ８１）と、を備え、前記制御部は、前記第１の音出力部の音出力方向とは異なる方向の漏れ音を減衰させる相殺信号を算出し、当該相殺信号に応じた音を前記第２の音出力部から出力させることを特徴とする。

また、本発明の音響装置は、前記第１の音出力部と前記第２の音出力部との間に吸音材（例えば、後述の吸音材３１）を更に備えることが好ましい。

また、本発明の音響装置は、前記第１の音出力部と前記第２の音出力部との間に、前記第１の音出力部の出力音による振動を検出する振動検出部（例えば、後述の振動検出素子４１、５１、６２）を更に備え、前記制御部は、前記振動検出部による検出結果に基づいて、前記相殺信号を算出することが好ましい。

また、前記振動検出部は、前記第１の音出力部による振動のピーク位置に対応した位置のそれぞれに配置されることが好ましい。

また、前記第１の音出力部および前記第２の音出力部は、ピーク周波数がそれぞれ異なる複数の発音素子（例えば、後述の圧電素子６０、６１）の複合体であって、前記振動検出部は、前記第１の音出力部の発音素子と前記第２の音出力部の発音素子との間に配置されることが好ましい。

また、本発明の音響装置において、前記第１の音出力部および前記第２の音出力部を内蔵する筐体には、前記第１の音出力部および前記第２の音出力部それぞれからの音出力を、それぞれの音出力方向へ伝達する放音孔を有し、前記放音孔を開閉させるアクチュエータ（例えば、後述のアクチュエータ７１）を更に備えることが好ましい。

また、前記第１の音出力部および前記第２の音出力部は、圧電スピーカであることが好ましい。

また、本発明の電子機器は、前記音響装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、複数の音出力部による音響出力に指向性を持たせることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、音響装置を備える電子機器の一例として携帯電話機１を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。ここで、音響装置とは、携帯電話機１の制御部と、この制御部の制御により音声を出力する音響部とを含むものとする。

［実施形態１］
図１は、本発明の第１実施形態に係る音響部８０ａの構造を示す図である。図１２の従来の音響装置に対して、圧電素子２０および振動フィルム２４を反対方向に配置し、放音孔２６を設ける。圧電素子２０は、圧電素子１０と同様に、振動フィルム２４上に、積層の圧電材料２１が複数の電極板２２により挟まれて構成されており、電極端子２３に交流信号が印加されることにより、気室２５の空気が振動し、放音孔２６を通じて音圧Ｂ１を外部へ放出する。

これにより、互いに反対向きに２方向の音響出力経路が形成されるが、音圧Ａ１およびＢ１の互いの制動緩和としての振動、すなわち漏れ音圧Ａ２およびＢ２が発生する。そこで、圧電素子１０および圧電素子２０は、互いの漏れ音圧Ａ２およびＢ２を、それぞれ音圧Ｂ１およびＡ１により打ち消すように制御する。

具体的には、例えば、圧電素子１０に最大電圧が４Ｖｐｐで、周波数が２５００Ｈｚの信号を印加した場合、圧電素子２０には、逆位相の信号（最大電圧２．８Ｖｐｐ、周波数２５００Ｈｚ）を印加する。

図２は、圧電素子１０にのみ印加した場合と、圧電素子２０に逆位相の信号を印加した場合の音圧の指向特性を示す図である。図２において、半径方向はデシベル（ｄＢ）を示す。圧電素子１０単体の場合には、単体特性で示されるように、正方向および逆方向（漏れ方向）に強い音圧が測定される。ところが、逆位相の信号により打ち消すことで、複合特性に示されるように、逆方向（漏れ方向）の音圧が１０〜１２ｄＢ程度減衰することが確認できる。これにより、音響特性に指向性を持たせることができる。

［実施形態２］
図３は、本発明の第２実施形態に係る音響部８０ｂの構造を示す図である。圧電素子１０と圧電素子２０の間に吸音材３１が配置される。吸音材３１は、グラスウール等の弾性が高い素材であり、圧電素子１０および２０の振動ＡおよびＢを吸収するため、それぞれの漏れ音圧を低減することができる。これは、特に高音域（２ＫＨｚ以上）の漏れ音圧の低減に効果が期待でき、音響特性に指向性を持たせることができる。

［実施形態３］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る音響部８０ｃの構造を示す図である。圧電素子１０と圧電素子２０の間に、吸音材３１と共に、漏れ音圧となる振動を検出するための振動検出素子４１が配置され、検出された振動は、信号として振動検出端子４２より出力される。

