WO2018173426A1 - 音声再生装置 - Google Patents

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WO2018173426A1
WO2018173426A1 PCT/JP2018/000399 JP2018000399W WO2018173426A1 WO 2018173426 A1 WO2018173426 A1 WO 2018173426A1 JP 2018000399 W JP2018000399 W JP 2018000399W WO 2018173426 A1 WO2018173426 A1 WO 2018173426A1
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piezoelectric
resistor
transistor
diaphragm
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PCT/JP2018/000399
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Inventor
哲夫 石黒
Original Assignee
株式会社Ｃｒｉ・ミドルウェア
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Definitions

  • the present invention relates to a sound reproducing device including an utterance device that outputs sound using a piezoelectric element.
  • a piezoelectric buzzer (also referred to as a piezoelectric speaker, piezo maker, or piezoelectric sounder) applies a signal voltage to the piezoelectric body, which distorts the piezoelectric body and outputs the vibration of the piezoelectric body as sound. Since this piezoelectric buzzer is small and consumes little power, it is used as a sounding device (sounding component) such as an electronic buzzer.
  • the piezoelectric buzzer is electrically and acoustically designed to output a sine wave or a rectangular wave having a specific frequency.
  • the piezoelectric buzzer When outputting music and human voice from a piezoelectric buzzer, the following problems exist. First, since the piezoelectric buzzer assumes only a sound output of a specific frequency, the piezoelectric buzzer is designed to output a sound of a specific frequency with a high sound pressure using resonance. As described above, since the piezoelectric buzzer is designed for sound output of a specific frequency, music and human voice output from the piezoelectric buzzer do not have practical sound quality (that is, sound quality is poor). In addition, since the electrical characteristic of the piezoelectric buzzer is a basic capacitor (capacitor), the current consumption increases as the frequency of the sound output from the piezoelectric buzzer increases. In particular, when the piezoelectric buzzer is driven by a filterless class D amplifier, current consumption increases due to harmonic components included in the rectangular wave. For this reason, the piezoelectric buzzer needs a filter for suppressing frequency components other than the audible band.
  • Patent Document 1 discloses a class D amplifier including a low-pass filter that cuts a predetermined frequency component.
  • a coil inductor
  • a resistor are connected in series with a piezo speaker (piezoelectric element) (see FIG. 12 of Patent Document 1 below).
  • the piezo speaker is equivalent to a capacitor (capacitor), and the piezo speaker and the coil constitute an LC filter (secondary filter) that is a low-pass filter.
  • the resistor is provided to suppress the resonance of the LC filter.
  • Patent Document 2 discloses a control circuit having a configuration in which a volume adjusting resistor is connected to a piezoelectric buzzer (piezoelectric element).
  • the resistor connected to the piezoelectric buzzer is for volume adjustment and does not constitute a filter.
  • the LC filter is configured by the piezo speaker (piezoelectric element) and the coil, the price is higher than that in the case of configuring the RC filter.
  • the resistor connected to the piezoelectric buzzer is provided for adjusting the volume of the buzzer, and an RC filter for improving the sound quality of the buzzer. It does not constitute. Furthermore, it is also required to improve the sound pressure of the piezoelectric buzzer.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a sound reproducing device that can be manufactured at low cost, can be configured with a piezoelectric buzzer with high sound quality and low current consumption, and can improve the sound pressure of the piezoelectric buzzer.
  • the purpose is to do.
  • a piezoelectric element suitable for sound output of a specific frequency using resonance, outputting vibration of the piezoelectric body generated by applying a signal voltage to the piezoelectric body as sound
  • a piezoelectric buzzer that is connected in series to the piezoelectric element has a resistor that constitutes a low-pass filter together with a capacitor equivalent to the piezoelectric element, and suppresses frequency components without using a separate low-pass filter, and audio based on middleware
  • a microcomputer that generates a PWM signal according to the signal, and the four bipolar transistors that constitute the H-bridge circuit perform switching operation based on the PWM signal generated by the microcomputer to perform power amplification, and according to the PWM signal A piezoelectric element and a resistor with a resistance value that matches the characteristics of the piezoelectric element Providing a driving circuit for performing an audio output of the piezoelectric buzzer is output to the connected piezoelectric buzzer, a vibrating plate that vibrates
  • the diaphragm may be formed on one surface of the housing.
  • the diaphragm may have a contact portion on the surface thereof and be arranged so that the piezoelectric element is in contact with the contact portion.
  • the piezoelectric element may have a contact portion on the surface thereof and be arranged so that the diaphragm comes into contact with the contact portion.
  • the contact portion may be a convex portion or an uneven portion.
  • a capacitor is connected between the base terminals of the two bipolar transistors, and a Schottky barrier diode is connected between one terminal of the capacitor and the power supply.
  • the signal input terminal for inputting the PWM signal may be connected to the other terminal of the capacitor.
  • the drive circuit may be configured to include a charge pump that operates on the battery voltage and boosts the battery voltage to the power supply voltage.
  • a resistor is connected in series to a piezoelectric element, and a low-pass filter is formed by a capacitor and a resistor equivalent to the piezoelectric element, so that an inexpensive piezoelectric buzzer can be used, and the cost is greatly reduced. can do. Moreover, even when such a piezoelectric buzzer is used, high-quality sound output can be realized, and a high-frequency component is suppressed by a low-pass filter, so that the piezoelectric buzzer can be driven with low current consumption. Can do.
  • the piezoelectric element since the diaphragm that vibrates corresponding to the vibration of the piezoelectric element is provided, the vibration of the piezoelectric element can be amplified by the diaphragm, and the sound pressure of the piezoelectric element (piezoelectric buzzer) can be improved. Furthermore, the piezoelectric element can be reliably waterproofed by configuring the piezoelectric element so that it can be accommodated in the housing.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an H bridge circuit shown in FIG. 1. It is a figure which shows the structure of the piezoelectric buzzer which concerns on this invention. It is a figure which shows the structure of the 1st speech device which concerns on this invention. It is a figure which shows the structure of the 2nd speech device which concerns on this invention. It is a figure which shows the structure of the 3rd speech device which concerns on this invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a second modification of the drive circuit.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a third modification of the drive circuit.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a fourth modification of the drive circuit.
  • FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a fifth modification of the drive circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an audio reproducing apparatus according to the present invention.
  • 1A shows the configuration of the conventional audio reproduction device according to the first aspect
  • FIG. 1B shows the configuration of the conventional audio reproduction device according to the second aspect
  • voice reproduction apparatus based on this invention is shown.
  • the conventional audio reproduction apparatus of the first aspect shown in FIG. 1A includes a microcomputer 10A (hereinafter, the microcomputer is abbreviated as a microcomputer), a DAC LSI (D / A converter LSI) 20A, and an analog dedicated power supply IC 30. And an amplifier 40 and a speaker 50.
  • the microcomputer 20A is a circuit in which a CPU, a memory, and the like are integrated on one LSI chip (LSI: Large Scale Integration).
  • the microcomputer 20A converts the compressed audio data into an analog waveform audio signal (digital data) in a PCM (pulse code modulation) format.
  • the microcomputer 20A outputs a PCM format audio signal to the DAC LSI 20A.
  • the compressed audio data is stored in the memory of the microcomputer 10A.
  • the DAC LSI 20A includes a DAC (D / A converter) 21, an LPF (low-pass filter) 22, and an electronic volume 23 as shown in FIG.
  • the DAC 21 of the DAC LSI 20A converts the PCM audio signal output from the microcomputer 20A into a stepped analog waveform audio signal.
  • the LPF 22 is a filter that hardly attenuates a component having a frequency lower than the cut-off frequency and gradually decreases a component having a frequency higher than the cut-off frequency.
  • the audio signal output from the DAC 21 is shaped into an analog waveform from which noise components have been removed by the LPF 22.
  • the electronic volume 23 adjusts the volume of the audio signal output from the LPF 22 and outputs it to the amplifier 40.
  • the analog dedicated power supply IC 30 generates desired output power from the input power from the analog power supply, and supplies the generated output power to the amplifier 40.
  • the amplifier 40 amplifies the audio signal output from the DAC LSI 20A (that is, the electronic volume 23) with a predetermined gain and outputs the audio from the speaker 50.
  • the above-described conventional audio reproduction device according to the first aspect has to worry about heat dissipation in the amplifier 40, and also requires analog components (amplifier 40, analog system dedicated power supply IC 30, LPF 22, etc.). Cost becomes high.
  • the memory 12 of the microcomputer 10B (not shown in FIG. 1B) has a driver 12A as middleware for driving the audio output device (H bridge circuit 20B, speaker 50). Is remembered.
  • the microcomputer 10B (CPU) converts the compressed audio data into a PCM format digital data audio signal. Based on the driver 12A stored in the memory, the microcomputer 10B converts the PCM format audio signal into a PWM signal (PWM: Pulse : Width Modulation, pulse width modulation) whose pulse width is proportional to the signal level (described later). See FIG. 3).
  • PWM Pulse : Width Modulation, pulse width modulation
  • the H-bridge circuit 20B is composed of four FETs (Field effect transistor).
  • the H bridge circuit 20B performs power amplification by switching operation of four FETs based on the PWM signal from the microcomputer 10B, and drives the speaker 50.
  • the conventional audio reproduction device of the second aspect shown in FIG. 1 (B) can greatly reduce the component cost.
  • the circuit is digital, heat generation is minimized, power usage efficiency is improved, and the running cost is reduced. Further, there is no risk of reworking the substrate, and long-term use of the substrate and long-term supply guarantee of the product are possible. Further, since the operating temperature range of the FET is wide, the operating temperature range of the product is also widened.
  • FIG. 1C includes a microcomputer 10C, an H-bridge circuit 20C, and a piezoelectric buzzer 60.
  • the memory of the microcomputer 10C (see the memory 12 of FIG. 2) is middleware for driving the audio output device (H bridge circuit 20C, piezoelectric buzzer 60).
  • a driver 12B is incorporated.
  • the CPU of the microcomputer 10C (see the CPU 11 in FIG. 2) converts the compressed audio data into a PCM format digital data audio signal. Then, the CPU 11 converts the audio signal in the PCM format into a PWM signal based on the driver 12B stored in the memory 12 (see FIG. 3 described later).
  • the H bridge circuit 20C is composed of four bipolar transistors (see FIG. 5 described later).
  • the H bridge circuit 20B performs power amplification by switching operation of four bipolar transistors based on the PWM signal from the microcomputer 10C, and drives the piezoelectric buzzer 60.
  • the sound reproducing apparatus according to the present invention shown in FIG. 1C has the same effect as the sound reproducing apparatus according to the second aspect of the related art shown in FIG. That is, the component cost can be greatly reduced, and since the circuit is digital, heat generation is minimized, the power use efficiency is improved, and the running cost is reduced. In addition, long-term use of the substrate and long-term supply guarantee of the product are possible.
  • the sound reproducing apparatus according to the present invention shown in FIG. 1C is more expensive with the piezoelectric buzzer 60 that is cheaper than the speaker 50 as compared with the sound reproducing apparatus according to the second embodiment shown in FIG. Sound quality sound can be played. Therefore, the cost of the product can be greatly reduced. It can also be applied to products that operate on batteries. That is, the speaker 50 using a coil consumes a large amount of power and cannot be driven by a battery. However, since the sound reproducing apparatus according to the present invention uses the piezoelectric buzzer 60, sound reproduction using a battery is realized. be able to. Further, the H bridge circuit 20B needs to use an FET, whereas the H bridge circuit 20C can be formed of a bipolar transistor, so that both the component cost and the circuit area can be reduced. be able to.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the microcomputer 10C shown in FIG.
  • FIG. 3 is a waveform diagram showing the relationship between the audio signal and the PWM signal.
  • the microcomputer 10 ⁇ / b> C includes a CPU 11, a memory 12, and a timer 13.
  • the memory 12 stores a driver 12B.
  • the memory 12 also stores compressed audio data (audio compressed data), middleware for reproducing the compressed audio data while decoding it (reproduction control middleware), and the like.
  • the CPU 11 decodes the compressed audio data and converts it into a PCM format audio signal based on a reproduction control middleware (not shown).
  • the PCM format audio signal is a signal corresponding to the “original audio signal” of the analog waveform shown in FIG. 3. Note that the PCM format audio signal is discrete digital data having a predetermined sampling frequency.
  • the CPU 11 controls the timer 13 built in the microcomputer 10C based on the driver 12B, thereby generating a PWM signal corresponding to the PCM format analog waveform audio signal.
  • the PWM signal has a constant output pulse period tw.
  • the time (width) of the pulse “H” (high level) and “L” (low level) differs depending on the magnitude of the input analog waveform audio signal.
  • the timer 13 converts it into a PWM signal having a pulse width corresponding to the magnitude of the signal level of the PCM format audio signal according to the control of the driver 12B.
  • a PWM signal having the same width of “H” and “L” of the pulse is generated.
  • the width of “H” of the pulse is larger than the width of “L”, and the width of “H” becomes larger as the signal level is larger.
  • a PWM signal is generated.
  • the width of “L” of the pulse is larger than the width of “H”, and the width of “L” becomes larger as the signal level is larger.
  • a PWM signal is generated.
  • the timer 13 generates a PWM signal (digital pulse) having a pulse width proportional to the size of the PCM audio signal.
  • the microcomputer 10C outputs the two PWM signals generated by the timer 13 from the two output pins to the H bridge circuit 20C.
  • FIG. 4 is a diagram showing frequency components of the PWM signal.
  • 4A shows the frequency component of the PWM signal when the duty ratio is 50%
  • FIG. 4B shows the frequency component of the PWM signal when the duty ratio is other than 50%.
  • the duty ratio refers to a ratio at which the signal level is “H” in one cycle.
  • harmonics One of the sources of noise generated by digital circuits is harmonics.
  • the harmonics included in the PWM signal will be described.
  • all waves having a fixed repetition period can be decomposed into a fundamental wave having a repetition frequency and a harmonic having a frequency that is an integral multiple of the fundamental wave.
