JP5652813B2

JP5652813B2 - Electroacoustic transducer and electronic device using the same

Info

Publication number: JP5652813B2
Application number: JP2010097464A
Authority: JP
Inventors: 康晴大西; 黒田　淳; 淳黒田; 行雄村田; 信弘川嶋; 元喜菰田
Original assignee: レノボ・イノベーションズ・リミテッド（香港）
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2030-04-21
Also published as: JP2011228966A

Description

本発明は電気音響変換器及びそれを用いた電子機器に関し、特に携帯電話機などの携帯端末を含む電子機器に用いて好適な電気音響変換器に関するものである。 The present invention relates to an electroacoustic transducer and an electronic device using the same, and more particularly to an electroacoustic transducer suitable for use in an electronic device including a portable terminal such as a mobile phone.

近年、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータの携帯端末などの需要が増えている。このようななかで、メーカ各社においては、音響機能を商品価値とした、いわゆるスタイリッシュ携帯端末の開発に取組んでおり、かかる携帯端末に用いる大音量で小型の電気音響変換器の要求が高まりつつある。 In recent years, there has been an increasing demand for mobile phones and mobile terminals for laptop personal computers. Under such circumstances, manufacturers have been working on the development of so-called stylish portable terminals that have the acoustic function as a commercial value, and the demand for large volume and small electroacoustic transducers used for such portable terminals is increasing.

携帯電話機等の携帯端末を含む電子機器の音響部品としては、動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜とから構成されている。その動作原理は、磁石を用いたステータの磁気回路の作用により、ボイスコイルに固定された有機フィルム等の振動膜が振動し、音波を発生させるものである。 An electrodynamic electroacoustic transducer is used as an acoustic component of an electronic device including a portable terminal such as a cellular phone. This electrodynamic electroacoustic transducer is composed of a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm. The principle of operation is that a vibration film such as an organic film fixed to a voice coil vibrates due to the action of a magnetic circuit of a stator using a magnet to generate sound waves.

しかしながら、電気音響変換器の音響性能において、音量を示す物理示強量である音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除によって決定される。すなわち、音圧レベルは、放射面積と振幅量とに依存するために、原理上は、小型と音量の両立は不可能であり、小型化が要求される携帯端末への搭載には課題が大きい。 However, in the acoustic performance of the electroacoustic transducer, the sound pressure level, which is a physical strength indicating the volume, is determined by the volume exclusion of the diaphragm with respect to the air. In other words, since the sound pressure level depends on the radiation area and the amplitude, in principle, it is impossible to achieve both compactness and volume, and there is a big problem for mounting on mobile terminals that require miniaturization. .

なお、放射面積が減少する中、同等の音圧レベルを確保するためには、振動振幅を増大させる必要がある。例えば、振幅発生へのエネルギ量が大きい低周波数帯域（５００Ｈｚ以下）において、マイクロホンの測定距離１０ｃｍで音圧レベル８０ｄＢ以上を得るためには、１ｍｍ以上の振動振幅が必要であり、狭小空間に搭載される携帯電話機用の電気音響変換器においては、実装上の制約を受けてしまう。 As the radiation area decreases, it is necessary to increase the vibration amplitude in order to ensure an equivalent sound pressure level. For example, in order to obtain a sound pressure level of 80 dB or higher at a microphone measurement distance of 10 cm in a low frequency band (500 Hz or less) where the amount of energy for generating amplitude is large, a vibration amplitude of 1 mm or more is required, and it is mounted in a narrow space. However, the electroacoustic transducer for a mobile phone is subject to mounting restrictions.

また、動電型電気音響変換器では、駆動源に磁気回路を用いているので、高振幅を得るためには、高い磁束密度を発生させることが必要であり、そのためには、磁石の容積、特に厚み方向を十分に確保する必要があり、よって、薄型化には限界がある。例えば、着磁力の高いネオジウム系材料を磁石に用いた動電型電気音響変換器においても、最薄品でも３ｍｍ以上の厚みを有しており、携帯電話機のスタイリッシュ化促進に対して大きな障害となっている。 In addition, since the electrodynamic electroacoustic transducer uses a magnetic circuit as a driving source, in order to obtain a high amplitude, it is necessary to generate a high magnetic flux density. In particular, it is necessary to ensure a sufficient thickness direction, and thus there is a limit to reducing the thickness. For example, an electrodynamic electroacoustic transducer using a neodymium-based material having a high magnetizing force as a magnet has a thickness of 3 mm or more even at the thinnest, which is a major obstacle to promoting the stylishness of mobile phones. It has become.

また、ボイスコイルの細線化を図った薄型の動電型電気音響変換器も開発されてはいるが、大電流を流す磁気回路においては、焼失などの問題点があり、信頼性確保の上で問題がある。 Although a thin electrodynamic electroacoustic transducer with a thin voice coil has been developed, there are problems such as burnout in a magnetic circuit that conducts a large current. There's a problem.

一方、薄型の電気音響変換器を提供する手法として、圧電型電気音響変換器がある。この圧電方式は、セラミック素材の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。この圧電型電気音響変換器では、上下層を電極材料で拘束されたセラミック自体が振動するために、磁石やボイスコイルなど多数の部材から構成される磁気回路に比べ、薄型化に優位である。 On the other hand, there is a piezoelectric electroacoustic transducer as a technique for providing a thin electroacoustic transducer. This piezoelectric method uses a piezoelectric effect of a ceramic material to generate a vibration amplitude by an electrostrictive action by inputting an electric signal. In this piezoelectric electroacoustic transducer, since the ceramic itself, whose upper and lower layers are constrained by electrode materials, vibrates, it is superior in thickness reduction compared to a magnetic circuit composed of a large number of members such as magnets and voice coils.

また、セラミックス薄型により、一定入力電圧に対して、電界強度が高まることから、薄型駆動源としては優位である点が挙げられる。しかしながら、セラミックス材料は、脆性材料であるうえに、機械損失が小さいために、機械的品質係数Ｑが、有機フィルムから振幅を発生させる動電型電気音響変換器に比べ、高い傾向にある。 In addition, since the electric field strength is increased with respect to a constant input voltage due to the thin ceramic, there is an advantage as a thin driving source. However, since the ceramic material is a brittle material and has a small mechanical loss, the mechanical quality factor Q tends to be higher than that of an electrodynamic electroacoustic transducer that generates an amplitude from an organic film.

例えば、動電型電気音響変換器では、Ｑが３〜５程度に対して、圧電型電気音響変換器では約５０程度となる。このことを要約すれば、当該Ｑは共振時における尖鋭度を示すものであることから、圧電型電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。すなわち、音圧レベル周波数特性において、音響特性の山谷が発生し、特定周波数の音が強調されたり、消失されたりして、音楽再生などに十分な音質が得られないという問題点を有する。 For example, Q is about 3 to 5 for an electrodynamic electroacoustic transducer, and about 50 for a piezoelectric electroacoustic transducer. To summarize this, since Q indicates the sharpness at the time of resonance, in the piezoelectric electroacoustic transducer, the sound pressure is high near the fundamental resonance frequency, and the sound pressure is attenuated in other bands. It means to do. That is, in the sound pressure level frequency characteristic, there is a problem in that the sound characteristic level peaks and valleys occur, the sound of a specific frequency is emphasized or lost, and sufficient sound quality for music reproduction cannot be obtained.

また、音響特性と同様に、放射面積に対しての問題点をも有している。圧電型電気音響変換器においても、動電型電気音響変換器と同様に、音圧レベルは、体積排除量（放射面積と振幅との積）に依存するため、薄型は可能であっても放射面積の低減には限界があり、携帯電話機用の電気音響変換器として十分な機能を満たしていない。このために、高音質で小型な電気音響変換器を生み出す画期的な技術が要求されている。 In addition, similar to the acoustic characteristics, there is a problem with respect to the radiation area. In piezoelectric electroacoustic transducers, as with electrodynamic electroacoustic transducers, the sound pressure level depends on the volume exclusion volume (the product of the radiation area and amplitude). There is a limit to the reduction of the area, and it does not satisfy a sufficient function as an electroacoustic transducer for a mobile phone. For this reason, a revolutionary technology for producing a small electroacoustic transducer with high sound quality is required.