検出された信号に基づいて、電子機器の制御部（後述するＣＰＵ８１）は、この検出された信号を相殺するための逆位相の信号と、その信号レベルとを演算する。そして、演算結果の相殺信号を、抑制側の圧電素子（例えば、圧電素子１０に対しては圧電素子２０）に印加することにより、漏れ音圧を抑制し、音圧に指向性を持たせることができる。

［実施形態４］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る音響部８０ｄの構造を示す図である。圧電素子１０と圧電素子２０の間に、吸音材３１と共に、漏れ音圧となる振動を検出するための複数の振動検出素子５１（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ）が配置され、検出された振動は、信号として振動検出端子４２より出力される。

ここで、積層型の圧電素子１０および２０は、複数のピーク振動モードの発音素子（電極板および圧電材料）が組み合わされたものであるため、複数の振動ピークポイントが存在する。したがって、振動検出素子５１は、圧電素子１０および２０による振動のピークポイントに複数設置される。

このことにより、携帯電話機１の制御部（後述するＣＰＵ８１）は、単一の振動検出素子４１（図４）による検出に比べて、より正確な振動伝達を把握することができる。したがって、より効果的に相殺信号を印加することができ、漏れ音圧の抑制効果が高まる。

［実施形態５］
図６および図７は、本発明の第５の実施形態に係る音響部８０ｅの構造を示す図である。図６は音圧伝達方向、すなわち圧電素子の積層方向から見た図であり、図７は、図６の断面Ａ−Ａ’を示す図である。

同一の振動フィルム上に形状が異なる複数の圧電素子６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ）が配置される。これらは、それぞれ異なるピーク周波数を持ち、広範囲の音域で質のよい音圧が得られる。この圧電素子６０の反対面に同一形状の圧電素子６１（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ）が配置される。

また、圧電素子６０と圧電素子６１の間には、振動検出素子６２（６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ）が配置されることにより、複数の圧電素子それぞれによる固有の振動周波数と振動レベルとを検出することができ、検出される振動に応じた相殺信号を相対する圧電素子（例えば、６０ａに対して６１ａ）に印加することができる。したがって、より正確に漏れ音圧の抑制制御を行うことができる。

［実施形態６］
図８は、本発明の第６の実施形態に係る音響部８０ｆの構造を示す図である。圧電素子１０と圧電素子２０のそれぞれに対応して、放音孔を開閉可能なアクチュエータ７１ａと７１ｂとを設ける。アクチュエータ７１ａおよび７１ｂは、携帯電話機１の制御部（後述するＣＰＵ８１）により、圧電素子１０または２０へ印加する電圧信号に応じて開閉制御される。

具体的には、図８（ａ）のように、アクチュエータ７１ａを閉じ、アクチュエータ７１ｂを開いた場合には、圧電素子２０側へ音圧が伝達され、圧電素子１０側の音響経路は遮断される。一方、図８（ｂ）のように、アクチュエータ７１ａを開き、アクチュエータ７１ｂを閉じた場合には、圧電素子１０側へ音圧が伝達され、圧電素子２０側の音響経路は遮断される。

なお、アクチュエータ７１ａおよび７１ｂは、バイモルフ型の圧電素子等、既存の技術が利用可能である。

以上のように、第１〜第６実施形態においては、互いに反対向きに２つの音響出力経路が形成され、それぞれに指向性を持たせることができる。したがって、この２つの経路により、スピーカまたはレシーバを複合化した音響装置が構成される。

［電子機器の構成］
図９は、携帯電話機１の機能を示すブロック図である。携帯電話機１には、ＣＰＵ８１と、表示部８２と、通信制御部８３と、アンテナ８４と、音声制御部８５と、音響部８０（上記第１〜第６のいずれかの実施形態における音響部８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ、８０ｆ）と、操作部８６と、メモリ８７とが備えられている。ここで、ＣＰＵ８１と、音声制御部８２と、音響部８０とは、本発明の音響装置９０として機能する。

ＣＰＵ８１は、携帯電話機１の全体を制御しており、メモリ８７に記憶される各種プログラムを読み出して実行することにより、上記ハードウェアと協働して所定の処理を行う。特に、本発明に関する機能として、音響部８０に対する印加電圧信号の算出や、上記第６の実施形態におけるアクチュエータ７１ａおよび７１ｂの制御を行う。

表示部８２は、アプリケーションの実行に伴う画面表示を行ったり、ユーザにデータの入力を受け付ける画面を表示したりするものであり、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｏｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等であってよい。また、テレビやマルチメディアデータの再生の際に、音響部８０からの音声出力と合わせて映像表示を行う。

