JP2020123904A - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機器の小型化を図りつつ、音響特性の改善を図ることができる電気音響変換装置を提供する。【解決手段】電気音響変換装置（イヤホン）において、発音ユニット３０は、電磁式発音体３１と、圧電式発音体３２とを具備する。圧電式発音体は、電磁式発音体に対して逆位相で駆動するように接続されている。これにより、圧電式発音体が比較的小径の場合でもクロスオーバ周波数付近における音圧のディップ現象を抑制し、音響特性の改善を図ることができる。【選択図】図６

Description

本発明は、電磁式発音体と圧電式発音体とを備えた電気音響変換装置に関する。

圧電発音素子は、簡易な電気音響変換手段として広く利用されており、例えば、イヤホンあるいはヘッドホンのような音響機器、さらには携帯情報端末のスピーカなどとして多用されている。圧電発音素子は、典型的には、振動板の片面あるいは両面に圧電素子を貼り合わせた構成を有する（例えば特許文献１参照）。

一方、特許文献２には、ダイナミック型ドライバと圧電型ドライバとを備え、これら２つのドライバを並列駆動させることで帯域幅の広い再生を可能としたヘッドホンが記載されている。上記圧電型ドライバは、ダイナミック型ドライバの前面を閉塞し振動板として機能するフロントカバーの内面中央部に設けられており、この圧電型ドライバを高音域用ドライバとして機能させるように構成されている。

特許文献３には、電磁式発音体と圧電式発音体を備え、電磁式発音体を低音域用に、圧電式発音体を高音域用に用いる電気音響変換装置が記載されている。この電気音響変換装置は、圧電式発音体又はその周囲に通路部を有し、通路部の大きさや個数を最適化することにより圧電式発音体から出力される音波を所望の周波数特性に調整することが可能に構成される。

特開２０１３−１５０３０５号公報 実開昭６２−６８４００号公報 特許第５７５９６４１号公報

近年、イヤホンやヘッドホン等の音響機器においては、小型化及び音質の更なる向上が求められている。しかしながら、機器の小型化は発音体の小型化を伴うため、特に圧電式発音体においては音圧特性が低下する傾向にある。このため、電磁式発音体と圧電式発音体とを備えた電気音響変換装置においては、電磁式発音体からの再生音の音圧レベルと圧電式発音体からの再生音の音圧レベルとが相互に交差する周波数（以下、クロスオーバ周波数ともいう）付近で、２つの再生音の合成音圧レベルが急激に低下する現象（ディップ）が生じやすいという問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、機器の小型化を図りつつ、音響特性の改善を図ることができる電気音響変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気音響変換装置は、電磁式発音体と、圧電式発音体とを具備する。
前記圧電式発音体は、前記電磁式発音体に対して相互に逆位相で駆動する。

上記電気音響変換装置は、圧電式発音体が電磁式発音体に対して逆位相で駆動するように構成されている。これにより、圧電式発音体が比較的小径の場合でもクロスオーバ周波数付近における音圧のディップ現象を抑制し、音響特性の改善を図ることができる。

前記圧電式発音体は、円形の振動板と、前記振動板の少なくとも一方の面に配置された圧電素子とを有してもよい。この場合、前記振動板は、前記圧電素子の負極と電気的に接続されるように、前記圧電素子と接合される。前記電磁式発音体の正極は前記振動板に電気的に接続され、前記電磁式発音体の負極は前記圧電素子の正極に電気的に接続されている。

前記振動板の直径は、典型的には、８ｍｍ以下である。

前記電気音響変換装置は、筐体をさらに具備してもよい。前記筐体は、導音口を有し、前記発音ユニットを収容する。前記圧電式発音体は、前記導音口と前記電磁式発音体との間に配置される。

