JP2023136905A - 音発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低周波帯域で高出力の音を発生できる小型で軽量な音発生装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る音発生装置は、振動体、保持部、及び固定部を備える。保持部は、振動体を保持する。固定部は、保持部を固定する。固定部の剛性は保持部の剛性よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、音発生装置に関する。

近年、騒音制御装置や音響再生装置など、低周波帯域で高出力の音を発生できる音源が広く活用されている。このような音源としては、通常、ウーファーなどの低音再生を得意とする専用スピーカが使用される。しかしながら、低音再生を得意とする音源は一般的には大型且つ重量物であり、適用範囲を拡大する観点からも小型軽量化が強く望まれている。

小型で軽量な音源としては、圧電振動子を利用した音発生装置（例えば圧電スピーカや圧電ブザーなど）が携帯電話やタブレット型端末などの携帯型電子機器向けを中心に開発されている。しかしながら、通常、小型軽量化を進めると共振周波数が上昇するため、低音再生には不向きとされる。

特開２００４－２３４３６号公報 特開２０１２－１１９８８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、低周波帯域で高出力の音を発生できる小型で軽量な音発生装置を提供することである。

一実施形態に係る音発生装置は、振動体、保持部、及び固定部を備える。保持部は、振動体を保持する。固定部は、保持部を固定する。固定部の剛性は保持部の剛性よりも小さい。

図１は、第１の実施形態に係る音発生装置を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態に係る音発生装置を示す正面図である。 図３は、第１の実施形態に係る音発生装置を示す側面図である。 図４は、第１の実施形態に係る音発生装置を示す分解斜視図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る振動体の一例である圧電振動子を示す正面図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係る振動体の一例である圧電振動子を示す側面図である。 図６は、第１の実施形態に係る、振動体に負荷重量が取り付けられた状態を示す側面図である。 図７は、第１の実施形態に係る、振動体に負荷重量が取り付けられた状態を示す側面図である。 図８は、第１の実施形態に係る手法の原理検証試験の概要を説明するための図である。 図９は、第１の実施形態に係る振動体の軸方向振動速度の周波数特性を示す図である。 図１０は、第１の実施形態に係る音発生装置の放射音圧の周波数特性を示す図である。 図１１は、第１の実施形態に係る、負荷重量が取り付けられている振動体の軸方向振動速度の周波数特性を示す図である。 図１２は、第１の実施形態に係る、負荷重量が振動体に取り付けられている音発生装置の放射音圧の周波数特性を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す正面図である。 図１４は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す側面図である。 図１５は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す断面図である。 図１６は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す分解斜視図である。 図１７は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す側面図である。 図１８は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す分解斜視図である。 図１９は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す側面図である。 図２０は、第２の実施形態に係る音発生装置を示す分解斜視図である。 図２１は、第２の実施形態に係る振動体の軸方向振動速度の周波数特性を示す図である。 図２２は、第２の実施形態に係る音発生装置の放射音圧の周波数特性を示す図である。 図２３は、第２の実施形態に係る手法の原理検証試験の概要を説明するための図である。 図２４は、第２の実施形態に係る音発生装置の放射音圧の周波数特性を示す図である。 図２５Ａは、第３の実施形態に係る保持部を示す正面図である。 図２５Ｂは、第３の実施形態に係る保持部を示す断面図である。 図２６は、第３の実施形態に係る振動体の軸方向振動速度の周波数特性を示す図である。 図２７は、第３の実施形態に係る音発生装置の放射音圧の周波数特性を示す図である。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。いくつかの図面では、１又は複数の構成要素の図示を省略している。

［第１の実施形態］
図１、図２、図３、及び図４は、第１の実施形態に係る音発生装置１０を概略的に示す斜視図、正面図、側面図、及び分解斜視図である。図１から図４に示すように、音発生装置１０は、振動体１１、保持部１２、及び固定部１３を備える。

