JP4226458B2 - 音響再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示部の透明パネルや電子機器の筐体など発音部材を振動させて発音させる音響再生装置に係り、特に高周波領域での音を高音圧で発音できる音響再生装置に関する。

下記特許文献１に記載のスピーカは、前面に大型の第１の振動板が支持されたパネルの裏側に複数台の振動発生装置が設けられている。各振動発生装置は、マグネットとボイスコイルを有する駆動手段が搭載されたフレームに小型の第２の振動板が支持されている。また前記フレームと前記パネルとは通気口を介して固定されており、前記第１の振動板と第２の振動板との間に閉鎖された空間が形成されている。前記駆動手段が駆動させられると、第２の振動板からの振動が閉鎖された空間を介して第１の振動板に伝達されて、前記第１の振動板が発音する。
特開２００３−１５８７８７号公報

上記特許文献１に記載のシート状の振動板が設けられた小型のスピーカは、振動板を軟質なものにすることで振動板を駆動手段の駆動レベルに追従させて振動させることができる。しかし、パネルが大型化してそれに設けられる振動板が大型で剛性の高いものになると、駆動手段の駆動レベルに追従させて振動板を高周波で振動させることが困難になり、１００００ヘルツ（Ｈｚ）付近の高周波帯域の音を高い音圧で出力できなくなる。このように高周波領域の音圧が低下または無くなることで音質レベルが劣化する原因となる。そのため、高い剛性の振動板が設けられたものでは、大型の駆動手段が必要となったり、また複数台の駆動手段が必要になる。

また、大型のパネルに設けられる振動板を薄く軟質なものにすると、柔らかすぎて機器の表面に配置することができず、また振動の伝搬特性が悪いため、高音圧での出力が確保できなくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に高周波帯域において高音圧の出力が可能な音響再生装置を提供することを目的とする。

本発明は、発音部材であるパネルと、このパネルに振動を与えて発音させる励振手段とが設けられた音響再生装置において、
前記パネルよりも面積が小さい振動板が、枠形状のスペーサを介して前記パネルに取り付けられ、前記パネルと前記振動板との間に前記スペーサで囲まれた空間が介在しており、
前記励振手段が前記パネルよりも面積が小さい励振板を有し、前記振動板と前記励振板とが、前記振動板と前記励振板の双方よりも小さい面積の伝達部材を介して連結されており、
発音振動が、前記励振板から前記伝達部材を介して前記振動板に伝達され、さらに前記スペーサを介して前記パネルに伝達されることを特徴とするものである。

本発明の音響再生装置は、振動板を空間を介してパネルである発音部材に対向させ、振動板の振動を前記空間内の空気振動を介して発音部材に伝達できるようにしている。よって、広い周波数帯域で発音部材を振動させることができ、特に振動板を高い周波数で振動させたときに、発音部材に対して前記空気振動を介して大きな振幅を発生させることが可能であるため、高音域での出力を高めることができる。

例えば、本発明は、前記空間が閉鎖されているものである。

前記振動板は、合成樹脂のプレートまたはフィルムで形成されていることが好ましい。また、前記スペーサは接着層にすることが好ましく、例えば両面に粘着性の部材が形成された両面テープなどで構成できる。振動板を樹脂フィルムで形成すると、振動板の共振周波数を低下させ、広い帯域での発音が可能になる。

また、前記空間が部分的に開放されていてもよい。この場合、開放部分は前記スペーサに形成されていてもよいし、前記振動板に形成されていてもよい。

また、前記振動板の共振周波数が、前記発音部材の共振周波数よりも低く設定されていることが好ましい。例えば、前記振動板と前記発音部材とが同種の材料の組合せでもよく、異種の材料の組合せでもよい。同種の材料の組合せでは、振動板の厚み寸法を発音部材の厚み寸法よりも薄く形成することが好ましい。

また、前記発音部材は長方形状または正方形状のパネルであり、前記励振手段は前記パネルの側縁部の近傍に配置されている構成にできる。

このように、励振手段がパネルの側縁部の近傍に配置することで、パネルの中央部分を表示画面などとして使用できる。

本発明は、振動板を励振手段の駆動レベルに追従させて振動させて、閉鎖された空間を介して発音部材に振動を伝達することにより、高周波帯域の音圧を向上できる。

図１は本発明の第１の実施の形態の音響再生装置が備えられた電子機器を発音側から見た平面図、図２は音響再生装置の分解斜視図、図３は図１の３−３線での切断断面図、図４は図１の４−４線での切断断面図、図６は第１の実施の形態と比較例との発音周波数帯域の特性の比較を示すグラフである。

