JP3865244B2 - スピーカシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカシステムに関し、より特定的には、振動パネルを電気機械音響変換器によって駆動させるスピーカシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動パネルを電気機械音響変換器によって駆動させるスピーカシステムが提案されている。例えば、トランスデューサを振動パネルに直接取り付ける方式のスピーカシステム（例えば、特許文献１参照。）や、空間を介して振動パネルを音響的に振動させる方式（以下、「音響駆動方式」と呼ぶ。）のスピーカシステム（例えば、特許文献２参照。）がある。ここで、トランスデューサを振動パネルに直接取り付ける方式では、必要な音響特性を得るためには振動パネルのトランスデューサへの取付け位置が制限される、という問題がある。従って、スピーカシステムの設計の自由度という点では音響駆動方式が有効である。
【０００３】
図１４は、音響駆動方式を用いた従来のスピーカシステムの基本構成図である。図１４において、１００は板状の振動パネル、１０１は振動パネル１００の外周を支持するサスペンション、１０２はサスペンション１０１の外周部を固定するフレーム、１０３はフレーム１０２の底面に設けられた音響孔、１０４は音響孔１０３に取り付けられた電気機械音響変換器、１０５は振動パネル１００と電気機械音響変換器１０４との間に構成される密閉空間である。このスピーカシステムは、外周を支持するサスペンション１０１によって振動パネル１００全体をピストン運動させることによって、音を放射するものである。つまり、音源となる電気機械音響変換器１０４から放射された音は、密閉空間１０５に導かれ、密閉空間１０５中の空気が加圧された結果、振動パネル１００が振動し音を放射する。
【０００４】
ここで、全ての周波数帯域において振動パネル１００がピストン運動すると仮定すると、図１４に示すスピーカシステムの等価回路は、図１５のように表すことができる。なお、図１５に示す等価回路において、Ｆは電気機械音響変換器１０４（ドライバ）の駆動力、Ｒmeはドライバの電磁制動抵抗、Ｃmsはドライバの支持系のコンプライアンス、Ｍmsはドライバの振動系の質量、Ｒmsはドライバの支持系の機械抵抗、Ｓd はドライバの振動板有効面積である。また、Ｃabは密閉空間１０５の音響コンプライアンス、Ｒabは密閉空間１０５の音響抵抗、Ｃmpはサスペンション１０１のコンプライアンス、Ｒmpはサスペンション１０１の機械抵抗、Ｍmpは振動パネル１００の質量、Ｓp は振動パネル１００とサスペンション１０１によって構成される振動部の有効振動面積である。
【０００５】
図１５に示す等価回路から、電気機械音響変換器１０４の振動板の有効面積Ｓd と、振動パネル１００とサスペンション１０１によって構成される振動部の有効振動面積Ｓp との面積比（Ｓd ／Ｓp ）によって音響変成器が構成されることがわかる。従って、スピーカシステムの動作時において、電気機械音響変換器１０４から見た振動部の等価質量は、面積比（Ｓd ／Ｓp ）の２乗で作用する。このため、振動パネル１００に対して振動板面積の小さな電気機械音響変換器を用いれば、振動パネル１００の等価質量が小さくなるので、質量の大きな振動パネル１００を用いてもスピーカシステムとしての能率は低下しない。
【０００６】
なお、図１４に示すスピーカシステムでは、密閉空間１０５の高さＴg を小さくすることによって、高域の再生限界周波数を高くすることができる。ここで、高域の再生限界周波数は、振動パネル１００の質量Ｍmpおよび密閉空間１０５の音響コンプライアンスＣabによって決定される。また、音響コンプライアンスＣabは、密閉空間１０５の容積や高さＴg によって決定される。従って、高域の再生限界周波数をより高くするには、Ｔg を小さくすることによって音響コンプライアンスＣabを小さくすればよい。
【０００７】
図１６は、図１５に示す等価回路により予測されるスピーカシステムの音圧周波数特性のグラフを示す図である。図１６には、密閉空間１０５の高さＴg を、それぞれ０．２、０．４、０．８（mm）とした場合の特性が示されている。なお、このモデルの計算条件を以下に示す。すなわち、電気機械音響変換器１０４として、口径がφ１６（mm）相当の有効振動板面積を有する動電型スピーカを用いる。また、振動パネル１００として、材質がポリカーボネート、形状が縦７２（mm）×横５１（mm）、厚さ１（mm）の板を用い、サスペンション１０１として、幅５（mm）、厚さ５０（μm）のＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム）を用いる。図１６から明らかなように、密閉空間１０５の高さＴg によって高域再生限界周波数が決定され、高域再生限界周波数を高くするにはＴg を小さくする必要があることがわかる。
【０００８】
【特許文献１】
特表平１１−５１２２６０号公報
【特許文献２】
米国特許第３１６４２２１号明細書
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記に示した従来の音響駆動方式のスピーカシステムでは、振動パネルの外周部を支持するサスペンションが必須の構成であるので、スピーカシステムの構成が複雑なものとなっていた。さらに、構成が複雑化することから、スピーカシステムの小型化が困難であった。特に、携帯電話等の携帯端末に用いる場合には、スピーカシステムを小型化、省スペース化することが重要であるが、従来のスピーカシステムを携帯端末に用いることは困難であった。
