JP7550616B2 - 音響装置 - Google Patents

Description

本発明は、音響装置に関する。

音響装置は、入力された電気信号を物理的な振動に変換する振動系を有している。強誘電性セラミックスなどからなる圧電スピーカは、軽量かつ低消費電力の利点を有することから、様々な用途で用いられている。

一方において、圧電スピーカは、低域周波数における音圧が十分ではないという技術的課題を有している。一般に、圧電スピーカに用いられる強誘電性セラミックスは、高い剛性を有し、大きいばね定数を有している。このため、振動系の最低共振周波数が高くなり、低周波数帯域の音圧が不十分となり易い。また、圧電素子の振動系の内部抵抗は小さいことから、振動系の共振尖鋭度が大きくなり、周波数特性にピークおよびディップが生じ易い。特許文献１に記載された技術は、圧電スピーカのプレートの材質及び質量を調整することによって、所望の周波数特性を実現することを試みている。

特開２０１０－１５７８８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、圧電スピーカを構成する各部材の材質、質量などの調整を要するものである。このため、所望の周波数特性が得られるまで圧電スピーカの設計変更を繰り返さなければならず、所望の周波数特性を実現するのは困難であった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、所望の周波数特性を容易に実現可能な音響装置を得ることを目的とする。

本発明の一観点によれば、入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、前記圧電素子の振動に応じて振動する振動部材と、前記圧電素子に接続された第１磁石と、前記第１磁石に対向するように配された第２磁石と、を備えることを特徴とする音響装置が提供される。

本発明によれば、磁力を用いて圧電素子の振動を制御することにより、所望の周波数特性を容易に実現することが可能となる。

第１実施形態に係る音響装置の概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る音響装置の具体的構成の平面図である。 第１実施形態に係る音響装置の具体的構成の断面図である。 第１実施形態に係る圧電素子の構造をより詳細に示す断面図である。 第１実施形態に係る圧電素子に電圧が印加されたときの変形を示す模式図である。 第１実施形態に係る圧電素子に電圧が印加されたときの変形を示す模式図である。 比較例による音響装置の構造を示す概略断面図である。 第１実施形態に係る音響装置の周波数特性を説明するための図である。 第２実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第３実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第４実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第５実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第６実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第７実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第８実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第９実施形態に係る音響装置の具体的構成の平面図である。 第９実施形態に係る音響装置の具体的構成の断面図である。 第１０実施形態に係る音響装置の構造を示す概略断面図である。 第１１実施形態に係る表示装置の概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面を通じて共通する機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る音響装置１の概略構成を示すブロック図である。図１を参照しつつ、音響装置１に流れる信号の流れについて説明する。音響装置１は、単独でスピーカとして用いられてもよく、広告用看板、ポスター、案内板等に内蔵されるものであってもよい。本実施形態の音響装置１の用途は、特に限定されるものではない。

音響装置１は、圧電素子１１を有する。圧電素子１１は、入力された音声信号に基づく電圧が印加されると、逆圧電効果により変位する素子である。圧電素子１１は、例えば、バイモルフ（Ｂｉｍｏｒｐｈ）、ユニモルフ（Ｕｎｉｍｏｒｐｈ）、マルチモルフ（Ｍｕｌｔｉｍｏｒｐｈ）等の電圧に応じて屈曲変位する素子であり得る。入力される音声信号は通常は交流電圧であるため、圧電素子１１は、入力された音声信号に応じて振動する振動素子として機能する。

ホストシステム２は、音声信号を供給することにより音響装置１を制御する装置又は複数の装置を含むシステムである。しかしながら、ホストシステム２は、音響装置１の用途に応じて、画像信号（例えばＲＧＢデータ）、タイミング信号（垂直同期信号、水平同期信号、データイネーブル信号等）等の他の信号を更に供給する場合もある。ホストシステム２は、例えば、音源再生装置、構内放送装置、ラジオ放送再生システム、テレビシステム、セットトップボックス、ナビゲーションシステム、光ディスクプレーヤー、コンピュータ、ホームシアターシステム、ビデオ電話システム等であり得る。なお、音響装置１とホストシステム２は一体の装置であってもよく、別の装置であってもよい。

