WO2003065762A1

WO2003065762A1 - Haut-parleur pour reproduction d'une gamme de frequences tres elevees

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Publication number: WO2003065762A1
Application number: PCT/JP2003/000752
Authority: WO
Inventors: Shoji Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2002-01-30
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2003-08-07
Also published as: US7079661B2; EP1471768A4; US20050018870A1; CN1625919A; CN100544500C; EP1471768A1

Description

明細書超高域再生用スピーカ技術分野

本発明は 1 0 0 k H z に及ぶ超高音の再生を行うスピ一力に関する。背景技術

近年、 D V D ォ ■

— アイォ及びス一パォ — ディォ C D のような高品位、超広帯域ソースを記録する記録媒体が巿場に広がつてきた。これらのソ一スを再生するために、約 1 0 0 k Η ζ の超高音域まで再生が可能なスピ ― 力

( いわゆるツイ一夕ゃス ― パッィ一タ）が求められてきている。 D V D ォ一ティォ及びス一パォ一ディォ C D のような記録媒体並びにそれらの再生装置の低価格化に # い単 α コンポ一ネン卜又は小型ステレォの要素として超高域まで再生できる安価なスピ一力が求められている特開 2 0 0 0 - 3 3 3 2 9 5 号公報に、外周部がフレ一ムに支持された円錐型振動板と、円錐型振動板の頂部に連結されたモノモレフ型圧電セラミツク振動子と、を有する従来例 1 のスピー力が記載されている（同公報の図 5 ) 。

上記公報に、フレームと、フレ — ムに外周部が接着固定された円錐型振動板と、円錐型振動板の内周部と接するドーム型振動板と、ドーム型振動板の外周部に接着された圧電素子と、を有する従来例 2 のスピ一力が記載されている（同公報の図 6 ) 。

上記公報に、圧電セラミック振動子に振動板を取り付けた構造を有する、従来例 1 及び 2 と比べて性能の改善された従来例 3 の高音用スピーカが開示されている（同公報の図 1 ) 。

図 1 4 〜図 1 6 を用いて従来例 3 の高音用スピーカを説明する。図 1 4 は従来例 3 の高音用スピーカの構造を示す図である。

図 1 4 において 2 1 は圧電セラミック振動子、 2 2 はフレーム、 2 3 はドーム型振動板、 2 4 は孔、 2 5 は固定部材である。

圧電セラミック振動子 2 1 は、円環状のセラミック圧電素子であり、両面に銀電極が設けられ、厚さ方向に分極されている。圧電セラミック振動子 2 1 は、内周部において弾性体の固定部材 2 5 を介してフレーム 2 2 に固定されている。圧電セラミック振動子 2 1 は、径方向に伸縮し、全周にわたって均一に振動する。厚さ 3 5 m のポリエーテルイミドフィルムで形成された直径 2 0 m m のドーム型振動板 2 3 は、圧電セラミック振動子 2 1 の外周部に接着固定されている。ドーム型振動板 2 3 は圧電セラミック振動子 2 1 の径方向の振動を上下振動に変換する。上記構造により、従来例 3 の高音用スピーカは、広い放射面積と、高い音圧レベルと、円錐形状の振動板等を用いた場合に比ベて乱れが少ない音圧周波数特性と、を実現した。図 1 6 に従来例 3 の高音用スピーカの音圧周波数特性（横軸が周波数で縦軸が音圧である。以下、同じ。 ) を示す。従来例 3 の高音用スピ一力は、.

2 0 k H z 以下の周波数帯域を有する従来のソ一スを再生する上で、十分な性能を発揮した。

従来例 3 の高音用スピ一力においては、円環状の圧電セラミック振動子 2 1 が内周部で固定され、その対極である外周部に振動板 2 3 が取り付けられている。図 1 5

( a ) 〜 ( c ) は、内周部を固定した円環状の圧電セラミック振動子の 3 つの振動モードを示す図である。図 1 5 ( a ) 〜（ c ) の上側の図は振動している圧電セラミック振動子 2 1 の平面図である。図 1 5 において、

( a ) は第 1 次（基本周波数）モ一ド、 ( b ) は第 2 次節円モ ― ド、 ( c ) は第 3 次節円モードを示す。八ツチングをした部分は八ッチングしていない部分と逆方向に変位していることを表している（八ッチングをした部分と八ッチングしていない部分との境界が振動の節である。）

図 1 5 ( a ) 〜 ( c ) の下側の図は圧電セラミック振動子の変位の様子を表している（振動振幅を縦軸で表示している。圧電セラミツク振動子は、実際には径方向に振動する。）。図 1 5 に示すように、ドーム型振動板 2 3 が接続される圧電セラミック振動子 2 1 の外周部は、全ての振動モードにおいて腹となる。圧電セラミック振動子 2 1 の振動は、外周部のみにおいてドーム型振動板 2 3 に伝達される。そのため、従来例 3 の高音用スピ一力は構造上共振を起こし易い。そのため、従来例 3 の構造によれば、音圧周波数特性のピークデイツプが非常に大きくなる。図 1 6 に示すように、従来例 3 の高音用スピ一力は、その音圧周波数特性において約 2 7 k H z 近傍に大きなピークを有する。

円形の圧電セラミック振動子をそのまま用いた高音用スピーカは、インピ一ダンスが非常に高い故、フラットな音圧周波数特性が得られないばかりか、音圧レベルも低い。従来例 3 のスピーカは、振動板面積を大きくすることにより、大きな音圧レベルを得た。そのため、従来例 3 のスピーカの振動板は、直径が大きくならざるを得なかった。一般にスピーカは、振動板を大きくすると、指向特性が劣化する。

