JP6875908B2 - 電気音響変換装置 - 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。また、ダイナミック型スピーカと組み合わせた場合における高音域での高音圧化が望まれている。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、圧電式発音体の音響特性の向上を図ることができる電気音響変換装置を提供することにある。

上記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、圧電式発音体と、筐体とを具備する。
上記圧電式発音体は、周縁部を有する第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、上記圧電素子の周囲に設けられ上記第１の振動板をその厚み方向である第１の軸方向に貫通する複数の開口部と、を有する。
上記筐体は、上記周縁部を直接又は間接的に支持する支持部と、上記圧電式発音体と上記第１の軸方向に対向する導音口とを有する。上記導音口は、上記複数の開口部のうち最も大きい開口面積を有する第１の開口部と上記第１の軸方向に重なり合わない位置に設けられる。

上記電気音響変換装置によれば、導音口が第１の開口部と第１の軸方向に重なり合わない位置に設けられているため、圧電式発音体の音圧特性の向上を図ることができる。

上記第１の開口部は、上記圧電素子の周縁部に一部が被覆されてもよい。
この場合、上記第１の開口部は、上記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に相互に対向する一対の開口部で構成されてもよい。
そして、記複数の開口部は、上記導音口と上記第１の軸方向に重なり合う第２の開口部を含んでもよい。

あるいは、上記複数の開口部は、上記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に上記第１の開口部と対向する第２の開口部を含んでもよい。

上記電気音響変換装置は、第２の振動板を含む電磁式発音体をさらに具備してもよい。この場合、上記筐体は、上記電磁式発音体が配置される第１の空間部と、上記複数の開口部を介して上記第１の空間部と上記導音口とを連通させる第２の空間部と、を有する。

本発明の他の形態に係る電気音響変換装置は、圧電式発音体と、筐体とを具備する。
上記圧電式発音体は、周縁部を有する第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、上記第１の振動板及び上記圧電素子をそれらの厚み方向である第１の軸方向に貫通する開口部と、を有する。
上記筐体は、上記周縁部を支持する支持部と、上記圧電式発音体と上記第１の軸方向に対向し上記開口部と上記第１の軸方向に重なり合わない位置に設けられた導音口と、を有する。

以上述べたように、本発明によれば、圧電式発音体の音響特性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る電気音響変換装置の構成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発音体の一構成例を示す要部の断面図である。 上記電気音響変換装置における圧電式発音体の概略平面図である。 上記圧電式発音体における圧電素子の内部構造を示す概略断面図である。 上記電気音響変換装置における支持部材の概略平面図である。 上記圧電式発音体を含む発音ユニットの分解側断面図である。 上記圧電式発音体の音圧特性の一例を示す実験結果である。 圧電式発音体と導音口との相対位置を説明する概略平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気音響変換装置における圧電式発音体の概略平面図である。 上記圧電式発音体の音圧特性の一例を示す実験結果である。 圧電式発音体と導音口との相対位置を説明する概略平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る電気音響変換装置における圧電式発音体の概略平面図である。 上記圧電式発音体の構成の変形例を示す概略平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜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の導音路４１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を収容する筐体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。

［筐体］
筐体４０は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、Ｚ軸方向に分離可能な２分割構造で構成される。

筐体４０は、第１の筐体部４０１と第２の筐体部４０２との結合体で構成される。第１の筐体部４０１は、発音ユニット３０を内部に収容する収容空間を有する。第２の筐体部４０２は、発音ユニット３０により生成される音波を外部へ導く導音路４１を有し、第１の筐体部４０１とＺ軸方向に組み合わされることで、発音ユニット３０を被覆する。

