JP2011228794A - Electro-acoustic transducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気音響変換器に関し、特に携帯電話機等の電子機器に用いられる電気音響変換器に関する。 The present invention relates to an electroacoustic transducer, and more particularly to an electroacoustic transducer used in an electronic device such as a mobile phone.
近年、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータ(PC)等の携帯端末(携帯型の電子機器)の需要が増えている。このような状況の中、携帯端末を開発する各企業においては、スタイルと機能を両立した高付加価値機種の開発に取り組んでおり、大音量でかつ高音質な小型電気音響変換器の要求が高まりつつある。 In recent years, the demand for portable terminals (portable electronic devices) such as mobile phones and laptop personal computers (PCs) has increased. Under such circumstances, companies developing mobile devices are working on the development of high-value-added models that balance style and function, and the demand for small electroacoustic transducers with high volume and high sound quality is increasing. It's getting on.
従来より、携帯電話機等の電子機器の音響部品として、動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。その動作原理は、磁石を用いたステータ(stator)の磁気回路の作用によりボイスコイルに固定された有機フィルム等の振動膜が振動し、音波を発生させるものである。 Conventionally, electrodynamic electroacoustic transducers have been used as acoustic components for electronic devices such as mobile phones. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm. The principle of operation is that a vibration film such as an organic film fixed to a voice coil vibrates by the action of a magnetic circuit of a stator using a magnet to generate sound waves.
しかしながら、電気音響変換器の音響性能において、音量を示す物理示強量である音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除によって決定される。すなわち、放射面積と振幅量に依存するため、原理上は小型化と音量強化の両立は不可能であり、小型化が要求される携帯端末への搭載には課題が大きい。 However, in the acoustic performance of the electroacoustic transducer, the sound pressure level, which is a physical strength indicating the volume, is determined by the volume exclusion of the diaphragm with respect to the air. In other words, since it depends on the radiation area and the amount of amplitude, it is impossible in principle to achieve both size reduction and volume enhancement, and there is a big problem in mounting on a portable terminal that requires size reduction.
また、動電型電気音響変換器では、駆動源に磁気回路を用いているため、高振幅を得るために、高い磁束密度を発生されるには、磁石の容積、特に厚み方向を十分に確保する必要があり、薄型化には限界がある。例えば、動電型電気音響変換器では、再薄品でも3mm程度の厚みが必要であり、携帯電話機のスタイリッシュ化(流行に合う洗練されたデザインの実現、小型軽量化)促進の大きな障害になっている。 In addition, the electrodynamic electroacoustic transducer uses a magnetic circuit as a driving source, so that a high magnetic flux density is generated to obtain a high amplitude, and the volume of the magnet, particularly the thickness direction, is sufficiently secured. Therefore, there is a limit to reducing the thickness. For example, electrodynamic electroacoustic transducers require a thickness of about 3 mm even for thin products, which is a major obstacle to promoting the stylishness of mobile phones (realization of sophisticated designs that fit the trend, reduction in size and weight). ing.
一方、薄型の電気音響変換器を提供する手法として、圧電方式がある。この圧電方式は、セラミック素材の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。上下層を電極材料で拘束されたセラミック自体が振動するため、磁石やボイスコイル等、多数の部材から構成される磁気回路に比べ、薄型化に優位である。また、振動撓みの原理より、同程度の電界を入力した場合、電界強度が高まることから、セラミックス材料の厚みと振幅は比例するため、薄型駆動源としては優位である。 On the other hand, there is a piezoelectric method as a method for providing a thin electroacoustic transducer. This piezoelectric method uses a piezoelectric effect of a ceramic material to generate a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal. Since the ceramic itself, whose upper and lower layers are constrained by electrode materials, vibrates, it is superior in thinning compared to a magnetic circuit composed of a large number of members such as magnets and voice coils. Further, from the principle of vibration deflection, when the same electric field is input, the electric field strength increases, and therefore the thickness and amplitude of the ceramic material are proportional, which is advantageous as a thin driving source.
しかしながら、セラミックス材料は脆性材料である上に、機械損失が小さいため、機械的品質係数Qが、有機フィルムから振幅を発生させる動電型電気音響変換器に比べ、高い傾向にある。例えば、動電型は3〜5程度に対して、圧電型では約50程度となる。機械品質係数Qは共振時に先鋭度を示すため、要約すれは、圧電型電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。すなわち、音圧レベル周波数特性において、音響特性の山谷(振幅の上限下限の異常値)が発生し、特定周波数の音が強調されたり、消失されたりして、音楽再生等に十分な音質が得られない可能性があるという問題点を持つ。 However, since the ceramic material is a brittle material and has a small mechanical loss, the mechanical quality factor Q tends to be higher than that of an electrodynamic electroacoustic transducer that generates an amplitude from an organic film. For example, the electrodynamic type is about 3 to 5 and the piezoelectric type is about 50. Since the mechanical quality factor Q indicates sharpness at the time of resonance, the summary means that in the piezoelectric electroacoustic transducer, the sound pressure is high near the fundamental resonance frequency and the sound pressure is attenuated in other bands. In other words, in the sound pressure level frequency characteristics, there are peaks and valleys in the acoustic characteristics (abnormal values of the upper and lower limits of the amplitude), and the sound at a specific frequency is emphasized or lost, so that sufficient sound quality for music playback etc. is obtained. There is a problem that it may not be possible.
このため、高音質で小型な電気音響変換器を生み出す画期的な技術が要求されていた。 For this reason, an epoch-making technology for producing a small electroacoustic transducer with high sound quality has been required.
なお、関連する技術として、特許文献1(特開2003−153371号公報)に超音波再生方法・超音波再生装置が開示されている。この関連技術では、超音波再生装置において、電気音響変換部は互いに共振周波数が異なる複数の圧電素子を共通の基盤に搭載している。電気音響変換部は複数の超音波素子EL(electro−luminescence)が一面上にマトリックス状或いは同芯円状に配列して構成することもできる。 As a related technique, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-153371 discloses an ultrasonic reproduction method and an ultrasonic reproduction apparatus. In this related technology, in the ultrasonic reproducing apparatus, the electroacoustic transducer has a plurality of piezoelectric elements having different resonance frequencies mounted on a common base. The electroacoustic conversion unit may be configured by arranging a plurality of ultrasonic elements EL (electro-luminescence) in a matrix or concentric circles on one surface.