D V D オーディオ又はスーパォ一ディォ C D から再生されたソースの上側遮断周波数は約 9 6 k H z である。従来例 3 の高音用スピーカは、このような高品位、超広帯域ソースを性能的に十分に再生できなかった。図 1 6 に示すように、従来例 3 の高音用スピーカは、 2 0 k H z を超える領域で大きなピークディップを有し、約 4 0 k H z 程度までしか十分な音圧が得られない。

従来例 3 の高音用スピー力に使用されている圧電セラミック振動子 2 1 は、円環状の特殊な形状を有する故、コストが非常に高かった。本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ピークディップが小さく且つ上側遮断周波数が 1 0 0 k H z を超える優れた音圧周波数特性と、高い音圧レベルと、優れた指向特性とを有する安価な超高域再生用スピーカを提供することを目的とする。発明の開示

上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。

本発明のひとつの観点による超高域再生用スピーカは圧電セラミックと金属基板を接合した略円盤状の圧電セラミック振動子と、前記圧電セラミック振動子に取り付けられたドーム型振動板と、前記圧電セラミック振動子の外周部を固定し且つ前記ドーム型振動板の前面に開口部を有するパネルと、を有し、前記ドーム型振動板のドーム部の直径を前記圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 5 〜 0 . 8 倍としたことを特徴とする。

本発明は、ピークディップが小さく且つ上側遮断周波数が 1 0 0 k H z を超える優れた音圧周波数特性と、高い音圧レベルと、優れた指向特性とを有する安価な超高域再生用スピー力を実現する。

「ドーム部の直径」は、ドーム型振動板のドーム部が圧電セラミック振動子に接合された面の直径を意味する

( ドーム部の曲率の 2 倍の値ではない。）。ドーム部の直径の測定において、ドーム部の周辺の水平なつばの部分は含まれない。

本発明の他の観点による上記の超高域再生用スピー力は、刖記圧電セラミックの直径が、前記ドーム部の直径とほぼ同一であることを特徴とする。

本発明は、圧電セラミックが発生する振動の大部分をドーム型振動板から放射する効率の良い超高域再生用スピー力を実現する。

本発明の他の観点による上記の超高域再生用スピー力は、前記開口部が前記ドーム部の直径とほぼ同一であることを特徴とする。本発明は、更に良い音圧周波数特性と、広い指向特性を有する超高域再生用スピーカを実現する。

本発明の他の観点による上記の超高域再生用スピ一力は、前記圧電セラミック振動子に昇圧回路を接続したことを特徵とする。本発明は、音圧の高い超高域再生用スピー力を実現する。

本発明の他の観点による上記の超高域再生用スピー力は、刖記ドーム型振動板の第 1 次高域共振周波数は前記圧電セラミック振動子の第 2 次高域共振周波数よりも高くしたことを特徴とする。本発明は、上側遮断周波数がい超高域再生用スピーカを実現する。

発明の新規な特徴は添付の請求の範囲に特に記載したものに他ならないが、構成及び内容の双方に関して本発明は、他の目的や特徴と共に、図面と共同して理解されるところの以下の詳細な説明から、より良く理解され評価されるであろう図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の実施の形態 1 及び 2 の超高域再生用スピーカの構造図である。

図 2 は、本発明の周辺を固定した圧電セラミック振動子の振動モ ^ ~ トを示す図である。

図 3 は、外周を固定した圧電セラミック振動子の各部の音圧周波数特性を示すグラフである。

図 4 は、ド一ム部の直径を圧電セラミツク振動子の実効可動直径の 0 . 2 倍にした場合のスピー力の音圧周波数特性である。

図 5 はム部の直径を圧電セラミツク振動子の実効可動直径の 0 . 3 倍にした場合のスピー力の音圧周波数特性である。

図 6 は、ド一ム部の直径を圧電セラミツク振動子の実効可動直径の 0 . 4 倍にした場合のスピー力の音圧周波数特性である。

図 7 は、ド一ム部の直径を圧電セラミツク振動子の実効可動直径の 0 . 5 倍にした場合のスピー力の音圧周波数特性である。

図 8 は、ド一ム部の直径を圧電セラミツク振動子の実効可動直径の 0 . 6 倍にした場合のスピー力の音圧周波数特性で ■める。

図 9 は、ド一ム部の直径を圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 7 倍にした場合のスピーカの音圧周波数特性である

図 1 0 は、ド一ム部の直径を圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 8 倍にした場合のスピーカの音圧周波数特性である。

図 1 1 は、ド一ム部の直径を圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 9 倍にした場合のスピーカの音圧周波数特性である。

図 1 2 は、本発明の実施の形態 1 の超高域再生用スピ

— 力の音圧周波数特性図である。

図 1 3 は、本発明の実施の形態 2 の超高域再生用スピ一力の音圧周波数特性図である。

図 1 4 は、従来例 3 の高域再生用スピーカの構造図でめる。

図 1 5 は、従来例 3 の超高域再生用スピ一力の圧電セラミツク振動子の振動モ一ドを説明する図である。

図 1 6 は、従来例 3 の超高域再生用スピー力の音圧周波数特性図でめる。

図面の一部又は全部は、図示を目的とした概要的表現により描かれており、必ずしもそこに示された要素の実際の相対的大きさや位置を忠実に描写しているとは限らないことは考慮願いたい。発明の実施をするための最良の形態

