JP5594333B2 - 電子機器及び音響再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、及び、音響再生方法に関し、更に詳しくは、周波数特性に優れた小型音響再生装置を搭載した小型電子機器、及び、そのような小型電子機器を利用した音響再生方法に関する。

一般に、携帯電話機などの携帯端末装置は、その筐体のサイズが小さいため、スピーカとして、直径２ｃｍ以下の電磁型マイクロスピーカ又は圧電型マイクロスピーカ等を搭載することにより、音声又は音楽等の音響の再生を行っている。携帯電話機などのスピーカに関しては、例えば特許文献１及び特許文献２にその記載がある。また、特許文献３には、振動アクチュエータを搭載したスピーカユニットが開示され、特許文献４及び５には、振動アクチュエータが開示されている。

特開２００３−１９８６８０号公報 特開平１１−１９１７９５号公報 特開２００４−２３４３１号公報 特開２０００−３４３０３５号公報 特開２００１−６２３９６号公報

しかしながら、携帯電話機などの小型電子機器に搭載されるマイクロスピーカでは、音声放射面積が小さく、そのため振動による体積排除量が小さいので、大音量での音響再生が困難であるという問題点がある。また、マイクロスピーカでは、低周波領域での音響放射インピーダンスの低下が顕著なため、中間の周波数領域から低周波領域まで、例えば数十Ｈｚから１ｋＨｚまでの周波数範囲では、音響再生性能が低いという問題点がある。従って、このような小型電子機器では、音量感がある音響再生を行うためには、マイクロスピーカの周波数特性の向上が課題であった。

本発明の目的は、従来より広い周波数帯域をカバーする音響再生が可能で周波数特性が優れた音響再生装置を備えた電子機器、及び、そのような電子機器を用いて音響を再生する音響再生方法を提供することにある。

本発明に係る電子機器は、スピーカから構成され、電気信号に基づいて音響を出力する第１の音響出力部と、前記電気信号を振動に変換する振動アクチュエータ及びこの振動アクチュエータによって駆動される構造部材から構成され、前記第１の音響出力部から出力される音響よりも低域の周波数の音響を出力する第２の音響出力部と、前記構造部材に設けられた、ユーザが直接操作入力するための入力部と、を有し、前記振動アクチュエータは、前記入力部に対する操作入力又は自機の動作に連動させて前記構造部材を駆動する、ことを特徴とする。これにより、キー入力及び呼出の際の確認が容易になる。

本発明の電子機器では、スピーカの型式はどのようなものでもよく、例えば電磁型、圧電型又は静電型スピーカのいずれであってもよい。また、振動アクチュエータも、特に型式は問わず、例えば電磁型、圧電型又は静電型アクチュエータであってもよい。本発明の電子機器としては、例えば、携帯電話端末、ＰＤＡなどの携帯型電子機器が挙げられる。

前記構造部材は、例えば筐体の一部を構成する板材であることが好ましく、また、筐体と一体となっていれば別部材でもよい。

更に、例えば、前記第１の音響出力部は、信号入力側に接続されたハイパスフィルタを有し、前記第２の音響出力部は、信号入力側に接続され前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と同等のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを有する。スピーカから構成される第１の音響出力部は可聴周波数の高周波側（例えば１ｋＨｚ以上）に良好な特性を有し、振動アクチュエータから構成される第２の音響出力部は可聴周波数の低周波側（例えば１ｋＨｚ以下）に良好な特性を有するため、双方を組み合わせることにより、広い周波数範囲で良好な音響再生が可能となる。

更にまた、本発明の電子機器では、例えばキー入力に連動させて、又は、電話の呼出し信号などに連動させて、前記第２の音響出力部を駆動する駆動部を有することが好ましい。これにより、キー入力及び呼出の際の確認が容易になる。

このような電子機器は、例えば、携帯端末装置に組み込まれるものである。そして、前記携帯端末装置が、相互に回動可能に結合された第１及び第２の筐体部分を有し、前記第１の音響出力部が前記第１の筐体部分に配置され、前記第２の音響出力部が前記第２の筐体部分に配置されていることが好ましい。

