(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの開口を有する振動体と、
前記振動体に当接して振動を加える振動装置と、
前記振動体を支持する支持部材と、
を備え、
前記振動装置は、前記振動体に付される圧電素子であり、前記振動体の前記開口に当接する箇所に開口を有することを特徴とする、スピーカユニット。
【請求項２】
前記振動体は、前記開口を、前記支持部材に支持される部分に対する中心から離間する位置に有することを特徴とする、請求項１に記載のスピーカユニット。
【請求項３】
前記振動体は、前記開口を、前記支持部材に支持される部分から異なる距離離間する位置に複数有することを特徴とする、請求項１に記載のスピーカユニット。
【請求項４】
前記振動体は、前記支持部材に支持される部分に囲まれる円形状の領域を有し、該円形状の領域を円周方向に等角度で区画される複数の領域のそれぞれに中心からの距離の異なる位置に前記開口を有することを特徴とする、請求項３に記載のスピーカユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を物理振動に変換して音を発生するスピーカユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカユニットは、音を記録した電気信号を増幅し、それを振動装置に供給して振動体を振動することで、可聴域の音波（単に音とも呼ぶ）を発生する。従来のスピーカユニットでは、例えば特許文献１に開示されるように、振動装置として永久磁石とボイスコイルが頻繁に用いられていた。そのような構成のスピーカユニットは、多くの部品を要し、大型化及び重量化する傾向にあった。
【０００３】
近年では、携帯電話のような小型の携帯端末の利用が増え、スピーカユニットの小型化及び軽量化が求められている。そこで、振動装置として圧電素子が採用されるようになった。しかし、振動体の振動面が減少するために音質が劣化する。特許文献２には、複数の圧電素子を片持ち梁状に支持し、その振動端を振動体の縁部に接続したスピーカユニットが開示されている。これにより、全体的に音圧レベルが高く、尖鋭なピークがない周波数特性が得られている。しかし、片持ち梁状に支持する構成は、生産コストが大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５７９７２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６０９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、小型で高音質のスピーカユニットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のスピーカユニットは、
少なくとも１つの開口を有する振動体と、
前記振動体に当接して振動を加える振動装置と、
前記振動体を支持する支持部材と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
この特徴によれば、支持部材により支持され、振動装置により振動が加えられて振動する振動体が少なくとも１つの開口を有することで、開口を有さない振動体と比較すると多くの微細な振動モード（共振により増幅される周波数、及び反共振により減衰される周波数）が生じ、周波数特性が緩やかになる。
【０００８】
本発明のスピーカユニットは、
前記振動装置は、前記振動体に付される圧電素子であり、前記振動体の前記開口に当接する箇所に開口を有することを特徴とする。
【０００９】
この特徴によれば、振動体の微細な振動モードが振動装置によって打ち消されることなく、振動体と振動装置の全体として、周波数特性が緩やかになる。
【００１０】
本発明のスピーカユニットは、
前記振動体は、前記開口を、前記支持部材に支持される部分に対する中心から離間する位置に有することを特徴とする。
【００１１】
この特徴によれば、振動体が開口を支持部材に支持される部分に対する中心から離間する位置に有することで、多様な振動モードが生じ、周波数特性がより緩やかになる。
【００１２】
本発明のスピーカユニットは、
前記振動体は、前記支持部材に支持される部分に囲まれる円形状の領域を有し、該円形状の領域を円周方向に等角度で区画される複数の領域のそれぞれに中心からの距離の異なる位置に前記開口を有することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、振動体が、支持部材に支持される部分から異なる距離離間する位置に複数有することで、さらに微細な振動モードが生じ、周波数特性がより緩やかになる。
【００１４】
本発明のスピーカユニットは、振動体は、支持部材に支持される部分に囲まれる円形状の領域を有し、該円形状の領域を円周方向に等角度で区画される複数の領域のそれぞれに中心からの距離の異なる位置に開口を有することを特徴とする。
【００１５】
これによれば、円形状の振動体が、円周方向に等角度で区画される複数の領域のそれぞれに中心からの距離の異なる位置に開口を有することで、複数の振動モードを幅広く設計することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のスピーカユニットによれば、周波数特性を緩やかにして高音質にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、スピーカユニットの概略構成、振動モード、及び周波数特性を示す図である。