以下、本発明の実施をするため最良の形態を具体的に示した実施の形態について図面とともに記載する。

《実施例 1 》

図 1 〜 1 2 を用いて、本発明の実施の形態 1 の超高域再生用スピーカを説明する。図 1 は実施の形態 1 の超高域再生用スピーカの構造を示す。図 1 において、 1 は圧電セラミック振動子、 2 は昇圧回路、 3 はドーム型振動板、 4 はフレームの前面のノ\° ネルである。

圧電セラミック振動子 1 は、厚さ方向に分極した円形の圧電セラミック 1 a と円形の金属基板 1 b とを同軸上に接合した構造を有する。圧電セラミック l a は直径 1 5 m m 、厚み 0 . 2 m m である。圧電セラミック l a は非常に広範に使用されている汎用の円形で小型の圧電セラミックである。金属基板 l b は材質が真鍮、直径 2 0 m m 、厚み 0 . 1 5 m m である。金属基板 l b は圧電セラミック l a より大きな径を有する。圧電セラミック振動子 1 は、金属板の片面に圧電セラミック薄板を接着したモノモルフ型圧電セラミック振動子である。

従来例 3 のスピーカにおいては、圧電セラミック振動子 2 1 の径方向の振動が、厚さ 3 5 m のポリエーテルイミドフィルムで形成されたドーム型振動板 2 3 によつて上下（圧電セラミック振動子 2 1 の厚さ方向）の振動に変換された。

本発明のスピーカにおいては、剛性を有する金属基板 1 b と圧電セラミック 1 a との間で発生するたわみにより、圧電セラミック振動子 1 が厚さ方向に振動する。圧電セラミック振動子 2 1 から柔軟なドーム型振動板 2 3 に振動を伝達して、振動方向の変更を行う従来例 3 の構成と比べて、本発明の構成においては、振動の伝達時のロスが少なく、高域周波数成分の減衰も少ない。本発明の構成により、はるかに大きなレベルで、高い上側遮断周波数の音圧を得ることが出来た。

ドーム型振動板 3 は、圧電セラミック振動子 1 の金属基板 l b の面に、圧電セラミック振動子 1 とドーム型振動板 3 の端面とが同軸上に取り付けられている。ドーム型振動板 3 は、 0 . 0 5 m m の厚さを有するポリエチレンテレフタレート（通称 P E T ) のフィルムで形成されている。ドーム型振動板 3 は、直径が 1 3 m mで全高が 3 m m のドーム部を有する。ドーム部の周辺に幅 l m m の水平なつばが付いている。このつばが金属基板 1 に接着されている。

パネル 4 は図示しないフレームの前面に取り付けられている。パネル 4 は実用的な剛性を有するポリスチロール樹脂で形成されている。ノ\° ネル 4 は、圧電セラミック振動子 1 の外周部（半径 9 . 5 m m から最外周（半径 1 0 m m ) までの環状部）を接着固定している。圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径は、約 1 9 m m である。実効可動直径とは、圧電セラミック振動子 1 が振動のできる最大外径をいう。圧電セラミック振動子 1 において、圧電セラミック 1 a の直径は金属基板 1 b の直径より小さい。金属基板 1 b の外周部がパネル 4 に接着固定されている。

パネル 4 は、ド一ム型振動板 3 の前面に直径 1 3 m m の開口部 4 a を有する。ノ \° ネル 4 は、開口部 4 a を中心とする浅い円錐部を有する。円錐部は、開口部 4 a の外周部で最も厚さが薄くなる、図 1 に示すように、パネル 4 の開口部 4 a 力らドーム型振動板 3 のほとんどが露出している。これにより、本発明のスピーカは広い指向性を実現している。

パネル 4 の開口部 4 a とドーム型振動板 3 との直径は同一である。ノ\° ネル 4 は、圧電セラミック振動子 1 の外周部との上記の接着部分（圧電セラミック振動子 1 の外周の環状部）を除いて、ドーム型振動板 3 及び圧電セラミック振動子 1 のいずれとも接触していない。パネル 4 とドーム型振動板 3 及び圧電セラミック振動子 1 との間には狭い隙間が設けられている。上記の構造により、圧電セラミック振動子 1 の可動部分であって且つドーム型振動板 3 より外周の部分が発する音波は、スピーカの外の放射されなくなつている。

振動板 3 は、圧電セラミック振動子 1 の外周部（パネル 4 と圧電セラミック振動子 1 との接続部）に取り付けられておらず、ドーム部の直径は圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径よりも短い。圧電セラミック 1 a の直径が、ドーム部の直径とほぼ同一である。圧電セラミツク 1 a と金属基板 1 b との間で発生するたわみ（振動）の大部分は、振動板 3 に伝わる。振動板 3 と接する圧電セラミック振動子 1 の部分（圧電セラミック l a と金属基板 1 b とが接している部分とほぼ同一である。）は、圧電セラミック振動子 1 の固定部（外周部）と離れている故に、振動が抑制されにくい。

振動板 3 の直径は 1 3 m m と大変小さく、ドーム部のみが且つのドーム部のほぼ全体がパネル 4 の開口部 4 a から露出している故、実施の形態のスピーカは優れた指向特性を有する。パネル 4 の開口部 4 a は実質的にド一ム部のみを外部に露出している。パネル 4 は、圧電セラミック振動子 1 の外周部（音圧周波数特性が劣る部分である。）の前面を覆っており、そこからの音を遮っている。これにより、実施の形態 1 のスピーカの音圧周波数特性を更に良くしている。 '