また、特許文献2(特開2006−081117号公報)に超指向性スピーカシステムが開示されている。この関連技術では、超指向性スピーカシステムは、アレー状に配置された複数の超音波振動子を含んでおり、復調方向に応じて複数の超音波振動子の出力時間差を位相制御器によって制御している。また、搬送波信号及び原音信号の少なくとも一方に応じて、搬送波信号の振幅及び振幅変調における変調度の少なくとも一方を制御している。これにより、複調音の音圧を適度に設定しながら、搬送波の音圧を低減し、音響出力の効率を向上させることを図っている。 Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-081117) discloses a super-directional speaker system. In this related technology, the super directional speaker system includes a plurality of ultrasonic transducers arranged in an array, and controls the output time difference of the plurality of ultrasonic transducers according to the demodulation direction by a phase controller. ing. Further, at least one of the amplitude of the carrier signal and the modulation degree in the amplitude modulation is controlled according to at least one of the carrier signal and the original sound signal. Thus, the sound pressure of the carrier wave is reduced while the sound pressure of the bitone sound is appropriately set, and the efficiency of sound output is improved.
また、特許文献3(特開2009−260573号公報)にマイクロホン(Microphone)ユニット及びその製造方法が開示されている。この関連技術では、マイク基板上の複数の振動板ユニット配置予定領域をそれぞれ囲む分離壁を設けている。振動板ユニットは、いわゆるメムス(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)として構成されても良い。また、振動板については無機圧電薄膜、あるいは有機圧電薄膜を使用して、圧電効果により音響−電気変換するようなものであっても良いし、エレクトレット膜を使用しても構わない。また、マイク基板については、絶縁成形基材、焼成セラミックス、ガラスエポキシ、プラスチック等の材料により構成されるものであって良い。 Patent Document 3 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-260573) discloses a microphone unit and a method for manufacturing the same. In this related technology, a separation wall is provided that surrounds each of the plurality of diaphragm unit arrangement planned areas on the microphone substrate. The diaphragm unit may be configured as a so-called MEMS (MEMS: Micro Electro Mechanical Systems). In addition, the diaphragm may be one that uses an inorganic piezoelectric thin film or an organic piezoelectric thin film to perform acoustic-electric conversion by the piezoelectric effect, or may use an electret film. Further, the microphone substrate may be composed of a material such as an insulating molded base material, fired ceramics, glass epoxy, or plastic.
また、特許文献4(特開2009−296055号公報)に超音波探触子およびそれを用いる超音波診断装置が開示されている。この関連技術では、複数の圧電素子がアレイ状(1次元アレイ状)に配列されて構成される。また、各圧電素子は、送信層上に、受信層および音響レンズが積層された積層型の圧電素子から成る。各圧電素子は、クロストーク等の相互干渉を低減するために、互いに所定の隙間(溝、間隙、ギャップ)を空けて基板上に配置される。さらに相互干渉を低減するために、超音波を吸収する超音波吸収材がこの隙間に充填される。その超音波吸収材としては、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。また、送信層の圧電素子層および受信層の圧電素子層が、相互に異なる複数の厚さ部分から構成されている。ここで、圧電素子層の共振周波数は、圧電振動方向、すなわち該圧電素子層の厚み方向の厚さに反比例して調整され、半分の厚さで2倍、1/4の厚さで4倍の共振周波数に設定できる。したがって、各厚さ部分を共通の電極で振動させても、複数の周波数をそれぞれ個別に送信および受信可能となる。 Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-296055) discloses an ultrasonic probe and an ultrasonic diagnostic apparatus using the same. In this related technique, a plurality of piezoelectric elements are arranged in an array (one-dimensional array). Each piezoelectric element is composed of a laminated piezoelectric element in which a receiving layer and an acoustic lens are laminated on a transmission layer. Each piezoelectric element is arranged on the substrate with a predetermined gap (groove, gap, gap) therebetween to reduce mutual interference such as crosstalk. Further, in order to reduce mutual interference, the gap is filled with an ultrasonic absorber that absorbs ultrasonic waves. As the ultrasonic absorbing material, a thermosetting resin such as a polyimide resin or an epoxy resin can be used. Further, the piezoelectric element layer of the transmission layer and the piezoelectric element layer of the reception layer are composed of a plurality of different thickness portions. Here, the resonance frequency of the piezoelectric element layer is adjusted in inverse proportion to the piezoelectric vibration direction, that is, the thickness in the thickness direction of the piezoelectric element layer, and is doubled at half thickness and quadrupled at 1/4 thickness. The resonance frequency can be set. Therefore, even if each thickness part is vibrated with a common electrode, a plurality of frequencies can be individually transmitted and received.
本発明の目的は、複数の振動板をアレイ上に形成し、基本共振周波数が異なる複数の振動板の各々が独自に駆動して、音響特性の山谷を修復する電気音響変換器を提供することである。 An object of the present invention is to provide an electroacoustic transducer in which a plurality of diaphragms are formed on an array, and each of a plurality of diaphragms having different fundamental resonance frequencies is independently driven to restore a valley of acoustic characteristics. It is.
本発明の電気音響変換器は、電子機器に用いられる電気音響変換器であって、アレイ上に配置された複数の振動子と、複数の振動子を囲むフレームとを具備する。複数の振動子の全てを囲むフレームの輪郭形状は、一定である。複数の振動子の各々を囲む個別のフレームの輪郭形状は、変更可能である。各振動子は、それぞれ形状が異なり、任意のタイミングで駆動し、基本共振周波数が異なる。 The electroacoustic transducer of the present invention is an electroacoustic transducer used in an electronic device, and includes a plurality of transducers arranged on an array and a frame surrounding the plurality of transducers. The outline shape of the frame surrounding all of the plurality of vibrators is constant. The contour shape of the individual frame surrounding each of the plurality of vibrators can be changed. Each vibrator has a different shape, is driven at an arbitrary timing, and has a different fundamental resonance frequency.
本発明の電気音響変換器は、電気音響変換を利用する電子機器に搭載される。 The electroacoustic transducer of the present invention is mounted on an electronic device that uses electroacoustic conversion.
音波の放射方向を自由に設計でき、広指向性の電気音響変換器を得ることが可能となる。これにより、小型で高音質な電気音響変換器の実現が可能となる。 The radiation direction of sound waves can be freely designed, and a wide directivity electroacoustic transducer can be obtained. As a result, it is possible to realize a small and high-quality electroacoustic transducer.
