JP7373601B2 - 音響発生器及び音響装置 - Google Patents
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Description
特許文献1の表示装置は、アクチュエータを制御して表示パネルを振動させて音声を発する表示可能な音響装置ともいえる。
ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
図1は、前提技術における表示装置1の概略を示す図である。
表示装置1としては、コンピュータの画像出力装置、テレビジョン受像機、スマートフォン及びゲーム機を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
画素Pは、有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode;OLED)等の発光素子を含む。
表示装置1がカラー画像を表示可能である場合には、画素Pは、カラー画像を構成する複数の色(例えばRGB)のいずれかを表示する副画素である。
圧電素子10としては、バイモルフ(Bimorph)及びユニモルフ(Unimorph)等の電圧に応じて屈曲変位する素子を例示することができる。
入力される音声信号は、交流電圧であることが一般的であるため、圧電素子10は、入力された音声信号に応じて振動する振動素子として機能する。
弾性部材30の材料としては、圧電素子10及び表示パネル20よりも小さい弾性率を有するゴム等を例示することができる。
圧電素子10の一部と、表示パネル20の一部とは、弾性部材30により接続されているため、圧電素子10の振動は表示パネル20に伝達され、表示パネル20は、入力された音声信号に基づく音声を発する。
タイミング信号としては、垂直同期信号、水平同期信号及びデータイネーブル信号を例示することができる。
ホストシステム2としては、テレビシステム、セットトップボックス、ナビゲーションシステム、光ディスクプレーヤー、コンピュータ、ホームシアターシステム、ビデオ電話システムを例示することができる。
なお、表示装置1とホストシステム2とは、一体の装置であってもよく、別の装置であってもよい。
第2制御部50は、ホストシステム2から入力された画像データ及びタイミング信号に基づいて、データ駆動回路60及びゲート駆動回路70を制御する。
データ駆動回路60は、複数の画素Pの各列に配された駆動線61を介して複数の画素Pにデータ電圧等を供給する。
ゲート駆動回路70は、複数の画素Pの各行に配された駆動線71を介して複数の画素Pに制御信号を供給する。
なお、駆動線61及び駆動線71の各々は、複数の配線により構成されていてもよい。
また、第1制御部40、第2制御部50、データ駆動回路60及びゲート駆動回路70の一部又は全部は、1つの半導体集積回路として一体に構成されていてもよい。
図3は、図2におけるA-A’線における断面図である。
図2における表示パネル20の矩形の外枠は、表示パネル20の外形を模式的に示している。
画像表示面20aは、画像が表示される面である。
図2,3に示す座標軸は、画像表示面20aの水平方向をx軸とし、画像表示面20aの垂直方向をz軸とし、画像表示面20aの奥行方向をy軸とする。
また、図2において、裏面20bから画像表示面20aに向かう方向がy軸の正方向である。
これにより、長手方向に沿う断面(A-A’線)から見て屈曲するような変形が生じる。
圧電素子10の長手方向は、表示パネル20の端部と垂直になるように配置されている。
圧電素子10の長手方向の中心は振動の腹になる部分であるため、振動が効率よく表示パネル20に伝達される。
弾性部材30は、圧電素子10の第1主面10aと、表示パネル20の裏面20bとを接続する。
このように、圧電素子10及び弾性部材30は、画像表示面20aの表示の妨げにならないように、表示パネル20の裏面20bに配される。
圧電素子10の長手方向の両端部が浮いた状態であることにより、屈曲振動の変位が大きい長手方向の両端部において、圧電素子10の振動の阻害が抑制される。
図4は、図3を右に90度回転させた方向であるが、図3と同様に、図2におけるA-A’線における断面図である。
また、圧電素子10への音声信号の入力方法を説明するため、図4には、圧電素子10に含まれる各電極の接続関係の模式的な回路図が示されている。
図4に示す圧電素子10は、第1電極11、第1圧電層12、第2電極13、第2圧電層14及び第3電極15を含む。
第1電極11は、表示パネル20から最も近くに設けられ、弾性部材30に接続されている。
