JP3193281U - 圧電型スピーカ - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電型スピーカを提供する。
【解決手段】電気信号を人の耳に聞こえる音に変換するための圧電型スピーカ10であって、筐体100と、筐体100に位置し、筐体100の内部空間を仕切るために用いられる仕切り部100aと、筐体100に位置し、一端が仕切り部100aに固定される支持台121と、圧電素子からなり、支持台121の他端に支持される高音スピーカ122と、筐体100内に設けられて仕切り部100aの高音スピーカ122に対向する他側に位置するダイナミック型の低音スピーカ(低音スピーカユニット160)と、を含む。
【選択図】図2A
【解決手段】電気信号を人の耳に聞こえる音に変換するための圧電型スピーカ10であって、筐体100と、筐体100に位置し、筐体100の内部空間を仕切るために用いられる仕切り部100aと、筐体100に位置し、一端が仕切り部100aに固定される支持台121と、圧電素子からなり、支持台121の他端に支持される高音スピーカ122と、筐体100内に設けられて仕切り部100aの高音スピーカ122に対向する他側に位置するダイナミック型の低音スピーカ(低音スピーカユニット160)と、を含む。
【選択図】図2A
Description
本考案は、スピーカに関し、特に、圧電型スピーカに関する。
スピーカは、電気音響変換器で、物理的影響を通じて電気エネルギーを音響エネルギーに変換するものである。異なる電気音響変換の物理的影響から考えると、スピーカを電磁型スピーカ、圧電型スピーカ、静電型スピーカ或いは動電型スピーカ等に分類できる。科学技術の急速な発展に伴い、電子機器の発展は徐々に軽量化と小型化に向かっている。よって、人々がいつでもどこでも電子機器及びその関連のポータブル小型ステレオイヤホンを使用できる。電子機器はイヤホンを利用して音声を再生する時、音声変換器を通じて可聴周波数を利用者が聞こえる可聴周波数範囲に変換する。
現在のイヤホンは、高音域の周波数を再生するための圧電素子を備える。且つ、イヤホンも低音域中の周波数を再現できる低音スピーカ構造を備える。このようなイヤホンは、圧電素子のコストを削減でき、且つ価格が一般的なスピーカ(平衡電機子で、可動鉄片ともよばれ、略称:BA)より安価という利点があり、平衡電機子が使用された高音スピーカが比較的安価で、且つ属する技術分野においても知られている。しかしながら、一般的な圧電素子は低音リング状構造上に取り付けられているので、圧電素子を備えた高音スピーカが所要の共振周波数の音声を得ることができない。これ以外に、低音と高音を再生する時、低音スピーカと高音スピーカの交わる点(周波数分割点)近傍が再生している音声と重なることにより、音質の低下問題が起きてしまう。
そこで、本考案は上記従来の問題点を鑑みて、電気信号を人の耳に聞こえる音に変換するための圧電型スピーカを提供する。圧電型スピーカは、筐体と、筐体に位置し、筐体の内部空間を仕切るために用いられる仕切り部と、筐体に位置し、一端が仕切り部に固定される支持台と、圧電素子からなり、支持台の他端に支持される高音スピーカと、筐体内に設けられて仕切り部の高音スピーカに対向する他側に位置するダイナミック型の低音スピーカと、を含む。
上記をまとめ、本考案は支持台の一端が筐体に固定され、支持台の他端で高音スピーカを支持することを利用し、高音スピーカが圧電素子を含むため、所要の共振周波数を調整できると共に所要の高音質の音声を提供できる。高音スピーカは、密閉状態であるが、音圧も下がらず、圧電素子も良好な音圧効果を確保できる。これ以外に、低音域の音が仕切り部上にある低音調節ホールを通過して出力され、低音と高音の交わる点近傍における音量が低下し、これにより一つの比較的広域の周波数帯内において鮮明な音を出力できる。
以下に、実施形態において本考案の詳細な特徴及び利点を詳述し、その内容は当業者に本考案の技術内容を十分理解させると共にこれをもって実施させることができる。且つ本明細書で開示される内容、実用新案登録請求の範囲及び図面に基づくと、当業者も簡単に本考案に係わる目的及び利点を理解できる。