【００１０】
また、従来の音響駆動方式のスピーカシステムでは、低音域および高音域における音響特性を同時に改善することが困難であった。つまり、従来のように振動パネルをピストン運動させる駆動方法では、振動パネルには高剛性かつ軽量であることが要求されるが、音響特性の改善のためにこれらを同時に満たすには限界であった。以下、詳細を説明する。
【００１１】
まず、振動パネルの剛性を小さくすると、低音域での音圧レベルが低下しまうことについて説明する。図１７および図１８は、図１６における計算条件と同じ条件で作製されたスピーカシステムの特性を実測した結果を示す図である。ここで、図１７は、周波数５００（Hz）における振動パネル１００の振動モードを示す図であり、図１８は、音圧周波数特性のグラフを示す図である。なお、図１７では、密閉空間１０５の高さＴg は０．２（mm）である。
【００１２】
図１７では、振動パネル１００とその外側に取り付けられたサスペンション１０１の振動モードが示されている。ここで、図中の白い部分が振動の大きい部分を示す。図１７から、サスペンション１０１の部分の大半が大きく振動しているが、振動パネル１００は外周付近において大きく振動している部分があるものの、中央部は振動が小さいことがわかる。従って、周波数が５００（Hz）という低音域において、振動パネル１００の周辺部が大きく振動するという振動モードを伴う分割共振が生じていることがわかる。つまり、図１７においては、振動パネル１００全体が一体になって振動するというピストン運動をしているわけではない。これは、振動パネル１００の剛性が小さいからである。また、このことは、図１５に示した等価回路が成り立たたないことを意味する。図１８にも示されるように、実際には、低音域において、振動パネル１００の分割共振の影響によって、音響インピーダンス、すなわち、振動板に加わる音響負荷が増大する結果、振動板の振動速度が低下し、音圧レベルが低下している。なお、図１８において、実線は音圧周波数特性の実測値であり、点線は図１５に示す等価回路による予測値である。図１８では、等価回路によるモデルよりも１０（dB）程度、実測値の音圧レベルが低くなっていることがわかる。
【００１３】
以上のように、振動パネルの剛性が小さい場合、低音域における音圧レベルが低下してしまうので、これを解決するために、振動パネルにはある程度の剛性が必要となることがわかる。ここで、振動パネルの剛性を上げようとすると、振動パネルの質量を大きくしなければならない。例えば、振動パネル１００を、サンドイッチ構造、すなわち、心材とその両面に貼り付けられた表面材とからなる構造にすることによって、剛性を向上することができる（特許文献２参照）。しかし、表面材を用いる分だけ振動パネルの質量が大きくなってしまうので、高音域の音圧レベルが低下してしまう。また、上記例のように振動パネル１００をサンドイッチ構造にする場合には、振動パネル１００の構造が複雑化するといった欠点や、振動パネル１００が厚くなるという欠点もある。
【００１４】
以上のように、振動パネル１００全体をピストン運動させるという従来の音響駆動方式では、低音域の音圧レベルを改善するために振動パネル１００の剛性を向上する必要があり、高音域の音圧レベルを改善するために軽量化することが必要があった。しかし、高剛性化および軽量化を同時に実現するような振動パネルの構成、材質には、実際上限界がある。従って、従来の音響駆動方式では、低音域および高音域における音響特性を同時に改善することが困難であった。
【００１５】
それ故、本発明の目的は、簡易な構成により実現することができる音響駆動方式のスピーカシステムを提供することである。
【００１６】
また、本発明の他の目的は、音響特性を容易に改善することができる音響駆動方式のスピーカシステムを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記のような目的を達成するために、本発明は、以下に示すような特徴を有している。すなわち、本発明は、基板と、スペーサと、電気機械音響変換器と、振動パネルとを備えるスピーカシステムである。基板は、音放射用の密閉空間を形成するためのものである。スペーサは、基板の外周部に固定される。電気機械音響変換器は、基板に設けた音響孔に接続し、音響孔を介して密閉空間に音を放射する。振動パネルは、フィルム状であり、基板との間に放射された前記音のエネルギーが伝播する範囲に密閉空間を形成するように外周部がスペーサに直接固定された可視透過する材質よりなる。また、振動パネルは、基板よりも剛性が小さく選ばれており、電気機械音響変換器から密閉空間内に音が放射されたとき、音のエネルギーにより振動パネルを音響的に駆動させて放射された音の圧力に応じた屈曲振動によって外部へ音を出力する。
【００１８】
上記によれば、振動パネルは基板よりも剛性が小さいので、空間に音が放射されると、振動パネルが屈曲することによって振動し、音が放射される。このように、振動パネルを屈曲によって振動させる場合、振動パネルを基板に固定して直接接合することが可能であり、振動パネルの周囲をサスペンション等で支持する必要がない。従って、スピーカシステムの構成を簡易にすることができる。これによって、スピーカシステムを容易に小型化、省スペース化することができる。
