JP7424795B2 - スピーカユニット - Google Patents

Description

本発明はパラメトリックスピーカに関する。

スピーカの種類として、圧電素子によって発生させた超音波振動に基づいて可聴音を発生させる、いわゆるパラメトリックスピーカがある。パラメトリックスピーカには、放音される音響波に指向性を持たせることが容易であるというような特徴がある。例えば、複数の圧電素子を重ねて密集配置させた電気音響変換器がある（特許文献等１）。
一方、スピーカのニーズとして、携帯し外出先で気軽に音楽を楽しみたいというものがある。

特開２０１２-１０００５５号公報

特許文献１の技術においては、シート状の圧電素子を重ねて電気的に接続しているだけなので、強度が十分でない可能性がある。このようなスピーカが携帯された場合、外部から受ける振動や衝撃の影響を受けやすい。
本発明は、携帯に適したパラメトリックスピーカを提供することを目的とする。

本発明は、一の態様において、筐体と、前記筐体に固定された下側基板と、前記下側基板上に配置された複数の第１超音波振動子と、前記筐体に固定され、各第１超音波振動子に対応する位置に複数の開口部が形成された、上側基板と、前記上側基板上に配置された複数の第２超音波振動子とを有するスピーカユニットを提供する。

本発明によれば、携帯に適したパラメトリックスピーカが提供される。

スピーカユニット１０の内部構造を示す斜視図。 スピーカユニット１０の内部構造を示す断面斜視図。 スピーカユニット１０を放音面側からみた図である。 スピーカユニット１０を装着した状態を示す図である。 スピーカユニット１０Ａを放音面側からみた図である。 スピーカユニット１０Ｂを放音面側からみた図である。 スピーカユニット１０Ｃを放音面側からみた図である。

＜実施例＞
図１は１００の内部構造を示す斜視図である。１００は、筐体４００と、筐体４００に収容された制御部３００、上側基材となる上側基板１１０、下側基材となる下側基板２１０とを有し、上方（＋Ｚ方向）に超音波（および可聴音響波）を放音する。

筐体４００は、Ｚ軸（高さ方向）に垂直な方向から見て横長略長方形、Ｙ軸（奥行方向）に垂直な方向からみて略台形、Ｘ軸(幅方向)に垂直な方向から見て略縦長の長方形の、全体として略直方体形状を有する。筐体４００のＸ軸方向の両側面部には、それぞれ取付機構４０３が設けられる。また、中央部においてＹ軸方向に沿って支持体４０１が形成されている。その他、図示せぬ電池を下側基板２１０の下部の空間に搭載している。なお、+Ｚ軸方向超音波の放出面は開口されているが、埃の侵入を防止するための不織布などの音響透過性のある素材で覆われていてもよい。

上側基板１１０は、更に上側基板１１０Ｌおよび上側基板１１０Ｒから構成される。同様に、下側基板２１０は、更に下側基板２１０Ｌおよび上側基板１１０Ｒから構成される。上側基板１１０Ｌ、上側基板１１０Ｒ、下側基板２１０Ｌ、下側基板２１０Ｒは、支持体４０１と筐体４００のＸ方向の側面の内壁とで支持される。下側基板２１０Ｌおよび上側基板１１０Ｌは、互いに平行になるように固定される。同様に、上側基板１１０Ｒおよび下側基板２１０Ｒは平行になるように固定される。

下側基板２１０上には複数の超音波振動子２０１（第１超音波振動子）が設けられる。同様に、上側基板１１０上には複数の超音波振動子１０１（第２超音波振動子）が設けられる。
さらに、上側基板１１０には、各超音波振動子１０１に対応する位置に複数の開口部が形成される。なお、各超音波振動子１０１および各超音波振動子２０１の形状または機能は全て同一であってもよいし、一部が異なっていてもよい。