<第1実施形態>
以下に、本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態の電気音響変換器を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態の動電式電気音響変換器は、振動子10(10−i、i=1〜n:nは振動子数)と、フレーム20を備える。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the electroacoustic transducer of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the electrodynamic electroacoustic transducer of this embodiment includes a vibrator 10 (10-i, i = 1 to n: n is the number of vibrators) and a
振動子10は、複数の振動子の各々であるものとする。ここでは、振動子10の例として、9つの振動子10−1〜10−9を示す。振動子10−1〜10−9は、個別にフレーム20に囲まれており、アレイ(配列)状に整列している。
The
振動子10−1〜10−9は、各々形状が異なり、基本共振周波数が異なる構成である。例えば、基本共振周波数は、振動子の外周の形状、すなわち周期性により決定するため、振動子10−1と振動子10−2は、同形状の円形であっても、外周の長い振動子10−1の方が振動子10−2よりも低い基本共振周波数を有する。
The vibrators 10-1 to 10-9 have different configurations and different fundamental resonance frequencies. For example, since the fundamental resonance frequency is determined by the shape of the outer periphery of the vibrator, that is, the periodicity, even if the vibrator 10-1 and the vibrator 10-2 are circular in the same shape, the
なお、振動子10の構造には、図2に示される圧電方式が利用できる。この場合、振動子10は、1つの圧電素子を弾性部材で拘束するユニモルフタイプ(Unimorph Type)のものである。
Note that the piezoelectric system shown in FIG. 2 can be used for the structure of the
図2を参照すると、振動子10は、圧電素子11と、弾性部材12を備える。
Referring to FIG. 2, the
圧電素子11は、弾性部材12の上に設けられている。圧電素子11と弾性部材12は、フレーム20に囲まれている。
The
ここでは、図3で示されるように、圧電素子11の上下面に電極層が形成されており、電気信号を入力することで、圧電素子11が動作する。この場合、振動子10は、圧電素子11による圧電効果を利用して振動振幅を発生させるものである。
Here, as shown in FIG. 3, electrode layers are formed on the upper and lower surfaces of the
図3を参照すると、圧電素子11は、上部電極層111と、圧電セラミックス112と、下部電極層113を備える。
Referring to FIG. 3, the
上部電極層111、圧電セラミックス112、及び下部電極層113は、上から順に層構造になっている。上部電極層111は、圧電セラミックス112の上面に形成された電極層である。圧電セラミックス112は、圧電素子11の中核(本体)である。下部電極層113は、圧電セラミックス112の下面に形成された電極層である。
The
図1〜3の内容をまとめると、図4のようになる。すなわち、図4で示されるように、上部電極層111および下部電極層113に交流電圧が印加され、交流的な電界が付与されると、圧電セラミックス112は、上部電極層111および下部電極層113の両主面が同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動(径拡がり運動)を行う。換言すれば、圧電素子11は、主面が拡大するような第1の変形モード(a)と、主面が縮小するような第2の変形モード(b)とを繰り返すような伸縮運動を行う。
The contents of FIGS. 1 to 3 are summarized as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, when an AC voltage is applied to the
このように、本実施形態の電気音響変換器では、9個の圧電振動子が動作し、振動振幅を発生することで、音波が放射される。 As described above, in the electroacoustic transducer of this embodiment, nine piezoelectric vibrators operate to generate vibration amplitudes, thereby emitting sound waves.
本実施形態の振動子においては、電気エネルギーに振動エネルギーに変換する電気機械変換器としての機能を有する。 The vibrator of this embodiment has a function as an electromechanical converter that converts electrical energy into vibration energy.
圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料を問わないが、電気機械変換効率が高い材料であると好適である。電気機械変換効率が高い材料として、例えば、図5に示すような結晶構造のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等を使用することができる。 Any material having a piezoelectric effect may be used, regardless of whether it is an inorganic material or an organic material, but a material having high electromechanical conversion efficiency is preferable. As a material having high electromechanical conversion efficiency, for example, lead zirconate titanate (PZT) having a crystal structure as shown in FIG. 5 can be used.
また、圧電セラミック材料(圧電セラミックス)を拘束する弾性部材は、圧電素子からの振動をフレームに伝達する機能を持つ材料であり、落下時の衝撃吸収や剛性の低減による振動振幅量の拡大等の機能を持つ。弾性材料であれば、金属、樹脂ともに特に限定されないが、機械強度や加工性の観点から、リン青銅や、ステンレス、銅等の金属材料が使用できる。 The elastic member that constrains the piezoelectric ceramic material (piezoelectric ceramics) is a material that has the function of transmitting vibrations from the piezoelectric element to the frame, such as shock absorption during dropping and expansion of vibration amplitude by reducing rigidity. Has function. As long as it is an elastic material, both metal and resin are not particularly limited. From the viewpoint of mechanical strength and workability, metal materials such as phosphor bronze, stainless steel, and copper can be used.
本実施形態の電気音響変換器を構成する振動子の各々は、任意の基本共振周波数を有することを特徴とする。 Each of the vibrators constituting the electroacoustic transducer of this embodiment has an arbitrary basic resonance frequency.
なお、振動子の基本共振周波数を調整する方法として、上述の図1で示される振動子の圧電セラミックスの形状を変更する手段だけでなく、圧電セラミックスの厚みや、弾性部材の材質や形状等を変更することで対応できる。 As a method of adjusting the fundamental resonance frequency of the vibrator, not only the means for changing the shape of the piezoelectric ceramic of the vibrator shown in FIG. 1 but also the thickness of the piezoelectric ceramic, the material and shape of the elastic member, and the like. It can respond by changing.
振動子の基本共振周波数は、負荷重量と剛性により決定される。すなわち、同材質で同一形状であっても、厚みを変更することで剛性は変わり、基本共振周波数は変化する。例えば、圧電素子の厚みを厚くすることで、剛性は高くなり、基本共振周波数は増加する。これは、弾性部材についても同様である。また、弾性材料の材質を変更によっても、剛性が変化し、基本共振周波数を調整することができる。 The fundamental resonance frequency of the vibrator is determined by the load weight and rigidity. That is, even if it is the same material and the same shape, changing the thickness changes the rigidity and changes the fundamental resonance frequency. For example, by increasing the thickness of the piezoelectric element, the rigidity increases and the fundamental resonance frequency increases. The same applies to the elastic member. Further, even if the material of the elastic material is changed, the rigidity is changed and the basic resonance frequency can be adjusted.
本実施形態の振動子は、圧電セラミックス、弾性部材、フレームを積層状に接合(接着)することで構成される。 The vibrator of the present embodiment is configured by joining (adhering) piezoelectric ceramics, an elastic member, and a frame in a stacked manner.
その接合(接着)には、市販の接着剤等が使用できる。例えば、エポキシ系接着剤が好ましい。また、塗布された接着剤の厚みは10〜100μmであることが好ましい。接着剤の厚みが10μm未満では、接着基材への均一な面内配向が困難であり、面内で厚みのバラツキが生じ、接着強度が低下する。 A commercially available adhesive agent etc. can be used for the joining (adhesion). For example, an epoxy adhesive is preferable. Moreover, it is preferable that the thickness of the apply | coated adhesive is 10-100 micrometers. If the thickness of the adhesive is less than 10 μm, uniform in-plane orientation on the adhesive substrate is difficult, thickness variation occurs within the surface, and adhesive strength decreases.