【００１９】
また、上記によれば、振動パネル全体をピストン運動によって振動させるのではなく、振動パネルを屈曲させることによって振動させる。この振動方法では、音圧レベルの向上のためには、振動パネルの剛性を小さくしたり、振動パネルを軽量化すればよい。従って、低音域における音圧レベルを容易に向上することができる。つまり、本発明に係るスピーカシステムの構成によって、低音域における音圧レベルを容易に向上することができる。
【００２０】
また、上記によれば、振動パネルおよび基板が、可視透過する材質によって構成されることによって、振動パネルの存在が視覚上、強調されないようにすることができる。特に、本発明に係るスピーカシステムはサスペンションを用いない簡易な構成によって実現可能であるので、振動パネルおよび基板を透明にすることによって容易に透明なスピーカシステムを実現することができる。
【００２１】
また、発光手段をさらに備える構成としてもよい。発光手段は、基板および／または振動パネルに取り付けられ、電気機械音響変換器に入力される入力信号に応じて発光する。なお、発光手段とは、例えば発光ダイオードであるが、電気信号を入力して光を発するものであればどのようなものであってもよい。これによって、視覚的にユーザを楽しませることができるスピーカを提供することができる。
【００２２】
また、振動パネルは、その外周部において前記基板とスペーサによって固定されてもよい。ここで、基板は、スピーカシステムに専用の部材であってもよいし、スピーカシステムとは異なる構造体の一部または全部であってもよい。つまり、基板は、スピーカシステム以外の構造体を兼ねるものであってもよい。構造体とは、例えば、建造物の壁面や、ショーウインドウのガラス面、車両のボディ等を含む概念である。これによって、例えば、壁面に貼られたポスターを振動パネルとして利用すれば、壁面のポスターから音を出すスピーカシステムを実現することができる。また、振動パネルが透明である場合には、壁面に絵画を貼り、その上に振動パネルを配置することによって、あたかも壁面の絵画から音が出ているような感覚をユーザに与えることができるスピーカシステムを実現することができる。さらに、振動パネルおよび基板が透明である場合には、例えば車の窓ガラスを基板として用いることによって、振動パネルおよび基板を通過して外の景色を見ることができるスピーカシステムを実現することができる。
【００２３】
また、電気機械音響変換器は、振動パネルとは反対側に設置され、音響孔から密閉空間に対して音を放射するようにしてもよい。これによって、電気機械音響変換器から放射される音を振動パネル背面の空間に導く構成を容易に実現することができる。
【００２４】
また、基板の音響孔と電気機械音響変換器とを連結する音響管をさらに備えるようにしてもよい。また、電気機械音響変換器は、音響管を介して密閉空間に対して音を放射する。これによって、電気機械音響変換器を基板や振動パネルから離して自由に配置することが可能となる。従って、電気機械音響変換器の配置位置に制限されることがないので、スピーカシステムの設計の自由度が増す。特に、振動パネルおよび基板が透明である場合、透明にすることが非常に困難である電気機械音響変換器を振動パネルおよび基板から離して配置することによって、基板や振動パネルをほとんど視覚的に意識させないスピーカシステムを実現することができる。
【００２５】
また、基板の背面に電気機械音響変換器を密閉するための密閉空室を形成するためのキャビネットをさらに備えてもよい。これによれば、電気機械音響変換器の背面から放射される逆相音が遮蔽されるので、低音域の再生に優れたスピーカシステムを実現することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明における実施の形態１に係るスピーカシステムの構成を、図１および図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係るスピーカシステムの構成を示す図である。ここで、図１（ａ）はスピーカシステムの正面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のスピーカシステムのＡ−Ｂ断面の断面図である。図１（ａ）において、１０は基板、１１は基板１０に設けられた長方形の音響孔、１２は音響孔１１に取り付けられた電気機械音響変換器、１３は基板１０の外周部に設けられたスペーサ、１４はスペーサ１３によって周囲を固定された振動パネル、１５は基板１０を支持する台座である。
【００２７】
実施の形態１において、基板１０および振動パネル１４は、可視透過する材質よりなる。基板１０およびスペーサ１３は、例えば、ガラス、ポリカーボネートまたはアクリル等の透明材料により構成される。振動パネル１４は、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の透明材料により構成される。ここで、振動パネル１４は基板１０よりも剛性が小さいものが選ばれる。実施の形態１においては、振動パネル１４はフィルム状に構成されるものとする。また、スペーサ１３は、基板１０と振動パネル１４の外周部とを接合する接合部としての役割を果たすものである。このように、基板１０と振動パネル１４の外周部とをスペーサ１３によって固定することによって、振動パネル１４の中央部において基板１０との間に空隙１６が形成される。空隙１６は、電気機械音響変換器１２からの音を放射するための空間であり、密閉空間であることが好ましいが、必ずしも密閉されている必要はない。