また、本発明の音響再生方法は、本発明に係る電子機器を構成する携帯端末装置を使用して音響を再生する方法であって、前記携帯端末装置を、外部筐体、充電装置又はクレードルに搭載して音響を再生することを特徴とする。

本発明の電子機器は、小型の携帯端末装置に適用することが好ましく、また、この場合には、電子機器を、振動し易い外部筐体、充電装置、又は、クレードルなどに搭載して音響を再生することが好ましい。

本発明の電子機器及び音響再生方法では、第１及び第２の音響出力部の双方が、互いに補完が可能な異なる周波数特性を持つことから、音響の再生に際して広い周波数範囲で良好な音響の再生が可能である。

本発明の第１の実施形態に係る音響再生装置を有する電子機器の斜視図である。 図１の電子機器を、その下部筐体部分を除いて展開した状態で示す斜視図である。 図１の電子機器で音声を再生した際の音圧特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る音響再生装置を有する電子機器の斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る音響再生装置を有する電子機器をクレードル上に設置した状態で示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態に係る音響再生装置を有する電子機器のブロック図である。 図６の音響再生装置におけるフィルタのカットオフ特性を示すグラフである。 図１の実施形態の変形例に係る電子機器の斜視図である。

以下、本発明の好適実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る音響再生装置を搭載する電子機器である携帯電話端末１０を示す。携帯電話端末１０は、２つ折り形状の筐体構造を有し、キーボード１２が搭載された下部筐体１１と、表示装置２２が搭載された上部筐体２１とから構成される。双方の筐体１１、２１は、ヒンジ３１で結合される。上部筐体２１には第１の音響（音声）出力部を構成する１対のマイクロスピーカ２３が搭載され、また、下部筐体１１には第２の音響出力部を構成する振動アクチュエータ１３が搭載される。

マイクロスピーカ２３は、従来同様の電磁型、圧電型、又は、静電型のマイクロスピーカであり、ヒンジ３１で双方の筐体１１、２１を開いたときに、上部筐体２１の前面側にスピーカ前面がくるように配置される。振動アクチュエータ１３は、任意の振動機構を有するアクチュエータでよいが、好適には圧電素子が選ばれる。本携帯電話端末１０で音楽などを再生する場合には、図示のように、下部筐体１１は、机又は箱などの平板３２上に配置して、振動アクチュエータ１３からの音響について、その音響放射面積を大きくすることが好ましい。

図２は、下部筐体１１の前面側筐体部分を除いた状態で、図１の携帯電話端末１０を示す展開図である。下部筐体１１の内部には、各種電子部品、半導体装置及び電池等を搭載した基板１４と、振動アクチュエータ１３とが、下部筐体１１の背面側の筐体部分に固定されている。振動アクチュエータ１３は、ヒンジ３１に隣接する下部筐体１１の辺に沿って延びており、下部筐体１１の背面側となるパネル部分に貼付されている。マイクロスピーカ２３は、上部筐体２１のヒンジ３１に近い両側部分に対となって配置されている。

図３は、上記携帯電話端末１０における音響の周波数特性を、図１の状態で測定した結果を示すグラフで、音響の周波数（Ｈｚ）を横軸に、音圧レベル（ｄＢ）を縦軸に、それぞれプロットしている。同図のグラフ（ａ）はマイクロスピーカ２３単体の音響特性を、グラフ（ｂ）は振動アクチュエータ１３に圧電素子を使用したときの単体の音響特性を、グラフ（ｃ）は双方を組み合わせたときの音響特性をそれぞれ示している。測定は、携帯電話端末１０の表示装置２２の画面中心軸上で且つ１０ｃｍの離隔距離で行い、測定用コンデンサマイクロホンを用いた。測定対象のマイクロスピーカ２３は、電磁型で１６ｍｍ径のものを使用した。また、振動アクチュエータ１３は、圧電型の直方体アクチュエータであり、直方体の寸法としては、長さが２５ｍｍ、幅が４ｍｍ、厚さが４ｍｍのものを使用した。携帯電話端末１０を搭載する外部筐体３２には、長さが１５ｃｍ、幅が１５ｃｍ、厚さが１０ｃｍの樹脂製の板材を用いた。

