JP6581792B2 - 電気音響変換装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、例えばイヤホンあるいはヘッドホン、携帯情報端末等に適用可能な電気音響変換装置及びこれを備えた電子機器に関する。

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。

特開２０１３−１５０３０５号公報 実開昭６２−６８４００号公報

近年、例えばイヤホンやヘッドホン等の音響機器においては、音質の更なる向上が求められている。このため圧電発音素子においては、その電気音響変換機能の特性向上が必要不可欠とされている。

しかしながら特許文献２の構成では、ダイナミック型ドライバがフロントカバーによって閉塞されているため、所望とする周波数特性で音波を発生させることができないという問題がある。具体的には、所定の周波数帯域におけるピークレベルの調整や、低音域の特性曲線と高音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における周波数特性の最適化などに対して、柔軟に対応することが困難である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、所望とする周波数特性を容易に得ることができる電気音響変換装置及びこれを備えた電子機器を提供することにある。

以上の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、筐体と、圧電式発音体と、電磁式発音体と、通路部とを具備する。
上記圧電式発音体は、上記筐体に直接又は間接的に支持される第１の振動板と、上記第１の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含む。上記圧電式発音体は、上記筐体の内部を第１の空間部と第２の空間部とに区画する。
上記電磁式発音体は、第２の振動板を有し、上記第１の空間部に配置される。
上記通路部は、上記圧電式発音体又は上記圧電式発音体の周囲に設けられ、上記第１の空間部と上記第２の空間部との間を連通させる。

上記電気音響変換装置において、電磁式発音体によって発生した音波は、圧電式発音体の第１の振動板を振動させて第２の空間部へ伝播する音波成分と、通路部を介して第２の空間部へ伝播する音波成分との合成波で形成される。したがって、通路部の大きさ、個数等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とする周波数特性に調整することが可能となる。電磁式発音体は、典型的には、圧電式発音体よりも低音域の音波を生成するように構成される。この場合、例えば所定の低音帯域に音圧ピークが得られるような周波数特性を容易に得ることが可能となる。

また、通路部が圧電発音体に設けられているため、通路部の形態によって、第１の振動板の共振周波数（圧電発音体の周波数特性）が調整可能となる。これにより、例えば、電磁式発音体による低音域の特性曲線と圧電式発音体による高音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における合成周波数をフラットにするなど、所望とする周波数特性を容易に実現することができるようになる。

さらに、通路部は、電磁式発音体から発生した音波のうち所定以上の高周波成分をカットするローパスフィルタとしての機能を有する。これにより、圧電式発音体によって発生される高音域の周波数特性に影響を及ぼすことなく、所定の低周波帯域の音波を出力することが可能となる。

本発明の一形態に係る電子機器は、筐体と、圧電式発音体と、電磁式発音体と、通路部とを具備する電気音響変換装置を搭載する。
上記圧電式発音体は、上記筐体に直接又は間接的に支持される第１の振動板と、上記第１の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含む。上記圧電式発音体は、上記筐体の内部を第１の空間部と第２の空間部とに区画する。
上記電磁式発音体は、第２の振動板を有し、上記第１の空間部に配置される。
上記通路部は、上記圧電式発音体又は前記圧電式発音体の周囲に設けられ、上記第１の空間部と上記第２の空間部との間を連通させる。

以上のように、本発明によれば、所望とする周波数特性を有する電気音響変換装置及びこれを備えた電子機器を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電気音響変換装置を示す概略側断面図である。 上記電気音響変換装置における電磁式及び圧電式発音体の組立前の状態を示す概略側断面図である。 上記電磁式発音体の概略平面図である。 上記圧電式発音体を構成する圧電素子の一構成例を示す概略斜視図である。 図４の圧電素子の概略側断面図である。 上記圧電素子の他の構成例を示す概略斜視図である。 図６の圧電素子の概略側断面図である。 上記圧電式発音体の一構成例を示す概略平面図である。 上記圧電式発音体の他の構成例を示す概略平面図である。 比較例に係る電気音響変換装置の周波数特性を示す図である。 図１の電気音響変換装置の周波数特性を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る電気音響変換装置を示す概略側断面図である。 図１２の電気音響変換装置における圧電式発音体の一構成例を示す概略平面図である。 上記圧電式発音体の他の構成例を示す概略平面図である。 上記圧電式発音体の更に他の構成例を示す概略平面図である。 図１２の電気音響変換装置の周波数特性を示す図である。 上記電気音響変換装置の構成の変形例を示す模式図である。 上記電磁式発音体の内部構造を概略的に示す断面図である。 上記電気音響変換装置の構成の変形例を示す要部断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電気音響変換装置としてのイヤホン１００の構成を示す概略側断面図である。
図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示している。