また、接着剤の厚みが500μmを超える場合は、接着剤自体が拘束部材となり、振動変換効率を減少させる要因となる。また、本実施形態では、フレームには、金属材料、有機材料が使用でき、特に材質は限定されないが、好ましくはステンレスや真鍮等が使用できる。例えば、樹脂等の剛性が低い材料を用いた場合、弾性部材からの振動の伝播の際に、フレーム自身も振動し、エネルギー損失を起こし、変換効率が減少する。 Further, when the thickness of the adhesive exceeds 500 μm, the adhesive itself becomes a restraining member, which causes a decrease in vibration conversion efficiency. In this embodiment, a metal material or an organic material can be used for the frame, and the material is not particularly limited, but stainless steel, brass, or the like can be preferably used. For example, when a material with low rigidity such as a resin is used, the frame itself vibrates during propagation of vibration from the elastic member, causing energy loss and reducing conversion efficiency.
以下に、本発明の電気音響変換器の動作原理を説明する。
本発明の電気音響変換器は、アレイ上に配置された複数の振動が、個々独立して駆動することで、音を再生する。
Hereinafter, the operation principle of the electroacoustic transducer of the present invention will be described.
The electroacoustic transducer of the present invention reproduces sound by driving a plurality of vibrations arranged on the array independently of each other.
図1に示す電気音響変換器では、9つの振動子から放射された音波が干渉することで、音響が放射される。また、各振動子が異なる基本共振周波数を有することから、広い周波数帯域を持つことを特徴とする。 In the electroacoustic transducer shown in FIG. 1, sound is radiated by interference of sound waves radiated from nine vibrators. Further, since each vibrator has a different fundamental resonance frequency, it has a wide frequency band.
従来の電気音響変換器では、単一の振動子の共振特性を利用して音波を発生していたため、再生帯域が狭いという問題点があった。すなわち、共振周波数近傍で音響エネルギーが最大化するため、基本共振周波数以下の帯域(低域)では音圧レベルが小さく、音の重厚感がない問題点があった。 The conventional electroacoustic transducer has a problem that the reproduction band is narrow because the sound wave is generated by using the resonance characteristics of a single vibrator. That is, since the acoustic energy is maximized in the vicinity of the resonance frequency, there is a problem that the sound pressure level is small in the band (low range) below the basic resonance frequency, and there is no profound feeling of sound.
これを解決する手段として、電気音響変換器の基本共振周波数を低減させる方法があるが、エネルギー分布の点から考慮すれば、多大な振動エネルギーが必要となる低域にエネルギーシフトさせた場合、耳への感度が高い、1〜3KHzの音圧レベルが減少し、全体的な音量感が減少する問題点があった。 As a means to solve this, there is a method of reducing the fundamental resonance frequency of the electroacoustic transducer, but considering the energy distribution, if the energy is shifted to a low range where a large amount of vibration energy is required, There is a problem that the sound pressure level of 1 to 3 KHz is reduced, and the overall volume feeling is reduced.
本発明の電気音響変換器では、特定周波数帯域の音圧レベルを最大化するために、複数の振動子を配置しているため、広い周波数帯域で高い音圧レベルを実現することができる。例えば、音楽再生可能な100Hz〜10KHzでの帯域での再生を実現するために、基本共振周波数が250Hz、500Hz、1KHzである振動子を配置することで、個々の振動子の面積は小さいながらも、低域の音量を増加することができる。 In the electroacoustic transducer of the present invention, since a plurality of vibrators are arranged to maximize the sound pressure level in a specific frequency band, a high sound pressure level can be realized in a wide frequency band. For example, in order to realize reproduction in a band of 100 Hz to 10 KHz that can reproduce music, by arranging vibrators having basic resonance frequencies of 250 Hz, 500 Hz, and 1 KHz, the area of each vibrator is small. Can increase the volume of the low range.
また、本発明の電気音響変換器では、複数の振動子の基本共振周波数を調整することで、音圧レベル周波数の特性の平坦化が実現できる。これについては、分割振動と音響特性との関係、分割振動の姿態の説明を併せて詳しく述べる。 In the electroacoustic transducer of the present invention, the sound pressure level frequency characteristics can be flattened by adjusting the basic resonance frequencies of the plurality of vibrators. This will be described in detail together with a description of the relationship between the divided vibration and the acoustic characteristics and the form of the divided vibration.
図6で示されるように、分割振動は、基本共振周波数以降に発生する高次の振動モードが互いに重なり合うことで形成され、放射面内に上下逆の動きをする多数の振動モードが混在する。 As shown in FIG. 6, the divided vibration is formed by overlapping higher-order vibration modes generated after the fundamental resonance frequency, and a large number of vibration modes that move upside down are mixed in the radiation plane.
この振動の際には、面全体が同一方向に並進運動するピストン運動(基本共振周波数で発生する振動モード)と異なり、入力音響信号から音響振動への変換効率が、分割振動発生する周波数の前後で著しく変化し、音響信号以外の音響を生じさせ、特定の周波数で音が再生できなかったり、音が強調されたり、再生音が歪んだりして、音圧レベル周波数特性に起伏(音響特性の山谷)をもたらす原因となる。 In this vibration, unlike the piston motion (vibration mode generated at the fundamental resonance frequency) in which the entire surface translates in the same direction, the conversion efficiency from the input acoustic signal to the acoustic vibration is around the frequency at which the split vibration occurs. The sound pressure level frequency characteristics are undulating (sound characteristics of the sound characteristics), causing sound other than the sound signal to be generated, and the sound cannot be reproduced at a specific frequency, the sound is emphasized, or the reproduced sound is distorted. Yamatani).
例えば、図7で示される分割振動では、位相が異なる(同相と逆位相)の振動モードが規則的に混在した振動姿態を形成する。この分割振動における音響放射では、放射面内に混在した位相が異なる(同相と逆位相)の振動モードが互いに位相干渉し、放射音がキャンセリングされる。 For example, the divided vibration shown in FIG. 7 forms a vibration state in which vibration modes having different phases (in-phase and opposite phase) are regularly mixed. In acoustic radiation in this divided vibration, vibration modes having different phases mixed in the radiation plane (in-phase and opposite phase) interfere with each other, and the radiated sound is cancelled.