振動体１１は、小型軽量の振動デバイスである。振動デバイスは、図示しない電気回路からの電気信号（例えば電圧信号）を受けて振動し、振動に応じた音を発生する。振動体１１として、例えば、圧電振動子を使用することができる。

図５Ａ及び図５Ｂは、振動体１１として使用され得る圧電振動子の一例である圧電振動子５０を概略的に示している。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、圧電振動子５０は、円形の金属板５２の両面に圧電素子５１を張り付けたバイモルフ型の圧電振動子である。金属板の片面に圧電素子を張り付けたユニモルフ型の圧電振動子や、圧電素子を積み重ねた積層型の圧電振動子などを使用することも可能である。

図１から図４を再び参照すると、保持部１２は振動体１１を保持する。本実施形態では、保持部１２は、振動体１１の周縁を面接触で保持する二分割型の金属製円環ホルダである。具体的には、保持部１２は、金属製で円環形状である１対の保持部材１２１、１２２を備え、保持部材１２１、１２２で振動体１１の周縁を挟み込むことにより振動体１１を保持する。

なお、図１から図４に示される保持部１２は例示であり、保持部１２の構成は上述した構成に限定されない。例えば、保持部１２は、上記の保持部材１２１、１２２が一体的に形成されたものに相当する単一の保持部材であってもよい。

固定部１３は保持部１２を固定する。本実施形態では、固定部１３は、保持部１２の両端面を挟んで保持する二分割型の樹脂製円環ホルダである。具体的には、固定部１３は、樹脂製で円環形状である１対の固定部材１３１、１３２、全ネジ（寸切りボルト）１３３、及びナット１３４を備える。樹脂は弾性材料の例である。固定部１３（具体的には固定部材１３１、１３２）の剛性は保持部１２の剛性よりも小さい（低い）。固定部材１３１、１３２は、音発生装置１０の軸方向に沿って（すなわち図２から図４に示すＺ軸と平行に）配される全ネジ１３３とナット１３４で締結される。ここで、音発生装置１０の軸方向は振動体１１の主面と直交する方向である。固定部材１３１、１３２は孔１３５を有し、保持部１２が固定部材１３１、１３２間に置かれた状態で固定部材１３１、１３２の孔１３５に全ネジ１３３が挿通され、各全ネジ１３３に両側からナット１３４が螺合される。ナット１３４の螺合により音発生装置１０の軸方向に沿った挟持力が発生し、固定部１３は当該挟持力により保持部１２を支持する。これにより、保持部１２は固定部１３により弾性支持（柔支持）され、よって、振動体１１は弾性支持されることとなる。

なお、図１から図４に示される固定部１３は例示であり、固定部１３の構成は上述した構成に限定されない。例えば、固定部１３は、保持部１２を弾性支持する構成であれば、いかなる構成であってもよい。弾性支持とは、保持部１２の音発生装置１０の軸方向変位を許容する支持方法を意味する。

図１から図４に示した各構成要素の形状は例示であって、各構成要素の形状はこれに限られるものではない。例えば、振動体１１、保持部１２、及び固定部１３を多角形としてもよい。

音発生装置１０では、図６に示すように、音発生装置１０の共振周波数を低域に遷移させるために、負荷重量１４が振動体１１に取り付けられてもよい。負荷重量１４は振動体１１に質量を付加するために設けられる。例えば、負荷重量１４は、樹脂ネジ１４１、及び１以上の樹脂ナット１４２（本例では２つの樹脂ナット１４２）を備える。振動体１１の中心に孔が設けられ、振動体１１の孔に樹脂ネジ１４１が挿通され、樹脂ナット１４２が樹脂ネジ１４１に螺合される。

負荷重量１４は、図７に示すように、振動体１１に付加する質量を増やすために、１以上の金属ナット１４３（本例では３つの金属ナット１４３）をさらに備えてよい。金属ナット１４３は樹脂ナット１４２の後段において樹脂ネジ１４１に螺合される。

