JP2022158212A - 音波スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体格を小型化しつつ、広帯域の音波を放射できる音波スピーカ装置を提供すること。【解決手段】音波スピーカ装置１０は、音波スピーカ１１と、音源１００から入力される信号Ｖｐｐを増幅して音波スピーカ１１に印加する電圧調整部１２を備える。音波スピーカ１１は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された、共振周波数が互いに異なる複数の素子２０を備えている。素子２０は、圧電振動子３０と振動領域４１を含む。電圧調整部１２は、素子２０に印加する信号Ｖｐｐの増幅率を、個別に調整可能である。電圧調整部２０は、すべての素子２０に共通の信号Ｖｐｐを印加する場合よりも、周波数範囲において各共振周波数での音圧のばらつきが小さくなるように、印加する信号Ｖｐｐの値を個別に調整する。【選択図】図４

Description

この明細書における開示は、音波スピーカ装置に関する。

特許文献１は、所定の周波数範囲、つまり広帯域の音波を放射する音波スピーカ装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２００３－２２３１７４号公報

広帯域の音波を放射する音波スピーカ装置の体格は、一般的に大きい。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、音波スピーカ装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、体格を小型化しつつ、広帯域の音波を放射できる音波スピーカ装置を提供することにある。

ここに開示された音波スピーカ装置は、音波を放射する音波スピーカ（１１）と、音源（１００）から入力される信号Ｖｐｐを増幅して音波スピーカに印加する電圧調整部（１２）と、を備える。

音波スピーカは、
複数の圧電膜（３１）と、
第１面（４０ａ）と、第１面とは反対の面である第２面（４０ｂ）と、第１面上に圧電膜が個別に配置され、圧電膜の伸縮にともなって振動する複数の振動領域（４１）と、を有する振動部（４０）と、
主面（５０ａ）と、主面に開口して振動領域の第２面に隣接し、主面における開口面積が互いに異なることで、共振周波数が互いに異なるように振動領域を規定する複数の空洞部（５１）と、を有し、振動部を主面上に支持する支持体（５０）と、を備え、
複数の空洞部のうち、開口面積が最大の空洞部により規定される振動領域である最大振動領域の共振周波数を下限とし、開口面積が最小の空洞部により規定される振動領域である最小振動領域の共振周波数を上限とする、周波数範囲の音波を圧電膜側から放射する。

電圧調整部は、
圧電膜に印加する信号Ｖｐｐの増幅率を、個別に調整可能であり、
すべての圧電膜に互いに共通する信号Ｖｐｐを印加する場合よりも周波数範囲において各共振周波数での音圧のばらつきが小さくなるように、印加する信号Ｖｐｐの値を個別に調整する。

開示された音波スピーカ装置によれば、音波スピーカがＭＥＭＳ技術によって形成されている。具体的には、支持体に複数の空洞部を設け、支持体の主面上に振動部を設けている。振動部のうち、圧電膜の伸縮にともなって振動する振動領域は、隣接する空洞部によって規定される。振動領域の共振周波数が互いに異なるように、空洞部の開口面積が互いに異なっている。このように、単一（共通）の振動部に、共振周波数が互いに異なる複数の振動領域を設けている。よって、音波スピーカ、ひいては音波スピーカ装置の体格を小型化することができる。

また、電圧調整部は、振動領域に対して個別に配置された圧電膜に印加する信号Ｖｐｐの値を、個別に調整することができる。つまり、各共振周波数における音圧を、個別に調整することができる。電圧調整部が信号Ｖｐｐの値を個別に調整することで、上記した周波数範囲において音圧のばらつきが小さくなり、音波スピーカは広帯域の音波を放射できるスピーカとして機能する。この結果、体格を小型化しつつ、広帯域の音波を放射できる音波スピーカ装置を提供することができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る音波スピーカ装置の概略構成を示す図である。 音波スピーカを示す平面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 電圧調整部を示すブロック図である。 各素子に印加する信号Ｖｐｐの値および位相の一例を示す図である。 電圧調整された所定周波数範囲の音圧のばらつきを示す図である。 音圧調整方法を説明するための図である。 音圧調整方法を説明するための図である。 音圧調整方法を説明するための図である。 各素子に印加する信号Ｖｐｐの値および位相の別例を示す図である。 電圧調整された所定周波数範囲の音圧のばらつきを示す図である。 信号Ｖｐｐとして共通電圧を印加した結果を示す参考図である。 全素子駆動時において、ひとつの素子の印加電圧と共振周波数の音圧との関係を示す図である。 ひとつの素子の周波数特性を示す図である。 第２実施形態に係る音波スピーカ装置において、音波スピーカを示す平面図である。 図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。

以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、音波スピーカ装置の概略構成について説明する。

＜音波スピーカ装置＞
図１に示すように、音波スピーカ装置１０は、音波スピーカ１１と、電圧調整部１２を備えている。

音波スピーカ１１は、後述するように、ＭＥＭＳ技術を用いて形成された、音波を放射する素子２０を複数備えている。素子２０は、互いに共振周波数が異なっている。音波スピーカ１１は、複数の共振点を利用することで、所定周波数域の音波、つまり広帯域の音波を放射可能である。ＭＥＭＳとは、Micro Electro Mechanical Systemsの略称である。音波スピーカ１１は、たとえば大気中で用いられる。

電圧調整部１２は、音源からの入力信号、つまり音の電気信号に基づいて、音波スピーカ１１に駆動電圧を印加する。音とは、超音波領域の音および／または可聴域の音である。電圧調整部１２は、後述するように、圧電膜３１に印加する電圧を、個別に調整可能である。

＜音波スピーカ＞
次に、図２～図４に基づき、音波スピーカ１１について説明する。図２は、音波スピーカ１１を、Ｚ方向において圧電振動子３０側から見た平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿う断面図である。

図２および図３に示すように、音波スピーカ１１は、複数の素子２０と、複数の圧電振動子３０と、振動部４０と、支持体５０と、ベース部材６０を備えている。以下においては、振動部４０と圧電膜３１（圧電振動子３０）との積層方向、つまり支持体５０（空洞部５１）の厚み方向をＺ方向と示す。Ｚ方向に直交し、複数の振動領域の並び方向をＸ方向と示す。Ｚ方向およびＸ方向の両方向に直交する方向を、Ｙ方向と示す。特に断りのない限り、Ｚ方向から平面視した形状、つまりＸ方向とＹ方向とにより規定されるＸＹ平面に沿う形状を、単に平面形状と示す。また、Ｚ方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。