【００２８】
以上のように、図１に示すスピーカシステムは、振動パネル１４を振動させるために従来用いられていたサスペンションを用いない構成である。従って、従来のスピーカシステムと比べて構造を簡略化することができる。
【００２９】
図２は、図１に示す電気機械音響変換器１２の一例である動電型スピーカの構造断面図である。図２において、２０は壺型のヨーク、２１はヨーク２０の中央部に設けられたマグネット、２２はマグネット２１の上面に配置されたプレート、２３はヨークの内周面とプレート２２の外周面との間に形成される磁気空隙、２６は中央部がヨーク２０の外周下面と固着されるスピーカフレーム、２５は外周部がスピーカフレーム２６に固着された振動板、２４は振動板２５の中央部に接合されたボイスコイル２４である。ここで、ボイスコイル２４は、磁気空隙２２中に配置されるように振動板２５に接合される。また、スピーカフレーム２６の上面は、電気機械音響変換器１２が音響孔１１をふさぐように、基板１０に取り付けられる。なお、電気機械音響変換器１２は、基板１０に対して振動パネル１４とは反対側に設置される。また、実施の形態１においては、電気機械音響変換器１２は、基板１０に直接接続されるが、後述する音響管によって間接的に接続されてもよい。
【００３０】
以上のように構成されたスピーカシステムについて、その動作を説明する。電気機械音響変換器１２の磁気空隙２３に配置されたボイスコイル２４に電気信号が印加されると、ボイスコイル２４に駆動力が発生し、ボイスコイル２４に接合された振動板２５が振動することによって音が発生する。電気機械音響変換器１２は、発生した音を空隙１６に対して放射する。具体的には、電気機械音響変換器１２の振動板２５から放射された音は、音響孔１１から空隙１６に伝播する。ここで、空隙１６を形成する基板１０および振動パネル１４のうち、剛性が小さいのは振動パネル１４である。従って、電気機械音響変換器１２から空隙１６に対して放射された音のエネルギ（音圧）によって振動するのは、振動パネル１４である。つまり、振動パネル１４は、電気機械音響変換器１２によって音響的に駆動されて振動する。振動パネル１４の外周部は、スペーサ１３によって基板１０と固定されているので、振動パネル１４の外周部における基板１０との接着部分は、振動パネル１４の中央部よりも構造的に強度が高くなっている。従って、振動パネル１４の中央部が振動し、それによって音が発生する。スピーカシステムは、この振動によってスピーカシステムの外部に音を放射し、音響再生を行う。
【００３１】
次に、実施の形態１に係るスピーカシステムの特性を図３および図４を用いて説明する。図３は、実施の形態１に係るスピーカシステムの振動パネルの振動モードを示す図である。ここで、図３は、周波数５００（Hz）における振動モードを示す。図３に示す振動モードは、図１７に示す振動モードと比べて複雑になっており、面状の振動パネル１４が波打つように屈曲していることがわかる。このように、本発明では、振動パネル１４の周囲が固定されているため、振動パネル１４は、振動パネル１４全体がピストン運動することによって振動するのではなく、振動パネル１４が屈曲することによって振動する。振動パネル１４は、音圧によって屈曲しやすいものが好ましいので、軽量であるものや剛性の小さいものが好ましい。ただし、振動パネル１４が振動する条件は基板１０よりも剛性が小さいことであるので、振動パネル１４は、基板１０よりも剛性が小さいものであればよい。
【００３２】
図４は、実施の形態１に係るスピーカシステムの音圧周波数特性を示す図である。図４において、実線は実施の形態１に係るスピーカシステムの音圧周波数特性を示し、点線は図１５に示す等価回路による予測値（図１８示す点線と同じ）を示す。また、図４では、振動パネル１４の面積は、図１８における条件と同様、縦７２（mm）×横５１（mm）とする。また、本発明では振動パネル１４は屈曲しやすいものが好ましいため、厚さが１２５（μm）の振動パネル１４を用いる。図４に示すように、実施の形態１に係るスピーカシステムの特性は、図１８に示した従来のスピーカシステムにおける特性と比べて、低音域での音圧レベルが大きくなっていることがわかる。このように、本発明に係るスピーカシステムは、振動パネル１４として剛性の小さいものを選択することによって、低音域での音圧レベルを容易に改善することができる。
【００３３】
次に、基板１０における音響孔１１の位置と音圧周波数特性との関係について図５および図６を用いて説明する。図５は、複数の音響孔を設けた基板を示す図である。図５に示す基板１７は、音響孔１１ａから１１ｅのうちいずれか１つのみに電気機械音響変換器１２が配置され、その他は閉じた状態で使用される。図６は、異なる位置に音響孔を設けた場合におけるスピーカシステムの音圧周波数特性を示す図である。なお、図５および図６の説明においては、電気機械音響変換器１２として、口径φ１６（mm）の動電型スピーカを使用し、振動パネル１４として、縦８７×横６６×材厚０．１８８（mm）の透明ＰＥＴ材料を使用するものとする。また、音響孔１１は、縦３×横１２（mm）の長方形であるとする。また、図６は、振動パネル１４の中央から０．１（ｍ）離れた位置にマイクを設置し、電気機械音響変換器１２に電気入力を０．１（Ｗ）印加して測定した音圧周波数特性の測定結果を示す。