なお、圧電型電気音響変換器の例としては、特許文献１に開示のものがある。 An example of a piezoelectric electroacoustic transducer is disclosed in Patent Document 1.

特開平２００９−２９５８６５号公報JP 2009-295865 A

上述した様に、携帯電話機に代表される携帯端末の音源として使用する電気音響変換器に対して、小型でかつ高品質の特性を有するものが要求されている。 As described above, an electroacoustic transducer used as a sound source of a mobile terminal typified by a mobile phone is required to be small and have high quality characteristics.

そこで、本発明は、かかる小型でかつ高品質の特性を有する電気音響変換器及びそれを用いた電子機器を提供することである。 Therefore, the present invention is to provide such an electroacoustic transducer having a small size and high quality and an electronic device using the electroacoustic transducer.

本発明による電気音響変換器は、入力信号がそれぞれ印加されて音響放射をなす第一及び第二のアクチュエータと、前記第一及び第二のアクチュエータをその音響放射面が互いに所定間隙をもって対向配置するように支持する支持体とを含むことを特徴とする。 An electroacoustic transducer according to the present invention includes a first actuator and a second actuator that generate acoustic radiation when an input signal is applied to each other, and the first and second actuators that face each other with a predetermined gap between the acoustic radiation surfaces. It is characterized by including the support body which supports in this way.

本発明による電子機器は、上記の電気音響変換器を用いたことを特徴としている。 An electronic apparatus according to the present invention is characterized by using the above electroacoustic transducer.

本発明によれば、振動子を有する一対のアクチュエータを、互いの音響放射面が所定の間隙を有して対向するように配置し、これらアクチュエータと支持体とにより形成された空間から、振動子から発生する音波が大気中に放射するようにしたので、小型でかつ高品質の音声再生が可能となるという効果がある。 According to the present invention, a pair of actuators having a vibrator are arranged so that their acoustic radiation surfaces face each other with a predetermined gap, and a vibrator is formed from a space formed by these actuators and a support. Since the sound wave generated from the radiating unit radiates into the atmosphere, there is an effect that it is possible to reproduce a small and high quality sound.

本発明の一実施の形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の概略斜視図（透視図）である。It is a schematic perspective view (perspective view) of one embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に用いる圧電素子の断面図である。It is sectional drawing of the piezoelectric element used for embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に用いるアクチュエータの断面図である。It is sectional drawing of the actuator used for embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of one embodiment of this invention. 図５における音波と干渉波との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sound wave and interference wave in FIG. 本発明の実施の形態に用いる圧電素子の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the piezoelectric element used for embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に用いるアクチュエータの動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the actuator used for embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of other embodiment of this invention. 分割振動の音響特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the acoustic characteristic of a divided vibration. 分割振動の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a division vibration. 本発明の更に他の実施の形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating other embodiment of this invention. 動電型電気音響変換器の例を示す図である。It is a figure which shows the example of an electrodynamic electroacoustic transducer. 本発明の他の実施の形態の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of other embodiment of this invention. 本発明を適用した携帯電話機の外観例を示す図である。It is a figure which shows the example of an external appearance of the mobile telephone to which this invention is applied. 本発明を適用したパーソナルコンピュータの外観例を示す図である。It is a figure which shows the example of an external appearance of the personal computer to which this invention is applied.

以下に、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態の概略断面図であり、図２はその概略斜視図（透視図）である。図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態による圧電型電気音響変換器は、一対の圧電素子１ａ，１ｂと、これら圧電素子１ａ，１ｂに夫々対応して設けられて対応圧電素子を拘束する弾性部材２ａ，２ｂと、弾性部材２ａ，２ｂに拘束された圧電素子１ａ，１ｂを支持する支持体３とを含んで構成されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view (perspective view) thereof. As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric electroacoustic transducer according to the embodiment of the present invention is provided with a pair of piezoelectric elements 1a and 1b and corresponding piezoelectric elements 1a and 1b. It includes elastic members 2a and 2b that restrain the elements, and a support 3 that supports the piezoelectric elements 1a and 1b restrained by the elastic members 2a and 2b.

これら圧電素子１ａ，１ｂは、対応する弾性部材２ａ，２ｂを介して支持体３に接合されている。そして、両素子１ａ，１ｂは、所定の空隙もって、その音響放射面が互いに対向するように配置されており、この支持体３によって中空状の多方体（図の例では、６面体）が形成されている。この多方体の圧電素子を支持する面以外の面のいずれか一つの面には、貫通孔４が設けられている。一対の圧電素子１ａ，１ｂは、電気信号の供給により音波を発生させる電気機械変換器の機能を有する。 These piezoelectric elements 1a and 1b are joined to the support 3 via corresponding elastic members 2a and 2b. Both elements 1a and 1b are arranged with a predetermined gap so that their acoustic radiation surfaces face each other, and the support 3 forms a hollow polyhedron (in the example shown in the figure, a hexahedron). Has been. A through hole 4 is provided on any one surface other than the surface that supports the multi-directional piezoelectric element. The pair of piezoelectric elements 1a and 1b has a function of an electromechanical transducer that generates a sound wave by supplying an electric signal.

そのために、図３に示すように、圧電素子１は、圧電材料１１と、その両主面に設けられた上部電極１２及び下部電極１３とからなっており、これら上部及び下部電極により圧電材料１１を拘束するようになっている。 Therefore, as shown in FIG. 3, the piezoelectric element 1 includes a piezoelectric material 11 and an upper electrode 12 and a lower electrode 13 provided on both main surfaces thereof. The piezoelectric material 11 is formed by these upper and lower electrodes. Is to be restrained.

圧電材料１１については、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されないが、電気機械変換効率が高い材料、例えば、結晶構造ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）などを使用することができる。 The piezoelectric material 11 is not particularly limited as long as it is a material having a piezoelectric effect, but a material having high electromechanical conversion efficiency, for example, a crystal structure lead zirconate titanate (PZT) is used. be able to.

圧電材料１１の厚みは、５μ〜５００μであることが好ましい。多結晶から構成される圧電材料に、厚み５μｍ以下の薄膜を使用した場合には、結晶秩序が低いために、充分な電気機械変換効率が得られない。また、厚み５００μｍを超えるセラミックスを使用した場合も同様に、変換効率が悪く、変換器として十分な効率が得られない。 The thickness of the piezoelectric material 11 is preferably 5 μ to 500 μ. When a thin film having a thickness of 5 μm or less is used for a piezoelectric material composed of polycrystals, sufficient electromechanical conversion efficiency cannot be obtained due to low crystal order. Similarly, when ceramics having a thickness of more than 500 μm is used, the conversion efficiency is poor and sufficient efficiency as a converter cannot be obtained.

なお、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミックにおいては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は、分極方向の厚み／入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまうことになる。 In a piezoelectric ceramic that generates an electrostrictive effect by inputting an electric signal, the conversion efficiency depends on the electric field strength. Since this electric field strength is expressed by the thickness in the polarization direction / input voltage, an increase in thickness inevitably leads to a decrease in conversion efficiency.