前記筐体は、前記振動板の周縁部を支持する支持部をさらに有してもよい。前記支持部における前記振動板の支持面積は、前記振動板の面積の４９％以下である。

以上述べたように、本発明によれば、機器の小型化を図りつつ、音響特性の改善を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る電気音響変換装置の断面図である。 同電気音響変換装置の拡大断面図である。 同電気音響変換装置の分解断面図である。 同電気音響変換装置が備える圧電発音体の概略平面図である。 同圧電発音体の断面図である。 同電気音響変換装置における発音ユニットの電気的接続関係の一例を示す図である。 比較例に係る電気音響変換装置の音響特性の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電気音響変換装置の音響特性の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る電気音響変換装置における圧電式発音体の構成を示す側断面図である。 図８の電気音響変換装置の音響特性を比較例ととともに示す実験結果である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。本実施形態では、電気音響変換装置としてイヤホンを例に挙げて説明する。イヤホンは、右（Ｒ）側及び左（Ｌ）側でそれぞれ同一の構成を有し、本実施形態ではＲ側のイヤホンを例に挙げて説明する。

［イヤホンの全体構成］
図１は、イヤホン１００の構成を示す断面図である。図２は図１の一部を拡大した断面図であり、図３は、イヤホン１００の一部の構成を分解して示す断面図である。なお、以下の各図においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を相互に直交する３方向とする。

イヤホン１００は、イヤホン本体１０と、イヤピース２０とを有する。イヤピース２０は、イヤホン本体１０の導音路４１に取り付けられ、ユーザの耳に装着可能に構成されている。

イヤホン本体１０は、発音ユニット３０と、発音ユニット３０を収容する筐体４０とを有する。発音ユニット３０は、電磁式発音体３１と、圧電式発音体３２とを有する。

（筐体）
筐体４０は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、Ｚ軸方向に分離可能な２分割構造で構成される。

図１に示すように、筐体４０は、第１の筐体部４０１と第２の筐体部４０２との結合体で構成される。第１の筐体部４０１は、発音ユニット３０を内部に収容する収容空間を形成する。また、第１の筐体部４０１は、発音ユニット３０により生成される音波を外部へ導く導音路４１を備える。

導音路４１は、その基端部（イヤピース２０が装着される先端部とは反対の端部）に導音口４１ａを有する。発音ユニット３０により生成された音波は、導音口４１ａを介して導音路４１を進行し、イヤピース２０を通過して放出される。

第２の筐体部４０２には、管状のリード部４２が設けられている。リード部４２には、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２に音声信号を伝達するための図示しない配線が挿通される。

（電磁式発音体）
電磁式発音体３１は、低音域を再生するウーハ（Woofer）として機能するダイナミック型スピーカユニットで構成される。本実施形態では、例えば７ｋＨｚ以下の音波を主として生成するダイナミックスピーカで構成され、図２及び図３に示すように、ボイスコイルモータ（電磁コイル）等の振動体を含む機構部３１１と、機構部３１１を振動可能に支持する台座部３１２とを有する。

機構部３１１は振動板、永久磁石及びボイスコイル等から構成されている。ボイスコイルに電流（音声信号）を印加すると、ボイスコイルに電磁力が作用し、ボイスコイルは信号波形に合わせて振動する。この振動はボイスコイルに連結された振動板に伝達され、音波が発生する。ボイスコイルの一端は電磁式発音体３１の正極に相当し、ボイスコイルの他端は電磁式発音体３１の負極に相当する。電磁式発音体３１には、正極及び負極の表示がなされている。後述するように、電磁式発音体３１の正極は圧電式発音体３２の振動板３２１に電気的に接続され、電磁式発音体３１の負極は圧電式発音体３２の圧電素子３２２の正極に電気的に接続されている。

（圧電式発音体）
圧電式発音体３２は、導音口４１ａと電磁式発音体３１との間に配置される。圧電式発音体３２は、高音域を再生するツイータ（Tweeter）として機能するスピーカユニットを構成する。本実施形態では、例えば７ｋＨｚ以上の音波を主として生成するようにその発振周波数が設定される。図３に示すように圧電式発音体３２は、振動板３２１と、圧電素子３２２とを有する。

振動板３２１は、金属（例えば４２アロイ）等の導電材料または樹脂（例えば液晶ポリマー）等の絶縁材料で構成され、その平面形状は略円形に形成される。「略円形」とは、円形だけでなく、実質的に円形のものも意味する。振動板３２１の外径や厚みは特に限定されず、筐体４０の大きさ、再生音波の周波数帯域などに応じて適宜設定される。本実施形態において振動板３２１は、導電材料で構成され、圧電素子３２２の負極と電気的に接続されるように圧電素子３２２と接合される。