このことは、音圧が減衰し、ディップ(dip:メータの指示針が共振周波数で小さい値を指示すること)が発生させることを意味する。このため、分割振動をいかにして抑制するかが、音圧レベル周波数の平坦化実現に不可欠な課題とされていた。 This means that the sound pressure is attenuated and a dip (dip: the meter indicating needle indicates a small value at the resonance frequency) is generated. For this reason, how to suppress the divided vibration has been regarded as an indispensable problem for realizing flattening of the sound pressure level frequency.
そこで、本発明では、複数の振動子のいずれかを、音響の山谷が発生する周波数に併せて、駆動させる。これにより、音圧ピークをキャンセルする逆位相となる音波を発生させることや、音圧ディップを修復する同位相の音波を発生させ、これらの音波を干渉させることで、音圧レベル周波数特性の平坦化が実現できる。 Therefore, in the present invention, any one of the plurality of vibrators is driven in accordance with the frequency at which the acoustic peaks and valleys are generated. As a result, the sound pressure level frequency characteristic is flattened by generating a sound wave having an opposite phase that cancels the sound pressure peak, or generating a sound wave having the same phase that repairs the sound pressure dip, and interfering these sound waves. Can be realized.
また、本発明の電気音響変換器では、広指向性を制御することが可能である。すなわち、振動放射の面の偏角を変更することで、指向特性を制御できる。 In the electroacoustic transducer of the present invention, it is possible to control wide directivity. That is, the directivity can be controlled by changing the deflection angle of the plane of vibration radiation.
音波の直進性が高い高周波数帯域では、狭小な指向特性を取り、視聴位置での音響特性が異なり、ユーザにとって利便性の点で、問題があった。振動子の配置により、音波の放射方向を自由に設計できるため、広指向性の電気音響変換器を得ることが可能となる。 In a high frequency band where the sound wave straightness is high, there is a problem in terms of convenience for the user because of the narrow directivity characteristics and the acoustic characteristics at the viewing position are different. By arranging the vibrator, the radiation direction of the sound wave can be freely designed, so that a wide directivity electroacoustic transducer can be obtained.
本発明に係る電気音響変換器は、電子機器(例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器等)の音源としても利用可能である。電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。 The electroacoustic transducer according to the present invention can also be used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.). Since the overall shape of the electroacoustic transducer does not increase and the acoustic characteristics are improved, the electroacoustic transducer can be suitably used for a portable electronic device.
<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態の電気音響変換器では、振動子にMEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)アクチュエータを使用している。振動子以外の構成は、第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
The second embodiment of the present invention will be described below.
In the electroacoustic transducer of this embodiment, a MEMS (micro electro mechanical system) actuator is used for the vibrator. The configuration other than the vibrator is the same as that of the first embodiment.
図8に、MEMSアクチュエータの構成例を示す。
MEMSアクチュエータについては、静電力、電磁力、圧電効果、熱歪みを用いた方式があり、いずれの方式も利用できるが、本実施形態では、圧電効果を用いた方式を利用する。
FIG. 8 shows a configuration example of the MEMS actuator.
As for the MEMS actuator, there are methods using electrostatic force, electromagnetic force, piezoelectric effect, and thermal strain, and any method can be used. In this embodiment, a method using the piezoelectric effect is used.
図8に示すように、MEMSアクチュエータ30は、上部可動電極層31と、圧電薄膜層(誘電帯層)32と、下部可動電極層33を備える。
As shown in FIG. 8, the
MEMSアクチュエータ30は、図1に示す圧電素子11に該当する。上部可動電極層31は、図1に示す上部電極層111に該当する。圧電薄膜層(誘電帯層)32は、図1に示す圧電セラミックス112に該当する。下部可動電極層33は、図1に示す下部電極層113に該当する。
The
第1実施形態と同様に、圧電効果による振動振幅を発生させる機構であり、電極層への交流信号を入力することで、振動振幅を発生させる機構である。 Similar to the first embodiment, this is a mechanism for generating vibration amplitude due to the piezoelectric effect, and is a mechanism for generating vibration amplitude by inputting an AC signal to the electrode layer.
MEMSアクチュエータの製造方法の例として、電極層にエアロゾルデポジション法(Aerosol Deposition)を用いて、固体溶融粒子を噴き付ける方法等が挙げられるが、特に製造方法は限定されない。なお、エアロゾルデポジション法を用いた場合、曲面等の基材に容易に圧電膜を吸着できることから、振動子形状の自由度が高まり、電気音響変換器の特性向上に有用である。 Examples of the MEMS actuator manufacturing method include a method of spraying solid molten particles on the electrode layer using an aerosol deposition method (Aerosol Deposition), but the manufacturing method is not particularly limited. Note that when the aerosol deposition method is used, the piezoelectric film can be easily adsorbed to a substrate such as a curved surface, so that the degree of freedom of the shape of the vibrator is increased, which is useful for improving the characteristics of the electroacoustic transducer.
<各実施形態の関係>
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。
<Relationship between each embodiment>
Note that the above embodiments can be implemented in combination.
<効果の説明>
上述のように、本発明の電気音響変換器によれば、複数の振動子がアレイ上に配置することで構成される。すなわち、各々異なる基本共振周波数を有する振動子を任意に駆動させることで、音波を再生する周波数帯域が拡大する。
<Description of effects>
As described above, according to the electroacoustic transducer of the present invention, a plurality of transducers are arranged on the array. That is, by arbitrarily driving vibrators having different fundamental resonance frequencies, the frequency band for reproducing sound waves is expanded.
また、任意の周波数において、駆動のタイミング、すなわち位相を制御意することで、音響特性の山谷に対して、音波干渉によりキャンセリングや増幅が可能であり、広い周波数帯域で平坦な音圧レベル周波数特性を再生することができるものとなる。 In addition, by controlling the drive timing, that is, the phase at any frequency, it is possible to cancel or amplify the acoustic characteristics of the peaks and valleys by sound wave interference, and the flat sound pressure level frequency in a wide frequency band The characteristic can be reproduced.
<本発明の実施例>
本発明の電気音響変換器の特性評価を、以下、評価1〜評価3の評価項目で行った。
<Example of the present invention>
The characteristic evaluation of the electroacoustic transducer of the present invention was performed using evaluation items 1 to 3 below.
(評価1)音圧レベル周波数特性の測定
交流電圧1V入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り10cmであり、周波数の測定範囲は10Hz〜10kHzとした。
(Evaluation 1) Measurement of sound pressure level frequency characteristics The sound pressure level when an AC voltage of 1 V was input was measured with a microphone placed at a position away from the element by a predetermined distance. The predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified, and the frequency measurement range is 10 Hz to 10 kHz.
