JPH11341584A - スピーカ装置 - Google Patents
スピーカ装置Info
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- JPH11341584A JPH11341584A JP10185614A JP18561498A JPH11341584A JP H11341584 A JPH11341584 A JP H11341584A JP 10185614 A JP10185614 A JP 10185614A JP 18561498 A JP18561498 A JP 18561498A JP H11341584 A JPH11341584 A JP H11341584A
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- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 abstract 1
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高音域の音も正確に再生することができ、し
かも大きい音を再生するときにも音圧が高くならないス
ピーカ装置を得る。 【解決手段】 スピーカ装置１０は発音振動子１２を含
み、発音振動子１２は、たとえば圧電体で形成された半
球状の振動体１４を含む。振動体１４の両面に、電極１
６，１８を形成する。これらの電極１６，１８間に、信
号入力手段としてのアンプ２０から入力信号を入力する
ことにより振動体１４を振動させ、音を発生させる。発
音振動子１２の共振周波数は、人間の可聴範囲の上限で
ある２０ｋＨｚ以上となるように設定する。さらに、振
動体１４の厚みを厚くして、その質量を大きくする。
かも大きい音を再生するときにも音圧が高くならないス
ピーカ装置を得る。 【解決手段】 スピーカ装置１０は発音振動子１２を含
み、発音振動子１２は、たとえば圧電体で形成された半
球状の振動体１４を含む。振動体１４の両面に、電極１
６，１８を形成する。これらの電極１６，１８間に、信
号入力手段としてのアンプ２０から入力信号を入力する
ことにより振動体１４を振動させ、音を発生させる。発
音振動子１２の共振周波数は、人間の可聴範囲の上限で
ある２０ｋＨｚ以上となるように設定する。さらに、振
動体１４の厚みを厚くして、その質量を大きくする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はスピーカ装置に関
し、特にたとえば、音楽再生用として使用されるスピー
カ装置に関する。
し、特にたとえば、音楽再生用として使用されるスピー
カ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】音楽再生用のスピーカ装置としては、た
とえばボイスコイルとマグネットを用いて、紙などをコ
ーン状に形成した振動体を振動させるダイナミック型ス
ピーカがある。また、電荷を用いて音を発生するコンデ
ンサスピーカなどがある。
とえばボイスコイルとマグネットを用いて、紙などをコ
ーン状に形成した振動体を振動させるダイナミック型ス
ピーカがある。また、電荷を用いて音を発生するコンデ
ンサスピーカなどがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のスピーカの共振周波数は４０〜２００Ｈｚ程度であ
り、人間の可聴範囲の上限と言われている約２０ｋＨｚ
よりかなり低いため、音楽を再生するときなどには、共
振周波数以上の周波数の音を再生していることになる。
駆動系を含む振動体の動きは、共振周波数において最も
良好であり、共振周波数より高い信号が入力されると、
入力信号に対して振動体の動きが遅れるという欠点があ
る。そのため、高音域の再生が忠実に行われないという
ことになる。たとえば、太鼓の音を聞く場合、実際に聞
いているときには、撥が太鼓の振動膜に当たる音が聞こ
えたのち、振動膜が振動して発生する太鼓の音が聞こえ
てくる。しかしながら、従来のスピーカで再生すると、
撥が振動膜に当たるときのかすかな音が再生されず、太
鼓の音のみが聞こえる。これは、撥が振動膜に当たると
きの周波数の高い信号が入力されても、それに対する振
動体の応答性が悪いため、そのような音が再生されない
うちに、その後に入力された周波数の低い太鼓の音を再
生してしまうためであると考えられる。
のスピーカの共振周波数は４０〜２００Ｈｚ程度であ
り、人間の可聴範囲の上限と言われている約２０ｋＨｚ
よりかなり低いため、音楽を再生するときなどには、共
振周波数以上の周波数の音を再生していることになる。
駆動系を含む振動体の動きは、共振周波数において最も
良好であり、共振周波数より高い信号が入力されると、