  • the multiple of the fundamental wave is called the harmonic order. Since the PWM signal has many repeated waveforms, when the frequency distribution (referred to as spectrum) is observed, it is decomposed into harmonics and looks like a discrete spectrum.
  • T represents the pulse period
  • tr represents the pulse rise time.
  • the harmonics included in the PWM signal are not attenuated at a frequency of 1 / ⁇ or less, and ⁇ 20 dB / dec at frequencies from 1 / ⁇ to 1 / ⁇ r.
  • ⁇ represents the pulse width
  • ⁇ r represents the rise time of the pulse.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the H-bridge circuit 20C shown in FIG. As shown in FIG. 5, the H-bridge circuit 20C includes four bipolar transistors Tr1 to Tr4. Hereinafter, the bipolar transistors Tr1 to Tr4 are simply referred to as transistors Tr1 to Tr4.
  • Transistors Tr1 and Tr3 are PNP transistors, and transistors Tr2 and Tr4 are NPN transistors.
  • the PNP transistors are turned on when a voltage lower than the power supply voltage Vcc is applied to the base.
  • the NPN transistors are turned on when a high voltage with respect to the ground is applied to the base.
  • the emitter terminal of the transistor Tr1 is connected to a power source having a voltage Vcc (for example, a voltage value of 15 V).
  • the collector terminal of the transistor Tr1 is connected to the collector terminal of the transistor Tr2.
  • a resistor R11 (for example, a resistance value of 33 k ⁇ ) is connected between the emitter terminal and the base terminal of the transistor Tr1.
  • a resistor R12 (for example, a resistance value of 1 k ⁇ ) and a Schottky barrier diode SBD1 are connected in series between the base terminal of the transistor Tr1 and the power supply.
  • the emitter terminal of the transistor Tr2 is connected to the ground.
  • a resistor R21 (for example, a resistance value of 33 k ⁇ ) is connected between the emitter terminal and the base terminal of the transistor Tr2.
  • a resistor R22 (for example, a resistance value of 1 k ⁇ ) is connected between the base terminal of the transistor Tr2 and a signal input terminal for inputting a PWM signal (PWM0).
  • the base terminal side of the transistor Tr1 (a connection point between the resistor R12 and the anode terminal of the Schottky barrier diode SBD1) and the base terminal side of the transistor Tr2 (a signal input terminal connected to the base terminal of the transistor Tr2 via the resistor R22)
  • a capacitor C1 (for example, a capacitance of 0.1 ⁇ F) is connected between the two.
  • the circuit configuration including transistors Tr3, Tr4, resistors R31, R32, R41, R42, Schottky barrier diode SBD2, and capacitor C2 includes transistors Tr1, Tr2, resistors R11, R12, R21, R22, Schottky barrier diode SBD1, And the configuration of the circuit including the capacitor C1. That is, the emitter terminal of the transistor Tr3 is connected to a power source having a voltage Vcc (for example, a voltage value of 15 V). The collector terminal of the transistor Tr3 is connected to the collector terminal of the transistor Tr4. A resistor R31 (for example, a resistance value of 33 k ⁇ ) is connected between the emitter terminal and the base terminal of the transistor Tr3.
  • a resistor R32 (for example, a resistance value of 1 k ⁇ ) and a Schottky barrier diode SBD2 are connected in series between the base terminal of the transistor Tr3 and the power supply.
  • the emitter terminal of the transistor Tr4 is connected to the ground.
  • a resistor R41 (for example, a resistance value of 33 k ⁇ ) is connected between the emitter terminal and the base terminal of the transistor Tr4.
  • a resistor R42 (for example, a resistance value of 1 k ⁇ ) is connected between the base terminal of the transistor Tr4 and a signal input terminal for inputting the PWM signal (PWM1).
  • a base terminal side of the transistor Tr3 (a connection point between the resistor R32 and the anode terminal of the Schottky barrier diode SBD2) and a base terminal side of the transistor Tr4 (a signal input terminal connected to the base terminal of the transistor Tr4 via the resistor R42) Is connected to a capacitor C2 (for example, a capacitance of 0.1 ⁇ F).
  • a piezoelectric element PZ and a resistor R0 are connected in series between a connection point between the collector terminal of the transistor Tr1 and the collector terminal of the transistor Tr2 and a connection point between the collector terminal of the transistor Tr3 and the collector terminal of the transistor Tr4. .
  • the electrical characteristic of the piezoelectric element PZ is a capacitor (capacitor) (that is, the piezoelectric element PZ is equivalent to a capacitor). Therefore, the piezoelectric element PZ and the resistor R0 constitute a primary low-pass filter.
  • the capacitance as a capacitor in the piezoelectric element PZ is, for example, 50 nF, and the resistance value of the resistor R0 is, for example, 1 k ⁇ .
  • the piezoelectric buzzer 60 is composed of the piezoelectric element PZ and the resistor R0.
  • the values (resistance value, capacitance value) of each element constituting the H-bridge circuit 20C and the values (resistance value, capacitance value) of each element (piezoelectric element PZ, resistance R0) constituting the piezoelectric buzzer 60 are examples.
  • the value is not limited to the above value, and is appropriately set according to the characteristics of the piezoelectric element PZ.
  • the power supply voltage Vcc is turned on, charges are accumulated in the capacitor C1, and the voltage of the capacitor C1 is charged up to + 15V (power supply voltage Vcc).
  • the potential of the terminal on the power source side of the capacitor C1 becomes + 15V, and the potential of the terminal on the signal input terminal side of the capacitor C1 becomes 0V. In this case, both the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are off.
  • the PWM signal input from the signal input terminal becomes “L” (for example, voltage value 0V)
  • the potential of the terminal on the signal input terminal side of the capacitor C1 becomes 0V
  • the transistor Tr2 is turned off.
  • the capacitor C1 since the capacitor C1 is not charged immediately, the potential of the terminal on the power source side of the capacitor C1 is lowered to +10 V, and the transistor Tr1 is turned on. With such an operation, the PWM signal is input from the signal input terminal, whereby the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are alternately turned on and off.
  • the left-side circuit of the H-bridge circuit 20C has been described, but the right-side circuit operates in the same manner. That is, when the PWM signal input from the signal input terminal is “H”, the transistor Tr3 is turned off and the transistor Tr4 is turned on. When the PWM signal input from the signal input terminal is “L”, the transistor Tr3 is turned on and the transistor Tr4 is turned off.
  • the H bridge circuit 20C can reverse the current direction of the load by alternately turning on the two transistors on the diagonal line among the four transistors (switches), and the voltage of the battery Can make the most of it.
  • the signals for driving the H bridge circuit 20C are differential PWM signals (PWM0, PWM1).
  • the positive output PWM signal for example, PWM0
  • the negative output PWM signal for example, PWM1
  • the output is controlled by reversing the pulse width changing directions of the plus output PWM signal and the minus output PWM signal.
  • the output range is + 100% to 0% to ⁇ 100%.
  • the duty ratio of the positive output PWM signal is 40% and the duty ratio of the negative output PWM signal is 60%
  • the differential component is + 20%.
  • the differential component is ⁇ 20%.
  • the duty ratio of the positive output PWM signal is 30%, the duty ratio of the negative output PWM signal is set to 70%.
  • the differential output at this time is + 40%.
  • the duty ratio of the PWM signal of plus output and minus output may be set to 50%.
  • the voltage of a small button-type battery is about 1V to 3V.
  • the H-bridge circuit 20C is driven using a button type battery, the voltage of the button type battery is boosted to the power supply voltage by the charge pump.
  • the sound reproducing device of the present invention can be mounted on a small device such as a health care product (for example, a thermometer or a blood glucose meter).
  • FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the piezoelectric buzzer 60 of the present invention.
  • the piezoelectric element shown in FIG. 6 has a structure in which a thin disk-shaped piezoelectric body (piezoelectric ceramic) 61 and a thin disk-shaped metal plate 62 such as brass or nickel are bonded (bonded). Such a piezoelectric element structure is called a unimorph structure. Electrodes are formed on the surface of the piezoelectric body 61, and leads (cables) 63 are connected to the electrodes. An electrode is also formed on the surface of the metal plate 62, and a lead (cable) 64 is connected to the electrode. A resistor 65 is connected in the middle of the lead 64.
  • a convex portion 62a is formed as a contact portion that comes into contact with the vibration plate (see vibration plate 66 in FIG. 7 described later).
  • the piezoelectric body 61 and the metal plate 62 correspond to the piezoelectric element PZ shown in FIG. 5, and the resistor 65 corresponds to the resistor R0 shown in FIG.
  • the resistor 65 may be connected not in the middle of the lead 64 but in the middle of the lead 63.
  • the piezoelectric body 61 When a voltage is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric body 61 expands, but the metal plate 62 bonded to the piezoelectric body 61 bends in a predetermined direction without expanding and contracting. Further, when a voltage in the reverse direction is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric body 61 contracts, but the metal plate 62 bonded to the piezoelectric body 61 does not expand and contract and bends in a direction opposite to the predetermined direction. When a signal voltage whose voltage direction changes alternately is applied to the piezoelectric element, vibrations in both directions are generated and sound waves are generated.
  • an element composed of a piezoelectric body (piezoelectric ceramics) and a metal plate is referred to as a piezoelectric element, and a structure including a piezoelectric element and a resistor is referred to as a piezoelectric buzzer.
  • a piezoelectric body piezoelectric ceramic
  • an element constituted by a piezoelectric body and a metal plate may be referred to as a piezoelectric buzzer.
  • the piezoelectric buzzer is called a piezoelectric speaker (piezo speaker), a piezoelectric sounder, and the like, and is not clearly distinguished.
  • the piezoelectric buzzer in the present embodiment includes the piezoelectric speaker (piezo speaker), the piezoelectric sounder, and the like. It is a configuration.
  • the characteristics of the piezoelectric element vary depending on the material, diameter, and thickness of the piezoelectric body and the material, diameter, and thickness of the metal plate. For example, the resonance point (resonance frequency), the resonance resistance, and the capacitance are changed by the piezoelectric element.
  • the present invention is intended to achieve high-quality sound output using an inexpensive piezoelectric buzzer. Therefore, in this embodiment, a piezoelectric element used as an electronic buzzer is used. Assumed.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the first speech device 70 according to the present invention.
  • FIG. 7 (A) shows a perspective view of the first speech device 70
  • FIG. 7 (B) shows an AA cross-sectional view of the first speech device 70
  • FIG. 7 (C) shows the first speech device 70.
  • 5 is an enlarged cross-sectional view for explaining a state in which the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the diaphragm 66 in the speech device 70 of FIG.
  • the leads 63 and 64 and the resistor 65 are omitted. As shown in FIGS.
  • the first speech device 70 includes a piezoelectric element including a piezoelectric body (piezoelectric ceramic) 61 and a metal plate 62, a resistor 65, and a diaphragm 66. Yes.
  • the configuration of the piezoelectric element and the resistor 65 is the same as the configuration described in FIG.
  • the diaphragm 66 is a flat plate that vibrates in response to the vibration of the piezoelectric element. As shown in FIGS. 8A and 8B, one end of the piezoelectric element (one part of the periphery of the disk-shaped metal plate 62) is bonded to the diaphragm 66 with a support member 67 such as an adhesive. The piezoelectric element is supported on the diaphragm 66. Further, the piezoelectric element is disposed on the vibration plate 66 so that the convex portion 62 a formed on the back surface of the metal plate 62 of the piezoelectric element and the vibration plate 66 are in contact with each other.
  • the piezoelectric elements (the piezoelectric body 61 and the metal plate 62) bend so that the amplitude near the center increases. Then, by forming the convex portion 62a at a position near the center of the piezoelectric element on the surface of the metal plate 62 of the piezoelectric element, the vibration of the piezoelectric element is effectively transmitted to the diaphragm 66 through the convex portion 62a. .
  • the vibration transmitted to the diaphragm 66 is amplified to a high sound pressure by the diaphragm 66. Thereby, the sound pressure of the piezoelectric buzzer 60 is improved.
  • the piezoelectric element is supported on the diaphragm 66 while maintaining a state parallel to the diaphragm 66.
  • the piezoelectric element may be supported on the diaphragm 66 in an inclined state, not in a state parallel to the diaphragm 66.
  • one end of the piezoelectric element (location bonded by the support member 67) is in contact with or close to the diaphragm 66, and the other end of the piezoelectric element (position bonded by the support member 67) is opposed to the position.
  • the piezoelectric element may be supported on the vibration plate 66 in a state where the portion is separated from the vibration plate 66. The same applies to FIGS. 8, 9, 10 and 11, which will be described later.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the second speech device 70A according to the present invention.
  • FIG. 8 (A) shows a perspective view of the second speech device 70A
  • FIG. 8 (B) shows an AA sectional view of the second speech device 70A
  • FIG. 8 (C) shows the second speech device 70A.
  • 6A is an enlarged cross-sectional view for explaining a state in which the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the diaphragm 66A in the speech device 70A.
  • the leads 63 and 64 and the resistor 65 are omitted. As shown in FIGS.
  • the second speech device 70A includes a piezoelectric element including a piezoelectric body (piezoelectric ceramic) 61 and a metal plate 62A, a resistor 65, and a diaphragm 66A. Yes.
  • the piezoelectric element 60A shown in FIGS. 8A to 8C has no protrusion on the back surface of the metal plate 62A.
  • a convex portion 66a as a contact portion is formed on one surface of the diaphragm 66A. That is, in the first speech device 70, the convex portion 62a is provided on the back surface of the metal plate 62 of the piezoelectric element, but in the second speech device 70A, the convex portion 62a is provided on the back surface of the metal plate 62 of the piezoelectric element. Instead, a convex portion 66a is provided on one surface of the diaphragm 66A.
  • the vibration plate 66A is a flat plate that vibrates corresponding to the vibration of the piezoelectric element. As shown in FIGS. 8A and 8B, one end of the piezoelectric element (one part of the periphery of the disk-shaped metal plate 62A) is bonded to the diaphragm 66A with a support member 67 such as an adhesive. The piezoelectric element is supported on the diaphragm 66A. The piezoelectric element is disposed on the diaphragm 66A so as to come into contact with the convex portion 66a formed on the surface of the diaphragm 66A.