複数の素子２０は、共振周波数が互いに異なる。本実施形態の音波スピーカ１１は、１１個の素子２０を備えている。素子２０のそれぞれは、圧電振動子３０と振動領域４１を有して構成されている。素子２０は、音波を放射するため、音波素子、放射素子と称されることがある。可聴域を超える周波数の音波を放射する場合、素子２０は、超音波素子と称されることがある。素子２０は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成されているため、ＭＥＭＳ素子と称されることがある。

複数の圧電振動子３０は、振動部４０が有する振動領域４１を個別に振動可能に設けられている。圧電振動子３０のそれぞれは、圧電膜３１と、上部電極３２と、下部電極を有している。本実施形態の音波スピーカ１１は、１１個の圧電振動子３０を備えている。圧電振動子３０は、圧電膜３１および上部電極３２を個別に有している。つまり、音波スピーカ１１は、１１個の圧電膜３１と１１個の上部電極３２を有している。

圧電膜３１は、たとえば、ＳｃＡｌＮなどのＡｌＮ系材料、チタンジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ＺｎＯなどの圧電材料を用いて形成された薄膜である。本実施形態の圧電膜３１は、ＳｃＡｌＮを材料として、スパッタリング法により形成されている。圧電膜３１の厚みは、たとえば１μｍ程度である。

圧電膜３１は、平面略真円形状をなしている。１１個の圧電振動子３０において、圧電膜３１の直径、つまり面積は互いに異なっている。圧電膜３１は、振動領域４１に応じた面積を有している。複数の圧電膜３１は、Ｙ方向において３列配置となっている。真ん中の列では、３つの圧電膜３１がＸ方向に並んで配置されている。Ｙ方向両端の列では、４つの圧電膜３１がＸ方向に並んで配置されている。各列において、圧電膜３１は、面積順に並んでいる。

上部電極３２は、Ｚ方向において圧電膜３１の一面上に配置されている。上部電極３２は、一般的に知られた電極材料を用いて、スパッタリング法、蒸着法などにより形成されている。上部電極３２の層構造は、単層でもよいし、多層でもよい。本実施形態の上部電極３２は、ＴｉＡｌ合金を材料として形成されている。上部電極３２は、平面視において圧電膜３１とほぼ一致する形状をなしている。本実施形態の上部電極３２は、平面略真円形状をなしている。上部電極３２は、駆動電圧を印加する際の上部電極パッドを兼ねてもよい。上部電極３２とは別に、上部電極パッドを設けてもよい。

下部電極は、Ｚ方向において、圧電膜３１の他の一面、つまり上部電極３２が配置された面の裏面に配置されている。下部電極は、上部電極３２との間に圧電膜３１を挟んでいる。本実施形態の下部電極は、後述するように導電性を付与した半導体膜４００のうち、平面視において圧電膜３１と重なる部分である。半導体膜４００の他の部分の少なくとも一部は、たとえば配線として機能する。

半導体膜４００の上において、圧電膜３１とは異なる位置には、下部電極パッド３３が形成されている。下部電極パッド３３は、平面視において振動領域４１とは重ならない位置に形成されている。本実施形態の下部電極パッド３３は、真ん中の列をなす３つの圧電膜３１とともにＸ方向に並んで配置されている。下部電極パッド３３は、上部電極３２と同様の電極材料を用いて形成されている。上部電極３２と下部電極パッド３３との間に駆動電圧を印加すると、電圧が印加された圧電膜３１が伸縮する。圧電膜３１は、たとえばＸＹ面内方向に伸縮する。

もちろん、半導体膜４００に導電性を付与せず、半導体膜４００とは別に下部電極を設けてもよい。この場合、下部電極は、上部電極３２と同様の電極材料を用いて形成される。

振動部４０は、第１面４０ａと、Ｚ方向において第１面４０ａの裏面である第２面４０ｂを有している。振動部４０の第１面４０ａ上に、圧電膜３１および下部電極パッド３３が配置されている。振動部４０は、たとえば、支持体５０上に形成された膜により構成されている。振動部４０を構成する膜は、単層でもよいし、多層でもよい。このような振動部４０は、振動膜、可動膜と称されることがある。本実施形態の振動部４０は、半導体膜４００と、絶縁膜４０１を有して構成されている。

半導体膜４００は、シリコン（Ｓｉ）などの半導体材料を用いて形成された膜である。本実施形態の半導体膜４００は、不純物がドープされることで、下部電極、配線として機能するのに十分な導電性が付与されている。具体的には、シリコン膜にｐ型の不純物がドープされることで導電性が付与されている。半導体膜４００は、Ｚ方向への振動が可能な厚みを有している。たとえば、２０～２５μｍ程度である。

絶縁膜４０１は、酸化膜や窒化膜等の電気絶縁性を有する膜である。絶縁膜４０１は、半導体膜４００と支持体５０を構成する半導体基板５００とを電気的に分離している。本実施形態の絶縁膜４０１は、酸化シリコン膜である。絶縁膜４０１は、半導体膜４００との積層構造において、Ｚ方向への振動が可能な厚みを有している。

振動部４０は、複数の振動領域４１を有している。振動領域４１は、振動部４０のうち、圧電膜３１の伸縮にともなってＺ方向に振動する領域である。振動領域４１は、支持体５０が有する空洞部５１により規定される。振動領域４１において、第２面４０ｂには空洞部５１が隣接している。振動領域４１を除く部分において、第２面４０ｂには半導体基板５００が隣接している。このように、振動領域４１の直下には空洞部５１が存在しており、振動領域４１はＺ方向に振動することができる。

図３において、一点鎖線で囲まれる領域が、振動領域４１である。本実施形態の振動領域４１は、上記した半導体膜４００と絶縁膜４０１との２層構造である。振動領域４１は、圧電膜３１と同数設けられている。振動部４０は、互いに面積が異なる１１個の振動領域４１を有している。面積とは、平面視した面積である。振動領域４１の第１面４０ａ上には、圧電膜３１が個別に配置されている。振動領域４１は、平面略真円形状をなしている。平面視において、振動領域４１の中心と、振動領域４１上に配置された圧電膜３１の中心とが、略一致している。複数の振動領域４１は、円の半径、直径が互いに異なっている。膜構成が同一であるため、振動領域４１の厚みは互いにほぼ等しい。

振動領域４１（素子２０）の共振周波数は、振動領域４１の半径が大きいほど、つまり面積が大きいほど、低くなる。本実施形態では、振動領域４１の半径を互いに異なる値とすることで、素子２０の共振周波数を、１０ｋＨｚの間隔で４０ｋＨｚ～１４０ｋＨｚの範囲で設定した。具体的には、Ｙ方向において真ん中の列の３つの素子２０の共振周波数を、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚ、６０ｋＨｚとした。Ｙ方向において一方の端部に配置された４つの素子２０の共振周波数を、１４０ｋＨｚ、１１０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、７０ｋＨｚとした。Ｙ方向において他方の端部に配置された４つの素子２０の共振周波数を、１３０ｋＨｚ、１２０ｋＨｚ、９０ｋＨｚ、８０ｋＨｚとした。なお、各共振周波数や共振周波数の間隔は、上記した数値に完全一致する態様に限定されず、製造上のばらつき程度の誤差は許容しうる。