図1は、本考案の圧電型スピーカ実施例の外観図で、図2Aが本考案の圧電型スピーカ実施例の断面図で、図2Bが本考案の圧電型スピーカ実施例の上面図である。図1、図2A及び図2Bを参照しながら説明する。圧電型スピーカ10は、メディアプレイヤー或いは受信機が出力した電気信号を人の耳に聞こえる音に変換するために用いられる。圧電型スピーカ10は、変換器の音声駆動方式を使用し、振動板150(可動コイル形、Dynamic)と高音スピーカ122(圧電型)とを備える。圧電型スピーカ10は、カナル型イヤホン、ヘッドバンド型イヤホン或いはその他の音声再生装置(例えば音響)に運用できる。圧電型スピーカ10は、筐体100と仕切り部100aと支持台121と高音スピーカ122とダイナミック型の低音スピーカと、を含む。
筐体100は、ケース構造の外型で、下部筐体110と上部筐体120とを含む。筐体100の内表面に仕切り部100aが固定されており、仕切り部100aは筐体100の内部空間に位置し、水平形状であるため筐体100の底表面に平行し、且つ筐体100の内部空間を上下部空間に仕切る。また仕切り部100aの両側に複数の低音調節ホール111/112が穿孔される。そこで、筐体110の直径寸法は、約30mmとする。このほかに、筐体100は、下部筐体110の内壁面に固定されるフレーム140を含む。フレーム140が仕切り部100aの下方に設けられると共に仕切り部100aに平行する。フレーム140の両側に複数のスルーホール141/142が穿孔され、複数のスルーホール141/142は低音調節ホール111/112に各々対向する。
支持台121は、円筒状構造の外形とし、支持台121の一端は仕切り部100aに固定され、複数の低音調節ホール111/112が支持台121の左右両側に位置を合わせる。そこで、支持台121の直径寸法は、約10mmとする。
高音スピーカ122は、円盤状構造の外形とし、高音域(5kHz〜45kHz)を出力ために用いられる。そこで、高音スピーカ122は、圧電素子からなり、支持台121の他端に支持して密閉状態を形成する。高音スピーカ122は密閉状態であるが、音圧が下がることはない。このほかに、共振周波数が5kHz〜7kHzとすることが好ましい。そこで、高音スピーカ122の直径寸法は、約9mmとし、支持台121が高音スピーカ122よりやや大きい。図5Aを参照しながら説明する。本実施例において高音スピーカ122は、支持部280/281を通じて支持台121の他端を支持でき、且つ支持部280/281の圧電素子260に支持する距離を調整することで再生時の可聴周波数帯域(共振周波数)を変更できる。
ダイナミック型の低音スピーカは、振動板150と低音スピーカユニット160とを含む。振動板150は、筐体100内に設けられ、仕切り部100aに位置し、高音スピーカ122の他側に対応する。そこで、振動板150は、低音域(20Hz〜5kHz)を出力するために用いられる。低音スピーカユニット160は、支持台121の内部に位置して支持台121の一端に隣接する。低音スピーカユニット160は、仕切り部100aに位置し、振動板150に対応する。
低音スピーカユニット160の作動により振動板150を振動させ、振動板150が振動している時、低音は低音スピーカユニット160とフレーム140下方のチャンバー空間内を通過することで、低音域の音を出力する。且つ、低音域の音がフレーム140の複数のスルーホール141/142を通過してから低音調節ホール111/112を経由して上部筐体120に入り、上部筐体120に入った音が更に外部に出力する。そこで、低音調節ホール111/112のサイズ或いは数量によって低音量を調整でき、且つ低音調節ホール111/112の直径の大きさを増加して低音量を増加できる。低音を出力する時、基本周波数(F0)を低くして所要の低音周波数範囲とすることができる。また、下部筐体110と上部筐体120の結合を介して低音スピーカユニット160と振動板150を筐体100内に密閉させ、且つ密閉方式を通じて比較的低周波数の音の範囲を再現できる。
振動板150の可聴周波数と高音スピーカ122の可聴周波数は交わるところがあり、振動板150と高音スピーカ122の交わる点(周波数分割点)が約3kHz〜5kHzにあり、1つの3kHz〜5kHzの信号を入力すると、振動板150と高音スピーカ122が同時に発音できる。低音調節ホール111/112及びスルーホール141/142を通過して出力する低音は、容易に中高周波(5kHz以上)の音を遮断するので、振動板150が出力して複数のスルーホール141/142及び複数の低音調節ホール111/112を通過した音は、交わる点近傍にある音量を下げ、これを介して1つの比較的広域の周波数帯内において鮮明な音を出力できる。