第3電極15は、表示パネル20から最も遠くに設けられている。
第2電極13は、第1電極11と第3電極15との間に配されている。
第1圧電層12は、第1電極11と第2電極13との間に挟持されている。
第2圧電層14は、第2電極13と第3電極15との間に挟持されている。
第1圧電層12及び第2圧電層14の内部に示された矢印は、分極方向を示し、第1圧電層12の分極方向と第2圧電層14の分極方向とは同一である。
なお、第1電極11、第2電極13及び第3電極15には、これらの各々に電圧を印加するための配線が接続されるが、図4においては当該配線の図示は省略されている。
また、配線の接続は、はんだ等により行えばよく、特定の方法に限定されるものではない。
図4においては、この交流電圧が交流電源の回路記号で示されている。
交流電源の一方の端子は、第1電極11及び第3電極15に接続され、他方の端子は、第2電極13に接続されている。
すなわち、第1電極11に印加される電圧と第3電極15に印加される電圧とは同相であり、第1電極11に印加される電圧と第2電極13に印加される電圧とは逆相であり、第2電極13に印加される電圧と第3電極15に印加される電圧とは同相である。
これにより、第1圧電層12に印加される電圧と第2圧電層14に印加される電圧とは逆向きになる。
第1圧電層12及び第2圧電層14の好ましい材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛を例示することができる。
チタン酸ジルコン酸鉛は、高圧電性を有し、印加した電圧に対する変位量が大きいからである。
また、図4には図示していないが、圧電素子10の外周は、他の部材との短絡を避けるために樹脂等の絶縁体で覆われていてもよい。
図6は、前提技術における圧電素子10に電圧が印加されて横方向に伸張したときの変形を示す模式図である。
図4に示すように第1圧電層12の分極方向と第2圧電層14の分極方向とは同じであり、第1圧電層12への印加電圧の方向は第2圧電層14への印加電圧の方向と反対である。
これにより、第1圧電層12の伸縮方向と第2圧電層14の伸縮方向とは反対になる。
これにより、圧電素子10の端部は、表示パネル20に近づく方向に屈曲する。
このとき、表示パネル20は、圧電素子10に向かう方向の応力を受けて変形する。
これにより、圧電素子10の端部は、表示パネル20から離れる方向に屈曲する。
このとき、表示パネル20は、圧電素子10から離れる方向の応力を受けて変形する。
このようにして、圧電素子10の振動は表示パネル20に伝達され、表示パネル20が振動する。
従って、表示パネル20からは音声信号に基づく音声が発せられ、表示パネル20はスピーカとして機能することになる。
図7は、比較例における圧電素子10の構成を示す断面図である。
図8は、比較例における振動モデルを示す模式図である。
このような構成においても圧電素子10の変位を表示パネル20に伝達させて表示パネル20をスピーカとして機能させることは可能である。
図8に示される比較例に係る振動モデルでは、圧電素子10及び表示パネル20を示す質点の両端にスプリングS1,S2が接続されている。
質量m1を有する圧電素子10と質量m2を有する表示パネル20とは、直接接続されている。
スプリングS1は、圧電素子10の弾性をモデル化したものである。
スプリングS2は、表示パネル20の弾性、又は筐体等の表示パネル20を拘束する部材の弾性をモデル化したものである。
なお、本振動モデルにおける両端は、固定端とすればよい。
圧電素子10に電圧を印加すると、圧電素子10で生じた力は、質量(m1+m2)を有する圧電素子10及び表示パネル20の全体を振動させる。
ここで、質量(m1+m2)は、質量m1よりもはるかに大きい。
圧電素子10で生じた力は、圧電素子10の質量よりもはるかに大きい質量の物体に対して及ぼされるため、この力により圧電素子10及び表示パネル20が受ける加速度は小さい。
従って、圧電素子10及び表示パネル20の変位量は小さく、比較例の構成においては表示パネル20から発せられる音声の音圧を大きくすることが困難である。
図9に示される前提技術における振動モデルでは、圧電素子10及び表示パネル20を示す質点の間にバネ定数k3を有するスプリングS3が接続されている。
スプリングS3は、弾性部材30の弾性をモデル化したものである。
質量m1を有する圧電素子10と質量m2を有する表示パネル20とは、スプリングS3を介して接続されている。
圧電素子10に電圧を印加したときに生じる力は、質量m1を有する圧電素子10を振動させる。