  • the piezoelectric element (the piezoelectric body 61 and the metal plate 62A) bends so that the amplitude near the center increases.
  • the convex part 66a is formed in the position corresponding to the center vicinity of a piezoelectric element on the surface of the diaphragm 66A, The vibration of a piezoelectric element is effectively transmitted to the diaphragm 66A via the convex part 66a.
  • the vibration transmitted to the diaphragm 66A is amplified to a high sound pressure by the diaphragm 66A. Thereby, the sound pressure of the piezoelectric buzzer 60A is improved.
  • FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the third speech device 70B according to the present invention.
  • FIG. 9A shows a perspective view of the third speech device 70B
  • FIG. 9B shows a cross-sectional view along line AA of the third speech device 70B
  • FIG. 9C shows the third speech device 70B.
  • 6B is an enlarged cross-sectional view for explaining a state in which the vibration of the piezoelectric element is transmitted to the diaphragm 66B in the speech device 70B.
  • the leads 63 and 64 and the resistor 65 are omitted. As shown in FIGS.
  • the third speech device 70B includes a piezoelectric element composed of a piezoelectric body (piezoelectric ceramic) 61 and a metal plate 62A, a resistor 65, and a diaphragm 66B. Yes.
  • the configuration of the piezoelectric element and the resistor 65 is the same as the configuration described in FIG.
  • a diaphragm 66B shown in FIG. 9 is a flat plate that vibrates corresponding to the vibration of the piezoelectric element, like the diaphragm 66A shown in FIG. Concavities and convexities 66b as contact portions are formed on the surface (at least one surface) of the diaphragm 66B.
  • a support member 67 such as an adhesive, whereby the piezoelectric element is It is supported on the diaphragm 66B.
  • the piezoelectric element is disposed on the diaphragm 66B so as to come into contact with the unevenness 66b formed on the surface of the diaphragm 66B.
  • the third speech device 70B shown in FIG. 9 is uneven at a position corresponding to at least the vicinity of the center of the piezoelectric element (position where the amplitude is large) on the surface of the diaphragm 66B.
  • the vibration of the piezoelectric element is effectively transmitted to the diaphragm 66B through the unevenness 66b.
  • the vibration transmitted to the diaphragm 66B is amplified to a high sound pressure by the diaphragm 66B. Thereby, the sound pressure of the piezoelectric buzzer 60A is improved.
  • the unevenness 66b is formed over the entire portion of the surface of the vibration plate 66B in contact with the piezoelectric element. However, the unevenness 66b is formed only in a region near the center of the piezoelectric element on the surface of the vibration plate 66B. Also good.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the fourth speech device 70C according to the present invention.
  • a piezoelectric element composed of a piezoelectric body 61 and metal plates 62 and 62A, and a resistor 65 (not shown in FIG. 10) connected to the piezoelectric element.
  • a cylindrical package (housing) 68 In such a configuration, the piezoelectric element and the resistor 65 are configured as one component.
  • the bottom surface 68A of the package 68 serves as the diaphragms 66, 66A, and 66B shown in FIGS.
  • a contact portion (convex portion 62a) (not shown) is formed on the metal plate 62 of the piezoelectric element.
  • contact portions (convex portions 66 a and uneven portions 66 b) (not shown) are formed on the surface (inner surface) of the bottom surface 68 ⁇ / b> A of the package 68.
  • the piezoelectric element is disposed on the bottom surface 68A so that the contact portion is sandwiched between the piezoelectric element and the bottom surface 68A. Thereby, the vibration of the piezoelectric element is effectively transmitted to the bottom surface 68A of the package 68 and amplified to a high sound pressure.
  • the sound pressure of the piezoelectric buzzers 60 and 60A is improved.
  • the piezoelectric element piezoelectric buzzer 60, 60A
  • the piezoelectric element piezoelectric buzzer 60, 60A
  • FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of a fifth speech device 70D according to the present invention.
  • a piezoelectric element composed of a piezoelectric body 61 and metal plates 62 and 62A, and a resistor 65 (not shown in FIG. 11) connected to the piezoelectric element.
  • the parts 80 such as the H-bridge circuit 20C and the microcomputer 10C shown in FIG. 1, and other parts (for example, parts for realizing the function of the product on which the piezoelectric buzzers 60 and 60A are mounted) are included in the housing 69. Contained.
  • the piezoelectric element, the resistor 65, the component 80, and the like are configured as one device.
  • the bottom surface 69 ⁇ / b> A of the housing 69 serves as the diaphragms 66, 66 ⁇ / b> A, and 66 ⁇ / b> B illustrated in FIGS. 7, 8, and 9. That is, a contact portion (convex portion 62a) (not shown) is formed on the metal plate 62 of the piezoelectric element. Alternatively, contact portions (convex portions 66 a and uneven portions 66 b) (not shown) are formed on the surface (inner surface) of the bottom surface 69 ⁇ / b> A of the housing 69.
  • the piezoelectric element is disposed on the bottom surface 69A so that the contact portion is sandwiched between the piezoelectric element and the bottom surface 69A. Thereby, the vibration of the piezoelectric element is effectively transmitted to the bottom surface 69A of the housing 69 and amplified to a high sound pressure. Even in such a configuration, the sound pressure of the piezoelectric buzzers 60 and 60A is improved. In the above configuration, since the piezoelectric element (piezoelectric buzzer 60, 60A) is accommodated in the housing 69, the piezoelectric element (piezoelectric buzzer 60, 60A) can be reliably waterproofed.
  • FIG. 12 is a circuit diagram of the primary low-pass filter and a graph showing the frequency characteristics of the primary low-pass filter.
  • the piezoelectric element PZ is regarded as the capacitor C0 as an electrical characteristic.
  • the RC circuit including the resistor R0 and the capacitor C0 functions as a primary low-pass filter (RC filter).
  • the first-order low-pass filter composed of the RC circuit passes a signal having a frequency equal to or lower than the break frequency fc of the RC circuit, and a signal having a frequency equal to or higher than the break frequency fc of the RC circuit is ⁇ 20 dB. Attenuate at / dec.
  • the break frequency fc of the RC circuit constituted by the piezoelectric element PZ and the resistor R0 is set to be equal to or lower than the resonance point (resonance frequency) of the piezoelectric element PZ. According to such a configuration, a frequency component higher than the resonance point of the piezoelectric element PZ can be suppressed by the RC filter, and it becomes possible to output a human voice or music with high sound quality.
  • 1/2 of the break frequency of the RC circuit constituted by the piezoelectric element PZ and the resistor R0 may be equal to or lower than the resonance point of the piezoelectric element PZ. According to such a configuration, higher frequency components can be suppressed by the RC filter, and it becomes possible to further output a human voice or music with high sound quality.
  • FIG. 13 is a graph showing impedance characteristics of the primary low-pass filter.
  • the horizontal axis indicates the frequency f
  • the vertical axis indicates log
  • Z logarithm of impedance Z.
  • the impedance characteristic of the capacitor C0 equivalent to the piezoelectric element PZ decreases as the signal frequency f increases. Therefore, when the resistor R0 is not connected to the piezoelectric element PZ, when the signal frequency f increases, a large current flows through the piezoelectric element PZ, causing damage to the element.
  • the resistor R0 is connected in series with the piezoelectric element PZ, a constant impedance Z can be given regardless of the signal frequency f, and the piezoelectric element PZ has an unnecessarily large current. It is possible to avoid the flow.
  • the resistor R0 (resistor 65 in FIG. 6) connected in series with the piezoelectric element PZ has the following five roles. 1. As described above, there is a role of forming an RC filter (primary low-pass filter) together with a capacitor equivalent to a piezoelectric element. 2. There is a role to lower the resonance Q of the mechanical vibration existing in the piezoelectric buzzers 60 and 60A. In general, since a piezoelectric buzzer is used as an electronic buzzer, it is intentionally designed so that mechanical vibration with a high Q is likely to occur. In the present embodiment, the pass band of the primary low-pass filter can be set by adjusting the resistance value of the resistor R0 in accordance with the characteristics of the piezoelectric element PZ.
  • the resistor R0 is connected in series to the piezoelectric element PZ, and the capacitor C0 equivalent to the piezoelectric element PZ and the resistor R0 form a low-pass filter.
  • the piezoelectric buzzers 60 and 60A can be driven with low current consumption.
  • the piezoelectric element can be reliably waterproofed by configuring the piezoelectric element so that it can be accommodated in the housing.
  • the piezoelectric buzzer and sound reproducing device of the present invention can be used as a device that outputs a guide sound.
  • a guide sound For example, in-car / premises announcements such as railways and buses, signals, building entry / exit management terminals, surveillance cameras, medical equipment, AED (Automated External Defibrillator), industrial printers, composite printers for offices, It can be used for sound effects of consumer inkjet printers and amusement machines.
  • the piezoelectric buzzer and the sound reproducing device of the present invention can be used as a device for outputting sound under severe temperature / environment conditions. For example, it can be used for fire / gas / evacuation alarms, construction machines, automobiles, vending machines, ATMs, and the like.
  • a resistor is connected to one of the two terminals of the piezoelectric element PZ, but a resistor may be connected to both of the two terminals. Even in such a case, it can function as an RC filter.
  • the element of the unimorph structure was used for the piezoelectric element, you may use the element of a bimorph structure and a laminated
  • the H bridge circuit is composed of four bipolar transistors, it may be composed of four FETs (H bridge circuit 20B in FIG. 1B).
  • one end (one side) of the piezoelectric element is fixed to the diaphragm (bottom surface) by a support member 67 such as an adhesive. It is not limited to such a configuration, but may be a configuration in which both sides and the vicinity of the center of the piezoelectric element are fixed to the diaphragm (bottom surface) by the support member, and a plurality of locations of the piezoelectric element are fixed to the diaphragm (bottom surface) by the support member. It may be configured.
  • FIG. 14 is a diagram showing a modification of the support position of the diaphragm. 14A and 14B schematically show the vibration of the piezoelectric element (the piezoelectric body 61 and the metal plates 62 and 62A).
  • the piezoelectric element piezoelectric body 61 and metal plates 62 and 62A
  • the positions ⁇ 1 and ⁇ 2 at both ends of the piezoelectric element are not vibrated (or hardly vibrated), and are in the middle.
  • the position ⁇ 1 vibrates with the largest amplitude.
  • the piezoelectric element is fixed on the diaphragm by the support member 67 at the position ⁇ 1 or ⁇ 2 of one end of the piezoelectric element.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the piezoelectric element may be fixed on the diaphragm with the support member 67 at the positions ⁇ 1 and ⁇ 2 of both ends of the piezoelectric element.
  • a contact portion (a convex portion 62a, a convex portion 66a, and an uneven portion 66b) is provided at the position ⁇ 1 having the largest amplitude (or in the vicinity of the position ⁇ 1).
  • the piezoelectric element (piezoelectric body 61 and metal plates 62 and 62A) shown in FIG. 14B, the positions ⁇ 11 and ⁇ 12 other than the positions at both ends of the piezoelectric element are not vibrated (or hardly vibrated). 1) There are also a plurality of positions ⁇ 11, ⁇ 12, and ⁇ 13 having large amplitudes. In this case, the piezoelectric element is fixed on the diaphragm by the support member 67 at all or a part of the positions ⁇ 11 and ⁇ 12 that are not vibrated.
  • contact portions are provided at all or some of the positions ⁇ 11, ⁇ 12, and ⁇ 13 (or the vicinity of these positions ⁇ 11, ⁇ 12, and ⁇ 13) having the largest amplitude. .
  • the piezoelectric element is supported at a position where the piezoelectric element is not vibrated (or hardly vibrated), and the contact portion is provided at a position on the vibration plate corresponding to a position where the amplitude of the piezoelectric element is large. Thereby, the vibration of the piezoelectric element can be effectively transmitted to the diaphragm.
  • the piezoelectric element is fixed to the vibration plate (bottom surface) with a support member such as an adhesive.
  • a support member such as an adhesive
  • the present invention is not limited to this structure.
  • the piezoelectric element may be a vibration plate. It is good also as a structure which presses the surface of a piezoelectric element with a pressing member so that it may press on.
  • the drive circuit for driving the piezoelectric element PZ is the H bridge circuit 20C configured using four transistors, but is not limited to such a configuration, and is shown in FIGS. 15 to 19 below.
  • the circuit shown may be a driver circuit.
  • FIG. 15 is a circuit diagram showing a first modification of the drive circuit.
  • a drive circuit 20C1 shown in FIG. 15 is a half-bridge circuit configured only by a circuit on the left side of the drive circuit (H bridge circuit 20C) shown in FIG. That is, the drive circuit 20C1 shown in FIG. 15 is configured only by a circuit including the transistors Tr1 and Tr2, the resistors R11, R12, R21, and R22, the Schottky barrier diode SBD1, and the capacitor C1 shown in FIG.
  • one terminal of the piezoelectric element PZ is connected to a fixed power source (a power source having a predetermined voltage value.
  • the fixed power source includes a ground).
  • the microcomputer 10C outputs one PWM signal from one output pin to the drive circuit 20C1.
  • a current flows through the path of the power supply voltage Vcc, the transistor Tr1, the resistor R0, the piezoelectric element PZ, and the fixed power supply.
  • the drive circuit can be configured with fewer circuit elements than the H-bridge circuit 20C, and the cost of the drive circuit can be reduced.
  • FIG. 16 is a circuit diagram showing a second modification of the drive circuit.
  • a resistor R01 and a resistor R02 are provided instead of the resistor R0 in FIG. That is, in the H-bridge circuit 20C shown in FIG. 5, between the connection point between the collector terminal of the transistor Tr1 and the collector terminal of the transistor Tr2, and the connection point between the collector terminal of the transistor Tr3 and the collector terminal of the transistor Tr4, The piezoelectric element PZ and the resistor R0 were connected in series.