測定に際しては、音響出力部を駆動するオーディオ駆動アンプの消費電力が、１ｋＨｚで０．５Ｗ程度となるように調整した。マイクロスピーカ２３の特性（ａ）と、振動アクチュエータ１３の特性（ｂ）とを比較すると、５ｋＨｚ以上の高域では、マイクロスピーカ２３の特性（ａ）が振動アクチュエータ１３の特性（ｂ）を上回るが、それ以下の中低域では、振動アクチュエータ１３の特性（ｂ）がマイクロスピーカ２３の特性（ａ）を上回る。特に、振動アクチュエータ１３の第一次共振周波数以下の周波数帯域では、振動アクチュエータ１３の特性（ｂ）が、約２０ｄＢ以上もマイクロスピーカ２３の特性（ａ）より上回っている。これは、100Hz以下の低域まで振動が得られる圧電アクチュエータにより、低い振動共振周波数を有する外部筐体３２を振動させたことにより、マイクロスピーカ２３では困難な低域再生を可能とした結果である。

図３にグラフ（ｃ）で示すように、双方の音響出力部１３、２３が同時に駆動されると、双方の音圧が加え合わされることにより、高域から低域までの広い周波数範囲をカバーしたオーディオ再生が可能となる。また、本携帯電話端末１０では、ユーザによるキー押下や電話呼出しに合わせて、振動アクチュエータ１３に低域信号を入力することにより、端末全体が細かく振動することを利用すれば、キーのクリック感及び呼出し音などを向上させることも可能である。

上記に説明したように、本発明の電子機器では、従来から搭載されているマイクロスピーカに加えて、振動アクチュエータを搭載して電子機器の筐体などを駆動し、かつ電子機器を搭載する外部筐体を用いることにより、従来では再生が困難であった中低域の再生性能が著しく向上する。このため、全周波数帯域の音圧が向上し、良好な音響再生が可能になる。また、外部筐体を用いない場合でも、電子機器の筐体自体の振動により、中低域部における音響特性の大幅な向上が得られることも確認した。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る音響再生装置を有する携帯電話端末１０Ａを示す。本実施形態では、上部筐体２１に設置するマイクロスピーカ２３をモノラルとしたものであり、その他の構成は第１の実施形態と同様である。本実施形態例でも、第１の実施形態と同様な効果が得られる。

本発明の音響再生装置では、小型電子機器の付属部品と、別途購入部品としての充電アダプタ又はクレードル等を外部筐体（鳴動物体）として用いることが可能である。その場合には、例えば図５（第３実施形態）に示すように、小型電子機器１０Ｂの下部筐体１１を上部筐体２１の背面側に折り畳む構造のヒンジを採用することが好ましい。図５の例では、先の実施形態と同様に、マイクロスピーカ２３は上部筐体２１に配置し、振動アクチュエータ１３は下部筐体１１に搭載している。このようなヒンジ構造を採用すると、小型電子機器１０Ｂを充電アダプタ又はクレードル３３に配置し、表示装置２２の画面上に表示された動画と、スピーカ２３及び振動アクチュエータ１３によって広い帯域で再生された音声（音）とを同時に楽しむことが可能になる。なお、図５において、図１と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図６は、本発明の第４の実施形態に係る音響再生装置を搭載した電子機器を示すブロック図である。携帯電子機器１０Ｃは、音響信号源４１と、復調回路４３、複合回路４４及び音響信号処理回路４５を含むＤＳＰ４２と、マイクロスピーカからなる第１の音響出力部２３と、圧電素子からなる第２の音響出力部１３と、第１の音響出力部２３を駆動する第１の駆動回路５１と、第２の音響出力部１３を駆動する第２の駆動回路５６と、第１の音響出力部２３及び第２の音響出力部１３を夫々搭載する筐体２１、１１とを備える。