導音路４１は、その基端部（イヤピース２０が装着される先端部とは反対の端部）に導音口４１ａを有する。導音口４１ａは、導音路４１の入口に相当し、ＸＹ平面に平行な円形の開口形状を有する。導音口４１ａは、筐体４０の中心からＸ軸方向に偏った位置に設けられるとともに、圧電式発音体３２とＺ軸方向に対向している。導音路４１は、導音口４１ａからＺ軸方向に対してＸ軸方向へ所定角度傾斜して第２の筐体部４２の底部４１０から外方へ直線的に突出する。

筐体４０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には電磁式発音体３１が配置される。第２の空間部Ｓ２は、導音路４１に連通する空間部であり、圧電式発音体３２と第２の筐体部４０２の底部４１０との間に形成される。第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とは、圧電式発音体３２の通路部３３０（図３参照）を介して相互に連通している。

［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）として機能するダイナミック型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。

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２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（図１）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。

電磁式発音体３１は、筐体４０の内部に適宜の方法で固定される。電磁式発音体３１の上部には、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は、筐体４０のリード部４２を介して導入されたケーブル５０と電気的に接続され、図示しない配線部材を介して電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２へそれぞれ電気信号を出力する。

［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、後述するように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４０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。本実施形態では、直径約８〜１２ｍｍ、厚み約０．２ｍｍの振動板が用いられる。

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でない場合にも、実質的に円形として扱うものとする。

振動板３２１は、導音路４１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１の主面３２ａ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。
なおこれに限られず、圧電素子３２２は、振動板３２１の第２の主面３２ｂ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３は、圧電式発音体３２の平面図である。

図３に示すように、圧電素子３２２の平面形状は矩形状であり、圧電素子３２２の中心軸は、典型的には、振動板３２１の中心軸Ｃ１と同軸上に配置されている。これに限られず、圧電素子３２２の中心軸は、振動板３２１の中心軸Ｃ１よりも例えばＸ軸方向に所定量だけ変位してもよい。つまり、圧電素子３２２は、振動板３２１に対して偏心した位置に配置されてもよい。これにより、振動板３２１の振動中心が中心軸Ｃ１とは異なる位置にずれるため、圧電式発音体３２の振動モードが振動板３２１の中心軸Ｃ１に関して非対称となる。したがって、例えば振動板３２１の振動中心を導音路４１に接近させることにより、高音域の音圧特性の更なる向上を図ることができる。

振動板３２１は、その面内に複数の通路部３３０を有する。これら通路部３３０は、振動板３２１を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通する通路部を構成し、第１の開口部３３１と、第２の開口部３３２とを含む。通路部３３０は、筐体４０の内部において、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とを相互に連通させる。

第１の開口部３３１は、周縁部３２１ｃと圧電素子３２２との間にそれぞれ設けられ、Ｘ軸方向に長辺を有する矩形状に形成される。第１の開口部３３１は、圧電素子３２２の周縁部に沿って形成され、それらの一部は、圧電素子３２２の周縁部に部分的に被覆される。第１の開口部３３１は、振動板３２１の表裏を貫通する通路としての機能のほか、後述するように、圧電素子３２２の有する２つの外部電極間の短絡防止の機能をも有する。

第１の開口部３３１は、通路部３３０を構成する複数の開口部のうち最も大きい開口面積を有する開口部である。第１の開口部３３１の数は特に限定されず、１つ又は２つ以上であってもよい。本実施形態では、圧電素子３２２のＹ軸方向に対向する一対の対辺の直下にそれぞれ同一の大きさで設けられた、Ｘ軸方向に長辺を有する開口形状が矩形の開口部で構成される。

第２の開口部３３２は、振動板３２１の周縁部３２１ｃと圧電素子３２２との間の領域に設けられた複数の円形の孔で構成される。これら第２の開口部３３２は、中心線ＣＬ（振動板３２１の中心を通るＸ軸方向に平行な線）上の、中心軸Ｃ１に関して対称な位置にそれぞれ（計４つ）設けられる。第２の開口部３３２はそれぞれ同一径（例えば直径約１ｍｍ）の丸孔で形成されるが、勿論これに限られない。