本実施形態では、振動板３２１の直径は１２ｍｍ以下、好ましくは８ｍｍ以下である。これにより、圧電式発音体３２の小型化、さらに発音ユニット３０及び筐体４０の小型化を図ることができる。振動板３２１の厚みの下限は、所望とする音響特性が得られる限りにおいて特に限定されず、例えば６ｍｍであるが、６ｍｍ未満であってもよい。振動板３２１の厚みとしては、例えば、約０．１〜０．１７５ｍｍである。本実施形態では、振動板３２１の直径は８ｍｍ、厚みは０．０５〜０．１ｍｍである。

振動板３２１は、必要に応じ、その外周から内周側に向けてくぼむ凹状やスリット状などに形成された切欠き部を有していてもよい。なお、振動板３２１の平面形状は、概形が円形であれば、上記切欠き部が形成されることなどにより厳密には円形でない場合にも、実質的に円形として扱うものとする。また、振動板３２１には、電磁式発音体３１が生成した音波が通過する孔が設けられてもよい。

振動板３２１は、導音口４１ａに臨む第１の主面３２ａと、電磁式発音体３１に臨む第２の主面３２ｂとを有する。本実施形態において圧電式発音体３２は、振動板３２１の第１の主面３２ａにのみ圧電素子３２２が接合されたユニモルフ構造を有する。なお、これに限られず、圧電素子３２２は、振動板３２１の第２の主面３２ｂに接合されてもよい。また、圧電式発音体３２は、振動板３２１の両主面３２ａ，３２ｂに圧電素子がそれぞれ接合されたバイモルフ構造で構成されてもよい。

図４は、圧電式発音体３２の平面図である。

図４に示すように、圧電素子３２２の平面形状は矩形状であり、圧電素子３２２の中心軸は、典型的には、振動板３２１の中心軸Ｃ１と同軸上に配置されている。これに限られず、圧電素子３２２の中心軸は、振動板３２１の中心軸Ｃ１よりも例えばＸ軸方向に所定量だけ変位してもよい。つまり、圧電素子３２２は、振動板３２１に対して偏心した位置に配置されてもよい。

振動板３２１は、その面内に複数の通路部３３０を有する。これら通路部３３０は、振動板３２１を厚み方向に貫通し、第１の開口部３３１と、第２の開口部３３２とを含む。通路部３３０は、電磁式発音体３１で発生した音を導音口４１へ導く通音口である。

第１の開口部３３１は、振動板３２１の周縁部３２１ｃと圧電素子３２２との間の領域に設けられた複数の円形の孔で構成される。これら第１の開口部３３１は、中心線ＣＬ（振動板３２１の中心を通るＹ軸方向に平行な線）上の、中心軸Ｃ１に関して対称な位置にそれぞれ設けられる。第１の開口部３３１はそれぞれ同一径（例えば直径約１ｍｍ）の丸孔で形成されるが、勿論これに限られない。なお、所望とする音響特性が得られる場合には、開口部３３１を形成しなくてもよい。

第２の開口部３３２は、周縁部３２１ｃと圧電素子３２２との間にそれぞれ設けられ、Ｙ軸方向に長辺を有する矩形状に形成される。第２の開口部３３２は、圧電素子３２２の周縁部に沿って形成され、それらの一部は、圧電素子３２２の周縁部に部分的に被覆される。第２の開口部３３２は、振動板３２１の表裏を貫通する通路としての機能のほか、圧電素子３２２の有する２つの外部電極間の短絡防止の機能をも有する。

図５は、圧電素子３２２の内部構造を示す概略断面図である。圧電素子３２２は、素体３２８と、Ｘ−Ｙ方向において対向する第１の外部電極３２６ａ及び第２の外部電極３２６ｂとを有する。また、圧電素子３２２は、相互に対向するＺ方向に垂直な第１の主面３２２ａ及び第２の主面３２２ｂを有する。圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａに対向する実装面として構成される。