第１の駆動回路５１は、Ｄ／Ａコンバータ４７と、ハイパスフィルタ４８と、ドライバアンプ４９と、ローパスフィルタ５０とを有する。また、第２の駆動回路５６は、Ｄ／Ａコンバータ５２と、ローパスフィルタ５３と、ドライバアンプ５４と、ローパスフィルタ５５とを有する。双方のＤ／Ａコンバータ４７、５２は、ＤＳＰ４２の出力をアナログ信号に変換する。第１の駆動回路５１のハイパスフィルタ４８は、例えば１ｋＨｚのカットオフ周波数、及び、３ｄＢ/octのカットオフ特性によって低周波域の周波数成分を遮断する。また、第２の駆動回路５６のローパスフィルタは、例えば１ｋＨｚのカットオフ周波数、及び、３ｄＢ／octのカットオフ特性によって高周波域の周波数成分を遮断する。双方のドライバアンプ４９、５４の出力は、ローパスフィルタ５０、５５によって、可聴周波以上の周波数成分が除去されて、夫々第２及び第１の音響出力部１３、２３から出力される。

図７は、ハイパスフィルタ４８及びローパスフィルタ５３の周波数特性を示す。ハイパスフィルタ４８及びローパスフィルタ５３のカットオフ周波数（１ｋＨｚ）及びカットオフ特性（３ｄＢ／oct）を図示のように揃えたことにより、全体の出力音響信号が、実質的に平坦な周波数特性を有する。

本実施形態では、音響信号源４１の出力は、ＤＳＰ４２により信号処理されて、第１及び第２の駆動回路５１、５６に入力される。第１の駆動回路５１では、ハイパスフィルタ４８により、低域側の周波数成分が除かれて、また、ローパスフィルタ５０により可聴周波以上の周波数成分が除かれて、電磁型マイクロスピーカから成る第１の音響出力部２３ら出力される。また、第２の駆動回路５６は、ローパスフィルタ５３により高域側の周波数成分が除かれて、また、ローパスフィルタ５５により可聴周波以上の周波数成分が除かれて、圧電型アクチュエータからなる第２の音響出力部１３から出力される。

圧電型アクチュエータ１３は、電気的にはほぼ純粋な容量性インピーダンスであるため、高周波域では低インピーダンスとなって低電流駆動が困難となる。従って、本実施形態では、圧電型アクチュエータ１３には、高周波成分を除いて入力する構成を採用している。また、電磁型マイクロスピーカ２３は、低周波域における再生性能が低く、大音量の低周波域の信号では歪みを発生し易い。このため、電磁型マイクロスピーカ２３には、低周波成分を除いて入力している。掛かる構成により、本実施形態例では、低電流駆動と、低周波域での音声の歪みを抑えた駆動とを可能にしている。

なお、本実施形態では、Ｄ／Ａコンバータ４７、５２でアナログ変換された信号に対して帯域通過フィルタを挿入しているが、信号処理部の内部又はＤ／Ａコンバータの内部にてフィルター・イコライザー処理を行うことも可能である。

図８は、図１の実施形態の変形例である。本変形例の電子機器１０Ｄでは、振動アクチュエータ１３を上部筐体２１の背面側の筐体部分に配置している。その他の構成は、図１の構成と同様である。つまり、本発明の音響再生装置を有する電子機器では、振動アクチュエータ１３は、必ずしも外部筐体３２に接触する筐体部分（下部筐体１１）上に設置しなくてもよく、上記変形例のように表示装置２２の近傍に配置してもよい。この場合、振動アクチュエータ１３は、電子機器１０Ｄの筐体全体を振動させることにより、音響特性を改善する。また、本発明における振動アクチュエータは、筐体に直接に搭載しなくともよく、例えば、筐体と機械的に結合された部分であって振動が伝わりやすい構造であれば、電子部品などを搭載する基板上であってもよい。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の電子機器及び音響再生方法は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の好適な態様として記載した各構成及び実施形態で記載した各構成については、本発明の必須の構成と共に用いることが好ましいが、単独であっても有益な効果を奏する構成については、必ずしも本発明の必須の構成として説明した全ての構成と共に用いる必要はない。

