JPH0424000B2

JPH0424000B2 -

Info

Publication number: JPH0424000B2
Application number: JP61178369A
Authority: JP
Inventors: Kanenori Kishi
Original assignee: SAWAFUJI DAINAMEKA KK
Current assignee: SAWAFUJI DAINAMEKA KK
Priority date: 1986-07-29
Filing date: 1986-07-29
Publication date: 1992-04-23
Also published as: JPS6333998A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、圧電振動素子を弾性材料の結合体
を介在して音響振動板の駆動部に結合して成る圧
電形スピーカに関するものである。

［従来の技術］従来、圧電セラミツク振動板は圧電性セラミツ
クに電極面を被着した薄膜体を、これとほぼ同等
の厚さで、かつ弾性率が近似の真鍮板などの金属
板の両面（バイモルフ型）、又は片面（ユニモル
フ型）に接着させて作成される。このような圧電
セラミツク振動板は弾性率が大きく、その固有振
動周波数f₀は必然的に可聴音域の高音側（通常は
2KHz以上）に来る上に、脆弱性であるために機
械的に損傷しやすいものである。これは、圧電セ
ラミツク振動板を用いた圧電型セラミツクスピー
カ等を実用化する上で著しい障害となつている。

この発明の出願人は、さきに上記障害を解消す
るために、特願昭59−186979号に開示されている
ような圧電振動素子を提案している。このもの
は、第５図に示すように、円形又は矩形の圧電板
（圧電振動板）５の重心点付近に粘弾性層６を介
して重錘７を付設して成る可変インピーダンス要
素を有する圧電振動素子４である。この圧電振動
素子４は圧電板５の重心点付近の運動の自由度を
拘束することにより、凹レンズ状の弯曲変形モー
ドの振動を生起し、圧電振動素子４の外周縁部４
ａからの起振力Ｆが可聴帯域の振動周波数に対応
して、近似的に定速度性を持つような振動定数を
有する能動素子となる。

［発明が解決しようとする問題点］上記のような圧電振動素子４を用いて音響変換
器を構成する場合に、もしも圧電振動素子４の外
周縁部４ａを直接に音響振動板の駆動部に直結す
れば、振動エネルギーの授受の際に見られる圧電
振動素子４の外周縁部４ａにおいて外周縁の反射
現象が現れ、定在波振動が特定周波数に生じ、振
動の伝達損失が増加するばかりでなく、異常振動
のために圧電セラミツク層に切断破壊や感度低下
などの障害を起こしやすいという問題点があつ
た。特に、圧電振動素子よりを駆動部の機械イン
ピーダンスが大きいハニカム振動板に適用した場
合には、圧電振動素子４が過負荷動作となつて破
損するおそれがあり、高音域の音響特性が低下
し、その動作上ダイナミツクレンジが十分に得ら
れないという問題点があつた。

この発明は、かかる問題点を解決するためにな
されたもので、圧電型音響変換器としての構成
上、有害な定在波振動の発生を防止し、振動の伝
達損失を減少して音響変換効率の向上を計ると共
に、圧電板の破損、劣化を防止し、高音域の音響
特性の低下を補償してダイナミツクレンジを拡大
した圧電形スピーカを得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］この発明に係わる圧電形スピーカは、圧電振動
素子の重心点付近に粘弾性層を介して重錘を付設
して成る圧電振動素子と音響振動板の駆動部を結
合する際に、圧電振動素子の外周縁部を、ゴム等
の弾性材料から成る結合体を介在して音響振動板
の駆動部に結合して成る振動系を構成し、結合体
と圧電振動素子及び音響振動板とで囲まれて形成
された小気室を、音響振動板に設けて成る開孔に
より音響振動板の前面側の外気と通じる構成とし
たものである。