【００３４】
図６（ａ）は、音響孔１１ａの位置に電気機械音響変換器を配置し、他の音響孔は閉じた状態で測定した場合の音圧周波数特性を示す図である。同様に、図６（ｂ）は音響孔１１ｂの位置、図６（ｃ）は音響孔１１ｅの位置に電気機械音響変換器をそれぞれ配置し、他の音響孔は閉じた状態で測定した場合の音圧周波数特性を示す図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）から、音響孔および電気機械音響変換器１２の配置は、スピーカシステムの音圧周波数特性にほとんど影響を与えないことがわかる。なお、ここでは示していないが音響孔１１ｃの場合および音響孔１１ｄを用いる場合でも、同様な作用が得られる。このように、本発明のような音響駆動方式では、音の圧力によって振動パネル１４を音響的に駆動させるので、音響孔の位置が基板１０のどの位置にあっても、振動パネル１４を同じように振動させることが可能である。一方、振動パネルに直接トランスデューサを取り付けて駆動する方式（特許文献１参照）では、トランスデューサの取り付け位置によって音圧周波数特性が大きく変化するので、トランスデューサの取り付け位置が限定されてしまうという問題があった。これに対して、本発明に係るスピーカシステムでは、電気機械音響変換器１２を任意の位置に取り付けることができるので、設計の自由度が増し、スピーカシステムを様々な用途に用いることが可能となる。
【００３５】
また、実施の形態１によれば、振動パネル１４および基板１０は透明な材質であるので、スピーカシステムの背景を遮ることがない。このように、スピーカシステムの存在を強調しないことによって、スピーカシステムの用途を拡大することができる。なお、透明なスピーカシステムを用いた具体的な応用例については、後述する実施の形態３および４にて説明する。
【００３６】
また、従来のスピーカシステムのような、サスペンションを用いてフレーム（基板）と振動パネルとを接合する構造では、構造が非常に複雑となるので、スピーカシステムを透明にすることが困難になる。すなわち、複数の材料が重なり、また、それらを接着するための接着剤も必要となることから、特にサスペンションを要する基板および振動パネルの周部分を透明にすることが困難であった。これに対して、本発明のように、サスペンションを用いない構成とすることによってスピーカシステムの構成を簡略化すれば、透明なスピーカシステムを容易に実現することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るスピーカシステムを、図７を用いて説明する。図７は、実施の形態２に係るスピーカシステムの構成を示す図である。ここで、図７（ａ）はスピーカシステムの背面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のスピーカシステムのＣ−Ｄ断面の断面図である。図７において、３０は基板、３１は基板３０に設けられた音響孔、３２は音響孔３１に取り付けられた電気機械音響変換器、３３は基板３０の外周部に設けられたスペーサ、３４はスペーサ３３に固着された振動パネル、３５は基板３０を支持する台座、３６は電気機械音響変換器３２の背面に設けられたキャビネットである。
【００３８】
実施の形態２において、スピーカシステムの構成に関して実施の形態１と異なる点は、基板３０および振動パネル３４の形状が円形である点、および、キャビネット３６が設けられる点である。キャビネット３６によって、電気機械音響変換器３２の背面側（音響孔３１の反対側）に密閉された空室３７が形成される。以上の点以外は、実施の形態２の構成は実施の形態１と同様である。従って、実施の形態２においても、従来のスピーカシステムと比べて構造を簡略化することができる。
【００３９】
実施の形態２において、電気機械音響変換器３２に電気信号が印加されることによって振動パネル３４が振動する動作は、実施の形態１において説明した動作と同様である。実施の形態２においては、基板３０および振動パネル３４の形状が円形であるが、上記動作には影響がない。本発明において、基板３０および振動パネル３４の形状はどのようなものであってもよい。つまり、本発明は、電気機械音響変換器３２から放射される音圧によって振動パネル３４を駆動させる方式であるので、基板３０および振動パネル３４の形状を半円、楕円、多角形等、任意の形状としても一定の音響再生を行うことができる。従って、トランスデューサによって振動パネルを直接駆動させる方式に比べて、スピーカシステムの設計の自由度が増す。
【００４０】
実施の形態２において、実施の形態１と異なる動作は、キャビネット３６に起因する動作である。電気機械音響変換器３２の背面側（音響孔３１の反対側）からの音は、キャビネット３６で構成される空室３７内に放射される。従って、電気機械音響変換器３２の背面側からの音が空室３７の外に出ないので、振動パネル３４から放射される音と、電気機械音響変換器３２の背面から放射される逆相音との打ち消しを防止することができる。これによって、特に低音域での音圧レベルを改善することができる。
【００４１】
なお、実施の形態２においては、キャビネット３６をつけない構成であってもよい。また、実施の形態１や後述する実施の形態５において、キャビネットを備える構成としてもよい。
