JP2014075671A - Acoustic device and electronic device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音響デバイス及びそれを用いた電子機器に関し、特に、圧電型電気音響変換器及びそれを用いた電子機器に関し、中でも、超音波を放射する圧電型電気音響変換器及びそれを用いた電子機器に関する。 The present invention relates to an acoustic device and an electronic apparatus using the same, and more particularly to a piezoelectric electroacoustic transducer and an electronic apparatus using the same, and more particularly, a piezoelectric electroacoustic transducer that emits ultrasonic waves and the same. It relates to electronic equipment.
携帯電話においては、音楽再生やハンズフリーなどの音響機能を商品価値とした薄型スタイリッシュ携帯の開発が活発化している。この中、電気音響変換器に対しては、小型・薄型でかつ高音質への要求が高く、従来の動電型に代わる圧電型の薄型電気音響変換器の開発が活発になされている。 In mobile phones, development of thin and stylish mobile phones that have commercial value such as music playback and hands-free acoustic functions has become active. Among these, for electroacoustic transducers, there is a high demand for small size and thinness and high sound quality, and development of piezoelectric thin electroacoustic transducers that replace conventional electrodynamic types is being actively conducted.
圧電型電気音響変換器は、圧電素子の伸縮運動を利用して音波を再生するものである。このため、磁石やボイスコイルから構成される動電型電気音響変換器に比べて、薄型化に優位である。また、圧電素子自体が駆動源と振動面を兼ねるため、振幅方向の両面から音波を放射させることができる。 Piezoelectric electroacoustic transducers reproduce sound waves using the expansion and contraction of piezoelectric elements. For this reason, compared with the electrodynamic electroacoustic transducer comprised from a magnet and a voice coil, it is superior in thickness reduction. Further, since the piezoelectric element itself serves as a drive source and a vibration surface, sound waves can be radiated from both sides in the amplitude direction.
また、特許文献1には、スピーカのフレーム内に前気室の開口部を設け、同じくフレーム内において後気室と前気室の開口部に通じるダクトを設け、フレーム内において前気室の開口部付近で、振動子の正面から放射された音波と、振動子の背面から放射された逆位相の音波とを干渉させ、スピーカから放射される音波の音圧レベルを減衰させる、スピーカが提案されている。
Further, in
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。 The following analysis is given by the present invention.
圧電素子は空気負荷によりイナータンスなどの音響因子に影響を受けやく、実装スペースに制約を受ける薄型携帯電話では、良好な音響特性を実現するのに下記のような問題点がある。 Piezoelectric elements are susceptible to acoustic factors such as inertance due to air load, and thin cellular phones that are limited in mounting space have the following problems to achieve good acoustic characteristics.
第一の問題点は背面容量である。薄型携帯電話では、圧電振動子と背面基板とのクリアランスが狭小となるため、音響抵抗の負荷を受けて、音圧レベルは著しく減衰するという問題がある。 The first problem is the back capacity. In a thin mobile phone, the clearance between the piezoelectric vibrator and the back substrate is narrow, and thus there is a problem that the sound pressure level is significantly attenuated under the load of acoustic resistance.
第二の問題点は音波の干渉である。圧電振動子の場合、上下両面から音波を放射するため、上面から正相の音波に対して、下面からは位相が反転した逆相の音波が放射される。下面から放射された音波が上面からの音波を干渉することで、音圧レベルが減衰する問題点がある。このため、圧電型電気音響変換器において、背面音の干渉と空気圧損による音圧減衰を抑制できる画期的な手法が要求される。 The second problem is sound wave interference. In the case of the piezoelectric vibrator, since sound waves are emitted from both the upper and lower surfaces, a reverse-phase sound wave whose phase is inverted is emitted from the lower surface to a normal-phase sound wave from the upper surface. There is a problem that the sound pressure level is attenuated by the sound wave emitted from the lower surface interfering with the sound wave from the upper surface. For this reason, in the piezoelectric electroacoustic transducer, an epoch-making method capable of suppressing sound pressure attenuation due to interference of back sound and air pressure loss is required.