  • the resistor R01 is connected to the collector terminal of the transistor Tr1
  • the resistor R02 is connected to the collector terminal of the transistor Tr2.
  • the piezoelectric element PZ is connected between the connection point between the resistors R01 and R02 and the connection point between the collector terminal of the transistor Tr3 and the collector terminal of the transistor Tr4.
  • the transistor Tr1 and the transistor Tr4 when the transistor Tr1 and the transistor Tr4 are on and the transistor Tr2 and the transistor Tr3 are off, a current flows through the power supply voltage Vcc, the transistor Tr1, the resistor R01, the piezoelectric element PZ, the transistor Tr4, and the ground path.
  • the transistor Tr2 and the transistor Tr3 are on and the transistor Tr1 and the transistor Tr4 are off, a current flows through the power supply voltage Vcc, the transistor Tr3, the piezoelectric element PZ, the resistor R02, the transistor Tr2, and the ground path.
  • the resistors R01 and R02 in FIG. 16 form an RC filter (primary low-pass filter) together with a capacitor equivalent to the piezoelectric element PZ, similarly to the resistor R0 in FIG.
  • FIG. 17 is a circuit diagram showing a third modification of the drive circuit.
  • a drive circuit 20C3 illustrated in FIG. 17 is a half-bridge circuit including only a circuit on the left side of the drive circuit 20C2 illustrated in FIG.
  • one terminal of the piezoelectric element PZ is connected to a fixed power source (a power source having a predetermined voltage value).
  • the microcomputer 10C outputs one PWM signal from one output pin to the drive circuit 20C1.
  • the drive circuit 20C3 when the transistor Tr1 is on and the transistor Tr2 is off, a current flows through the path of the power supply voltage Vcc, the transistor Tr1, the resistor R01, the piezoelectric element PZ, and the fixed power supply.
  • the drive circuit can be configured with fewer circuit elements than the drive circuit 20C2, and the cost of the drive circuit can be reduced.
  • FIG. 18 is a circuit diagram showing a fourth modification of the drive circuit.
  • a resistor R011 is connected between the collector terminal of the transistor Tr11 and the power supply voltage Vcc (+15 V), and the emitter terminal of the transistor Tr11 is connected to the ground.
  • the base terminal of the transistor Tr11 is connected to a signal input terminal for inputting a PWM signal (PWM0).
  • a resistor R012 is connected between the collector terminal of the transistor Tr12 and the power supply voltage Vcc (+15 V), and the emitter terminal of the transistor Tr12 is connected to the ground.
  • the base terminal of the transistor Tr12 is connected to a signal input terminal for inputting a PWM signal (PWM1).
  • the resistor R013 and the piezoelectric element PZ are connected between the connection point between the collector terminal of the transistor Tr11 and the resistor R011 and the connection point between the collector terminal of the transistor Tr12 and the resistor R012.
  • the resistor R013 is connected between the piezoelectric element PZ and the collector terminal of the transistor Tr11, but may be connected between the piezoelectric element PZ and the collector terminal of the transistor Tr12.
  • the resistance values of the resistors R011, R012, and R013 are assumed to be 1 k ⁇ , respectively. However, the resistance values of the resistors R011, R012, and R013 can be appropriately changed according to the piezoelectric element, the circuit element, and the like.
  • the transistor Tr11 and the transistor Tr12 are alternately turned on and off by a PWM signal from the signal input terminal.
  • a current flows through the power supply voltage Vcc, the resistor R011, the resistor R013, the piezoelectric element PZ, the transistor Tr12, and the ground path.
  • the transistor Tr11 is on and the transistor Tr12 is off, a current flows through the power supply voltage Vcc, the resistor R012, the piezoelectric element PZ, the resistor R013, the transistor Tr11, and the ground path.
  • the resistors R011, R013 or the resistors R012, R013 in FIG. 18 form an RC filter (primary low-pass filter) together with a capacitor equivalent to the piezoelectric element PZ, like the resistor R0 in FIG.
  • FIG. 19 is a circuit diagram showing a fifth modification of the drive circuit.
  • a resistor R015 is connected between the collector terminal of the transistor Tr21 and the power supply voltage Vcc (+30 V), and the emitter terminal of the transistor Tr21 is connected to the ground.
  • the base terminal of the transistor Tr21 is connected to a signal input terminal for inputting a PWM signal (PWM).
  • PWM PWM
  • the resistor R014 and the piezoelectric element PZ are connected in series between the connection point between the collector terminal of the transistor Tr21 and the resistor R015 and a fixed power source (a power source having a predetermined voltage value). Note that the resistance values of the resistors R014 and R015 are each 1 k ⁇ . However, the resistance values of the resistors R014 and R015 can be appropriately changed according to the piezoelectric element, the circuit element, and the like.
  • the transistor Tr21 is turned on / off by a PWM signal.
  • a current flows through the path of the power supply voltage Vcc, the resistor R015, the resistor R014, the piezoelectric element PZ, and the fixed power source.
  • the transistor Tr21 is on, a current flows through the fixed power source, the piezoelectric element PZ, the resistor R014, the transistor Tr21, and the ground path.
  • the drive circuit can be configured with fewer circuit elements than the drive circuit 20C4, and the cost of the drive circuit can be reduced.

Abstract

【課題】安価で、高音質かつ低消費電流の圧電ブザーを構成するとともに、その圧電ブザーの音圧を向上させることができる音声再生装置を提供することを目的とする。 【解決手段】圧電素子ＰＺと、圧電素子ＰＺに直列に接続され、圧電素子ＰＺと等価であるキャパシタとともにローパスフィルタを構成する抵抗６５（Ｒ０）とを有する圧電ブザー６０と、音声信号に応じたＰＷＭ信号を生成するマイクロコンピュータ２０Ｃと、ＰＷＭ信号に基づいて、Ｈブリッジ回路２０Ｃを構成する４つのバイポーラトランジスタがスイッチング動作することで電力増幅を行い、ＰＷＭ信号に応じた低消費電流の信号電圧を圧電素子６１と該圧電素子６１の特性に合わせた抵抗値の抵抗６５とが直列に接続された圧電ブザー６０に出力して圧電ブザー６０の音声出力を実行する駆動回路２０Ｃと、圧電素子の振動に対応して振動する振動板６６とを備える。

Description

音声再生装置
　本発明は、圧電素子を用いて音声を出力する発話デバイスを備える音声再生装置に関する。
　圧電ブザー（圧電スピーカー、ピエゾメーカー、圧電サウンダーともいう。）は、圧電体に信号電圧を加えることで圧電体が歪み、その圧電体の振動を音声として出力する。この圧電ブザーは、小型で消費電力が少ないことから、電子ブザーなどの発音デバイス（発音部品）として用いられている。圧電ブザーは、特定周波数のＳｉｎ波や矩形波を出力するように電気的・音響的に設計されている。
　圧電ブザーから音楽や人の声を出力する場合、次のような問題が存在する。まず、圧電ブザーは、特定周波数の音声出力しか想定していないため、共振を利用して特定周波数の音を高い音圧で出力するように設計されている。このように、圧電ブザーは特定周波数の音声出力に適した設計であるので、圧電ブザーから出力する音楽や人の声は実用的な音質にならない（つまり音質が悪い）。また、圧電ブザーの電気的特性は、基本的コンデンサ（キャパシタ）であるので、圧電ブザーから出力する音の周波数が上がるほど消費電流が増える。特に圧電ブザーをフィルタレスＤ級アンプで駆動する場合、矩形波に含まれる高調波成分によって消費電流が増大する。そのため、圧電ブザーには可聴帯以外の周波数成分を抑圧するためのフィルタが必要となる。
　例えば、下記特許文献１には、所定の周波数成分をカットするローパスフィルタを備えたＤ級アンプが開示されている。このＤ級アンプは、ピエゾスピーカー（圧電素子）と直列にコイル（インダクタ）と抵抗が接続されている（下記特許文献１の図１２参照）。そして、ピエゾスピーカーはコンデンサ（キャパシタ）と等価であり、ピエゾスピーカーとコイルとでローパスフィルタであるＬＣフィルタ（２次フィルタ）を構成している。抵抗はＬＣフィルタの共振を抑制するために設けられている。
