(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を金属板に貼付し、圧電素子の振動によって金属板に屈曲振動を発生させるスピーカにおいて、
金属板の縦弾性係数をＥ（ｋＮ／ｍｍ２）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）とし、前記貼付が行われた貼付面における金属板の面積をＳｍ、圧電素子の面積をＳｐとし、Ｘ＝（Ｓｐ／Ｓｍ）・（ρ／Ｅ）とするとき、Ｘの値が、０．０１〜０．０８であることを特徴とする、スピーカ。
【請求項２】
前記Ｘの値が、０．０２〜０．０７であることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項３】
前記貼付面において、前記金属板と前記圧電素子とが略相似形状であり、前記金属板と前記圧電素子の重心位置が略一致することを特徴とする、請求項１又は２に記載のスピーカ。
【請求項４】
前記圧電素子と前記金属板とを貫通する孔を有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スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
イヤホン等に用いられるスピーカには、例えば特許文献１に開示されたように、圧電素子を振動板に当接させたものが知られている。
【０００３】
この際、圧電素子と振動板の全体として、内部減衰率を低くすることが重要である。振動によって発生した波動エネルギーの減衰を最小限に抑えることで、音響的な直線性歪みを抑制することができる。また、減衰率は周波数に依存するため、減衰率が最大となる周波数における減衰率を小さくすることが重要となる。
【０００４】
ダイナミックスピーカにおいて音響的に優れた金属材料としては、金属内部でのエネルギーロスを抑えるものが好ましい。換言すれば、軽量で硬質の材料が良いと言われている。代表的な高音質金属としては、チタンやベリリウムなどが上げられる。これら金属は、コイル駆動型のダイナミックスピーカにおいて、振動板そのものの音響特性を向上させるために、特に高級オーディオ機器に用いられている。
【０００５】
一方、金属板に圧電素子を貼付したスピーカについては、金属板と圧電素子の貼付により屈曲振動を発生させる構造に基づき、出力音の歪率を小さくするため、金属板の特性と圧電素子の形状とで、何らかの最適化を図る必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２３３０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、金属板と圧電素子を貼付したスピーカで、出力音の歪率が低いもの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】
【０００８】
金属板と圧電素子の面積比を調整して、低歪率を実現する。一般に、金属板が軽量・硬質であれば、圧電素子を金属板の全面に貼付しても、金属板の音伝導によって低歪率の音が出力される。一方、金属板が非軽量あるいは軟質である場合には、圧電素子を金属板の全面に貼付すると、特に金属板の周縁部で圧電素子の振動が十分に伝達されず歪を生じる。逆に、金属板に圧電素子が貼付されていない箇所が大きいと、特に金属板が軽量・硬質の場合に、空間に放射されない金属板内の音伝導によって歪を生じる。してみれば、金属板の面積に対する圧電素子の面積は、金属板が軽量・硬質であれば大きく、非軽量・軟質であれば小さくすべきである。
【０００９】
本発明のスピーカは、
圧電素子を金属板に貼付し、圧電素子の振動によって金属板に屈曲振動を発生させるスピーカにおいて、
金属板の縦弾性係数をＥ（ｋＮ／ｍｍ２）（Ｎは力量の単位ニュートン）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）とし、前記貼付が行われた貼付面における金属板の面積をＳｍ、圧電素子の面積をＳｐとし、Ｘ＝（Ｓｐ／Ｓｍ）・（ρ／Ｅ）とするとき、Ｘの値が、０．０１〜０．０８であることを特徴とする。
【００１０】
この特徴によれば、金属板が軽量・硬質（ρ／Ｅが小さい）場合には金属板と圧電素子の面積比（Ｓｐ／Ｓｍ）を大きくし、非軽量・軟質（ρ／Ｅが大きい）場合には面積比を小さくする。低歪率のスピーカとなる。なお、出願人の実験によれば、Ｘの値は０．０２〜０．０７が最適であり、０．０１〜０．０８では歪率が小さかった（後述の実施例参照）。
ここで、「縦弾性係数」は、金属板の厚み方向の弾性係数である。
【００１１】
本発明のスピーカは、
前記Ｘの値が、０．０２〜０．０７であることを特徴とする。
【００１２】
Ｘの値を最適化するものである。
【００１３】
本発明のスピーカは、
前記貼付面において、前記金属板と前記圧電素子とが略相似形状であり、前記金属板と前記圧電素子の重心位置が略一致することを特徴とする。
【００１４】
この特徴によれば、圧電素子が金属板の周縁から離間した位置に配される。金属板の周縁における歪が軽減される。
【００１５】
本発明のスピーカは、
前記圧電素子と前記金属板とを貫通する孔を有することを特徴とする。
【００１６】