本実施形態では、図３に示すように、振動板３２１の周縁部に９０度間隔で円弧状あるいは矩形状の凹部３２１ａ，３２１ｂが設けられている。これらの凹部３２１ａ，３２１ｂは、筐体４０あるいは支持部材５０への振動板３２１の接合時に参照される基準点として用いられてもよいし、振動板３２１への圧電素子３２２の位置決めに参照される基準点として用いられてもよい。特に図示するように、４つの凹部のうち１つの凹部３２１ｂを他の３つの凹部３２１ａとは異なる形状とすることで、振動板３２１の方向性を示す指針が得られるため、筐体４０に対する誤組付けを防止できるという利点がある。

本実施形態において導音口４１ａは、第１の開口部３３１とＺ軸方向に重なり合わない（対向しない）位置に設けられる。換言すれば、圧電式発音体３２は、第１の開口部３３１が導音路４１ａとＺ軸方向に重なり合わないように筐体４０に装着される。これにより、後述するように、圧電式発音体３２の音響特性の向上を図ることができる。なお図３には、導音口４１ａが第２の開口部３３２のうち１つの開口部とＺ軸方向に重なり合う（対向する）位置に設けられた例を示している。

図４は、圧電素子３２２の内部構造を示す概略断面図である。

圧電素子３２２は、素体３２８と、ＸＹ軸方向に相互に対向する第１の外部電極３２６ａ及び第２の外部電極３２６ｂとを有する。また、圧電素子３２２は、相互に対向するＺ軸に垂直な第１の主面３２２ａ及び第２の主面３２２ｂを有する。圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａに対向する実装面として構成される。

素体３２８は、セラミックシート３２３と、内部電極層３２４ａ，３２４ｂとがＺ軸方向に積層された構造を有する。つまり、内部電極層３２４ａ，３２４ｂは、セラミックシート３２３を挟んで交互に積層されている。セラミックシート３２３は、例えば、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材料によって形成されている。内部電極層３２４ａ，３２４ｂは各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。

素体３２８の第１の内部電極層３２４ａは、第１の外部電極３２６ａに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第２の外部電極３２６ｂから絶縁されている。また、素体３２８の第２の内部電極層３２４ｂは、第２の外部電極３２６ｂに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第１の外部電極３２６ａから絶縁されている。

図４において、第１の内部電極層３２４ａの最上層は、素体３２８の表面（図４において上面）を部分的に被覆する第１の引出電極層３２５ａを構成し、第２の内部電極層３２４ｂの最下層は、素体３２８の裏面（図４において下面）を部分的に被覆する第２の引出電極層３２５ｂを構成する。第１の引出電極層３２５ａは、回路基板３３（図１）と電気的に接続される一方の極の端子部３２７ａを有し、第２の引出し電極層３２５ｂは、適宜の接合材を介して振動板３２１の第１の主面３２ａに電気的かつ機械的に接続される。振動板３２１が導電性材料で構成される場合、接合材には、導電性接着剤、はんだ等の導電性接合材が用いられてもよく、この場合には他方の極の端子部を振動板３２１に設けることができる。

第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、素体３２８のＸ軸方向の両端面の略中央部に各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。第１の外部電極３２６ａは、第１の内部電極層３２４ａ及び第１の引出電極層３２５ａと電気的に接続され、第２の外部電極３２６ｂは、第２の内部電極層３２４ｂ及び第２の引出電極層３２５ｂと電気的に接続される。

このような構成により、外部電極３２６ａ，３２６ｂ間に交流電圧が印加されると、各内部電極層３２４ａ，３２４ｂ間にある各セラミックシート３２３が所定周波数で伸縮する。これにより、圧電素子３２２は振動板３２１に付与する振動を発生させることができる。