超音波を搬送波として可聴音を送出するパラメトリックスピーカの場合、指向性の高い音場を形成するためには、高い音圧が求められる。特許文献1のスピーカは、フレーム内で、振動子正面からの音波と同背面からの逆位相の音波を干渉させて、音圧を低減しているため、高い音圧をもった音波を放射することが困難である。
In the case of a parametric speaker that transmits an audible sound using ultrasonic waves as a carrier wave, a high sound pressure is required to form a sound field with high directivity. The speaker of
本発明は、高い音圧レベルの超音波を放射することに寄与する音響デバイスおよびそれを用いた電子機器を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the acoustic device which contributes to radiating | emits the ultrasonic wave of a high sound pressure level, and an electronic device using the same.
本発明は、第1の視点において、超音波を放射するよう発振される圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータを内蔵するフレームと、前記フレーム内で前記圧電アクチュエータの正面側に配置された前気室と、前記フレーム内で、前記圧電アクチュエータの背面側に前記前気室と仕切られて配置された後気室と、前記フレーム内に形成され、前記後気室と連通する音道と、前記フレームに形成され、前記前気室と前記フレーム外気を連通するメイン音孔と、前記フレームに形成され、前記音道を通じて前記後気室と前記フレーム外気を連通するサブ音孔と、を有する音響デバイス提供する。 According to a first aspect of the present invention, a piezoelectric actuator oscillated to emit ultrasonic waves, a frame incorporating the piezoelectric actuator, a front air chamber disposed on the front side of the piezoelectric actuator in the frame, A rear air chamber arranged in the frame on the back side of the piezoelectric actuator and separated from the front air chamber; a sound path formed in the frame and communicating with the rear air chamber; and Provided is an acoustic device having a main sound hole formed and communicating the front air chamber and the frame outside air, and a sub sound hole formed in the frame and communicating the rear air chamber and the frame outside air through the sound path. To do.
本発明は、第2の視点において、第1の視点に基づく音響デバイスを搭載し、前記圧電アクチュエータを20kHz以上の超音波を放射するよう発振させる電子機器を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an electronic apparatus in which an acoustic device based on the first viewpoint is mounted and the piezoelectric actuator oscillates so as to emit ultrasonic waves of 20 kHz or higher.
本発明による音響デバイスおよびそれを用いた電子機器は、圧電アクチュエータの背面側から放射される超音波を、圧電アクチュエータの正面側から放射される音波と同方向および同位相で、フレーム外に放射することに寄与し、さらに、正面側からの超音波が増幅されて、フレーム外に放射される超音波の音圧レベルが高くなることに寄与する。 The acoustic device according to the present invention and an electronic apparatus using the acoustic device radiate ultrasonic waves radiated from the back side of the piezoelectric actuator to the outside of the frame in the same direction and the same phase as the sound waves radiated from the front side of the piezoelectric actuator. Furthermore, the ultrasonic wave from the front side is amplified and the sound pressure level of the ultrasonic wave radiated out of the frame is increased.
本発明の一実施形態の概要について、図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。 An outline of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the reference numerals of the drawings attached to this summary are attached to the respective elements for convenience as an example for facilitating understanding, and are not intended to limit the present invention to the illustrated embodiment.