［イヤホンの全体構成］
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の音道１１に取り付けられるとともに、ユーザの耳に装着可能に構成される。

イヤホン本体１０は、発音ユニット３０と、発音ユニット３０を収容するハウジング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。ハウジング４０は、筐体４１と、カバー４２とを有する。

［筐体］
筐体４１は、有底の円筒形状を有し、典型的には、プラスチックの射出成形体で構成される。筐体４１は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、その底部４１０には、上記内部空間と連通する音道１１が設けられている。

筐体４１は、圧電式発音体３２の周縁部を支持する支持部４１１と、発音ユニット３０の周囲を囲む側壁部４１２とを有する。支持部４１１及び側壁部４１２はいずれも環状に形成されており、支持部４１１は、側壁部４１２の底部近傍から内方側へ突出するように設けられている。支持部４１１は、ＸＹ平面に平行な平面で形成されており、後述する圧電式発音体３２の周縁部を直接又は他の部材を介して間接的に支持する。なお、支持部４１１は、側壁部４１２の内周面に沿って環状に配置された複数の柱体で構成されてもよい。

［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、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。台座部３１２は、筐体４１の側壁部４１２の内径と略同一の外径を有する略円盤形状に形成され、側壁部４１２に嵌合する周面部３１ｅ（図２）を有する。

電磁式発音体３１の機構部３１１の構成は特に限定されない。図１８は、機構部３１１の一構成例を示す要部の断面図である。機構部３１１は、台座部３１２に振動可能に支持された振動板Ｅ１（第２の振動板）と、永久磁石Ｅ２と、ボイスコイルＥ３と、永久磁石Ｅ２を支持するヨークＥ４とを有する。振動板Ｅ１は、その周縁部が台座部３１２の底部とこれに一体的に組み付けられる環状固定具３１０との間に挟持されることで、台座部３１２に支持される。

ボイスコイルＥ３は、巻き芯となるボビンに導線を巻きつけて形成され、振動板Ｅ１の中央部に接合されている。また、ボイスコイルＥ３は、永久磁石Ｅ２の磁束の方向に対して垂直（図中Ｙ軸方向）に配置される。ボイスコイルＥ３に交流電流（音声信号）を流すとボイスコイルＥ３に電磁力が作用するため、ボイスコイルＥ３は信号波形に合わせて図中Ｚ軸方向に振動する。この振動がボイスコイルＥ３に連結された振動板Ｅ１に伝達され、第１の空間部Ｓ１内の空気を振動させることにより上記低音域の音波を発生させる。

図２は、筐体４１への組み付け前の状態を示す発音ユニット３０の概略側断面図、図３は、発音ユニット３０の概略平面図である。

電磁式発音体３１は、圧電式発音体３２に対向する第１の面３１ａと、その反対側の第２の面３１ｂとを有する円盤形状を有する。第１の面３１ａの周縁部には、圧電式発音体３２の周縁部に接触可能に対向する脚部３１２ａが設けられている。脚部３１２ａは環状に形成されるが、これに限られず、複数の柱体で構成されてもよい。

第２の面３１ｂは、台座部３１２の上面中央部に設けられた円盤状の隆起部３１ｃの表面に形成される。第２の面３１ｂには、発音ユニット３０の電気回路を構成する回路基板３３が固定されている。回路基板３３の表面には、図３に示すように、各種配線部材と接続される複数の端子部３３１，３３２，３３３が設けられている。回路基板３３は、典型的には配線基板で構成されるが、少なくとも各配線部材が接続される端子部を備えた基板であればよい。また、回路基板３３は、第２の面３１ｂに設けられる例に限られず、例えばカバー４２の内壁部等の他の部位に設けられてもよい。