素体３２８は、セラミックシート３２３と、内部電極層３２４ａ，３２４ｂとがＺ方向に積層された構造を有する。つまり、内部電極層３２４ａ，３２４ｂは、セラミックシート３２３を挟んで交互に積層されている。セラミックシート３２３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、アルカリ金属含有ニオブ酸化物等の圧電材料によって形成されている。内部電極層３２４ａ，３２４ｂは各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。

素体３２８の第１の内部電極層３２４ａは、第１の外部電極３２６ａに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第２の外部電極３２６ｂから絶縁されている。また、素体３２８の第２の内部電極層３２４ｂは、第２の外部電極３２６ｂに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第１の外部電極３２６ａから絶縁されている。

第１の内部電極層３２４ａの最上層は、素体３２８の表面（図５において上面）を部分的に被覆する第１の引出電極層３２５ａを構成し、第２の内部電極層３２４ｂの最下層は、素体３２８の裏面（図５において下面）を部分的に被覆する第２の引出電極層３２５ｂを構成する。

第１の引出電極層３２５ａは、後述する配線基板７０と電気的に接続される一方の極の端子部３２７ａを有し、第２の引出電極層３２５ｂは、適宜の接合材を介して振動板３２１の第１の主面３２ａに電気的かつ機械的に接続される。振動板３２１が導電性材料で構成される場合、接合材には、導電性接着剤、はんだ等の導電性接合材が用いられてもよく、この場合には他方の極の端子部を振動板３２１に設けることができる。

圧電素子３２２の正極と負極については、分極時にプラスの電圧を印加した側を正極とし、分極時にマイナスの電圧を印加した側を負極としている。また、圧電式発音体３２については、振動板３２１に接合される側を負極としている。よって、本実施形態では、第１の引出電極層３２５ａが圧電素子３２２の正極に相当し、第２の引出電極層３２５ｂが圧電素子３２２の負極に相当する。また、端子部３２７ａが圧電式発音体３２の正極に相当し、第２の引出電極層３２５ａと電気的に接続される振動板３２１が圧電式発音体３２の負極に相当する。

第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、素体３２８のＸ方向の両端面の略中央部に各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。第１の外部電極３２６ａは、第１の内部電極層３２４ａ及び第１の引出電極層３２５ａと電気的に接続され、第２の外部電極３２６ｂは、第２の内部電極層３２４ｂ及び第２の引出電極層３２５ｂと電気的に接続される。

このような構成により、第１及び第２の外部電極３２６ａ、３２６ｂ間に交流電圧が印加されると、各内部電極層３２４ａ，３２４ｂ間にある各セラミックシート３２３が所定周波数で伸縮する。これにより、圧電素子３２２は振動板３２１に付与する振動を発生させることができる。

（支持構造）
イヤホン本体１０は、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２に加え、図３に示すようにマウント部材５１を備える。

マウント部材５１は、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２を筐体４０に固定する。マウント部材５１は、支持部５１ａと周壁部５１ｂを備える環状の部材であり、金属や合成樹脂等の材料からなる。

電磁式発音体３１と圧電式発音体３２との間の間隙は特に限定されず、０．１ｍｍ以上０．７ｍｍ以下、好ましくは、０．２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。上記間隙が大きすぎると、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２のいずれについても音圧が低下する傾向にある。圧電式発音体３２と導音口４１ａの先端部までの距離も特に限定されず、例えば、本実施形態では５ｍｍ以上７ｍｍ以下である。

図３に示すように、支持部５１ａの導音口４１ａ側の面には、第１支持部材６１を介して振動板３２１の第２の主面３２ｂの周縁部が接合される。支持部５１ａの導音口４１ａとは反対側の面には、第２支持部材６２を介して機構部３１１が接合されている。

第１支持部材６１及び第２支持部材６２は例えば、円環状の粘着テープ（両面テープ）や粘着剤層などで構成される。圧電式発音体３２の振動板３２１が粘着性のある第１支持部材６１を介してマウント部材５１に接合されることにより、振動板３２１がマウント部材５１に対して弾性的に支持されるため、振動板３２１の共振のぶれが抑制され、振動板３２１の安定した共振動作が確保される。