図１は、本発明の音響再生装置が搭載された電子機器１０を示しており、筐体２１の前面に透明な合成樹脂板のパネル２０が設けられている。この実施の形態では前記パネル２０が発音部材として機能する。前記パネル２０の裏側では、パネルの左右（Ｘ１−Ｘ２方向）両側縁部の内側に音響再生装置１，１が配置されている。左右の音響再生装置１，１の中間部分が表示透視領域となっており、この領域の裏側に図１の２点鎖線で示す形状のＦＰＤ（フラットディスプレイユニット）３０などが配置される。

左右両側に位置する音響再生装置１と音響再生装置１はいずれも同じ構成のものである。また以下の説明では、Ｘ方向が横方向で、Ｙ方向が縦方向である。パネル２０は、横方向の寸法が縦方向の寸法よりも長い長方形状である。

図２に示すように、前記音響再生装置１は、励振手段３を有している。励振手段３は、パネル２０の両側縁部の近傍においてパネル２０の側縁部と平行に配置されている。

前記励振手段３は、励振板２と支持部材５とが連結されて構成されている。励振板２は、縦方向（Ｙ方向）の長さ寸法が横方向（Ｘ方向）の幅寸法よりも十分に大きい細長い薄板形状である。この励振板２は、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの合成樹脂の板材で形成されている。前記励振板２は、特に薄く形成されていることが好ましく、合成樹脂に限らず薄い金属板であってもよい。

前記支持部材５は、鋼板などの磁性材料で形成されたものであり、その縦方向の両端部にＬ字状に折り曲げられた連結部５ａ，５ａが形成され、また縦方向に延びる両側部に折曲部５ｂ，５ｂが形成されている。この支持部材５の縦方向の寸法と前記励振板２の縦方向の寸法はほぼ同じに形成されており、前記支持部材５の連結部５ａ，５ａが前記励振板２の両端部に接着剤などで固定されている。また図３と図４に示すように前記支持部材５の折曲部５ｂ，５ｂは励振板２に当たらない寸法に設定されている。

前記励振板２の曲げ剛性は支持部材５の曲げ剛性よりも十分に小さい。また、励振板２の共振周波数は、パネル２０の共振周波数よりも十分に小さく、例えばパネル２０の共振周波数は１ｋＨｚ以上で３ｋＨｚ以下であり、励振板２の共振周波数は２００Ｈｚ以上で６００Ｈｚ以下である。

図３に示すように、前記支持部材５には励振板２に対面する底部５ｃに、磁界発生手段としてのフェライトや希土類などの永久磁石で形成されたマグネットＭが固定されている。このマグネットＭは縦方向に細長い形状で、前記支持部材５の縦方向の中央部に固定されている。また前記マグネットＭには磁性材料で形成されたヨーク６が重ねて固定されている。前記ヨーク６は、前記マグネットＭの上面と同じ面積で形成され、図３と図４に示すように前記ヨーク６と前記マグネットＭとが互いに重ねられたときにヨーク６の上面が励振板２に接触しない厚み寸法でそれぞれ形成されている。

一方前記励振板２には、前記支持部材５と対面する側にコイルＣが設けられている。このコイルＣは、被覆銅線などで四角枠状に巻回されて縦方向に細長く形成されており、励振板２の縦方向の中央部に接着剤などで固定されている。前記コイルＣは、縦方向に延びる一対の縦方向電流路Ｃａ，Ｃａと、横方向に延びる一対の横方向電流路Ｃｂ，Ｃｂを有している。

前記支持部材５が前記連結部５ａ，５ａを介して前記励振板２に固定されると、前記ヨーク６の全体と前記マグネットＭの一部が前記コイルＣの内側に位置するように挿入される。このとき支持部材５の折曲部５ｂ，５ｂと、前記マグネットＭ及びヨーク６との間には微小間隔のギャップＧ，Ｇが形成され、このギャップＧ，Ｇ内に前記コイルＣの縦方向電流路Ｃａ，Ｃａが位置する。すなわち、前記折曲部５ｂ，５ｂが対向ヨークとして機能している。

