TW201924919A - 消音系統 - Google Patents

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Abstract

消音系統具備至少1個用於放射消音用之音波的消音揚聲器。至少1個的消音揚聲器包含壓電揚聲器。壓電揚聲器具備：壓電膜；固定面，接觸於支撐壓電揚聲器的支撐體；及薄膜保持部，配置於壓電膜與固定面之間。(i)薄膜保持部包含黏著層且固定面是藉由黏著層的表面所形成，及/或，(ii)薄膜保持部包含多孔體層。

Description

消音系統
發明領域
本發明是有關於一種消音系統，具體而言，是有關於一種具備至少1個用於放射消音用之音波的消音揚聲器之消音系統。
發明背景
使用了壓電膜的揚聲器(以下，有時會稱作壓電揚聲器)已為人所知。壓電揚聲器有體積小且輕盈的優點。
在專利文獻1中，記載有藉由將壓電揚聲器作為消音揚聲器來使用而構成消音系統一事。具體而言，在此消音系統中，壓電膜是以接著劑直接黏貼在為支撐體且已選為壁材之木製板上。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平6-236189號公報
專利文獻2：日本專利特開2016-122187號公報
發明概要
發明欲解決之課題
本發明之目的在於提供一種會從壓電膜良好地放射消音用之音波的消音系統。
用以解決課題之手段
依據本發明者們的研討，若使適當的層介於壓電膜與支撐體之間的話，將變得容易從壓電膜發出可聽音域的聲音。用於固定壓電膜的接著劑也介於壓電膜與支撐體之間(專利文獻1)。
然而，由於該接著劑是在要構成消音系統的現場才會塗佈，因此缺乏其介在態樣的再現性。因此，在對支撐體固定時，被塗佈於壓電膜上的接著劑至少光靠其本身的話，並不適合於使用了壓電揚聲器之消音系統的改善。
本發明提供一種消音系統，是具備至少1個用於放射消音用之音波的消音揚聲器之消音系統，
前述至少1個的消音揚聲器包含壓電揚聲器，
前述壓電揚聲器具備：壓電膜；固定面，接觸於支撐前述壓電揚聲器的支撐體；及薄膜保持部，配置於前述壓電膜與前述固定面之間，
又，(i)前述薄膜保持部包含黏著層且前述固定面是藉由前述黏著層的表面所形成，及/或，(ii)前述薄膜保持部包含多孔體層。
發明效果
上述消音系統適合從壓電膜良好地放射消音用之音波。
用以實施發明之形態
以下，雖然一面參照附加之圖式，一面針對本發明之實施形態進行說明，但以下均只不過是本發明之實施形態的例示，宗旨不在限制本發明。
[第1實施形態]
利用圖1及圖2，來說明第1實施形態的壓電揚聲器。壓電揚聲器10具備有壓電膜35、固定面17、及薄膜保持部55。固定面17能夠利用於將壓電膜35固定在支撐體上。
薄膜保持部55是配置於壓電膜35與固定面17之間。薄膜保持部55包含有介在層40、黏著層或接著層51(以下，有時會僅稱作黏著層51)、及黏著層或接著層52(以下，有時會僅稱作黏著層52)。在圖1的例子中，固定面17是藉由黏著層51的表面(主面)所形成。亦即，固定面17是黏著面或接著面。
壓電膜35包含有壓電體30、電極61、及電極62。黏著層51、介在層40、黏著層52、及壓電膜35是依此順序積層的。
在以下，有時會將黏著層51稱作第1黏著層51、將黏著層52稱作第2黏著層52、將電極61稱作第1電極61、及將電極62稱作第2電極62。
壓電體30具有膜形狀。壓電體30是藉由被施加電壓而振動。能夠使用陶瓷膜、樹脂膜等來作為壓電體30。為陶瓷膜之壓電體30的材料方面，能夠舉出：鋯酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋯酸鑭鉛、鈦酸鋇、Bi層狀化合物、鎢青銅構造化合物、鈦酸鋇與鐵酸鉍的固溶體等。為樹脂膜之壓電體30的材料方面，能夠舉出：聚偏二氟乙烯、聚乳酸等。為樹脂膜之壓電體30的材料亦可是聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烴。又，壓電體30可以是無孔體，亦可是多孔體。
壓電體30的厚度例如是在10μm~300μm的範圍內，亦可在30μm~110μm的範圍內。
第1電極61及第2電極62是以包夾壓電體30的方式來接觸於壓電體30。第1電極61及第2電極62具有膜形狀。第1電極61及第2電極62各自連接於未圖示的引線。第1電極61及第2電極62能夠藉由蒸鍍、鍍敷、濺鍍等來形成於壓電體30上。也能夠使用金屬箔來作為第1電極61及第2電極62。金屬箔能夠藉由雙面膠帶、黏著劑、接著劑等來黏貼在壓電體30上。第1電極61及第2電極62的材料方面，能夠舉出金屬，具體而言，能夠舉出：金、鉑、銀、銅、鈀、鉻、鉬、鐵、鈴、鋁、鎳等。第1電極61及第2電極62的材料方面，也能夠舉出：碳、導電性高分子等。第1電極61及第2電極62的材料方面，也能夠舉出這些的合金。第1電極61及第2電極62亦可含有玻璃成分等。
第1電極61的厚度及第2電極62的厚度各自例如是在10nm~150μm的範圍內，亦可在20nm~100μm的範圍內。
在圖1及圖2的例子中，第1電極61是覆蓋壓電體30的一主面整體。然而，第1電極61亦可僅覆蓋壓電體30的該一主面之一部分。第2電極62是覆蓋壓電體30的另一主面整體。然而，第2電極62亦可僅覆蓋壓電體30的該另一主面之一部分。