ド一ム型振動板 3 のドーム部の直径（ 1 3 m m ) は、周辺が固定された圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径である 1 9 m m の 0 . 6 8 倍である。これにより（詳細な説明は後述）、従来例のスピーカで生じていたピークディップが大きいという問題が解消され、優れた音圧周波数特性が得られる。

昇圧回路 2 は昇圧コイル 2 a 、コンデンサ 2 b 、抵抗 2 c 、入力端子 2 d ( ホット側）及び 2 e ( グランド側）カゝらなる。

抵抗 2 C 及びコンデンサ 2 b カゝらなる直列体の一端は入力端子 2 d ( ホット側）に接続されており、他端はォ一卜トランス（ 1 次側巻線と 2 次側巻線とが分割して巻いていない。）である昇圧コイル 2 a の 1 次側端子に接続されている。昇圧コイル 2 a のダラゥンド端子は入力端子 2 e ( グランド側）及び圧電セラミック振動子 1 の金属基板 1 b に接続されている。昇圧コイル 2 a の 2 次側端子は圧電セラミック 1 a に接続されている。

昇圧コィル 2 a は外径が 1 0 m mで長さが 1 0 m m の小型フエライ卜コアポビンに、線径 0 . 1 2 m m のェナメル銅線を巻いたものである。コンデンサ 2 b に接続された 1 次側のコィル巻数は約 4 0 回であり、圧電セラミック 1 a に接続された 2 次側のコイル巻数は約 2 4 0 回である。昇圧コィル 2 a の昇圧比は 1 ： 6 である。昇圧回路 2 は入力駆動電圧を 6 倍に昇圧し、昇圧した駆動電圧を圧電セラミック振動子 1 に印加する。本発明のスピ — 力においては、昇圧回路 2 を有していないスピーカと比較して、約 1 6 d B 高い音圧レベルが得られた。

実施の形態 1 のスピーカは、入力した圧電セラミックの駆動電圧を昇圧コイル 2 a で高くして、従来よりも高い音圧を実現している。コンデンサ 2 b は、容量が 0 . 6 8 F で耐圧が 5 0 V の数 m m角の大きさを有する小型のフィルムコンデンサである。昇圧回路 2 の下側遮断周波数は約 2 0 k H z である。昇圧コィル 2 a とコンデンサ 2 b とは共振回路を構成する。共振回路の共振周波数が約 2 2 k H z になるように、コンデンサ 2 b の容量を決定している。 2 2 k H z 近傍の出カレべルを上げることにより、昇圧回路 2 の帯域を低域方向に伸ばしている。抵抗 ' 2 c の抵抗値を変化させることにより、昇圧コィル 2 a とコンデンサ 2 b からなる共振回路の Q が変わる。 2 0 k H z 近傍のスピ一力の音圧周波数特性がフラッ卜になるように、抵抗 2 c の抵抗値を決定している。実施の形態 1 においては、抵抗 2 c は、インピ — ダンスが 2 . 2 Ω で定格容 W の小型抵抗である

図 2 、図 3 を参照しながら詳しく説明する。図 2

( a ) ( d ) は、外周部を固定された圧電セラミック振動子 1 の種々の振動モ一ドを示す図である。図 2

( a ) ( d ) の上側の図は振動している圧電セラミツク振動子 1 の平面図である。図 2 において、（ a ) は第 1 次（基本周波数）モード、 ( b ) は第 2 次節円モード ( c ) ' は第 3 次節円モード、 ( d ) は第 4 次節円モードを示す。八ツチングをした部分は八ッチングしていない部分と逆方向に変位していること表している ( 八ツチングをした部分と八ッチングしていない部分との境界が振動の節である。）。図 2 ( a ) 〜（ d ) の下側の図は圧電セラミック振動子 1 の変位の様子を表している（振動振幅を縦軸で表示している。圧電セラミック振動子 1 は、その厚さ方向に振動する。）

図 2 に示すように、外周部が固定された圧電セフミツク振動子 1 では、固定部の対極の部位である中心部が振幅最大の腹となり、最も共振が強く起こる。

従来例 3 のスピー力においては、圧電セラミック振動子 2 1 は内周部が固定された円板リングであった。このような構成においては、固定部の対極の部位である外周部が振幅最大の腹となり、最も共振が強く起こる。従来例 3 においては、圧電セラミック振動子 2 1 の外周部は全ての振動モードにおいて腹となる。従来例 3 においては、圧電セラミック振動子 2 1 は、その外周部のみにおいてドーム型振動板 2 3 と接続されている故、音圧周波数特性のピークディップが非常に大きくなる。

圧電セラミック振動子 1 の外周部が固定されている本実施の形態においては、ある直径の範囲（例えば圧電セラミック 1 a の直径の範囲）内では振動モードが極端な共振特性をもつことがなく、周波数特性のピークディップが小さくなる。このことを実験により実証した。

図 3 を参照しながら実験結果を説明する。図 3 は、最外周を固定した実施の形態 1 の外径 2 0 m m の圧電セラミック振動子の音圧周波数特性を示すグラフである。

音響理論において、振動加速度に振動板の放射抵抗を掛けたものは音圧周波数特性になることが知られている図 3 に示した音圧周波数特性は、振動加速度周波数特性を測定し、その測定結果に放射抵抗を掛けて得た。