各端子部３３１〜３３３は、それぞれ一対ずつ設けられている。端子部３３１は、図示しない再生装置から送信される再生信号を入力する配線部材Ｃ１がそれぞれ接続される。端子部３３２は、配線部材Ｃ２を介して電磁式発音体３１の入力端子３１３にそれぞれ電気的に接続される。端子部３３３は、配線部材Ｃ３を介して圧電式発音体３２の入力端子３２４，３２５にそれぞれ電気的に接続される。なお、各配線部材Ｃ２，Ｃ３は、回路基板３３を介さずに配線部材Ｃ１に直結されてもよい。

［圧電式発音体］
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。圧電式発音体３２は、振動板３２１（第１の振動板）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、後述するような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４１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。振動板３２１の外径は、電磁式発音体３１の外径よりも小さく設定されており、本実施形態では、直径約１２ｍｍ、厚み約０．２ｍｍの振動板が用いられる。なお、振動板３２１は平板状のものである場合に限られず、ドーム形状等のような３次元構造体であってもよい。

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ない場合にも、実質的に円形として扱うものとする。

図１及び図２に示すように、振動板３２１は、筐体４１に支持される周縁部３２１ｃを有する。発音ユニット３０は、筐体４１の支持部４１１と振動板３２１の周縁部３２１ｃとの間に配置された環状部材３４をさらに有する。環状部材３４は、電磁式発音体３１の脚部３１２ａを支持する支持面３４１を有する。環状部材３４の外径は、筐体４１の側壁部４１２の内径と略同一に形成される。

なお、振動板３２１の周縁部３２１ｃには、振動板３２１の一方の主面（第１の主面３２ａ）の周縁部、振動板３２１の他方の主面（第２の主面３２ｂ）の周縁部、及び、振動板３２１の側面が含まれる。

環状部材３４を構成する材料は特に限定されず、例えば、金属材料、合成樹脂材料、ゴム等の弾性材料などで構成される。環状部材３４がゴム等の弾性材料で構成される場合、振動板３２１の共振のぶれが抑制され、これにより振動板３２１の安定した共振動作を確保することができる。

振動板３２１は、音道１１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２の主面３２ｂ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。

これに限られず、圧電素子３２２は、振動板３２１の第１の主面３２ａ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、圧電素子３２２の一構成例を示す概略斜視図、図５はその概略断面図である。図６は、圧電素子３２２の他の構成例を示す概略斜視図、図７はその概略断面図である。

圧電素子３２２の平面形状は、多角形状に形成されており、本実施形態では矩形（長方形）とされるが、正方形や平行四辺形、台形などの他の四角形、あるいは四角形以外の多角形、あるいは円形、楕円形、長円形等であってもよい。圧電素子３２２の厚みも特に限定されず、例えば約５０μｍとされる。

圧電素子３２２は、複数の圧電層と複数の電極層とが交互に積層された構造を有する。典型的には、圧電素子３２２は、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特性を有する複数のセラミックシートＬｄを、電極層Ｌｅを挟んで相互に積層した後、所定温度で焼成することで作製される。各電極層の一端部は、誘電体層Ｌｄの長辺方向の両端面に交互に引き出される。一方の端面に露出する電極層Ｌｅは第１の引出電極層Ｌｅ１に接続され、他方の端面に露出する電極層Ｌｅは第２の引出電極層Ｌｅ２に接続される。圧電素子３２２は、第１及び第２の引出電極層Ｌｅ１，Ｌｅ２間に所定の交流電圧を印加することで、所定周波数で伸縮するとともに、振動板３２１は所定周波数で振動させることになる。圧電層及び電極層の積層数は特に限定されず、必要とされる音圧が得られる適宜の層数にそれぞれ設定される。

図４及び図５に示す圧電素子３２２の構成例では、第１の引出電極層Ｌｅ１は、誘電体層Ｌｄの一方の端面から下面にかけて形成され、第２の引出電極層Ｌｅ２は、誘電体層Ｌｄの他方の端面から上面にかけて形成される。圧電素子３２２の下面は、はんだ、導電性接着材などの導電材料を介して振動板３２１の第２の主面３２ｂに接合される。この場合、振動板３２１は金属材料で構成されるが、第２の主面３２ｂが導電材料で被覆された絶縁材料で構成されてもよい。