図６又は図７に示した負荷重量１４は例示であり、振動体１１に取り付けられる負荷重量１４の構成は図６又は図７に示す構成に限定されない。例えば、図６に示す構成において、樹脂ネジ１４１に代えて金属ネジを使用してもよい。また、ネジとナットの組み合わせに代えて、負荷重量１４は、ゴム板などの弾性部材であってもよい。

次に、図８を参照しながら、本実施形態に係る手法（提案手法）の原理検証試験の概要を説明する。本試験では、音発生装置１０に増幅器（Ｄ級アンプ）で増幅した掃引信号（５００Ｈｚ≦ｆ≦３ｋＨｚ）を入力して音発生装置１０を駆動し、振動体１１の略中央に位置する振動観測点における軸方向の振動速度と、振動体１１の表面から所定の距離離れた音圧観測点における放射音圧を計測した。振動速度の計測にはレーザドップラ振動計（Laser Doppler Vibrometry：ＬＤＶ）を使用し、音圧の計測にはマイクロホンを使用した。振動体１１は、金属板（アルミニウム合金）と、金属板の両面に設けられた圧電素子（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））と、を含むバイモルフ振動子を使用した。振動体１１の外径Ｒｏは４５ｍｍとし、振動体１１の中心には孔（内径Ｒｉ：３ｍｍ）を設けた。孔は負荷重量１４を振動体１１に取り付けるために使用される。自由支持での振動体１１の１次共振周波数は約１．３ｋＨｚであった。自由支持とは、振動体１１の並進変位、回転変位を許容する支持方法を意味する。保持部１２は二分割型金属製円環ホルダ（アルミニウム合金）を使用し、固定部１３は二分割型樹脂製円環ホルダ（ＡＢＳ：Acrylonitrile Butadiene Styrene）を使用した。

図９及び図１０は、提案手法の原理検証試験の結果を示している。具体的には、図９は、上記の方法で計測した振動体１１の軸方向振動速度の周波数特性を示し、図１０は、上記の方法で計測した放射音圧の周波数特性を示している。図９及び図１０には、比較例に係る音発生装置に関する試験の結果も併せて示されている。比較例に係る音発生装置は、本実施形態に係る音発生装置１０から保持部１２を除去したものである。すなわち、比較例に係る音発生装置では、振動体１１が固定部１３により直接に支持され、振動体１１は提案手法と比べて剛に支持される。

図９及び図１０に示すように、比較例に係る音発生装置の共振周波数が振動体１１の１次共振周波数程度であるのに対し、本実施形態に係る音発生装置１０の共振周波数は振動体１１の１次共振周波数より小さい約１０００Ｈｚとなっている。よって、保持部１２を介して振動体１１を保持することにより、共振周波数を低域に遷移させることが可能であることがわかる。さらに、本実施形態に係る音発生装置１０は、比較例に係る音発生装置と比べて共振峰の幅が広く、より広帯域の低音を再生可能であることがわかる。

さらに、振動体１１への質量付加の効果を検証する試験を実施した。振動体１１への質量付加は図６及び図７を参照して説明した手法で実施し、上述したものと同様の方法で振動体１１の軸方向振動速度及び放射音圧を計測した。

図１１は、上記の方法で計測した振動体１１の軸方向振動速度の周波数特性を示し、図１２は、上記の方法で計測した放射音圧の周波数特性を示している。図１１及び図１２の各々において、（ａ）負荷重量なし、（ｂ）樹脂ネジ（ＰＢ）×１＆樹脂ナット（ＰＮ）×２、（ｃ）樹脂ネジ×１＆樹脂ナット×２＆金属ナット（ＭＮ）×２、（ｄ）樹脂ネジ×１＆樹脂ナット×２＆金属ナット×４という４通りの結果が示されている。図１１及び図１２からは、振動体１１に付加する質量が増加するにつれて、音発生装置１０の共振周波数がより低域へ遷移することがわかる。