図２に示すように、上側基板１１０および下側基板２１０は、それぞれ、中央部における底面ＢＳからの高さがＨ１、端部（筐体４００の長手方向の側面内壁と接触部）における底面ＢＳからの高さがＨ２（Ｈ１＞Ｈ２）となっている。すなわち、上側基板１１０および下側基板２１０は、底面ＢＳからの高さが中心部よりも両端部の方が低くなるように、＋Xおよび－X方向に等しい角度で傾斜している。換言すると、長手方向の断面が「山型」となっている。また、筐体４００の底面ＢＳには固定用雌ネジ４０２が形成されている。

制御部３００は、基板および基板上に設けられたＤＳＰ等の信号処理回路や増幅器等を備え、図示せぬ端子や無線受信モジュールを介して携帯音楽プレイヤー等から供給された楽曲等を表す信号に対して所定の信号処理を行う。制御部３００から出力された信号は、電気的に接続された上側基板１１０および下側基板２１０を介して、それぞれ超音波振動子１０１および超音波振動子２０１へ供給される。なお、超音波から可聴音を発生させる方式としては、一定の周波数を持つ超音波と周波数変調(ＦＭ)をかけた超音波を同時に発生させて、超音波の交差する空間に可聴域の音を再生する方式、超音波に振幅変調(ＡＭ)、ＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調などを施す方式、その他任意の方式を採用することができる。

具体的には、制御部３００は、上側基板１１０Ｌおよび下側基板２１０Ｌに設けられた超音波振動子１０１および超音波振動子２０１に対しては、楽音信号のうちＬチャネル信号を供給し、上側基板１１０Ｒ、下側基板２１０Ｒに設けられる超音波振動子１０１、超音波振動子２０１に対しては、当該楽音信号のうちＲチャネル信号を供給する。

以下、超音波振動子１０１、超音波振動子２０１、開口部ＯＰの配置について、詳細に説明する。図３は、１００を放音面側からみた図である。以下では、各超音波振動子１０１および超音波振動子２０１は同一の形状を有する場合について説明する。同図において、破線は上側基板１１０に隠れている超音波振動子２０１を示す。すなわち、開口部ＯＰを介して、少なくとも超音波振動子２０１の中心を含む一部が見えている。この例では、超音波振動子１０１は計１４個、超音波振動子２０１は１６個設けられている。
超音波振動子１０１および超音波振動子２０１は、基板に垂直な方向からみて互い違いの格子状に配列される。具体的には、超音波振動子１０１の中心（格子点ＬＴ１）および超音波振動子２０１の中心（格子点ＬＴ２）が格子点上にあり、格子点ＬＴ１およびＬＴ２は交互に配置される。

上側基板１１０には、超音波振動子２０１に対応する位置に複数の開口部ＯＰが形成される。開口部ＯＰの形成にあたっては、周知の穴あけ加工を採用することができる。この例では、ＯＡは円形であり、径のサイズは超音波振動子１０１（超音波振動子２０１）よりも小さく、開口部ＯＰの中心と超音波振動子２０１の中心（格子点ＬＴ２）は、上側基板１１０Ｒから垂直な方向から見て、一致する。ここで、Ｘ軸方向の格子点の間隔は超音波振動子１０１（および超音波振動子２０１）の少なくとも半径よりも大きい。
各基板に垂直な方向からみて、少なくとも超音波振動子２０１の中心位置（格子点ＬＴ２）は超音波振動子１０１と重ならないように、前記複数の超音波振動子２０１および超音波振動子１０１が配列される。

図１に戻り、取付機構４０３は、ユーザの胸部または腹部に位置し音響波が上方へ放音されるように、ユーザの体に装着するための固定具を取り付ける機構である。
図４は、ストラップＳＴを用いてユーザがスピーカユニット１０を装着した状態の例を示す図である。
この状態において、左耳には実質的にＬチャネル信号のみが、右耳の左耳には実質的にＲチャネル信号のみが到達するように、制御部３００は制御信号を生成する。