(評価2)音圧レベル周波数特性の平坦性測定
交流電圧1V入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。周波数の測定範囲は10Hz〜10kHzとし、2kHz〜10kHzの測定範囲において、最大音圧レベルPmaxと最小音圧レベルPminとの音圧レベル差により、音圧レベル周波数特性の平坦性を測定した。その結果、音圧レベル差(最大音圧レベルPmaxと最小音圧レベルPminとの差のことを指す)が20dB(decibel)以内を「○」とし、20dB以上を「×」とした。この所定距離は、特に明記しない限り10cmである。
(Evaluation 2) Measurement of flatness of sound pressure level frequency characteristics The sound pressure level when an AC voltage of 1 V was input was measured with a microphone placed at a position away from the element by a predetermined distance. The frequency measurement range was 10 Hz to 10 kHz, and in the measurement range of 2 kHz to 10 kHz, the flatness of the sound pressure level frequency characteristic was measured by the sound pressure level difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin. As a result, a sound pressure level difference (which indicates a difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin) within 20 dB (decibels) was set to “◯”, and 20 dB or more was set to “x”. This predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified.
(評価3)落下衝撃試験
電気音響変換器を搭載した携帯電話機を50cm直上から、5回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差(試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差のことを指す)が3dB以内を○とし、3dB以上を×とした。
(Evaluation 3) Drop Impact Test A mobile phone equipped with an electroacoustic transducer was naturally dropped 5 times from directly above 50 cm, and a drop impact stability test was performed. Specifically, breakage such as cracks after the drop impact test was visually confirmed, and the sound pressure characteristics after the test were further measured. As a result, the difference in sound pressure level (referring to the difference between the sound pressure level before the test and the sound pressure level after the test) was 3 dB or less, and 3 dB or more was evaluated as x.
[実施例1]
本発明の第1実施形態で記載した電気音響変換器の特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
[Example 1]
The characteristics evaluation of the electroacoustic transducer described in the first embodiment of the present invention was performed. The evaluation results are as follows.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :93dB
音圧レベル(3kHz) :90B
音圧レベル(5kHz) :94dB
音圧レベル(10kHz) :89dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 93 dB
Sound pressure level (3 kHz): 90B
Sound pressure level (5 kHz): 94 dB
Sound pressure level (10 kHz): 89 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦であり、大きな音響特性の山谷は観察されていない。また、基本共振周波数が1kHz以下で、振動振幅が大きく、1〜10kHzの広い周波数帯域で80dBを超える音圧レベルを有することが実証された。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of the present example, the sound pressure level frequency characteristics are flat, and no peaks or valleys with large acoustic characteristics are observed. Further, it was demonstrated that the fundamental resonance frequency is 1 kHz or less, the vibration amplitude is large, and the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band of 1 to 10 kHz.
[比較例1]
比較例1として、図9に示すような、従来の動電型電気音響変換器を作製した。
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, a conventional electrodynamic electroacoustic transducer as shown in FIG.
図9に示すように、従来の動電型電気音響変換器40は、振動膜41と、ボイスコイル42と、フレーム43と、ポールピース(鉄心)44と、永久磁石45と、永久磁石(磁極部)46と、ヨーク47を備える。 As shown in FIG. 9, a conventional electrodynamic electroacoustic transducer 40 includes a diaphragm 41, a voice coil 42, a frame 43, a pole piece (iron core) 44, a permanent magnet 45, and a permanent magnet (magnetic pole). Part) 46 and a yoke 47.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :77dB
音圧レベル(3kHz) :75dB
音圧レベル(5kHz) :76dB
音圧レベル(10kHz) :97dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :×
落下衝撃安定 :×
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 77 dB
Sound pressure level (3 kHz): 75 dB
Sound pressure level (5 kHz): 76 dB
Sound pressure level (10 kHz): 97 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ×
Drop impact stability: ×
[実施例2]
実施例2として、第2実施形態の電気音響変換器を作成した。
[Example 2]
As Example 2, the electroacoustic transducer of the second embodiment was created.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :93dB
音圧レベル(3kHz) :88dB
音圧レベル(5kHz) :86dB
音圧レベル(10kHz) :88dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 93 dB
Sound pressure level (3 kHz): 88 dB
Sound pressure level (5 kHz): 86 dB
Sound pressure level (10 kHz): 88 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかであるように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、駆動源の方式に関わらず、音圧レベル周波数特性は平坦である。 As is clear from the above results, the electroacoustic transducer of this example has the same characteristics as in Example 1, and the sound pressure level frequency characteristics are flat regardless of the drive source system. It is.
[実施例3]
実施例3では、実施例1の電気音響変換器において、図10に示すように、個別のフレームの輪郭形状を変更した。
[Example 3]
In Example 3, in the electroacoustic transducer of Example 1, the contour shape of each individual frame was changed as shown in FIG.
図10に示すように、本実施例の電気音響変換器は、6つの振動子10−1〜10−6と、フレーム20を備える。ここでは、振動子10−1を囲むフレームの内部領域は、他の振動子を囲むフレームの内部領域の4倍である。すなわち、他の振動子を囲むフレームを1マスとした場合、振動子10−1を囲むフレームは4マス分である。但し、実際には、これらの例に限定されない。
As shown in FIG. 10, the electroacoustic transducer of this embodiment includes six transducers 10-1 to 10-6 and a
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :106dB
音圧レベル(3kHz) :97dB
音圧レベル(5kHz) :108dB
音圧レベル(10kHz) :110dB
音圧レベル周波数特性平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 106 dB
Sound pressure level (3 kHz): 97 dB
Sound pressure level (5 kHz): 108 dB
Sound pressure level (10 kHz): 110 dB
Sound pressure level frequency characteristics flatness: ○
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例1と同等の特性を有しており、全体のフレーム形状が一定であれば、個別のフレーム形状に関わらず、音圧レベル周波数特性は平坦である。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of the present embodiment, it has the same characteristics as in the first embodiment, and if the overall frame shape is constant, it is related to the individual frame shape. The sound pressure level frequency characteristic is flat.
[実施例4]
実施例4では、実施例1に対して、弾性部材を変更した。弾性部材に、ポリエステルフィルム(PETフィルム)を使用した。
[Example 4]
In Example 4, the elastic member was changed with respect to Example 1. A polyester film (PET film) was used as the elastic member.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :91dB
音圧レベル(3kHz) :89dB
音圧レベル(5kHz) :92dB
音圧レベル(10kHz) :90dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 91 dB
Sound pressure level (3 kHz): 89 dB
Sound pressure level (5 kHz): 92 dB
Sound pressure level (10 kHz): 90 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、弾性部材の材質に関わらず、実施例1と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦である。すなわち、弾性部材の材質がポリエステルフィルム(PETフィルム)であれば、音圧レベル周波数特性を損なうことが無い。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this example, the sound pressure level is equal to that of Example 1 and the sound pressure level frequency characteristic is flat regardless of the material of the elastic member. is there. That is, if the material of the elastic member is a polyester film (PET film), the sound pressure level frequency characteristics are not impaired.