そこで本実施形態では、図２に示すように、２本の配線部材Ｃ３のうち、一方の配線部材Ｃ３（第１の配線部材）は、振動板３２１に設けられた端子部３２４に接続され、他方の配線部材Ｃ３（第２の配線部材）は、圧電素子３２２に設けられた端子部３２５に接続される。一方の端子部３２４は、振動板３２１の第２の主面３２ｂに設けられ、他方の端子部３２５は、圧電素子３２２上面の第２の引出電極層Ｌｅ２に設けられる。これにより、第１及び第２の引出電極層Ｌｅ１，Ｌｅ２の間に所定の駆動電圧を印加することが可能となる。

一方、図６及び図７示す圧電素子３２２の構成例においては、第１の引出電極層Ｌｅ１は、誘電体層Ｌｄの一方の端面から上面の一部にかけて形成され、第２の引出電極層Ｌｅ２は、誘電体層Ｌｄの他方の端面から上面の他の一部にかけて形成される。この場合、圧電素子３２２の上面に２つの引出電極層Ｌｅ１，Ｌｅ２が相互に隣接して露出するため、これらの上に端子部３２４，３２５がそれぞれ設けられてもよい。この場合、振動板３２１は、絶縁材料で構成されてもよい。

図１に示すように、圧電式発音体３２は、振動板３２１の周縁部３２１ｃに環状部材３４が装着された状態で、筐体４１の支持部４１１に組み付けられる。環状部材３４と支持部４１１との間には、これらを接合する接着層が設けられてもよい。筐体４１の内部空間は、圧電式発音体３２によって、第１の空間部Ｓ１と、第２の空間部Ｓ２とに区画される。第１の空間部Ｓ１は、電磁式発音体３１を収容する空間部であり、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２との間に形成される。第２の空間部Ｓ２は、音道１１に連通する空間部であり、圧電式発音体３１と筐体４１の底部との間に形成される。

電磁式発音体３１は、環状部材３４の上に組み付けられる。電磁式発音体３１の外周縁部と筐体４１の側壁部４１２との間には、必要に応じて接着層が設けられる。当該接着層は、封止層としても機能するため、電磁式発音体３１の音場形成空間（第１の空間部Ｓ１）の密閉度を高めることができる。また、電磁式発音体３１と環状部材３４との密着作用により、第１の空間部Ｓ１の所定の容積を安定に確保できるとともに、当該容積の変動による製品間での音質のバラツキの発生を防止することができる。

［カバー］
カバー４２は、筐体４１の内部を閉塞するように側壁部４１２の上端に固定される。カバー４２の内部上面には、電磁式発音体３１を環状部材３４に向けて押圧する押圧部４２１を有する。これにより、環状部材３４は、電磁式発音体３１の脚部３１２ａと筐体４１の支持部４１１との間に強固に挟持されるため、振動板３２１の周縁部３２１ｃを筐体４１に一体的に接続することが可能となる。

カバー４２の押圧部４２１は環状に形成され、その先端部は、弾性層４２２を介して、電磁式発音体３１の隆起部３１ｃの周囲に形成された環状の上面部３１ｄ（図２及び図３参照）に接触する。これにより、電磁式発音体３１が、環状部材３４の全周にわたって均一な力で押圧されることになり、筐体４１の内部において発音ユニット３０を適正に位置決めすることが可能となる。なお押圧部４２１は、環状に形成される場合に限られず、複数の柱体で構成されてもよい。

カバー４２の所定位置には、回路基板３３の端子部３３１に接続される配線部材Ｃ１を図示しない再生装置へ導出するためのフィードスルーが設けられている。

［配線部材Ｃ３の引出構造］
本実施形態においては、圧電式発音体３２に接続される各配線部材Ｃ３は、振動板３２１の第２の主面３２ｂ側から引き出されるように構成される。すなわち圧電式発音体３２の各端子部３２４，３２５は、第１の空間部Ｓ１に臨んで配置されているため、これら配線部材Ｃ３を回路基板３３上の端子部３３３に導くための引き回し経路が必要となる。そこで本実施形態では、電磁式発音体３１のベース部３１２の側周面と、環状部材３４とに、それぞれ配線部材Ｃ３を収容可能なガイド溝が設けられている。