【００４２】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係るスピーカシステムを、図８、図９を用いて説明する。図８は、実施の形態３に係るスピーカシステムを車室内に搭載した例を示す図である。図８において、４０は実施の形態３に係るスピーカシステム、４１は車体、４２はダッシュボード、４３はフロントガラス、４４はハンドルである。以下に、実施の形態３に係るスピーカシステムの構成を示す。
【００４３】
図９は、図８に示すスピーカシステム４０の車体への取り付け状態を示す断面図である。図９において、４５は基板、４６は基板４５に設けられた音響孔、４７は音響孔４６に接合される音響管、４８は音響管４７に取り付けられた電気機械音響変換器、４９は基板４５の外周部に設けられたスペーサ、５０はスペーサ４９に固着された振動パネルである。
【００４４】
実施の形態３において、スピーカシステム４０の構成上において実施の形態１と異なる点は、基板４５の音響孔４６と電気機械音響変換器４８とを接続する音響管４７をさらに備える点である。すなわち、音響管４７によって基板４５と電気機械音響変換器４８の本体とが連結されることによって、電気機械音響変換器４８の本体が基板４５や振動パネル５０と分離した位置に配置される。以上の点以外は、実施の形態３の構成は実施の形態１と同様である。また、スピーカシステム４０は、音響管４７がダッシュボード４２を貫通するように、ダッシュボード４２に取り付けられる。以上のように構成されたスピーカシステム４０においては、電気機械音響変換器４８から放射された音は、音響管４７によって音響孔４６へ導かれて、基板４５、スペーサ４９および振動パネル５０によって形成される空隙５１に伝達される。なお、実施の形態３に係るスピーカシステムの動作は、電気機械音響変換器４８が音響管４７を介して音響孔４６から空間５１に対して音を放射する点以外は、実施の形態１と同様である。
【００４５】
以上のように、実施の形態３によれば、透明にすることが困難な電気機械音響変換器４８を車体内部に隠すことができる。さらに、実施の形態１と同様、基板４５、スペーサ４９および振動パネル５０は透明な材質で構成されている。従って、音響管４７を例えばポリカーボネート、アクリル等の透明な材質で構成することによって、人の目に入る範囲ではほとんど透明なスピーカシステムを実現することができる。従って、ユーザは、スピーカシステムによって視界を遮られることがない。実施の形態３のような透明なスピーカシステムは、運転者の前方の視界を遮ることがないという安全性の観点から、車載用には特に適している。
【００４６】
なお、実施の形態３では、スピーカシステム４０はダッシュボード４２の上面に１個のみ配置した。ここで、他の実施の形態では、スピーカシステム４０をダッシュボード４２の左右両側にもさらに配置することによって、中央はセンターチャンネル、両側はステレオ再生等のマルチチャネル再生用として用いることが可能である。また、設置場所はダッシュボード４２に限るものではなく、車体のどのような場所であっても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係るスピーカシステムの構成を、図１０および図１１を用いて説明する。図１０は、実施の形態４に係るスピーカシステムの構成を示す図である。図１０において、６０は建物の構造物である壁面（スピーカシステムの基板）、６１は壁面６０に設けられた音響孔、６２は音響孔６１に接合され、壁面６０を貫通して取り付けられた音響管、６３は音響管６２に取り付けられた電気機械音響変換器、６４は壁面６０に取り付けられたスペーサ、６５はスペーサ６４に固着された振動パネルである。
【００４８】
実施の形態４において、スピーカシステムの構成上において実施の形態１と異なる点は、建物の室内の壁面６０がスピーカシステムの基板の役割を果たす点である。つまり、実施の形態４に係るスピーカシステムの基板は、構造物を兼ねている。なお、スペーサ６４および振動パネル６５は、実施の形態１と同様である。また、上述した他の実施の形態と同様、基板である壁面６０は、振動パネル６５よりも剛性が大きい必要がある。
【００４９】
図１１は、図１０に示す電気機械音響変換器６３の一例である圧電型スピーカの構造断面図である。図１１において、７０および７１は圧電素子、７２は圧電素子７０および７１を両面に貼り付けた中間電極、７３は中間電極７２に接続された電気入力のリード線、７４は圧電素子７１に接続されたリード線、７５は圧電素子７０に接続されたリード線、７８は中間電極７２の周辺部を固着したスピーカフレームである。中間電極７２は、例えば、リン青銅、ステンレス等の導電材料により構成される。リード線７３は入力端子７７に接続され、リード線７４および７５は入力端子７６に接続される。スピーカフレーム７８は、音響管６２に接合されている。
【００５０】
実施の形態４において、スピーカシステムの動作に関して実施の形態３と異なる点は、圧電型の電気機械音響変換器６３の動作である。電気機械音響変換器６３においては、入力端子７６および７７に電気信号が印加されると、中間電極７２の両面に接合された圧電素子７０および７１が屈曲振動を行う。これによって、中間電極７２および圧電素子７０および７１から音が放射される。実施の形態４に係るスピーカシステムの動作は、以上の動作以外は、実施の形態３と同様である。
【００５１】