介在層40是配置於壓電膜35與固定面17之間。在本實施形態中，介在層40是配置於壓電膜35與第1黏著層51之間。介在層40可以是接著層及黏著層以外的層，亦可是接著層或黏著層。介在層40是多孔體層及/或樹脂層。在此，樹脂層是包含橡膠層及彈性體層的概念，因此為樹脂層之介在層40亦可是橡膠層或彈性體層。為樹脂層之介在層40方面，能夠舉出：乙烯丙烯橡膠層、丁基橡膠層、腈橡膠層、天然橡膠層、苯乙烯丁二烯橡膠層、聚矽氧層、胺甲酸乙酯層、丙烯酸樹脂層等。為多孔體層之介在層40方面，能夠舉出發泡體層等。具體而言，為多孔體層及樹脂層之介在層40方面，能夠舉出：乙烯丙烯橡膠發泡體層、丁基橡膠發泡體層、腈橡膠發泡體層、天然橡膠發泡體層、苯乙烯丁二烯橡膠發泡體層、聚矽氧發泡體層、及胺甲酸乙酯發泡體層等。非多孔體層但為樹脂層之介在層40方面，能夠舉出丙烯酸樹脂層等。非樹脂層但為多孔體層之介在層40方面，能夠舉出金屬的多孔體層等。在此，樹脂層是指包含樹脂的層，且是指：可包含樹脂30%以上、可包含樹脂45%以上、可包含樹脂60%以上、及可包含樹脂80%以上的層。對於橡膠層、彈性體層、乙烯丙烯橡膠層、丁基橡膠層、腈橡膠層、天然橡膠層、苯乙烯丁二烯橡膠層、聚矽氧層、胺甲酸乙酯層、丙烯酸樹脂層、金屬層、樹脂膜、及陶瓷膜等也是同樣的。介在層40亦可是2種類以上之材料的混合層。
介在層40的彈性模數例如是10000N/m2 ~20000000N/m2 ，亦可是20000N/m2 ~100000N/m2 。
在一例中，為多孔體層之介在層40的孔徑是0.1mm~7.0mm，亦可是0.3mm~5.0mm。在其他例中，為多孔體層之介在層40的孔徑例如是0.1mm~2.5mm，亦可是0.2mm~1.5mm，或亦可是0.3mm~0.7mm。為多孔體層之介在層40的空孔率例如是70%~99%，亦可是80%~99%，或亦可是90%~95%。
為發泡體層之介在層40方面，能夠利用周知的發泡體(例如，能夠利用專利文獻2的發泡體)。為發泡體層之介在層40可具有連續氣泡構造，亦可具有獨立氣泡構造，或亦可具有半獨立半連續氣泡構造。
連續氣泡構造是指連續氣泡率為100%的構造。獨立氣泡構造是指連續氣泡率為0%的構造。半獨立半連續氣泡構造是指連續氣泡率比0%大且比100%小的構造。在此，連續氣泡率例如是進行將發泡體層沉入水中的試驗，能夠使用如下公式來計算：連續氣泡率(%)＝｛(已吸入之水的體積)/(氣泡部分體積)｝×100。在一具體例中，「已吸入之水的體積」能夠如下來求得：將發泡體層沉入水中並在-750mmHg的減壓下放置3分鐘後，測量與發泡體層之氣泡中的空氣進行了置換的水的質量，再將水的密度作為1.0g/cm3 來換算成體積。
「氣泡部分體積」是使用如下公式所計算出的值：氣泡部分體積(cm3 )＝｛(發泡體層的質量)/(發泡體層的表觀密度)｝-｛(發泡體層的質量)/(材料密度)｝。「材料密度」是形成發泡體層之母材(實心體)的密度。
為發泡體層之介在層40的發泡倍率(發泡前後的密度比)例如是5~40倍，亦可是10~40倍。
非壓縮狀態下之介在層40的厚度例如是在0.1mm~30mm的範圍，可在1mm~30mm的範圍，亦可在1.5mm~30mm的範圍，或亦可在2mm~25mm的範圍。典型而言，在非壓縮狀態下，介在層40會比壓電膜35更厚。在非壓縮狀態下，介在層40之厚度對壓電膜35之厚度的比率例如是3倍以上，可以是10倍以上，亦可是30倍以上。又，典型而言，在非壓縮狀態下，介在層40會比第1黏著層51更厚。
第1黏著層51是藉由其表面來形成固定面17。第1黏著層51是被接合在支撐體上的層。在圖1的例子中，第1黏著層51接合在介在層40上。第1黏著層51方面，能夠舉出具有基材及黏著劑的雙面膠帶，前述黏著劑是被塗佈於基材的兩面上。作為第1黏著層51來使用之雙面膠帶的基材方面，能夠舉出不織布等。作為第1黏著層51來使用之雙面膠帶的黏著劑方面，能夠舉出含丙烯酸樹脂的黏著劑等。然而，第1黏著層51亦可是不具有基材之黏著劑的層。
第1黏著層51的厚度例如是0.01mm~1.0mm，亦可是0.05mm~0.5mm。
第2黏著層52是配置於介在層40與壓電膜35之間。具體而言，第2黏著層52接合在介在層40與壓電膜35上。第2黏著層52方面，能夠舉出具有基材及黏著劑的雙面膠帶，前述黏著劑是被塗佈於基材的兩面上。作為第2黏著層52來使用之雙面膠帶的基材方面，能夠舉出不織布等。作為第2黏著層52來使用之雙面膠帶的黏著劑方面，能夠舉出含丙烯酸樹脂的黏著劑等。然而，第2黏著層52亦可是不具有基材之黏著劑的層。
第2黏著層52的厚度例如是0.01mm~1.0mm，亦可是0.05mm~0.5mm。
在本實施形態中，是藉由接著面或黏著面接觸於壓電膜35，使得壓電膜35與固定面17側的層一體化。具體而言，在本實施形態中，該接著面或黏著面是藉由第2黏著層或接著層52之表面所形成的面。
壓電揚聲器10能夠適用於圖3所示的消音系統500。消音系統500是具備至少1個用於放射消音用之音波的消音揚聲器之系統。具體而言，消音用之音波是一種在規定區域(所要消音的區域)300中與所要抵消之音波具有相反相位的音波。又，消音系統500更具備有參考麥克風130、誤差麥克風140、及控制裝置110。壓電揚聲器10相較於動態揚聲器，從電訊號傳遞到自身起至發出聲音所花的時間(以下，有時會稱作延遲時間)較短。因此，壓電揚聲器10除了自身的尺寸小這點外，在能夠縮短參考麥克風130與壓電揚聲器10間的距離這點上，也適合小型之消音系統的構成。例如，也可將參考麥克風130、控制裝置110及壓電揚聲器10安裝在1個區間(partition)內。
在消音系統500中，至少1個的消音揚聲器包含有至少1個的壓電揚聲器10，在本實施形態則是包含有複數個壓電揚聲器10。消音系統500包含有支撐壓電揚聲器35的支撐體80。壓電揚聲器10固定在支撐體80上。固定面17接觸於支撐體80。出於在廣泛的區域內實施消音的觀點，存在複數個壓電揚聲器10是有利的。