図２に示すように、電磁式発音体３１の周面部３１ｅ及び上面部３１には、第１の面３１ａと第２の面３１ｂとの間で引き回される複数の配線部材Ｃ３を収容する第１のガイド溝３１ｆが設けられている。これにより、電磁式発音体３１の周面部３１ｅと筐体４１の側壁部４１２との間、及び、電磁式発音体３１の上面部３１ｄとカバー４２の押圧部４２１との間において、配線部材Ｃ３を損傷させることなく容易に引き回すことが可能となる。

第１のガイド溝３１ｆは、上面部３１ｄにあっては径方向に、周面部３１ｅにあっては高さ方向（Ｚ軸方向）に沿ってそれぞれ形成されている。上面部３１ｄ及び周面部３１ｅに形成される各ガイド溝３１ｆは、相互に接続されている。第１のガイド溝３１ｆは角溝で構成されるが、丸溝等の他の形状の凹溝で構成されてもよい。第１のガイド溝３１ｆの形成位置は特に限定されないが、図３に示すように回路基板３３の端子部３３３に近い位置に設けられるのが好ましい。

なお、カバー４２の押圧部４２１が複数の柱体で構成される場合には、これら柱体間に配線部材Ｃ３を通すことができるため、上面部３１ｄへのガイド溝３１ｆの形成は省略することができる。

一方、環状部材３４の支持面３４１には、複数の配線部材Ｃ３を収容可能な第２のガイド溝３４ａが設けられている。第２のガイド溝３４ａは、環状部材３４の内周縁部と外周縁部との間を連絡するように径方向に直線的に形成される。第２のガイド溝３４ａは、発音ユニット３０を筐体４１の内部に組み込んだ状態において、第１のガイド溝３１ｆと連通する位置に形成される。これにより、電磁式発音体３１の脚部３１２ａと環状部材３４との間において、配線部材Ｃ３を損傷させることなく容易に引き回すことが可能となる。

［通路部］
第１の空間部Ｓ１が密閉されていると、所望とする周波数特性で低音域の音波を発生させることができない場合がある。具体的には、所定の周波数帯域におけるピークレベルの調整や、低音域の特性曲線と高音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における周波数特性の最適化などに対して、柔軟に対応することが困難となる。

そこで本実施形態では、圧電式発音体３２に、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２との間を連通させる通路部３５が設けられている。図８は、圧電式発音体３２の構成を示す概略平面図である。

通路部３５は、振動板３２１の厚み方向に設けられる。本実施形態において通路部３５は、振動板３２１に設けられた複数の貫通孔で構成される。図８に示すように通路部３５は、圧電素子３２２の周囲に複数形成される。振動板３２１の周縁部３２１ｅには環状部材３４が取り付けられるため、圧電素子３２２と環状部材３４との間の領域に通路部３５が設けられる。本実施形態では、圧電素子３２２が矩形状の平面形状を有するため、圧電素子３２２の少なくとも１つの辺部と振動板３２１の周縁部３２１ｃ（環状部材３４）との間の領域に通路部３５が設けられることで、圧電素子３２２の大きさを必要以上に制限することなく、通路部３５を形成する領域を確保することができる。

通路部３５は、電磁式発音体３１で生成された音波の一部を第１の空間部Ｓ１から第２の空間部Ｓ２へ通すためのものである。したがって、通路部３５の数や大きさ等によって、低音域の周波数特性を調整あるいはチューニングすることができ、所望とする低音域の周波数特性に応じて通路部３５の数や大きさ等が決定される。このため通路部３５の数や大きさは図８の例に限られず、例えば、通路部３５は単数であってもよい。

なお、通路部３５の開口形状も円形に限られず、その数も場所によって異なっていてもよい。例えば、通路部３５には、図９に示すように楕円形の通路部３５１が含まれてもよい。

［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の回路基板３３には、配線部材Ｃ１を介して再生信号が入力される。再生信号は、回路基板３３及び配線部材Ｃ２，Ｃ３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以上の高温域の音波が生成される。生成された各帯域の音波は、音道１１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、電磁式発音体３１によって発生した音波は、圧電式発音体３２の振動板３２１を振動させて第２の空間部Ｓ２へ伝播する音波成分と、通路部３５を介して第２の空間部Ｓ２へ伝播する音波成分との合成波で形成される。したがって、通路部３５の大きさ、個数等を最適化することにより、圧電式発音体３１から出力される低音域の音波を、例えば所定の低音帯域に音圧ピークが得られるような周波数特性に調整あるいはチューニングすることが可能となる。