ホストシステム２は、入力部２０１、Ｄ／Ａ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ）変換器２１１、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路２１２、トランジスタ２２１，２２２、コイル２２３、キャパシタ２２４を備える。入力部２０１は、圧電素子１１を制御するためのデジタル信号を入力する。Ｄ／Ａ変換器２１１は、入力部２０１から入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。ＰＷＭ回路２１２は、Ｄ／Ａ変換器２１１から入力されたアナログ信号をパルス幅変調し、パルス信号を出力する。ＰＮＰ型のトランジスタ２２１およびＮＰＮ型のトランジスタ２２２はプッシュプル回路を形成する。すなわち、トランジスタ２２１、２２２のコレクタ端子は互いに接続され、トランジスタ２２１、２２２のベース端子は互いに接続されている。トランジスタ２２１のエミッタ端子には正の電圧＋Ｖｄｄが印加され、トランジスタ２２２のエミッタ端子には負の電圧－Ｖｄｄが印加される。トランジスタ２２１、２２２のベース端子には、ＰＷＭ回路２１２からパルス信号が印加され、トランジスタ２２１、２２２はパルス信号に応じて相補的にオンまたはオフに駆動される。例えば、正のパルス信号がトランジスタ２２１、２２２のベース端子に印加されると、トランジスタ２２１はオンとなり、トランジスタ２２２はオフとなる。このため、トランジスタ２２１、２２２のコレクタ端子の電圧は電圧＋Ｖｄｄとなる。一方、負のパルス信号がトランジスタ２２１、２２２のベース端子に印加されると、トランジスタ２２１はオフとなり、トランジスタ２２２はオンとなる。このため、トランジスタ２２１、２２２のコレクタ端子の電圧は電圧－Ｖｄｄとなる。また、パルス信号の電位が接地電位になると、トランジスタ２２１、２２２はともにオフとなる。コイル２２３、キャパシタ２２４はローパスフィルタとして機能し、トランジスタ２２１、２２２のコレクタ端子におけるパルス信号を平滑化し、駆動信号として圧電素子１１に出力する。

図２は、第１実施形態に係る音響装置１の具体的構成の平面図である。図３は、第１実施形態に係る音響装置１の具体的構成の断面図である。図３は、図２における３－３’線における断面図を示している。図２及び図３を相互に参照しつつ、第１実施形態に係る音響装置１の具体的構成を説明する。

図２、図３に示されているように、音響装置１は、圧電素子１１、振動部材１２、弾性部材１３、筐体１４、第１磁石１５及び第２磁石１６を有する。

筐体１４は、４つの側壁および１つの底壁を備える箱状をなしている。筐体１４は、例えば、ガラス、樹脂、金属、木材、硬質紙等の材料から構成され得るが、筐体１４の材料は特定の材料に限定されない。筐体１４の側壁の内側には、矩形の開口部が形成されている。振動部材１２は矩形の薄板状をなし、開口部を塞ぐように筐体１４に取り付けられている。振動部材１２と筐体１４との間は、例えば、不図示の圧着樹脂材料、接着剤、接着テープ等により、隙間なく接続され得る。振動部材１２は、ガラス、樹脂、硬質紙、圧縮紙等のように振動し易い部材であることが望ましい。筐体１４の容積および形状を適宜変更することにより、音響装置１の周波数特性を変更することができる。例えば、筐体１４の容積を大きくすることにより、低域周波数における音圧を向上させることが可能となる。

圧電素子１１は、図２の平面視において、例えば、長手方向（図中のｙ方向）及び短手方向（図中のｘ方向）を有する矩形をなしている。これにより、長手方向に沿う断面（３－３’線）から見て屈曲するような変形が生じる。圧電素子１１は振動部材１２の中央位置に配され、圧電素子１１の振動は振動部材１２の中央位置から周囲に伝播される。なお、圧電素子１１の形状は限定されず、円形、楕円形、正多角形などであっても良い。また、圧電素子１１の数も１つに限定されず、複数の圧電素子１１が設けられても良い。

弾性部材１３は、柱状をなし、圧電素子１１と振動部材１２との間に配されている。平面視において、弾性部材１３は圧電素子１１の中央に配されている。弾性部材１３の数および位置は必ずしも、図２、図３の例に限定されず、例えば２つの弾性部材１３が平面視において圧電素子１１の両端部近傍に配されてもよい。弾性部材１３は、弾性を有する材料により構成され、典型的には、圧電素子１１及び振動部材１２よりも小さい弾性率を有するゴム等の弾性体により構成される。弾性部材１３は最低共振周波数を下げる効果を奏する。このため、圧電素子１１の高周波振動に比べて低周波振動が振動部材１２に伝達され易くなり、振動部材１２における低周波振動の音圧を向上させることができる。圧電素子１１と弾性部材１３とは接着部材１２１により接続され、振動部材１２と弾性部材１３とは接着部材１３１により接続される。接着部材１２１及び１３１は、圧着樹脂材料、接着剤、接着テープ等により構成され得る。

第１磁石１５、第２磁石１６は、薄板状をなすとともに、例えば、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石等から構成され得る。第１磁石１５は、圧電素子１１の面のうち、振動部材１２の側の面とは逆の面に配される。また、第２磁石１６は、第１磁石１５と対向するように、筐体１４の底壁の内側の面に配される。図２の平面視において、第１磁石１５、第２磁石１６、弾性部材１３は重なるように配されることが望ましい。すなわち、第１磁石１５、第２磁石１６、弾性部材１３はｚ方向において互いに対向するように配される。このような構成により、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力が、弾性部材１３を介して振動部材１２に効率よく伝達されるようになる。圧電素子１１と第１磁石１５との間は接着部材１５１により接続され、筐体１４と第２磁石１６との間は接着部材１６１により接続される。接着部材１５１及び１６１は、接着部材１２１及び１３１と同様に構成される。なお、第１磁石１５、第２磁石１６は、同じ磁極（Ｎ極とＮ極、またはＳ極とＳ極）が対向するように配されても良く、異なる磁極（Ｎ極とＳ極）が対向するように配されてもよい。また、第１磁石１５と第２磁石１６とは距離ｄをもって離隔して配されている。距離ｄは０より大きい任意の値であり得る。また、第１磁石１５、第２磁石１６のそれぞれの磁束密度も任意の値であり得る。第１磁石１５、第２磁石１６の磁束密度、距離ｄの値に応じて、振動部材１２に及ぼす力が適宜設定され得る。