ここで、力が及ぼされる物体の質量は比較例の場合よりも小さいため、この力により圧電素子10が受ける加速度は比較例よりも大きい。
これにより、圧電素子10は、大きな変位で共振した状態となる。
また、圧電素子10の変位は、スプリングS3を介して表示パネル20に徐々に伝達されるため、比較例のような表示パネル20の質量による変位の阻害も生じにくい。
そのため、前提技術では、比較例よりも変位を大きくすることができ、音圧を向上させることができる。
そのため、圧電素子10から音声を直接発する構成、又は表示パネル20とは別の小さな振動板に圧電素子10を接続する等の固有周波数が高い部材から音声を発する構成よりも低音域の音圧を向上させることができる。
上述のように、前提技術によれば低音域の音圧を向上させることができるものの、中音域及び高音域には改善の余地がある。
本発明は、以下に説明するように、ノイズ、高調波音及び異なる音域における音圧差を抑制することを主な目的とする。
なお、以下の説明においては、低音は周波数300Hz以下の音声であり、中音は周波数300Hzより大きく且つ周波数1kHz以下の音声であり、高音は周波数1kHzより大きい音声であると定義されるが、これに限定されるものではない。
図11は、図10のA-A’線における断面図である。
図12は、図10のB-B’線における断面図である。
第1おもり101は、圧電素子105の長手方向の一端に設けられ、圧電素子105の振動を増幅するために設けられた部材である。
第2おもり103は、圧電素子105の長手方向の他端に設けられ、圧電素子105の振動を増幅するために設けられた部材である。
第1弾性体102は、弾性材料によって構成され、第2弾性体104よりも変形しにくく、例えば、弾性保護部材106の材料が固められた集合体である。
第2弾性体104は、弾性材料によって構成され、第1弾性体102よりも変形しやすく、例えば、スポンジである。
圧電素子105は、前提技術における圧電素子10に相当し、入力された音声信号に基づく電圧が印加されると、逆圧電効果により変位することで振動し、音響発生器100が音声を発する素子である。
弾性保護部材106は、音響発生器100において、第1おもり101と、第1弾性体102と、第2おもり103と、圧電素子105と、を覆う弾性を有する部材であり、例えばシリコーンゴムにより形成される。
弾性保護部材106は、例えば、シリコーンゴムで形成されたケースの一部に切り込みを設け、第1おもり101と、第1弾性体102と、第2おもり103と、圧電素子105と、が一体として形成された部品を該ケースに差し込むことで第1おもり101と、第1弾性体102と、第2おもり103と、圧電素子105と、を覆うことができる。
第2おもり103が設けられた圧電素子105の長手方向の他端は、低い周波数の音声を発する低音発生部である。
第1弾性体102が配置された部分は、高音発生部が発する音声と低音発生部が発する音声との間である中程度の周波数の音声を発する中音発生部である。
なお、第2弾性体104は、低音発生部に配置されている。
また、図10に示すように、この低音発生部は、高音発生部及び中音発生部の各々よりも大きい。
図14は、図13のA-A’線における断面図である。
図15は、図13のB-B’線における断面図である。
音響発生器100の中音発生部は、圧電素子105の長手方向の中心よりも圧電素子105の長手方向の第1おもり101が設けられた一端に近い位置に第1弾性体102を介して2つの振動板203aに固定される。
弾性部材201は、弾性材料によって構成され、例えば、第2弾性体104と同様に、スポンジである。
弾性部材201は、外枠203の外側に配置される。
外枠203は、音響発生器100で発生した音声を外部に発し、高音を発生する高音発生部(第1部分)と、低音を発生する低音発生部(第2部分)と、高音発生部(第1部分)と低音発生部(第2部分)との間で中音を発生する中音発生部(第3部分)と、に区分けされる。
なお、2つの振動板203aは、外枠203に含まれていてもよいし、2つ以上設けられていてもよい。
音響発生器100は、少なくとも、第1部分に配置された開口部202と、外枠203の第3部分と、に配置される。
開口部202が設けられた外枠203と、内枠204とは、一体で形成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
内枠204は、中音発生部で発生した音声及び低音発生部で発生した音声の各々が音響装置200内の一部に形成された空間に導入されて反響するように構成されている。