図3Aは、本考案の低音スピーカユニットの外観図で、図3Bが本考案の低音スピーカユニットの断面図である。図3A及び図3Bを参照すると、低音スピーカユニット160は、ボイスコイル161とダンパー162と磁石163とを含む。ボイスコイル161は銅線構造で、ボイスコイルボビンを中心としてボイスコイルボビンに巻き付けられる。振動板150の振動に伴ってボイスコイル161が上下に往復する伸縮運動を行う。本実施例においてダンパー162は波形で、一端がフレーム140に連結し、他端がボイスコイル161に連結し、且つフレームが漏斗状構造とすることができる。磁石163は、環状磁性体で、コバルト磁性体或いはフェライトとすることができる。磁石163は、振動板150の上方に設けられ、振動板150上から突起するセンターポールに嵌装する。
図4Aは、本考案の貼り合わされた圧電素子を示す模式図(一)である。図4Aを参照しながら図2A内の高音スピーカ122及びその圧電素子の拡大図を説明する。本実施例において高音スピーカ122は、振動子270と圧電素子260とを含み、圧電単チップを形成する。図4Aは振動子270上の他の電子部品、抵抗器又は結晶或いは発振回路等を省略した。振動子270は、樹脂或いは金属からなり、その上に圧電素子260を貼り合せる。且つ圧電素子260は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる。圧電素子260が振動子270の表面に貼り合わされるが、これに限るものではない。振動子270の裏に圧電素子260が貼り合わせることもできる。また、振動子270の表面に更に2層の圧電素子260が貼り合わせることができ、且つ振動子270の裏にも更に2層の圧電素子260が貼り合わせることができ、計4層の構造となるが、これに限るものではない。
図4Bは、本考案の貼り合わされた圧電素子を示す模式図(二)である。図4Bを参照すると、高音スピーカ122は、2個の圧電素子261/262を備え、圧電双チップを形成する。圧電素子261と圧電素子262が互に貼り合わされる。本実施例と上記図4Aの実施例を比較すると、感度が倍の効果を持つ。且つ、圧電素子261/262の厚さは50μmとする。
図4Cは、本考案の貼り合わされた圧電素子を示す模式図(三)である。図4Cを参照すると、高音スピーカ122は、4個の圧電素子263〜266を備え、4個の圧電素子263〜266が互いに貼り合わせる。4個の圧電素子263〜266の間に3個の電極267が設けられる。本実施例と上記図4Aの実施例を比較すると、感度は4倍の効果を持つ。
特に、イヤホン用の圧電型スピーカ10の直径は、約8mm〜16mmの範囲にあるため、高音スピーカ122のサイズも相対的に制限される。そこで、高音スピーカ122の圧電素子260の感度(Sensitivity)をアップするため、抵抗を低下しなければならない。且つ感度が高いほど抵抗が小さくなるため、得られる音圧効果が比較的良好で、音圧が大きいほど再生する音量が大きくなる。ここで、低抵抗を備えるイヤホンで、低抵抗イヤホンに発音と駆動しやすい作用を提供する。本実施例において、抵抗Xは、式1の通りとする。抵抗を下げる時、高周波数を上げると共に静電容量も増加しなければならない。言い換えると、所要の好ましい感度を得るため、静電容量が100nFの場合、抵抗32Ωの音圧に相当する。例えば、約100nFの静電容量を確保する場合、9mmの振動子270の直径寸法を例とすると、振動子270の表面に2層の圧電素子260を設け、且つ振動子270の裏にも2層の圧電素子260を設けることによって、4層の圧電素子260構造を形成して所要の音圧を達成できる。また、振動子270を増幅器に接続して音圧を上げることができる。
式中、fが周波数、Cが静電容量
図5Aは、本考案の圧電素子を支持する様子を示す模式図(一)である。図5Aを参照すると、振動子270の下方に支持部280/281を有し、圧電素子260が振動子270の上方に設けられ、共振周波数は支持部280/281の距離に基づいて決定する。支持部280/281の間隔幅は、圧電素子260の長手方向の幅に略等しい。支持部280/281の間隔幅が大きくなるほど、共振周波数が低くなる。ここの支持部280/281の間隔が短いため、共振周波数が最も高くなる。このほかに、圧電素子260の面積と静電容量が比例関係となり、圧電素子260の面積が広いほど、音圧の性能が高くなる。且つ、圧電素子260の形状は、音圧の性能に影響を及ぼさない。本実施例において高音スピーカ122は、比較的大きい面積の圧電素子260を使用し、良好で且つ高レベルの音圧効果を確保する。