図 3 において、 A 〜 D は、圧電セラミック振動子の種々の部位における特性を示す。 A (細実線）は中心点の特性、 B ( 点線）は直径が 7 m m ( 中心からの距離が 0 3 5 m m ) つまり外径の 0 . 3 5 倍の周上部位での特性 C (太実線）は直径が 1 3 m m つまり外径の 0 . 6 5 倍の周上部位での特性、 D ( 破線）は直径が 1 7 m m つまり外径の 0 . 8 5 倍の周上部位での特性である。

図 3 に示すように、 A の特性は最もピークディップが激しく、 B の特性も程度は若干小さいものの A の特性と同様にピークディップが大きい。一方 D の特性は、ピークディップの高さは少し低くなつているが、全体的なレベルも低くなり、且つ周波数が高くなるとレベルが減衰している。 C の特性が全体的に最もピークディップが少なく、高い周波数まで均一なレベルを有している。

図 3 では代表的な直径部位での特性を示した。実験により、直径が 1 0 m m 〜 1 6 m m の範囲（中心からの距離が 5 m mから 8 m m の範囲）つまり圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 5 倍〜 0 . 8 倍の範囲内では C の特性と同様に全体的にピークディップの少ない特性の得られることが分かった。この範囲の部位では A と D の中間的な特性が得られる。この部位の振動を振動板 3 に伝達することにより、ピークディップが緩和される。

図 4 から図 1 1 及び表 1 に、ドーム型振動板 3 のド一ム外径 D d を圧電セラミック振動子の実効可動直径 D o の 0 . 2 倍、 0 . 3 倍、 0 . 4 倍、 0 . 5 倍、 0 . 6 倍 0 . 7 倍、 0 . 8 倍、 0 . 9 倍にそれぞれ変化させた場合の、音圧周波数特性を示す。

図 4 から図 1 1 のデータを測定した際における、圧電セラミック振動子とその実効可動直径、昇圧回路、パネルの構造、ドーム型振動板の材質、パネルの材質は、図 1 で説明をした内容と同じである。各々の場合のパネルの開口は、ドーム型振動板の外径と同じとしている。ドーム型振動板の曲率半径は全て 9 m m である。

図 4 力ゝら図 6 に示すように、ドーム型振動板 3 の外径が小さい場合、すなわちドーム外径が圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径の 0 . 2 倍〜 0 . 4 倍の場合は、音圧周波数特性のピークディップが大きい。圧電セラミック振動子 1 の中心点は最も共振レベルが高い故に、この近傍の部位ではピークディップが大きい。

全体的な音圧レベルがドーム外径が小さいほど低い。これは振動板外径が小さいほど振動板面積が小さくなるからである。

図 7 力ゝら図 1 0 に示すように、ドーム型振動板 3 の外径が圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径の 0 . 5 倍〜 0 . 8 倍の場合は、音圧周波数特性のピークディップが小さく、かつ全体的な音圧レベルは比較的高い。

図 1 1 に示すように、ドーム外径が圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 9 倍の場合には、ピークディップが大きく、音圧レベルも低くなつている。ドーム外径が大きいにもかかわらず音圧レベルが低くなるのは、圧電セラミック振動子の外周固定端の近傍の部位では、振動子の振幅が減衰されるからである。

表 1 はドーム型振動板 3 の形状と音圧周波数特性の傾向をまとめたものである。表 1 において、 D d はドーム型振動板 3 の外径（直径）、 h はドームの高さ（但し、ドームの曲率半径は全て 9 m m ) 、 R はドーム型振動板 3 の外径の圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径（ 1 9 m m ) に対する比率、 d は音圧周波数特性の 2 0 k H z 〜 1 0 0 k H z の偏差（ 1 Z 8 ォク夕ーブ以下の鋭いピークディップは除く）、平均 S P L ( Sound Pres sure Leve l。平均音圧レべゾレ）は音圧周波数特性の 2 0 k H

1 0 0 k H z の平均音圧レベルをそれぞれ示す。

表 1 から、ドーム型振動板 3 の外径が圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径の 0 . 5 〜 0 . 8 倍の範囲で音圧周波数特性の偏差（ピークディップの大きさ ) が小さいことが分かる（ ± 5 d B の範囲内 ) _α 平均 S P L は、ドーム外径が圧電振動子の実効可動直径の 0 . 5 倍〜 0 .

8 倍の範囲において大きく、 0 . 4 倍以下及び 0 . 9 倍以下の範囲においてに非常に小さくなる o

上記の実験結果より、ド一ム型振動板 3 の外径を圧電

8 セラミック振動子 1 の実効可動直径の 0 5

の範囲内に設計することにより、優れた特性の超高域再生用スピー力を実現できる

【表 1 】

Dd (mm) 3.8 5.7 7.6 9.5 11.4 13.3 15.2 17.1 h、mm) 0.2 0.5 0.9 1.4 .2.1 3.0 4.2 6.2

R 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

d (dB) ±12 ±11 ±8 ±5 ±4 ±3 ±5 ±7 平均 SPL (dB) 62 67 75 80 82 82 80 75 本実施の形態では、ド一ム型振動板 3 のドーム部直径を圧電セラ S ック振動子 1 の実効可動直径の 0 . 5 0 8 倍の範囲内の 0 . 6 8 倍としている。周波数特性のピ — クディップの少ない部位の振動がドーム型振動板 3 に伝達される。パネル開口部 4 a 以外からは不要な音が放射されないので、つまり周波数特性ピークディップの多い部位からの音はパネル 4 によつて遮蔽されるので、優れた音圧周波数特性を得ることができる。