また、圧電材料１１には、電界を発生させるためにその主面に電極層１２，１３を形成している。この電極材料には、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀／パラジウムを使用することが好ましい。また、電極材料の厚みも特に限定されないが、厚み１〜５０μであるのが好ましい。例えば、厚み１μｍｍ未満では、膜厚が薄いため、電極上に均一に成形できない。 In addition, electrode layers 12 and 13 are formed on the principal surface of the piezoelectric material 11 in order to generate an electric field. The electrode material is not particularly limited as long as it is a material having electrical conductivity, but silver or silver / palladium is preferably used. The thickness of the electrode material is not particularly limited, but is preferably 1 to 50 μm. For example, if the thickness is less than 1 μm, the film thickness is so thin that it cannot be uniformly formed on the electrode.

また、ペースト状にして塗布する方法もあるが、セラミックのような多結晶では、表面状態がいわゆる梨地面であるために、塗布時の濡れ状態が悪く、均一な電極膜が形成できない。これに対して、膜厚が１００μｍを超える場合は、成形が容易となるが、電極層が拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまうことになる。 There is also a method of applying in a paste form. However, in the case of a polycrystal such as ceramic, since the surface state is so-called satin, the wet state during application is poor and a uniform electrode film cannot be formed. On the other hand, when the film thickness exceeds 100 μm, molding becomes easy, but the electrode layer becomes a constraining surface, and the energy conversion efficiency is lowered.

また、図３に示した圧電素子１は、図１，２でも示したように、弾性材料２によって拘束されている（図４の断面図参照）。この弾性材料２は、圧電素子１により発生さた振動を、支持体３に伝播させる機能と、落下時に衝撃安定性を高める機能とを有する。 Further, the piezoelectric element 1 shown in FIG. 3 is constrained by the elastic material 2 as shown in FIGS. 1 and 2 (see the sectional view of FIG. 4). The elastic material 2 has a function of propagating vibrations generated by the piezoelectric element 1 to the support 3 and a function of improving impact stability when dropped.

また、弾性材料２には、圧電素子１の基本共振周波数を調整する機能をも有する。機械振動子の基本共振周波数ｆは、
ｆ＝１／｛２πＬ（ｍ・Ｃ）^1/2 ｝
なる式で示されるように、負荷重量ｍとコンプライアンスＣとに依存する。なお、Ｌは圧電素子の等価インダクタンスである。 The elastic material 2 also has a function of adjusting the basic resonance frequency of the piezoelectric element 1. The fundamental resonance frequency f of the mechanical vibrator is
f = 1 / {2πL (m · C) ^1/2 }
As shown by the following equation, it depends on the load weight m and the compliance C. L is the equivalent inductance of the piezoelectric element.

言い換えれば、コンプライアンスは振動子の機械剛性であるために、このことは、圧電素子の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性材料の厚みを低減することで、基本共振周波数は低域にシフトさせることが可能となる。 In other words, since the compliance is the mechanical rigidity of the vibrator, this means that the fundamental resonance frequency can be controlled by controlling the rigidity of the piezoelectric element. For example, the fundamental resonance frequency can be shifted to a low range by selecting a material having a high elastic modulus or reducing the thickness of the elastic material.

この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性材料の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。これまでは、圧電素子の形状や材質により基本共振周波数を制御していたことから、設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性材料を変更することにより、所望の基本共振周波数に容易に調整できるので、工業上の価値は大きい。 On the other hand, the fundamental resonance frequency can be shifted to a high range by selecting a material having a high elastic modulus or increasing the thickness of the elastic material. Up to now, since the fundamental resonance frequency was controlled by the shape and material of the piezoelectric element, there were problems in design constraints, cost, and reliability. Since it can be easily adjusted to a desired fundamental resonance frequency by changing, the industrial value is great.

なお、弾性材料には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料であれば、特に限定されないが、加工性やコストの観点から、リン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。 The elastic material is not particularly limited as long as it is a material having a high elastic modulus with respect to a ceramic that is a brittle material such as metal or resin, but from the viewpoint of workability and cost, general-purpose materials such as phosphor bronze and stainless steel. Is used.

また、弾性材料の厚みについては、５〜１０００μｍであることが好ましい。厚みが５μ未満の場合には、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度による低下により、製造ロット間で振動子の機械振動特性のばらつきが生じてしまうことになる。また、厚みが１０００μｍを超える場合には、剛性増による圧電素子への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまうことになる。 The thickness of the elastic material is preferably 5 to 1000 μm. When the thickness is less than 5 μm, the mechanical strength is weak, the function as a restraining member is impaired, and the mechanical vibration characteristics of the vibrators vary between production lots due to a decrease in processing accuracy. Further, when the thickness exceeds 1000 μm, the restraint on the piezoelectric element due to the increase in rigidity is strengthened, and the vibration displacement amount is attenuated.

更にはまた、弾性材料は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。上述のように、弾性材料の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なうことになる。 Furthermore, the elastic material preferably has a longitudinal elastic modulus, which is an index indicating the rigidity of the material, of 1 to 500 GPa. As described above, when the rigidity of the elastic material is excessively low or excessively high, characteristics and reliability as a mechanical vibrator are impaired.

本実施の形態では、圧電素子１は弾性部材２を介在して支持体３に接合されている。支持体３は、電気音響変換を形成するケースとしての役割を果たすと同時に、並列に配置された２つの振動子に囲まれる中空上の内部空間を形成する役割を有している。 In the present embodiment, the piezoelectric element 1 is joined to the support 3 with an elastic member 2 interposed. The support body 3 serves as a case for forming electroacoustic conversion, and at the same time, has a role of forming an internal space above the hollow surrounded by two vibrators arranged in parallel.

なお、支持体３の形状は、空間を形成できる形状であれば、特に限定されず、直方体や、他方体、球面などのいずれの形状であってもよい。また、支持体３の材質は、金属や樹脂、さらには、金属と樹脂との複合材料などのいずれの材質も使用できるが、圧電素子から振動エネルギを効率よく伝播させるためには、伝達振動量に対してある程度の剛性を持つ材料であることが好ましい。

The shape of the support 3, as long as a shape that can form a space, not particularly limited, rectangular or other body may be any shape such as spherical. The support 3 may be made of any material such as metal, resin, or a composite material of metal and resin. In order to efficiently transmit vibration energy from the piezoelectric element, the amount of vibration transmitted It is preferable that the material has a certain degree of rigidity.

また、支持体３は、複数の材質を使用することができる。すなわち、中空上の空間を形成する際に、一体の材質で成型する必要がなく、複数の素材や形状をもつ構成部材を接合することで形成することができる。 The support 3 can use a plurality of materials. That is, when forming the hollow space, it is not necessary to mold with a single material, and it can be formed by joining constituent members having a plurality of materials and shapes.

本実施の形態の電気音響変換器では、内部空間を形成する支持体３のいずれか一つの側面に、貫通孔４が形成されている。この貫通孔４は、音波を大気に放射する音孔として機能する。例えば、圧電素子１ａの振動により発生した音波が、内部空間を通過して、貫通孔４を通して外気に放射される。また、圧電素子１ａと圧電素子１ｂとにより同時に振動を発生させた場合、互いに内部空間で干渉し、音波が増幅される。この増幅された音波が、貫通孔４を介して、外部に放射されるので、高い音圧レベルを得ることができる。 In the electroacoustic transducer of the present embodiment, the through hole 4 is formed on any one side surface of the support 3 that forms the internal space. The through hole 4 functions as a sound hole that radiates sound waves to the atmosphere. For example, a sound wave generated by the vibration of the piezoelectric element 1 a passes through the internal space and is radiated to the outside air through the through hole 4. Further, when vibrations are generated simultaneously by the piezoelectric element 1a and the piezoelectric element 1b, they interfere with each other in the internal space and a sound wave is amplified. Since the amplified sound wave is radiated to the outside through the through hole 4, a high sound pressure level can be obtained.