例えば、図３に示すようにＺ１側がＮ極に着磁され、Ｚ２側がＳ極に着磁されたマグネットＭでは、マグネットＭのＮ極、ヨーク６、ギャップＧ、支持部材５の折曲部５ｂ、底部５ｃ及びマグネットＭのＳ極を通る磁路が形成される。このとき図３に示すように、コイルＣのＸ１側の縦方向電流路Ｃａに紙面裏側に向かって通電することで、逆のＸ２側の縦方向電流路Ｃａには前記とは逆向きの電流が流れることになり、支持部材５にはＺ２方向へ撓み変形させる力が作用する。また前記とは逆向きに通電することで支持部材５にはＺ１方向へ撓み変形させる力が作用する。このように支持部材５をＺ１−Ｚ２方向へ振動させることで、励振板２も同時にＺ１−Ｚ２方向へ振動する。

なお、前記励振手段３としては、磁気を利用した駆動手段だけではなく、励振板２と支持部材５との間に圧電振動子が設けられ、この圧電振動子が励振板２と支持部材５に接着されて、励振板２が振動変形するものであってもよい。また、励振板２側にマグネットとヨークが設けられ、支持部材５側にコイルが設けられたものでもよい。

また、前記支持部材５の底部５ｃに一対の起立片を形成して、この起立片を、前記コイルＣの横方向電流路Ｃｂ，Ｃｂの外側に位置するように配置して、前記起立片とヨーク６とマグネットＭと前記底部５ｃとで磁路を形成するようにしてもよい。

この実施の形態での励振手段３は、コイルＣが通電されると、励振板２と支持部材５の双方に振動力が作用し、励振板２と支持部材５とが互いに接近するように、また互いに離れるように振動する。すなわち、励振手段３が単独で励振機能を有している。励振板２は曲げ剛性が低く、縦方向に延びる両端が支持部材５の連結部５ａ，５ａに連結されているため、励振板２は、連結部５ａ，５ａでの固定部を単純支持部として、その中央が撓むようにして振動する。また支持部材５も振動するが、その振幅は、励振板２の振幅よりも十分に小さい。

前記励振板２は、前記パネル２０の面積よりも小さい面積のもので形成されているため、励振手段３のコイルＣを通電したときに、コイルＣに対する通電レベルすなわち通電量や通電方向に基づく振動を前記励振板２に与え易くなる。

本実施の形態の音響再生装置１では、励振板２と発音部材としてのパネル２０との間に、伝達部材４、振動板８ａ及びスペーサ８ｂが設けられている。前記振動板８ａは、パネル２０および前記励振板２よりも小さい長方形状であり、パネル２０に平行に対向している。そして、振動板８ａの長辺および短辺の全周が枠状の前記スペーサ８ｂを介して前記パネル２０に固定されている。その結果、パネル２０と振動板８ａおよびスペーサ８ｂとで囲まれたほぼ完全に密閉されて閉鎖された空間が形成され、この空間に空気層Ｑが設けられている。

振動板８ａはポリカーボネート、アクリル、ＰＥＴなどの合成樹脂材料で形成され且つ前記パネル２０よりも薄く形成され、且つ励振板２と同じかそれよりも薄く形成されたフィルム状である。なお、前記振動板８ａが板ばね材料などのような薄い金属板で形成されていてもよい。振動板８ａそのものの共振周波数は、パネル２０の共振周波数よりも低い。また振動板８ａそのものの共振周波数は、前記励振板２の共振周波数と同じかまたはそれ以下であり、例えば１００Ｈｚ以上で６００Ｈｚ以下である。

前記スペーサ８ｂは微小な厚み寸法で四角枠状に形成された両面テープなどで形成された接着層である。なお、前記閉鎖された空間としては、空気層に限らず、その他の気体が充填された気層であってもよく、または液層などであってもよい。

また、前記空気層Ｑは完全な閉鎖された空間とする必要はなく、スペーサ８ｂに外部と通じる貫通孔を部分的に形成したものでもよい。またこのような貫通孔は前記スペーサ８ｂに限らず、励振板２側またはパネル２０側に形成されていてもよい。