図４は、第１実施形態に係る圧電素子１１の構造をより詳細に示す断面図である。図４は、図２における３－３’線における断面図を示している。また、図４は、２層の圧電層が積層されたバイモルフの圧電素子１１を例として、圧電素子１１に含まれる各電極の接続を回路図により模式的に示している。

圧電素子１１は、電極１１１、１１３、１１５及び圧電層１１２、１１４を含む圧電部１１６を有する。最も振動部材１２に近い側に設けられている電極１１１（第１電極）は、弾性部材１３に接続されている。電極１１１及び電極１１３（第２電極）は、圧電層１１２（第１圧電層）を厚さ方向に挟むように配されている。電極１１３及び電極１１５（第３電極）は、圧電層１１４（第２圧電層）を厚さ方向に挟むように配されている。圧電層１１２、１１４の内部に図示されている矢印は、圧電層１１２、１１４の分極方向を示している。すなわち、圧電層１１２及び圧電層１１４の分極方向は同一である。なお、電極１１１、１１３、１１５には、ハンダ付けなどにより各電極に電圧を印加するための配線が接続され得るが、図４においては配線の図示は省略されている。

圧電素子１１に印加される電圧は、音声信号の周波数に応じた交流電圧と考えることができる。図４は、この交流電圧を交流電源Ｖとして示している。交流電源Ｖの一方の端子は、電極１１１、１１５に接続されており、他方の端子は、電極１１３に接続される。言い換えると、電極１１１と電極１１５には同相の電圧が印加され、電極１１１と電極１１３には逆相の電圧が印加され、電極１１３と電極１１５にも逆相の電圧が印加される。これにより、圧電層１１２と圧電層１１４には逆向きの電圧が印加される。

圧電層１１２、１１４の材料は、特に限定されるものではないが、変位量を大きくする、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電性が良好な強誘電性セラミックス等であることが望ましい。また、図４の構成では不図示であるが、圧電素子１１の外周は他の部材とのショートを避けるために樹脂等の絶縁体で覆われていてもよい。

図５及び図６は、第１実施形態に係る圧電素子１１に電圧が印加されたときの変形を示す模式図である。図４に示されているように圧電層１１２、１１４の分極方向は同じ向きであり、圧電層１１２、１１４の印加電圧は逆向きである。これにより、圧電層１１２と圧電層１１４との伸縮方向は互いに逆になる。

図５に示されているように、圧電層１１２が横方向（ｙ方向または－ｙ方向）に収縮する際、圧電層１１４は、横方向に伸長する。これにより、圧電素子１１の端部は下方向（ｚ方向）に変形し、圧電素子１１の中央部は上方向（－ｚ方向）に変形する。印加電圧が逆極性になると、図６に示されているように、圧電層１１２は横方向に伸張し、圧電層１１４は横方向に収縮する。これにより、圧電素子１１の端部は上方向に変形し、圧電素子１１の中央部は下方向に変形する。

音声信号に基づく交流電圧が圧電素子１１に印加されると、圧電素子１１は図５の状態と図６の状態とを交互に繰り返す。このようにして、圧電素子１１の振動が振動部材１２に伝わり、振動部材１２が振動する。したがって、振動部材１２からは音声信号に基づく音が発せられる。

本実施形態において、圧電素子１１および振動部材１２を含む振動系は、第１磁石１５と第２磁石１６との磁力によって付勢されている。磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。振動系の質量が実質的に増加することにより、振動系の最低共振周波数が低くなり、低域周波数の音圧を向上させることができる。また、振動系の機械抵抗が増加することによって、振動系の共振尖鋭度は小さくなり、周波数特性のピークおよびディップを抑えることができる。

距離ｄあるいは第２磁石１６の材質を調整することで、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力を調整することができる。特に、距離ｄの調整は、振動系を構成する各部材の材質または質量の変更を要せず、振動系の周波数特性を容易に調整することができる。このように、本実施形態によれば、磁力を用いて圧電素子１１の振動を制御することにより、所望の周波数特性を容易に実現可能な音響装置１が得られる。特に、圧電素子１１を含む振動系の材質または質量を変更することなく、従来より不十分とされていた低域の音圧を向上させることが可能となる。