通信制御部８３は、所定の使用周波数帯（例えば、８００ＭＨｚ）により外部装置と通信を行う。具体的には、アンテナ８４によって受信した信号を復調処理し、処理後の信号をＣＰＵ８１に供給する。また、ＣＰＵ８１から供給された信号を変調処理し、アンテナ８４を介して外部装置に送信する。

音声制御部８５は、ＣＰＵ８１の制御にしたがって、通信制御部８３から供給された信号や、所定のアプリケーションにより供給された音声データに対して所定の音声処理を行い、処理後の信号を音響部８０に出力する。音響部８０は、音声制御部８５から供給された信号を外部に出力する。なお、この信号は、上記の第１〜第６の実施形態にて示した圧電素子１０または２０、あるいは双方から出力される。

また、音声制御部８５は、ＣＰＵ８１の制御にしたがって、マイク（図示せず）から入力された信号を処理し、処理後の信号を通信制御部８３に出力する。通信制御部８３は、音声制御部８５から供給された信号に所定の処理を行い、処理後の信号をアンテナ８４に出力する。

メモリ８７は、例えば、ワーキングメモリを含み、ＣＰＵ８１による演算処理に利用される。また、本発明に関して、漏れ音圧を減衰させる相殺信号を算出する際の各種パラメータや、後述する条件別の制御方法（図１１）等を記憶する。

図１０は、携帯電話機１の構成を示す図である。携帯電話機１は、操作部側筐体２と、表示部側筐体３と、を備えて構成される。また、操作部側筐体２の上端部と表示部側筐体３の下端部とは、ヒンジ機構４を介して連結されている。また、携帯電話機１は、ヒンジ機構４を介して連結された操作部側筐体２と表示部側筐体３とを相対的に回転することにより、操作部側筐体２と表示部側筐体３とが互いに開いた状態（ｂ：開放状態）にしたり、操作部側筐体２と表示部側筐体３とを折り畳んだ状態（ａ：折畳み状態）にしたりできる。

なお、図１０は、いわゆる折り畳み型の携帯電話機１の形態を示しているが、本発明に係る携帯電話機の形態としては特にこれに限られず、操作部側筐体２と表示部側筐体３とを重ね合わせた状態から一方の筐体を一方向にスライドさせるようにしたスライド式や、操作部側筐体２と表示部側筐体３との重ね合せ方向に沿う軸線を中心に一方の筐体を回転させるようにした回転式（ターンタイプ）や、操作部側筐体２と表示部側筐体３とが１つの筐体に配置され連結部を有さない型式（ストレートタイプ）等であってもよい。

ここで、表示部側筐体３には、音響部８０と表示部８２とが設けられている。折畳み状態（ａ）の場合には、音響部８０のうち、一方の音響経路は操作部側筐体２により遮られ（音圧Ａ）、もう一方の音響経路は、外部へ向いている（音圧Ｂ）。また、開放状態（ｂ）の場合には、音響部８０の２つの音響経路は共に外部へ向かっており、表示部８２に表示される画像と共に、音圧Ａが利用者へ向けて出力される。

このような配置により、音響部８０は、例えば、音声通話時には音圧Ａによりレシーバとして機能し、着信音の出力時等には音圧Ｂによりスピーカとして機能する。また、携帯電話機１が開放状態の場合には、テレビ音声等の出力時に、音圧Ａにより、もしくは音圧Ａおよび音圧Ｂにより、スピーカとして機能させることができる。

図１１は、携帯電話機１における条件別の音響部８０の制御方法の一例を示す図である。利用状態および携帯電話機１の形態（折畳み状態または開放状態）に応じて、ＣＰＵ８１による以下の５種類の制御方法を規定する。

（１）着信時に折畳み状態である場合には、音圧Ａ側（画像表示面側）は、停止もしくは音圧Ｂ側（画像表示の裏面側）と同位相の信号を出力させる。一方、音圧Ｂ側は、スピーカとしての通常の出力を行う。音圧Ａを音圧Ｂと同位相にすることによれば、単一のスピーカの場合に比べて大きな音圧を発生させ、報知効果を高めることができる。

（２）着信時に開放状態である場合には、利用者の耳が近傍にある可能性があり、音響衝撃を緩和させる必要がある。そこで、利用者の耳が近傍にある場合は、音圧Ａ側は音圧Ｂ側と逆位相の信号を出力、もしくは放音孔を塞いで音響衝撃を緩和させる。一方、利用者の耳が近傍にない場合は、音圧Ａ側は音圧Ｂ側と同位相の信号を出力する。また、音圧Ｂ側は、スピーカとしての通常の出力を行う。