前記励振手段３は励振板２の一部がパネル２０に間接的に支持されている。すなわち、励振板２は、前記連結部５ａと連結部５ａとの中間部分が伝達部材４及び空気層Ｑを介して前記パネル２０に支持されている。前記伝達部材４は前記と同様な合成樹脂で縦方向及び横方向の寸法がそれぞれ前記振動板８ａよりも短く形成され、前記振動板８ａ及び前記伝達部材４の縦方向の中央部と前記励振板２の縦方向の中央部とが一致するように接着される。

図２に示すように、前記励振板２は縦方向（Ｙ方向）の長さ寸法が、横方向（Ｘ方向）の幅寸法よりも長い長尺形状であり、前記励振板２のＺ方向に向く振動面２ａよりも十分に小さい面積を有する形状である。すなわち、前記伝達部材４は、縦方向の寸法が前記マグネットＭやヨーク６の縦方向の寸法よりも長く形成され、横方向の寸法が前記励振板２の幅寸法よりも短い寸法で形成されて、前記励振板２の縦方向の中央部に接着剤などで固定されている。このように、前記伝達部材４は前記励振板２の振動面２ａの一部に固定されるものであり、前記伝達部材４のＹ方向の両側に伝達部材４が固定されていない非連結部２ｂ，２ｂがそれぞれ形成されている。

本実施の形態の音響再生装置１は、図１に示すように前記パネル２０のＸ１方向の短辺側の縁部に同様のものがそれぞれ配置される。なお、前記パネル２０は、図３と図４に示すように底板２１ａと側板２１ｂで形成された筐体２１に形成された開口部２３に設けられる。筐体２１の側板２１ｂにはその内壁全周にわたって内側へ支持部２１ｃが突出して形成されている。この支持部２１ｃにダンパー２２が固定されて、このダンパー２２上に前記パネル２０の周縁部が弾性状態で支持されている。

次に、本発明の音響再生装置１の動作について説明する。
この音響再生装置１では、音声信号や音楽信号に基づいてコイルＣが通電されると、励振手段３によって、支持部材５がＺ１−Ｚ２方向への自己振動を発生し、特に前記励振板２がＺ１−Ｚ２方向へ振動させられる。

前記励振板２は、前記パネル２０よりも小さい面積で形成されているため、入力電圧（入力電流）レベルに対して応答性が向上する。前記励振板２は、中央部分のみで伝達部材４を介して固定されているため、パネル２０に固定されていない励振板２のＹ方向の両端部分の非連結部２ｂ，２ｂでの振動が前記支持部材５の振動動作によって増幅させられて、励振板２が大きな振幅で振動させられる。

このように大きな振幅での前記励振板２の振動は、伝達部材４を介して振動板８ａの中央部分に作用し、振動板８ａが強制的に振動させられる。振動板８ａの振動は、スペーサ８ｂを介してパネル２０に伝達されるが、さらに振動板８ａの振動は、空気層Ｑに空気密度の粗密を形成し、空気層Ｑの音圧がパネル２０に与えられる。

振動板８ａの共振周波数が低いために、この振動板８ａは広い周波数帯域において大きな振幅で振動する。このときの比較的低い周波数は、スペーサ８ｂを介してパネル２０に与えられるが、高い周波数帯域の振動は、振動板８ａから空気層Ｑを介してパネル２０に効果的に与えられる。そのため、高い周波数帯域においてもパネル２０から大きな出力の発音が得られる。また左右の音響再生装置１，１によりステレオ発音が可能になる。

図５は、参考例の音響再生装置３０を示す断面図である。
この音響再生装置３０は、励振手段３の前記励振板２が空気層Ｑ１に音圧を与える振動板として機能するものであり、前記励振板２がスペーサ３１を介して発音部材としてのパネル２０に直接に固定され、パネル２０と励振板２およびスペーサ３１とで囲まれた空間に密閉された空気層Ｑ１が形成されている。その他の構成については前記第１の実施の形態の音響再生装置１０と同じである。

なお、図５に示すスペーサ３１も、前記スペーサ８ｂと同様に一定の厚み寸法で四角枠状に形成されて、スペーサ３１の一面側が前記励振板２の周縁部全体に固定され、他面側がパネル２０に固定されているものである。