在壓電揚聲器10固定在支撐體80上的狀態下，電壓會透過引線而被施加於壓電膜35。藉此，壓電膜35會振動，而從壓電膜35放射音波。在圖3的例子中，支撐體80具有平面，在該平面上固定有壓電揚聲器10，且壓電膜35擴展成平面狀。出於使壓電膜35所放射之音波接近平面波的觀點，此態樣是有利的。然而，在支撐體80具有彎曲面時，亦可將壓電揚聲器10固定在其彎曲面上。
如圖3所示，假設成：所要消除的音波是從雜訊源200到達區域300，且在區域300中具有波形290。壓電揚聲器10會放射音波，前述音波在到達區域300時會變得具有與波形290相位相反的波形90。這些音波會在區域300內相互抵消。換言之，這些音波會在區域300內被合成，從而生成振幅為零的合成音波，或是具有振幅降低到較小位準之波形390的合成音波。在消音系統500中，會如此進行而實現消音。
在一具體例中，複數個壓電揚聲器10會各自形成波面。這些波面所合成的合成波面會對區域300傳播。藉由控制被施加於各壓電揚聲器10之電壓的相位差，便能夠控制合成波面的傳播方向。
在圖3所示的消音系統500中，會進行使用了參考麥克風130、誤差麥克風140及控制裝置110的前饋控制。具體而言，參考麥克風130會感測來自雜訊源200的聲音。典型而言，從壓電揚聲器10來看，參考麥克風130是配置於雜訊源200側。依據藉由參考麥克風130所感測到的聲音，控制裝置110會調整從壓電揚聲器10所放射之音波的相位。又，誤差麥克風140是配置於區域300，會感測區域300內的聲音。依據藉由誤差麥克風140所感測到的聲音，控制裝置110會調整從壓電揚聲器10所放射之音波的振幅，以使區域300內之合成音波的振幅變小。
在變形例的消音系統中，省略參考麥克風130。並且，會進行使用了誤差麥克風140及控制裝置110的反饋控制。具體而言，誤差麥克風140會調整從壓電揚聲器10所放射之音波的相位及振幅，以使區域300內之音波的振幅變小。即便如此進行，從結果來看，在區域300內，來自雜訊源200的音波將會因為藉由壓電揚聲器10所生成之相反相位的音波而被消除。
在本實施形態的消音系統500中，支撐體80是將為了壓電膜35之支撐以外的用途所製作出的物品流用於壓電膜35之支撐的支撐體。因此，消音系統500不需要用於壓電膜35之支撐的專用品。出於解決空間之狹隘化的觀點，這種系統是有利的。具體而言，在本實施形態中，前述支撐體80是：a)隔壁，將室內與屋外或其他室內阻隔，前述室內包含藉由消音系統500所要消音的空間或要防止聲音往外部洩漏的空間；
b)產品，在室內設置成無法移動或能夠移動，發揮消音揚聲器以外的功能；
c)機具或器具，設計成能夠供人攜帶或穿戴；或
d)遮音壁，設置於屋外。
上述a)的支撐體80方面，例示有建物的牆壁、天花板、窗玻璃、車輛的車身、門，此外還有，規定供人進入之空間的障壁。上述b)的支撐體80方面，能夠舉出：隔間、椅子、桌子等的辦公室家具、家電製品、窗框等。上述c)的支撐體80方面，能夠舉出安全帽等。
典型而言，支撐體80中之與固定面17相對向之面的面積是在固定面17的面積以上。前者的面積例如是後者的面積的1.0倍以上，亦可是1.5倍以上，或亦可是5倍以上。典型而言，相較於介在層40，支撐體80會具有較大的剛性(楊氏模數與面積慣性矩的積)、較大的楊氏模數及/或較大的厚度。然而，支撐體80可具有與介在層40相同的剛性、楊氏模數及/或厚度，亦可具有比介在層40更小的剛性、楊氏模數及/或厚度。支撐體80的楊氏模數例如是1GPa以上，亦可是10GPa以上，或亦可是50GPa以上。雖然支撐體80的楊氏模數的上限並未特別被限定，但例如是1000GPa。由於能夠利用各種物品來作為支撐體80，因此要規定其厚度的範圍是困難的，但支撐體80的厚度例如是0.1mm以上，可以是1mm以上，亦可是10mm以上，或亦可是50mm以上。
雖然支撐體80的厚度的上限並未特別被限定，但例如是1m。典型而言，支撐體80的位置及/或形狀是不受壓電揚聲器10影響而被固定。典型而言，支撐體80是設想不會使其屈曲而製作出的構件。
在一例中，消音系統500會被用於人所存在之區域的消音。具體而言，區域300會成為人所存在之區域。在其他例中，消音系統500會被用於防止來自人所存在之區域的聲音洩漏。具體而言，人所存在之區域會成為雜訊源200。又，區域300的大小並未特別受到限定，在一例中區域300是室內整體，在其他例中區域300是室內的一部分。
針對本實施形態之消音系統500整體及其構成要素更進一步進行說明。
在消音系統500中，薄膜保持部55是配置於壓電膜35與支撐體80之間。
在消音系統500中，(i)薄膜保持部55包含黏著層且固定面17是藉由黏著層的表面所形成，及/或，(ii)薄膜保持部55包含多孔體層。
該種消音系統500適合從壓電膜35良好地放射消音用之音波。再者，第1黏著層51能夠相當於上述(i)的黏著層。介在層40能夠相當於上述(ii)的多孔體層。
在消音系統500中，介在層40是配置於壓電膜35與支撐體80之間。
雖然關於作用的詳細仍有待今後之檢討的必要，但藉由介在層40適度地拘束壓電膜35的一主面，藉此便有可能變得容易從壓電膜35產生可聽音域中之低頻側的聲音。若考慮到此點的話，便能夠作成：在俯視觀察壓電膜35時，介在層40是配置於壓電膜35之面積的25%以上之區域內。亦可作成：在俯視觀察壓電膜35時，介在層40是配置於壓電膜35之面積的50%以上之區域內，或介在層40是配置於壓電膜35之面積的75%以上之區域內，或介在層40是配置於壓電膜35的整個區域內。又，能夠將壓電揚聲器10中之與固定面17相反之側的主面15的50%以上藉由壓電膜35來構成。可將主面15的75%以上藉由壓電膜35來構成，亦可將主面15整體藉由壓電膜35來構成。