マウント部材５１は、例えば、３ＧＰａ以上のヤング率（縦弾性係数）を有する材料で構成される。このような材料で構成されたマウント部材５１は、比較的高い剛性を確保することができるため、７ｋＨｚ以上の比較的高い周波数帯域で振動する圧電式発音体３２（振動板３２１）を安定に支持することができる。

マウント部材５１を構成する材料のヤング率の上限は特に限定されないが、例えば５ＧＰａ以上の材料単体では、金属やセラミックス等の無機材料にほぼ限定されるため、重量や生産コスト等との兼ね合いで上限は適宜設定可能であり、例えば５００ＧＰａ以下とすることができる。一方、マウント部材５１を合成樹脂材料製とすることにより、軽量化、生産性の点で有利である。

ヤング率が３ＧＰａ以上の材料としては、例えば、金属材料、セラミックス、合成樹脂材料、合成樹脂材料を主体とする複合材料が挙げられる。金属材料としては、圧延鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等の鉄系材料のほか、アルミニウムや黄銅等の非鉄系材料など、特に制限なく採用可能である。セラミックスとしては、ＳｉＣやＡｌ_２Ｏ_３等の適宜の材料が適用可能である。

合成樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、硬質塩化ビニル、メチルメタクリレート・スチレン共重合体（ＭＳ）等が挙げられる。また、ポリカーボネート（ＰＣ）やスチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体（ＡＢＳ）等のような単体で３ＧＰａ以上のヤング率を有しない樹脂材料であっても、これにガラス繊維等の繊維質や無機粒子等の微粒子からなるフィラー（充填材）が添加された、ヤング率（縦弾性係数）３ＧＰａ以上の複合材料（強化型プラスチック）が採用可能である。

マウント部材５１は、単純な板材ではなく、図示するように領域によって厚みが異なる３次元形状に形成されることにより、断面二次モーメントが大きくすることができ、同一のヤング率を有する材料であっても剛性（曲げ剛性）をさらに高めることができる。

周壁部５１ｂは、支持部５１ａの外周縁部から導音口４１ａ側に突出し、その先端部が第１の筐体部４０１に接合される。周壁部５１ｂは例えば、第１の筐体部４０１に設けられた溝に嵌合することによって第１の筐体部４０１に接合される。

（配線構造）
図６は、イヤホン１００の配線構造を示す模式図である。イヤホン１００は、音声信号を出力する電子機器５００のジャック５１０と接続されるプラグ８０を備える。プラグ８０は、配線ケーブル７２を介して配線基板７０と電気的に接続され、配線基板７０は発音ユニット３０と電気的に接続される配線回路を有する。配線基板７０は、筐体４０の内部の適宜の位置に配置されてもよく、本実施形態では電磁式発音体３１の台座部３１２に取り付けられる（図１参照）。

配線基板７０は、電磁式発音体３１の正極３１ｐと圧電式発音体３２の負極としての振動板３２１と接続される第１配線７１ａと、電磁式発音体３１の負極３１ｎと圧電式発音体３２の正極としての圧電素子３２２に接続される第２配線７１ｂとを有する。第１配線７１ａ及び第２配線７１ｂは、配線基板７０上の配線パターンと、当該配線パターンと電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２との間を接続する配線などにより構成される。このように本実施形態では、圧電式発音体３２は、電磁式発音体３１に対して逆位相で駆動するように構成される。なお、電磁式発音体３１の正極３１ｐと圧電式発音体３２の負極（振動板３２１）との間に接続される抵抗素子７３は、発振防止用の保護抵抗であり、必要に応じて省略されてもよい。

プラグ８０は、Ｒ側のイヤホンの正極に接続される第１正極部８０ｐ１と、図示しないＬ側のイヤホンの正極に接続される第２正極部８０ｐ２と、Ｒ側及びＬ側のイヤホンの負極に共通に接続される負極部８０ｎとを有する。負極部８０ｎは、グランド端子をも兼ねる。そして、配線ケーブル７２は、配線基板７０の第１配線７１ａとプラグ８０の第１正極部８０ｐ１との間を電気的に接続する第１ケーブル７２ｐと、配線基板７０の第２配線７１ｂとプラグ８０の負極部８０ｎとの間を電気的に接続する第２ケーブル７２ｎとを有する。