図５に示す音響再生装置３０においても、励振手段３のコイルＣを通電すると、共振周波数の低い励振板２を広い帯域にて大きな振幅で振動させることができ、その振動がスペーサ３１を介してパネル２０に与えられるとともに、前記空気層Ｑ１に音圧を与えてパネル２０が駆動されるようになる。よって広い周波数帯域で且つ高い周波数の発音を得ることができる。

図６は、それぞれ周波数（ヘルツ）と音圧レベル（デシベル）との関係で比較したグラフである。図６に示す実線が、図５に示す参考例の音響再生装置３０を駆動させた場合であり、図６に示す点線が、励振板２を設けずに支持部材５の両端の連結部５ａ，５ａをパネル２０に直接に固定した比較例を用いた場合である。

図６において点線で囲む部分に示すように、比較例では１０ｋＨｚ付近（６ｋＨｚ以降）の高周波帯域の音圧が低下している。これはパネル２０に対して励振手段３が小型であるため、前記パネル２０が剛性が高い場合には、コイルＣに与える電流レベルに追従させて前記パネル２０を振動させることができないためである。

これに対して、本実施の形態に示すように、励振板２を設けるとともに空気層Ｑ１を介して励振板２をパネル２０に支持させることで、励振板２をコイルＣに与える電流レベルに追従させて振動させることができ、パネル２０に対して高周波帯域の音圧を向上できるようになる。

本発明の音響再生装置１では、パネル２０を透明色とし、パネル２０の中央に液晶などで形成されたＦＰＤを配置することで、このＦＰＤに表示された画面に基づいて前記音響再生装置１を駆動させて、パネル２０から発音されるようにしてもよい。

また、この音響再生装置１が搭載される発音部材は、上記したパネル２０に限られるものではなく、電子機器の筐体の内側などに配置された振動可能な部材や、電子機器の筐体そのものを発音部材として使用することが可能である。

なお、本実施の形態の他の部材としての伝達部材４と振動板８ａでは、伝達部材４を励振板２側に一体に形成してもよい。

本発明の実施の形態の音響再生装置が搭載された電子機器を示す平面図、 音響再生装置の分解斜視図、 図１の３−３線での切断断面図、 図１の４−４線での切断断面図、 参考例の音響再生装置を示す切断断面図、 周波数帯域の特性を示すグラフ、

符号の説明

Ｃ コイル
Ｍ マグネット
Ｑ，Ｑ１ 空気層
１ 音響再生装置
２ 励振板
２ａ 振動面
３ 励振手段
４ 伝達部材
５ 支持部材
５ａ 連結部
５ｂ 折曲部
６ ヨーク
８ａ 振動板
８ｂ，３１ スペーサ
１０ 電子機器
２０ パネル
２１ 筐体
２２ ダンパー
３０ ＦＰＤ

Claims (6)

1. 発音部材であるパネルと、このパネルに振動を与えて発音させる励振手段とが設けられた音響再生装置において、
   前記パネルよりも面積が小さい振動板が、枠形状のスペーサを介して前記パネルに取り付けられ、前記パネルと前記振動板との間に前記スペーサで囲まれた空間が介在しており、
   前記励振手段が前記パネルよりも面積が小さい励振板を有し、前記振動板と前記励振板とが、前記振動板と前記励振板の双方よりも小さい面積の伝達部材を介して連結されており、
   発音振動が、前記励振板から前記伝達部材を介して前記振動板に伝達され、さらに前記スペーサを介して前記パネルに伝達されることを特徴とする音響再生装置。
2. 前記空間が閉鎖されている請求項１記載の音響再生装置。
3. 前記励振手段が前記励振板に対向する支持部材を有し、前記励振板と前記支持部材の一方にマグネットが、他方に前記マグネットから発生する磁界の磁路内に位置するコイルが設けられており、前記伝達部材と前記励振板との接合部から離れた位置で、前記励振板と前記支持部材とが連結されている請求項１または２記載の音響再生装置。
4. 前記励振板は前記支持部材よりも曲げ剛性が低い請求項１ないし３のいずれかに記載の音響再生装置。
5. 前記振動板は、合成樹脂で形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の音響再生装置。
6. 前記スペーサは接着層である請求項１ないし５のいずれかに記載の音響再生装置。

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