在本實施形態中，是藉由第2黏著層52來防止壓電膜35與介在層40的分離。出於上述之「適度的拘束」的觀點，能夠作成：在俯視觀察壓電膜35時，第2黏著層52及介在層40是配置於壓電膜35之面積的25%以上之區域內。亦可作成：在俯視觀察壓電膜35時，第2黏著層52及介在層40是配置於壓電膜35之面積的50%以上之區域內，或第2黏著層52及介在層40是配置於壓電膜35之面積的75%以上之區域內，或第2黏著層52及介在層40是配置於壓電膜35的整個區域內。
在此，在介在層40是多孔體時，供介在層40配置之區域的比率並非出於微觀性的觀點，而是出於更加宏觀性的觀點來加以規定，前述微觀性的觀點是指考量到來自於其多孔質構造之細孔的觀點。例如，會被呈現為：在壓電膜35、為多孔體之介在層40及第2黏著層52是俯視下具有共通之輪廓的板狀體時，第2黏著層52及介在層40是配置於壓電膜35之面積的100%之區域內。
在本實施形態中，介在層40的拘束度是5×109 N/m3 以下。介在層40的拘束度例如是1×104 N/m3 以上。介在層40的拘束度宜為5×108 N/m3 以下，較理想的是2×108 N/m3 以下，更理想的是1×105 ~5×107 N/m3 。在此，介在層40的拘束度(N/m3 )是如以下公式，藉由將介在層40的彈性模數(N/m2 )與介在層40的表面填充率的積除以介在層40的厚度(m)所得到的值。介在層40的表面填充率是介在層40中之壓電膜35側的主面之填充率(從1減去了空孔率的值)。在介在層40的孔均等地分布時，表面填充率能夠視為等同於介在層40的立體填充率。
拘束度(N/m3 )＝彈性模數(N/m2 )×表面填充率÷厚度(m)
拘束度能夠想作是表示介在層40所造成之壓電膜35的拘束程度的參數。在上述公式中已顯示：介在層40的彈性模數越大，拘束程度就變得越大一事。在上述公式中已顯示：介在層40的表面填充率越大，拘束程度就變得越大一事。在上述公式中已顯示：介在層40的厚度越小，拘束程度就變得越大一事。雖然關於介在層40的拘束度與從壓電膜35所產生的聲音間之關係仍有待今後之檢討的必要，但在拘束度大得過度時，有可能會妨礙發出低頻側的聲音所需要的壓電膜35之變形。相反地，在拘束度小得過度時，有可能壓電膜35不會在其厚度方向上充分地變形，而僅在其面內方向(垂直於厚度方向的方向)上伸縮，而妨礙低頻側的聲音的產生。能夠想作：藉由將介在層40的拘束度設定在適度的範圍內，使壓電膜35之面內方向的伸縮適度地轉換成厚度方向的變形，壓電膜35就會整體適當地屈曲，而變得容易產生低頻側的聲音。
相較於介在層40，支撐體80亦可具有較大的拘束度。即便在這種情況下，藉由介在層40的幫助，也能夠從壓電膜35產生低頻側的聲音。然而，支撐體80可具有與介在層40相同的拘束度，亦可具有比介在層40更小的拘束度。在此，支撐體80的拘束度(N/m3 )是藉由將支撐體80的彈性模數(N/m2 )與支撐體80的表面填充率的積除以支撐體80的厚度(m)所得到的值。支撐體80的表面填充率是支撐體80中之壓電膜35側的主面之填充率(從1減去了空孔率的值)。
在本實施形態中，固定面17是配置成：在俯視觀察壓電膜35時，壓電膜35的至少一部分會與固定面17重複(在圖1的例子中會與第1黏著層51重複)。出於將壓電揚聲器10穩定地固定在支撐體80上的觀點，能夠作成：在俯視觀察壓電膜35時，固定面17是配置於壓電膜35之面積的50%以上之區域內。亦可作成：在俯視觀察壓電膜35時，固定面17是配置於壓電膜35之面積的75%以上之區域內，或固定面17是配置於壓電膜35的整個區域內。
在本實施形態中，存在於壓電膜35與固定面17之間且相互鄰接的層是接合的。在此，「壓電膜35與固定面17之間」包含壓電膜35及固定面17。具體而言，第1黏著層51與介在層40是接合的，介在層40與第2黏著層52是接合的，第2黏著層52與壓電膜35是接合的。因此，能夠不受限於對支撐體80的安裝形態，穩定地配置壓電膜35，而且對支撐體80的安裝是容易的。另外，藉由介在層40的幫助，將不受限於安裝形態，而從壓電膜35發出聲音。因此，在本實施形態中，在這些相輔相成下，可實現使用便利性佳的壓電揚聲器。再者，「相互鄰接的層是接合的」意指相互鄰接的層是整體性或部分性地接合。在圖示的例子中，在沿壓電膜35的厚度方向延伸且依序通過壓電膜35、介在層40及固定面17的規定區域內，相互鄰接的層是接合的。
在本實施形態中，壓電膜35及介在層40各自的厚度實質上為一定。出於壓電揚聲器10的保管、使用便利性、從壓電膜35發出之聲音的控制等之各種觀點，此點為有利的情況居多。再者，「厚度實質上為一定」是指例如厚度的最小值是最大值的70%以上且100%以下。壓電膜35及介在層40各自的厚度的最小值亦可是最大值的85%以上且100%以下。
在本實施形態中，壓電膜35及薄膜保持部55各自的厚度實質上為一定。壓電膜35及薄膜保持部55各自的厚度的最小值亦可是最大值的85%以上且100%以下。
此外，相較於陶瓷等，樹脂是不易產生裂痕的材料。在一具體例中，壓電膜35的壓電體30是樹脂膜，且介在層40是不會發揮作為壓電膜之功能的樹脂層。出於以剪刀、人的手等切斷壓電揚聲器10而不會在壓電體30或介在層40中產生裂痕的觀點(壓電揚聲器10能夠以剪刀、人的手等來切斷這點，有助於提升消音系統500的設計自由度，並且，會易於構築消音系統500)。又，若如此構成的話，即便將壓電揚聲器10彎曲，也會變得不易在壓電體30或介在層40中產生裂痕。又，出於在彎曲面上固定壓電揚聲器10而不會在壓電體30或介在層40中產生裂痕的觀點，壓電體30是樹脂膜且介在層40是樹脂層這點是有利的。