本発明の一実施形態に係る音響デバイスによれば、図2に示すように、圧電アクチュエータ2の背面からの超音波は、音道6を介してサブ音孔8から大気中に放射される。圧電アクチュエータ2の背面からの超音波が、圧電アクチュエータ2の正面からの超音波に、同方向・同位相で重畳されることによって、音響デバイスから放射される音波は増幅されて音圧レベルが高くなる。さらに、サブ音孔8を通じて、空気が後気室5に循環するため、後気室5での音響抵抗が緩和される。これによって、本発明の一実施形態に係る音響デバイスを狭小空間に実装した場合においても、音圧レベルの減衰を抑制することができる。
According to the acoustic device according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the ultrasonic wave from the back surface of the piezoelectric actuator 2 is radiated from the sub sound hole 8 to the atmosphere via the sound path 6. The ultrasonic wave from the back surface of the piezoelectric actuator 2 is superimposed on the ultrasonic wave from the front surface of the piezoelectric actuator 2 in the same direction and in the same phase, whereby the sound wave radiated from the acoustic device is amplified and the sound pressure level is high. Become. Furthermore, since air circulates through the sub sound hole 8 to the
また、本発明の一実施形態に係る音響デバイスは、好ましくは、20KHz以上の超音波を放射する。このような高周波数帯域を利用することによって、放射される音波の指向性が高くなり、正面と背面からの両音波の干渉による減衰を抑制することが可能となる。さらに、高周波数帯域の音波は、低周波帯域の音波と比較して並進性が低いため、開口部からの音波の放射流路の形成が容易となり、又、音孔形状の小型化が可能である。また、本発明の一実施形態に係る音響デバイスの実装時、音孔形状を選択することによって、より良好な音響特性を実現できるため、本発明による音響デバイスの工業的価値は大きい。 Moreover, the acoustic device according to an embodiment of the present invention preferably emits ultrasonic waves of 20 KHz or higher. By using such a high frequency band, the directivity of the radiated sound wave becomes high, and attenuation due to interference of both sound waves from the front and back surfaces can be suppressed. Furthermore, since the sound waves in the high frequency band are less translated than the sound waves in the low frequency band, it is easy to form a sound wave radiation channel from the opening, and the shape of the sound hole can be reduced. is there. In addition, when the acoustic device according to the embodiment of the present invention is mounted, a better acoustic characteristic can be realized by selecting the sound hole shape, and thus the industrial value of the acoustic device according to the present invention is great.
[第1の実施形態]
続いて、本発明の第1の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以降の記述において、多くの具体的事項は、説明のため、本発明の理解を助けるためになされたものである。
[First Embodiment]
Next, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, many specific items are made for the purpose of explanation and to help understanding of the present invention.
図1は、本発明の一実施形態に係る音響デバイスの構造を説明するための断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the structure of an acoustic device according to an embodiment of the present invention.
本発明の一実施形態に係る音響デバイス1は、超音波を放射するよう発振される圧電アクチュエータ2と、圧電アクチュエータを内蔵するフレーム3と、フレーム3内で圧電アクチュエータ2の正面側に配置された前気室4と、フレーム3内で、圧電アクチュエータ2の背面側に前気室4と仕切られて配置された後気室5と、フレーム3内に形成され、後気室5と連通する音道6と、フレーム3に形成され、前気室4とフレーム3の外気を連通するメイン音孔7と、フレーム3に形成され、音道6を通じて後気室5とフレーム3の外気を連通するサブ音孔8と、を有している。
An
詳細には、フレーム3内に内包された圧電アクチュエータ2は、圧電セラミックス2aと金属板2bから構成され、金属板2bがフレームに直接接合されている。なお、金属板2bとフレーム3の間に、樹脂材料を介在させることも可能である。このように、樹脂材料を介在させることで、振動発生時に応力が集中する、金属板2bとフレーム3の接合部の剛性を緩和でき、振動振幅が改善される。前気室4と後気室5は、直接的に連通しないよう、金属板2b等によって仕切られる。圧電アクチュエータ2は、高い音圧レベルを得るため、好ましくは20kHz以上の超音波を放射するよう発振される。
Specifically, the piezoelectric actuator 2 included in the frame 3 is composed of a piezoelectric ceramic 2a and a metal plate 2b, and the metal plate 2b is directly joined to the frame. It is also possible to interpose a resin material between the metal plate 2b and the frame 3. Thus, by interposing the resin material, the rigidity of the joint between the metal plate 2b and the frame 3 where stress is concentrated when vibration is generated can be relaxed, and the vibration amplitude is improved. The