　また、下記特許文献２には、圧電ブザー（圧電素子）に音量調整用の抵抗が接続された構成の制御回路が開示されている。ただし、圧電ブザーに接続された抵抗は、音量調整用であって、フィルタを構成するものではない。
特開２０１４－１６５６８９号公報 特開２００８－２３３３９３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された構成では、ピエゾスピーカー（圧電素子）とコイルとでＬＣフィルタを構成しているので、ＲＣフィルタを構成する場合と比較して価格が高くなってしまう。また、特許文献２に記載された構成では、圧電ブザー（圧電素子）に接続された抵抗はブザーの音量を調整するために設けられたものであって、ブザーの音質を改善するためのＲＣフィルタを構成するものではない。さらに、圧電ブザーの音圧を向上させることも求められている。
　また、フィルタを設けることなく、ＰＷＭ信号（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation、パルス幅変調）で駆動される駆動回路（例えばＨブリッジ回路）に直接、圧電素子を取り付けて音声出力を行う場合、圧電素子の容量が瞬間的にチャージされ圧電素子が飽和してしまうという問題が生じる。また、この場合、ＰＷＭ信号の基本波である矩形波の基本周波数成分と高調波成分のエネルギーが消費され、音声再生装置全体の消費電力が増大してしまうという問題も生じる。
　本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、安価で、高音質かつ低消費電流の圧電ブザーを構成するとともに、その圧電ブザーの音圧を向上させることができる音声再生装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明では、圧電体に信号電圧を加えることで発生する圧電体の振動を音声として出力する、共振を利用して特定周波数の音声出力に適した圧電素子と、圧電素子に直列に接続され、圧電素子と等価であるキャパシタとともにローパスフィルタを構成する抵抗とを有し、別途のローパスフィルタを用いずに周波数成分を抑圧する圧電ブザーと、ミドルウェアに基づいて、音声信号に応じたＰＷＭ信号を生成するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータで生成されるＰＷＭ信号に基づいて、Ｈブリッジ回路を構成する４つのバイポーラトランジスタがスイッチング動作することで電力増幅を行い、ＰＷＭ信号に応じた低消費電流の信号電圧を圧電素子と該圧電素子の特性に合わせた抵抗値の抵抗とが直列に接続された圧電ブザーに出力して圧電ブザーの音声出力を実行する駆動回路と、圧電素子の振動に対応して振動する振動板と、を備えることを特徴とする音声再生装置を提供する。
　また、振動板は、筐体の一面で形成されてもよい。
　また、振動板は、その表面に接触部を有し、圧電素子が接触部と接触するように配置されてもよい。また、圧電素子は、その表面に接触部を有し、振動板が接触部と接触するように配置されてもよい。また、接触部は、凸部又は凹凸であってもよい。
　また、Ｈブリッジ回路を構成する２つの対称の回路は、それぞれ、２つのバイポーラトランジスタのベース端子の間にコンデンサが接続され、コンデンサの一方の端子と電源との間にショットキーバリアダイオードが接続され、コンデンサの他方の端子にＰＷＭ信号を入力する信号入力端子が接続される構成でもよい。また、駆動回路は、電池の電圧で動作し、電池の電圧を電源電圧まで昇圧させるチャージポンプを備える構成でもよい。
　本発明によれば、抵抗が圧電素子に直列に接続され、圧電素子と等価であるキャパシタと抵抗とでローパスフィルタを形成するので、安価な圧電ブザーを使用することができ、コストを大幅に削減することができる。また、そのような圧電ブザーを使用した場合であっても、高音質の音声出力を実現することができ、またローパスフィルタで高い周波数成分を抑制するので、低消費電流で圧電ブザーを駆動することができる。また、圧電素子の振動に対応して振動する振動板を備えているので、振動板で圧電素子の振動を増幅することができ、圧電素子（圧電ブザー）の音圧を向上させることができる。さらに、圧電素子を筐体に収容可能に構成することで、圧電素子を確実に防水することもできる。
本発明に係る音声再生装置の構成を示すブロック図である。 図１に示すマイクロコンピュータの構成を示すブロック図である。 音声信号とＰＷＭ信号との関係を示す波形図である。 ＰＷＭ信号の周波数成分を示す図である。 図１に示すＨブリッジ回路の構成を示す回路図である。 本発明に係る圧電ブザーの構成を示す図である。 本発明に係る第１の発話デバイスの構成を示す図である。 本発明に係る第２の発話デバイスの構成を示す図である。 本発明に係る第３の発話デバイスの構成を示す図である。 本発明に係る第４の発話デバイスの構成を示す斜視図である。 本発明に係る第５の発話デバイスの構成を示す斜視図である。 １次ローパスフィルタの回路図及び１次ローパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。 １次ローパスフィルタのインピーダンス特性を示すグラフである。 振動板の支持位置の変形例を示す図である。 駆動回路の第１変形例を示す回路図である。 駆動回路の第２変形例を示す回路図である。 駆動回路の第３変形例を示す回路図である。 駆動回路の第４変形例を示す回路図である。 駆動回路の第５変形例を示す回路図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては、実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現することがある。
　図１は、本発明に係る音声再生装置の構成を示すブロック図である。なお、図１（Ａ）は、従来の第１態様の音声再生装置の構成を示し、図１（Ｂ）は、従来の第２態様の音声再生装置の構成を示し、図１（Ｃ）は、本発明に係る音声再生装置の構成を示している。
　図１（Ａ）に示す従来の第１態様の音声再生装置は、マイクロコンピュータ１０Ａ（以下、マイクロコンピュータをマイコンと略す。）と、ＤＡＣＬＳＩ（Ｄ／ＡコンバータＬＳＩ）２０Ａと、アナログ系専用電源ＩＣ３０と、アンプ４０と、スピーカー５０とを備えている。マイコン２０Ａは、ＣＰＵやメモリなどを１つのＬＳＩチップ（ＬＳＩ：Large Scale Integration）に集積した回路である。このマイコン２０Ａは、圧縮された音声データをＰＣＭ（pulse code modulation）形式のアナログ波形の音声信号（デジタルデータ）に変換する。マイコン２０Ａは、ＰＣＭ形式の音声信号をＤＡＣＬＳＩ２０Ａに出力する。なお、圧縮された音声データは、マイコン１０Ａのメモリに記憶されている。
　ＤＡＣＬＳＩ２０Ａは、図１（Ａ）に示すように、ＤＡＣ（Ｄ／Ａコンバータ）２１、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２、及び電子ボリューム２３を有している。ＤＡＣＬＳＩ２０ＡのＤＡＣ２１は、マイコン２０Ａから出力されたＰＣＭ形式の音声信号を階段状のアナログ波形の音声信号に変換する。ＬＰＦ２２は、遮断周波数より低い周波数の成分はほとんど減衰させず、遮断周波数より高い周波数の成分を逓減させるフィルタである。ＤＡＣ２１から出力された音声信号は、ＬＰＦ２２によってノイズ成分が除去されたアナログ波形に整形される。電子ボリューム２３は、ＬＰＦ２２から出力された音声信号の音量を調整してアンプ４０に出力する。
　アナログ系専用電源ＩＣ３０は、アナログ系電源からの入力電力から所望の出力電力を生成し、生成した出力電力をアンプ４０に供給する。アンプ４０は、ＤＡＣＬＳＩ２０Ａ（つまり電子ボリューム２３）から出力された音声信号を所定のゲインで増幅してスピーカー５０から音声出力させる。上記のような従来の第１態様の音声再生装置は、アンプ４０における放熱を気にしなければならず、また、アナログ部品（アンプ４０、アナログ系専用電源ＩＣ３０、ＬＰＦ２２等）が必要なため、部品コストが高くなってしまう。
　図１（Ｂ）に示す従来の第２態様の音声再生装置は、マイコン１０Ｂと、Ｈブリッジ回路２０Ｂ（駆動回路）と、スピーカー５０とを備えている。図１（Ｂ）に示すように、マイコン１０Ｂのメモリ（図１（Ｂ）において図示せず）には、音声出力デバイス（Ｈブリッジ回路２０Ｂ、スピーカー５０）の駆動するためのミドルウェアであるドライバー１２Ａが記憶されている。マイコン１０Ｂ（ＣＰＵ）は、圧縮された音声データをＰＣＭ形式のデジタルデータの音声信号に変換する。そして、マイコン１０Ｂは、メモリに記憶されたドライバー１２Ａに基づいて、ＰＣＭ形式の音声信号を、パルス幅が信号レベルに比例するＰＷＭ信号（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation、パルス幅変調）に変換する（後述する図３参照）。
　Ｈブリッジ回路２０Ｂは、４つのＦＥＴ（Field effect transistor：電界効果トランジスタ）で構成されている。このＨブリッジ回路２０Ｂは、マイコン１０ＢからのＰＷＭ信号に基づいて４つのＦＥＴがスイッチング動作することで電力増幅を行い、スピーカー５０を駆動する。図１（Ｂ）に示す従来の第２態様の音声再生装置は、図１（Ａ）に示す従来の第１態様の音声再生装置と比較して、部品コストを大幅に削減することができ、また、回路がデジタルであるので発熱が最小限に抑えられ、電力の使用効率も向上し、ランニングコストの削減にも寄与する。また、基板の作り直しのリスクがなく、基板の長期利用や製品の長期供給保証が可能となる。さらに、ＦＥＴの動作温度範囲が広いため、製品の動作温度範囲も広くなる。
　図１（Ｃ）に示す本発明に係る音声再生装置は、マイコン１０Ｃと、Ｈブリッジ回路２０Ｃと、圧電ブザー６０とを備えている。図１（Ｃ）及び図２に示すように、マイコン１０Ｃのメモリ（図２のメモリ１２を参照）には、音声出力デバイス（Ｈブリッジ回路２０Ｃ、圧電ブザー６０）を駆動するためのミドルウェアであるドライバー１２Ｂが組み込まれている。マイコン１０ＣのＣＰＵ（図２のＣＰＵ１１参照）は、圧縮された音声データをＰＣＭ形式のデジタルデータの音声信号に変換する。そして、ＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶されたドライバー１２Ｂに基づいて、ＰＣＭ形式の音声信号をＰＷＭ信号に変換する（後述する図３参照）。
　Ｈブリッジ回路２０Ｃは、４つのバイポーラトランジスで構成されている（後述する図５を参照）。このＨブリッジ回路２０Ｂは、マイコン１０ＣからのＰＷＭ信号に基づいて４つのバイポーラトランジスタがスイッチング動作することで電力増幅を行い、圧電ブザー６０を駆動する。図１（Ｃ）に示す本発明に係る音声再生装置は、図１（Ｂ）に示す従来の第２態様の音声再生装置と同様の効果を奏する。すなわち、部品コストを大幅に削減することができ、また、回路がデジタルであるので発熱が最小限に抑えられ、電力の使用効率も向上し、ランニングコストの削減にも寄与する。また、基板の長期利用や製品の長期供給保証が可能となる。
　また、図１（Ｃ）に示す本発明に係る音声再生装置は、図１（Ｂ）に示す従来の第２態様の音声再生装置と比較して、スピーカー５０よりも安価な圧電ブザー６０で高音質の音声を再生することができる。従って、製品のコストを大幅に削減することができる。また、電池で動作する製品にも適用することができる。すなわち、コイルを用いたスピーカー５０では消費電力が大きく、電池駆動は不可能であったが、本発明に係る音声再生装置では、圧電ブザー６０を用いているので、電池での音声再生を実現することができる。さらに、Ｈブリッジ回路２０ＢはＦＥＴを用いる必要があったのに対して、Ｈブリッジ回路２０Ｃはバイポーラトランジスタで構成することが可能であるため、部品コスト及び回路面積のいずれも省コスト化を実現することができる。
　図２は、図１に示すマイクロコンピュータ１０Ｃの構成を示すブロック図である。また、図３は、音声信号とＰＷＭ信号との関係を示す波形図である。図２に示すように、マイコン１０Ｃは、ＣＰＵ１１、メモリ１２、及びタイマ１３を有している。また、メモリ１２にはドライバー１２Ｂが記憶されている。なお、メモリ１２には圧縮された音声データ（音声圧縮データ）や、圧縮された音声データをデコードしながら再生するためのミドルウェア（再生制御ミドルウェア）なども記憶されている。
　図２に示す構成において、ＣＰＵ１１は、不図示の再生制御ミドルウェアに基づいて、圧縮された音声データをデコードしてＰＣＭ形式の音声信号に変換する。ＰＣＭ形式の音声信号は、図３に示すアナログ波形の「元の音声信号」に対応する信号である。なお、ＰＣＭ形式の音声信号は、所定のサンプリング周波数の離散的なデジタルデータである。
　ＣＰＵ１１は、ドライバー１２Ｂに基づいてマイコン１０Ｃ内蔵のタイマ１３を制御することにより、ＰＣＭ形式のアナログ波形の音声信号に応じたＰＷＭ信号を生成する。図３に示すように、ＰＷＭ信号は、出力パルスの周期ｔｗは一定である。一方、ＰＷＭ信号は、入力されるアナログ波形の音声信号の大きさに応じて、パルスの「Ｈ」（ハイレベル）と「Ｌ」（ロウレベル）の時間（幅）が異なる。
　すなわち、タイマ１３は、ドライバー１２Ｂの制御に従って、ＰＣＭ形式の音声信号の信号レベルの大きさに応じたパルス幅のＰＷＭ信号に変換する。ＰＣＭ形式の音声信号の信号レベルが「０」のときは、パルスの「Ｈ」と「Ｌ」の幅が同じであるＰＷＭ信号が生成される。また、ＰＣＭ形式の音声信号の信号レベルが「プラス」の区間は、パルスの「Ｈ」の幅が「Ｌ」の幅よりも大きく、信号レベルが大きいほど「Ｈ」の幅が大きくなるようにＰＷＭ信号が生成される。また、ＰＣＭ形式の音声信号の信号レベルが「マイナス」の区間は、パルスの「Ｌ」の幅が「Ｈ」の幅よりも大きく、信号レベルが大きいほど「Ｌ」の幅が大きくなるようにＰＷＭ信号が生成される。
　上記したように、タイマ１３は、ＰＣＭ形式の音声信号の大きさに比例したパルス幅のＰＷＭ信号（デジタルパルス）を生成する。そして、図２に示すように、マイコン１０Ｃは、タイマ１３が生成した２つのＰＷＭ信号を２つの出力ピンからＨブリッジ回路２０Ｃに出力する。
　図４は、ＰＷＭ信号の周波数成分を示す図である。図４（Ａ）はデューティ比５０％の場合のＰＷＭ信号の周波数成分を示し、図４（Ｂ）はデューティ比５０％以外の場合のＰＷＭ信号の周波数成分を示す。ここで、デューティ比とは、１周期の中で信号レベルが「Ｈ」である割合をいう。
　デジタル回路の発生するノイズの源の一つに高調波がある。ＰＷＭ信号に含まれる高調波について説明する。一般に、一定の繰り返し周期をもつ全ての波は、繰り返し周波数である基本波と、その整数倍の周波数を持つ高調波に分解することができる。基本波に対する倍数を、高調波の次数と呼ぶ。ＰＷＭ信号は繰り返す波形が多いので、周波数分布（スペクトラムという。）を観測すると高調波に分解され、離散的なスペクトラムに見える。
　図４（Ａ）に示すデューティ比５０％の場合、ＰＷＭ信号に含まれる高調波は、ｆ１（＝１／πＴ）からｆ２（＝１／πｔｒ）までの周波数では－２０ｄＢ／ｄｅｃで減衰し、ｆ２以上の周波数では－４０ｄＢ／ｄｅｃで減衰する。ここで、Ｔはパルスの周期を表し、ｔｒはパルスの立ち上がり時間を表している。図４（Ｂ）に示すデューティ比５０％以外の場合、ＰＷＭ信号に含まれる高調波は、１／πτ以下の周波数では減衰せず、１／πτから１／πτｒまでの周波数では－２０ｄＢ／ｄｅｃで減衰し、１／πτｒ以上の周波数では－４０ｄＢ／ｄｅｃで減衰する。ここで、τはパルス幅を表し、τｒはパルスの立ち上がり時間を表している。