上記したように、振動領域４１は、圧電振動子３０とともに、音波を放射する素子２０を構成している。振動領域４１（素子２０）それぞれの共振周波数が異なるため、複数の圧電振動子３０に対して駆動電圧を印加することにより、音波スピーカ１１は所定の周波数範囲の音波を放射することができる。たとえば、１１種類の素子２０の圧電振動子３０すべてに駆動電圧を印加することで、上記した４０～１４０ｋＨｚの周波数範囲を有する音波を放射することができる。音波スピーカ１１は、圧電振動子３０側から音波を放射（出射）する。

支持体５０は、圧電振動子３０および振動部４０を支持している。支持体５０は、主面５０ａと、Ｚ方向において主面５０ａと反対の面である裏面５０ｂを有している。支持体５０の主面５０ａ上に、振動部４０が配置されている。具体的には、支持体５０の主面５０ａに絶縁膜４０１が配置され、絶縁膜４０１上に半導体膜４００が積層されている。支持体５０の平面形状は、特に限定されない。支持体５０は、ＭＥＭＳ技術により加工が可能な材料、たとえば半導体、ガラスなどを用いて形成されている。

本実施形態の支持体５０は、半導体基板５００を有して構成されている。半導体基板５００の一面が主面５０ａをなし、一面と反対の面が裏面５０ｂをなしている。このような支持体５０は、支持基板と称されることがある。半導体基板５００、つまり支持体５０の厚みは、たとえば３００μｍ程度である。本実施形態の半導体基板５００は、シリコン基板である。半導体基板５００は、上記した半導体膜４００、絶縁膜４０１とともに、いわゆるＳＯＩ基板として提供される。つまり、音波スピーカ１１は、ひとつの半導体チップとして提供される。ＳＯＩは、Silicon on Insulatorの略称である。支持体５０は、平面略矩形状をなしている。

支持体５０は、複数の空洞部５１を有している。支持体５０は、平板に複数の空洞部５１を設けた構成を有している。複数の空洞部５１のそれぞれは、Ｚ方向に所定の厚み（深さ）を有しており、少なくとも主面５０ａに開口している。空洞部５１は、エッチングにより支持体５０に形成されている。複数の空洞部５１は、主面５０ａにおける開口面積が互いに異なっている。主面５０ａにおける開口面積を、以下では単に開口面積と示すことがある。空洞部５１における主面５０ａの開口部分は、振動部４０によって閉塞されている。

空洞部５１において、主面５０ａにおける開口部分が、振動領域４１を規定している。空洞部５１の主面５０ａにおける開口部分は、振動部４０のうち、平面視において重なる部分（一致する部分）を振動領域４１として規定する。空洞部５１は、振動領域４１と同数設けられている。開口面積が最大の空洞部５１により規定される振動領域４１が最大振動領域に相当し、この振動領域４１を含む素子２０の共振周波数４０ｋＨｚが、周波数範囲の下限である。開口面積が最小の空洞部５１により規定される振動領域４１が最小振動領域に相当し、この振動領域４１を含む素子２０の共振周波数１４０ｋＨｚが、周波数範囲の上限である。

本実施形態の支持体５０（半導体基板５００）は、開口面積が互いに異なる１１個の空洞部５１を有している。そして、空洞部５１のそれぞれに、振動領域４１が隣接している。空洞部５１において、主面５０ａにおける開口部分は、平面略真円形状をなしている。空洞部５１のそれぞれは、Ｚ方向に延び、支持体５０の裏面５０ｂに開口している。空洞部５１は、平面形状を維持しつつ所定の厚みを有する、平面略真円の柱状をなしている。複数の空洞部５１の厚みは、互いにほぼ等しい。空洞部５１は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングにより形成されている。

空洞部５１は、図２に示すように厚みｔ１を有している。本実施形態において、厚みｔ１は、支持体５０をなす半導体基板５００の厚みに等しい。厚みｔ１は、所定の値に設定されている。厚みｔ１は、λ×１／４未満となるように設定されている。波長λは、音速ｃを、音波スピーカ１１が放射する音波の周波数範囲の上限で除算した値である。上限とは、開口面積がもっとも小さい空洞部５１により規定される振動領域４１の共振周波数である。たとえば、上記したように４０～１４０ｋＨｚの周波数範囲の音波を放射する場合、音速ｃを１４０ｋＨｚで除算した値が波長λである。

ベース部材６０は、圧電振動子３０、振動部４０、および支持体５０を含む構造体が固定される部材である。ベース部材６０は、たとえば、上記構造体を保護するパッケージ、ケースである。本実施形態のベース部材６０は、セラミックパッケージである。ベース部材６０の一面に、固定部材７０を介して支持体５０（上記構造体）が固定されている。固定部材７０は、支持体５０をベース部材６０に固定できるものであればよい。固定部材７０は、空洞部５１を避けて設けられている。

本実施形態の固定部材７０は、接合材である。図２および図３に示すように、固定部材７０は、たとえば支持体５０の裏面５０ｂの四隅に配置されている。固定状態で、支持体５０の裏面５０ｂは、ベース部材６０に対して浮いている。支持体５０は、複数の空洞部５１の間で気体を流通可能に、ベース部材６０に固定されている。空洞部５１は、裏面５０ｂとベース部材６０との間の隙間を通じて互いに連通している。固定部材７０の四隅配置により、空洞部５１は、平面視において支持体５０の周囲とも気体の流通が可能である。

固定部材７０の配置は、上記した四隅に限定されない。ベース部材６０上に支持体５０を安定的に固定できる配置であればよい。たとえば、平面略形状の支持体５０に対して、互いに対向する二辺に沿って配置してもよい。

＜電圧調整部＞
次に、図４に基づき、電圧調整部１２について説明する。図４は、電圧調整部１２を示すブロック図である。図４では、音波スピーカ１１および音源１００についても図示している。

図４に示す音源１００は、音を電気信号として出力する。音源１００は、たとえば音声信号および／または音響信号を出力する。音源１００は、音波スピーカ装置１０に対して、たとえば楽曲を提供する。本実施形態では、超音波領域の音を含む楽曲を提供する。音源１００は、たとえば、携帯端末やＰＣ、メディアプレーヤなどに内蔵されている。音源１００から、楽曲の音が電気信号Ｖｐｐとして、音波スピーカ装置１０の電圧調整部１２に入力される。