音道6は、フレーム3の側部内壁と、圧電アクチュエータ2の側部との間に形成されている。メイン音孔7およびサブ音孔8は、圧電アクチュエータ2の正面と対向するフレームの前壁に形成されている。サブ音孔8は、メイン音孔7の周囲に配置されている。また、サブ音孔8は、圧電アクチュエータ2を取り囲むフレーム3の側部内壁を介して、メイン音孔7から放射される超音波と同方向に超音波が放射できるよう形成されている。さらに、サブ音孔7は、外気が後気室5を循環するようフレーム3に形成されている。
The sound path 6 is formed between the side inner wall of the frame 3 and the side of the piezoelectric actuator 2. The main sound hole 7 and the sub sound hole 8 are formed in the front wall of the frame facing the front surface of the piezoelectric actuator 2. The sub sound hole 8 is disposed around the main sound hole 7. Further, the sub sound hole 8 is formed so that an ultrasonic wave can be emitted in the same direction as the ultrasonic wave emitted from the main sound hole 7 through the inner wall of the side part of the frame 3 surrounding the piezoelectric actuator 2. Further, the sub sound hole 7 is formed in the frame 3 so that outside air circulates through the
後気室5内には、圧電アクチュエータ2の背面側で発生した超音波の放射方向を制御する構造を設けることができる。好ましくは、後気室5内に、圧電アクチュエータ2の背面側で発生した音波の放射方向を制御する円錐構造9を設ける。円錐構造9として、フレーム3ないし後気室5の内底面に設けた円錐状の金属板を採用することができる。円錐構造9によって、圧電アクチュエータ2の背面側から放射される超音波の放射方向が、より音道6に向かうように、さらには、よりサブ音孔8に向かうよう制御される。さらに、円錐構造9によって、後気室ないし圧電アクチュエータ2の背面空間に発生した内圧に対抗して、空気の排入出を行う循環経路が形成されやすくなり、背面空間の内圧抵抗を緩和できる。また、円錐構造9によって、背面空間から放射される逆相の超音波を、一定箇所に集音することも可能である。
A structure for controlling the radiation direction of the ultrasonic wave generated on the back side of the piezoelectric actuator 2 can be provided in the
図2は、図1に示した音響デバイスの動作を説明するための断面図である。図2を参照して、圧電アクチュエータ2が発振されると、圧電アクチュエータ2の正面側からは、メイン音孔7を通じて、超音波が放射される。同時に、圧電アクチュエータ2の背面側からも、逆位相の超音波が放射される。この逆位相の超音波は、後気室5および音道6内を伝播することによって、サブ音孔8から、正面側からの超音波と同位相となって放射される。加えて、サブ音孔8は、サブ音孔8から放射される超音波が、メイン音孔7から放射される超音波と同方向となるよう形成されている。かくして、フレーム3外では、圧電アクチュエータ2の背面側からの超音波が、圧電アクチュエータ2の正面側からの音波と、同方向および同位相で重畳し、高い音圧レベルの超音波が放射される。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the operation of the acoustic device shown in FIG. Referring to FIG. 2, when the piezoelectric actuator 2 is oscillated, ultrasonic waves are radiated from the front side of the piezoelectric actuator 2 through the main sound hole 7. At the same time, ultrasonic waves having opposite phases are also emitted from the back side of the piezoelectric actuator 2. The ultrasonic wave having the opposite phase is radiated in the same phase as the ultrasonic wave from the front side through the sub sound hole 8 by propagating through the
次に、本発明の一実施形態に係る音響デバイスの適用例を説明する。図3は、図1に示した音響デバイスを搭載する電子機器の構造を説明する断面図である。 Next, an application example of an acoustic device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating the structure of an electronic apparatus on which the acoustic device shown in FIG. 1 is mounted.
図3を参照すると、図1に示した音響デバイス1を搭載する電子機器11は、電子機器11のフレーム13の正面に配置されたLCD(液晶表示画面)12と、フレーム13に内蔵され音響デバイス1およびLCD12を制御する基板14と、音響デバイス1、LCD12および基板14の電源となる電池14と、を有している。電子機器11のフレーム13は、音響デバイス1のフレーム3と一体化されている。
Referring to FIG. 3, an
電子機器11は、例えば、各種通信端末、楽器又はスピーカである。音響デバイス1ないし電子機器11は、20kHz以上の超音波を放射する、パラメトリックスピーカないしパラメトリックスピーカ付き電子機器として用いられる。
The
次に、本発明の一実施形態に係る音響デバイスと、背面側からの超音波が遮断されている比較例に係る音響デバイスを用いて、これらの音響デバイスからそれぞれ放射される超音波の音圧レベルの周波数特性を対比した。 Next, using the acoustic device according to the embodiment of the present invention and the acoustic device according to the comparative example in which the ultrasonic waves from the back side are blocked, the sound pressures of the ultrasonic waves radiated from these acoustic devices, respectively. Contrast the frequency characteristics of the level.