また、本実施形態において、筐体１４に設けられた第２磁石１６は、圧電素子１１に設けられた第１磁石１５と接触していない。このため、圧電素子１１の振動が筐体１４に伝達し難くなり、筐体１４の不要な振動を抑え、振動部材１２から発せられる音圧を向上させることが可能となる。ここで、比較例として、図７に示された音響装置を参照しながら説明する。図７において、第１磁石１５、第２磁石１６に代えて、弾性部材１７が筐体１４と圧電素子１１との間に設けられている。弾性部材１７は、ゴムなどの弾性を有する材料により構成され得る。圧電素子１１と弾性部材１７とは接着部材１７１により接続され、筐体１４の底壁と弾性部材１７とは接着部材１７２により接続される。圧電素子１１は弾性部材１７によって振動部材１２の側に向かう応力を受け、比較例による構成においても弾性部材１７によって振動系の周波数特性を調整し得る。

しかしながら、図７の比較例において、圧電素子１１の振動は、弾性部材１７を介して筐体１４の底壁にも伝達される。その際、筐体１４の底壁は、振動部材１２の振動と逆位相の振動をする。筐体１４の底壁から発する音は、振動部材１２へと回りこみ、振動部材１２から発する音を打ち消してしまう。このため、特に低域周波数の音圧が不十分となり得る。一方、本実施形態によれば、圧電素子１１と筐体１４の底壁とが接触していないため、比較例における課題を回避することができる。すなわち、本実施形態によれば、音圧の低下を防ぎつつ、所望の周波数特性を得ることが可能となる。

図８は、本実施形態に係る音響装置１の周波数特性を説明するための図である。図８において、横軸は圧電素子１１に印加された信号の周波数を示し、縦軸は音響装置１から発せられた音圧を示している。横軸、縦軸は対数にて表記されている。また、実線は本実施形態における音響装置１の周波数特性を示し、破線は磁石が設けられていない従来の音響装置の周波数特性を示している。なお、従来の音響装置の振動系には磁石が設けられていないが、振動系の質量は本実施形態における振動系の質量と同等であるとする。

図８からも明らかなように、本実施形態によれば、低域周波数、特に２００Ｈｚから５００Ｈｚ付近の音圧が従来技術と比較して顕著に向上している。すなわち、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力によって、振動系の低域周波数における音圧が特に向上することが確認できる。また、第１実施形態の方が２００Ｈｚから１５００Ｈｚ付近の低音域から中音域において安定した音圧が得られていることがわかる。さらに、本実施形態において、中音域から高音域の音圧のピークおよびディップが低減され、周波数特性の平坦性が向上していることが確認できる。

以上述べたように、本実施形態によれば、磁力を用いて圧電素子１１の振動を制御することにより、所望の周波数特性を容易に実現することが可能となる。

［第２実施形態］
続いて、第２実施形態に係る音響装置１を図９を参照しながら説明する。本実施形態は、第１磁石１５が圧電素子１１の下面に配されている点において第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図９は、第２実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。第１磁石１５は、圧電素子１１の下面であって、圧電素子１１と弾性部材１３との間に配されている。弾性部材１３と第１磁石１５とは接着部材１３１によって接続され、圧電素子１１と第１磁石１５とは接着部材１５１により接続される。第１磁石１５と第２磁石１６とは距離ｄを隔てて配されている。

本実施形態においても、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。従って、第１磁石１５、第２磁石１６の磁束密度、距離ｄの値に応じて、振動部材１２に及ぼす力が適宜設定され得る。よって、本実施形態により第１実施形態と同様の効果を有する音響装置１が提供される。また、本実施形態における第１磁石１５の配置は、第１実施形態における第１磁石１５の配置と異なる。すなわち、本実施形態における距離ｄは第１実施形態における距離ｄよりも長くなる。したがって、所望の周波数特性を得るために、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力を弱める必要がある場合には、本実施形態における構成は有効となり得る。

［第３実施形態］
第３実施形態に係る音響装置１を図１０を参照しながら説明する。本実施形態は、第２磁石１６が筐体１４の外面に配されている点において、第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１０は、第３実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。第２磁石１６は、筐体１４の底壁の外面に配され、第２磁石１６とは、接着部材１６１により筐体１４に接続される。第１磁石１５と第２磁石１６とは距離ｄを隔てて対向して配されている。

本実施形態においても、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。従って、第１磁石１５、第２磁石１６の磁束密度、距離ｄの値に応じて、振動部材１２に及ぼす力が適宜設定され得る。よって、本実施形態により第１実施形態と同様の効果を有する音響装置１が提供される。また、本実施形態における第２磁石１６の配置は、第１実施形態における第２磁石１６の配置と異なる。すなわち、本実施形態における距離ｄは第１実施形態における距離ｄよりも長くなる。したがって、所望の周波数特性を得るために、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力を弱める必要がある場合には、本実施形態における構成は有効となり得る。

また、本実施形態においては、筐体１４の外面に配されている第２磁石１６を変更することによって、音響装置１の周波数特性を調整することができる。言い換えると、音響装置１の内部の部材を変更することなく、音響装置１の周波数特性を調整することができる。したがって、本実施形態によれば、磁力を用いて圧電素子１１の振動を制御することにより、周波数特性をより容易に調整することが可能となる。