電圧調整部１２は、音源１００から入力された信号Ｖｐｐを調整し、駆動電圧として素子２０（圧電振動子３０）に印加する。電圧調整部１２は、複数の調整回路８０を備えている。調整回路８０は、音波スピーカ１１の素子２０に対して個別に設けられている。つまり、電圧調整部１２は、１１個の素子２０に対応して、１１個の調整回路８０を備えている。複数の調整回路８０には、互いに同じ信号Ｖｐｐ（共通の信号）が入力される。Ｖｐｐは、Voltage peak to peakの略称である。信号Ｖｐｐは、交流信号であり、音源１００からの入力時、つまり増幅前において、ピーク間の電圧がたとえば０．５Ｖである。

調整回路８０のそれぞれは、増幅器８１と、位相器８２を有している。増幅器８１は、信号Ｖｐｐを増幅して出力する。増幅器８１は、たとえばオペアンプである。電圧調整部１２は、増幅器８１の増幅率を個別に調整可能である。電圧調整部１２は、増幅器８１の増幅率を調整することにより、素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を個別に調整する。Ｖｐｐの値とは、ピーク間の電圧値である。信号Ｖｐｐの値を調整するとは、増幅後の信号Ｖｐｐの正相側のピーク値である最大電圧を調整することと等価である。電圧調整部１２は、上記した周波数範囲において各共振周波数での音圧のばらつきが小さくなるように、素子２０に印加する信号Ｖｐｐの増幅率を個別に調整する。増幅器８１は、対応する素子２０の特性に合わせて、信号Ｖｐｐの値を調整する。

位相器８２は、信号Ｖｐｐの位相を調整する。本実施形態の位相器８２は、増幅器８１と音源１００の間に設けられている。位相器８２は、信号Ｖｐｐに対する位相のシフト角度を、０°と１８０°とで切り替え可能に構成されている。シフト角度が０°の場合、位相器８２は、信号Ｖｐｐの位相をシフトせずに出力する。シフト角度が１８０°の場合、位相器８２は、信号Ｖｐｐの位相を１８０°（π）シフト、つまり位相を反転させて出力する。シフト角度０°の信号に対して、シフト角度１８０°の信号は逆相となる。

電圧調整部１２は、位相器８２のシフト角度を個別に調整可能である。電圧調整部１２は、上記した周波数範囲において隣り合う共振周波数の間の落ち込み、いわゆるディップが小さくなるように、素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を個別に調整する。電圧調整部１２は、複数の素子２０のうち、一部の素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を、残りの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相とは逆となるように調整する。

音波スピーカ１１の各素子２０には、電圧調整部１２を介して、音源１００から互いに共通の信号Ｖｐｐがほぼ同時に入力される。素子２０は、共振周波数付近の周波数帯のみに反応するバンドパスフィルタとして機能する。各素子２０は、当該素子２０の共振周波数とは異なる周波数が入力されても音波を放射せず、共振周波数付近の周波数帯が入力されると、共振により音波を放射する。

図４に示す例では、位相器８２を増幅器８１と音源１００の間に設ける例を示したが、これに限定されない。位相器８２を、増幅器８１と素子２０の間に設けてもよい。

＜音圧調整方法＞
広帯域の音波を放射する音波スピーカ装置を提供するためには、広い周波数範囲において音圧のばらつきが小さくなければならない。つまり、音圧の周波数特性が略平坦でなければならない。しかしながら、ＭＥＭＳ技術を利用して共振周波数の異なる複数の素子をひとつのチップに作りこんだ構成では、各素子に共通の電圧を印加すると、素子の大きさ（振動領域の面積など）によって振動モードや振幅が異なるため、各共振周波数で音圧にばらつきが生じてしまう。また、共振周波数の間の周波数において、音圧が落ち込んでしまう。

これに対して、本実施形態では、電圧調整部１２が、上記した周波数範囲において音圧のばらつきが小さくなるように、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値および位相を調整する。つまり、電圧調整部１２は、共振周波数とその間のディップの落ち込みを平均化する処理を実行する。図５は、電圧調整部１２による信号Ｖｐｐの調整の一例を示している。図６は、図５の条件で各素子２０を駆動したときの周波数特性を示している。

図５に示す同相とは、位相器８２のシフト角度が０°、つまり音源１００からの入力信号を位相シフトせずに出力することを示している。逆相とは位相器８２のシフト角度が１８０°、つまり入力信号の位相を反転させて出力することを示している。図６は、音波スピーカ１１から放射された音波をマイクにて集音した測定値である。この測定では、音波スピーカ１１とマイクとの距離を５０ｃｍとした。また、信号Ｖｐｐの上限を３２Ｖとして各素子２０に印加する信号Ｖｐｐ（電圧）の増幅率を調整した。

図５に示すように、共振周波数４０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を３２．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数５０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２４．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数６０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２２．９Ｖ、位相を同相とした。共振周波数７０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を１４．７Ｖ、位相を逆相とした。共振周波数８０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を１１．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数９０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２５．１Ｖ、位相を逆相とした。共振周波数１００ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を１４．５Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１１０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２１．６Ｖ、位相を逆相とした。共振周波数１２０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を３２．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１３０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を４．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１４０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を６．２Ｖ、位相を逆相とした。

この結果、図６に示すように、３６ｋＨｚ～１３３ｋＨｚの周波数範囲において、音圧は、７６．２±１２．６ｄＢとなった。つまり、音圧のばらつきは、±１２．６ｄＢとなった。すべての素子２０に共通の電圧、たとえば、最大電圧３２．０Ｖで同相の電圧を印加した場合、図示を省略するが、音圧の最高値は図６に示す結果と同等の値であるものの、ばらつきは±２５ｄＢ程度となった。

印加する電圧（信号Ｖｐｐ）の値を大きくするほど共振周波数における音圧は高くなり、電圧を小さくするほど音圧は低くなる。図５に示したように、素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を個別に調整することで、共振周波数の音圧のばらつきを抑制することができる。また、位相を調整することで、ディップを小さくし、共振周波数の間の周波数における音圧を、上記したばらつきの範囲内とすることができる。以下に、位相の調整方法について説明する。

図７～図９は、音波の周波数特性を示している。図７～図９は、図６同様、音波スピーカ１１から放射された音波をマイクにて集音した測定値である。この測定では、音波スピーカ１１とマイクとの距離を１０ｃｍとした。また、Ｖｐｐ＝１．１Ｖで５００ｋＨｚを最大周波数として発生させたホワイトノイズを入力した。