図4は、比較例に係る音響デバイスの構造を説明するための断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the structure of an acoustic device according to a comparative example.
図1と図4を対比すると、比較例に係る音響デバイス21は、音道6およびサブ音孔8を有しておらず、圧電アクチュエータ2の背面側から放射される超音波は遮断されている。 Comparing FIG. 1 and FIG. 4, the acoustic device 21 according to the comparative example does not have the sound path 6 and the sub sound hole 8, and the ultrasonic wave radiated from the back side of the piezoelectric actuator 2 is blocked. .
図5は、図1に示した本発明の一実施形態に係る音響デバイスと、図4に示した比較例に係る音響デバイスと、をそれぞれ用いた実験結果を説明するグラフである。 FIG. 5 is a graph illustrating experimental results using the acoustic device according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1 and the acoustic device according to the comparative example illustrated in FIG.
図1、図4および図5を参照すると、高周波数帯域、すなわち、超音波の帯域に近づくにつれて、本発明の一実施形態に係る音響デバイス1から放射される音波の音圧レベルが、比較例に係る音響デバイスから放射される音波の音圧レベルよりも、高くなっている。したがって、本発明の一実施形態に係る音響デバイス1は、20kHz以上の超音波を利用し、高い音圧レベルが求められるパラメトリックスピーカとして好適である。
Referring to FIG. 1, FIG. 4, and FIG. 5, the sound pressure level of the sound wave emitted from the
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、上記した位置実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described position embodiment, and further modifications, replacements, and replacements may be made without departing from the basic technical idea of the present invention. Adjustments can be made.
なお、上記特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 The disclosure of the above patent document is incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Further, various combinations or selections of various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment or example, each element of each drawing, etc.) within the scope of the claims of the present invention. Is possible. That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.
1 音響デバイス
2 圧電アクチュエータ
2a 圧電セラミックス
2b 金属板
3 フレーム(筐体)
4 前気室
5 後気室
6 音道
7 メイン音孔
8 サブ音孔
9 円錐構造(円錐状金属板)
11 電子機器
12 LCD(液晶表示画面)
13 フレーム
14 基板
15 電池
21 比較例に係る音響デバイス
DESCRIPTION OF
4
11
13
Claims (11)
前記圧電アクチュエータを内蔵するフレームと、
前記フレーム内で前記圧電アクチュエータの正面側に配置された前気室と、
前記フレーム内で、前記圧電アクチュエータの背面側に前記前気室と仕切られて配置された後気室と、
前記フレーム内に形成され、前記後気室と連通する音道と、
前記フレームに形成され、前記前気室と前記フレーム外気を連通するメイン音孔と、
前記フレームに形成され、前記音道を通じて前記後気室と前記フレーム外気を連通するサブ音孔と、
を有することを特徴とする音響デバイス。 A piezoelectric actuator oscillated to emit ultrasonic waves;
A frame containing the piezoelectric actuator;
A front air chamber disposed on the front side of the piezoelectric actuator in the frame;
In the frame, a rear air chamber disposed on the back side of the piezoelectric actuator and separated from the front air chamber,
A sound path formed in the frame and communicating with the rear air chamber;
A main sound hole that is formed in the frame and communicates the front air chamber and the outside air of the frame;
A sub sound hole formed in the frame and communicating the rear air chamber and the frame outside air through the sound path;
An acoustic device comprising:
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012221480A JP2014075671A (en) | 2012-10-03 | 2012-10-03 | Acoustic device and electronic device using the same |
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Cited By (2)
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CN104469630A (en) * | 2014-10-24 | 2015-03-25 | 余德权 | Coil and magnet loudspeaker and manufacturing method thereof |
CN104469631A (en) * | 2014-10-24 | 2015-03-25 | 余德权 | Bone conduction loudspeaker and manufacturing method thereof |
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