［第４実施形態］
第４実施形態に係る音響装置１を図１１を参照しながら説明する。本実施形態は、第３磁石１８をさらに備える点において、第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１１は、第４実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。音響装置１は、第３磁石１８を更に有する。第３磁石１８は、第１磁石１５、第２磁石１６と同様の形状および大きさを有し得る。第３磁石１８は、圧電素子１１の面のうち、第１磁石１５が配されている面と逆の面に配されている。第１磁石１５と第３磁石１８とは、互いに異なる磁極同士が対向するように配され、第１磁石１５と第３磁石１８との間に吸引力が働いている。これにより、第１磁石１５における磁束密度が向上し、第１磁石１５と第２磁石１６との間の付勢力を高めることができる。第３磁石１８は接着部材１３１を介して弾性部材１３に接続されている。また、図２の平面視において、第１磁石１５、第２磁石１６、第３磁石１８、弾性部材１３は重なるように配されることが望ましい。すなわち、第１磁石１５、第２磁石１６、第３磁石１８、弾性部材１３はｚ方向において互いに対向するように配されている。このような構成により、第１磁石１５、第２磁石１６、第３磁石１８の間に働く磁力が、弾性部材１３を介して振動部材１２に効率よく伝達されるようになる。

本実施形態において、第１磁石１５、第２磁石１６、第３磁石１８の間に働く磁力は振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。従って、第１磁石１５、第２磁石１６、第３磁石１８の磁束密度、距離ｄの値に応じて、振動部材１２に及ぼす力が適宜設定され得る。上述したように、第１磁石１５の磁束密度は第３磁石１８によって強められ得る。また、本実施形態における距離ｄは、第１実施形態と比較して、第３磁石１８の厚さ（ｚ方向の長さ）の分だけ短くなる。したがって、所望の周波数特性を得るために、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力を強める必要がある場合には、本実施形態における構成は有効となり得る。さらに、圧電素子１１は第１磁石１５と第３磁石１８との吸引力によって挟持されてもよい。これにより、第１磁石１５、第３磁石１８、圧電素子１１を互いに着脱自在に構成することが可能となる。すなわち、圧電素子１１は分離部Ａにおいて振動部材１２に対して着脱自在に接続され、圧電素子１１の取り付けおよび交換を容易に行うことが可能となる。

［第５実施形態］
第５実施形態に係る音響装置１を図１２を参照しながら説明する。本実施形態においては、第１磁石１５が圧電素子１１の下面に配されている点において、第４実施形態と相違する。以下、第４実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１２は、第５実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。本実施形態における音響装置１は、第１磁石１５が圧電素子１１の下面、すなわち、振動部材１２の側の面に配されている点を除いて、第４実施形態と同様に構成されている。第１磁石１５は接着部材１５１を介して圧電素子１１の下面に接続され、圧電素子１１は第１磁石１５と第２磁石１６との間に配される。第３磁石１８は接着部材１２１を介して振動部材１２に接続されている。第１磁石１５と第３磁石１８との間には弾性部材１３が配されている。第１磁石１５、第３磁石１８は、異なる磁極が対向するように配されている。これにより、第１磁石１５と第３磁石１８との間に働く吸引力によって、第１磁石１５と第３磁石１８とが弾性部材１３を挟んで着脱自在に接続され得る。本実施形態によれば、圧電素子１１は分離部Ａにおいて振動部材１２に着脱自在に接続され、圧電素子１１の取り付けおよび交換を容易に行うことが可能となる。

本実施形態において、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力および第２磁石１６と第３磁石１８との間に働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し、第４実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

［第６実施形態］
第６実施形態に係る音響装置１を図１３を参照しながら説明する。本実施形態は、第１磁石１５が圧電素子１１の内部に配されている点において、第５実施形態と異なる。以下、第５実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１３は、第６実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。圧電素子１１は、圧電部１１６、保護膜１１７Ａ、１１７Ｂ、絶縁基板１１８、接着層１１９を有する。絶縁基板１１８は、紙フェノール、ガラスエポキシ等の絶縁材料により構成される。絶縁基板１１８の下面には圧電部１１６が形成され、圧電部１１６は保護膜１１７Ａによって覆われている。保護膜１１７Ａは、耐湿性に優れた絶縁性無機材料あるいは絶縁性樹脂材料等により構成され得る。絶縁基板１１８の上面には、第１磁石１５が配され、第１磁石１５の周囲には接着層１１９が配される。保護膜１１７Ｂは第１磁石１５、接着層１１９の上に形成される。すなわち、第１磁石１５、接着層１１９は絶縁基板１１８と保護膜１１７Ｂとの間に配される。保護膜１１７Ｂは保護膜１１７Ａと同様に耐湿性に優れた絶縁性無機材料あるいは絶縁性樹脂材料等により構成され得る。