なお、貫通孔４の形状は特に限定されることなく、矩形や円形、楕円形などいずれの形状とすることができる。また、貫通孔４は支持体３の側面に形成できれば、特に限定されることはない。また、貫通孔４の個数も特に限定されることはなく、複数個の貫通孔を形成してもよい。 The shape of the through-hole 4 is not particularly limited, and can be any shape such as a rectangle, a circle, and an ellipse. Further, the through hole 4 is not particularly limited as long as it can be formed on the side surface of the support 3. Further, the number of through holes 4 is not particularly limited, and a plurality of through holes may be formed.

上述した電気音響変換器の製造方法を以下に説明する。先ず、圧電素子である圧電アクチュエータは、図４に示すような構成を有する。圧電素子１は、外径＝５ｍｍ、厚み＝１００μｍ（０．１ｍｍ）の圧電板であり、その両面に、それぞれ厚み８μｍの上部電極層および下部電極層を形成した（図３参照）。弾性部材２は、外径＝８ｍｍ、厚み＝１００μｍ（０．１ｍｍ）のリン青銅で形成した。なお、図４における３１はフレームであり、このフレームを介して圧電アクチュエータを支持体３に固定するようにしても良いものである。 A method for manufacturing the electroacoustic transducer described above will be described below. First, a piezoelectric actuator which is a piezoelectric element has a configuration as shown in FIG. The piezoelectric element 1 was a piezoelectric plate having an outer diameter = 5 mm and a thickness = 100 μm (0.1 mm), and an upper electrode layer and a lower electrode layer having a thickness of 8 μm were formed on both surfaces thereof (see FIG. 3). The elastic member 2 was formed of phosphor bronze having an outer diameter = 8 mm and a thickness = 100 μm (0.1 mm). 4 is a frame, and the piezoelectric actuator may be fixed to the support 3 via this frame.

支持体３はＳＵＳ３０４で形成しており、二つの圧電アクチュエータと支持体３とにより内部空間を形成している。ここで、ＳＵＳは、ＳｔｅｅｌＵｓｅＳｔａｉｎｌｅｓｓの略であり、ステンレスの材質を表しており、その３００番台はＣｒ−Ｎｉ系である。また、この支持体３は、縦×横×幅＝２１×２１×２１ｍｍの立方体形状であり、厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４で形成した。立方体形状の６面のうち、圧電アクチュエータが取付けられた対向する２面以外の一つの面には、縦×横＝２０×２０ｍｍの開口部を形成した。 The support 3 is made of SUS304, and an internal space is formed by the two piezoelectric actuators and the support 3. Here, SUS is an abbreviation for Steel Use Stainless, which represents a stainless steel material, and its 300 series is made of Cr—Ni. Further, the support 3 has a cubic shape of length × width × width = 21 × 21 × 21 mm, and is formed of SUS304 having a thickness of 0.5 mm. Of the six cube-shaped surfaces, an opening of length × width = 20 × 20 mm was formed on one surface other than the two opposite surfaces to which the piezoelectric actuator was attached.

図１及び図２に示したように、圧電素子１ａ，１ｂ及び弾性部材２ａ，２ｂは、中央に同心円状に配置した。圧電素子１を構成する圧電セラミックス１１には、ジルコン酸チタン酸鉛系セラミックを用い、電極層１２，１３には銀／パラジウム合金（重量比７０％：３０％）を使用した。 As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric elements 1a and 1b and the elastic members 2a and 2b are arranged concentrically at the center. The piezoelectric ceramic 11 constituting the piezoelectric element 1 was made of lead zirconate titanate ceramic, and the electrode layers 12 and 13 were made of silver / palladium alloy (weight ratio 70%: 30%).

この圧電セラミックス１１の製造はグリーンシート法で行い、大気中で１１００℃−２時間に亘って焼成し、その後、圧電材料層に分極処理を施した。圧電素子１と弾性部材２との接着及び支持体３との接着は、いずれもエポキシ系接着剤を用いて行った。 The piezoelectric ceramic 11 was manufactured by a green sheet method, fired in the atmosphere at 1100 ° C. for 2 hours, and then the piezoelectric material layer was subjected to polarization treatment. Adhesion between the piezoelectric element 1 and the elastic member 2 and adhesion to the support 3 were both performed using an epoxy adhesive.

以下に、上述した圧電型電気音響変換器の動作原理を説明する。この圧電型電気音響変換器は、一対の圧電素子１ａ，１ｂが、各々の音響放射面が対向するように所定の間隔を持って配置されており、これら二つの圧電素子を同時に駆動することにより、音を再生する。 Hereinafter, the operation principle of the piezoelectric electroacoustic transducer described above will be described. In this piezoelectric electroacoustic transducer, a pair of piezoelectric elements 1a and 1b are arranged with a predetermined interval so that their acoustic emission surfaces face each other, and by simultaneously driving these two piezoelectric elements, , Play the sound.

すなわち、図５で示されるように、圧電素子１ａ，１ｂから発生したそれぞれの音波が支持体３の内部空間内で干渉し、貫通孔４を通して音波が大気に放射される。なお、図６で示されるように、同位相を持った音波ｙ１，ｙ２が内部空間内で互いに干渉することにより、音波は増幅される（ｙ１＋ｙ２）。これによって、１個の振動子から発生した音波の２倍となり、音圧レベルはそれだけ増大することになる。 That is, as shown in FIG. 5, the sound waves generated from the piezoelectric elements 1 a and 1 b interfere in the internal space of the support 3, and the sound waves are radiated to the atmosphere through the through holes 4. As shown in FIG. 6, the sound waves y1 and y2 having the same phase interfere with each other in the internal space, so that the sound waves are amplified (y1 + y2). This doubles the sound wave generated from one transducer, and the sound pressure level increases accordingly.

なお、音圧レベルＰ（ｄＢ）は、
Ｐ＝１０ｌｏｇ₁₀｛Ｐ´² ／（２×１０^-5）² ｝
＝２０ｌｏｇ₁₀｛Ｐ´／２×１０^-5｝
で示され、実効音圧Ｐ´（Ｐａ：パスカル）は、音波の放射量に依存することから、２倍となれば、約６ｄＢの音圧レベルが増加する。すなわち、音響素子の側面に二つの振動子を形成することで、素子形状の増加を伴わず、大音量の音を放射することが可能となる。 The sound pressure level P (dB) is
P = ₁₀ log ₁₀ {P ′ ² / (2 × 10 ⁻⁵ ) ² }
= 20 log ₁₀ {P ′ / 2 × 10 ⁻⁵ }
The effective sound pressure P ′ (Pa: Pascal) is dependent on the radiation amount of the sound wave, so if it is doubled, the sound pressure level is increased by about 6 dB. That is, by forming two vibrators on the side surface of the acoustic element, it is possible to radiate a loud sound without increasing the element shape.

なお、図７で示されるように、圧電素子１は、上述のように２つの主面を有する圧電板（圧電セラミックス）１１からなり、この圧電板１１の主面のそれぞれに、上部電極層１２および下部電極層１３が形成されている。圧電板１１の分極方向１００は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、図７の矢印１００にて示した図の上方向（圧電素子１の厚み方向）となっている。 As shown in FIG. 7, the piezoelectric element 1 is composed of the piezoelectric plate (piezoelectric ceramics) 11 having two main surfaces as described above, and the upper electrode layer 12 is formed on each of the main surfaces of the piezoelectric plate 11. And the lower electrode layer 13 is formed. The polarization direction 100 of the piezoelectric plate 11 is not particularly limited, but in the present embodiment, it is an upward direction (thickness direction of the piezoelectric element 1) shown by the arrow 100 in FIG.