本実施形態では、通路部３５が振動板３２１の厚み方向に貫通する貫通孔で構成されているため、第１の空間部Ｓ１から第２の空間部Ｓ２への音波伝搬経路を最小（最短）にすることができる。これにより、所定の低音域に音圧ピークを設定しやすくなる。

例えば図１０は、上記音波伝搬経路が必要以上に長くなったときの再生音波についての特性図である。図において横軸は周波数、縦軸は音圧（任意単位）であり、Ｆ１は、電磁式発音体により再生された低音域の周波数特性を、Ｆ２は圧電式発音体で再生された高音域の周波数特性をそれぞれ示している。図１０の例では、約３ｋＨｚ付近で大きなディップが生じている。再生音が楽曲の場合、一般に３ｋＨｚの帯域はボーカルの発声音の周波数帯域に相当する。したがってこの帯域にディップが生じると、ボーカルの音質が低下する傾向にある。

一方、図１１は、通路部３５を最短経路で構成したときの再生音波についての図１０と同様の特性図である。本実施形態によれば、３ｋＨｚ付近にピークを有する低音周波数特性を得ることができる。これにより、ボーカルの音質が改善されるため、楽曲の再生品質を向上させることが可能となる。

また、通路部３５は、電磁式発音体から発生した音波のうち所定以上の高周波成分をカットするローパスフィルタとしての機能を有する。これにより、圧電式発音体３２によって発生される高音域の周波数特性に影響を及ぼすことなく、所定の低周波帯域の音波を出力することが可能となる。

さらに本実施形態によれば、圧電式発音体３２は、複数の配線部材Ｃ３をすべて振動板３２１の第２の主面３２ｂ側に引き出すように構成されているため、振動板３２１の第１の主面３２ａ側から配線を引き出す場合と比較して、圧電素子３２２への配線部材Ｃ３の接続作業性だけでなく、筐体４１への組立性の向上を図ることができる。

しかも、発音ユニット３０は、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とを配線部材Ｃ３によって相互に接続した状態で筐体４１の内部へ一括的に組み込むことができるため、組立性の更なる向上を図ることができる。また、配線部材Ｃ３を収容可能な第１及び第２のガイド溝３１ｆ，３４ａが電磁式発音体３１の周面部３１ｅ及び環状部材３４の支持面３４１にそれぞれ設けられているため、配線部材Ｃ３を損傷させることなく、適正な経路で引き回すことが可能となる。これにより、作業の熟練度を必要とすることなく、安定した組立精度を確保することが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図１２は、本発明の他の実施形態に係るイヤホン２００の概略断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態のイヤホン２００は、発音ユニット５０、特に圧電式発音体５２の構成が上述の第１の実施形態と異なる。圧電式発音体５２は、振動板５２１と、振動板５２１の一方の主面（本例では第１の空間部Ｓ１に対向する主面）に接合された圧電素子３２２とを有する。

図１３は、圧電式発音体５２の構成を示す概略平面図である。図１３に示すように振動板５２１の周縁部には、径外方へ放射状に突出する複数（図示の例では３つ）の突出片５２１ｇが設けられている。複数の突出片５２１ｇは、環状部材３４の内周部に固定される。したがって振動板５２１は、複数の突出片５２１ｇ及び環状部材３４を介して、筐体４１の支持部４１１に固定される。

複数の突出片５２１ｇは、典型的には、等角度間隔で形成される。複数の突出片５２１ｇは、振動板５２１の周縁部に複数の切欠き部５２１ｈを設けることで形成される。突出片５２１ｇの突出量は、切欠き部５２１ｈの切欠き深さで調整される。

圧電式発音体５２には、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２との間を連通させる通路部５５が設けられている。本実施形態では、環状部材３４の内周面と、隣接する複数の突出片５２１ｇとの間に、所定幅の円弧状の開口が形成されるように、各切欠き部５２１ｈの切欠き深さが設定される。上記開口により、振動板５２１の厚み方向に貫通する通路部５５が形成される。