入力信号に対して振動体の動きが遅れるという欠点があ
る。そのため、高音域の再生が忠実に行われないという
ことになる。たとえば、太鼓の音を聞く場合、実際に聞
いているときには、撥が太鼓の振動膜に当たる音が聞こ
えたのち、振動膜が振動して発生する太鼓の音が聞こえ
てくる。しかしながら、従来のスピーカで再生すると、
撥が振動膜に当たるときのかすかな音が再生されず、太
鼓の音のみが聞こえる。これは、撥が振動膜に当たると
きの周波数の高い信号が入力されても、それに対する振
動体の応答性が悪いため、そのような音が再生されない
うちに、その後に入力された周波数の低い太鼓の音を再
生してしまうためであると考えられる。
【０００４】また、紙で形成された振動体などは、その
質量が小さいため、外圧による影響が大きく、外圧で音
響特性が変化する。また、音はエネルギーであると考え
られ、質量の小さい振動体を振動させて音を再生する場
合、大きいエネルギーの信号を入力すると、振動体の振
幅が大きくなり、それによって再生される音の音圧が高
くなる。ところが、音圧が高くなると、身体に及ぼす影
響が大きくなり、不快感を感じることになる。
質量が小さいため、外圧による影響が大きく、外圧で音
響特性が変化する。また、音はエネルギーであると考え
られ、質量の小さい振動体を振動させて音を再生する場
合、大きいエネルギーの信号を入力すると、振動体の振
幅が大きくなり、それによって再生される音の音圧が高
くなる。ところが、音圧が高くなると、身体に及ぼす影
響が大きくなり、不快感を感じることになる。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、高
音域の音も正確に再生することができ、しかも大きい音
を再生するときにも音圧が高くならないスピーカ装置を
提供することである。
音域の音も正確に再生することができ、しかも大きい音
を再生するときにも音圧が高くならないスピーカ装置を
提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、入力信号に
よって振動する振動体を含み、振動体の振動により音を
発生する発音振動子と、発音振動子に入力信号を印加す
る信号入力手段とを備えるスピーカ装置であって、発音
振動子の共振周波数を入力信号の周波数に対し高くした
ことを特徴とする、スピーカ装置である。このスピーカ
装置において、発音振動子は、振動体の質量の変化に対
し発音振動子の共振周波数がほとんど変化しない構造で
あることが望ましい。このようなスピーカ装置を得るた
めに、たとえば、振動体を圧電セラミックスで形成する
ことができる。
よって振動する振動体を含み、振動体の振動により音を
発生する発音振動子と、発音振動子に入力信号を印加す
る信号入力手段とを備えるスピーカ装置であって、発音
振動子の共振周波数を入力信号の周波数に対し高くした
ことを特徴とする、スピーカ装置である。このスピーカ
装置において、発音振動子は、振動体の質量の変化に対
し発音振動子の共振周波数がほとんど変化しない構造で
あることが望ましい。このようなスピーカ装置を得るた
めに、たとえば、振動体を圧電セラミックスで形成する
ことができる。
【０００７】発音振動子の共振周波数を入力信号の周波
数に対し高くすることにより、共振周波数以下の入力信
号に対する振動体の振動の遅れが小さくなる。特に、人
間の可聴範囲の上限である約２０ｋＨｚ以上の共振周波
数となるように発音振動子を設定しておけば、人間が聞
くことのできる音の全てを正確に再生することができ
る。また、発音振動子を振動体の質量変化に対する共振
周波数変化がほとんど生じない構造としていることか
ら、発音振動子の質量を大きくすることができ、これに
より、発音振動子は外圧の影響を少なくすることができ
る。さらに、発音振動子に大きいエネルギーの信号を入
力しても、振動体の振幅が大きくならず、再生される音
の音圧を小さくすることができる。そして、発音振動子
の質量を大きくするために、振動体を圧電セラミックス
で形成する。
数に対し高くすることにより、共振周波数以下の入力信
号に対する振動体の振動の遅れが小さくなる。特に、人
間の可聴範囲の上限である約２０ｋＨｚ以上の共振周波
数となるように発音振動子を設定しておけば、人間が聞
くことのできる音の全てを正確に再生することができ
る。また、発音振動子を振動体の質量変化に対する共振
周波数変化がほとんど生じない構造としていることか
ら、発音振動子の質量を大きくすることができ、これに
より、発音振動子は外圧の影響を少なくすることができ
る。さらに、発音振動子に大きいエネルギーの信号を入
力しても、振動体の振幅が大きくならず、再生される音
の音圧を小さくすることができる。そして、発音振動子
の質量を大きくするために、振動体を圧電セラミックス
で形成する。