このように構成された圧電素子１は、上部電極層１２および下部電極層１３に交流電圧が印加されて交番的な電界が付与されると、図８（ａ），（ｂ）のように、その両主面が同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動（径拡がり運動）を行う。換言すれば、圧電素子１は、主面が拡大するような第１の変形モードと、主面が縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような運動を行う。このような運動を繰り返すことで、振動を発生し、音波を発生することが本発明の電気音響変換器の基本原理である。 When the piezoelectric element 1 configured in this way is applied with an alternating electric field by applying an alternating voltage to the upper electrode layer 12 and the lower electrode layer 13, as shown in FIGS. 8A and 8B, A radial expansion and contraction motion (diameter expansion motion) is performed so that both main surfaces expand or contract simultaneously. In other words, the piezoelectric element 1 performs a motion that repeats a first deformation mode in which the main surface expands and a second deformation mode in which the main surface contracts. The basic principle of the electroacoustic transducer of the present invention is to generate vibration and sound by repeating such movement.

以上のように、本発明に係る電気音響変換器は、電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能である。電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても利用することが可能である。 As described above, the electroacoustic transducer according to the present invention can be used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.). Since the overall shape of the electroacoustic transducer does not increase and the acoustic characteristics are improved, it can be used for portable electronic devices.

次に、本発明の第二の実施の形態を、図９の概略断面図を参照し説明する。なお、図９において図１と同等部分は同一符号により示している。本実施の形態では、二つの圧電素子１ａ，１ｂが互いに異なる形状であることが特徴である。すなわち、振動子の形状を各々異なる形状にすることにより、各振動子が異なる基本共振周波数を有することになる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. In FIG. 9, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The present embodiment is characterized in that the two piezoelectric elements 1a and 1b have different shapes. That is, by making the vibrators have different shapes, each vibrator has a different fundamental resonance frequency.

例えば、これまでの単一の振動子からなる電気音響変換器では、単一の共振特性を利用して音波を発生していたために、再生帯域が狭いという問題があり、また、共振周波数近傍で音響エネルギが最大化するために、基本共振周波数以下の帯域では、すなわち低域では、音圧レベルが小さく、音の重厚感がないという問題があった。 For example, conventional electroacoustic transducers composed of a single vibrator have a problem that a reproduction band is narrow because a sound wave is generated using a single resonance characteristic, and also near a resonance frequency. In order to maximize the acoustic energy, there is a problem that the sound pressure level is small and there is no profound feeling of sound in the band below the fundamental resonance frequency, that is, in the low band.

これを解決する手段として、電気音響変換器の基本共振周波数を低減させる方法があるが、エネルギ分布の点から考慮すれば、多大な振動エネルギが必要となる低域にエネルギシフトさせた場合、耳への感度が高い、１〜３ＫＨｚの音圧レベルが減少し、全体的な音量感が減少する問題点があった。 As a means for solving this problem, there is a method of reducing the fundamental resonance frequency of the electroacoustic transducer. However, considering the energy distribution, when the energy is shifted to a low range where a large amount of vibration energy is required, There is a problem that the sound pressure level of 1 to 3 KHz is reduced, and the overall volume feeling is reduced.

そこで、本発明の第二の実施の形態による音響変換器では、特定周波数帯域の音圧レベルを最大化するために、基本共振周波数が異なる二つの振動子を配置しているため、広い周波数帯域で高い音圧レベルを実現することができるようにしている。 Therefore, in the acoustic transducer according to the second embodiment of the present invention, in order to maximize the sound pressure level in the specific frequency band, two vibrators having different fundamental resonance frequencies are arranged, so that the wide frequency band In this way, a high sound pressure level can be realized.

例えば、音楽再生可能な１００Ｈｚ〜１０ＫＨｚでの帯域での再生を実現するために、基本共振周波数が５００Ｈｚ、１ＫＨｚである振動子を配置することで、低域の音量を増加することができることになる。 For example, in order to realize reproduction in a band of 100 Hz to 10 KHz where music can be reproduced, it is possible to increase a low-frequency volume by arranging a vibrator having a basic resonance frequency of 500 Hz and 1 KHz. .

また、この電気音響変換器において、二つの振動子の基本共振周波数を調整することにより、音圧レベル周波数の特性の平坦化が実現できる。これについては、分割振動と音響特性との関係、分割振動の姿態の説明を併せて詳しく述べる。 Further, in this electroacoustic transducer, the sound pressure level frequency characteristic can be flattened by adjusting the fundamental resonance frequency of the two vibrators. This will be described in detail together with a description of the relationship between the divided vibration and the acoustic characteristics and the form of the divided vibration.

図１０に示すように、分割振動は、基本共振周波数以降に発生する高次の振動モードが互いに重なり合うことで形成され、放射面内に上下逆の動きをする多数の振動モードが混在する。この振動に際には、面全体が同一方向に並進運動するピストン運動（基本共振周波数で発生する振動モード）と異なり、入力音響信号から音響振動への変換効率が、分割振動発生する周波数の前後で著しく変化し、音響信号以外の音響を生じさせ、特定の周波数で音が再生できなかったり、音が強調されたり、再生音が歪んだりして、音圧レベル周波数特性に起伏をもたらす原因となる（音響特性の山谷）。 As shown in FIG. 10, the divided vibration is formed by overlapping higher-order vibration modes generated after the fundamental resonance frequency, and a large number of vibration modes that move upside down are mixed in the radiation plane. In this vibration, unlike the piston movement (vibration mode generated at the fundamental resonance frequency) in which the entire surface translates in the same direction, the conversion efficiency from the input acoustic signal to the acoustic vibration is around the frequency at which the split vibration occurs. This causes a sound other than the sound signal, causing the sound to be unable to be reproduced at a specific frequency, enhancing the sound, or distorting the reproduced sound, causing the sound pressure level frequency characteristics to undulate. (Sound and valley of acoustic characteristics).

例えば、図１１で示される分割振動では、位相が異なる（同相と逆位相）の振動モードが規則的に混在した振動姿態を形成する。この分割振動における音響放射では、放射面内に混在した位相が異なる（同相と逆位相）の振動モードが互いに位相干渉し、放射音がキャンセリングされる。このことは、音圧が減衰し、ディップが発生されることを意味する。このため、分割振動をいかにして抑制するかが、音圧レベル周波数の平坦化実現に不可欠な課題とされていた。 For example, the divided vibration shown in FIG. 11 forms a vibration state in which vibration modes having different phases (in-phase and opposite phase) are regularly mixed. In acoustic radiation in this divided vibration, vibration modes having different phases mixed in the radiation plane (in-phase and opposite phase) interfere with each other, and the radiated sound is cancelled. This means that the sound pressure is attenuated and a dip is generated. For this reason, how to suppress the divided vibration has been regarded as an indispensable problem for realizing flattening of the sound pressure level frequency.

そこで、本発明では、複数の振動子のいずれかを、音響の山谷が発生する周波数に併せて駆動することにより、音圧ピークをキャンセルする逆位相となる音波を発生させることや、音圧ディップを修復する同位相の音波を発生させ、これらの音波を干渉させることで、音圧レベル周波数特性の平坦化が実現できる。 Therefore, in the present invention, any one of the plurality of vibrators is driven in accordance with the frequency at which the acoustic peaks and valleys are generated, thereby generating a sound wave having an opposite phase that cancels the sound pressure peak, and sound pressure dip. The sound pressure level frequency characteristics can be flattened by generating sound waves having the same phase for repairing and interfering these sound waves.

以上、本実施の形態に係る電気音響変換器は、電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音源としても利用可能である。また、電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても利用することが可能である。 As described above, the electroacoustic transducer according to this embodiment can also be used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, or the like). Further, since the shape of the entire electroacoustic transducer does not increase and the acoustic characteristics are improved, it can be used for a portable electronic device.

次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。本実施の形態では、非可聴帯域の音波、すなわち超音波を発生させる。ここでは、いずれか一つの振動子から超音波を発生させ、もう一つの振動子からＦＭ変調もしくはＡＭ変調をかけた同一周波数で同位相の超音波を発生させる。言い換えれば、パラメトリック音響変換器である。なお、本実施の形態の構造は、第一の実施の形態と同じである。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, a sound wave in a non-audible band, that is, an ultrasonic wave is generated. Here, an ultrasonic wave is generated from one of the vibrators, and an ultrasonic wave having the same phase is generated from the other vibrator by FM modulation or AM modulation. In other words, it is a parametric acoustic transducer. The structure of the present embodiment is the same as that of the first embodiment.