通路部５５の数、振動板５２１の径方向に沿った開口幅、振動板５２１の円周方向に沿った開口長さ等は適宜設定可能であり、所望とする低音域の周波数特性に応じて決定される。これにより、第１の実施形態と同様に、例えば所定の低音域（例えば３ｋＨｚ）に音圧ピークを有する再生音の周波数特性を得ることが可能となる。図１４は、４つの突出片５２１ｇを有する振動板５２１の構成例を示し、図１５は、５つの突出片５２１ｇを有する振動板５２１の構成例を示す。

また本実施形態の振動板５２１は、複数の突出部５２１ｇの一部または全部を支点として振動するように構成されるため、突出部５２１ｇの数、形状、配置または固定方法によって振動板５２１の共振周波数を調整することが可能となる。例えば、図１４のように支点を４か所に設けた振動板５２１の共振周波数を１０ｋＨｚに設計した場合、図１３のような支点が３か所の振動板５２１の共振周波数は例えば８ｋＨｚと低くなり、図１５のような支点が５か所の振動板５２１の共振周波数は例えば１２ｋＨｚと高くなる。その他、振動板５２１の厚みや外径、材質等によっても共振周波数を調整することが可能となる。

以上のように突出部５２１ｇの数等で振動板５２１の共振周波数を調整することが可能であるため、例えば、電磁式発音体３１による低音域の特性曲線と圧電式発音体５２による高音域の特性曲線との交差部（クロスポイント）における合成周波数をフラットにするなど、所望とする周波数特性を容易に実現することができるようになる。

図１６Ａ〜Ｃは、振動板５２１の共振周波数とイヤホン２００の再生音の周波数特性との関係を説明する模式図であり、横軸は周波数、縦軸は音圧を示している。各図中、Ｆ１（細実線）は、電磁式発音体３１により再生される低音域と周波数特性を、Ｆ２（破線）は圧電式発音体５２により再生される高音域の周波数特性を、そして、Ｆ０（太実線）はこれらの合成特性をそれぞれ示している。さらに、Ｐは、曲線Ｆ１と曲線Ｆ２との交点、すなわち上記クロスポイントを示している。

図１６Ａ〜Ｃにおいて、振動板５２１の共振周波数は、Ｂ、Ｃ及びＡの順で高くなる。図１６Ａの例では、クロスポイントＰの帯域でディップが生じやすく、図１６Ｂの例では、クロスポイントＰの帯域でピークが生じやすい。これに対して、図１６Ｃの例では、クロスポイントＰの帯域でフラットな特性が得られる。

一般に、ハイブリッドスピーカにおいては、低音域域の特性曲線と高音域の特性曲線とのクロスポイントが音質のチューニングの際に重要である。典型的には、図１６Ｃに示すようにクロスポイントＰの帯域で低音域と高音域との合成周波数がフラットになるように調整される。本実施形態によれば、振動板５２１の支点（突出片５２１ｇ）の数によって振動板５２１の共振周波数を調整することができるため、クロスポイントＰの帯域がフラットとなるような所望の周波数特性を容易に実現することができる。

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、低音域の音波を音道へ導く通路部が圧電式発音体に設けられたが、これに限られず、圧電式発音体の周囲に設けられてもよい。この場合、例えば図１７に模式的に示すように、圧電式発音体Ｕ２の外径は、筐体Ｂの側壁部の内径よりも小さく形成され、これらの間に、電磁式発音体Ｕ１で発生した低音域の音波を通過させる通路部Ｔが形成される。なお、圧電式発音体Ｕ２は、複数の支柱Ｒを介して筐体Ｂの底部Ｂ１に固定される。これにより、通路部Ｔを通過した音波を音道Ｂ２へ導くことができる。

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１００，２００を例に挙げて説明したが、これに限られず、ヘッドホンや補聴器などにも適用可能である。また、本発明は、携帯情報端末やパーソナルコンピュータ等の電子機器に搭載されるスピーカユニットとして適用することも可能である。

さらに以上の各実施形態において、発音ユニット３０，５０は、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とをそれぞれ別部品として構成されたが、これらを一体化した単一部品で構成されてもよい。例えば図１９に、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とが一体化された発音ユニット３００の構成例を示す。