図 1 2 に本実施の形態の超高域再生用スピ一力の 2 . 4 5 V ( 1 W / 6 Ω ) 入力時の音圧周波数特性を示す。約 2 0 k H z 力、ら 1 2 0 k H z に及ぶ超高域まで、ピークディップの少ない缉れた音圧周波数特性と、約 8 4 d B / m の高い出力音圧レべルが得られた。従来の技術では、 2 . 4 5 V 入力で 7 5 d . B / m前後の出力音圧レべルしか得られていなかつた。圧電セラミック振動子 1 は極めて広範に使用されている小型円形の汎用モノモリレフ型であるので、極めて安価である。本発明のスピーカは超高域周波数再生用スピー力である故、昇圧回路 2 が有する昇圧コイル 2 a 、コンデンサ 2 b は非常に小さく安価である。これらの部品を有する昇圧回路 2 は非常に安価である。本発明により、安価な超高域再生用スピーカを実現した。

《実施例 2 》

図 1 3 を用いて、本発明の実施の形態 2 の超高域再生用スピ — 力を説明する。

実施の形態 2 の超高域再生用スピーカは、図 1 で示した実施の形態 1 の超高域再生用スピーカと同構造を有する。その詳細な説明は省略する

実施の形態 1 では圧電セラミック振動子 1 の第 1 次高域共 ¾周波数は約 7 k H z , 第 2 次高域共振周波数は約 2 5 k H z 、第 3 次高域共振周波数は約 5 0 k H z であ Ό 、ド — ム型動板 3 の第 1 次高域共振周波数は約 2 0 k H z であつた。

実施の形態 2 においては、ド — ム型振動板 3 の第 1 次高域共振周波数を圧電セラミック振動子 1 の第 2 次高域共振周波数よりも高く設計している。ドーム型振動板 3 は、圧電セラミック振動子 1 が効率良く発生した高周波数帯域の振動 (音波 ) を、少ない損失で放射する。実施の形態 2 の構成により、実施の形態 1 のスピ一力と比較して、更に超高域まで伸びた優れた音圧周波数特性を有するスピ一力を実現できた。以下これについて詳しく説明する

振動学でよく知られているとおり、周辺部を固定された円板の第 1 次（基本）モードの周波数つまり第 1 次高域共振周波数を f 1 、第 2 次（第 2 次節円モード）高域共振周波数を f 2 、第 3 次（第 3 次節円モード）高域共振周波数を f 3 、第 4 次（第 4 次節円モード）高域共振周波数を f 4 とすると、 f 2 = 3 . 9 X f l 、 f 3 = 8 . 7 X f 1 、 f 4 = 1 4 . 5 X f l である。 f 2 ( = 3 9 ) だけは f 3 / f 2 ( = 2 . 2 ) 、 f 4 / f 3 ( 7 ) よりもずつと大きく、 f 1 と f 2 の間の周波数帯域では共振効果が減少し放射効率が低い。これらのことは図 3 からも明らカゝである。

これに対して f 2 以上の周波数帯域では高域共振周波数が密集しているので、共振効果により放射効率が高いそこで実施の形態 2 においては、ドーム型振動板 3 の第 1 次高域共 Ik周波数を圧電セラミック振動ナ 1 の f 2 以上としている。この構成によれば、ド一ム型振動板 3 の高次分割振動による動 1¾達損失が、圧電セラミック振動子 1 の放射効率の高い周波数帯域において発生しない上記構成により、極めて超高域まで再生するスピー力を実現でさた。

図 3 によれば、実施の形態 1 の圧電セラック振動子 1 の各高域共振周波数の間隔 (実測値）は上記 f 1 〜 f の間隔（理論値）と若干異なる。これは圧電セラミツク振動子 1 の周辺固定材料が樹脂なので、周辺固定された振動子の理論的理想状態とは少し異なるためである。

実施の形態 2 のスピー力において、ド一ム型振動板 3 を厚み 0 . 0 5 m m のポリイミド含有樹脂フィルムで形成し、ドーム部の高さを 4 m m にして、ドーム型振動板 3 の第 1 次高域共振周波数を圧電セラミツク振動子 1 の第 2 次高域共振周波数（約 2 5 k H ) よりも高い値である 3 0 k H z に設計した。他の構成は実施の形態と同一である。実施の形態 2 のスピ一力の音圧周波数特性を図 1 3 に示す。

図 1 2 と図 1 3 を比較すると明らかなように、実施の形態 1 のスピーカにおいては再生帯域の上限が約 1 2 0 k H z であったが（図 1 2 ) 、実施の形態 2 のスピーカにおいては再生帯域の上限が約 1 5 0 k H z に伸びている（図 1 3 ) 。

上記の説明において、本発明のスピーカを従来例 3 のスピーカと比較した。従来例 1 及び 2 と、本発明のスピ — 力とを簡単に比較する。

従来例 1 のスピーカは、ドーム型振動板と比較して周波数特性の乱れが大きい円錐型振動板を用いている。モノモルフ型圧電セラミック振動子が円錐型振動板の頂部のみに接しており、振動板と振動子の接触面積が少ないそれ故、セラミック振動子から円錐型振動板にエネルギ — が良好に伝達されにくい。大きな共振を有するセラミック振動子の中心近傍のみの振動が振動板に伝達される上記の理由により、従来例 1 のスピーカは、音圧が低く音圧周波数特性のピ一クディップが大きい。