以上のように、音発生装置１０は、振動体１１、振動体１１を保持する保持部１２、及び保持部１２を弾性支持するように保持部１２を固定する固定部１３を備える。例えば、固定部１３の剛性を保持部１２の剛性よりも小さい構成とすることにより、固定部１３が保持部１２を弾性支持することが可能となる。当該構成では、振動体１１は保持部１２を介して弾性支持される。それにより、音発生装置１０の共振周波数が低域に遷移する。その結果、小型で軽量な装置においても、高出力の低音再生が可能となる。

音発生装置１０は、振動体１１に質量を付加するために、振動体１１に取り付けられた負荷重量１４をさらに備えてよい。当該構成では、音発生装置１０の共振周波数をより低域に遷移させることができる。

［第２の実施形態］
図１３、図１４、図１５、及び図１６は、第２の実施形態に係る音発生装置２０を概略的に示す正面図、側面図、断面図、及び分解斜視図である。図１５は、図１３に示すＡ－Ａ′線での音発生装置２０の断面を示している。図１３から図１６に示すように、音発生装置２０は、振動体２１、保持部２２、支持部２３、及び固定部２４を備える。

振動体２１は、第１の実施形態に係る音発生装置１０の振動体１１と同じである。このため、振動体２１についての説明は省略する。

保持部２２は、第１の実施形態に係る音発生装置１０の保持部１２と同様のものである。具体的には、保持部２２は、振動体２１の周縁を面接触で保持する１対の保持部材２２１、２２２を備える。保持部材２２１、２２２の各々は複数のネジ孔２２３を有する。ネジ孔２２３は音発生装置２０の径方向に沿って延在する。保持部材２２１、２２２の各々において、ネジ孔２２３は音発生装置２０の周方向において離散的に設けられる。図１３から図１６に示す例では、保持部材２２１、２２２の各々において、８つのネジ孔２２３が４５°の角度間隔で設けられている。

支持部２３は保持部２２を支持し、固定部２４は支持部２３を固定する。支持部２３の剛性は保持部２２の剛性よりも小さい。本実施形態では、支持部２３は弾性部材としての複数の金属ネジ２３１を含み、固定部２４は複数のネジ孔を有する二分割型の金属製円環ホルダである。固定部２４は金属製で円環形状である１対の固定部材２４１、２４２及び複数の金属ネジ２４３を備え、固定部材２４１、２４２の各々に複数のネジ孔２４４及び複数のネジ孔２４５が設けられている。金属は弾性材料の例である。ネジ孔２４４は音発生装置２０の軸方向（Ｚ軸）に沿って延在し、ネジ孔２４４には金属ネジ２４３が螺合される。固定部材２４１、２４２は金属ネジ２４３で締結される。ネジ孔２４５は音発生装置２０の径方向に沿って延在し、ネジ孔２４５には金属ネジ２３１が螺合される。固定部材２４１、２４２の各々において、ネジ孔２４５は周方向において離散的に設けられる。図１３から図１６に示す例では、固定部材２４１、２４２の各々において、８つのネジ孔２４５が４５°の角度間隔で設けられている。

固定部材２４１、２４２の内径は保持部材２２１、２２２の外径よりわずかに大きい。固定部材２４１のネジ孔２４５が保持部材２２１のネジ孔２２３に対向した状態で固定部材２４１が保持部材２２１の外側に配置され、金属ネジ２３１が固定部材２４１のネジ孔２４５及び保持部材２２１のネジ孔２２３に螺合される。固定部材２４２のネジ孔２４５が保持部材２２２のネジ孔２２３に対向した状態で固定部材２４２が保持部材２２２の外側に配置され、金属ネジ２３１が固定部材２４２のネジ孔２４５及び保持部材２２２のネジ孔２２３に螺合される。金属ネジ２３１は保持部２２の外周に沿って離散的に配置される。図１３から図１６に示す例では、８つの金属ネジ２３１が保持部材２２１の外側において４５°の角度間隔で配置され、８つの金属ネジ２３１が保持部材２２２の外側において４５°の角度間隔で配置されている。金属ネジ２３１を保持部２２の外周に接続することにより、梁状の弾性支持が可能となる。