上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
スピーカから構成される第１の音響出力部と、
電気信号を振動に変換する振動アクチュエータ及びこの振動アクチュエータによって駆動される構造部材から構成される第２の音響出力部と、
を有することを特徴とする電子機器。

（付記２）
前記スピーカが、電磁型、圧電型又は静電型スピーカであることを特徴とする付記１に記載の電子機器。

（付記３）
前記振動アクチュエータが、電磁型、圧電型又は静電型アクチュエータであることを特徴とする付記１又は２に記載の電子機器。

（付記４）
前記構造部材が筐体の一部を構成する板材であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１つに記載の電子機器。

（付記５）
前記第１の音響出力部は、信号入力側に接続されたハイパスフィルタを有し、
前記第２の音響出力部は、信号入力側に接続され前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と同等のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１つに記載の電子機器。

（付記６）
キー入力に連動させて前記第２の音響出力部を駆動する駆動部を有することを特徴とする付記１乃至５のいずれか１つに記載の電子機器。

（付記７）
携帯端末装置に組み込まれるものであることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１つに記載の電子機器。

（付記８）
前記携帯端末装置が、相互に回動可能に結合された第１及び第２の筐体部分を有し、
前記第１の音響出力部が前記第１の筐体部分に配置され、
前記第２の音響出力部が前記第２の筐体部分に配置されていることを特徴とする付記７に記載の電子機器。

（付記９）
付記７又は８に記載の携帯端末装置を用いて音響を再生する方法であって、前記携帯端末装置を、外部筐体、充電装置又はクレードルに搭載して音響を再生することを特徴とする音響再生方法。

本発明は、携帯電話機等の携帯端末装置のように、その筐体のサイズが小さいため、音声及び音楽等の音響の再生能力が低い電子機器における高音質再生に有効である。

１０、１０Ａ〜１０Ｄ：電子機器
１１：下部筐体
１２：キーボード
１３：振動アクチュエータ（圧電素子）
１４：基板
２１：上部筐体
２２：表示装置
２３：スピーカ
３１：ヒンジ
４１：音響信号源
４２：ＤＳＰ
４３：復調回路
４４：複合回路
４５：音響信号処理回路
４７、５２：Ｄ／Ａコンバータ
４８：ハイパスフィルタ
４９、５４：ドライバアンプ
５３、５０、５５：ローパスフィルタ
５１：第１の駆動回路
５６：第２の駆動回路

Claims (8)

1. ユーザが直接操作入力するための入力部と、
   スピーカから構成され、前記入力部に対する操作入力に対応する電気信号に基づいて音響を出力する第１の音響出力部と、
   前記電気信号を振動に変換する振動アクチュエータ及びこの振動アクチュエータによって駆動される、前記入力部を設けた構造部材から構成され、前記入力部に対する操作入力に連動して前記振動アクチュエータにより前記構造部材を駆動し、前記第１の音響出力部から出力される音響と同時に前記第１の音響出力部から出力される音響よりも低域の周波数の音響を出力する第２の音響出力部と、
   を有する、
   ことを特徴とする電子機器。
2. 前記スピーカが、電磁型、圧電型又は静電型スピーカであることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記振動アクチュエータが、電磁型、圧電型又は静電型アクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
4. 前記構造部材が筐体の一部を構成する板材であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器。
5. 前記第１の音響出力部は、信号入力側に接続されたハイパスフィルタを有し、
   前記第２の音響出力部は、信号入力側に接続され前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数と同等のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子機器。
6. 携帯端末装置に組み込まれるものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 前記携帯端末装置が、相互に回動可能に結合された第１及び第２の筐体部分を有し、
   前記第１の音響出力部が前記第１の筐体部分に配置され、
   前記第２の音響出力部が前記第２の筐体部分に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
8. 請求項６又は７に記載の携帯端末装置を用いて音響を再生する方法であって、前記携帯端末装置を、外部筐体、充電装置又はクレードルに搭載して音響を再生することを特徴とする音響再生方法。

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