従来例 2 のスピーカは、円錐型振動板と、円錐型振動板の内周部と接するドーム型振動板とを有する。円錐型振動板の振動とドーム型振動板の振動とが相互に千渉する故、音圧周波数特性のピークディップが大きい。圧電素子の振動が円錐型振動板に伝わりにくく、音圧が低い本発明によれば、高い音圧レベルとピークディップの少ない優れた音圧周波数特性をもち、優れた指向特性を持ちながら超高音域まで再生ができ、かつ安価な超高域再生用スピー力を実現できる。

実施の形態 1 及び 2 では圧電セフミツク振動子 1 をモノモルフ型としたが、これをノィモレフ型としても良いことは言うまでもない。ノ、ィモルフ型は圧電セラミック薄板が金属板の両面に接合されているので、圧電セラミックが金属板の片面だけに接合されたモノモレフ型に比ベて駆動力が 2 倍である。ノィモルフ型の圧電セラミツク振動子を用いることにより、特性を変化させることなく更に高出力のスピー力を実現できる。

圧電セラミック 1 a 及び金属基板 1 b は円板形状でなくても良い。円形以外の形状の振動子を用いた場合には振動子の振動モードが円形の場合よりも分散化され、振動レべルが低下する傾向になる。このことを考慮して、所望の特性が得られるように適宜設計することができる圧電セラミック振動子を円板形状にすることにより、広く流通している安価な市販汎用品を用いることができる。圧電セラミック振動子を円板形状にすることにより最も安価なスピー力を実現できる

実施の形態 1 及び 2 では圧電セラミック振動子 1 を円板形状とし、パネルの内周部に固定した。圧電セラミツク振動子を円形ではなく多角形又は楕円等の非円形形状としても設計可能である。この場合、圧電セラミック振動子の実効可動直径はその非円形形状と同一の面積をもつ円形の直径で表すことが出来る実施の形態 1 及び 2 では圧電セラミック振動子 1 の周辺部をノ\° ネル 4 で固定した。ドーム型振動板の前面に開口部を有するパネルと別個の部材を用いて、圧電セラミック振動子 1 の周辺部を固定しても良い。

実施の形態 1 及び 2 では圧電セラミック振動子 1 ( 直径 2 0 m m ) の周辺部の直径 1 9 m m〜 2 0 m m の範囲の狭い環状部分を固定した。圧電セラミック振動子 1 の周辺部の固定部を、もっと広い範囲にしても良い。例えば圧電セラミック振動子 1 (直径 2 0 m m ) の周辺部の直径 1 6 m m〜 2 0 m mの範囲を固定した場合には、実効可動直径は 1 6 m m となる。この構成においては、ドーム型振動板 3 のドーム部の直径を、 1 6 m mの 0 . 5 〜 0 . 8 倍である直径 8 m m〜 1 2'. 8 m m に設計する圧電セラミック振動子を固定する部材の剛性が低い場合、例えば固定部材が肉厚が薄い樹脂のような場合には圧電セラミック振動子の周辺部は完全な固定状態にはならない。この場合、圧電セラミック振動子の実効可動直径は固定内周径よりも大きくなり、固定内周径と圧電セラミック振動子の外径の中間的な値となる。固定する部材の剛性が高い場合、例えば固定部材が金属又は肉厚が十分大きい樹脂の場合は、圧電セラミック振動子の実効可動直径は固定内周径とほぼ同じとみなすことができる圧電セラミック振動子を固定部材に固定する接着剤の剛性が低い場合、例えば柔らかい接着剤を厚く塗布して圧電セラミック振動子を固定した場合などにおいては、固定部材の剛性が高くても実効可動直径は固定内周径ょりも大きくなる。

実施の形態 1 及び 2 では昇圧コイル 2 a はォー卜卜ランスであった。これに代えて、 1 次側巻線と 2 次側巻線が別々に卷カゝれた通常のトランスを昇圧コィルとして用いても良い。 1 次側巻線と 2 次側巻線とが別々に巻かれた卜ランスと、 1 次側巻線と 2 次側巻線が共用されてい. る通称ォ一卜トランスとは、交流電気的な動作は全く同じである。

実施の形態 1 及び 2 では、抵抗 2 c が昇圧回路 2 のコンデンサ 2 b と直列に接続されている。抵抗 2 c は、下側遮断周波数近傍にある共振点の Q を下げ、下側遮断周波数（約 2 0 k H z ) 近傍の音圧周波数特性をフラッ卜に調整している。所定の性能が得られる場合には、抵抗 2 c はなくても良い。

スピ — 力の平均 S P L が十分高い場合には、圧電セラミック振動子 1 に接続されている昇圧回路 2 をなくしても良い

実施の形態 1 及び 2 ではドーム型振動板 3 の材質をポリエチレンテレフタレートまたはポリイミド含有樹脂フィレムとした。これに限られるものではなく、振動板の材質として任意の材料を用いることが出来る。例えば金属チタン箔、紙、各種樹脂フィルムなどを振動板として用いることが出来る。

モノモルフ型又はバイモルフ型の圧電セラミック振動子は、一般的に、厚み 0 . 1 5 m m 〜 0 . 2 5 m m の金属基板を有する。ドーム型振動板には、一般的に、厚み 0 . 0 5 m m 前後の樹脂フィルム又は厚み 0 . 0 2 5 m m程度のチタン泊などが、成型が容易であり且つ軽量である故、用レられる。このような材質を用いたドーム型振動板は圧電セラミック振動子に比べて遙かに軽量である。ドーム型振動板の材質に応じて、圧電セラミック振動子の振動特性が大きく変化することはない。