［イヤホンの動作］
続いて、以上のように構成される本実施形態のイヤホン１００の典型的な動作について
説明する。

本実施形態のイヤホン１００において、発音ユニット３０には、配線ケーブル７２を介して再生信号が入力される。再生信号は、配線基板７０を介して、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２にそれぞれ入力される。これにより、電磁式発音体３１が駆動されて、主として７ｋＨｚ以下の低音域の音波が生成される。一方、圧電式発音体３２においては、圧電素子３２２の伸縮動作により振動板３２１が振動し、主として７ｋＨｚ以上の高音域の音波が生成される。生成された各帯域の音波は、導音口４１ａを介してユーザの耳に伝達される。このようにイヤホン１００は、低音域用の発音体と高音域用の発音体とを有するハイブリッドスピーカとして機能する。

ここで、近年、イヤホンやヘッドホン等の音響機器においては、小型化及び音質の更なる向上が求められている。しかしながら、機器の小型化は発音体の小型化を伴うため、特に圧電式発音体においては音圧特性が低下する傾向にある。このため、電磁式発音体と圧電式発音体とを備えた電気音響変換装置においては、電磁式発音体からの再生音の音圧レベルと圧電式発音体からの再生音の音圧レベルとが相互に交差する周波数（クロスオーバ周波数）付近で、２つの再生音の合成音圧レベルが急激に低下する現象（ディップ）が生じやすいという問題がある。

例えば図７に、比較例に係る電気音響変換装置の音響特性の一例を示す。この比較例は、図１に示したイヤホン１００と同様な構成を有するが、圧電式発音体が電磁式発音体に対して同位相で駆動するように構成されている点で、本実施形態と異なる。すなわち、比較例においては、図６における配線ケーブル７２のうち、正極側の第１ケーブル７２ｐが電磁式発音体３１の正極３１ｐと圧電式発音体３２の正極としての圧電素子３２２に接続され、負極側の第２ケーブル７２ｎが電磁式発音体３１の負極３１ｎと圧電式発音体３２の負極としての振動板３２１に接続される。

図７において、横軸は周波数、縦軸は音圧レベルをそれぞれ示し、二点鎖線は電磁式発音体のみ駆動させた場合の音圧特性を、破線は圧電式発音体のみ駆動させた場合の音圧特性を、そして太実線は、電磁式発音体及び圧電式発音体を同時に駆動させたときの音圧特性をそれぞれ示している。圧電式発音体の振動板の直径は８ｍｍ、厚みは１００μｍ、材質は４２アロイ合金とした。一方、電磁式発音体は、振動板の直径が９ｍｍ、負荷インピーダンスが１６Ωのダイナミックスピーカを用いた。

同図において太実線で示すように、比較例に係る電気音響変換装置においては、同時駆動時におけるクロスオーバ周波数に相当する周波数帯域（１０ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ）での音圧の低下が著しい。

電磁式発音体及び圧電式発音体を備えた電気音響変換装置においては、これらの発音体は相互に同位相で駆動されるのが一般的であるが、機器の小型化に伴い、必要な音圧を確保することがより困難になる。また、圧電式発音体においては、振動板の周縁部を筐体部に弾性支持することで、圧電式発音体の振動の鋭さ（Ｑ値）を低減し、特定の周波数域での音圧ピークを抑制して比較的ブロードな音圧特性を得るようにしている。しかし、振動板の小径化に伴い、振動板の面積に対する筐体部との接合面積の比が低下し、振動板の所望とする振動モードが維持できず、かえって音圧特性の低下をもたらしていると考えられる。

そこで本発明者らは鋭意検討の結果、圧電式発音体３２を電磁式発音体３１とは逆位相で駆動することで、上記問題が解消されることを見出した。図８は、本実施形態のイヤホン１００の音響特性の一例を示す。図中の横軸、縦軸、二点鎖線、破線、太実線は図８と同様であるため説明を省略する。また、圧電式発音体３２の振動板３２１も比較例のそれと同様の構成とした。