なお、図１３から図１６に示される支持部２３は例示であり、支持部２３の構成は上述した構成に限定されない。支持部２３は、複数の樹脂製ネジ又は膜状の弾性部材（例えばゴムシート）などであってもよい。支持部２３がゴムシートである場合、支持部２３は保持部２２と固定部２４との間に配置される。

図１３から図１６に示した各構成要素の形状は一例であって、これに限られるものではない。例えば、振動体２１、保持部２２、及び固定部２４を多角形としてもよい。

さらに、音発生装置２０の共振周波数をより低域に遷移させるために、振動体２１に負荷重量が取り付けられてもよい。

音発生装置２０は、図１７及び図１８に示すように、音発生装置２０を任意の構造物（例えば共鳴室）に設置するための設置部２５をさらに備えてよい。図１７及び図１８に示す例では、設置部２５は、基礎部材２５１及び枠部材２５２、２５３を備える。基礎部材２５１は、その中央に孔２５４を有し、孔２５４の周囲に複数の孔２５５を有する。孔２５４の径は保持部２２の外径よりわずかに大きい。基礎部材２５１は、固定部２４の固定部材２４１、２４２間に配置され、固定部２４に取り付けられる。基礎部材２５１が固定部２４に取り付けられた状態では、振動体２１が孔２５４に位置する。孔２５５には金属ネジ２４３が挿通される。基礎部材２５１は例えば弾性材料で作製される。基礎部材２５１として、例えば、ゴムシートを使用することができる。設置部２５（具体的には基礎部材２５１）の剛性は固定部２４（具体的には固定部材２４１、２４２）の剛性よりも小さい。

枠部材２５２、２５３の各々は、その中央に孔２５６を有する。孔２５６の径は固定部材２４１、２４２の外径よりわずかに大きい。基礎部材２５１は、枠部材２５２、２５３間に配置されて、例えばネジとナットの組み合わせを用いて、枠部材２５２、２５３に取り付けられる。基礎部材２５１が枠部材２５２、２５３に取り付けられた状態では、保持部材２２１及び固定部材２４１が枠部材２５２の孔２５６に位置し、保持部材２２２及び固定部材２４２が枠部材２５３の孔２５６に位置する。枠部材２５２、２５３は、構造物に取り付け可能な枠体であればよい。枠部材２５２、２５３として、例えば、金属枠体を使用することができる。

音発生装置２０は、図１９及び図２０に示すように、音発生装置２０の共振周波数における放射音圧を増大させるために、振動体２１の固有振動数に略等しい共鳴周波数を持つ共鳴室２６をさらに備えてよい。共鳴室２６の共鳴周波数が振動体２１の固有振動数に略等しいとは、共鳴室２６の共鳴周波数が振動体２１の固有振動数を中心とする２００Ｈｚの周波数範囲内にあることを意味する。振動体２１の固有振動数をｆＨｚとすると、共鳴室２６の共鳴周波数は（ｆ－１００）Ｈｚから（ｆ＋１００）Ｈｚまでの周波数範囲内に設定される。

なお、設置部２５の構成は上述した構成に限定されない。例えば、基礎部材２５１を省略し、固定部２４（具体的には固定部材２４１、２４２）が枠部材２５２、２５３に取り付けられてもよい。