　ＰＷＭ信号の高調波のうち、周波数の高い（次数の大きい）成分は、容易に放射され、ノイズの原因になりやすい性質がある。そこで、信号波形への影響が少ない高次の高調波を除去することが、ノイズ対策として行われる。
　図５は、図１に示すＨブリッジ回路２０Ｃの構成を示す回路図である。図５に示すように、Ｈブリッジ回路２０Ｃは、４つのバイポーラトランジスタＴｒ１～Ｔｒ４を備えている。以下、バイポーラトランジスタＴｒ１～Ｔｒ４を単にトランジスタＴｒ１～Ｔｒ４と記す。
　トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３はＰＮＰトランジスタであり、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４はＮＰＮトランジスタである。ＰＮＰトランジスタ（トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３）は、電源電圧Ｖｃｃに対して低い電圧がベースに印加されたときにオンとなる。ＮＰＮトランジスタ（トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４）は、グラウンドに対して高い電圧がベースに印加されたときにオンとなる。
　トランジスタＴｒ１のエミッタ端子には電圧Ｖｃｃ（例えば電圧値１５Ｖ）の電源と接続されている。トランジスタＴｒ１のコレクタ端子はトランジスタＴｒ２のコレクタ端子と接続されている。トランジスタＴｒ１のエミッタ端子とベース端子との間に抵抗Ｒ１１（例えば抵抗値３３ｋΩ）が接続されている。トランジスタＴｒ１のベース端子と電源との間に抵抗Ｒ１２（例えば抵抗値１ｋΩ）及びショットキーバリアダイオードＳＢＤ１が直列に接続されている。トランジスタＴｒ２のエミッタ端子はグラウンドと接続されている。トランジスタＴｒ２のエミッタ端子とベース端子との間に抵抗Ｒ２１（例えば抵抗値３３ｋΩ）が接続されている。トランジスタＴｒ２のベース端子とＰＷＭ信号（ＰＷＭ０）を入力する信号入力端子との間に抵抗Ｒ２２（例えば抵抗値１ｋΩ）が接続されている。トランジスタＴｒ１のベース端子側（抵抗Ｒ１２とショットキーバリアダイオードＳＢＤ１のアノード端子との接続点）とトランジスタＴｒ２のベース端子側（抵抗Ｒ２２を介してトランジスタＴｒ２のベース端子と接続された信号入力端子）との間にコンデンサＣ１（例えば容量０．１μＦ）が接続されている。
　トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２、ショットキーバリアダイオードＳＢＤ２、及びコンデンサＣ２からなる回路の構成は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２、ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１、及びコンデンサＣ１からなる回路の構成と同様である。すなわち、トランジスタＴｒ３のエミッタ端子には電圧Ｖｃｃ（例えば電圧値１５Ｖ）の電源と接続されている。トランジスタＴｒ３のコレクタ端子はトランジスタＴｒ４のコレクタ端子と接続されている。トランジスタＴｒ３のエミッタ端子とベース端子との間に抵抗Ｒ３１（例えば抵抗値３３ｋΩ）が接続されている。トランジスタＴｒ３のベース端子と電源との間に抵抗Ｒ３２（例えば抵抗値１ｋΩ）及びショットキーバリアダイオードＳＢＤ２が直列に接続されている。トランジスタＴｒ４のエミッタ端子はグラウンドと接続されている。トランジスタＴｒ４のエミッタ端子とベース端子との間に抵抗Ｒ４１（例えば抵抗値３３ｋΩ）が接続されている。トランジスタＴｒ４のベース端子とＰＷＭ信号（ＰＷＭ１）を入力する信号入力端子との間に抵抗Ｒ４２（例えば抵抗値１ｋΩ）が接続されている。トランジスタＴｒ３のベース端子側（抵抗Ｒ３２とショットキーバリアダイオードＳＢＤ２のアノード端子との接続点）とトランジスタＴｒ４のベース端子側（抵抗Ｒ４２を介してトランジスタＴｒ４のベース端子と接続された信号入力端子）との間にコンデンサＣ２（例えば容量０．１μＦ）が接続されている。
　トランジスタＴｒ１のコレクタ端子とトランジスタＴｒ２のコレクタ端子との接続点と、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子とトランジスタＴｒ４のコレクタ端子との接続点との間に、圧電素子ＰＺ及び抵抗Ｒ０が直列に接続されている。圧電素子ＰＺの電気的特性はコンデンサ（キャパシタ）である（つまり、圧電素子ＰＺはコンデンサと等価である）。従って、圧電素子ＰＺと抵抗Ｒ０とで１次ローパスフィルタを構成する。なお、圧電素子ＰＺにおけるコンデンサとしての容量は例えば５０ｎＦであり、抵抗Ｒ０の抵抗値は例えば１ｋΩであるものとする。本実施形態では、圧電素子ＰＺと抵抗Ｒ０とで圧電ブザー６０を構成する。
　なお、Ｈブリッジ回路２０Ｃを構成する各素子の値（抵抗値、容量値）や圧電ブザー６０を構成する各素子（圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０）の値（抵抗値、容量値）は一例であって、上記の値に限定されるわけではなく、圧電素子ＰＺの特性などに合わせて適宜設定される。
　Ｈブリッジ回路２０Ｃにおいて、４つのトランジスタＴｒ１～Ｔｒ４がオフの場合、圧電素子ＰＺ及び抵抗Ｒ０には電圧が印加されない。トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４がオンであり、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオフのとき、図５の（１）の経路（電源電圧Ｖｃｃ、トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ０、圧電素子ＰＺ、トランジスタＴｒ４、グラウンド）で電流が流れる。一方、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオンであり、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４がオフのとき、図５の（２）の経路（電源電圧Ｖｃｃ、トランジスタＴｒ３、圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０、トランジスタＴｒ２、グラウンド）で電流が流れる。
　具体的には、電源電圧Ｖｃｃが投入される前、コンデンサＣ１の電荷は０である（Ｃ１：Ｑ＝０）。電源電圧Ｖｃｃが投入されると、コンデンサＣ１に電荷が蓄積され、コンデンサＣ１の電圧が＋１５Ｖ（電源電圧Ｖｃｃ）にチャージアップされる。このとき、コンデンサＣ１の電源側の端子の電位が＋１５Ｖとなり、コンデンサＣ１の信号入力端子側の端子の電位が０Ｖとなる。この場合、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２はいずれもオフである。
　このような状態において、信号入力端子からＰＷＭ信号が入力され、そのＰＷＭ信号が「Ｈ」（例えば電圧値＋５Ｖ）になると、コンデンサＣ１の信号入力端子側の端子の電位が＋５Ｖとなり、トランジスタＴｒ２がオンとなる。一方、ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１は電源電圧Ｖｃｃを超える電圧をカットするように機能するので、コンデンサＣ１の電源側の端子の電位が＋１５Ｖのまま維持され（このときコンデンサＣ１の電圧が＋１０Ｖになる）、トランジスタＴｒ１はオフのままである。次に、信号入力端子から入力されるＰＷＭ信号が「Ｌ」（例えば電圧値０Ｖ）になると、コンデンサＣ１の信号入力端子側の端子の電位が０Ｖとなり、トランジスタＴｒ２がオフとなる。一方、コンデンサＣ１は直ぐにチャージされないので、コンデンサＣ１の電源側の端子の電位が＋１０Ｖに引き下げられ、トランジスタＴｒ１はオンとなる。このような動作により、信号入力端子からＰＷＭ信号が入力されることで、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２はオン・オフ動作を交互に行うこととなる。
　Ｈブリッジ回路２０Ｃの左側の回路について説明したが、右側の回路についても同様に動作する。すなわち、信号入力端子から入力されるＰＷＭ信号が「Ｈ」のときは、トランジスタＴｒ３がオフとなり、トランジスタＴｒ４がオンとなる。また、信号入力端子から入力されるＰＷＭ信号が「Ｌ」のときは、トランジスタＴｒ３がオンとなり、トランジスタＴｒ４がオフとなる。このように、Ｈブリッジ回路２０Ｃは、４つのトランジスタ（スイッチ）のうち対角線上にある二組のトランジスタが交互にオンすることで負荷の電流方向を逆向きにすることができ、電池の持つ電圧を最大限に活かすことができる。
　なお、Ｈブリッジ回路２０Ｃを駆動する信号（信号入力端子から入力される信号）は、差動のＰＷＭ信号（ＰＷＭ０，ＰＷＭ１）である。プラス出力のＰＷＭ信号（例えばＰＷＭ０）とマイナス出力のＰＷＭ信号（例えばＰＷＭ１）を同位相とする。そして、プラス出力のＰＷＭ信号とマイナス出力のＰＷＭ信号のパルス幅の変更方向を互いに逆にすることで出力を制御する。その出力の範囲は＋１００％～０％～－１００％となる。例えば、プラス出力のＰＷＭ信号のデューティ比が４０％のとき、マイナス出力のＰＷＭ信号のデューティ比を６０％とすると、その差動成分は、＋２０％となる。反対にし、プラス出力のＰＷＭ信号のデューティ比が６０％のとき、マイナス出力のＰＷＭ信号のデューティ比を４０％とすると、その差動成分は、－２０％となる。プラス出力のＰＷＭ信号のデューティ比が３０％のときは、マイナス出力のＰＷＭ信号のデューティ比を７０％とする。このときの差動出力は、＋４０％となる。差動出力を０％とするためには、プラス出力およびマイナス出力のＰＷＭ信号のデューティ比を５０％とすればよい。このように構成することで、負荷となるダイナミックスピーカのコイルに電流が流れる時間をパルス幅の差の時間のみとして少なくし、コイルに常時電流が流れ続けることを防ぎ、スピーカーに掛かる負荷を軽減している。
　上記したように、Ｈブリッジ回路２０Ｃの電源電圧を１５Ｖとしているのに対して、小さなボタン型電池（コイン型電池ともいう。）の電圧は１Ｖ～３Ｖ程度である。ボタン型電池を用いてＨブリッジ回路２０Ｃを駆動する場合、チャージポンプでボタン型電池の電圧を電源電圧まで昇圧させる。これにより、本発明の音声再生装置をヘルスケア製品（例えば体温計、血糖値計）などの小さな機器にも搭載することが可能となる。
　図６は、本発明の圧電ブザー６０の構成を示す図である。図６に示す圧電素子は、薄い円板状の圧電体（圧電セラミックス）６１と、黄銅やニッケルなどの薄い円板状の金属板６２とを貼り合わせた（接着した）構造である。このような圧電素子の構造をユニモルフ構造という。圧電体６１の表面には電極が形成され、その電極にリード（ケーブル）６３が接続されている。また、金属板６２の表面にも電極が形成され、その電極にリード（ケーブル）６４が接続されている。抵抗６５がリード６４の途中に接続されている。また、金属板６２の裏面（表面の反対側の面）の中心付近には、振動板（後述する図７の振動板６６参照）と接触する接触部としての凸部６２ａが形成されている。圧電体６１及び金属板６２が図５に示した圧電素子ＰＺに相当し、抵抗６５が図５に示した抵抗Ｒ０に相当する。なお、抵抗６５はリード６４の途中ではなくリード６３の途中に接続されてもよい。
　圧電素子に電圧が印加されると圧電体６１が伸びるが、圧電体６１に接着している金属板６２は伸縮せずに所定方向に曲がる。また、圧電素子に逆方向の電圧が印加されると圧電体６１が縮むが、圧電体６１に接着している金属板６２は伸縮せずに所定方向とは逆方向に曲がる。圧電素子に電圧の向きが交互に変わる信号電圧が印加されると両方向の振動が発生して音波が発生する。
　本実施形態では、圧電体（圧電セラミックス）と金属板とで構成される素子を圧電素子といい、圧電素子と抵抗とを含む構成を圧電ブザーという。なお、一般には、圧電体（圧電セラミックス）のことを圧電素子という場合があり、また、圧電体と金属板とで構成される素子を圧電ブザーという場合もある。また、圧電ブザーは、圧電スピーカー（ピエゾスピーカー）、圧電サウンダーなどと呼ばれ、明確に区別されていないが、本実施形態における圧電ブザーは、上記の圧電スピーカー（ピエゾスピーカー）、圧電サウンダーなどを含む構成である。
　圧電素子としては、圧電体の材料、径、厚さや、金属板の材料、径、厚さなどに応じて特性が変化する。例えば、圧電素子によって、共振点（共振周波数）、共振抵抗、静電容量が変化する。上述したように、本発明は、安価な圧電ブザーを用いて高音質の音声出力を実現することを目的としているため、本実施形態では、電子ブザーとして利用されるような圧電素子を用いることを想定している。
　図７は、本発明に係る第１の発話デバイス７０の構成を示す図である。ここで、図７（Ａ）は第１の発話デバイス７０の斜視図を示し、図７（Ｂ）は第１の発話デバイス７０のＡ－Ａ断面図を示し、図７（Ｃ）は第１の発話デバイス７０において圧電素子の振動が振動板６６に伝わる様子を説明するための拡大断面図を示している。なお、図７（Ａ）及び（Ｃ）では、リード６３，６４及び抵抗６５を省略している。図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第１の発話デバイス７０は、圧電体（圧電セラミックス）６１及び金属板６２からなる圧電素子と、抵抗６５と、振動板６６とを備えている。圧電素子や抵抗６５の構成については図６で説明した構成と同様である。
　振動板６６は、圧電素子の振動に対応して振動する平板である。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧電素子の一端（円板状の金属板６２の周縁の一箇所）が接着剤などの支持部材６７で振動板６６に接着されることにより、圧電素子が振動板６６上で支持される。また、圧電素子の金属板６２の裏面に形成された凸部６２ａと振動板６６とが接触するように、圧電素子が振動板６６上に配置される。上述したように、圧電素子に電圧の向きが交互に変わる信号電圧が印加されると圧電素子において両方向の振動が発生する。このとき、図８（Ｃ）に示すように、圧電素子（圧電体６１及び金属板６２）は中心付近の振幅が大きくなるように曲がる。そして、圧電素子の金属板６２の表面における圧電素子の中心付近の位置に凸部６２ａが形成されることにより、圧電素子の振動が凸部６２ａを介して効果的に振動板６６に伝達される。振動板６６に伝達された振動は、振動板６６によって高い音圧に増幅される。これにより、圧電ブザー６０の音圧が向上する。
　なお、図７（Ｂ）に示す場合、圧電素子は、振動板６６と平行な状態を保持しつつ振動板６６上で支持されている。しかし、圧電素子は、振動板６６と平行な状態でなく傾いた状態で振動板６６上で支持されてもよい。例えば、圧電素子の一端（支持部材６７で接着されている箇所）が振動板６６と接触し又は振動板６６と近く、圧電素子の他端（支持部材６７で接着されている箇所と対抗した位置の箇所）が振動板６６と離れた状態で、圧電素子が振動板６６上に支持されてもよい。後述する図８、図９、図１０及び図１１においても同様である。
　図８は、本発明に係る第２の発話デバイス７０Ａの構成を示す図である。ここで、図８（Ａ）は第２の発話デバイス７０Ａの斜視図を示し、図８（Ｂ）は第２の発話デバイス７０ＡのＡ－Ａ断面図を示し、図８（Ｃ）は第２の発話デバイス７０Ａにおいて圧電素子の振動が振動板６６Ａに伝わる様子を説明するための拡大断面図を示している。なお、図８（Ａ）及び（Ｃ）では、リード６３，６４及び抵抗６５を省略している。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第２の発話デバイス７０Ａは、圧電体（圧電セラミックス）６１及び金属板６２Ａからなる圧電素子と、抵抗６５と、振動板６６Ａとを備えている。