図5Bは、本考案の圧電素子を支持する様子を示す模式図(二)である。図5Bを参照すると、振動子270上に圧電素子260が設けられており、共振周波数は支持部282/283の間隔に基づいて決定する。本実施例と図5Aの実施例を比較すると、支持部282/283の間隔は、圧電素子260の長手方向の幅より大きい。支持部282/283の間隔が拡大したため、本実施例の共振周波数は図5Aが有する共振周波数より低くなる。
図5Cは、本考案の圧電素子を支持する様子を示す模式図(三)である。図5Cを参照すると、振動子270上に圧電素子260が設けられており、共振周波数は支持部284/285の間隔に基づいて決定する。ここの支持部284/285は、圧電素子260及び振動子270を各々支持し、支持部284/285が同一線上に並ぶ方法とする。本実施例は上記図5A及び図5Bの2例に比べて、本実施例内の共振周波数が最も低くなる。
図6Aは、本考案のイヤホンに使用された実施例の外観図で、図6Bが本考案のイヤホンに使用された実施例の断面図である。図6A及び図6Bを参照すると、カナル型イヤホン200であって、イヤホン200は円筒状構造の筐体210を備え、筐体210の一側から円柱形の外筒220を突出し、外筒220の外径が筐体210の外径より小さく、外筒220の上にイヤーピース230を嵌装する。筐体210内に図2A内に記載されている圧電型スピーカ10を備え、圧電型スピーカ10の高音スピーカ122が外筒220に隣接する。且つ圧電型スピーカ10が筐体210内に設けられてイヤーピース230の一側に近く、筐体210とイヤーピース230内を被覆する。先に述べた通り、高音スピーカ122は密閉状態であるが、音圧が下がることがない。よってイヤーピース230内の空気漏れによって起きる音質低下問題を軽減できる。このほかに、低音調節ホール111/112及びスルーホール141/142を通過して低音を出力するため、イヤーピース230から漏れる低音量を減少できる。人の耳にカナル型イヤホン200を入れた後、人の耳内の鼓膜が高音スピーカ122に隣接し、圧電型スピーカ10の高音スピーカ122が出力する高音域の音は鼓膜に近く位置に出力できる。高音スピーカ122から鼓膜までの空間が非常に狭いので、高品質で且つ鮮明な高音域の音の出力を提供できる。
図7は、本考案の別のイヤホンに使用された実施例の断面図である。図7を参照すると、カナル型イヤホン201であって、イヤホン201は円筒状構造の筐体210を備え、筐体210が下部筐体115と上部筐体120とを含む。筐体210内に図2A内に記載されている圧電型スピーカ10を備える。フレーム145は下部筐体115の内壁面に設けられ、ダイナミック型の低音スピーカ155がフレーム145に設けられる。ダイナミック型の低音スピーカ155の設置方向は図6Bのダイナミック型の低音スピーカ155の設置方向と逆となる。
本実施例において、低音域の音は低音調節ホール111/112及びスルーホール141/142を通過して上部筐体120に入るため、比較的多い基本周波数(F0)を低くなり所要の低音周波数範囲の低音として提供できる。つまり、低音調節ホール111/112及びスルーホール141/142を通過して出力した低音は、更に容易に中高周波(5kHz以上)音を遮断し、低音調節ホール111/112及びスルーホール141/142を通過した音は、ダイナミック型の低音スピーカ155から出力し、交わる点近傍における音量が下がり、これを介して一つの比較的広域の周波数帯内において鮮明な音が出力できる。
図8Aは、本考案の更なる別のイヤホンに使用された実施例の外観図で、図8Bが本考案の更なる別のイヤホンに使用された実施例の断面図である。図8A及び図8Bを参照すると、ヘッドバンド型イヤホン400であって、イヤホン400はハウジング外形の筐体410を備え、筐体410の長手方向の長さが30mmとする。筐体410内に図2A内に記載されている圧電型スピーカ10を備える。このほかに、筐体410の一側はイヤーパッド420を有し、イヤーパッド420が略環状構造とし、支持台121に対向する他端に設けられる。筐体410とイヤーパッド420間にダイアフラム430が設けられ、ダイアフラム430の材質はポリウレタンとし、ダイアフラム430が筐体410の開口部に対応する。