音響発生器100の第1弾性体102は中音発生部(第3部分)内の接着面1020で外枠203の振動板に接着され、第2弾性体104は低音発生部(第2部分)内の接着面1040で外枠203の振動板に接着されている。
接着面1020の部分(第3部分)の振動板203aを第1振動板とし、接着面1040の部分(第2部分)の振動板203aを第2振動板として、振動板203aが複数の振動板により構成されていてもよい。
音響装置200aは、圧電素子を含む音響発生器100aと、弾性部材201と、外枠203と、を備える。
音響発生器100aは、2つの第2おもり103と、2つの第2弾性体104と、圧電素子105と、を備える。
音響発生器100aにおいて2つの第2おもり103及び2つの第2弾性体104は、圧電素子105の長手方向の両端に設けられている。
図17において、横軸は周波数であり、縦軸は振幅である。
図17には、特性図中の3つの部分を拡大した第1拡大図、第2拡大図及び第3拡大図が示されている。
第1拡大図、第2拡大図及び第3拡大図には、中音又は高音における特性が示されているが、いずれにおいても音圧が大きくなり、特に高音における音圧が大きくなっており、中音と高音における音圧差が小さくなっている。
また、第2拡大図及び第3拡大図によれば、高音において周波数の変化に対する振幅の増減が小さくなっており、高調波音が減少し、高音域におけるノイズが減少していることがわかる。
図17に示すように、図13に示す音響装置200によれば、高音域におけるノイズを減少させ、高調波音を減少させ、中音と高音における音圧差を抑えることができる。
音響装置200aは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202が設けられた外枠203と、内枠204,204aと、を備える。
音響装置200aは、音響装置200に対して内枠204aが追加された点のみ異なり、その他の構成は同じである。
2つの内枠204aは、低音域に設けられ、音響発生器100で発生した音声の経路が中音域から離れるにつれて狭まっていき中音域から離れた領域で反響するように形成されている。
図18に示す構成によれば、低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200bは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202が設けられた外枠203と、内枠204bと、を備える。
音響装置200bは、音響装置200の内枠204に代えて内枠204bが設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
内枠204bは、中低音域に設けられ、音響発生器100で発生した音声の経路が中低音域で迂回して中音域から離れた領域で反響するように形成されている。
図19に示す構成によれば、低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200cは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202及びポート205が設けられた外枠203と、内枠204bと、を備える。
音響装置200cは、音響装置200bに対して外枠203にポート205が設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
ポート205は、低音の音圧を向上させるために設けられている。
密閉型スピーカでは、スピーカの背後は閉塞されて空気室が設けられているが、この閉塞した空気室に穴を開けると、空気室の容量と、ポートの開口の断面積と、ポートの空気室に設けられたダクトの長さと、により共振周波数が調整され、これにより、低音が強調されたスピーカ特性を得ることができる。
なお、ポート205の開口形状は特に限定されず、円形であってもよいし、四角形であってもよい。
ポート205によって共振周波数を調整することで、低音の音圧を向上させることができる。
図20に示す構成によれば、低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200dは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202が設けられた外枠203と、内枠204cと、を備える。
音響装置200dは、音響装置200の内枠204に代えて内枠204cが設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