図１２で示すように、二つの超音波が内部空間内で干渉することで、ヘテロダイン検波を発生し、ＡＭ変調もしくはＦＭ変調のみ可聴波として生成される。この可聴波が貫通孔を通して外部空間に放射されることにより、音響再生が可能となるものである。本実施の形態では、音波を発生する周波数は２０ＫＨｚ以上であれば、特に限定されない。また、振動子の基本共振周波数は圧電セラミックスの外周形状に依存する。従って、再生周波数を高域にシフトさせることで、振動子形状の小径化が可能であり、電気音響変換器の自体の形状を小型化できる点で優位である。 As shown in FIG. 12, when two ultrasonic waves interfere in the internal space, heterodyne detection is generated, and only AM modulation or FM modulation is generated as an audible wave. This audible wave is radiated to the external space through the through hole, so that sound reproduction is possible. In the present embodiment, the frequency for generating the sound wave is not particularly limited as long as it is 20 KHz or higher. The fundamental resonance frequency of the vibrator depends on the outer peripheral shape of the piezoelectric ceramic. Therefore, it is advantageous in that the diameter of the vibrator can be reduced by shifting the reproduction frequency to a high frequency, and the shape of the electroacoustic transducer itself can be reduced.

次に、本発明の第四の実施の形態について説明する。本実施の形態の電気音響変換器では、振動子に、周知のＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）アクチュエータを使用するものであり、振動子以外の構成は第一の実施形態と同様である。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the electroacoustic transducer of the present embodiment, a known MEMS (micro electro mechanical system) actuator is used as the vibrator, and the configuration other than the vibrator is the same as that of the first embodiment. .

圧電型ＭＥＭＳアクチュエータについては、静電力、電磁力、圧電効果、熱歪みを用いた方式があり、いずれの方式も利用できるが、本実施の形態では、圧電効果を用いた方式を利用する。圧電型のＭＥＭＳアクチュエータは、圧電薄膜層と、上部可動電極層と、下部可動電極層とから構成される。第一の実施形態と同様に、圧電効果による振動振幅を発生させる機構であり、電極層への交流信号を入力することで、振動振幅を発生させる機構である。 As for the piezoelectric MEMS actuator, there are methods using electrostatic force, electromagnetic force, piezoelectric effect, and thermal strain, and any method can be used, but in this embodiment, a method using the piezoelectric effect is used. The piezoelectric MEMS actuator includes a piezoelectric thin film layer, an upper movable electrode layer, and a lower movable electrode layer. Similar to the first embodiment, this is a mechanism for generating vibration amplitude due to the piezoelectric effect, and is a mechanism for generating vibration amplitude by inputting an AC signal to the electrode layer.

なお、ＭＥＭＳアクチュエータの製造には、電極層にエアロゾルデポシション法を用いて、固体溶融粒子を吹きける方法など挙げられるが、特に製造方法は限定されない。このエアロゾルデポジション法を用いた場合には、曲面などの基材に容易に圧電膜を吸着できることから、振動子形状の自由度が高まり、電気音響変換器の特性向上に有用である。 In addition, although the method of blowing a solid molten particle to the electrode layer using the aerosol deposition method etc. is mentioned in manufacture of a MEMS actuator, a manufacturing method in particular is not limited. When this aerosol deposition method is used, the piezoelectric film can be easily adsorbed to a substrate such as a curved surface, so that the degree of freedom of the shape of the vibrator is increased and it is useful for improving the characteristics of the electroacoustic transducer.

上述した本発明による電気音響変換器の特性評価を、下記に示すように評価１〜評価３の評価項目で行った結果を説明する。 The result of having performed the characteristic evaluation of the electroacoustic transducer by this invention mentioned above by the evaluation item of the evaluation 1 to the evaluation 3 as shown below is demonstrated.

（評価１）音圧レベル周波数特性の測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍであり、周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとした。 (Evaluation 1) Measurement of sound pressure level frequency characteristics: The sound pressure level when an AC voltage of 1 V was input was measured with a microphone placed at a position away from the element by a predetermined distance. The predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified, and the frequency measurement range is 10 Hz to 10 kHz.

（評価２）音圧レベル周波数特性の平坦性測定：交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとし、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの測定範囲において、最大音圧レベルＰｍａｘと最小音圧レベルＰｍｉｎとの音圧レベル差により、音圧レベル周波数特性の平坦性を測定した。その結果、音圧レベル差（最大音圧レベルＰｍａｘと最小音圧レベルＰｍｉｎとの差のことを指す）が２０ｄＢ以内を良とし、２０ｄＢ以上を否とした。この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍである。 (Evaluation 2) Measurement of flatness of sound pressure level frequency characteristics: The sound pressure level when an AC voltage of 1 V was input was measured with a microphone placed at a position away from the element by a predetermined distance. The frequency measurement range was 10 Hz to 10 kHz, and in the measurement range of 2 kHz to 10 kHz, the flatness of the sound pressure level frequency characteristic was measured by the sound pressure level difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin. As a result, the sound pressure level difference (referring to the difference between the maximum sound pressure level Pmax and the minimum sound pressure level Pmin) was good within 20 dB, and was bad when over 20 dB. This predetermined distance is 10 cm unless otherwise specified.

（評価３）落下衝撃試験：電気音響変換器を搭載した携帯電話を５０ｃｍ直上から、５回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差のことを指す）が３ｄＢ以内を良とし、３ｄＢ以上を否とした。 (Evaluation 3) Drop impact test: A mobile phone equipped with an electroacoustic transducer was naturally dropped 5 times from directly above 50 cm, and a drop impact stability test was performed. Specifically, breakage such as cracks after the drop impact test was visually confirmed, and the sound pressure characteristics after the test were further measured. As a result, the sound pressure level difference (referring to the difference between the sound pressure level before the test and the sound pressure level after the test) was good within 3 dB, and was bad when over 3 dB.

［例１］
本発明の第一の実施の形態で説明した電気音響変換器の特性評価を実施した。その評価結果は以下の通りである。
音圧レベル（１ｋＨｚ）：９１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８８ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：９３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８５ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：良 [Example 1]
The characteristic evaluation of the electroacoustic transducer described in the first embodiment of the present invention was performed. The evaluation results are as follows.
Sound pressure level (1 kHz): 91 dB
Sound pressure level (3 kHz): 88 dB
Sound pressure level (5 kHz): 93 dB
Sound pressure level (10 kHz): 85 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: Good

上記の結果より明らかなように、本実施の形態による電気音響変換器によれば、音圧レベル周波数特性は平坦であり、大音量である。また、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、振動振幅が大きく、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で８０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer according to the present embodiment, the sound pressure level frequency characteristic is flat and the sound volume is high. Further, it was demonstrated that the fundamental resonance frequency is 1 kHz or less, the vibration amplitude is large, and the sound pressure level exceeds 80 dB in a wide frequency band of 1 to 10 kHz.