保護膜１１７Ａの下面には接着部材１３１を介して弾性部材１３が接続される。弾性部材１３の下面には第３磁石１８が配され、第３磁石１８は接着部材１２１を介して振動部材１２に接続される。第１磁石１５と第３磁石１８とは、互いに異なる磁極同士が対向するように配され、第１磁石１５と第３磁石１８との間には吸引力が働いている。これにより、圧電素子１１は振動部材１２に対して分離部Ａにおいて着脱自在に接続され得る。

第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力および第２磁石１６と第３磁石１８との間に働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。このように、本実施形態においても、第５実施形態と同様の効果を奏することができる。

［第７実施形態］
第７実施形態に係る音響装置１を図１４を参照しながら説明する。本実施形態は、第１磁石１５が圧電素子１１の上面に配されている点において、第６実施形態と異なる。以下、第６実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１４は、第７実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。圧電素子１１は、圧電部１１６Ａ、１１６Ｂ、保護膜１１７Ａ、１１７Ｂ、絶縁基板１１８を有する。絶縁基板１１８の下面には圧電部１１６Ａが形成され、絶縁基板１１８の上面には圧電部１１６Ｂが形成されている。圧電部１１６Ａ、１１６Ｂは圧電部１１６と同様に構成される。圧電部１１６Ａは保護膜１１７Ａによって覆われており、圧電部１１６Ｂは保護膜１１７Ｂによって覆われている。

保護膜１１７Ａの下面には接着部材１３１を介して弾性部材１３が接続され、弾性部材１３の下面には第３磁石１８が配されている。保護膜１１７Ｂの上面には接着部材１５１を介して第１磁石１５が接続される。第３磁石１８の下面は接着部材１２１を介して振動部材１２に接続されている。

第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力および第２磁石１６と第３磁石１８との間に働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。また、第１磁石１５と第３磁石１８との間に働く吸引力によって、圧電素子１１は分離部Ａにおいて振動部材１２に対して着脱自在に接続される。このように、本実施形態においても、第６実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

［第８実施形態］
第８実施形態に係る音響装置１を図１５を参照しながら説明する。本実施形態は、第１磁石１５が圧電素子１１の内部に配されている点において、第７実施形態と異なっている。以下、第７実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１５は、第８実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図２の３－３’線の断面図に対応している。本実施形態の圧電素子１１は、所定の間隔で配された一対の絶縁基板１１８Ａ、１１８Ｂを備える。絶縁基板１１８Ａ、１１８Ｂの間には第１磁石１５と、第１磁石１５の周囲の接着層１１９が配されている。絶縁基板１１８Ａの下面には圧電部１１６Ａが形成され、圧電部１１６Ａは保護膜１１７Ａによって覆われている。絶縁基板１１８Ｂの上面には圧電部１１６Ｂが形成され、圧電部１１６Ｂは保護膜１１７Ｂによって覆われている。

保護膜１１７Ａの下面には接着部材１３１を介して弾性部材１３が接続され、弾性部材１３の下面には第３磁石１８が配されている。第３磁石１８は接着部材１２１を介して振動部材１２に接続されている。

本実施形態においても、第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力および第２磁石１６と第３磁石１８との間に働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。また、第１磁石１５と第３磁石１８との間に働く磁力によって、圧電素子１１は分離部Ａにおいて振動部材１２に対して着脱自在に接続される。このように、本実施形態においても、第７実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

［第９実施形態］
第９実施形態に係る音響装置１を図１６、図１７を参照しながら説明する。本実施形態は、圧電素子１１の複数の箇所に磁石が配されている点において、第１実施形態の構成と異なっている。以下、第１実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１６は、第９実施形態に係る音響装置１の具体的構成の平面図である。図１７は、第９実施形態に係る音響装置１の具体的構成の断面図である。図１７は、図１６における１７－１７’線における断面図を示している。図１６及び図１７を相互に参照しつつ、第９実施形態に係る音響装置１の具体的構成を説明する。

図１６、図１７に示されているように、圧電素子１１のｙ方向の中央の上面には第１磁石１５が接着部材１５１を介して接続されている。第２磁石１６は、第１磁石１５に対向するように、接着部材１６１を介して筐体１４に接続されている。圧電素子１１の中央の下面には、磁石、弾性部材が配されておらず、圧電素子１１の中央は振動部材１２に非接触である。

圧電素子１１の一方の端部の上面には第１磁石１５ａが接着部材１５１ａを介して接続されている。一方、第１磁石１５ａの上方には磁石は設けられていない。代わりに、第３磁石１８ａが弾性部材１３ａ、接着部材１３１ａを介して圧電素子１１の一方の端部の下面に配されている。また、第３磁石１８ａは接着部材１２１ａを介して振動部材１２に接続されている。第１磁石１５ａ、第３磁石１８ａは異なる磁極が対向するように配されている。第１磁石１５ａと第３磁石１８ａとの間に働く吸引力によって、第１磁石１５ａと第３磁石１８ａとが弾性部材１３ａを挟んで着脱自在に接続され得る。同様に、圧電素子１１の他方の端部において、第１磁石１５ｂ、接着部材１５１ｂ、接着部材１３１ｂ、弾性部材１３ｂ、第３磁石１８ｂ、接着部材１２１ｂが設けられる。第１磁石１５ｂと第３磁石１８ｂとの間に働く吸引力によって、第１磁石１５ｂと第３磁石１８ｂとが弾性部材１３ｂを挟んで着脱自在に接続され得る。本実施形態においても、圧電素子１１は振動部材１２に対して分離部Ａにおいて着脱自在接続され、圧電素子１１の取り付けおよび交換を容易に行うことが可能となる。