図７は、複数の素子２０のうち、共振周波数７０ｋＨｚの素子２０および／または共振周波数８０ｋＨｚの素子２０に、信号Ｖｐｐを印加した例を示している。実線は、２つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を互いに逆となるようにしたときの周波数特性を示している。破線は、２つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を同相にしたときの周波数特性を示している。一点鎖線は、７０ｋＨｚの素子２０のみに信号Ｖｐｐを印加したときの周波数特性を示している。同様に、二点鎖線は、８０ｋＨｚの素子２０のみに信号Ｖｐｐを印加したときの周波数特性を示している。

図７の破線に示すように、位相を同相にした場合、共振周波数７０ｋＨｚと共振周波数８０ｋＨｚの間の周波数におけるディップが大きい。これに対し、実線に示すように、位相を逆相（互いに逆）にすると、共振周波数の間のディップが小さくなる。このように、位相の調整により、隣り合う２つの共振周波数の干渉を抑制し、共振周波数の間のディップを小さくすることができる。

図８は、共振周波数８０ｋＨｚの素子２０および／または共振周波数９０ｋＨｚの素子２０に、信号Ｖｐｐを印加した例を示している。図５同様、実線は、２つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を互いに逆となるようにしたときの周波数特性を示している。破線は、２つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を同相にしたときの周波数特性を示している。一点鎖線は、８０ｋＨｚの素子２０のみに信号Ｖｐｐを印加したときの周波数特性を示している。二点鎖線は、９０ｋＨｚの素子２０のみに信号Ｖｐｐを印加したときの周波数特性を示している。

図８の破線および実線に示すように、共振周波数８０ｋＨｚと共振周波数９０ｋＨｚの間の周波数のディップは、位相が同相の場合と逆相の場合とで、ほとんど変化しない。このように、位相の調整により、ディップがほとんど変化しない場合もある。ディップに隣接する共振周波数の少なくともひとつにおいて、素子２０のＱ値が大きいほど、共振周波数における音圧のピークが鋭くなり、ディップが大きくなる。よって、素子２０のＱ値が小さくなるように、音波を放射する側とは反対側の構成を調整するとよい。たとえば、支持体５０やベース部材６０の構成、固定方法などを調整することで、Ｑ値を小さくすることが可能である。

また、逆相にすると、実線矢印で示すように７２ｋＨｚ付近にディップがみられた。このディップは、２つの素子２０の一方に印加する信号Ｖｐｐの値を小さくして音圧を低下させると、より明確となった。このように、隣り合う２つの共振周波数に対する位相の調整は、さらに隣の共振周波数との間のディップに影響を及ぼす場合がある。

図９は、共振周波数７０ｋＨｚの素子２０と、共振周波数８０ｋＨｚの素子２０と、共振周波数９０ｋＨｚの素子２０に、信号Ｖｐｐを印加した例を示している。実線は、９０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を、他の２つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相とは逆となるようにしたときの周波数特性を示している。破線は、３つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を同相にしたときの周波数特性を示している。

図９に示すように、９０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を逆相にすると、実線矢印で示すように７２ｋＨｚ付近のディップを、すべての素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を同相とする場合に較べて小さくすることができた。このように、連続する３つの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を調整することで、ディップを小さくすることができる。つまり、ディップを挟む連続する複数の共振周波数について、対応する素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相を調整することで、ディップを小さくすることが可能である。

ディップの調整は、図７～図９に示した周波数に限定されない。他の共振周波数の間のディップについても、同様に調整が可能である。図５に示した、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値および位相は、上記した調整を実行した後の値および位相である。このような調整により、図６に示したように周波数範囲において音圧のばらつきを±１２．６ｄＢと小さくすることができる。

＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態では、音波スピーカ１１がＭＥＭＳ技術によって形成されている。具体的には、単一の支持体５０（半導体基板５００）に複数の空洞部５１を設け、支持体５０の主面５０ａ上に振動部４０を設けている。振動部４０のうち、圧電膜３１の伸縮にともなって振動する振動領域４１は、隣接する空洞部５１によって規定される。振動領域４１の共振周波数が互いに異なるように、空洞部５１の開口面積が互いに異なっている。このように、単一（共通）の振動部４０に、共振周波数が互いに異なる複数の振動領域４１を設けている。よって、音波スピーカ１１、ひいては音波スピーカ装置１０の体格を小型化することができる。

また、電圧調整部１２は、振動領域４１に対して個別に配置された圧電膜３１（圧電振動子３０）に印加する信号Ｖｐｐの値を、個別に調整することができる。つまり、各共振周波数における音圧を、個別に調整することができる。電圧調整部１２が信号Ｖｐｐの値を個別に調整することで、上記した周波数範囲において音圧のばらつきが小さくなり、音波スピーカ１１は広帯域の音波を放射できるスピーカとして機能する。音波スピーカ１１は、たとえば、所定の周波数範囲を有する音波を、圧電膜３１側から放射することができる。以上より、本実施形態の音波スピーカ装置１０は、体格を小型化しつつ、広帯域の音波を放射することができる。

本実施形態では、１１個の素子２０の圧電振動子３０すべてに同じタイミング（通電期間）で信号Ｖｐｐを印加し、音波スピーカ１１は４０ｋＨｚ～１４０ｋＨｚの周波数範囲を有する音波を放射する。このように、放射する音波が、可聴周波数を超え、２００ｋＨｚを上限とする周波数範囲を少なくとも含むと、ハイパーソニック・エフェクトを得るための音波スピーカ装置として適用することができる。可聴周波数の上限は、一般に２０ｋＨｚである。

本実施形態では、電圧調整部１２が、信号Ｖｐｐの値だけでなく、位相も個別に調整することができる。電圧調整部１２は、複数の素子２０のうちの一部に印加する信号Ｖｐｐの位相を、残りの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相とは逆となるように調整する。このように、電圧調整部１２が信号Ｖｐｐの位相を個別に調整することで、所定の周波数範囲において共振周波数の間のディップが小さくなる。したがって、周波数範囲において音圧のばらつきをさらに小さくすることができる。

図５に例示したように、電圧調整部１２は、たとえば、共振周波数７０ｋＨｚの素子２０（圧電振動子３０）に印加する信号Ｖｐｐの位相が、共振周波数８０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相に対して逆となるように、位相を調整する。これにより、７０ｋＨｚと８０ｋＨｚとの間の周波数におけるディップ（音圧の落ち込み）を小さくすることができる。この例では、共振周波数７０ｋＨｚの素子２０における振動領域４１が第１振動領域に相当し、圧電膜３１が第１圧電膜に相当する。共振周波数８０ｋＨｚの素子２０における振動領域４１が第２振動領域に相当し、圧電膜３１が第２圧電膜に相当する。