　図８（Ａ）～（Ｃ）に示す圧電素子６０Ａは、図６及び図７（Ａ）～（Ｃ）に示した圧電素子６０と異なり、金属板６２Ａの裏面に凸部が形成されていない。一方、振動板６６Ａの一方の表面には接触部としての凸部６６ａが形成されている。すなわち、第１の発話デバイス７０では、圧電素子の金属板６２の裏面に凸部６２ａを設けていたが、第２の発話デバイス７０Ａでは、圧電素子の金属板６２の裏面に凸部６２ａを設けることに代えて、振動板６６Ａの一方の表面に凸部６６ａを設けている。
　振動板６６Ａは、圧電素子の振動に対応して振動する平板である。図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧電素子の一端（円板状の金属板６２Ａの周縁の一箇所）が接着剤などの支持部材６７で振動板６６Ａに接着されることにより、圧電素子が振動板６６Ａ上で支持される。また、圧電素子は、振動板６６Ａの表面に形成された凸部６６ａと接触するように振動板６６Ａ上に配置される。上述したように、圧電素子に電圧の向きが交互に変わる信号電圧が印加されると圧電素子において両方向の振動が発生する。このとき、図８（Ｃ）に示すように、圧電素子（圧電体６１及び金属板６２Ａ）は中心付近の振幅が大きくなるように曲がる。そして、振動板６６Ａの表面において圧電素子の中心付近に対応する位置に凸部６６ａが形成されることにより、圧電素子の振動が凸部６６ａを介して効果的に振動板６６Ａに伝達される。振動板６６Ａに伝達された振動は、振動板６６Ａによって高い音圧に増幅される。これにより、圧電ブザー６０Ａの音圧が向上する。
　図９は、本発明に係る第３の発話デバイス７０Ｂの構成を示す図である。ここで、図９（Ａ）は第３の発話デバイス７０Ｂの斜視図を示し、図９（Ｂ）は第３の発話デバイス７０ＢのＡ－Ａ断面図を示し、図９（Ｃ）は第３の発話デバイス７０Ｂにおいて圧電素子の振動が振動板６６Ｂに伝わる様子を説明するための拡大断面図を示している。なお、図９（Ａ）及び（Ｃ）では、リード６３，６４及び抵抗６５を省略している。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、第３の発話デバイス７０Ｂは、圧電体（圧電セラミックス）６１及び金属板６２Ａからなる圧電素子と、抵抗６５と、振動板６６Ｂとを備えている。圧電素子や抵抗６５の構成については図８で説明した構成と同様である。
　図９に示す振動板６６Ｂは、図８に示した振動板６６Ａと同様、圧電素子の振動に対応して振動する平板である。この振動板６６Ｂの表面（少なくとも一方の表面）には接触部としての凹凸６６ｂが形成されている。図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、圧電素子の一端（円板状の金属板６２Ａの周縁の一箇所）が接着剤などの支持部材６７で接着されることにより、圧電素子が振動板６６Ｂ上で支持される。また、圧電素子は、振動板６６Ｂの表面に形成された凹凸６６ｂと接触するように振動板６６Ｂ上に配置される。図９に示す第３の発話デバイス７０Ｂは、図８に示した第２の発話デバイス７０Ａと同様、振動板６６Ｂの表面において少なくとも圧電素子の中心付近（振幅が大きい位置）に対応する位置に凹凸６６ｂが形成されることにより、圧電素子の振動が凹凸６６ｂを介して効果的に振動板６６Ｂに伝達される。振動板６６Ｂに伝達された振動は、振動板６６Ｂによって高い音圧に増幅される。これにより、圧電ブザー６０Ａの音圧が向上する。
　なお、図９において、振動板６６Ｂの表面における圧電素子と接触する部分全域に凹凸６６ｂを形成していたが、振動板６６Ｂの表面における圧電素子の中心付近の領域にだけ凹凸６６ｂを形成してもよい。
　図１０は、本発明に係る第４の発話デバイス７０Ｃの構成を示す斜視図である。図１０に示すように、第４の発話デバイス７０Ｃでは、圧電体６１と金属板６２，６２Ａとで構成される圧電素子と、その圧電素子に接続された抵抗６５（図１０においては図示せず）とが円筒状のパッケージ（筐体）６８内に収容されている。このような構成の場合、圧電素子と抵抗６５とが１つの部品として構成されることとなる。図１０に示す構成では、パッケージ６８の底面６８Ａが図７、図８及び図９に示した振動板６６，６６Ａ，６６Ｂの役割を果たす。すなわち、圧電素子の金属板６２には不図示の接触部（凸部６２ａ）が形成されている。または、パッケージ６８の底面６８Ａの表面（内面）には不図示の接触部（凸部６６ａ、凹凸６６ｂ）が形成されている。圧電素子と底面６８Ａとの間に接触部が挟まれた状態となるように、圧電素子が底面６８Ａ上に配置される。これにより、圧電素子の振動が効果的にパッケージ６８の底面６８Ａに伝達され、高い音圧に増幅される。このような構成においても圧電ブザー６０，６０Ａの音圧が向上する。また、上記の構成では、圧電素子（圧電ブザー６０，６０Ａ）をパッケージ６８に収容するので、圧電素子（圧電ブザー６０，６０Ａ）を確実に防水することもできる。
　図１１は、本発明に係る第５の発話デバイス７０Ｄの構成を示す斜視図である。図１１に示すように、第５の発話デバイス７０Ｄでは、圧電体６１と金属板６２，６２Ａとで構成される圧電素子と、その圧電素子に接続された抵抗６５（図１１においては図示せず）と、図１に示したＨブリッジ回路２０Ｃやマイコン１０Ｃなどの部品８０と、その他の部品（例えば圧電ブザー６０，６０Ａが搭載される製品の機能を実現する部品）などが筐体６９内に収容されている。このような構成の場合、圧電素子や抵抗６５、部品８０などが１つの装置として構成されることとなる。図１１に示す構成では、筐体６９の底面６９Ａが図７、図８及び図９に示した振動板６６，６６Ａ，６６Ｂの役割を果たす。すなわち、圧電素子の金属板６２には不図示の接触部（凸部６２ａ）が形成されている。または、筐体６９の底面６９Ａの表面（内面）には不図示の接触部（凸部６６ａ、凹凸６６ｂ）が形成されている。圧電素子と底面６９Ａとの間に接触部が挟まれた状態となるように、圧電素子が底面６９Ａ上に配置される。これにより、圧電素子の振動が効果的に筐体６９の底面６９Ａに伝達され、高い音圧に増幅される。このような構成においても圧電ブザー６０，６０Ａの音圧が向上する。また、上記の構成では、圧電素子（圧電ブザー６０，６０Ａ）を筐体６９に収容するので、圧電素子（圧電ブザー６０，６０Ａ）を確実に防水することもできる。
　図１２は、１次ローパスフィルタの回路図及び１次ローパスフィルタの周波数特性を示すグラフである。上述したように、圧電素子ＰＺは電気的特性としてコンデンサ（キャパシタ）Ｃ０とみなされる。図１２の回路図に示すように、抵抗Ｒ０とコンデンサＣ０とで構成されるＲＣ回路は１次ローパスフィルタ（ＲＣフィルタ）として機能する。ＲＣ回路の折れ点周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（２π・Ｒ０・Ｃ０）となる。図１２のグラフに示すように、ＲＣ回路からなる１次ローパスフィルタは、ＲＣ回路の折れ点周波数ｆｃ以下の周波数の信号を通過させ、ＲＣ回路の折れ点周波数ｆｃ以上の周波数の信号を－２０ｄＢ／ｄｅｃで減衰させる。
　本実施形態では、圧電素子ＰＺと抵抗Ｒ０とで構成するＲＣ回路の折れ点周波数ｆｃが圧電素子ＰＺの共振点（共振周波数）以下としている。このような構成によれば、圧電素子ＰＺの共振点よりも高い周波数成分をＲＣフィルタで抑制することができ、人の声や音楽などを高音質で出力することが可能となる。
　また、圧電素子ＰＺと抵抗Ｒ０とで構成するＲＣ回路の折れ点周波数の１／２が圧電素子ＰＺの共振点以下としてもよい。このような構成によれば、より高い周波数成分をＲＣフィルタで抑制することができ、より一層、人の声や音楽などを高音質で出力することが可能となる。
　図１３は、１次ローパスフィルタのインピーダンス特性を示すグラフである。図１３に示すグラフにおいて、横軸は周波数ｆを示し、縦軸はｌｏｇ｜Ｚ｜（インピーダンスＺの対数）を示している。図１３に示すように、圧電素子ＰＺと等価であるコンデンサＣ０のインピーダンス特性は、信号の周波数ｆが高くなるほど小さくなる。従って、圧電素子ＰＺに抵抗Ｒ０を接続していない場合は、信号の周波数ｆが高くなると大きな電流が圧電素子ＰＺに流れてしまい、素子の破損等を招いてしまう。一方、本実施形態では、圧電素子ＰＺに直列に抵抗Ｒ０を接続しているので、信号の周波数ｆによらずに一定のインピーダンスＺを持たせることができ、圧電素子ＰＺに必要以上の電流が流れてしまうのを回避させることができる。
　圧電素子ＰＺと直列に接続される抵抗Ｒ０（図６の抵抗６５）には、以下に示す５つの役割がある。
１．上述したように、圧電素子と等価であるコンデンサとともにＲＣフィルタ（１次ローパスフィルタ）を形成する役割がある。
２．圧電ブザー６０，６０Ａに存在する機械振動の共振のＱを下げる役割がある。一般に、圧電ブザーは電子ブザーとして使用されるので、故意にＱの高い機械振動が起きやすいように設計されている。本実施形態では、圧電素子ＰＺの特性に合わせて抵抗Ｒ０の抵抗値を調整することで１次ローパスフィルタの通過帯域を設定することができる。この通過帯域を適切に設定することで可聴帯域外の信号の抑圧し、また可聴帯域内の圧電ブザーの機械振動のＱを下げることが可能となる。
３．ＰＷＭ信号に存在する、矩形波の高次高調波における圧電素子のインピーダンスを下げる役割がある。このような役割によって圧電ブザー６０，６０Ａを電池で駆動することが可能となる。
４．圧電素子では高音を出力しやすいように設計されているが、その高音の出力を抑えて特性をフラットにする役割がある。
５．信号の周波数が高い帯域においても一定以上のインピーダンスを確保することができ、圧電素子に流れる電流を制御（抑制）することができる。
　以上に説明したように、本実施形態では、抵抗Ｒ０が圧電素子ＰＺに直列に接続され、圧電素子ＰＺと等価であるキャパシタＣ０と抵抗Ｒ０とでローパスフィルタを形成するので、安価な圧電ブザーを使用することができ、コストを大幅に削減することができる。また、そのような安価な圧電ブザー６０，６０Ａを使用した場合であっても、高音質の音声出力を実現することができる。また、ローパスフィルタで高い周波数成分を抑制するので、低消費電流で圧電ブザー６０，６０Ａの駆動することができる。また、圧電素子の振動に対応して振動する振動板６６，６６Ａ，６６Ｂ（パッケージ６８、筐体６９）を備えているので、振動板で圧電素子の振動を増幅することができ、圧電素子（圧電ブザー）の音圧を向上させることができる。さらに、圧電素子を筐体に収容可能に構成することで、圧電素子を確実に防水することもできる。
　本発明の圧電ブザー及び音声再生装置は、ガイド音声を出力する機器として用いることができる。例えば、鉄道やバス等の車内／構内アナウンス、信号、ビル入退管理端末、監視カメラ、医療機器、ＡＥＤ（Automated External Defibrillator；自動体外式除細動器）、産業用プリンタ、オフィス用複合プリンタ、民生用インクジェットプリンタ、アミューズメント機器の効果音などに利用可能である。また、本発明の圧電ブザー及び音声再生装置は、厳しい温度／環境条件下での音声出力する機器として用いることができる。例えば、火災／ガス／避難警報、建設機械、自動車、自販機、ＡＴＭなどに利用可能である。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。また、上記の実施形態で説明した要件の１つ以上は、省略されることがある。そのような変更または改良、省略した形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記した実施形態や変形例の構成を適宜組み合わせて適用することも可能である。
　例えば、上記の実施形態では、圧電素子ＰＺの２つの端子の一方に抵抗を接続していたが、２つの端子の両方に抵抗を接続してもよい。このような場合でもＲＣフィルタとして機能させることができ。また、圧電素子は、ユニモルフ構造の素子を用いていたが、バイモルフ構造の素子や積層タイプの素子を用いてもよい。また、Ｈブリッジ回路は４つのバイポーラトランジスタで構成されたものを用いていたが、４つのＦＥＴで構成されたもの（図１（Ｂ）のＨブリッジ回路２０Ｂ）を用いてもよい。
　また、図８～図１１に示した発話デバイス７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄでは、接着剤などの支持部材６７により圧電素子の一端（片側）を振動板（底面）に固定する構成としていたが、このような構成に限定されず、支持部材により圧電素子の両側や中央付近を振動板（底面）に固定する構成でもよく、また支持部材により圧電素子の複数個所を振動板（底面）に固定する構成でもよい。
　図１４は、振動板の支持位置の変形例を示す図である。なお、図１４（Ａ）及び（Ｂ）においては、圧電素子（圧電体６１及び金属板６２，６２Ａ）の振動を模式的に表している。図１４（Ａ）に示す圧電素子（圧電体６１及び金属板６２，６２Ａ）では、その圧電素子の両端の位置α１，α２が振動しておらず（又はほとんど振動しておらず）、真ん中の位置β１が最も大きな振幅で振動している。図８及び図９に示した発話デバイス７０Ａ，７０Ｂの例では、圧電素子の片方の端の位置α１又はα２において支持部材６７で圧電素子を振動板上に固定していた。しかし、そのような構成に限らず、圧電素子の両方の端の位置α１及びα２において支持部材６７で圧電素子を振動板上に固定してもよい。なお、最も振幅が大きい位置β１（又は位置β１の付近）に接触部（凸部６２ａ、凸部６６ａ、凹凸６６ｂ）が設けられる。
　また、図１４（Ｂ）に示す圧電素子（圧電体６１及び金属板６２，６２Ａ）では、その圧電素子の両端の位置以外の位置α１１，α１２が振動しておらず（又はほとんど振動しておらず）、振幅の大きな位置β１１，β１２，β１３も複数存在している。この場合、振動していない位置α１１，α１２の全部又は一部の位置において支持部材６７で圧電素子を振動板上に固定する。なお、最も振幅が大きい位置β１１，β１２，β１３（又はこれらの位置β１１，β１２，β１３の付近）の全部又は一部の位置に接触部（凸部６２ａ、凸部６６ａ、凹凸６６ｂ）が設けられる。このように、圧電素子の振動していない（又はほとんど振動していない）位置で圧電素子を支持し、圧電素子の振幅が大きい位置に対応する振動板上の位置に接触部を設ける。これにより、圧電素子の振動を効果的に振動板に伝達することが可能となる。
　また、図８～図１１に示した構成では、圧電素子を接着剤などの支持部材で振動板（底面）に固定していたが、このような構成に限定されず、例えば圧電素子を振動板に押し当てるように、押圧部材で圧電素子の表面を押す構成としてもよい。
　また、図５においては、圧電素子ＰＺを駆動する駆動回路として、４つのトランジスタを用いて構成したＨブリッジ回路２０Ｃとしていたが、このような構成に限定されず、以下の図１５～図１９に示す回路を駆動回路としてもよい。
＜駆動回路の第１変形例＞
　図１５は、駆動回路の第１変形例を示す回路図である。図１５に示す駆動回路２０Ｃ１は、図５に示した駆動回路（Ｈブリッジ回路２０Ｃ）の左側の回路だけで構成したハーフブリッジ回路である。すなわち、図１５に示す駆動回路２０Ｃ１は、図５に示したトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２、ショットキーバリアダイオードＳＢＤ１、及びコンデンサＣ１からなる回路だけで構成されている。