在圖1的例子中，壓電膜35、介在層40、第1黏著層51及第2黏著層52具有非分割且非框狀的板狀形狀，俯視下輪廓是一致的。然而，這些構件的一部分或全部具有框狀形狀，或這些構件的一部分或全部被分割成複數個，或這些構件的輪廓並非一致亦無妨。
在圖1的例子中，壓電膜35、介在層40、第1黏著層51及第2黏著層52是俯視下具有短邊方向及長邊方向的長方形。然而，這些構件亦可是正方形、圓形、及橢圓形等。
又，壓電揚聲器亦可包含圖1所示的層以外的層。
雖然並非是要重新預告，但薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含可作為介在層40來採用的層。此點對於後述的第2實施形態也是同樣的。例如，薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含不會發揮作為壓電膜35之功能的樹脂層。薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含多孔體層。薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含乙烯丙烯橡膠發泡體層。
同樣的，薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含可作為第1黏著層51來採用的層。薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含可作為第2黏著層52來採用的層。例如，薄膜保持部55能夠說明為：能夠包含黏著層或接著層。
[第2實施形態]
以下，使用圖4來說明第2實施形態的壓電揚聲器110。在以下，對於與第1實施形態相同的部分，有時會省略說明。
壓電揚聲器110具備有壓電膜35、固定面117、及薄膜保持部155。固定面117能夠利用於將壓電膜35固定在支撐體上。
薄膜保持部155是配置於壓電膜35與固定面117之間(在此，「之間」包含固定面117。對於第1實施形態也是同樣的)。在圖4的例子中，薄膜保持部155是藉由介在層140所構成。
固定面117是藉由介在層140的表面(主面)所形成。
介在層140是多孔體層及/或樹脂層。介在層140是黏著層或接著層。能夠使用包含丙烯酸樹脂的黏著劑來作為介在層140。亦可使用其他黏著劑來作為介在層140，例如包含橡膠、聚矽氧或胺甲酸乙酯的黏著劑。介在層140亦可是2種類以上之材料的混合層。
介在層140的彈性模數例如是10000N/m2 ~20000000N/m2 ，亦可是20000N/m2 ~100000N/m2 。
非壓縮狀態下之介在層140的厚度例如是在0.1mm~30mm的範圍，可在1mm~30mm的範圍，亦可在1.5mm~30mm的範圍，或亦可在2mm~25mm的範圍。典型而言，在非壓縮狀態下，介在層140會比壓電膜35更厚。在非壓縮狀態下，介在層140之厚度對壓電膜35之厚度的比率例如是3倍以上，可以是10倍以上，亦可是30倍以上。
在本實施形態中，介在層140的拘束度是5×109 N/m3 以下。介在層140的拘束度例如是1×104 N/m3 以上。介在層140的拘束度宜為5×108 N/m3 以下，較理想的是2×108 N/m3 以下，更理想的是1×105 ~5×107 N/m3 。拘束度的定義如先前所說明過的內容。
在本實施形態中，是藉由接著面或黏著面接觸於壓電膜35，使得壓電膜35與固定面117側的層一體化。具體而言，在本實施形態中，該接著面或黏著面是藉由介在層140所形成的面。
壓電揚聲器110也能夠藉由固定面117來固定在圖3的支撐體80上。如此一來，便能夠構成使用了壓電揚聲器110的消音系統500。
在消音系統500中，(i)薄膜保持部155包含黏著層且固定面117是藉由黏著層的表面所形成，及/或，(ii)薄膜保持部155包含多孔體層。
該種消音系統500適合從壓電膜35良好地放射消音用之音波。
[實施例]
藉由實施例來詳細地說明本發明。然而，以下的實施例是顯示本發明之一例的實施例，本發明並非限定於以下的實施例。
(實施例1)
藉由將壓電揚聲器10之固定面17黏貼在已被固定的支撐構件680上，製作出圖5所示的構造。具體而言，使用了厚度5mm的不鏽鋼平板(SUS平板)來作為支撐構件680。使用了黏著片來作為第1黏著層51，前述黏著片是使丙烯酸系黏著劑浸滲於不織布的兩面，且厚度0.16mm的黏著片(雙面膠帶)。使用了發泡體來作為介在層40，前述發泡體是使包含乙烯丙烯橡膠與丁基橡膠之混合物以約10倍的發泡倍率發泡，且厚度3mm之獨立氣泡型的發泡體。使用了黏著片來作為第2黏著層52，前述黏著片是基材為不織布且在其基材的兩面上塗佈有包含無溶劑型之丙烯酸樹脂的黏著劑，且厚度0.15mm的黏著片(雙面膠帶)。使用了薄膜來作為壓電膜35，前述薄膜是在兩面上蒸鍍有銅電極(包含鎳)的聚偏二氟乙烯薄膜(總厚度33μm)。實施例1的第1黏著層51、介在層40、第2黏著層52及壓電膜35具有俯視下縱37.5mm×橫37.5mm的尺寸，且具有俯視下輪廓會重複之非分割且非框狀的板狀形狀(後述的實施例及參考例也是同樣的)。支撐構件680具有俯視下縱50mm×橫50mm的尺寸，且整體性地覆蓋第1黏著層51。如此一來，便製作出具有圖5所示的構成之實施例1的試樣。
(實施例2)
使用了發泡體來作為介在層40，前述發泡體是使包含乙烯丙烯橡膠之混合物以約10倍的發泡倍率發泡，且厚度3mm之半獨立半連續氣泡型的發泡體。此發泡體是包含硫的發泡體。除此之外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例2的試樣。