【図２】図２は、制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、従来型のスピーカユニットの振動モード及び周波数特性を示す図である。
【図４】図４は、変形例に係るスピーカユニットにおける振動体の開口パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１９】
図１（Ａ）及び（Ｂ）に、それぞれ、上面視及び側面視におけるスピーカユニット１の概略構成を示す。スピーカユニット１は、電気信号を物理振動に変換して音を発生する装置であり、フレーム１０、振動体２０、及び振動装置３０を含んで構成される。
【００２０】
フレーム１０は、後述する振動体２０を支持する支持部材である。フレーム１０は、例えば金属、樹脂等を用いて一定の肉厚を有する円筒状に成形されている。フレーム１０の内側に振動体２０の縁部を固定することで、振動体２０が振動可能にフレーム１０に支持される。なお、フレーム１０の形状は円筒状に限らず、振動体２０の形状、或いは周波数特性に応じて角筒など任意の形状を採用してもよい。また、一方に底を有する有底筒状の形状を採用してもよい。
【００２１】
振動体２０は、薄肉のシート状の部材であり、振動して音を発する。振動体２０は、金属、樹脂などの適度の弾力性を有する素材を用いて円形状に成形される。なお、金属として、リン青銅、ステンレス、マグネシウム、アルミニウム、チタン、ベリリウム、或いはこれらの合金が例示される。また、樹脂として、ウレタン系、ポリプロピレン系、ポリエチレン系、ポリスチレン系、ポリアミド系などが例示される。
【００２２】
振動体２０には、一例として円形状の開口２０ａが、振動体２０の中心（すなわち、円形状の中心）から図面左方に離間する位置に形成されている。これにより、振動体２０は、複数の振動モード（共振周波数）を有する。詳細は、後述する。
【００２３】
振動装置３０は、振動体２０に振動を加える装置である。本実施形態では、振動装置３０として、電圧を力に変換する圧電素子を採用する。圧電素子は、一例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のセラミックスから構成される。振動装置３０は、振動体２０より若干小さい直径を有する円板状に成形され、その一面を振動体の一面（図中の上面）に当接して振動体２０に取付けられている。
【００２４】
なお、振動装置３０には、振動体２０に形成された開口２０ａよりやや大きい開口３０ａが形成され、開口２０ａと連なって１つの開口穴をなしている。
【００２５】
スピーカユニット１は、制御部４０からの駆動信号によって機能する、制御部４０は、入力信号（ここではデジタル信号とする）を処理して駆動信号を生成し、その駆動信号を振動装置３０に送ることで、スピーカユニット１を制御する。本実施形態では、制御部４０は、一例としてマイクロコンピュータを用いて構成され、これに機能プログラムを実行させることで、その機能を発現する。
【００２６】
図２に、制御部４０の機能構成を示す。制御部４０は、処理部４２、ＤＡコンバータ４４、及び増幅器４６を含んで構成される。処理部４２は、入力信号を受け、音声信号を周波数変調して音質を補正するイコライザ、音量の最大と最小の差（すなわち、ダイナミクス）を圧縮するコンプレッサ、量子化雑音を整形するΔΣ変調、振幅変調（ＡＭ変調）、周波数変調（ＦＭ変調）などの変調処理を施す。変調処理した入力信号は、ＤＡコンバータ４４に送られる。ＤＡコンバータ４４は、処理部４２から受信する信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換する。アナログ信号に変換された信号は、増幅器４６に送られる。増幅器４６は、ＤＡコンバータ４４から受信する信号（アナログ信号）を増幅する。増幅された入力信号は、駆動信号として振動装置３０に送られる。
【００２７】
振動装置３０は、制御部４０（に含まれる増幅器４６）から駆動信号を受けて駆動され、振動体２０に振動を加える。
【００２８】
振動体２０の振動モード及び周波数特性について説明する。
【００２９】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に、比較のため、振動体２０に開口２０ａを有さない従来型のスピーカユニット１における振動モード及び周波数特性をそれぞれ示す。ただし、振動モードは、一例として図１（Ａ）に示される基準線Ｌについてのモードを示す。
【００３０】
振動体２０は少なくともフレーム１０に固定された縁部で節を持つことから、振動モードは、振動体２０の基準線Ｌに関する幅に等しい半波長ｍ１を有する。また、ｍ１の２倍の周波数ｍ２、３倍の周波数ｍ３、．．．について、ｍ１の奇数倍の周波数において共振し、偶数倍の周波数において反共振する。図３（Ａ）に、一例として、ｍ１、ｍ２、ｍ３を示す。図３（Ｂ）に示す周波数特性において、ｍ１、ｍ３では音圧の極大を呈する共振が、ｍ２では音圧の極小を呈する反共振として現れる。従って、開口２０ａを有さない振動体２０は、周波数に対して音圧が大きく変動する特性を有し、音質が劣る。
【００３１】
図１（Ｃ）及び（Ｄ）に、本実施形態のスピーカユニット１における振動モード及び周波数特性をそれぞれ示す。
【００３２】