ここで、第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、図４に示すように、それぞれ素体３２８の上記両端面の各々から突出する。このとき、第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａに向かって突出する隆起部３２９ａ，３２９ｂが形成される場合がある。そこで、上述の第１の開口部３３１は、隆起部３２９ａ，３２９ｂを収容できる大きさに形成される。これにより、隆起部３２９ａ，３２９ｂと振動板３２１との接触による外部電極３２６ａ，３２６ｂ間の電気的短絡が阻止される。

イヤホン１００は、筐体４０の内部において圧電式発音体３２を振動可能に支持する支持部材５０（支持部）を有する。図５は支持部材５０の概略平面図、図６は支持部材５０を含む発音ユニット３０の分解側断面図である。

支持部材５０は、図５に示すようにリング状（円環状）のブロック体で構成される。支持部材５０は、圧電式発音体３２の振動板３２１の周縁部３２１ｃを支持する支持面５１と、筐体４０の内壁面に対向する外周面５２と、第１の空間部Ｓ１に臨む内周面５３と、筐体４０（第２の筐体部４０２）に接合される先端面５４と、電磁式発音体３１の周縁部に接合される底面５５とを有する。

支持面５１は、円環状の粘着材層６１（第１の粘着材層）を介して振動板３２１の周縁部３２１ｃに接合される。これにより、振動板３２１は支持部材５０に対して弾性的に支持されるため、振動板３２１の共振のぶれが抑制され、振動板３２１の安定した共振動作が確保される。

また、先端面５４は、円環状の粘着材層６２（第２の粘着材層）を介して第２の筐体部４０２の周縁内周部に接合される。底面５５は、円環状の粘着材層６３（第３の粘着材層）を介して電磁式発音体３１に接合される。これにより、第１の筐体部４０１と第２の筐体部４０２との間で支持部材５０を弾性的に挟持することができるため、支持部材５０により圧電式発音体３２を安定に支持することができる。

粘着材層６１〜６３は、適度な弾性を有する材料で構成され、典型的には、各々所定の径でカッティングされた両面粘着テープで構成される。これ以外にも、粘着材層６１〜６３は、粘弾性樹脂の硬化物や加圧接着性の粘弾性フィルム等で構成されてもよい。また、粘着材層６１〜６３が環状体で構成されることにより、電磁式発音体３１と支持部材５０との間の気密性、支持部材５０と振動板３２１との間の気密性、そして、支持部材５０と筐体４０との間の気密性がそれぞれ高められ、第１及び第２の空間部Ｓ１，Ｓ２で発生した音波を効率よく導音路４１へ導くことができる。

支持部材５０は、例えば、３ＧＰａ以上のヤング率（縦弾性係数）を有する材料で構成される。このような材料で構成された支持部材５０は、比較的高い剛性を確保することができるため、７ｋＨｚ以上の比較的高い周波数帯域で振動する圧電式発音体３１（振動板３２１）を安定に支持することができる。

支持部材５０を構成する材料のヤング率の上限は特に限定されないが、例えば５ＧＰａ以上の材料単体では、金属やセラミックス等の無機材料にほぼ限定されるため、重量や生産コスト等との兼ね合いで上限は適宜設定可能であり、例えば５００ＧＰａ以下とすることができる。一方、支持部材５０を合成樹脂材料製とすることにより、軽量化、生産性の点で有利である。

ヤング率が３ＧＰａ以上の材料としては、例えば、金属材料、セラミックス、合成樹脂材料、合成樹脂材料を主体とする複合材料が挙げられる。金属材料としては、圧延鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等の鉄系材料のほか、アルミニウムや黄銅等の非鉄系材料など、特に制限なく採用可能である。セラミックスとしては、ＳｉＣやＡｌ_２Ｏ_３等の適宜の材料が適用可能である。