(實施例3)
在實施例3中，使用了與實施例2的介在層40相同材料且相同構造的厚度5mm之發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例2同樣地進行而製作出實施例3的試樣。
(實施例4)
在實施例4中，使用了與實施例2 的介在層40相同材料且相同構造的厚度10mm之發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例2同樣地進行而製作出實施例4的試樣。
(實施例5)
在實施例5中，使用了與實施例2的介在層40相同材料且相同構造的厚度20mm之發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例2同樣地進行而製作出實施例5的試樣。
(實施例6)
使用了發泡體來作為介在層40，前述發泡體是使包含乙烯丙烯橡膠之混合物以約10倍的發泡倍率發泡，且厚度20mm之半獨立半連續氣泡型的發泡體。此發泡體是不包含硫的發泡體，比作為實施例2~5的介在層40來使用的發泡體更柔軟。除此之外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例6的試樣。
(實施例7)
使用了發泡體來作為介在層40，前述發泡體是使包含乙烯丙烯橡膠之混合物以約20倍的發泡倍率發泡，且厚度20mm之半獨立半連續氣泡型的發泡體。除此之外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例7的試樣。
(實施例8)
使用了金屬多孔體來作為介在層40。此金屬多孔體的材料是鎳，孔徑是0.9mm，厚度是2.0mm。使用了與實施例1的第1黏著層51相同的黏著層來作為第2黏著層52。除此之外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例8的試樣。
(實施例9)
省略實施例1的第1黏著層51及第2黏著層52，僅使介在層140介於壓電膜35與支撐體80之間。使用了黏著片來作為介在層140，前述黏著片是藉由丙烯酸系黏著劑所構成之厚度3mm的無基材黏著片。除此之外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例9的試樣，前述試樣具有在圖4之支撐構件680上安裝了圖5之積層體的構成。
(實施例10)
使用了與實施例9的介在層140相同的介在層來作為介在層40。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例10的試樣。
(實施例11)
使用了厚度5mm的胺甲酸乙酯發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例11的試樣。
(實施例12)
使用了厚度10mm的胺甲酸乙酯發泡體來作為介在層40。此胺甲酸乙酯發泡體是與作為實施例11的介在層40來使用的胺甲酸乙酯發泡體相比孔徑較小者。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例12的試樣。
(實施例13)
使用了厚度5mm之獨立氣泡型的丙烯腈丁二烯橡膠的發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例13的試樣。
(實施例14)
使用了厚度5mm之獨立氣泡型的乙烯丙烯橡膠的發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例14的試樣。
(實施例15)
使用了發泡體來作為介在層40，前述發泡體是混合有天然橡膠與苯乙烯丁二烯橡膠，且厚度5mm之獨立氣泡型的發泡體。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例15的試樣。
(實施例16)
使用了厚度5mm之獨立氣泡型的聚矽氧的發泡體來作為介在層40。除此之外，是與實施例8同樣地進行而製作出實施例16的試樣。
(實施例17)
使用了與實施例1的介在層40相同材料且相同構造的厚度10mm之發泡體來作為介在層40。使用了與實施例1相同的黏著片來作為第2黏著層52。使用了樹脂片來作為壓電膜35的壓電體30，前述樹脂片是以來自於玉米的聚乳酸作為主原料，且厚度35μm的樹脂片。壓電膜35的第1電極61及第2電極62各自是厚度0.1μm的鋁膜，且是藉由蒸鍍來形成。如此進行，便得到了總厚度35.2μm的壓電膜35。除此之外，是與實施例1同樣地進行而製作出實施例17的試樣。
(參考例1)
將實施例1的壓電膜35作為參考例1的試樣。在參考例1中，在不接著的狀態下，將試樣放置在平行於地面的台上。
實施例及參考例之試樣的評價方法如下所述。
＜介在層的厚度(非壓縮狀態)＞
介在層的厚度是使用了測厚計來測量。
＜介在層的彈性模數＞
從介在層切出了小片。對於已切出的小片，使用拉伸試驗機(TA Instruments公司製「RSA-G2」)，在常溫下進行了壓縮試驗。藉此，得到了應力-應變曲線。從應力-應變曲線的初期傾斜算出了彈性模數。
＜介在層的孔徑＞
藉由顯微鏡得到了介在層的擴大圖像。藉由將擴大圖像進行圖像分析，求出了介在層的孔徑的平均值。將所求出的平均值作為介在層的孔徑。
＜介在層的空孔率＞
從介在層切出了長方體的小片。從已切出的小片的體積及質量求出了表觀密度。將表觀密度除以形成介在層之母材(實心體)的密度。藉此，算出了填充率。然後從1減去了填充率。藉此，便得到了空孔率。