振動体２１、保持部２２、支持部２３、及び固定部２４は、共鳴室２６内に配置され、設置部２５を介して共鳴室２６に取り付けられる。共鳴室２６は、筐体２６１、２６２及び板２６３を備える。筐体２６１、２６２は、振動体２１、保持部２２、支持部２３、及び固定部２４が配置される内部空間を形成する。筐体２６１、２６２は例えばネジで締結される。筐体２６２には、内部空間と外部空間を連通する開口２６４が設けられており、板２６３は筐体２６２の開口２６４に取り付けられる。板２６３は、振動体２１が発した音を外部空間に放射するための音放射口２６５を有する。筐体２６１、２６２及び板２６３の形状は、共鳴室２６の共鳴周波数が振動体２１の固有振動数に略等しくなるように設計される。

設置部２５及び／又は共鳴室２６は、第１の実施形態に係る音発生装置１０に適用することも可能である。

図１７及び図１８に示す音発生装置２０の構成の有効性を検証する試験を実施した。試験では、第１の実施形態で説明したものと同様の方法で、振動体２１の軸方向振動速度及び振動体２１からの放射音圧を計測した。振動体２１は、金属板（アルミニウム合金）と、金属板の両面に設けられた圧電素子（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））と、を含むバイモルフ振動子を使用した。振動体２１の外径Ｒｏは４５ｍｍとした。振動体２１の中心には孔（内径Ｒｉ：３ｍｍ）を設けた。保持部２２は二分割型金属製円環ホルダ（アルミニウム合金）を使用し、支持部２３はネジ（ステンレス鋼）を使用し、固定部２４は二分割型金属製円環ホルダ（アルミニウム合金）を使用し、設置部２５はゴムシート（シリコン、硬度：ショアＡ５０）と金属枠体（アルミニウム合金）を使用した。さらに、第１の実施形態で説明したものと同様の方法で、振動体２１に負荷重量を取り付けた。すなわち、振動体２１の中心に設けた孔に樹脂ネジを挿通し、樹脂ネジに樹脂ナットを螺合することにより、振動体２１に付加重量を取り付けた。振動体２１に付加される質量を増やす場合は、樹脂ナット後段に金属ナットを追加した。

図２１は、上記の方法で計測した振動体２１の軸方向振動速度の周波数特性を示し、図２２は、上記の方法で計測した放射音圧の周波数特性を示している。図２１及び図２２の各々において、（ａ）負荷重量なし、（ｂ）樹脂ネジ×１＆樹脂ナット×２、（ｃ）樹脂ネジ×１＆樹脂ナット×２＆金属ナット×２、（ｄ）樹脂ネジ×１＆樹脂ナット×２＆金属ナット×４という４通りの結果が示されている。図２１及び図２２に示すように、音発生装置２０の共振周波数は振動体２１の１次共振周波数よりも低くなっている。よって、音発生装置２０の上述した構成によれば、共振周波数を低域に遷移させることが可能となる。さらに、図２１及び図２２からは、振動体２１に付加される質量が増加するにつれて、音発生装置２０の共振周波数が低域へ遷移することがわかる。ただし、振動体２１に付加される質量の増加に伴い放射音圧は減少する。

次に、共鳴室２６の有効性を検証する試験を実施した。試験は、図２３に示す方法で実施した。具体的には、共鳴室２６の音放射口２６５から所定の距離離れた音圧観測点における放射音圧をマイクロホンで計測した。また、振動体２１には、負荷重量（樹脂ネジ×１＆樹脂ナット×２＆金属ナット×４）を取り付けた。

図２４は、上記の方法で計測した放射音圧の周波数特性を示している。図２４において、（ａ）共鳴室なし、基準電圧を印加、（ｂ）共鳴室あり、基準電圧を印加、（ｃ）共鳴室あり、基準電圧の２倍の電圧を印加、（ｄ）共鳴室あり、基準電圧の４倍の電圧を印加という４通りの結果が示されている。図２４からは、共鳴室２６を設けることにより、音発生装置２０の共振周波数における放射音圧が増大することがわかる。さらに、振動体２１に印加する電圧に対して線形に放射音圧が増大することがわかる。