この特徴によれば、孔に基づいて金属板と圧電素子を合わせた形状について多様な共振周波数を持つ。周波数特性がフラットになり、特定の周波数に尖出した歪が緩和される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば金属板と圧電素子を貼付したスピーカで、出力音の歪率が低いものを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明のスピーカを示す図である。
【図２】図２は、Ｘの値と歪の関係を示す図である。
【図３】図３は、Ｘの値と最大歪の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明のスピーカを示す図である。金属板１に、圧電素子２が貼付されている。貼付面（図の上方から見た面）における金属板１の面積はＳｍ、圧電素子２の面積はＳｐである。金属板１に貼付される圧電素子２の面積Ｓｐは、当然に金属板１の面積Ｓｍ以下である。すなわち、（Ｓｐ／Ｓｍ）≦１である。
【００２０】
図１（Ａ）に円形の金属板１及び圧電素子２、図１（Ｂ）に方形の金属板１及び圧電素子２を示す。このように、金属板１及び圧電素子２の形状は任意に設計することができる。なお、金属板１及び圧電素子２が略相似形状であり、前記金属板と前記圧電素子の重心位置が略一致することが、金属板の周縁における歪を軽減する上で好ましい。
【００２１】
金属板１及び圧電素子２には、孔３を設けてもよい。孔３は、金属板１及び圧電素子２を貫通している。これにより、振動板が、孔に区切られた区間の長さの相違により、多様な共振周波数を持つ。圧電素子２についても孔３が貫通しているので、金属板１の共振周波数（金属板１及び圧電素子２全体としての共振周波数）は、多様になる。周波数特性がフラットになり、特定の周波数に尖出した歪が緩和される。
【００２２】
図２は、Ｘの値と歪の関係を示す図である。金属板１として真鍮（ρ／Ｅ＝０．０８７）を用い、金属板１及び圧電素子２を円形とし、金属板１及び圧電素子２の中心位置を一致させ、孔３を設けない場合の実験結果である。Ｘ＝０．００５、Ｘ＝０．００９、Ｘ＝０．０４、Ｘ＝０．０８５における歪率を周波数別に示したものである。横軸に周波数、縦軸に歪率を示す。
【００２３】
歪率が周波数に依存して変化するが、最大の歪率を見ると、Ｘ＝０．００５（図に４ａで示す）が最も大きく、Ｘ＝０．０４（図に４ｃで示す）が最も小さく、Ｘ＝０．００９（図に４ｂで示す）及びＸ＝０．０８５（図に４ｄで示す）はその中間である。
【００２４】
図２は、一実験例であるが、金属板１の材質や金属板１及び圧電素子２の形状を他のものとしたり、金属板１及び圧電素子２の形状を相似でなくしたりしても、同様であった。Ｘ＝０．０４〜０．０６において最大歪が最小となった。
【００２５】
図３は、Ｘの値と最大歪の関係を示す図である。横軸にＸ、縦軸に最大歪を示す。種々の実験結果の平均値である。また、図２における４ａ〜４ｄを表示した。
【００２６】
図３より、Ｘ＝０．０１〜０．０８において最大歪が２％未満となる。楽器の音色が十分に判別できる高音質である。また、Ｘ＝０．０２〜０．０７においては最大歪が１％程度まで小さくなっている。
【００２７】
ここで、Ｘ＜０．０１、Ｘ＞０．０８における最大歪の増加が観察されている。すなわち、Ｓｐ／Ｓｍを調整してＸ＝０．０１〜０．０８とすることが高音質を得るために必要である。例えば、金属板１として軽量・硬質のチタン（ρ／Ｅ＝０．０４２）を用いる場合にはＳｐ／Ｓｍを１に近くする（金属板のほぼ全面に圧電素子を貼付する）ことが好ましい。また金属板１として軟質の銀（ρ／Ｅ＝０．１０４）を用いる場合にはＳｐ／Ｓｍを小さくする（Ｓｐ／Ｓｍ＜０．７６）ことで高音質を得る。
【００２８】
以上詳細に説明したように、本発明のスピーカは、金属板１と圧電素子２の面積比を調整して、低歪率を実現するものである。なお、金属板１と圧電素子２を貫通する孔３を設けることで、最大歪が低下する。この場合にも、Ｘ＝０．０１〜０．０８において最大歪が小さくなることは同様である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
高音質のスピーカであり、多くの音響機器製造業者による利用が考えられる。
【符号の説明】
【００３０】
１  金属板
２  圧電素子
３  孔
４  最大歪
【要約】
【課題】金属板と圧電素子を貼付したスピーカで、出力音の歪率が低いものを提供すること。
【解決手段】金属板１の縦弾性係数をＥ（ｋＮ／ｍｍ２）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）とし、前記貼付が行われた貼付面における金属板１の面積をＳｍ、圧電素子２の面積をＳｐとし、Ｘ＝（Ｓｐ／Ｓｍ）・（ρ／Ｅ）とするとき、Ｘの値が、０．０１〜０．０８であることを特徴とするスピーカを提供する。金属板と圧電素子の面積比を調整して、低歪率を実現するものである。Ｘの値が、０．０１〜０．０８であれば歪率が２％以下となることを検証した。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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