合成樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、硬質塩化ビニル、メチルメタクリレート・スチレン共重合体（ＭＳ）等が挙げられる。また、ポリカーボネート（ＰＣ）やスチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体（ＡＢＳ）等のような単体で３ＧＰａ以上のヤング率を有しない樹脂材料であっても、これにガラス繊維等の繊維質や無機粒子等の微粒子からなるフィラー（充填材）が添加された、ヤング率（縦弾性係数）３ＧＰａ以上の複合材料（強化型プラスチック）が採用可能である。

支持部材５０は、単純な板材ではなく領域によって厚みが異なる３次元形状に形成されてもよい。これにより断面二次モーメントが大きくすることができ、同一のヤング率を有する材料であっても剛性（曲げ剛性）をさらに高めることができる。

例えば本実施形態における支持部材５０には、支持面５１の外周縁部に沿って上方へ突出し、振動板３２１の周縁部３２１ｃを囲繞する環状片部５６（第１の環状片部）が設けられており（図６参照）、その頂部に上述した先端面５４が形成されている。これにより支持部材５０の外周側が内周側よりも厚肉となるため、捻りや曲げに対する剛性が高められる。

［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、ケーブル５０を介して再生信号が入力される。再生信号は、回路基板３３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以上の高音域の音波が生成される。生成された各帯域の音波は、導音路４１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。

一方、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３３０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３３０の大きさ、個数等を最適化することにより、圧電式発音体３２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。

本実施形態によれば、導音口４１ａが圧電式発音体３２の第１の開口部３３１とＺ軸方向に重なり合わない位置に設けられているため、圧電式発音体３２の音圧特性の向上を図ることができる。

図７及び図８は、圧電式発音体３２に対する導音口４１ａの相対位置の違いによる音圧特性の変化を示す一実験結果である。本実験では、図３に示す圧電式発音体３２を作製し、筐体４０内において中心軸Ｃ１のまわりに１５°ピッチで回転させながら導音口４１ａとの相対位置を変化させ、その各々について８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの平均音圧レベル（ＳＰＬ：Sound Pressure Level）を測定した。ここでは、図８Ａに示す圧電式発音体３２の回転位置を０°とし、ここから時計まわりに１８０°回転させた。図７において各回転位置における音圧レベルは、０°のときの平均音圧レベルとの差分で示した。

圧電式発音体３２の各部の寸法は以下のとおりとした。
振動板３２１の直径：１２ｍｍ
圧電素子３２２の大きさ：縦（Ｙ軸方向寸法）７ｍｍ、横（Ｘ軸方向寸法）７ｍｍ
第１の開口部３３１の大きさ：長さ（Ｘ軸方向寸法）３．６ｍｍ、幅（Ｙ軸方向寸法）０．５ｍｍ
第２の開口部３３２の直径：１ｍｍ
導音口４１ａの直径：４．１ｍｍ

図７に示すように、０°以外のすべての回転位置において、０度よりも高い平均音圧レベルが得られることが確認された。なお、圧電式発音体３２はＸ軸に関して対称であるため（図３参照）、１８０°における音圧レベルは実質的に０度のときの同じで評価される。

また、図７においてＲ１で示す角度範囲は、導音口４１ａと第１の開口部３３１との重なりが最大とならない領域を示しており、当該角度範囲では回転位置に応じて音圧レベルが変動することがわかる。中でも、Ｒ２で示す角度範囲（６０°〜１２０°）は、導音口４１ａと第１の開口部３３１とがＺ軸方向に重なり合わない領域に相当し、他の角度範囲と比較して高い音圧レベルが得られることがわかる。

以上のように本実施形態によれば、導音口４１ａが第１の開口部３３１と対向しない位置に配置されているため、本実施形態のように電磁式発音体３１と圧電式発音体３２とを備えた電気音響変換装置１００においては、電磁式発音体３１の発生音がダイレクトに導音路４１へ到達しにくくなる。これにより圧電式発音体３２に起因する高音域の音圧レベルを相対的に大きくすることができる。

＜第２の実施形態＞
図９は、本発明の第２の実施形態に係る電気音響変換装置における圧電式発音体の平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１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。