実施の形態 1 及び 2 では開口部 4 a の直径をドーム型振動板 3 のドーム部の直径と同じにしたが、多少異なつても構わない。開口部 4 a の直径をドーム部の直径以下とした場合は、ドーム部外側のつば及び接着剤のはみ出しなどが表側から見えにくくなるので、外観的に高品位なスピーカを実現できる。またパネリレ 4 の開口部前面をホーン状形状にすれば、指向性は狭くなるが、音圧レべルをさらに高めることができる。

実施の形態 1 及び 2 ではドーム型振動板 3 は圧電セラミック振動子 1 に対して偏心なく同軸上に配置したが、両者の多少の偏心は差し支えない。両者の偏心が大きい場合は、スピーカの音圧周波数特性ピークディップは分散化されるが、音圧レベルは低くなる傾向になる。このことを勘案して積極的に偏心をさせた設計をすることも可能である。

実施の形態 1 及び 2 ではドーム型振動板 3 の正面形状は円形であった。これに代えて、楕円形状又は長円形などのドーム型振動板を用いることも出来る。楕円形状又は長円形のドーム型振動板を用いると、スピーカの音圧周波数特性ピークディップは分散化されるが、音圧レべルは低くなる傾向になる。このような場合、楕円又は長円形の長径と短径の平均値（又はその面積と同一の面積を有する円の直径）を圧電セラミック振動子 1 の実効可動直径の 0 . 5 〜 0 . 8 倍と設計すれば良い。

実施の形態 1 及び 2 ではドーム型振動板 3 の形状は球面型ドームであった。これに代えて、円錐型又は砲弹型のドーム型振動板を使用しても良い。ドーム型振動板 3 は圧電セラミック振動子 1 に比べて遙かに軽量である故ドーム型振動板 3 の形状を変えた場合、スピーカの指向特性は変化するが、圧電セラミック振動子 1 の振動特性 (音圧周波数特性）はほとんど影響を受けない。

本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは、言うまでもない。発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。

本発明の超高域再生用スピーカでは、圧電セラミック振動子の周辺部を固定するとともに、ドーム型振動板のドーム外径を圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 5 〜 0 . 8 倍に構成したことにより、圧電セラミック振動子のピークディップの少ない部位の振動がドーム型振動板に伝達される。これにより優れた音圧周波数特性を実現する。実質的にドーム型振動板のみを外部に露出するパネル開口部以外からは不要な音が放射されないので音圧周波数特性を更に良くし、且つ優れた指向性を実現する。

圧電セラミックの直径をドーム部の直径とほぼ同一にすることにより、圧電セラミックが発生する振動の大部分をドーム型振動板から放射する効率の良い超高域再生用スピーカを実現する。

セラミック振動子に昇圧回路を接続することにより、セラミック振動子の駆動電圧を高くしている。これにより、小さな直径のドーム型振動板を用いて高い音圧レべルをもつスピーカが得られる。小さな。直径のドーム型振動板により、広い指向性のスピーカが得られる。

ドーム型振動板の第 1 次高域共振周波数を前記圧電セラミック振動子の第 2 次高域共振周波数よりも高くしたことにより、圧電セラミック振動子の放射効率の高い周波数帯域でドーム型振動板の高次分割振動による振動伝達損失がなく、極めて超高域まで再生するスピーカを実現できる。この構成により、上記のスピーカよりも一層超高域まで伸びた優れた特性の超高域再生用スピー力を実現することができる。

本発明のスピー力においては、極めて広範に使用されている小型円形汎用モノモルフ型の圧電セラミック振動子を用いることができる。本発明のスピーカの再生周波数は超高域なので、小型で安価な部品を用いて昇圧回路を構成することが出来る。

本発明によれば、高い音圧レベルとピークディップの少ない優れた音圧周波数特性をもち、優れた指向特性を有し、超高域の周波数まで再生ができる安価な超高域再生用スピーカを実現できる。

発明をある程度の詳細さをもって好適な形態について説明したが、この好適形態の現開示内容は構成の細部において変化してしかるべきものであり、各要素の組合せや順序の変化は請求された発明の範囲及び思想を逸脱することなく実現し得るものである。産業上の利用可能性

本発明の超高域再生用スピーカは、 D V D オーディオ再生装置及びスーパーオーディォ C D 再生装置等の音響装置のスピーカとして有用である。

Claims

請求の範囲

1 . 圧電セラミックと金属基板を接合した略円盤状の圧電セラミック振動子と、前記圧電セラミック振動子に取り付けられたドーム型振動板と、前記圧電セラミック振動子の外周部を固定し且つ前記ドーム型振動板の前面に開口部を有するノネルと、を有し、

前記ドーム型振動板のドーム部の直径を前記圧電セラミック振動子の実効可動直径の 0 . 5 〜 0 . 8 倍としたことを特徴とする超高域再生用スピーカ。

2 . 前記圧電セラミックの直径が、前記ド一ム部の直径とほぼ同一であることを特徴とする請求項 1 に記載の超高域再生用スピー力。

3 . 前記開口部が前記ドーム部の直径とほぼ同一であることを特徴とする請求項 1 に記載の超高域再生用スピ一力。

4 . 前記圧電セラミック振動子に昇圧回路を接続したとを特徴とする、. 請求項 1 に記載の超高域再生用スピ

― 力

5 . 前記ドーム型振動板の第 1 次高域共振周波数は前記圧電セラミック振動子の第 2 次高域共振周波数よりも高くしたことを特徴とする、請求項 1 に記載の超高域再生用スピーカ。