［比較例１］
比較例１として、図１３に示す動電型電気音響変換器を作製した。なお、図において、（Ａ）は縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の横断面図の一部であり、２１１は振動膜、２１２はボイスコイル、２１３はフレーム、２１４はポールピース、２１５，２１６は永久磁石、２１７はヨークである。このような動電型電気音響変換器は周知であるからその説明は省略する。 [Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, an electrodynamic electroacoustic transducer shown in FIG. In the figure, (A) is a longitudinal sectional view, (B) is a part of the transverse sectional view of (A), 211 is a vibrating membrane, 212 is a voice coil, 213 is a frame, and 214 is a pole piece. , 215 and 216 are permanent magnets, and 217 is a yoke. Since such an electrodynamic electroacoustic transducer is well known, its description is omitted.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：７７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：７５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：７６ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：９７ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：否 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 77 dB
Sound pressure level (3 kHz): 75 dB
Sound pressure level (5 kHz): 76 dB
Sound pressure level (10 kHz): 97 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: No

［例２］
本発明の第二の実施形態による電気音響変換器を作成した。
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：９０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：９５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：９０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８８ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：良 [Example 2]
An electroacoustic transducer according to the second embodiment of the present invention was created.
[result]
Sound pressure level (1 kHz): 90 dB
Sound pressure level (3 kHz): 95 dB
Sound pressure level (5 kHz): 90 dB
Sound pressure level (10 kHz): 88 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: Good

上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、上記の例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this example, it has the same characteristics as those of Example 1, and the sound pressure level frequency characteristics are flat.

［例３］
本発明の第三の実施の形態による電気音響変換器を作成した。
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：９１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８４ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：良 [Example 3]
An electroacoustic transducer according to the third embodiment of the present invention was created.
[result]
Sound pressure level (1 kHz): 87 dB
Sound pressure level (3 kHz): 91 dB
Sound pressure level (5 kHz): 85 dB
Sound pressure level (10 kHz): 84 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: Good

［例４］
本発明の第四の実施の形態による電気音響変換器を作成した。
［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８２ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８０ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：良 [Example 4]
An electroacoustic transducer according to the fourth embodiment of the present invention was created.
[result]
Sound pressure level (1 kHz): 84 dB
Sound pressure level (3 kHz): 82 dB
Sound pressure level (5 kHz): 81 dB
Sound pressure level (10 kHz): 80 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: Good

上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、先の例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。 As is clear from the above results, according to the electroacoustic transducer of this example, it has the same characteristics as the previous example 1, and the sound pressure level frequency characteristic is flat.

［例５］
ここでは、図１４の概略斜視図に示すように、一対の圧電素子１ａ，１ｂの輪郭形状が、円形ではなく、矩形状となるような構成としたものを、本発明の第五の実施の形態による電気音響変換器として作成した。なお、図１４において、図１，２と同等部分は同一符号により示している。 [Example 5]
Here, as shown in the schematic perspective view of FIG. 14, the configuration in which the contour shape of the pair of piezoelectric elements 1a and 1b is not a circle but a rectangle is used. It was created as an electroacoustic transducer according to form. In FIG. 14, the same parts as those in FIGS.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：９３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：９５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：９１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８８ｄＢ
音圧レベル周波数特性平坦性：良
落下衝撃安定：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 93 dB
Sound pressure level (3 kHz): 95 dB
Sound pressure level (5 kHz): 91 dB
Sound pressure level (10 kHz): 88 dB
Sound pressure level frequency characteristics Flatness: Good Drop impact stability: Good

［例６］
例６では、上記の例１に対して、弾性部材を変更した。弾性部材としてＰＥＴフィルムを使用した。 [Example 6]
In Example 6, the elastic member was changed with respect to Example 1 described above. A PET film was used as the elastic member.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：９０ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８４ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 83 dB
Sound pressure level (3 kHz): 84 dB
Sound pressure level (5 kHz): 90 dB
Sound pressure level (10 kHz): 84 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: Good

上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、弾性部材の材質に関わらず、上記の例１と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦である。 As is clear from the above results, the electroacoustic transducer of this example has a sound pressure level equivalent to that of Example 1 above, regardless of the material of the elastic member, and the sound pressure level frequency characteristic is flat. is there.

［例７］
例７では、上記の例１に対して、圧電材料を変更した。圧電材料としてポリフッ化ビニリデンを使用した。 [Example 7]
In Example 7, the piezoelectric material was changed from Example 1 described above. Polyvinylidene fluoride was used as the piezoelectric material.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８７ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性：良
落下衝撃安定：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 80 dB
Sound pressure level (3 kHz): 81 dB
Sound pressure level (5 kHz): 83 dB
Sound pressure level (10 kHz): 87 dB
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good Drop impact stability: Good

上記の結果より明らかなように、本例の電気音響変換器によれば、圧電材料の材質に関わらず、上記の例１と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性は平坦である。 As is clear from the above results, the electroacoustic transducer of this example has a sound pressure level equivalent to that of Example 1 above, regardless of the material of the piezoelectric material, and the sound pressure level frequency characteristic is flat. is there.

［例８］
例８では、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に上記の例１の電気音響変換器（丸印で示す）を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。 [Example 8]
In Example 8, a general mobile phone as shown in FIG. 15 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 1 (shown by a circle) was mounted in the casing. Specifically, the electroacoustic transducer is attached to the inner side surface of the casing of the mobile phone.

（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。 (Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８２ｄＢ
落下衝撃試験：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８４ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 84 dB
Sound pressure level (3 kHz): 85 dB
Sound pressure level (5 kHz): 88 dB
Sound pressure level (10 kHz): 82 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 84 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good

［例９］
例９として、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に例２の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気この音響変換器を貼り付ける構成とした。 [Example 9]
As Example 9, a general mobile phone as shown in FIG. 15 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 2 was mounted in this casing. Specifically, this acoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the mobile phone.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８２ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８４ｄＢ
落下衝撃試験：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 82 dB
Sound pressure level (3 kHz): 82 dB
Sound pressure level (5 kHz): 85 dB
Sound pressure level (10 kHz): 84 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good

［例１０］
例１０として、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に上記の例３の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。 [Example 10]
As Example 10, a general mobile phone as shown in FIG. 15 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 3 was mounted in this casing. Specifically, the electroacoustic transducer is attached to the inner side surface of the casing of the mobile phone.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８３ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８１ｄＢ
落下衝撃試験：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 84 dB
Sound pressure level (3 kHz): 86 dB
Sound pressure level (5 kHz): 83 dB
Sound pressure level (10 kHz): 81 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: good

［例１１］
例１１として、図１５に示すような一般的な携帯電話機を用意し、この筐体内に上記の例４の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。 [Example 11]
As Example 11, a general mobile phone as shown in FIG. 15 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 4 was mounted in this casing. Specifically, the electroacoustic transducer is attached to the inner side surface of the casing of the mobile phone.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８３ｄＢ
落下衝撃試験：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 82 dB
Sound pressure level (3 kHz): 85 dB
Sound pressure level (5 kHz): 81 dB
Sound pressure level (10 kHz): 83 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good

［例１２］
例１２として、図１６に示すような一般的なデスクトップ型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用意し、この筐体内に上記の例１の電気音響変換器を搭載した。具体的には、このＰＣの筐体内側面に、この電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
（評価）：素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行なった。 [Example 12]
As Example 12, a general desktop personal computer (PC) as shown in FIG. 16 was prepared, and the electroacoustic transducer of Example 1 described above was mounted in this casing. Specifically, the electroacoustic transducer is attached to the inner surface of the casing of the PC.
(Evaluation): The sound pressure level and the frequency characteristics were measured with a microphone placed at a position 10 cm away from the element. A drop impact test was also conducted.

［結果］
音圧レベル（１ｋＨｚ）：８０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）：８１ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）：８２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）：８１ｄＢ
落下衝撃試験：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性：良 [result]
Sound pressure level (1 kHz): 80 dB
Sound pressure level (3 kHz): 81 dB
Sound pressure level (5 kHz): 82 dB
Sound pressure level (10 kHz): 81 dB
Drop impact test: No cracks were observed in the piezoelectric element even after 5 drops, and the sound pressure level (1 kHz) measured after the test was 78 dB.
Flatness of sound pressure level frequency characteristics: Good

叙上の如く、本発明による電気音響変換器は、少なくとも一対の振動子を有し、この一対の振動子は互いの音響放射面が所定の間隙を空けて対向するように配置され、支持体による空間が形成されていることを特徴としている。また、一対の振動子が対向して形成される空間には、貫通孔が形成されており、振動子から発生する音波がこの貫通孔を通して、大気中に放射されるようになっている。 As described above, the electroacoustic transducer according to the present invention has at least a pair of vibrators, and the pair of vibrators are arranged so that their acoustic radiation surfaces face each other with a predetermined gap therebetween, and the support body. It is characterized by the formation of a space. A through hole is formed in a space formed by the pair of vibrators facing each other, and sound waves generated from the vibrator are emitted into the atmosphere through the through holes.