図５に例示したように、電圧調整部１２は、たとえば、連続する３つの共振周波数７０ｋＨｚ、８０ｋＨｚ、９０ｋＨｚの素子２０のうち、一部の素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相が、残りの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相に対して逆となるように、位相を調整する。具体的には、共振周波数７０ｋＨｚ、９０ｋＨｚそれぞれの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相が、共振周波数８０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの位相に対して逆となるように、位相を調整する。これにより、７０ｋＨｚと８０ｋＨｚとの間の周波数におけるディップをさらに小さくすることができる。

本実施形態では、複数の空洞部５１が支持体５０の裏面５０ｂにも開口している。そして、支持体５０は、複数の空洞部５１の間で気体を流通可能に、ベース部材６０に固定されている。複数の空洞部５１が相互に連通することで、音波を出射する側と反対側に大きな空間を構成する。したがって、空洞部５１が互いに連通しない構成に較べて、振動に対する気体の抵抗が小さくなり、音圧を高めることができる。特に本実施形態では、空洞部５１が支持体５０の周囲の空間とも連通しているため、音圧を高めやすい。

本実施形態では、空洞部５１が、平面形状を維持したまま所定の厚みを有している。このため、エッチングにより、振動領域４１の形状、ひいては面積を規定しやすい。つまり、所望の共振周波数を設定しやすい。特に本実施形態では、空洞部５１が、平面略真円の柱状をなしている。これにより、振動領域４１も、平面略真円形状をなしている。真円形状のため、不要振動や周波数ばらつきを抑制し、特定の周波数の振幅を大きくすることができる。つまり、音圧を高めることができる。

＜変形例＞
電圧調整部１２による信号Ｖｐｐの値および位相の調整については、上記した例に限定されない。図１０は、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値および位相の別例を示す図である。図１１は、図１０の条件で各素子２０を駆動したときの周波数特性を示している。図１２は、参考例の周波数特性を示す図である。参考例では、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの条件、つまり信号Ｖｐｐの値と位相を互いに共通とした。図１１および図１２は、音波スピーカ１１から放射された音波をマイクにて集音した測定値である。この測定では、音波スピーカ１１とマイクとの距離を１０ｃｍとした。また、増幅前の信号Ｖｐｐの値を０．５Ｖとし、増幅による信号Ｖｐｐの上限を５Ｖとした。参考例においては、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの条件が異なる点を除けば、図１１と同じ構成とした。参考例では、印加する信号Ｖｐｐ＝５Ｖとした。

図１０に示すように、共振周波数４０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２．４Ｖ、位相を同相とした。共振周波数５０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を３．８Ｖ、位相を同相とした。共振周波数６０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２．８Ｖ、位相を逆相とした。共振周波数７０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２．１Ｖ、位相を同相とした。共振周波数８０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を１．４Ｖ、位相を逆相とした。共振周波数９０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２．２Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１００ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を４．７Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１１０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を５．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１２０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を１．９Ｖ、位相を逆相とした。共振周波数１３０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２．０Ｖ、位相を同相とした。共振周波数１４０ｋＨｚの素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を２．１Ｖ、位相を逆相とした。

この結果、図１１に示すように、３４ｋＨｚ～１４６ｋＨｚの周波数範囲において、音圧は、７５．０±１２．０ｄＢとなった。つまり、音圧のばらつきは、±１２．０ｄＢとなった。一方、図１２に示すように、印加する信号Ｖｐｐを共通とした参考例では、３２ｋＨｚ～１６０ｋＨｚの周波数範囲において、音圧は、８４．６±１８．６ｄＢとなった。つまり、音圧のばらつきは、±１８．６ｄＢとなった。

図１１と図１２の対比より、素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を個別に調整したほうが、信号Ｖｐｐの値を共通とするよりも、４０ｋＨＺ～１４０ｋＨｚの周波数範囲において共振周波数の音圧のばらつきを抑制できることが明らかである。また、信号Ｖｐｐの位相を個別に調整したほうが、信号Ｖｐｐの位相を共通（すべて同相）とするよりも、共振周波数の間の周波数におけるディップを小さくできることが明らかである。

なお、本実施形態では、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値を個別に調整するため、たとえば増幅による信号Ｖｐｐの上限（５Ｖ）を共通信号として印加する構成に較べて、音圧が低くなる。しかしながら、広帯域の音波を放射する音波スピーカ装置において重要なのは、広い周波数範囲において音圧のばらつきが小さいことである。よって、本実施形態の音波スピーカ装置１０は、広帯域の音波を放射するスピーカ装置として好適である。また、音圧については、印加する信号Ｖｐｐの増幅率によって調整できる。たとえば、印加する信号Ｖｐｐの値を図１０の値の２倍にすれば、ばらつきはそのままで、音圧を６ｄＢ高くすることができる。つまり、各素子２０に印加する電圧を等比率で上下させることで、ばらつきを変えずに音圧を上下させることができる。

電圧調整部１２が、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値（増幅率）と位相の両方を個別に調整する例を示したが、これに限定されない。電圧調整部１２は、少なくとも、各素子２０に印加する信号Ｖｐｐの値（増幅率）を個別に調整すればよい。これにより、周波数範囲において共振周波数での音圧のばらつきが小さくなり、音波スピーカ１１は広帯域の音波を放射できるスピーカとして機能する。

振動領域４１および空洞部５１の数は、上記した例に限定されない。振動領域４１および空洞部５１の数は複数であればよい。たとえば、２つの振動領域４１と２つの空洞部５１を有する構成としてもよい。２つの空洞部５１は、主面５０ａにおける開口面積が互いに異なる。これにより、２つの振動領域４１の共振周波数が互いに異なる。開口面積の大きい空洞部５１により規定される振動領域４１が最大振動領域に相当し、この振動領域４１の共振周波数が周波数範囲の下限となる。開口面積の小さい空洞部５１により規定される振動領域４１が最小振動領域に相当し、この振動領域４１の共振周波数が周波数範囲の上限となる。なお、圧電膜３１を含む圧電振動子３０の数についても同様である。

素子２０の駆動例は上記した例に限定されない。調整回路８０のそれぞれが、対応する素子２０（圧電振動子３０）への信号Ｖｐｐの印加をオンオフするスイッチを備えてもよい。これにより、音波スピーカ１１に設けられた素子２０の一部である複数の素子２０の圧電振動子３０のみに信号Ｖｐｐを印加することが可能となる。つまり、放射する音波の周波数範囲を変えることができる。信号Ｖｐｐを印加する素子２０を切り替えることで、周波数範囲を経時的に変化させてもよい。一時的にひとつの素子２０のみに信号Ｖｐｐを印加してもよい。