本実施形態の圧電式発音体７２は、円形の振動板７２１の面内に設けられた通路部としての第１の開口部７３１及び第２の開口部７３２の２つの開口部を有する。第１及び第２の開口部７３１，７３２は、短絡防止用の開口部としての機能をも有する。第１の開口部７３１は、第２の開口部７３２よりも大きな開口面積で形成される。

第１の開口部７３１は、振動板７２１の周縁部７２１ｃと圧電素子３２２の一側辺部との間の領域に概略半円または半月形状に形成される。本実施形態において圧電式発音体７２は、図９に示すように、第１の開口部７３１が導音口４１ａにＺ軸方向に対向しないように筐体４０に組み立てられる。第２の開口部７３２は、第１の実施形態における第１の開口部３３１と同様な矩形状に形成される。

振動板７２１の周縁部７２１ｃには、９０°間隔で４つの凹部７２１ａ，７２１ｂが設けられている。これら凹部７２１ａ，７２１ｂは、筐体４０に対する位置決めに用いられる。特に図示するように、４つの凹部のうち１つの凹部７２１ｂを他の３つの凹部７２１ａとは異なる形状とすることで、振動板７２１の方向性を示す指針が得られるため、筐体４０に対する誤組付けを防止できるという利点がある。

以上のように構成される本実施形態の電気音響変換装置によれば、導音口４１ａが圧電式発音体３２の第１の開口部３３１とＺ軸方向に重なり合わない位置に設けられているため、第１の実施形態と同様に、圧電式発音体７２の音圧特性の向上を図ることができる。

図１０及び図１１は、圧電式発音体７２に対する導音口４１ａの相対位置の違いによる音圧特性の変化を示す一実験結果である。本実験では、図９に示す圧電式発音体７２を作製し、筐体４０内において中心軸Ｃ１のまわりに１５°ピッチで回転させながら導音口４１ａとの相対位置を変化させ、その各々について８ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの平均音圧レベル（ＳＰＬ：Sound Pressure Level）を測定した。ここでは、図１１Ａに示す圧電式発音体３２の回転位置を０°とし、ここから時計まわりに３６０°回転（１回転）させた。図１０において各回転位置における音圧レベルは、０°のときの平均音圧レベルとの差分で示した。

圧電式発音体７２の各部の寸法は以下のとおりとした。
振動板７２１の直径：１２ｍｍ
圧電素子３２２の大きさ：縦（Ｙ軸方向寸法）７ｍｍ、横（Ｘ軸方向寸法）７ｍｍ
第１の開口部７３１の大きさ：長さ（Ｘ軸方向最大寸法）６．１ｍｍ、幅（Ｙ軸方向最大寸法）１．６ｍｍ
第２の開口部３３２の直径：１ｍｍ
導音口４１ａの直径：４．１ｍｍ

図１０に示すように、０°及び１８０°以外のすべての回転位置において、０°よりも高い平均音圧レベルが得られることが確認された。

また、図１０においてＲ１で示す角度範囲は、導音口４１ａと第１の開口部７３１との重なりが最大とならない領域を示しており、当該角度範囲では回転位置に応じて音圧レベルが変動することがわかる。中でも、Ｒ２で示す角度範囲（６０°〜３００°）は、導音口４１ａと第１の開口部３３１とがＺ軸方向に重なり合わない領域に相当し、比較的高い音圧レベルが得られることがわかる。特に、Ｒ３で示す角度範囲（約１００°〜約２３０°）は他の角度範囲と比較して高い音圧レベルが得られることがわかる。

＜第３の実施形態＞
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る電気音響変換装置における圧電式発音体の平面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１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。

本実施形態の圧電式発音体８２は、通路部３３０を構成する開口部８３１の構成が第１の実施形態と異なる。すなわち、開口部８３１は、振動板３２１及び圧電素子３２２をそれらの厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通する単一の貫通孔で構成される。開口部８３１は、振動板３２１（圧電式発音体８２）の中心部に設けられている。開口部８３１の開口形状は図示する円形に限られず、楕円、矩形その他の形状で形成されてもよい。