以上のように、実施の形態４によれば、構造物である壁面６０を基板として利用することによって、電気機械音響変換器６３を壁面６０の内部に配置する。これによって、電気機械音響変換器６３は壁面６０の表面から隠れることになる。また、実施の形態１において述べたように、スペーサ６４および振動パネル６５は透明な材質で構成されている。以上より、実施の形態４によれば、スピーカシステムの存在をユーザに意識させることのないスピーカシステムを実現することができる。
【００５２】
さらに、実施の形態４に係るスピーカシステムの応用例として以下の形態が考えられる。例えば、スピーカシステムを部屋の壁に取り付けてＤＶＤのマルチチャネル再生用のスピーカ等にすることができる。また、透明な振動パネル６５の背面の壁面にポスターや絵画を設けることによって、ポスターや絵画から音が再生されているような感覚をユーザに与えることができる。かかるスピーカシステムは、家庭のみならず展示場等における利用にも適している。その他、実施の形態４に係るスピーカシステムは、ショーウインドウのガラス面、車両のボディ、家具、電気製品等を基板として用いる応用が可能である。
【００５３】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係るスピーカシステムを、図１２を用いて説明する。図１２は、実施の形態５に係るスピーカシステムの構成を示す図である。ここで、図１２（ａ）はスピーカシステムの正面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のスピーカシステムのＥ−Ｆ断面の断面図である。図１２において、８０は基板、８１は基板８０に設けられた音響孔、８２は音響孔８１に取り付けられた電気機械音響変換器、８３は基板８０の外周部に設けられたスペーサ、８４はスペーサ８３に固着された振動パネル、８５、８６、８７および８８は基板８０の四隅に取り付けられた発光ダイオード、８９はＣＤプレーヤ、９０はＣＤプレーヤ８９および電気機械音響変換器８２に接続されたアンプ、９１はＣＤプレーヤ８９および発光ダイオード８５〜８８に接続された信号制御部である。
【００５４】
以上のように構成されたスピーカシステムについて、その動作を説明する。ＣＤプレーヤ８９によって再生された音楽信号は、アンプ９０によって増幅された後、電気機械音響変換器８２に印加される。印加された音楽信号に基づいて電気機械音響変換器８２から放射される音によって振動パネル８４が音響的に駆動されて音を発生する動作は、実施の形態１と同様である。
【００５５】
実施の形態５において、実施の形態１と異なる点は、発光手段の一例である発光ダイオード８５〜８８および信号制御部９１が設けられている点である。信号制御部９１は、ＣＤプレーヤ８９からの音楽信号が入力されると、音楽信号に応じた信号を発光ダイオード８５〜８８に印加する。これによって、音楽信号に応じて光が点灯するスピーカシステムを実現することができる。かかるスピーカによれば、視覚的にユーザを楽しませることができる。なお、発光ダイオード８５〜８８の発光パターンや明るさは、音楽信号の大きさや周波数に応じて変化するものであればよい。また、信号制御部９１は、発光ダイオード８５〜８８のそれぞれに対して異なる信号を印加するようにしてもよい。これによって、音楽信号に応じて光る位置や明るさが変化するスピーカシステムを実現することができる。
【００５６】
なお、振動パネル８４は半透明であってもよい。振動パネル８４が透明であれば、発光ダイオード８５〜８８の光はそのまま透過するが、半透明とすれば光が乱反射してより効果的な照明効果が期待できる。また、各発光ダイオードの色は単一の色である必要はなく、それぞれ異なる色であってもよい。また、発光ダイオードの配置場所や個数を任意に選択することが可能であり、例えば、基板の内部に配置することによってあたかも基板が発光しているかのように見せてもよい。
【００５７】
以上のように本発明によれば、サスペンションを用いる必要がないので、音響駆動方式のスピーカシステムを簡易な構成で実現することができる。さらに、振動パネルをピストン運動させるのではなく、振動パネルの屈曲によって振動させることによって、容易に低音域の音圧レベルを向上することができるスピーカシステムを実現することができる。
【００５８】
なお、実施の形態１では電気機械音響変換器１２は動電型方式のスピーカを例とし、実施の形態４では圧電型方式のスピーカを例として説明した。ここで、実施の形態１〜５において、電気機械音響変換器は振動板から音を放射する機能を有するものであれば何でもよく、電気機械音響変換器１２の変換方式は電磁型、圧電型、静電型等どのような方式でもよい。
【００５９】
なお、実施の形態１〜５では、基板と振動パネルの外周部とをスペーサを介して固定することによって、振動パネルを音響的に駆動させるための空間（例えば、図１に示す空隙１６）を形成した。ここで、他の実施の形態では、基板と振動パネルとの間に上記空間を形成する構成であれば、基板はどのような構成であってもよい。基板の構成は、例えば、図１３に示す構成であってもよい。図１３は、本発明に係るスピーカシステムに用いられる基板の変形例を示す図である。なお、図１３において、図１と同様の構成については同じ参照番号を付す。図１３では、中央部分が窪んだ形状を有する板状の基板１８が用いられ、振動パネル１４を基板１８の周部分に直接接合する構成である。このように、基板と振動パネルとをスペーサを介さず、直接固定する構成であってもよい。この構成においては、中央部分の窪みによって、振動パネル１４を音響的に駆動させるための空間１９が形成される。また、平面な基板と平面な振動パネルとを接着する接着層によって上記空間を形成するようにしてもよい。