以上のように、音発生装置２０は、振動体２１、振動体２１を保持する保持部２２、保持部２２を弾性支持する支持部２３、及び支持部２３を固定する固定部２４を備える。例えば、支持部２３の剛性を保持部２２の剛性よりも小さい構成とすることにより、支持部２３が保持部２２を弾性支持することが可能となる。当該構成では、振動体２１は保持部２２を介して弾性支持される。それにより、音発生装置２０の共振周波数が低域に遷移する。その結果、小型で軽量な装置においても、高出力の低音再生が可能となる。

支持部２３及び固定部２４は保持部２２の外側に配置される。例えば、支持部２３は、保持部２２の外周に沿って離散的に配置された弾性部材（例えば金属ネジ）であってよい。それにより、装置の薄型化が可能となる。具体的には、音発生装置２０の軸方向の寸法を小さくすることが可能となる。

音発生装置２０は設置部２５をさらに備えてよい。これにより、構造物に音発生装置２０を取り付けることが容易になる。

音発生装置２０は、振動体２１の固有振動数に略等しい共鳴周波数を持つ共鳴室２６をさらに備えてよい。これにより、音発生装置２０の共振周波数における音をより高出力で発生させることが可能となる。

音発生装置２０は、振動体２１に質量を付加するために、振動体２１に取り付けられた負荷重量をさらに備えてよい。当該構成では、音発生装置２０の共振周波数をより低域に遷移させることができる。

［第３の実施形態］
第１の実施形態及び第２の実施形態では、振動体を保持する保持部を弾性支持する構成とすることにより、音発生装置の共振周波数を低域に遷移させている。音発生装置の共振周波数を低域に遷移させることは、以下に説明する手法で実施することもできる。第３の実施形態で説明する手法は、単独で使用してもよく、第１の実施形態及び／又は第２の実施形態で説明した手法と組み合わせて使用してもよい。

２物体間の結合状態が系の剛性に影響を与えることが知られている。該剛性は接触剛性と呼ばれ、結合面の材質、表面粗さ、接触面積などが接触剛性に寄与する。実施形態に係る音発生装置（例えば音発生装置１０又は音発生装置２０）においては、振動体と保持部との間の接触剛性が振動体の固有振動数に影響する。したがって、振動体と保持部との間の接触剛性を調整する（具体的には低下させる）ことにより、音発生装置の共振周波数を低域に遷移させることが可能である。

接触剛性を調整する方法としては、例えば、以下の３つの方法が挙げられる。
（１）保持部の材料の変更
（２）保持部の表面粗さの変更
（３）振動体と保持部の接触面積の変更
方法（１）では、保持部の材料として、振動体の材料よりも小さい剛性の材料（例えば樹脂などの弾性材料）を使用する。例えば、振動体が図５に示すようなバイモルフ型の圧電振動子である場合、保持部は金属板を保持する。保持部は、金属板の材料の剛性よりも剛性の小さい材料で作製される。

方法（２）では、振動体と保持部の接触領域において、保持部の表面粗さを振動体の表面粗さよりも粗くする。言い換えると、保持部の振動体と接触する領域の表面粗さは、振動体の保持部と接触する領域の表面粗さよりも粗い。

方法（３）では、振動体と保持部の接触領域において、保持部の表面積を振動体の表面積よりも小さくする。言い換えると、保持部の振動体と接触する領域の表面積は、振動体の保持部と接触する領域の表面積よりも小さい。振動体と保持部の接触領域において保持部の表面積を振動体の表面積よりも小さくする方法の一例は、図２５Ａ及び図２５Ｂに示すように、保持部（例えば図１に示した保持部材１２１、１２２の各々又は図１６に示した保持部材２２１、２２２の各々）の表面形状を櫛歯形にすることである。図２５Ｂは、図２５Ａに示すＢ－Ｂ′線での保持部材の断面を示している。保持部材の表面には厚さｔの凹部が複数（本例では１２個）設けられている。