人の耳にヘッドバンド型イヤホン400を装着した後、人の耳内の鼓膜が高音スピーカ122に隣接し、圧電型スピーカ10の高音スピーカ122が出力する高音域の音は鼓膜に近く位置に出力できる。高音スピーカ122から鼓膜までの空間が非常に狭いので、高品質で且つ鮮明な高音域の音の出力を提供できる。
本考案の技術的内容は、好ましい実施例で上記通り開示され、そのような実施例により本考案の保護範囲が限定されるべきものではなく、当業者が本考案の精神から離れることなく種々の変更及び改変を為し得ることは、当然に本考案の範囲に含められる。よって本考案の保護範囲は、本明細書に添付する実用新案登録請求の範囲で定義しているものを基準とする。
10 圧電型スピーカ
100 筐体
100a 仕切り部
110/115 下部筐体
111/112 低音調節ホール
120 上部筐体
121 支持台
122 高音スピーカ
140/145 フレーム
141/142 スルーホール
150/155 振動板
160 低音スピーカユニット
161 ボイスコイル
162 ダンパー
163 磁石
200/201 イヤホン
210 筐体
220 外筒
230 イヤーピース
260〜266 圧電素子
267 電極
270 振動子
280〜285 支持部
400 ヘッドバンド型イヤホン
410 筐体
420 イヤーパッド
430 ダイアフラム
100 筐体
100a 仕切り部
110/115 下部筐体
111/112 低音調節ホール
120 上部筐体
121 支持台
122 高音スピーカ
140/145 フレーム
141/142 スルーホール
150/155 振動板
160 低音スピーカユニット
161 ボイスコイル
162 ダンパー
163 磁石
200/201 イヤホン
210 筐体
220 外筒
230 イヤーピース
260〜266 圧電素子
267 電極
270 振動子
280〜285 支持部
400 ヘッドバンド型イヤホン
410 筐体
420 イヤーパッド
430 ダイアフラム
Claims (10)
- 電気信号を人の耳に聞こえる音に変換する圧電型スピーカであって、
筐体と、
前記筐体に設けられ、前記筐体の内部空間を仕切るために用いられる仕切り部と、
前記筐体に設けられ、一端が前記仕切り部に固定される支持台と、
少なくとも1個の圧電素子からなり、且つ、前記支持台の他端に支持される高音スピーカと、
前記筐体内に設けられて前記仕切り部の前記高音スピーカに対向する他側に位置するダイナミック型の低音スピーカと、
を含むことを特徴とする圧電型スピーカ。 - 前記仕切り部は、前記支持台の両側に位置する複数の低音調節ホールを含むことを特徴とする請求項1に記載の圧電型スピーカ。
- 前記筐体は、前記仕切り部に平行するフレームを含むことを特徴とする請求項2に記載の圧電型スピーカ。
- 前記筐体は、互いに間隔を空けた下部筐体と上部筐体とを含み、前記フレームが前記下部筐体の内壁面に設けられることを特徴とする請求項3に記載の圧電型スピーカ。
- 前記フレームに複数のスルーホールを形成し、前記複数のスルーホールは前記低音調節ホールに対応することを特徴とする請求項3に記載の圧電型スピーカ。
- 該ダイナミック型の低音スピーカは、振動板と低音スピーカユニットとを含み、前記振動板と前記低音スピーカユニットが前記仕切り部に位置することを特徴とする請求項3に記載の圧電型スピーカ。
- 前記低音スピーカユニットは、ボイスコイルとダンパーと磁性体とを含み、前記磁性体が前記ダイナミック型の低音スピーカに隣接するよう設けられ、前記ダンパーの一端が前記フレームに連結し、前記ダンパーの他端が前記ボイスコイルに連結することを特徴とする請求項6に記載の圧電型スピーカ。
- 前記ダイナミック型の低音スピーカと前記高音スピーカが前記筐体に密閉されることを特徴とする請求項1に記載の圧電型スピーカ。
- 前記高音スピーカは、振動子を更に含み、前記振動子が前記少なくとも1個の圧電素子に貼り合わされることを特徴とする請求項1に記載の圧電型スピーカ。
- 前記高音スピーカは、前記振動子、前記少なくとも1個の圧電素子、或いは、その両者を支持する複数の支持部を更に含むことを特徴とする請求項9に記載の圧電型スピーカ。
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