すべての素子２０の共振周波数を、可聴周波数を超える周波数としたが、これに限定されない。複数の素子２０の一部について、共振周波数を可聴周波数域としてもよい。たとえば、可聴周波数を超え、２００ｋＨｚを上限とする周波数範囲の音波と、可聴周波数域内の周波数範囲の音波とを出射するように、複数の空洞部５１の開口面積を設定してもよい。この場合、ひとつの音波スピーカ装置１０により、ハイパーソニック・エフェクトが期待できる。また、すべての素子２０の共振周波数を、可聴周波数の範囲内で設定してもよい。複数の空洞部５１を共通の支持体５０に構成することで、音波スピーカ１１の体格、ひいては音波スピーカ装置１０の体格を小型化することができる。

本実施形態では、振動部４０が絶縁膜４０１を含む例を示したが、これに限定されない。支持体５０が絶縁膜および半導体基板５００を含む構成としてもよい。この場合、半導体膜を底として絶縁膜もエッチングされ、半導体基板および絶縁膜にわたって空洞部が形成される。振動部は半導体膜により構成され、半導体膜の裏面に空洞部が隣接する。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、電圧調整部１２からすべての素子２０に信号Ｖｐｐを個別に印加可能であった。これに代えて、信号Ｖｐｐが印加されないダミー素子をさらに備えてもよい。

図１３は、先行実施形態同様、すべての素子２０に信号Ｖｐｐを印加して駆動させた場合の、一共振周波数の素子２０への印加電圧と共振周波数での音圧との関係を示している。図１３は、音波スピーカ１１から放射された音波をマイクにて集音した測定値である。この測定では、音波スピーカ１１とマイクとの距離を１０ｃｍとした。図１３では、共振周波数９０ｋＨｚの例を示している。

通常、印加電圧を低くするにつれて音圧は低下する。ところが、図１３に示すように、印加電圧が１Ｖ付近で音圧がもっとも低くなり、印加電圧が０Ｖにおいて音圧が上昇することが明らかとなった。これは、信号Ｖｐｐを印加しなくても、共振周波数が近い素子２０の振動、たとえば共振周波数が８０ｋＨｚや１００ｋＨｚの素子２０の振動によって、共振するためであると考えられる。

図１４は、ひとつの素子２０が放射する音波の周波数特性を示している。図１４では、一例として、共振周波数８０ｋＨｚの素子２０について示している。図１４に示すように、共振周波数で音圧は最大となり、共振周波数から離れるにしたがって音圧は低下する。たとえば、共振周波数の音圧から３０ｄＢ下がった音圧を基準ライン（図中の一点鎖線）とし、基準ライン以上の音圧の範囲内に他の共振周波数（共振点）を設定するとよい。図１４に示す破線間の範囲、つまり矢印で示す範囲が、基準ライン以上の音圧の範囲である。これにより、素子２０の駆動によって、基準ライン以上の周波数範囲内に共振周波数を有する他の素子を、電圧を印加せずに駆動させることができる。また、共振周波数の間の周波数におけるディップを小さくすることができる。

図１５は、本実施形態に係る音波スピーカ装置１０のうち、音波スピーカ１１を示す平面図である。図１５は、図２に対応している。図１６は、図１５に示すXVI-XVI線に沿う断面図である。図１６では、信号Ｖｐｐの入力が分かるように、電圧調整部１２についても簡易的に図示している。

図１５および図１６に示すように、本実施形態の音波スピーカ１１は、ダミー素子２０ｄをさらに備えている。一例として、音波スピーカ１１は、１１個の素子２０と、２個のダミー素子２０ｄを備えている。ダミー素子２０ｄは、素子２０と同様の構成を有しており、区別のために各要素の名称にダミーを付している。ダミー素子２０ｄは、ダミー圧電振動子３０ｄと、ダミー振動領域４１ｄを有している。

支持体５０は、空洞部５１とは別の位置に形成され、主面５０ａに開口するダミー空洞部５１ｄを有している。ダミー振動領域４１ｄは、振動部４０のうち、ダミー空洞部５１ｄ上に位置する部分である。ダミー振動領域４１ｄは、隣接するダミー空洞部５１ｄにより規定される。ダミー振動領域４１ｄ上に、ダミー圧電膜３１ｄおよびダミー上部電極３２ｄが配置されている。ダミー圧電振動子３０ｄは、ダミー圧電膜３１ｄ、ダミー上部電極３２ｄ、および下部電極をなす半導体膜４００の部分によって構成されている。ダミー圧電振動子３０ｄは、電圧調整部１２と電気的に接続されていない。電圧調整部１２は、ダミー素子２０ｄに対応する調整回路８０を有していない。一例として、本実施形態では、ダミー素子２０ｄのひとつの共振周波数が８５ｋＨｚとされ、他のひとつの共振周波数が１４５ｋＨｚとされている。

＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、素子２０の振動（駆動）によって、電圧調整部１２から信号Ｖｐｐが入力されないダミー素子２０ｄが共振する。ダミー素子２０ｄの共振により、ダミー素子２０ｄの共振周波数の音圧が高くなる。したがって、音圧のばらつきを小さくすることができる。たとえば共振周波数８５ｋＨｚのダミー素子２０ｄが共振することで、２つの素子２０の共振周波数８０ｋＨｚ、９０ｋＨｚの間の周波数の音圧が高くなる。ダミー素子２０ｄを設けると、隣接する共振周波数のＱ値が見かけ上、小さくなる。これにより、ディップを小さすることができる。

同様に、共振周波数１４５ｋＨｚのダミー素子２０ｄが共振することで、１４０ｋＨｚ近傍の周波数の音圧が高くなる。隣接する共振周波数１４０ｋＨｚのＱ値が見かけ上、小さくなる。これにより、周波数範囲の境界（上限や下限）での落ち込みを小さすることができる。

本実施形態では、音波スピーカ１１が２つのダミー素子２０ｄを備える例を示したが、ダミー素子２０ｄの個数は上記した例に限定されない。ダミー素子２０ｄをひとつのみ備える構成としてもよいし、ダミー素子２０ｄを３つ以上備える構成としてもよい。

また、ダミー素子２０ｄの共振周波数も上記した例に限定されない。ダミー素子２０ｄ（ダミー振動領域４１ｄ）の共振周波数は、所定の周波数範囲において隣り合う２つの共振周波数の間の周波数でもよい。また、周波数範囲外であって、上限もしくは下限の共振周波数の近傍の周波数でもよい。たとえば、共振周波数が３５ｋＨｚのダミー素子２０ｄを設けてもよい。これにより、周波数範囲の下限側の境界における落ち込みを小さくすることができる。