図２６及び図２７は、保持部の表面形状の櫛歯化の有効性を検証する試験の結果を示している。試験には、図１３から図１６に示す音発生装置２０の保持部２２の表面形状を櫛歯化したものを使用した。図２６は、振動体２１の軸方向振動速度の周波数特性を示し、図２７は、音発生装置２０からの放射音圧の周波数特性を示している。図２６及び図２７の各々において、（ａ）平面、（ｂ）櫛歯１２本（ｔ：１ｍｍ、θ：１０°、φ：２０°）、（ｃ）櫛歯６本（ｔ：１ｍｍ、θ：５０°、φ：２０°）という３通りの結果が示されている。図２６及び図２７からは、保持部を櫛歯化することで音発生装置の共振周波数が低域へ遷移することがわかる。ただし、図２５Ａ及び図２５Ｂに示す表面形状は例示であり、振動体と保持部の接触領域において保持部の表面積を振動体の表面積よりも小さくする方法はこれに限られるものではない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…音発生装置、１１…振動体、１２…保持部、１２１、１２２…保持部材、１３…固定部、１３１、１３２…固定部材、１３３…全ネジ、１３４…ナット、１３５…孔、１４…負荷重量、１４１…樹脂ネジ、１４２…樹脂ナット、１４３…金属ナット、２０…音発生装置、２１…振動体、２２…保持部、２２１、２２２…保持部材、２２３…ネジ孔、２３…支持部、２３１…金属ネジ、２４…固定部、２４１、２４２…固定部材、２４３…金属ネジ、２４４、２４５…ネジ孔、２５…設置部、２５１…基礎部材、２５２、２５３…枠部材、２５４、２５５…孔、２６…共鳴室、２６１、２６２…筐体、２６３…板、２６４…開口、２６５…音放射口、５０…圧電振動子、５１…圧電素子、５２…金属板。

Claims (14)

1. 振動体と、
   前記振動体を保持する保持部と、
   前記保持部を固定する固定部と、
   を備え、
   前記固定部の剛性は前記保持部の剛性よりも小さい、
   音発生装置。
2. 振動体と、
   前記振動体を保持する保持部と、
   前記保持部を支持する支持部と、
   前記支持部を固定する固定部と、
   を備える音発生装置。
3. 前記支持部は、前記保持部の外周に沿って離散的に配置された複数の弾性部材を含む、請求項２に記載の音発生装置。
4. 前記固定部は複数の孔を有し、
   前記複数の弾性部材は前記複数の孔により固定されている、
   請求項３に記載の音発生装置。
5. 前記支持部の剛性は前記保持部の剛性よりも小さい、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の音発生装置。
6. 前記音発生装置を構造物に設置するための設置部をさらに備え、前記設置部は前記固定部に取り付けられている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音発生装置。
7. 前記設置部の剛性は前記固定部の剛性よりも小さい、請求項６に記載の音発生装置。
8. 前記振動体の固有振動数に略等しい共鳴周波数を持つ共鳴室をさらに備える請求項１乃至７のいずれか１項に記載の音発生装置。
9. 前記振動体は圧電振動子である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音発生装置。
10. 前記保持部は前記振動体の周縁を面接触で保持する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の音発生装置。
11. 前記振動体に取り付けられる負荷重量をさらに備える請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の音発生装置。
12. 前記保持部は、前記振動体の材料の剛性よりも小さい剛性を有する材料で作製されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の音発生装置。
13. 前記保持部の前記振動体と接触する領域の表面粗さは、前記振動体の前記保持部と接触する領域の表面粗さよりも粗い、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の音発生装置。
14. 前記保持部の前記振動体と接触する領域の表面積は、前記振動体の前記保持部と接触する領域の表面積よりも小さい、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の音発生装置。