内枠204cは、中音域及び低音域に設けられ、音響発生器100で発生した音声の経路が中音域で反響するとともに、該音声の経路が低音域で迂回して中音域から離れた領域で反響するように形成されている。
図21に示す構成によれば、中音及び低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200eは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202及びポート205,205aが設けられた外枠203と、内枠204cと、を備える。
音響装置200eは、音響装置200dの外枠203にポート205,205aが設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
ポート205は、低音の音圧を向上させ、ポート205aは、中音の音圧を向上させる。
図22に示す構成によれば、中音及び低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200fは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202及びポート205が設けられた外枠203と、内枠204,204dと、を備える。
音響装置200fは、音響装置200に対して内枠204dが追加され、外枠203にポート205が設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
内枠204dは、低音域に設けられ、低音域側に設けられた内枠204に略平行して配置され、音響発生器100で発生した音声の経路が外枠203の角に向かうように低音域で迂回して中音域から離れた領域で反響するように形成されている。
図23に示す構成によれば、低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200gは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202及びポート205が設けられた外枠203と、内枠204,204d,204e,204fと、を備える。
音響装置200gは、音響装置200fに対して内枠204e,204fが追加された点のみ異なり、その他の構成は同じである。
内枠204eは、低音域に設けられ、音響発生器100で発生した音声の経路が迂回して反響するように、内枠204eの一部が内枠204と内枠204dとの間を経た音声の経路を遮り、内枠204eの他の一部が低音域側に設けられた内枠204dの一部に略平行して形成されている。
内枠204fは、音響発生器100で発生した音声の経路が迂回して反響するように、内枠204eの前記他の一部に略平行して形成されている。
ポート205は、低音の音圧を向上させる。
図24に示す構成によれば、低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200hは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202が設けられた外枠203と、内枠204gと、を備える。
音響装置200hは、音響装置200の内枠204に代えて内枠204gが設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
内枠204gは、中低音域に設けられ、音響発生器100で発生した音声の経路が外枠203に沿って迂回して反響するように形成されている。
図25に示す構成によれば、中音及び低音の音圧を向上させることができる。
音響装置200iは、圧電素子を含む音響発生器100と、弾性部材201と、開口部202及びポート205aが設けられた外枠203と、内枠204gと、を備える。
音響装置200iは、音響装置200hの外枠203にポート205aが設けられた点のみ異なり、その他の構成は同じである。
ポート205aは、中音及び低音の音圧を向上させる。
図26に示す構成によれば、中音及び低音の音圧を向上させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、ノイズ、高調波音及び異なる音域における音圧差を抑制することができ、音質を向上した音響装置を実現することができる。
2 ホストシステム
10 圧電素子
10a 第1主面
10b 第2主面
11 第1電極
12 第1圧電層
13 第2電極
14 第2圧電層
15 第3電極
20 表示パネル
20a 画像表示面
20b 裏面