上述したように、圧電素子１１の中央は第１磁石１５、第２磁石１６によって下方に付勢され、圧電素子１１の両端は第１磁石１５ａ、１５ｂ、第３磁石１８ａ、１８ｂによって下方に付勢されている。すなわち、圧電素子１１の全域が磁力によって付勢され、さらに効果的に周波数特性および音圧を制御し易くなる。

また、本実施形態においては、複数の弾性部材１３ａ、１３ｂによって圧電素子１１の振動が振動部材１２に伝達されるため、圧電素子１１の低周波振動が振動部材１２に更に伝達され易くなる。これにより、振動部材１２における低周波振動の音圧を更に向上させることができる。

なお、本実施形態における圧電素子１１は、第５実施形態における圧電素子１１と同様に構成され得るが、第７実施形態における圧電素子１１のように複数の保護膜、圧電部を有してもよい。

［第１０実施形態］
第１０実施形態に係る音響装置１を図１８を参照しながら説明する。本実施形態は、第１磁石１５、１５ａ、１５ｂが圧電素子１１の内部に配されている点において、第９実施形態と異なっている。以下、第９実施形態と異なる構成を中心に説明する。

図１８は、第１０実施形態に係る音響装置１の構造を示す概略断面図であって、図１６の１７－１７’線の断面図に対応している。圧電素子１１は、圧電部１１６、保護膜１１７Ａ、１１７Ｂ、絶縁基板１１８、接着層１１９を有する。絶縁基板１１８の下面には圧電部１１６が形成され、圧電部１１６は保護膜１１７Ａによって覆われている。絶縁基板１１８の上面には、第１磁石１５、１５ａ、１５ｂが配され、第１磁石１５、１５ａ、１５ｂの周囲には接着層１１９が配される。保護膜１１７Ｂは第１磁石１５、接着層１１９の上に形成される。すなわち、第１磁石１５、１５ａ、１５ｂ、接着層１１９は絶縁基板１１８と保護膜１１７Ｂとの間に配される。

保護膜１１７Ａの下面には接着部材１３１ａを介して弾性部材１３ａが接続されており、接着部材１３１ｂを介して弾性部材１３ｂが接続されている。弾性部材１３ａの下面には第３磁石１８ａが配され、弾性部材１３ｂの下面には第３磁石１８ｂが配されている。第３磁石１８ａの下面は接着部材１２１ａを介して振動部材１２に接続され、第３磁石１８ｂの下面は接着部材１２１ｂを介して振動部材１２に接続されている。本実施形態においても、圧電素子１１は分離部Ａにおいて振動部材１２に着脱自在に接続され、圧電素子１１の取り付けおよび交換を容易に行うことが可能となる。

第１磁石１５と第２磁石１６との間に働く磁力、第１磁石１５ａ、１５ｂと第３磁石１８ａ、１８ｂとの間にそれぞれ働く磁力は、振動系に付加された質量および機械抵抗として作用し得る。また、第１磁石１５ａと第３磁石１８ａとの間に働く磁力および第１磁石１５ｂと第３磁石１８ｂとの間に働く磁力によって、圧電素子１１は分離部Ａにおいて振動部材１２に対して着脱自在に接続される。このように、本実施形態においても、第９実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。

［第１１実施形態］
本実施形態では、第１乃至第１０実施形態に係る音響装置１が表示装置であり、振動部材１２が表示装置の表示パネルの機能を兼ねている場合の具体的な構成例を説明する。第１乃至第１０実施形態と共通する要素については説明を省略又は簡略化することがある。

図１９は、第１１実施形態に係る表示装置３の概略構成図である。本実施形態の表示装置３の用途は、例えば、電子ポスター、デジタル掲示板、電子広告板、コンピュータのスクリーン、テレビジョン受像機等であり得る。ホストシステム２、圧電素子１１の構造は第１乃至第１０実施形態のいずれかと同様であるため説明を省略する。

図１９に示されているように、表示装置３は、圧電素子１１、制御部２０、パネル制御部３０、データ駆動回路４０、ゲート駆動回路５０及び表示パネル６０を有する。表示装置３は、入力されたＲＧＢデータ等に基づいて表示パネル６０に画像を表示し、入力された音声信号等に基づいて音声を発する装置である。

パネル制御部３０は、ホストシステム２から入力された画像データ及びタイミング信号に基づいてデータ駆動回路４０及びゲート駆動回路５０を制御する。データ駆動回路４０は、複数の画素Ｐの列ごとに配された駆動線４１を介して複数の画素Ｐにデータ電圧等を供給する。ゲート駆動回路５０は、複数の画素Ｐの行ごとに配された駆動線５１を介して複数の画素Ｐに制御信号を供給する。なお、駆動線４１及び駆動線５１の各々は、複数の配線により構成されていてもよい。