上記実施例において、スピーカユニット１０において、各超音波振動子は基板上に固定され、各基板は筐体４００に固定されているので、衝撃や振動といった外部からの力に対して超音波振動子１０１や超音波振動子２０１が破損したり、設置位置がずれたりといった虞が低い。換言すると、スピーカユニット１０は衝撃等に十分な強度を有するので、歩行中など携帯しながら使用することに適している。
また、スピーカユニット１０においては、スピーカユニット１０はユーザの胸部に固定された状態で使用することができ、イヤホン等を用いることなく、いわゆるハンズフリーで音楽等を楽しむことができる。この際、また、超音波および可聴音を実質的にスピーカユニット１０の上方のみに到達させることができるので、例えばコイルやコーン型の振動板を用いたスピーカに比べて周囲への音漏れの心配がない。さらに、ＬチャネルおよびＲチャネルそれぞれの音響波をそれぞれの耳に到達させることができるので、ステレオ再生が実現する。
また、複数の超音波振動子を二段に配置しつつ、開口部を介して音が実質的に上方のみに放音させるので、一段に配列させる場合に比べて、装置のコンパクト化と出力の改善とが両立する。

<他の実施例＞
超音波振動子１０１や超音波振動子２０１の配置は、図３に示したものに限らない。図５は、超音波振動子１０１および超音波振動子２０１の配置がスピーカユニット１０と異なるスピーカユニット１０Ａを放音面側からみた図である。この例では、ＯＡのサイズが超音波振動子２０１のサイズと同一となっている。図５に示す例では、図３に比べてＯＡの面積が大きいので、上側基板１１０や下側基板２１０の強度は低下するものの、下側基板２１０からの音響波のうち上側基板１１０を通過する割合が増えるので、出力パワーは向上する。

図６は、超音波振動子１０１および超音波振動子２０１の配置がスピーカユニット１０Ａと異なるスピーカユニット１０Ｂを放音面側からみた図である。格子点のうち、超音波振動子１０１の中心および超音波振動子２０１（開口部ＯＡ）のいずれも占めないもの（ＬＴ０）が存在し、同一の行ないし列の格子点には、超音波振動子１０１および超音波振動子２０１のいずれか一方のみが配置される。
この例では、基板面に対する超音波振動子１０１および超音波振動子２０１のサイズ（実装密度）は低下するものの、強度は図５よりも向上する。ただし、仮に超音波振動子１０１、超音波振動子２０１のサイズが図３および図５に示すものと同じだとすると、筐体全体のサイズが大きくなる。

要するに、本発明に係るスピーカユニットは、筐体と、筐体に固定された下側基材と、下側基材上に配置された複数の第１超音波振動子と、筐体に固定され、各第１超音波振動子に対応する位置に複数の開口部が形成された上側基材と、上側基材上に配置された複数の第２超音波振動子とを有していればよい。好ましくは、開口部の中心と第１超音波振動の中心とが一致する。よって、例えば制御部３００から信号処理回路や増幅器等を省略し、スピーカユニット１０に、外部機器から入力された信号を超音波振動子１０１および超音波振動子２０１に供給する機能のみを実装してもよい。

ここで、「対応する」とは、ＯＡの中心と超音波振動子２０１の中心とが完全に一致することのみを意味しない。少なくとも、超音波振動子２０１から放射された超音波の少なくとも一部が開口部ＯＰを通過して上方に到達できればよい。よって、開口部ＯＰの外形およびサイズは、超音波振動子２０１の外形およびサイズと異なっていてもよい。例えば、開口部の外形は円弧部分を有している必要はなく、矩形であってもよい。

また、各超音波振動子１０１および超音波振動子２０１の形状は、円柱状に限らず、六角注であってもよい。

取付機構４０３に取り付け可能な装具として、首にかけるためのストラップに加えてもしくは替えて、胴部に巻き付けるベルト型のハーネスを採用してもよい。

スピーカユニット１０は、上側基板１１０または超音波振動子２０１の傾斜角を可変にする機構を更に備えてもよい。ユーザは、スピーカユニット１０が固定される位置と耳までの位置関係に応じて、最適な可聴音が各耳に届くように、当該機構を調整する。例えば、スピーカユニット１０のＸ軸方向の側面に、Z軸方向に移動するスライダ機構およびストッパ機構を設ける。この機構は、筐体側面から突出するように設けられたつまみ部と機械的に連動しており、ユーザはこのつまみ部を操作することで、傾斜角を調整する。