[実施例5]
実施例5では、実施例1に対して、弾性部材を変更した。圧電材料に、ポリフッ化ビニリデン(PolyVinylidene DiFluoride:PVDF)を使用した。
[Example 5]
In Example 5, the elastic member was changed with respect to Example 1. Polyvinylidene fluoride (PVDF) was used as the piezoelectric material.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :82dB
音圧レベル(3kHz) :84dB
音圧レベル(5kHz) :87dB
音圧レベル(10kHz) :91dB
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
落下衝撃安定 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 82 dB
Sound pressure level (3 kHz): 84 dB
Sound pressure level (5 kHz): 87 dB
Sound pressure level (10 kHz): 91 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
Drop impact stability: ○
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、圧電材料の材質に関わらず、実施例1と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦である。すなわち、弾性部材の材質がポリフッ化ビニリデン(PVDF)であれば、音圧レベル周波数特性を損なうことが無い。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this example, the sound pressure level is the same as that of Example 1 regardless of the material of the piezoelectric material, and the sound pressure level frequency characteristic is flat. is there. That is, if the material of the elastic member is polyvinylidene fluoride (PVDF), the sound pressure level frequency characteristics are not impaired.
[実施例6]
実施例6として、図11に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例1の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 6]
As Example 6, a mobile phone as shown in FIG. 11 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 1 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価)
素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
(Evaluation)
The sound pressure level and frequency characteristics were measured with a microphone placed 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :83dB
音圧レベル(3kHz) :85dB
音圧レベル(5kHz) :87dB
音圧レベル(10kHz) :80dB
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ84dBであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 83 dB
Sound pressure level (3 kHz): 85 dB
Sound pressure level (5 kHz): 87 dB
Sound pressure level (10 kHz): 80 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 84 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
[実施例7]
実施例7として、図11に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例2の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
[Example 7]
As Example 7, a mobile phone as shown in FIG. 11 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 2 was mounted in this casing. Specifically, an electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.
(評価)
素子から10cm離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。
(Evaluation)
The sound pressure level and frequency characteristics were measured with a microphone placed 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.
〔結果〕
音圧レベル(1kHz) :80dB
音圧レベル(3kHz) :79dB
音圧レベル(5kHz) :81dB
音圧レベル(10kHz) :81dB
落下衝撃試験 :5回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル(1kHz)を測定したところ78dBであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性 :○
〔result〕
Sound pressure level (1 kHz): 80 dB
Sound pressure level (3 kHz): 79 dB
Sound pressure level (5 kHz): 81 dB
Sound pressure level (10 kHz): 81 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: ○
[産業上の利用分野]
本発明は、携帯電話機等の電子機器に好適な、小型で高音質音の再生を可能とする電気音響変換器を提案するものである。従って、本発明を利用できる分野として、電気音響変換器、及び携帯電話機等の電子機器全般が考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。
[Industrial application fields]
The present invention proposes an electroacoustic transducer suitable for electronic equipment such as a mobile phone and capable of reproducing a small and high-quality sound. Accordingly, the fields in which the present invention can be used include general electronic devices such as electroacoustic transducers and mobile phones. However, actually, it is not limited to these examples.
携帯型の電子機器の例として、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータ(PC)以外にも、カーナビ(カーナビゲーションシステム)、携帯型ゲーム機、ポータブルオーディオプレーヤー、ICレコーダー、ヘッドホン、スピーカー、或いは、音声出力を行う機能を有するガジェット(Gadget)等が考えられる。また、電子機器は、車両や船舶、航空機等の移動体に搭載されているものでも良い。但し、実際には、これらの例に限定されない。 Examples of portable electronic devices include car navigation systems (car navigation systems), portable game consoles, portable audio players, IC recorders, headphones, speakers, or audio in addition to mobile phones and laptop personal computers (PCs). A gadget or the like having a function of performing output can be considered. Further, the electronic device may be one that is mounted on a moving body such as a vehicle, a ship, or an aircraft. However, actually, it is not limited to these examples.
なお、電子機器は、携帯型に限定されない。固定型であっても小型化や高音質化の需要はあるからである。 Note that the electronic device is not limited to a portable type. This is because there is a demand for downsizing and higher sound quality even in the fixed type.
本発明により、高音質音の再生が可能な、電気音響変換器の基本構造を提供する。また、当該電気音響変換器を搭載した電子機器を提供する。 According to the present invention, a basic structure of an electroacoustic transducer capable of reproducing high-quality sound is provided. Moreover, the electronic device carrying the said electroacoustic transducer is provided.
<まとめ>
以上のように、本発明は、携帯電話機等の電子機器に用いられる電気音響変換器の関する発明である。小型でありながら、大音量と良好な音圧レベル周波数特性の再生が可能な電気音響変換器を提供するものである。
<Summary>
As described above, the present invention relates to an electroacoustic transducer used in an electronic device such as a mobile phone. An electroacoustic transducer capable of reproducing a large sound volume and good sound pressure level frequency characteristics while being small in size is provided.
本発明の電気音響変換器は、複数の振動板がアレイ上に形成することを特徴とする。すなわち、基本共振周波数が異なる複数の振動板が個々独自して駆動することで、音響特性の山谷を修復することを特徴とする。 The electroacoustic transducer of the present invention is characterized in that a plurality of diaphragms are formed on an array. That is, it is characterized in that a plurality of diaphragms having different fundamental resonance frequencies are individually driven to restore the peaks and valleys of acoustic characteristics.
本構成によれば、駆動源に圧電方式もしくは、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いているため、電気音響変換器の小型化が実現できる。また、多様形状で基本共振周波数が異なる複数の振動子をアレイ上に形成することで構成されるため、各振動子の振動の位相を制御することで、音響特性の山谷を補正し、良好な音響特性を実現することができる。 According to this configuration, since the piezoelectric source or MEMS (micro electro mechanical system) is used as the drive source, the electroacoustic transducer can be reduced in size. In addition, since it is configured by forming a plurality of vibrators with various shapes and different fundamental resonance frequencies on the array, by controlling the phase of vibration of each vibrator, it corrects the peaks and valleys of the acoustic characteristics. Acoustic characteristics can be realized.
例えば、周波数5kHzに音圧ピークを有する場合は、基本共振周波数を5kHZ近傍に持つ振動子に、電気音響変換器に対して逆相となる電気信号を入力することで、正逆相音波の干渉によるキャンセリング効果により、音圧ピークを減衰させ、音響特性の平準化が可能となる。 For example, when there is a sound pressure peak at a frequency of 5 kHz, by inputting an electric signal that is in reverse phase to the electroacoustic transducer into a vibrator having a basic resonance frequency in the vicinity of 5 kHz, the interference of normal and reverse phase sound waves Due to the canceling effect of, the sound pressure peak is attenuated and the acoustic characteristics can be leveled.