表示パネル６０は、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素Ｐを含む。表示装置３は、例えば、画素Ｐの発光素子として有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）が配された表示パネル６０を用いたＯＬＥＤディスプレイであり得る。あるいは、表示装置３は、液晶材料、偏光板等を備える液晶パネルを表示パネル６０として用いた液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）であってもよい。これらの構造によれば、表示パネル６０を薄くすることができるため、表示装置３の薄型化に好適である。表示装置３がカラー画像を表示可能である場合には、画素Ｐは、カラー画像を構成する複数の色（例えばＲＧＢ）のいずれかを表示する副画素であり得る。

制御部２０、パネル制御部３０、データ駆動回路４０及びゲート駆動回路５０の各々は、１又は複数の半導体集積回路によって構成され得る。また、制御部２０、パネル制御部３０、データ駆動回路４０及びゲート駆動回路５０のうちの一部又は全部は、１つの半導体集積回路として一体に構成されていてもよい。

本実施形態の表示装置３は、ホストシステム２から画像信号（例えばＲＧＢデータ）、音声信号及びタイミング信号（垂直同期信号、水平同期信号、データイネーブル信号等）が供給されることにより、画像を表示し、かつ音を発する。表示パネル６０は、画像の表示を行う画像表示面と、画像表示面と対向する裏面を有する。表示パネル６０の裏面には、弾性部材１３を介して圧電素子１１が接続されている。これにより表示パネル６０は、画像表示の機能と、第１乃至第１０実施形態における振動部材１２の機能とを有する。本実施形態では、表示パネル６０から表示された画像から音が発せられるような音響効果を有する表示装置３を提供することができる。なお、表示パネル６０は必ずしも振動部材１２に配されることを要せず、例えば図３の筐体１４の底壁の外面に配されてもよい。

［その他の実施形態］
上述の実施形態は、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲は、上述の実施形態によって限定的に解釈されてならない。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行って様々な態様で実施可能である。

１ 音響装置
１１ 圧電素子
１２ 振動部材
１５ 第１磁石
１６ 第２磁石

Claims (15)

1. 入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、
   前記圧電素子の振動に応じて振動する振動部材と、
   前記圧電素子に接続された第１磁石と、
   前記第１磁石に対向するように配された第２磁石と、
   を備え、
   前記圧電素子は、前記第１磁石と前記第２磁石との間に配されることを特徴とする音響装置。
2. 前記第１磁石は、前記第２磁石と離隔して配されていることを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
3. 前記第１磁石と前記第２磁石は、同じ磁極が対向するように配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の音響装置。
4. 前記第１磁石と前記第２磁石は、異なる磁極が対向するように配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の音響装置。
5. 入力された音声信号に応じて振動する圧電素子と、
   前記圧電素子の振動に応じて振動する振動部材と、
   前記圧電素子に接続された第１磁石と、
   前記第１磁石に対向するように配された第２磁石と、
   を備え、
   前記第１磁石は、前記圧電素子の内部に配されることを特徴とする音響装置。
6. 底壁と、前記底壁の縁部の周囲に形成された側壁とを備え、前記側壁によって形成された開口部が前記振動部材によって閉止される筐体を更に備え、
   前記圧電素子は、前記振動部材における前記筐体内側の面に弾性体を介して接続されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の音響装置。
7. 前記第２磁石は、前記底壁における前記筐体の内側の面に配されることを特徴とする請求項６に記載の音響装置。
8. 前記第２磁石は、前記底壁における前記筐体の外側の面に配されることを特徴とする請求項６に記載の音響装置。
9. 前記第１磁石と前記振動部材との間に配された第３磁石を更に備え、
   前記第１磁石と前記第３磁石とは、異なる磁極が対向するように配されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の音響装置。
10. 前記圧電素子は、前記第１磁石と前記第３磁石との吸引力によって、前記振動部材に着脱自在に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の音響装置。
11. 複数の前記第１磁石と、
    複数の前記第１磁石にそれぞれ対向して配された複数の前記第３磁石とを備える、
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の音響装置。
12. 複数の前記第１磁石のうちの一の第１磁石は、前記第２磁石に対向し、かつ、前記第３磁石に対向せず、
    複数の前記第１磁石のうちの前記一の第１磁石以外の他の第１磁石は、前記第２磁石に対向せず、かつ、前記第３磁石に対向することを特徴とする請求項１１に記載の音響装置。
13. 前記一の第１磁石は２つの前記他の第１磁石の間に配されることを特徴とする請求項１２に記載の音響装置。
14. 前記振動部材は、ガラス、樹脂、硬質紙、圧縮紙のいずれかを含むことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の音響装置。
15. 前記振動部材は、画像が表示される表示パネルであって、
    前記表示パネルは、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）または液晶ディスプレイを含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の音響装置。