超音波振動子を実装する基板を３段以上重ねて配置してもよい。この際、最下段の振動子の放音面の少なくとも一部が中段および最上段の振動子と重ならいように配列することが好ましい。

また、上記基材として、平板状の以外の部材を用いてもよい。例えば、図７に示すように、上側基板１１０に替えて、筐体４００に固定され制御部３００と電気的に接続された複数の線材１１５を設ける。線材１１５は、導電性の棒状または細長角柱状である。なお、この例では、各振動子は２つのレール状の線材１１５によって支持されているが、線材の数や太さや形状はこれに限らない。例えば、ワイヤを所定の形状（たとえばハニカム構造）に編み込むことによって、開口部を有する上側基材（および下側基材）を成形し、当該基材によって超音波振動子１０１および／または超音波振動子２０１を支持してもよい。
各超音波振動子１０１は、半田等によって線材１１５に固定される。このようにして、各超音波振動子１０１は、線材１１５によって固定されるとともに、制御部３００から電気信号の供給を受けて動作する。この図に示す場合、図３に示すように板状部材を使用する場合に比べ、各超音波振動子２０１から放出された超音波振動が通過する空間をより多く確保することができる。加えて、超音波振動子１０１および超音波振動子２０１の配置に合わせて基板に穴あけ加工を施す必要がない。

上側基板１１０（および／または）下側基板２１０の傾斜方向は任意である。例えば、上側基板１１０（および／または）下側基板２１０において、図１、図２に示すように長手方向に対して傾斜した部分と短手方向に傾斜した部分とを設けてもよい。この場合、４つの異なる方向に放音させることができる。

１０・・・スピーカユニット、４００・・・筐体、４０１・・・支持体、４０２・・・固定用雌ネジ、４０３・・・取付機構、３００・・・制御部、１１０、１１０Ｌ、１１０Ｒ・・・上側基板、２１０、２１０Ｌ、２１０Ｒ・・・下側基板、１１５・・・線材、１０１、２０１・・・超音波振動子

Claims (7)

1. 筐体と、
   前記筐体に固定された下側基材と、
   前記下側基材上に配置された複数の第１超音波振動子と、
   前記筐体に固定され、各第１超音波振動子に対応する位置に複数の開口部が形成された、上側基材と、
   前記上側基材上に配置された複数の第２超音波振動子と
   を有するスピーカユニット。
2. 前記下側基材および前記上側基材のうち少なくともいずれか一方は、底面からの高さが中心部よりも端部の方が低くなるように、傾斜している
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカユニット。
3. 前記底面からの高さが前記中心部よりも端部の方が低くなるように傾斜している前記下側基材および前記上側基材のうち少なくともいずれか一方の基材は、左側基材部と右側基材部とを含み、
   前記左側基材部に設けられる超音波振動子群にはＬチャネル信号が供給され、
   前記右側基材部に設けられる超音波振動子群にはＲチャネル信号が供給される
   ことを特徴とする請求項２に記載のスピーカユニット。
4. 前記上側基材は、各第２超音波振動子に信号を供給する複数の線材である
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
5. ユーザの胸部または腹部に位置して音響波が上方へ放音されるように、前記ユーザの体に装着するための固定具を取り付ける機構を更に有する
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
6. 前記複数の第１超音波振動子および前記複数の第２超音波振動子は、基材に垂直な方向からみて互い違いの格子状に配列される、
   ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のスピーカユニット。
7. 各基材に垂直な方向からみて、各第１超音波振動子の中心位置が前記複数の第２超音波振動子と重ならないように、前記複数の第１超音波振動子および前記複数の第２超音波振動子は配列される
   ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のスピーカユニット。