振動体２０の基準線Ｌに関する幅に等しい半波長ｍ１を有し、ｍ１の奇数倍の周波数において共振し、偶数倍の周波数において反共振する点は図１と同様である。さらに、振動体２０が開口２０ａを有することで、振動体２０のうち開口２０ａの図面右側の部分が少なくともフレームに固定された縁部と開口２０ａの縁部とで節を持つことから、右側の部分の幅に等しい半波長ｍ１ａを有し、ｍ１ａの奇数倍の周波数において共振し、偶数倍の周波数において反共振する。同様に、振動体２０のうち開口２０ａの図面左側の部分が少なくともフレームに固定された縁部と開口２０ａの縁部とで節を持つことから、左側の部分の幅に等しい半波長ｍ１ｂを有し、ｍ１ｂの奇数倍の周波数において共振し、偶数倍の周波数において反共振する。
【００３３】
図１（Ｃ）に、一例として、ｍ１、ｍ２、ｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ１ｂ、ｍ２ｂを示す。このように振動モードｍ１，ｍ２に加えて、微細な振動モードｍ１ａ、ｍ２ａ、ｍ１ｂ、ｍ２ｂが生じることで、図１（Ｄ）に示すように、周波数特性は、周波数に対して音圧が微細に変動し、全体的に緩やかな特性を有し、音質に優れる。なお、実際には図１（Ｃ）に示した開口２０ａを通る振動体２０の直径方向に限らず、開口２０ａと振動体２０の周縁のすべてとの間に振動モードが発生し、周波数特性は図１（Ｄ）よりもさらに緩やかになると考えられる。
【００３４】
開口２０ａは、振動体２０の円形状の中心、すなわちフレーム１０に支持される部分に対する中心以外の位置に設けることが望ましい。中心から離間する位置に開口２０ａを設けることで、上述のように、振動体２０の右側の部分と左側の部分とのそれぞれで異なる周波数の振動モードが生ずるため、周波数特性がより微細に変動して、全体的に緩やかになる。
【００３５】
また、開口２０ａは、１つに限らず複数設けることとしてもよい。それにより、さらに微細な振動モードが生じ、より周波数特性が緩やかになる。
【００３６】
以上詳細に説明したように、本実施形態のスピーカユニット１は、少なくとも１つの開口２０ａを有する振動体２０、振動体２０に当接して振動を加える振動装置３０、及び振動体２０を支持するフレーム１０を含んで構成される。フレーム１０により支持され、振動装置３０により振動が加えられて振動する振動体２０が少なくとも１つの開口２０ａを有することで、開口を有さない振動体２０に対して微細な振動モードが生じ、周波数特性が緩やかになる。引いては、構造の少ない周波数特性に改質され、音質が向上する。
【００３７】
図４に、変形例に係るスピーカユニット１における振動体２０の開口パターンの一例を示す。振動体２０は、上面視において、フレーム１０に支持される部分に囲まれる円形状の領域を有し、この円形状の領域を円周方向に等角度で複数の領域に区画される。ここでは、一例として、３つの領域３０１，３０２，３０３に区画される。これらの領域に、振動体２０の中心からの距離の異なる位置に各１つの開口２０ａ１，２０ａ２，２０ａ３が形成される。開口２０ａ１，２０ａ２，２０ａ３は、それぞれが約１２０度の円弧状の形状を有し、開口２０ａ１が最も振動体２０の中心から離間し、開口２０ａ３が最も振動体２０の中心に近接する。これにより、複数の基本的な振動モードが効率良く発生し、より周波数特性が緩やかになる。
【００３８】
なお、本実施形態に係るスピーカユニット１では、振動体２０を円形状に成形されるとしたが、その形状は円形に限らず、矩形、楕円形など、任意の形状を採用してもよい。また、開口２０ａの形状、大きさ、及び数も、所望の周波数特性が得られるよう任意の形状、大きさ、及び数としてよい。
【００３９】
本実施形態に係るスピーカユニット１では、振動装置３０として電圧を力に変換する圧電素子を採用したが、これに代えて、例えば電磁力により振動体に振動を加える永久磁石とボイスコイルとから構成される素子を採用してもよい。
【００４０】
本実施形態のスピーカユニット１は、携帯電話、スマートフォン、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ゲームコンソール、デジタルカメラなど、特に小型の端末におけるスピーカユニットとして好適である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のスピーカユニットは、緩やかな周波数特性により高音質を実現する。多くの音響機器、特にイヤホンにおける利用が考えられる。
【符号の説明】
【００４２】
１     スピーカユニット
１０     フレーム
２０     振動体
２０ａ   開口
３０     振動装置
３０ａ   開口
４０     制御部
４２     処理部
４４     ＤＡコンバータ
４６     増幅器
【要約】
【課題】小型で高音質のスピーカユニットを提供すること。
【解決手段】スピーカユニット１は、少なくとも１つの開口２０ａを有する振動体２０、振動体２０に当接して振動を加える振動装置３０、及び振動体２０を支持するフレーム１０を含んで構成される。フレーム１０により支持され、振動装置３０により振動が加えられて振動する振動体２０が少なくとも１つの開口２０ａを有することで、開口を有さない振動体２０に対して多くの振動モードが生じ、周波数特性が緩やかになる。音質が向上する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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