30 弾性部材
40 第1制御部
50 第2制御部
60 データ駆動回路
61 駆動線
70 ゲート駆動回路
71 駆動線
100 音響発生器
101 第1おもり
102 第1弾性体
103 第2おもり
104 第2弾性体
105 圧電素子
106 弾性保護部材
200,200a,200b,200c,200d,200e,200f,200g,200h,200i 音響装置
201 弾性部材
202 開口部
203 外枠
203a 振動板
204,204a,204b,204c,204d,204e,204f,204g 内枠
205,205a ポート
Claims (20)
- 音響装置であって、
圧電素子を含む音響発生器、及び
前記音響発生器を覆う外枠であって、開口部と複数の第1振動板とを含む、外枠
を備え、前記音響発生器が前記開口部に配置される、音響装置。 - 前記外枠が、高音域を発生させるように構成された第1部分、低音域を発生させるように構成された第2部分、及び前記第1部分と前記第2部分との間の中音域を発生させるように構成された第3部分を備える、請求項1に記載の音響装置。
- 前記開口部が前記第1部分に配置される、請求項2に記載の音響装置。
- 前記第1振動板が前記第3部分に配置される、請求項2又は3に記載の音響装置。
- 前記音響発生器が、前記開口部と前記第3部分に配置される、請求項2から4のいずれか一項に記載の音響装置。
- 前記外枠が前記第2部分に配置され、複数の第2振動板を備える、請求項2から5のいずれか一項に記載の音響装置。
- 前記外枠に囲まれた領域に配置された内枠を更に備え、
前記内枠が、前記外枠の前記第3部分によって発生された音声と、前記外枠の前記第2部分によって発生された音声の少なくとも1つが、前記外枠及び2つの振動板で囲まれた空間の一部に形成された空間に導入されて反響するように構成されている、請求項3に記載の音響装置。 - 前記外枠に、前記外枠と前記2つの振動板によって囲まれた空間とつながるポートを更に備える、請求項7に記載の音響装置。
- 前記外枠の前記開口部の近傍に、前記外枠と前記2つの振動板によって囲まれた空間とつながる別のポートを更に備える、請求項8に記載の音響装置。
- 前記音響発生器が更に、
前記圧電素子の第1部分に配置された第1おもり、
前記圧電素子の第2部分に配置された第2おもり、
前記圧電素子の前記第1部分と前記第2部分との間に位置する第3部分に配置された第1弾性体、及び
前記圧電素子と、前記第1おもりと、前記第2おもりと、前記第1弾性体とを覆う保護部材
を備える、請求項2から9のいずれか一項に記載の音響装置。 - 圧電素子、
前記圧電素子の第1部分に配置された第1おもり、
前記圧電素子の第2部分に配置された第2おもり、
前記圧電素子の前記第1部分と前記第2部分との間に位置する第3部分に配置された第1弾性体、及び
前記圧電素子と、前記第1おもりと、前記第2おもりと、前記第1弾性体とを覆う保護部材
を含むように構成された音響発生器を備える、音響装置。 - 前記圧電素子の前記第3部分が、前記第1弾性体によって2つの振動板の間に固定されるように構成され、
前記音響発生器が、外枠と前記2つの振動板とによって囲まれるように構成されている、請求項11に記載の音響装置。 - 前記圧電素子の前記第2部分が、第2弾性体を介して2つの振動板の間に固定されるように構成されている、請求項12に記載の音響装置。
- 前記圧電素子が、前記第1部分から第3部分で、異なる音域の音声を発生する、請求項11に記載の音響装置。
- 前記圧電素子が、前記第1部分で高音域を発生させ、前記第2部分で低音域を発生させ、且つ前記第3部分で、前記高音域と前記低音域との間の中音域を発生させるように構成されている、請求項11又は14に記載の音響装置。
- 前記圧電素子の前記第2部分に配置された第2弾性体を更に備える、請求項14又は15に記載の音響装置。
- 前記第2弾性体が、前記第1弾性体と異なる弾性材料を含む、請求項16に記載の音響装置。
- 前記第2弾性体が、前記第1弾性体よりも低い密度の弾性材料を含む、請求項16又は17に記載の音響装置。
- 前記第2部分が、前記第1部分及び前記第3部分のそれぞれのサイズよりも大きいサイズを有する、請求項14から18のいずれか一項に記載の音響装置。
- 前記保護部材が弾性材料を含み、前記保護部材が、前記圧電素子と、前記第1おもりと、前記第2おもりと、前記第1弾性体とを囲む、請求項14から19のいずれか一項に記載の音響装置。
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