（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。

空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

空洞部５１の形状は、上記した例に限定されない。たとえば、空洞部５１の平面形状は、略真円形状に限定されない。また、厚み方向において開口面積が変化する形状、たとえば多段に変化する形状としてもよい。

空洞部５１が支持体５０の裏面５０ｂに開口する例を示したが、これに限定されない。たとえば、支持体５０が主面５０ａ側において半導体基板５００上に絶縁膜を備える構成において、振動部４０の半導体膜４００にエッチングホールを形成し、第１面４０ａ側から支持体５０の絶縁膜をエッチング（いわゆる犠牲層エッチング）することで、絶縁膜の一部を除去し、空洞部５１を形成してもよい。主面５０ａに開口する空洞部５１の開口面積を互いに異ならせることで、広帯域の音波スピーカ１１を小型化することができる。

支持体５０上の膜、具体的には半導体膜４００、絶縁膜４０１を振動部４０とする例を示したが、これに限定されない。たとえば、半導体基板をエッチングしてダイアフラム（薄肉部）を形成し、ダイアフラムを含む部分を所定厚みの部分を振動部とし、振動部に連なる厚肉部を支持体としてもよい。半導体基板に形成された空洞部は、支持体の主面に開口し、振動領域であるダイアフラムを規定する。

複数の空洞部５１が、支持体５０の周囲、つまり外部雰囲気と連通する例を示したが、これに限定されない。たとえば、支持体５０の裏面５０ｂの縁部全周に固定部材７０（接合材）を配置し、外部雰囲気と空洞部５１とを遮断してもよい。遮断された状態でも、空洞部５１を含む空間が広いほど、音圧を高めることができる。

空洞部５１内に空気が配置される例を示したが、これに限定されない。空洞部５１の内部に、空気よりも高密度の気体が配置されてもよい。この場合、共振周波数が低周波側にシフトする。また、空洞部５１の内部に、空気よりも低密度の気体が配置されてもよい。この場合、共振周波数が高周波側にシフトする。これらの気体を、空洞部５１内に封入（封止）してもよい。空洞部５１の内部を減圧（真空）にしてもよい。

１０…音波スピーカ装置、１１…音波スピーカ、１２…電圧調整部、２０…素子、２０ｄ…ダミー素子、３０…圧電振動子、３０ｄ…ダミー圧電振動子、３１…圧電膜、３１ｄ…ダミー圧電膜、３２…上部電極、３２ｄ…ダミー上部電極、３３…下部電極パッド、４０…振動部、４００…半導体膜、４０１…絶縁膜、４０ａ…第１面、４０ｂ…第２面、４１…振動領域、４１ｄ…ダミー振動領域、５０…支持体、５００…半導体基板、５０ａ…主面、５０ｂ…裏面、５１…空洞部、５１ｄ…ダミー空洞部、６０…ベース部材、７０…固定部材、８０…調整回路８１…増幅器、８２…位相器、１００…音源、

Claims (6)

1. 音波を放射する音波スピーカ（１１）と、音源（１００）から入力される信号Ｖｐｐを増幅して前記音波スピーカに印加する電圧調整部（１２）と、を備え、
   前記音波スピーカは、
   複数の圧電膜（３１）と、
   第１面（４０ａ）と、前記第１面とは反対の面である第２面（４０ｂ）と、前記第１面上に前記圧電膜が個別に配置され、前記圧電膜の伸縮にともなって振動する複数の振動領域（４１）と、を有する振動部（４０）と、
   主面（５０ａ）と、前記主面に開口して前記振動領域の前記第２面に隣接し、前記主面における開口面積が互いに異なることで、共振周波数が互いに異なるように前記振動領域を規定する複数の空洞部（５１）と、を有し、前記振動部を前記主面上に支持する支持体（５０）と、を備え、
   前記複数の空洞部のうち、前記開口面積が最大の前記空洞部により規定される前記振動領域である最大振動領域の共振周波数を下限とし、前記開口面積が最小の前記空洞部により規定される前記振動領域である最小振動領域の共振周波数を上限とする、周波数範囲の前記音波を前記圧電膜側から放射し、
   前記電圧調整部は、
   前記圧電膜に印加する前記信号Ｖｐｐの増幅率を、個別に調整可能であり、
   すべての前記圧電膜に互いに共通する前記信号Ｖｐｐを印加する場合よりも前記周波数範囲において各共振周波数での音圧のばらつきが小さくなるように、印加する前記信号Ｖｐｐの値を個別に調整する、音波スピーカ装置。
2. 前記電圧調整部は、
   前記圧電膜に印加する前記信号Ｖｐｐの位相を、個別に調整可能であり、
   前記周波数範囲において隣り合う共振周波数の間の落ち込みが小さくなるように、複数の前記圧電膜のうちの一部の前記圧電膜に印加する前記信号Ｖｐｐの位相を、残りの前記圧電膜に印加する前記信号Ｖｐｐの位相とは逆となるように調整する、請求項１に記載の音波スピーカ装置。
3. 複数の前記圧電膜は、前記振動領域である第１振動領域に配置された第１圧電膜と、共振周波数が前記第１振動領域と隣り合う前記振動領域である第２振動領域に配置された第２圧電膜と、を含み、
   前記電圧調整部は、印加する前記信号Ｖｐｐの位相が前記第１圧電膜と前記第２圧電膜とで逆となるように調整する、請求項２に記載の音波スピーカ装置。
4. 前記電圧調整部は、共振周波数が連続する３つ以上の前記振動領域に配置された前記圧電膜のうち、一部の前記圧電膜に印加する前記信号Ｖｐｐの位相を、残りの前記圧電膜に印加する前記信号Ｖｐｐの位相とは逆となるように調整する、請求項２に記載の音波スピーカ装置。
5. 前記音波スピーカは、前記支持体の前記主面に開口するダミー空洞部（５１ｄ）と、前記振動部において前記ダミー空洞部により規定されるダミー振動領域（４１ｄ）と、前記ダミー振動領域上に配置され、前記信号Ｖｐｐが印加されないダミー圧電膜（３１ｄ）を有し、
   前記ダミー振動領域の共振周波数は、前記周波数範囲において隣り合う２つの共振周波数の間の周波数、または、前記周波数範囲外であって前記上限もしくは前記下限の共振周波数の近傍の周波数とされている、請求項１～４いずれか１項に記載の音波スピーカ装置。
6. 前記複数の空洞部の前記開口面積は、前記音波が可聴周波数を超え、２００ｋＨｚを上限とする周波数範囲を少なくとも含むように設定されている、請求項１～５いずれか１項に記載の音波スピーカ装置。

Images