【００６０】
また、実施の形態１〜５では、振動パネルおよび基板は平面であったが、振動パネルおよび基板は曲面であってもよい。振動パネルおよび基板が曲面である場合であっても、基板と振動パネルとの間に空間が生じるように形成すれば、振動パネルを振動させることができる。また、振動パネルおよび基板のいずれか一方のみが曲面であっても振動パネルを振動させることができる。さらに、同様に、基板の形状が複雑なものであっても本発明に係るスピーカシステムを実現することができる。
【００６１】
また、実施の形態１〜５では、振動パネルをＰＥＴフィルムによって構成されるものとしたが、振動パネルは、基板よりも剛性が小さいものであればどのような材質であってもよい。例えば、振動パネルを紙によって構成してもよい。特に、実施の形態４において、紙のポスターや写真を振動パネルとして用いることによって、ポスターや写真から音が放射されるスピーカシステムを実現することができる。さらに、ポスターを振動パネルとして用いる場合、振動パネルと基板とを着脱可能な構成にすることによって、ユーザが好みに応じてポスターや写真を取り替えることができる。なお、振動パネルは、所定の張力が発生するように、基板に固定されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るスピーカシステムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す電気機械音響変換器１２の一例である動電型スピーカの構造断面図である。
【図３】実施の形態１に係るスピーカシステムの振動パネルの振動モードを示す図である。
【図４】実施の形態１に係るスピーカシステムの音圧周波数特性を示す図である。
【図５】複数の音響孔を設けた基板を示す図である。
【図６】異なる位置に音響孔を設けた場合におけるスピーカシステムの音圧周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態２に係るスピーカシステムの構成を示す図である。
【図８】実施の形態３に係るスピーカシステムを車室内に搭載した例を示す図である。
【図９】図８に示すスピーカシステム４０の車体への取り付け状態を示す断面図である。
【図１０】実施の形態４に係るスピーカシステムの構成を示す図である。
【図１１】図１０に示す電気機械音響変換器６３の一例である圧電型スピーカの構造断面図である。
【図１２】実施の形態５に係るスピーカシステムの構成を示す図である。
【図１３】本発明に係るスピーカシステムに用いられる基板の変形例を示す図である。
【図１４】音響駆動方式を用いた従来のスピーカシステムの基本構成図である。
【図１５】図１４に示すスピーカシステムの等価回路を示す図である。
【図１６】図１５に示す等価回路により予測されるスピーカシステムの音圧周波数特性のグラフを示す図である。
【図１７】周波数５００（Hz）における従来のスピーカシステムの振動パネル１００の振動モードを示す図である。
【図１８】従来のスピーカシステムの音圧周波数特性のグラフを示す図である。
【符号の説明】
１０，３０，４５，６０，８０ 基板
１１，３１，４６，６１，８１ 音響孔
１２，３２，４８，６３，８２ 電気機械音響変換器
１４，３４，５０，６５，８４ 振動パネル
１６，５１，６６， 空隙
４７，６２ 音響管

Claims (6)

1. 音放射用の密閉空間を形成するための基板と、
   前記基板の外周部に固定されたスペーサと、
   前記基板に設けた音響孔に接続し、前記音響孔を介して前記密閉空間に音を放射する電気機械音響変換器と、
   前記基板との間に放射された前記音のエネルギーが伝播する範囲に前記密閉空間を形成するように外周部が前記スペーサに直接固定された可視透過する材質よりなるフィルム状の振動パネルとを備え、
   前記振動パネルは、前記基板よりも剛性が小さく選ばれており、前記電気機械音響変換器から前記密閉空間内に音が放射されたとき、前記音のエネルギーにより前記振動パネルを音響的に駆動させて前記放射された音の圧力に応じた屈曲振動によって外部へ音を出力するように構成されたスピーカシステム。
2. 前記基盤は可視透過する材質よりなる請求項１記載のスピーカシステム。
3. 前記基板および／または前記振動パネルに取り付けられ、前記電気機械音響変換器に入力される入力信号に応じて発光する発光手段をさらに備える、請求項１に記載のスピーカシステム。
4. 前記電気機械音響変換器は、前記振動パネルとは反対側に設置され、前記音響孔から前記密閉空間に対して音を放射する、請求項１に記載のスピーカシステム。
5. 前記基板の音響孔と前記電気機械音響変換器とを接続する音響管をさらに備え、
   前記電気機械音響変換器は、前記音響管を介して前記音響孔から前記密閉空間に対して音を放射する、請求項１から４のいずれかに記載のスピーカシステム。
6. 前記基板の背面に前記電気機械音響変換器を密閉するための密閉空室を形成するためのキャビネットをさらに備える、請求項１に記載のスピーカシステム。

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