図１９において、圧電式発音体３２の振動板３２３の周縁部３２３ｃは、環状固定具３１０によって、電磁式発音体３１の振動板Ｅ１の周縁部とともに台座部３１２に固定される。環状固定具３１０は、台座部３１２に組み付けられることで、２つの振動板３２３，Ｅ１の周縁部を共通に支持する固定部を構成する。また、圧電式発音体３２の振動板３２３において、圧電素子３２２に接合され振動面を構成する中央領域は、電磁式発音体３１の振動板Ｅ１から遠ざかる方向に周縁部３２３ｃから屈曲するように形成された浅皿形状を有する。これにより、２つの振動板３２３，Ｅ１が相互に干渉することなく独立して振動することが可能となる。

また、振動板３２３の上記中央領域には、電磁式発音体３１において発生した低音域の音波が通過可能な通路部３５が設けられる。通路部３５は、第１の実施形態と同様に貫通孔で構成されるが、第２の実施形態と同様に、周縁部３２３ｃに切欠き部を形成することで構成されてもよい。

上記構成の発音ユニット３００によれば、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とが相互に一体化された単一部品で構成されるため、発音ユニット３００の構成の簡素化、薄型化を図ることが可能となる。また、部品点数の削減が図れるため、電気音響変換装置の組立性を向上させることが可能となる。

１０…イヤホン本体
１１…音道
２０…イヤピース
３０，５０，３００…発音ユニット
３１…電磁式発音体
３２，５２…圧電式発音体
３４…環状部材
３５，５５…通路部
４１…筐体
３２１，３２３，５２１…振動板
３２２…圧電素子
Ｓ１…第１の空間部
Ｓ２…第２の空間部

Claims (12)

1. 筐体と、
   前記筐体に直接又は間接的に支持される第１の振動板と、前記第１の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含み、前記筐体の内部を第１の空間部と第２の空間部とに区画する圧電式発音体と、
   第２の振動板を有し、前記第１の空間部に配置された電磁式発音体と、
   前記圧電式発音体に設けられ、前記第１の空間部と前記第２の空間部との間を連通させる通路部と
   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、
   前記通路部は、前記第１の振動板の厚み方向に設けられる
   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、
   前記通路部は、前記第１の振動板に設けられた単数又は複数の貫通孔で構成される
   電気音響変換装置。
4. 請求項３に記載の電気音響変換装置であって、
   前記貫通孔の開口形状は、円形又は楕円形である
   電気音響変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気音響変換装置であって、
   前記第１の振動板の平面形状は略円形であり、
   前記圧電素子の平面形状は多角形状である
   電気音響変換装置。
6. 請求項５に記載の電気音響変換装置であって、
   前記通路部は、前記第１の振動板に設けられた単数又は複数の貫通孔で構成され、
   前記通路部は、前記圧電素子の辺部と前記第１の振動板の周縁部との間の領域に設けられる
   電気音響変換装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気音響変換装置であって、
   前記筐体は、前記第１の振動板の周縁部を支持する支持部を有し、
   前記周縁部は、前記支持部に接着固定される
   電気音響変換装置。
8. 請求項７に記載の電気音響変換装置であって、
   前記支持部は、前記周縁部を支持する複数の柱体で構成される
   電気音響変換装置。
9. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気音響変換装置であって、
   前記筐体と前記第１の振動板の周縁部との間に配置され、前記筐体と前記周縁部とを一体的に接続する環状部材をさらに具備する
   電気音響変換装置。
10. 請求項１〜６のいずれか１つに記載の電気音響変換装置であって、
    前記電磁式発音体は、前記第１の振動板の周縁部と前記第２の振動板の周縁部とを共通に支持する固定部をさらに有する
    電気音響変換装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の電気音響変換装置であって、
    前記圧電素子は、複数の圧電層と複数の電極層とが交互に積層された構造を有する
    電気音響変換装置。
12. 筐体と、
    前記筐体に直接又は間接的に支持される第１の振動板と、前記第１の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含み、前記筐体の内部を第１の空間部と第２の空間部とに区画する圧電式発音体と、
    第２の振動板を有し、前記第１の空間部に配置された電磁式発音体と、
    前記圧電式発音体に設けられ、前記第１の空間部と前記第２の空間部との間を連通させる通路部と
    を具備する電気音響変換装置を搭載した電子機器。

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