［作用］この発明の圧電形スピーカにおいては、圧電振
動素子の外周縁部を、ゴム等の弾性材料から成る
結合体を介在して音響振動板の駆動部に結合して
振動系を構成した場合に、圧電振動素子の振動を
結合体により音響振動板に伝達する本来の伝達経
路以外に、結合体と圧電振動素子及び音響振動板
とで囲まれて形成された小気室に圧電振動素子の
振動による気圧変動が発生し、この気圧変動のよ
る振動が上記本来の伝達経路とは別箇の伝達経路
を経て音響振動板に伝達するので、音響振動板に
は２つの振動エネルギーが到達して相加されるこ
とにより、２系統の伝達経路による遅延差のため
に位相差波形歪を生じて、放射音圧の周波数レス
ポンス上に起伏を生起して音質を阻害する原因と
なる。この原因を除去するために、小気室に通じ
る開孔を音響振動板に設け、小気室内の気圧変動
を除去すると同時に、小気室内に発生する信号音
圧を音響振動板の前面側に導出し、これを放射音
圧の一部として音響特性の補償に利用するように
構成している。従つて、圧電型音響変換器として
の構成上、有害な定在波振動の発生を防止し、振
動の伝達損失を減少して音響変換効率の向上を計
ることができ、また、圧電板の破損、劣化を防止
し、音響特性の劣化を補償し、ダイナミツクレン
ジを拡大することができる。

［実施例］さて、一般に知られている音響用のハニカム振
動板は、クラフト紙等の六角形の蜂の巣形のセル
が多数連続してコア（芯部材）を形成し、その両
面に表皮をはり付けて作られており、このような
ハニカム振動板は曲げ剛性が著しく強大で、しか
も軽量である。このハニカム振動板に上記圧電振
動素子の外周縁部を直接に付設して励振を行う
と、直接結合による両者の機械インピーダンスの
不整合に伴つて定在波その他の各種の障害が起こ
ることが知られているが、このような障害は本出
願人の一人の発明に係わる特公昭37−7815号公報
に開示された機械振動結合方式を適用することに
よりほぼ完全に取り除くことができる。

第１図はこの発明の一実施例である圧電形スピ
ーカを示す断面斜視図である。図において、１は
ハニカム振動板であり、コア２の両面に各表皮３
ａ，３ｂを被着して構成される。４は圧電板５
（この場合は円形）の重心点付近に粘弾性層６を
介して重錘７を付設して成る圧電振動素子であ
る。８はゴム等の弾性材料から成る短い円筒形の
結合体であり、この結合体８の上端面に圧電振動
素子４の外周縁部４ａを直接にはり付けて固定す
る。また、結合体８の底面９は平坦面となし、ハ
ニカム振動板１の駆動面に密着接合する。ハニカ
ム振動板１のほぼ中央部には重錘７をのぞくよう
に開孔１０を開設し、重錘７の周囲に狭い環状間
隙１１を非接触状態に形成する。このようにし
て、圧電振動素子４の上面には結合体８とハニカ
ム振動板１とに囲まれた小容量の小気室１２が形
成され、この小気室１２は開孔１０の環状間隙１
１を通じて外気に連通する。１３ａ，１３ｂは圧
電振動素子４へ信号電圧e₀を印加するための可撓
性の引出し線である。また、ハニカム振動板１の
外周縁部４ａは波ひだ付きのエツジ１４を介して
フレーム１５に結合し、常に定位置に保持される
ように構成される。

このような構成において、今各引出し線１３
ａ，１３ｂ間に信号電圧e₀を印加すれば、圧電振
動素子４の外周縁部４ａに生起する起振力Ｆが、
結合体８を介してハニカム振動板１に伝達し、こ
のために、このハニカム振動板１は励振され、そ
の上面側に主音P₀を外部に放射することになる。
この場合に、結合体８の作用としては、硬質のハ
ニカム振動板１と湾曲しやすい圧電振動素子４の
中間に緩衝体として介在し、圧電振動素子４の変
形振動を容易ならしめ、その粘弾性効果によつて
定在波振動を吸収して鎮静化し、過剰振幅を抑制
して圧電振動素子４の損傷、劣化を未然に防止す
る。さらに、このことを物理的に云うならば、結
合体８は一種のインピーダンス変換器として作用
し、圧電振動素子４とハニカム振動板１間の不整
合（ミスマツチング）を取り除き、振動の伝達効
率を高め、スピーカの音響変換感度を向上するの
に役立つということになる。また、結合体８の材
質は適用条件により相違するが、一般的に常温の
動作範囲において、振動エネルギーの吸収性と伝
達性の２つの相反する条件が両立するものが望ま
しく、普通はJISゴム硬度計値で、約30°〜40°程
度のニトリル系、ポリウレタン系、ネオプレン系
等の合成ゴムを用いることにより、実用上で満足
な結果が得られている。

なお、ここで結合体８はゴム等の弾性材料から
成るために、主音P₀の高音周波数の吸収損失が
幾分増加してハニカム振動板１への伝達が減少す
るので、放射音圧の周波数レスポンスは、第２図
に示す周波数レスポンスのように高音部が徐々に
わずかに減衰する音響特性となる。