本構成によれば、振動子は電気信号の入力により振幅を発生させる電気機械変換器であり、一対の振動子から同時に音波が発生させることから、高い音圧レベルを得ることができる。また、本構成によれば、一つの振動子からＦＭ変調もしくはＡＭ変調させた超音波を発生させ、もう一つの振動子から同一周波数の超音波を発生させることを特徴としている。すなわち、空間内でＦＭもしくはＡＭ変調した超音波と、対向する振動子から発生する同一周波数の超音波が干渉することで、ヘテロダイン検波が発生し、可聴音を発生し、貫通孔を通して大気中に放射される。 According to this configuration, the vibrator is an electromechanical transducer that generates an amplitude by the input of an electric signal, and a sound wave is simultaneously generated from the pair of vibrators, so that a high sound pressure level can be obtained. Further, according to this configuration, an ultrasonic wave that has been FM-modulated or AM-modulated is generated from one vibrator, and an ultrasonic wave having the same frequency is generated from the other vibrator. That is, FM or AM-modulated ultrasonic waves in space interfere with ultrasonic waves of the same frequency generated by opposing transducers, generating heterodyne detection, generating audible sound, and entering the atmosphere through the through hole. Radiated.

本構成によれば、超音波振動子を利用するため、従来電気音響変換器用として利用される振動子に比べ小型化が可能である。基本共振周波数は振動子の外周に依存するため、１ＫＨｚ程度の基本共振周波数を持つ従来の振動子に比べ、超音波振動子は小型化に優位である。 According to this configuration, since an ultrasonic transducer is used, the size can be reduced as compared with a transducer conventionally used for an electroacoustic transducer. Since the fundamental resonance frequency depends on the outer periphery of the vibrator, the ultrasonic vibrator is superior to miniaturization as compared with a conventional vibrator having a fundamental resonance frequency of about 1 KHz.

また、音響エネルギの観点からもより高い周波数を持つ超音波振動子の方が、低い振動振幅で同等のエネルギを放射でき、機械振動子としての設計上優位である。また、本構成によれば、複数の振動子により形成された空間内で可聴音を生成するため、一つの電気音響変換器として扱うことができるため、携帯電話などの小型電子機器への実装上優位である。以上のように、本発明により、小型で高音質な電気音響変換器の実現が可能となる。 Also, from the viewpoint of acoustic energy, an ultrasonic vibrator having a higher frequency can radiate the same energy with a low vibration amplitude, and is superior in design as a mechanical vibrator. In addition, according to this configuration, since an audible sound is generated in a space formed by a plurality of vibrators, it can be handled as a single electroacoustic transducer, so that it can be mounted on a small electronic device such as a mobile phone. It is an advantage. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a small and high-quality electroacoustic transducer.

なお、上記実施の形態においては、一対の振動子（アクチュエータ）を用いているが、複数対の振動子をアレイ状に配置して構成したものを用いることができるものである。 In the above-described embodiment, a pair of vibrators (actuators) is used. However, a structure in which a plurality of pairs of vibrators are arranged in an array can be used.

１，１ａ，１ｂ圧電素子
２ａ，２ｂ弾性材料
３支持体
４貫通孔
１２上部電極
１３下部電極 1, 1a, 1b Piezoelectric element 2a, 2b Elastic material
3 Support
4 Through hole
12 Upper electrode
13 Lower electrode

Claims

入力信号がそれぞれ印加されて音響放射をなす第一及び第二のアクチュエータと、前記第一及び第二のアクチュエータをその音響放射面が互いに所定間隙をもって互いに平行で対向して配置されるように支持する支持体と、を含む電気音響変換器であって、
前記第一及び第二のアクチュエータの各々は、前記音響放射面に沿って伸縮運動する圧電素子と、前記圧電素子の一方の面に接合された弾性部材と、を有し、
前記圧電素子が接合された前記弾性部材は、前記支持体における前記第一又は第二のアクチュエータを支持する面に形成された貫通部の内部に配置され、前記弾性部材の周縁部は、フレームを介して前記貫通部の周縁部に接合され、
前記第一及び第二のアクチュエータの各々は、電界印加により振動振幅を発生する圧電アクチュエータであり、
前記支持体は、前記第一及び第二のアクチュエータが対向する間隙を取り囲むように構成されており、前記支持体には、前記間隙と外部空間とを連通する貫通孔が設けられ、
前記貫通孔から出射される音波の主たる放射方向において、前記第一のアクチュエータの前記圧電素子に対して前記第二のアクチュエータの前記圧電素子は大きく、前記第一のアクチュエータの前記弾性部材に対して前記第二のアクチュエータの前記弾性部材は大きい
ことを特徴とする電気音響変換器。 The first and second actuators that respectively generate acoustic radiation when an input signal is applied thereto, and the first and second actuators are supported such that their acoustic radiation surfaces are arranged in parallel and facing each other with a predetermined gap therebetween. An electroacoustic transducer comprising:
Each of the first and second actuators includes a piezoelectric element that expands and contracts along the acoustic radiation surface, and an elastic member joined to one surface of the piezoelectric element,
Wherein the elastic member which the piezoelectric element is bonded is disposed in the first or second actuator through portion formed in a surface supporting the in the support, the peripheral edge portion of the elastic member, the frame Is joined to the peripheral portion of the through portion,
Each of the first and second actuators is a piezoelectric actuator that generates a vibration amplitude by applying an electric field,
The support body is configured to surround a gap where the first and second actuators face each other, and the support body is provided with a through hole that communicates the gap and the external space.
In the main radiation direction of the sound wave emitted from the through hole, the piezoelectric element of the second actuator is larger than the piezoelectric element of the first actuator, and is larger than the elastic member of the first actuator. The electroacoustic transducer, wherein the elastic member of the second actuator is large .

前記第一及び第二のアクチュエータは、互いに周波数特性が異なることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。 It said first and second actuators, electro-acoustic transducer according to claim 1, wherein the frequency characteristics are different from each other.

前記入力信号は、前記第一及び第二のアクチュエータの動作を同期させる信号であることを特徴とする請求項１又は２記載の電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 1 or 2 , wherein the input signal is a signal for synchronizing the operations of the first and second actuators.

前記入力信号は、前記第一のアクチュエータに対して非可聴帯域の音波を発生させ、前記第二のアクチュエータに対して前記音波と同一周波数及び同一位相でＡＭ変調またはＦＭ変調された音波を発生させるものであり、これにより可聴音を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気音響変換器。 The input signal generates a sound wave in a non-audible band for the first actuator, and generates a sound wave that is AM-modulated or FM-modulated at the same frequency and phase as the sound wave for the second actuator. are those, electro-acoustic transducer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that thereby outputting an audible sound.

前記第一及び第二のアクチュエータは、バイモルフ型であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気音響変換器。 It said first and second actuators, electro-acoustic transducer according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a bimorph type.

前記第一及び第二のアクチュエータは、マイクロエレクトロメカニカルシステムにより形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to any one of claims 1 to 5, wherein the first and second actuators are formed by a microelectromechanical system.

請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気音響変換器を搭載したことを特徴とする電子機器。 An electronic apparatus comprising the electroacoustic transducer according to any one of claims 1 to 6 .