図７と比較して明らかなように、本実施形態によれば、クロスオーバ周波数付近での音圧の低下が比較例よりも大幅に抑制されている。圧電式発音体３２を電磁式発音体３１とは逆位相で駆動することで、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２との間の位相のマッチングが図られ、比較例の場合よりもクロスオーバ周波数付近での音圧の低下が緩和されたものと推察される。なお図示せずとも、圧電式発音体３２の振動板３２１の直径が６ｍｍの場合にも同様な効果が得られることが発明者によって確認されている。

以上のように本実施形態によれば、圧電式発音体３２を電磁式発音体３１に対して逆位相で駆動することにより、圧電式発音体３２が比較的小径の場合でもクロスオーバ周波数付近における音圧のディップ現象を抑制し、音響特性の改善を図ることができる。これにより、機器の小型化を図りつつ、音響特性の改善を図ることができる。

また、マウント部材５１の支持部５１ａにおける振動板３２１の支持面積は、振動板３２１の面積の４９％以下であることが好ましい。本実施形態では、振動板３２１の直径が８ｍｍの場合、振動板３２１の面積と支持部５１ａとの面積比は、２．４である。振動板３２１の支持面積を上記のように設定することで、振動板３２１の共振状態をより安定に維持することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、圧電式発音体３２として、ユニモルフ構造を例に挙げて説明したが、図９に示すように振動板３２１の両面に圧電素子３２２Ａ，３２２Ｂが配置されるバイモルフ構造も適用可能である。この場合、各圧電素子３２２Ａ，３２２Ｂには、電磁式発音体とは逆位相の駆動信号が入力され、このとき各圧電素子３２２Ａ，３２２Ｂは、一方の伸長し他方が縮長するような振動モードで振動板３２１を振動させる。

図１０は、バイモルフ構造の圧電式発音体を備えたイヤホンの音響特性を示す一実験結果であり、実線は、電磁式発音体及び圧電式発音体を逆位相で駆動したときの音圧特性を、一点鎖線は、これらを同位相で駆動したときの音圧特性をそれぞれ示している。圧電式発音体の振動板の直径は８ｍｍである。同図に示すように、電磁式発音体及び圧電式発音体を相互に逆位相で駆動することにより、これらを同位相で駆動する場合と比較して、１０〜２０ｋＨｚ付近の周波数帯域の低下（ディップ）を抑制することができる。

また以上の実施形態では、電気音響変換装置としてイヤホンを例に挙げて説明したが、これに限られず、ヘッドホン、据え置き型スピーカ、携帯情報端末に内蔵されるスピーカ等にも本発明は適用可能である。

１０…イヤホン本体
２０…イヤピース
３０…発音ユニット
３１…電磁式発音体
３２…圧電式発音体
４０…筐体
４１ａ…導音口
５１…マウント部材
７０…配線基板
７２…配線ケーブル
８０…プラグ
３２１…振動板
３２２，３２２Ａ，３２２Ｂ…圧電素子

Claims (5)

1. 電磁式発音体と、
   前記電磁式発音体に対して逆位相で駆動する圧電式発音体と
   を具備する電気音響変換装置。
2. 請求項１に記載の電気音響変換装置であって、
   前記圧電式発音体は、円形の振動板と、前記振動板の少なくとも一方の面に配置された圧電素子とを有し、
   前記振動板は、前記圧電素子の負極と電気的に接続されるように、前記圧電素子と接合され、
   前記電磁式発音体の正極は前記振動板に電気的に接続され、前記電磁式発音体の負極は前記圧電素子の正極に電気的に接続されている
   電気音響変換装置。
3. 請求項２に記載の電気音響変換装置であって、
   前記振動板の直径は、８ｍｍ以下である
   電気音響変換装置。
4. 請求項２又は３に記載の電気音響変換装置であって、
   導音口を有し、前記発音ユニットを収容する筐体をさらに具備し、
   前記圧電式発音体は、前記導音口と前記電磁式発音体との間に配置される
   電気音響変換装置。
5. 請求項４に記載の電気音響変換装置であって、
   前記筐体は、前記振動板の周縁部を支持する支持部をさらに有し、
   前記支持部における前記振動板の支持面積は、前記振動板の面積の４９％以下である
   電気音響変換装置。

Images