ところで、一方、上記圧電振動素子４の外周縁
部４ａに生起する起振力Ｆによつて、小気室１２
内には高音域の副音P₁が発生する。この副音P₁
は、ハニカム振動板１に開設した開孔１０の環状
間隙１１を通じて外部の外気に放射される。ここ
で、ハニカム振動板１は分割振動が少なく、主音
P₀と副音P₁とは正常な位相関係で動作するから、
上述したような結合体８による高音周波数の減衰
が補償され、この結果、第２図に示す周波数レス
ポンスの斜線部分のように高音域の補正された周
波数レスポンスが得られ、所望のような全周波数
帯域にわたり、ほぼ平坦な音響特性とすることが
できる。この場合に、小気室１２と環状間隙１１
は、いわゆるヘルムホルツ（Helmholz）の共振
子として動作するから、環状間隙１１は狭搾効果
を呈し、流出入する空気の分子速度が増大して放
射効率を向上できる。また、開孔１０の放射イン
ピーダンスにより、第２図に示す周波数レスポン
スの補正帯域の上限f_hはおのずと決定される。環
状間隙１１は、通常約１mm前後の場合、上記補正
帯域の上限f_hは約８〜10KHzが得られる。また、
第３図に示すこの発明の他の実施例のように、結
合体８の座高が高く、重錘７とハニカム振動板１
との間に間隙１１ａがある場合には、小口径の開
孔１０ａを開設し、その狭搾効果により上記補正
帯域の上限f_hの周波数と位相調整を行うことがで
きる。

なお、上記実施例では、音響振動板としてハニ
カム振動板１を使用した場合について説明した
が、第４図に示すこの発明の他実施例のように、
音響振動板としてコーン振動板１６を使用しても
良い。すなわち、コーン振動板１６の頂部に軽量
の開孔板１７をないしはドーム形の隔壁を設けて
小気室１２を形成し、副音P₁を得る構成とする
こともできる。

また、上記各実施例においては、各開孔１０，
１０ａには必要に応じて不織布等のダストキヤツ
プを被着し、これを音響抵抗体として補正量の調
整を行うこともできる。

［発明の効果］この発明は以上説明したとおり、圧電形スピー
カにおいて、圧電振動素子の外周縁部を、ゴム等
の弾性材料から成る結合体を介在して音響振動板
の駆動部に結合して成る振動系を構成し、結合体
と圧電振動素子及び音響振動板とで囲まれて形成
された小気室を、音響振動板に設けて成る開孔に
より音響振動板の前面側の外気に通じるように構
成したので、圧電型音響変換器としての構成上、
２系統の伝達経路の位相差による高調波歪の発生
を防止し、振動の伝達損失を補償して音響変換効
率の向上を計ることができ、同時に、圧電板の破
損、劣化を防止し、高音域の音響特性の低下を補
償し、ダイナミツクレンジを拡大することができ
るなどの優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である圧電型スピ
ーカを示す断面斜視図、第２図は、第１図の圧電
形スピーカの周波数レスポンスを示す説明図、第
３図はこの発明の他の実施例である圧電形スピー
カの要部を示す断面図、第４図はこの発明の他の
実施例である圧電形スピーカを示す断面図、第５
図はこの発明が対象とする圧電振動素子の構成を
示す概略図である。図において、１……ハニカム振動板、２……コ
ア、３ａ，３ｂ……表皮、４……圧電振動素子、
４ａ……圧電振動素子の外周縁部、５……圧電
板、６……粘弾性層、７……重錘、８……結合
体、９……結合体８の底面、１０，１０ａ……開
孔、１１……環状間隙、１１ａ……間隙、１２…
…小気室、１３ａ，１３ｂ……引出し線、１４…
…エツジ、１５……フレーム、１６……コーン振
動板、１７……開孔板である。なお、各図中、同
一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１圧電振動板の重心点付近に粘弾性層を介して
重錘を付設して成る圧電振動素子の外周縁部を、
弾性材料の結合体を介在して音響振動板の駆動部
に結合して成る振動系を構成し、前記結合体と前
記圧電振動素子及び音響振動板とで囲まれて形成
された小気室を、前記音響振動板に設けて成る開
孔により前記音響振動板の前面側の外気と通じる
構成としたことを特徴とする圧電形スピーカ。