【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１はこの発明のスピーカ装置の
一例を示す図解図である。スピーカ装置１０は、発音振
動子１２を含む。発音振動子１２は、図２および図３に
示すように、たとえば半球状の振動体１４を含む。振動
体１４は、たとえば圧電セラミックスで形成される。振
動体１４の両面には、それぞれ全面に電極１６および電
極１８が形成される。そして、振動体１４は、厚み方向
に分極される。さらに、スピーカ装置１０は、圧電振動
子１２に信号を与えるための信号入力手段として、たと
えばアンプ２０を含む。アンプ２０からは、２つの電極
１６，１８間に入力信号が入力される。
一例を示す図解図である。スピーカ装置１０は、発音振
動子１２を含む。発音振動子１２は、図２および図３に
示すように、たとえば半球状の振動体１４を含む。振動
体１４は、たとえば圧電セラミックスで形成される。振
動体１４の両面には、それぞれ全面に電極１６および電
極１８が形成される。そして、振動体１４は、厚み方向
に分極される。さらに、スピーカ装置１０は、圧電振動
子１２に信号を与えるための信号入力手段として、たと
えばアンプ２０を含む。アンプ２０からは、２つの電極
１６，１８間に入力信号が入力される。
【００１０】このスピーカ装置１０では、振動体１４の
両面の電極１６，１８間に入力信号を入力することによ
り、振動体１４が振動し、それによって音を発生させる
ことができる。このような半球状の発音振動子１２の共
振周波数ｆ0 は、次に示すような近似式で求められる。
両面の電極１６，１８間に入力信号を入力することによ
り、振動体１４が振動し、それによって音を発生させる
ことができる。このような半球状の発音振動子１２の共
振周波数ｆ0 は、次に示すような近似式で求められる。
【００１１】
【数１】
【００１２】この近似式において、ａは振動体１４の半
径であり、Ｅは振動体１４のヤング率であり、ρは振動
体１４の密度であり、σはポアソン比である。たとえ
ば、圧電セラミックスで半球状の振動体１４を形成する
場合、半径ａ＝４ｃｍで人間の可聴範囲の上限である２
０ｋＨｚ以上となる２５ｋＨｚの共振周波数を有する発
音振動子１２を得ることができる。共振周波数以下の周
波数を有する入力信号に対しては、振動体１４の振動の
応答性は良好であるため、この発音振動子１２を用いる
ことにより、人間が聞くことができる音の全てを正確に
再生することができる。
径であり、Ｅは振動体１４のヤング率であり、ρは振動
体１４の密度であり、σはポアソン比である。たとえ
ば、圧電セラミックスで半球状の振動体１４を形成する
場合、半径ａ＝４ｃｍで人間の可聴範囲の上限である２
０ｋＨｚ以上となる２５ｋＨｚの共振周波数を有する発
音振動子１２を得ることができる。共振周波数以下の周
波数を有する入力信号に対しては、振動体１４の振動の
応答性は良好であるため、この発音振動子１２を用いる
ことにより、人間が聞くことができる音の全てを正確に
再生することができる。
【００１３】スピーカ装置の応答性について、共振周波
数ｆ0 ＝２５ｋＨｚの本願発明のスピーカ装置と共振周
波数ｆ0 ＝１００Ｈｚの従来のダイナミック型のスピー
カ装置とを比較し、そのシミュレーションの結果を図４
に示した。図４においては、Ｑ＝０．７０７一定で、パ
ルス幅１０ｍＳのインパルスを入力したときの各スピー
カ装置の振動体の応答性が示されている。その結果、ｆ
0 ＝１００Ｈｚのスピーカ装置では、インパルスに対し
て振動体の変位が遅れるのに対して、ｆ0 ＝２５ｋＨｚ
のスピーカ装置では、振動体の変位はインパルスの入力
とほぼ同じ変位が得られた。なお、図４においては、入
力されたインパルスの波形とｆ0 ＝２５ｋＨｚのスピー
カ装置の変位波形とが重なっているため、２つの波形し
か示されていない。この結果より、ｆ0 ＝１００Ｈｚの
従来のスピーカ装置に比べて、ｆ 0 ＝２５ｋＨｚの本願
発明のスピーカ装置のほうが、応答性が良好であること
がわかる。
数ｆ0 ＝２５ｋＨｚの本願発明のスピーカ装置と共振周
波数ｆ0 ＝１００Ｈｚの従来のダイナミック型のスピー
カ装置とを比較し、そのシミュレーションの結果を図４
に示した。図４においては、Ｑ＝０．７０７一定で、パ
ルス幅１０ｍＳのインパルスを入力したときの各スピー
カ装置の振動体の応答性が示されている。その結果、ｆ
0 ＝１００Ｈｚのスピーカ装置では、インパルスに対し
て振動体の変位が遅れるのに対して、ｆ0 ＝２５ｋＨｚ
のスピーカ装置では、振動体の変位はインパルスの入力
とほぼ同じ変位が得られた。なお、図４においては、入
力されたインパルスの波形とｆ0 ＝２５ｋＨｚのスピー
カ装置の変位波形とが重なっているため、２つの波形し
か示されていない。この結果より、ｆ0 ＝１００Ｈｚの