　図１５に示すように、この駆動回路２０Ｃ１の構成においては、圧電素子ＰＺの一方の端子は固定電源（所定の決まった電圧値の電源。固定電源にはグラウンドを含む。）と接続されている。また、この駆動回路２０Ｃ１を用いる場合、マイコン１０Ｃは、１つのＰＷＭ信号を１つの出力ピンから駆動回路２０Ｃ１に出力する。このような駆動回路２０Ｃ１において、トランジスタＴｒ１がオンであり、トランジスタＴｒ２がオフのとき、電源電圧Ｖｃｃ、トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ０、圧電素子ＰＺ、及び固定電源の経路で電流が流れる。また、トランジスタＴｒ１がオフであり、トランジスタＴｒ２がオンのとき、固定電源、圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０、トランジスタＴｒ２、及びグラウンドの経路で電流が流れる。このような回路構成によれば、Ｈブリッジ回路２０Ｃよりも少ない回路素子で駆動回路を構成することができ、駆動回路のコストを削減することができる。
＜駆動回路の第２変形例＞
　図１６は、駆動回路の第２変形例を示す回路図である。図１６に示す駆動回路２０Ｃ２では、図５の抵抗Ｒ０に代えて、抵抗Ｒ０１及び抵抗Ｒ０２を設けている。すなわち、図５に示したＨブリッジ回路２０Ｃでは、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子とトランジスタＴｒ２のコレクタ端子との接続点と、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子とトランジスタＴｒ４のコレクタ端子との接続点との間に、圧電素子ＰＺ及び抵抗Ｒ０が直列に接続されていた。これに対して、図１６に示す駆動回路２０Ｃ２では、トランジスタＴｒ１のコレクタ端子に抵抗Ｒ０１を接続し、トランジスタＴｒ２のコレクタ端子に抵抗Ｒ０２を接続している。また、駆動回路２０Ｃ２では、抵抗Ｒ０１と抵抗Ｒ０２との接続点と、トランジスタＴｒ３のコレクタ端子とトランジスタＴｒ４のコレクタ端子との接続点との間に、圧電素子ＰＺだけを接続している。
　駆動回路２０Ｃ２において、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４がオンであり、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオフのとき、電源電圧Ｖｃｃ、トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ０１、圧電素子ＰＺ、トランジスタＴｒ４、及びグラウンドの経路で電流が流れる。一方、トランジスタＴｒ２及びトランジスタＴｒ３がオンであり、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ４がオフのとき、電源電圧Ｖｃｃ、トランジスタＴｒ３、圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０２、トランジスタＴｒ２、及びグラウンドの経路で電流が流れる。従って、図１６における抵抗Ｒ０１，Ｒ０２は、図５における抵抗Ｒ０と同様に、圧電素子ＰＺと等価であるコンデンサとともにＲＣフィルタ（１次ローパスフィルタ）を構成する。
＜駆動回路の第３変形例＞
　図１７は、駆動回路の第３変形例を示す回路図である。図１７に示す駆動回路２０Ｃ３は、図１６に示した駆動回路２０Ｃ２における左側の回路だけで構成したハーフブリッジ回路である。図１７に示すように、この駆動回路２０Ｃ３の構成においては、圧電素子ＰＺの一方の端子は固定電源（所定の決まった電圧値の電源）と接続されている。また、この駆動回路２０Ｃ３を用いる場合、マイコン１０Ｃは、１つのＰＷＭ信号を１つの出力ピンから駆動回路２０Ｃ１に出力する。このような駆動回路２０Ｃ３において、トランジスタＴｒ１がオンであり、トランジスタＴｒ２がオフのとき、電源電圧Ｖｃｃ、トランジスタＴｒ１、抵抗Ｒ０１、圧電素子ＰＺ、及び固定電源の経路で電流が流れる。また、トランジスタＴｒ１がオフであり、トランジスタＴｒ２がオンのとき、固定電源、圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０２、トランジスタＴｒ２、及びグラウンドの経路で電流が流れる。このような回路構成によれば、駆動回路２０Ｃ２よりも少ない回路素子で駆動回路を構成することができ、駆動回路のコストを削減することができる。
＜駆動回路の第４変形例＞
　図１８は、駆動回路の第４変形例を示す回路図である。図１８に示す駆動回路２０Ｃ４では、トランジスタＴｒ１１のコレクタ端子と電源電圧Ｖｃｃ（＋１５Ｖ）との間に抵抗Ｒ０１１が接続され、トランジスタＴｒ１１のエミッタ端子はグラウンドと接続されている。また、トランジスタＴｒ１１のベース端子はＰＷＭ信号（ＰＷＭ０）を入力する信号入力端子と接続されている。また、トランジスタＴｒ１２のコレクタ端子と電源電圧Ｖｃｃ（＋１５Ｖ）との間に抵抗Ｒ０１２が接続され、トランジスタＴｒ１２のエミッタ端子はグラウンドと接続されている。また、トランジスタＴｒ１２のベース端子はＰＷＭ信号（ＰＷＭ１）を入力する信号入力端子と接続されている。また、トランジスタＴｒ１１のコレクタ端子と抵抗Ｒ０１１との接続点と、トランジスタＴｒ１２のコレクタ端子と抵抗Ｒ０１２との接続点との間に、抵抗Ｒ０１３及び圧電素子ＰＺが接続されている。なお、抵抗Ｒ０１３は、圧電素子ＰＺとトランジスタＴｒ１１のコレクタ端子との間に接続されているが、圧電素子ＰＺとトランジスタＴｒ１２のコレクタ端子との間に接続されてもよい。また、抵抗Ｒ０１１，Ｒ０１２，Ｒ０１３の抵抗値はそれぞれ１ｋΩであるものとする。ただし、抵抗Ｒ０１１，Ｒ０１２，Ｒ０１３の抵抗値は圧電素子や回路素子等に合わせて適宜変更することが可能である。
　このような回路構成において、トランジスタＴｒ１１とトランジスタＴｒ１２は、信号入力端子からのＰＷＭ信号により交互にオン・オフする。トランジスタＴｒ１１がオフであり、トランジスタＴｒ１２がオンのときは、電源電圧Ｖｃｃ、抵抗Ｒ０１１、抵抗Ｒ０１３、圧電素子ＰＺ、トランジスタＴｒ１２、及びグラウンドの経路で電流が流れる。一方、トランジスタＴｒ１１がオンであり、トランジスタＴｒ１２がオフのときは、電源電圧Ｖｃｃ、抵抗Ｒ０１２、圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０１３、トランジスタＴｒ１１、及びグラウンドの経路で電流が流れる。従って、図１８における抵抗Ｒ０１１，Ｒ０１３又は抵抗Ｒ０１２，Ｒ０１３は、図５における抵抗Ｒ０と同様に、圧電素子ＰＺと等価であるコンデンサとともにＲＣフィルタ（１次ローパスフィルタ）を構成する。
＜駆動回路の第５変形例＞
　図１９は、駆動回路の第５変形例を示す回路図である。図１９に示す駆動回路２０Ｃ５では、トランジスタＴｒ２１のコレクタ端子と電源電圧Ｖｃｃ（＋３０Ｖ）との間に抵抗Ｒ０１５が接続され、トランジスタＴｒ２１のエミッタ端子はグラウンドと接続されている。また、トランジスタＴｒ２１のベース端子はＰＷＭ信号（ＰＷＭ）を入力する信号入力端子と接続されている。また、トランジスタＴｒ２１のコレクタ端子と抵抗Ｒ０１５との接続点と、固定電源（所定の決まった電圧値の電源）との間に、抵抗Ｒ０１４と圧電素子ＰＺとが直列に接続されている。なお、抵抗Ｒ０１４，Ｒ０１５の抵抗値はそれぞれ１ｋΩであるものとする。ただし、抵抗Ｒ０１４，Ｒ０１５の抵抗値は圧電素子や回路素子等に合わせて適宜変更することが可能である。
　このような駆動回路２０Ｃ５において、トランジスタＴｒ２１はＰＷＭ信号によりオン・オフする。トランジスタＴｒ２１がオフのときは、電源電圧Ｖｃｃ、抵抗Ｒ０１５、抵抗Ｒ０１４、圧電素子ＰＺ、及び固定電源の経路で電流が流れる。また、トランジスタＴｒ２１がオンのときは、固定電源、圧電素子ＰＺ、抵抗Ｒ０１４、トランジスタＴｒ２１、及びグラウンドの経路で電流が流れる。このような回路構成によれば、駆動回路２０Ｃ４よりも少ない回路素子で駆動回路を構成することができ、駆動回路のコストを削減することができる。
　１０Ｃ　マイクロコンピュータ
　１２Ｂ　ドライバー
　２０Ｃ　Ｈブリッジ回路（駆動回路）
　２０Ｃ１，２０Ｃ２，２０Ｃ３，２０Ｃ４，２０Ｃ５　駆動回路
　６０，６０Ａ　圧電ブザー
　６１　圧電体
　６２，６２Ａ　金属板
　６２ａ　凸部（接触部）
　６５　抵抗
　６６，６６Ａ，６６Ｂ　振動板
　６６ａ　凸部（接触部）
　６６ｂ　凹凸（接触部）
　６８　パッケージ（筐体）
　６９　筐体
　６８Ａ，６９Ａ　底面
　７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７０Ｄ　発話デバイス
　Ｔｒ１～Ｔｒ４，Ｔｒ１１，Ｔｒ１２，Ｔｒ２１　バイポーラトランジスタ（トランジスタ）
　Ｒ０，Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０１１，Ｒ０１２，Ｒ０１３，Ｒ０１４，Ｒ０１５　抵抗
　ＰＺ　圧電素子

 

Claims (7)

  1. 　圧電体に信号電圧を加えることで発生する前記圧電体の振動を音声として出力する圧電素子、及び前記圧電素子に直列に接続され、前記圧電素子と等価であるキャパシタとともにローパスフィルタを構成する抵抗を有する圧電ブザーと、
    　音声信号に応じたＰＷＭ信号を生成するマイクロコンピュータと、
    　前記マイクロコンピュータで生成される前記ＰＷＭ信号に基づいてバイポーラトランジスタがスイッチング動作することで電力増幅を行い、前記ＰＷＭ信号に応じた信号電圧を前記圧電素子及び前記抵抗に出力して前記圧電ブザーの音声出力を実行する駆動回路と、
    　前記圧電素子の振動に対応して振動する振動板と、を備えることを特徴とする音声再生装置。
  2. 　前記振動板は、筐体の一面で形成される請求項１記載の音声再生装置。
  3. 　前記圧電素子は、その表面に接触部を有し、
    　前記振動板が前記接触部と接触するように配置される請求項１または請求項２記載の音声再生装置。
  4. 　前記振動板は、その表面に接触部を有し、
    　前記圧電素子が前記接触部と接触するように配置される請求項１または請求項２記載の音声再生装置。
  5. 　前記接触部は、凸部又は凹凸である請求項３または請求項４記載の音声再生装置。
  6. 　前記駆動回路は、電池を電源電圧として動作する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の音声再生装置。
  7. 　前記電池はボタン型電池であり、
    　前記ボタン型電池の電圧を前記電源電圧まで昇圧させるチャージポンプを備える請求項６記載の音声再生装置。

     
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11647331B2 (en) 2019-10-29 2023-05-09 Seiko Epson Corporation Circuit device, sound reproduction device, and electronic apparatus

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6874595B2 (ja) * 2017-08-24 2021-05-19 Tdk株式会社 振動デバイス及び音響デバイス
JP6474523B1 (ja) * 2018-10-10 2019-02-27 株式会社Ｃｒｉ・ミドルウェア 音声再生装置におけるノイズを消す方法
JP2020106078A (ja) * 2018-12-27 2020-07-09 本田技研工業株式会社 板状部材を制振する装置
JP7422371B1 (ja) 2023-02-14 2024-01-26 株式会社アレックス 駆動回路及び駆動制御システム

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59146296A (ja) * 1983-02-08 1984-08-22 Murata Mfg Co Ltd 圧電スピ−カの駆動方法
JPS6021694A (ja) * 1983-07-18 1985-02-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 圧電形受話器
JPH077788A (ja) * 1993-03-19 1995-01-10 Ford Motor Co 音響再生システム及び音響再生方法
JPH07307992A (ja) * 1994-05-10 1995-11-21 Asutei Kk スピーカ
JP2006094158A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Nec Access Technica Ltd 駆動回路および該駆動回路を備える携帯機器
JP2006279701A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Nec Corp 圧電スピーカ及びこの圧電スピーカを備えた携帯電子機器
WO2007132839A1 (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Asahi Kasei Emd Corporation 駆動装置、駆動方法、ならびに情報機器
JP2008022371A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Tdk Corp 圧電発音体
WO2014034866A1 (ja) * 2012-08-30 2014-03-06 京セラ株式会社 音響発生器、音響発生装置および電子機器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59146296A (ja) * 1983-02-08 1984-08-22 Murata Mfg Co Ltd 圧電スピ−カの駆動方法
JPS6021694A (ja) * 1983-07-18 1985-02-04 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 圧電形受話器
JPH077788A (ja) * 1993-03-19 1995-01-10 Ford Motor Co 音響再生システム及び音響再生方法
JPH07307992A (ja) * 1994-05-10 1995-11-21 Asutei Kk スピーカ
JP2006094158A (ja) * 2004-09-24 2006-04-06 Nec Access Technica Ltd 駆動回路および該駆動回路を備える携帯機器
JP2006279701A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Nec Corp 圧電スピーカ及びこの圧電スピーカを備えた携帯電子機器
WO2007132839A1 (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Asahi Kasei Emd Corporation 駆動装置、駆動方法、ならびに情報機器
JP2008022371A (ja) * 2006-07-13 2008-01-31 Tdk Corp 圧電発音体
WO2014034866A1 (ja) * 2012-08-30 2014-03-06 京セラ株式会社 音響発生器、音響発生装置および電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11647331B2 (en) 2019-10-29 2023-05-09 Seiko Epson Corporation Circuit device, sound reproduction device, and electronic apparatus

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