また、音響の谷についても、電気音響変換器に対して、正相となる音響信号と入力することで、音波の干渉により、音圧レベルを増幅することができる。また、複数の振動子から音波を発生させるため、振動放射の面の偏角を変更することで、指向特性を制御することが可能である。 In addition, regarding the acoustic valley, the sound pressure level can be amplified by the interference of sound waves by inputting an acoustic signal having a positive phase to the electroacoustic transducer. In addition, since sound waves are generated from a plurality of transducers, the directivity can be controlled by changing the deflection angle of the plane of vibration radiation.
特に、音波の直進性が高い高周波数帯域では、狭小な指向特性を取り、視聴位置での音響特性が異なり、ユーザにとって利便性の点で、問題があった。本構成によれば、音波の放射方向を自由に設計できるため、広指向性の電気音響変換器を得ることが可能となる。 In particular, in a high frequency band where the straightness of sound waves is high, narrow directivity characteristics are obtained, and the acoustic characteristics at the viewing position are different, which is problematic in terms of convenience for the user. According to this structure, since the radiation direction of a sound wave can be designed freely, a wide directivity electroacoustic transducer can be obtained.
以上のように、本発明により、小型で高音質な電気音響変換器の実現が可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a small and high-quality electroacoustic transducer.
<付記>
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載することも可能である。但し、実際には、以下の記載例に限定されない。
<Appendix>
Part or all of the above-described embodiments can be described as in the following supplementary notes. However, actually, it is not limited to the following description examples.
(付記1)
本発明の電気音響変換器は、複数の振動子を備えた電気音響変換器において、前記複数の振動子の各々がアレイ上に配置されていることを特徴とする。
(Appendix 1)
The electroacoustic transducer of the present invention is an electroacoustic transducer having a plurality of transducers, wherein each of the plurality of transducers is arranged on an array.
(付記2)
前記複数の振動子の各々が、互いに異なる基本共振周波数を有することを特徴とする。
(Appendix 2)
Each of the plurality of vibrators has a different fundamental resonance frequency.
(付記3)
前記複数の振動子の各々が、任意のタイミングで駆動することを特徴とする。
(Appendix 3)
Each of the plurality of vibrators is driven at an arbitrary timing.
(付記4)
前記複数の振動子が、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)により形成され、前記複数の振動子の駆動方式が、圧電方式、静電方式、電磁方式、熱伝導方式のいずれかであることを特徴とする。
(Appendix 4)
The plurality of vibrators are formed by MEMS (micro electro mechanical system), and the driving method of the plurality of vibrators is any one of a piezoelectric method, an electrostatic method, an electromagnetic method, and a heat conduction method. It is characterized by.
(付記5)
前記複数の振動子の駆動周波数が、10kHz以上であることを特徴とする。
(Appendix 5)
The driving frequency of the plurality of vibrators is 10 kHz or more.
(付記6)
付記1から付記5のいずれかに記載の電気音響変換器を備えた電子機器。
(Appendix 6)
An electronic apparatus comprising the electroacoustic transducer according to any one of appendix 1 to appendix 5.
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, actually, it is not restricted to said embodiment, Even if there is a change of the range which does not deviate from the summary of this invention, it is included in this invention.
10(−i、i=1〜n)… 振動子
11… 圧電素子
111… 上部電極層
112… 圧電セラミックス
113… 下部電極層
12… 弾性部材
20… フレーム
30… MEMSアクチュエータ
31… 上部可動電極層
32… 圧電薄膜層(誘電帯層)
33… 下部可動電極層
41… 振動膜
42… ボイスコイル
43… フレーム
44… ポールピース(鉄心)
45… 永久磁石
46… 永久磁石(磁極部)
47… ヨーク
10 (-i, i = 1 to n) ...
33 ... Lower movable electrode layer 41 ... Vibration membrane 42 ... Voice coil 43 ... Frame 44 ... Pole piece (iron core)
45 ... Permanent magnet 46 ... Permanent magnet (magnetic pole)
47 ... York
Claims (5)
アレイ上に配置された複数の振動子と、
前記複数の振動子を囲むフレームと
を具備し、
前記複数の振動子の全てを囲むフレームの輪郭形状は、一定であり、
前記複数の振動子の各々を囲む個別のフレームの輪郭形状は、変更可能であり、
前記各振動子は、それぞれ形状が異なり、任意のタイミングで駆動し、基本共振周波数が異なる
電気音響変換器。 An electroacoustic transducer used in electronic equipment,
A plurality of transducers arranged on the array;
A frame surrounding the plurality of vibrators,
The contour shape of the frame surrounding all of the plurality of vibrators is constant,
The contour shape of the individual frame surrounding each of the plurality of vibrators can be changed,
The transducers are electroacoustic transducers having different shapes, being driven at arbitrary timings, and having different fundamental resonance frequencies.
前記各振動子は、
圧電素子と、
弾性部材と
を具備し、
前記各振動子の音圧レベル周波数の特性の平坦化は、前記圧電素子の形状、厚み、及び前記弾性部材の形状、材質のうち、少なくとも1つを変更し、前記各振動子の基本共振周波数を調整することで実現する
電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 1,
Each transducer is
A piezoelectric element;
An elastic member,
The flattening of the sound pressure level frequency characteristics of each vibrator is performed by changing at least one of the shape and thickness of the piezoelectric element and the shape and material of the elastic member, and the basic resonance frequency of each vibrator. Electroacoustic transducer realized by adjusting
前記各振動子は、
前記圧電素子と前記弾性部材とを接合するための接着剤
を更に具備し、
前記接着剤の厚みは、10μm以上で、100μm以下である
電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 2,
Each transducer is
Further comprising an adhesive for joining the piezoelectric element and the elastic member;
The electroacoustic transducer, wherein the adhesive has a thickness of 10 μm or more and 100 μm or less.
前記各振動子は、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)により形成され、
前記各振動子の駆動方式は、圧電方式、静電方式、電磁方式、熱伝導方式のいずれかであり、
前記各振動子の駆動周波数は、10kHz以上である
電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to any one of claims 1 to 3,
Each of the vibrators is formed by MEMS (micro electro mechanical system),
The driving method of each vibrator is any one of a piezoelectric method, an electrostatic method, an electromagnetic method, and a heat conduction method,
The electroacoustic transducer in which the drive frequency of each vibrator is 10 kHz or more.
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