従来のスピーカ装置に比べて、ｆ 0 ＝２５ｋＨｚの本願
発明のスピーカ装置のほうが、応答性が良好であること
がわかる。
【００１４】また、前記近似式からわかるように、発音
振動子１２の共振周波数ｆは、振動体１４の厚みにほと
んど影響されないため、ある範囲内で振動体１４の厚み
を厚くすることにより、発音振動子１２の質量を大きく
することができる。ここで、本実施の形態で説明してい
る半径４ｃｍの半球状圧電セラミックスで振動体１４を
形成したスピーカ装置１０において、振動体１４の厚み
および質量と発音振動子１２の共振周波数との関係を表
１に示す。
振動子１２の共振周波数ｆは、振動体１４の厚みにほと
んど影響されないため、ある範囲内で振動体１４の厚み
を厚くすることにより、発音振動子１２の質量を大きく
することができる。ここで、本実施の形態で説明してい
る半径４ｃｍの半球状圧電セラミックスで振動体１４を
形成したスピーカ装置１０において、振動体１４の厚み
および質量と発音振動子１２の共振周波数との関係を表
１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】音はエネルギーであると考えられることか
ら、発音振動子１２の質量が大きくなると、同じ音響エ
ネルギーを得るには、振動体１４の振幅は小さくなり、
発生する音の音圧を低くすることができる。したがっ
て、大きな音を再生しても、その音圧は大きくならず、
人間の身体に与える影響を小さくすることができ、快適
な音を得ることができる。
ら、発音振動子１２の質量が大きくなると、同じ音響エ
ネルギーを得るには、振動体１４の振幅は小さくなり、
発生する音の音圧を低くすることができる。したがっ
て、大きな音を再生しても、その音圧は大きくならず、
人間の身体に与える影響を小さくすることができ、快適
な音を得ることができる。
【００１７】また、音圧による部屋の定在波や呼吸およ
び室内に存在する物の振動などを抑えることができ、快
適な音を得ることができる。さらに、振動体１４の質量
を大きくすることにより、外圧により振動体１４の振動
が阻害されるといった外的影響が小さくなり、音響特性
の劣化を抑えることができる。
び室内に存在する物の振動などを抑えることができ、快
適な音を得ることができる。さらに、振動体１４の質量
を大きくすることにより、外圧により振動体１４の振動
が阻害されるといった外的影響が小さくなり、音響特性
の劣化を抑えることができる。
【００１８】なお、このように、振動体１４の質量を変
化させても発音振動子１２の共振周波数が変化せず、上
述のような作用効果を得るスピーカ装置としては、振動
体１４の形状を必ずしも半球状とする必要はなく、球状
や球の一部の形状であってもよい。さらに、圧電振動子
１２としては、図５に示すように、圧電体で形成された
円板状の振動体１４の両面に電極１６，１８を形成した
ものでもよい。この場合も、振動体１４の厚みを厚くし
て質量を大きくすることにより、上述のような効果を得
ることができる。
化させても発音振動子１２の共振周波数が変化せず、上
述のような作用効果を得るスピーカ装置としては、振動
体１４の形状を必ずしも半球状とする必要はなく、球状
や球の一部の形状であってもよい。さらに、圧電振動子
１２としては、図５に示すように、圧電体で形成された
円板状の振動体１４の両面に電極１６，１８を形成した
ものでもよい。この場合も、振動体１４の厚みを厚くし
て質量を大きくすることにより、上述のような効果を得
ることができる。
【００１９】また、振動体１４の材質としては、圧電セ
ラミックスのような密度が大きい材質を用いて構成する
ことにより、上述の作用効果の達成がより容易となると
ともに、圧電セラミックスは電気信号を入力するだけで
自らが励振する材質であることから、振動体１４を振動
させるための他の機械的駆動手段を必要とせず、スピー
カ装置の構成も簡略化される。
ラミックスのような密度が大きい材質を用いて構成する
ことにより、上述の作用効果の達成がより容易となると
ともに、圧電セラミックスは電気信号を入力するだけで
自らが励振する材質であることから、振動体１４を振動
させるための他の機械的駆動手段を必要とせず、スピー
カ装置の構成も簡略化される。
【００２０】
【発明の効果】この発明によれば、発音振動子の共振周
波数を高く設定することにより、入力信号に対する振動
体の振動の遅れがなく、人間の可聴範囲における全ての
音を正確に再生することができる。また、発音振動子の
質量を大きくすることにより、音圧の低い快適な音を得
ることができ、しかも外圧による影響の少ないスピーカ
装置を得ることができる。
波数を高く設定することにより、入力信号に対する振動
体の振動の遅れがなく、人間の可聴範囲における全ての
音を正確に再生することができる。また、発音振動子の