ここで、利用者の耳が近傍にあるか否かの判定は、傾斜センサ、温度センサ、接近センサ等、既知の技術が利用可能である。

（３）耳あて通話時には、音圧Ａ側は、レシーバとしての通常の出力を行う。一方、音圧Ｂ側は、音圧Ａ側と逆位相の信号を出力、もしくは放音孔を塞ぐ。これにより、受話音声の外部への漏洩を防ぐことができる。

（４）テレビ視聴時には、音圧Ａ側は、スピーカとして、センター音声の出力を行う。一方、音圧Ｂ側は、センター音声を除いた音声の出力を行う。これにより、センター音声とそれ以外の音声とが２つのスピーカから別々に指向性を持って出力され、擬似的なサラウンド効果を実現、臨場感のある音場を形成することができる。

（５）テレビ電話通話時には、音圧Ａ側は、スピーカとしての通常の出力を行う。一方、音圧Ｂ側は、音圧Ａ側と逆位相の信号を出力、もしくは放音孔を塞ぐ。これにより、受話音声は、指向性を持った音圧Ａにより利用者に伝達され、周囲への漏洩を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

なお、本実施形態においては、音響装置を備える電子機器の一例として携帯電話機１を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｈａｎｄｙ ｐｈｏｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等、様々な電子機器に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る音響部８０ａの構造を示す図である。 本発明の第１実施形態における圧電素子１０にのみ印加した場合と、圧電素子２０に逆位相の信号を印加した場合の音圧の指向特性を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る音響部８０ｂの構造を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る音響部８０ｃの構造を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る音響部８０ｄの構造を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る音響部８０ｅの構造を示し、圧電素子の積層方向から見た図である。 本発明の第５の実施形態に係る音響部８０ｅの構造を示し、図６の断面Ａ−Ａ’を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る音響部８０ｆの構造を示す図である。 本発明に係る携帯電話機１の機能を示すブロック図である。 本発明に係る携帯電話機１の構成を示す図である。 本発明に係る携帯電話機１における条件別の音響部８０の制御方法の一例を示す図である。 圧電タイプの音響装置の構造を示す図である。

符号の説明

１ 携帯電話機
１０、２０、６０、６１ 圧電素子
１１、２１ 圧電材料
１２、２２ 電極板
１３、２３ 電極端子
１４、２４ 振動フィルム
１５、２５ 気室
１６、２６ 放音孔
３１ 吸音材
４１、５１、６２ 振動検出素子
４２ 振動検出端子
７１ アクチュエータ
８０ 音響部
８１ ＣＰＵ
８２ 表示部
８３ 通信制御部
８４ アンテナ
８５ 音声制御部
８６ 操作部
８７ メモリ

Claims (8)

1. 第１の音出力部と、
   前記第１の音出力部の音出力方向に対して、音出力方向が沿うように配置される第２の音出力部と、
   前記第１の音出力部および前記第２の音出力部のそれぞれに音出力信号を加え、それぞれから独立した音を出力させるよう制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の音出力部の音出力方向とは異なる方向の漏れ音を減衰させる相殺信号を算出し、当該相殺信号に応じた音を前記第２の音出力部から出力させることを特徴とする音響装置。
2. 前記第１の音出力部と前記第２の音出力部との間に吸音材を更に備える請求項１に記載の音響装置。
3. 前記第１の音出力部と前記第２の音出力部との間に、前記第１の音出力部の出力音による振動を検出する振動検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記振動検出部による検出結果に基づいて、前記相殺信号を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響装置。
4. 前記振動検出部は、前記第１の音出力部による振動のピーク位置に対応した位置のそれぞれに配置されることを特徴とする請求項３に記載の音響装置。
5. 前記第１の音出力部および前記第２の音出力部は、ピーク周波数がそれぞれ異なる複数の発音素子の複合体であって、
   前記振動検出部は、前記第１の音出力部の発音素子と前記第２の音出力部の発音素子との間に配置されることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の音響装置。
6. 前記第１の音出力部および前記第２の音出力部を内蔵する筐体には、前記第１の音出力部および前記第２の音出力部それぞれからの音出力を、それぞれの音出力方向へ伝達する放音孔を有し、
   前記放音孔を開閉させるアクチュエータを更に備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の音響装置。
7. 前記第１の音出力部および前記第２の音出力部は、圧電スピーカであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の音響装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の音響装置を備えることを特徴とする電子機器。

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