＜介在層的表面填充率＞
關於實施例2~16，是將上述的填充率作為表面填充率。在實施例1及17中，由於介在層具有表面皮層，因此表面填充率是設為100%。
＜試樣的音壓位準之頻率特性＞
將用來測量實施例1~8及10~17之試樣的構成顯示於圖6中。在壓電膜35之兩面的角部安裝了厚度70μm且縱5mm×橫70mm的導電性銅箔膠帶70(3M公司製的CU-35C)。又，在這些導電性銅箔膠帶70上，各自安裝了鱷魚夾75。導電性銅箔膠帶70及鱷魚夾75會構成用於對壓電膜35施加交流電壓之電路徑的一部分。
將用來測量實施例9之試樣的構成顯示於圖7中。在圖7的構成中，沒有圖6的第1黏著層51及第2黏著層52。在圖7的構成中，有介在層140。
用來測量參考例1之試樣的構成是仿效圖6及圖7的構成。具體而言，仿效圖6及圖7，在壓電膜35之兩面的角部安裝了導電性銅箔膠帶70，並在這些膠帶70上安裝了鱷魚夾75。
將如此進行所得到的組合件在不接著的狀態下放置在平行於地面的台上。
在圖8及9中，顯示用來測量試樣之音響特性的方塊圖。具體而言，圖8顯示輸出系統，圖9顯示評價系統。
在圖8所示的輸出系統中，依序連接了聲音輸出用個人電腦(以下，有時會將個人電腦簡化記載成PC)401、音訊介面402、揚聲器放大器403、及試樣404(實施例及參考例的壓電揚聲器)。為了能夠確認從揚聲器放大器403對試樣404的輸出，而將揚聲器放大器403也連接至示波器405。
在聲音輸出用PC401中，安裝有WaveGene。WaveGene是用於產生測試用聲音訊號的免費軟體。使用了樂蘭(Roland)股份公司製的QUAD-CAPTURE來作為音訊介面402。音訊介面402的取樣頻率是設為192kHz。使用了安橋(ONKYO)股份公司製的A-924來作為揚聲器放大器403。使用了太克(Tektronix)公司製的DPO2024來作為示波器405。
在圖9所示的評價系統中，依序連接了麥克風501、音響評價裝置(PULSE)502、及音響評價用PC503。
使用了B＆K公司製的Type4939-C-002來作為麥克風501。麥克風501是配置於與試樣404相距1m的位置。使用了B＆K公司製的Type3052-A-030來作為音響評價裝置502。
如此構成輸出系統及評價系統，並從聲音輸出用PC401透過音訊介面402及揚聲器放大器403來對試樣404施加了交流電壓。具體而言，是使用聲音輸出用PC401，在20秒內產生了頻率從100Hz掃描到100kHz的測試用聲音訊號。此時，藉由示波器405來確認了從揚聲器放大器403所輸出的電壓。又，藉由評價系統來評價了從試樣404所產生的聲音。如此一來，便進行了音壓頻率特性測量試驗。
輸出系統及評價系統之設定的詳細如以下所述。
[輸出系統的設定]
・頻率範圍：100Hz~100kHz
・掃描時間：20秒
・有效電壓：10V
・輸出波形：正弦波
[評價系統的設定]
・測量時間：22秒
・尖峰保持值
・測量範圍：4Hz~102.4kHz
・線數：6400
＜開始發出聲音的頻率之判斷＞
將音壓位準比背景雜訊大3dB以上之頻率帶(排除如下之尖峰部：音壓位準保持在背景雜訊＋3dB以上之頻率範圍未達峰值頻率(音壓位準成為峰值的頻率)的±10%之尖峰部)的下端，判斷為開始發出聲音的頻率。
將實施例1~17及參考例1的評價結果顯示於圖10A~圖29中。在圖30中，顯示背景雜訊的音壓位準之頻率特性。再者，在圖11中，E1~E17對應於實施例1~17。
[壓電膜的支撐構造與振動自由度]
回到圖5參照依據本發明之壓電揚聲器的支撐構造之一例。在壓電揚聲器10中，壓電膜35的整面是透過黏著層51、52及介在層40而被固定在支撐體(支撐構造)680上。
也可以設想到：為了作成壓電膜35的振動不會被支撐體680阻礙，而支撐壓電膜35的一部分並與支撐體680拉開間隔。將依據此設計思想的支撐構造例示於圖31中。在圖31所示的虛擬的壓電揚聲器108中，框體88是將壓電膜35的周緣部支撐在遠離支撐體680的位置。
從預先朝一邊彎曲且已固定住彎曲方向的壓電膜很容易確保充足的音量。因此，也可以設想到：例如在壓電揚聲器108中，在壓電膜35、框體88及支撐體680所圍成的空間48配置上表面成為凸面且厚度不一定的介在物，來預先將壓電膜35的中央部朝上方推起。然而，為了避免阻礙壓電膜35的振動，這種介在物不會與壓電膜35接合。因此，即便在空間48配置了介在物，將壓電膜35以規定其振動的態樣來加以支撐的只有框體88而已。
如上所述，在圖31所示的壓電揚聲器108中，是採用壓電膜35的局部性支撐構造。相對於此，如圖5所示，在壓電揚聲器10中，壓電膜35並非是在特定的部分受到支撐。意外地，儘管壓電膜35的整面被固定在支撐體80上，壓電揚聲器10仍展現實用的音響特性。具體而言，在壓電揚聲器10中，到壓電膜35的周緣部為止都能夠上下地振動。壓電膜35也能夠其整體都上下地振動。因此，若與壓電揚聲器108相比較的話，壓電揚聲器10的振動自由度高，在良好之發音特性的實現上是相對有利的。
10、110‧‧‧壓電揚聲器
15‧‧‧主面
17、117‧‧‧固定面
30‧‧‧壓電體
35‧‧‧壓電膜
40、140‧‧‧介在層
48‧‧‧空間
51、52‧‧‧黏著層
55、155‧‧‧薄膜保持部
61、62‧‧‧電極
70‧‧‧導電性銅箔膠帶
75‧‧‧鱷魚夾
80‧‧‧支撐體
88‧‧‧框體
90、290、390‧‧‧波形
108‧‧‧壓電揚聲器
110‧‧‧控制裝置
130‧‧‧參考麥克風
140‧‧‧誤差麥克風
200‧‧‧雜訊源
300‧‧‧區域