質量を大きくすることにより、音圧の低い快適な音を得
ることができ、しかも外圧による影響の少ないスピーカ
装置を得ることができる。
【図１】この発明のスピーカ装置の一例を示す図解図で
ある。
ある。
【図２】図１に示すスピーカ装置に用いられる発音振動
子の一例を示す斜視図である。
子の一例を示す斜視図である。
【図３】図２に示す発音振動子の断面図である。
【図４】この発明のスピーカ装置と従来のスピーカ装置
の応答性を示すグラフである。
の応答性を示すグラフである。
【図５】この発明のスピーカ装置の他の例を示す斜視図
である。
である。
１０ スピーカ装置 １２ 発音振動子 １４ 振動体 １６ 電極 １８ 電極 ２０ アンプ
Claims (3)
- 【請求項１】 入力信号によって振動する振動体を含
み、前記振動体の振動により音を発生する発音振動子
と、前記発音振動子に前記入力信号を印加する信号入力
手段とを備えるスピーカ装置であって、 前記発音振動子の共振周波数を前記入力信号の周波数に
対し高くしたことを特徴とする、スピーカ装置。 - 【請求項２】 前記発音振動子は、前記振動体の質量の
変化に対し、前記発音振動子の共振周波数がほとんど変
化しない構造であることを特徴とする、請求項１に記載
のスピーカ装置。 - 【請求項３】 前記振動体は、圧電セラミックスからな
ることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の
スピーカ装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18561498A JP3644259B2 (ja) | 1998-03-24 | 1998-06-15 | スピーカ装置 |
| US09/266,711 US6590992B1 (en) | 1998-03-24 | 1999-03-11 | Speaker device |
| GB9905803A GB2335820B (en) | 1998-03-24 | 1999-03-12 | Speaker device |
| DE19913132A DE19913132C2 (de) | 1998-03-24 | 1999-03-23 | Lautsprechergerät |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-96708 | 1998-03-24 | ||
| JP9670898 | 1998-03-24 | ||
| JP18561498A JP3644259B2 (ja) | 1998-03-24 | 1998-06-15 | スピーカ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11341584A true JPH11341584A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3644259B2 JP3644259B2 (ja) | 2005-04-27 |
Family
ID=26437881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18561498A Expired - Lifetime JP3644259B2 (ja) | 1998-03-24 | 1998-06-15 | スピーカ装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6590992B1 (ja) |
| JP (1) | JP3644259B2 (ja) |
| DE (1) | DE19913132C2 (ja) |
| GB (1) | GB2335820B (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3528041B2 (ja) * | 1999-07-27 | 2004-05-17 | 株式会社村田製作所 | スピーカ |
| JP3907616B2 (ja) * | 2003-10-03 | 2007-04-18 | 太陽誘電株式会社 | 電子機器 |
| JP5578218B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2014-08-27 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電サウンダ |
| US10805751B1 (en) * | 2019-09-08 | 2020-10-13 | xMEMS Labs, Inc. | Sound producing device |
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