本実施形態の電気音響変換装置においても、導音口４１ａが圧電式発音体３２の開口部８３１とＺ軸方向に重なり合わない位置に設けられる。開口部８３１は、Ｚ軸方向に導音口４１ａと重なり合わない適宜の大きさに形成される。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本実施形態よれば、開口部８３１が振動板３２１の中心部に導音口４１ａとＺ軸方向に重なり合わない大きさに形成されているため、筐体４０に対する圧電式発音体８２の相対位置（回転位置）に依存しない音響特性を得ることができる。

なお、開口部８３１は振動板３２１の中心部に設けられる場合に限られず、例えば図１３に示すように振動板３２１の中心部以外に設けられてもよい。また、開口部８３１以外にも他の開口部が圧電素子３２２の面内に設けられてもよいし、図１３に示すように圧電素子３２２の外部電極の短絡防止を兼ねる開口部３３１や、振動板３２１の周縁部３２１ｃと圧電素子３２２の間に設けられた開口部３３２（図３参照）等が振動板３２１にさらに設けられてもよい（図１２についても同様）。

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、電磁式発音体３１と圧電式発音体３２，７２の双方を備えた電気音響変換装置を例に挙げて説明したが、圧電式発音体のみで構成された電気音響変換装置にも本発明は適用可能である。

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を例に挙げて説明したが、これに限られず、ヘッドホン、据え置き型スピーカ、携帯情報端末に内蔵されるスピーカ等にも本発明は適用可能である。

さらに以上の実施形態では、支持部材５０が圧電式発音体３２を支持する支持部として設けられたが、支持部材５０は筐体４０あるいは電磁式発音体３１の一部として構成されてもよい。

３１…電磁式発音体
３２，７２，８２…圧電式発音体
４０…筐体
４１ａ…導音口
１００，２００…イヤホン
３２１，７２１…振動板
３２２…圧電素子
３３１，７３１…第１の開口部
３３２，７３２…第２の開口部
８３１…開口部
４０１…第１の筐体部
４０２…第２の筐体部

Claims (6)

1. 周縁部を有する第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、前記圧電素子の周囲に設けられ前記第１の振動板をその厚み方向である第１の軸方向に貫通する複数の開口部と、を有する圧電式発音体と、
   前記周縁部を支持する支持部と、前記圧電式発音体と前記第１の軸方向に対向し、前記複数の開口部のうち最も大きい開口面積を有し前記圧電素子の周縁部に一部が被覆される第１の開口部と前記第１の軸方向に重なり合わない位置に設けられた導音口と、を有する筐体と
   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、
   前記第１の開口部は、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に相互に対向する一対の開口部で構成される
   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、
   前記複数の開口部は、前記導音口と前記第１の軸方向に重なり合う第２の開口部を含む
   電気音響変換装置。
4. 請求項１に記載の電気音響変換装置であって、
   前記複数の開口部は、前記第１の軸方向と直交する第２の軸方向に前記第１の開口部と対向する第２の開口部を含む
   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、
   第２の振動板を含む電磁式発音体をさらに具備し、
   前記筐体は、
   前記電磁式発音体が配置される第１の空間部と、
   前記複数の開口部を介して前記第１の空間部と前記導音口とを連通させる第２の空間部と、を有する
   電気音響変換装置。
6. 周縁部を有する第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、前記第１の振動板及び前記圧電素子をそれらの厚み方向である第１の軸方向に貫通する開口部と、を有する圧電式発音体と、
   前記周縁部を支持する支持部と、前記圧電式発音体と前記第１の軸方向に対向し前記開口部と前記第１の軸方向に重なり合わない位置に設けられた導音口と、を有する筐体と
   を具備する電気音響変換装置。

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