401‧‧‧聲音輸出用PC
402‧‧‧音訊介面
403‧‧‧揚聲器放大器
404‧‧‧試樣
405‧‧‧示波器
500‧‧‧消音系統
501‧‧‧麥克風
502‧‧‧音響評價裝置
503‧‧‧音響評價用PC
680‧‧‧支撐構件
E1~E17‧‧‧實施例1~17
圖1是壓電揚聲器之平行於厚度方向的截面中的截面圖。
圖2是從與固定面相反之側來觀察壓電揚聲器時的頂視圖。
圖3是用於說明消音系統的示意圖。
圖4是顯示其他實施形態之壓電揚聲器的圖。
圖5是用於說明以實施例所製作出的構造的圖。
圖6是用於說明用來測量試樣之構成的圖。
圖7是用於說明用來測量試樣之構成的圖。
圖8是輸出系統的方塊圖。
圖9是評價系統的方塊圖。
圖10A是顯示試樣之評價結果的表。
圖10B是顯示試樣之評價結果的表。
圖11是顯示介在層的拘束度與開始發出聲音的頻率間的關係的圖表。
圖12是顯示實施例1之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖13是顯示實施例2之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖14是顯示實施例3之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖15是顯示實施例4之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖16是顯示實施例5之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖17是顯示實施例6之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖18是顯示實施例7之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖19是顯示實施例8之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖20是顯示實施例9之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖21是顯示實施例10之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖22是顯示實施例11之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖23是顯示實施例12之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖24是顯示實施例13之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖25是顯示實施例14之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖26是顯示實施例15之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖27是顯示實施例16之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖28是顯示實施例17之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖29是顯示參考例1之試樣的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖30是顯示背景雜訊的音壓位準之頻率特性的圖表。
圖31是用於說明壓電膜之支撐構造的圖。

Claims (9)

  1. 一種消音系統，是具備至少1個用於放射消音用之音波的消音揚聲器之消音系統， 前述至少1個的消音揚聲器包含壓電揚聲器， 前述壓電揚聲器具備：壓電膜；固定面，接觸於支撐前述壓電揚聲器的支撐體；及薄膜保持部，配置於前述壓電膜與前述固定面之間， 又，(i)前述薄膜保持部包含黏著層且前述固定面是藉由前述黏著層的表面所形成，及/或，(ii)前述薄膜保持部包含多孔體層。
  2. 如請求項1之消音系統，其中前述支撐體是： a)隔壁，將室內與屋外或其他室內阻隔，前述室內包含藉由前述消音系統所要消音的空間或要防止聲音往外部洩漏的空間； b)產品，在前述室內設置成無法移動或能夠移動，發揮消音揚聲器以外的功能； c)機具或器具，設計成能夠供人攜帶或穿戴；或 d)遮音壁，設置於屋外。
  3. 如請求項2之消音系統，其中前述壓電膜的壓電體是樹脂膜，且前述薄膜保持部包含不會發揮作為壓電膜之功能的樹脂層。
  4. 如請求項1之消音系統，其中前述壓電膜及前述薄膜保持部各自的厚度實質上為一定。
  5. 如請求項1之消音系統，其中前述壓電揚聲器中之與前述固定面相反之側的主面的50%以上是藉由前述壓電膜來構成。
  6. 如請求項1之消音系統，其中前述薄膜保持部包含多孔體層，前述薄膜保持部更包含黏著層或接著層，前述固定面是藉由前述黏著層或接著層的表面所形成。
  7. 如請求項1之消音系統，其中前述固定面是配置成：在俯視觀察前述壓電膜時，前述壓電膜的至少一部分會與前述固定面重複。
  8. 如請求項1之消音系統，其中前述薄膜保持部包含乙烯丙烯橡膠發泡體層。
  9. 如請求項1之消音系統，其中存在於前述壓電膜與前述固定面之間且相互鄰接的層是接合的， 在此，前述壓電膜與前述固定面之間包含前述壓電膜及前述固定面。
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