(57)【要約】本発明は、圧電スピーカに関わる。当該圧電スピーカは、膜（２２）、及び該膜に対して取り付けられる少なくとも１つの圧電素子（２４）を有するアクチュエーティング層を有する。該少なくとも１つの圧電素子は、作動される際、音声を生成するために膜を振動させるよう適合される。スピーカは、生成されるべき音声の周波数に依存して作動されるアクチュエーティング層の分画を変化させる手段（２６，３６，４０，４２）によって特徴付けられる。アクチュエーティング層のより小さな分画は、より高い音声周波数に対して作動される。生成されるべき音声の周波数に依存して作動されるアクチュエーティング層の分画を変化させることにより、保持された音圧レベルを有するスピーカの電力消費量が減少され得る。本発明はまた、圧電スピーカを駆動させる方法に関わる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電スピーカであって、
・  膜と、
・  該膜に対して取り付けられる少なくとも１つの圧電素子を有するアクチュエーティング層と、
・  生成されるべき音声周波数に依存して作動される前記アクチュエーティング層の分画を変化させる、変化手段と、
を有し、
前記少なくとも１つの圧電素子は、作動される際、音声を生成するために前記膜を振動させるよう適合される、
圧電スピーカ。
【請求項２】
前記アクチュエーティング層の減少された分画は、より高い音声周波数に対して作動される、
請求項１記載の圧電スピーカ。
【請求項３】
前記アクチュエーティング層は、単一の圧電素子を有する、
請求項１又は２記載の圧電スピーカ。
【請求項４】
前記変化手段は、生成されるべき音声を表わす電気入力信号を用いて前記圧電素子の複数の異なる部分を選択的に作動させるよう適合され、作動される部分の数は、前記入力信号の周波数に依存する、
請求項３記載の圧電スピーカ。
【請求項５】
前記変化手段は、前記圧電素子の一側上に与えられる分割電極を有し、該分割電極は、前記圧電素子の前記部分に対応する個別に活性化可能なセグメントを有し、前記部分は、複数の前記電極セグメントに対して前記入力信号を供給することによって個別に作動され得る、
請求項４記載の圧電スピーカ。
【請求項６】
前記分割電極は、前記圧電素子の一側上に与えられる一方、非構造化電極は、前記圧電素子の対向する側部上に与えられる、
請求項５記載の圧電スピーカ。
【請求項７】
前記変化手段は、複数の平行な周波数フィルタを有し、各フィルタは、前記入力信号を受けるよう適合され、且つ前記電極セグメントのうち少なくとも１つに対して接続される、
請求項５記載の圧電スピーカ。
【請求項８】
前記変化手段は、周波数検出器に対して接続され、また前記電極セグメントのうち少なくとも１つに対して各々接続される複数の出力ポートを有する、スイッチを有し、
該スイッチは、前記周波数検出器によって検出される前記入力信号の前記周波数に依存して、複数の前記出力ポートに対して前記入力信号を送るよう適合される、
請求項５記載の圧電スピーカ。
【請求項９】
フラットパネルスピーカである、
請求項１記載の圧電スピーカ。
【請求項１０】
膜と該膜に対して取り付けられる少なくとも１つの圧電素子を有するアクチュエーティング層とを有する圧電スピーカを駆動させる方法であって、
前記少なくとも１つの圧電素子は、作動される際に、音声を生成するために前記膜を振動させるよう適合され、
生成されるべき前記音声の周波数に依存して作動される前記圧電素子の分画を変化させる段階、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜及びアクチュエーティング層を有する圧電スピーカに係る。該アクチュエーティング層は、作動される際に音声を生成するために膜を振動させるよう膜に対して取り付けられる少なくとも１つの圧電素子を有する。本発明はまた、圧電スピーカを駆動させる方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
図１ａ−１ｂは、膜１２、膜に対して取り付けられる圧電素子１４、及び生成されるべき音声を表わす電気入力信号に従って圧電素子を作動させる一組の電極１６，１８を有する、基礎的な先行技術による圧電スピーカ１０を示す。圧電素子１４は、作動される際、振動を開始し、該振動は、膜１２によって音声に変換される。
【０００３】
一般的な圧電スピーカは、その電力効率において周知である。しかしながらこれは、より低い周波数に対してのみ当てはまる。より高い周波数に対しては、圧電素子のインピーダンスは低下すると同時に、電流及び電力消費量は増大する。
【０００４】
この問題を解決するよう、圧電素子に対して電圧を調節することが提案されている。この解決策は、圧電スピーカの電力消費量が圧電素子に対する電圧に直接影響されるという理解、及び音圧レベルがより高い周波数における圧電スピーカに対して増大するという理解に基づくものである。故に、保持された音圧レベル及び減少された全体的電力消費量を有して、イコライザにおけるように、より高い周波数に対する電圧を選択的に下げることを可能とする。
【特許文献１】ＪＰ０５−１２２７９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述されたより高い周波数における高い電力消費量に関する問題に対して他の解決策を与える、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の説明から明らかであるかかる目的及び他の目的は、添付の請求項に従って、圧電スピーカ及び圧電スピーカを駆動させる方法を用いて、達成される。
【０００７】
本発明の一態様によれば、膜、及び膜に対して取り付けられる少なくとも１つの圧電素子を有するアクチュエーティング層（ａｃｔｕａｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）を有する圧電スピーカが与えられる。該少なくとも１つの圧電素子は、作動される際、音声を生成するために膜を振動させるよう適合される。当該スピーカは、生成されるべき音声周波数に依存して作動されるアクチュエーティング層の分画（ｆｒａｃｔｉｏｎ、フラクション）を変化させる変化手段によって特徴付けられる。望ましくは、アクチュエーティング層の減少された分画は、より高い音声周波数に対して作動される。
【０００８】
故に、アクチュエーティング層の全体又は一部分のみは、生成されるべき音声の周波数に依存して、作動され得る。
【０００９】
本発明は、複数の理解に基づくものである。まず、圧電スピーカの電力消費量は、電圧に影響されるばかりではなく、圧電素子の電気容量にも影響される。第二に、圧電素子の電気容量は、圧電素子の表面を減少させることによって減少され得る（その結果として電力消費量も減少され得る）。第三に、圧電スピーカがより高い周波数における音声の生成により効率的であるという事実により、音声周波数が増大する際、音圧レベルを保持するために作動されるよう必要とされる圧電材料は、より少なくなる。故に、生成されるべき音声の周波数に依存して作動されるアクチュエーティング層の分画を変化させることによって、電力消費量は低減され得る一方、音声レベルは基本的に保持され得る。この際、望ましくは、アクチュエーティング層の減少された分画は、より高い音声周波数に対して作動される（また、より大きな分画は、より低い音声周波数に対して作動される）。
【００１０】
一実施例では、アクチュエーティング層は、単一の圧電素子を有する。作動される圧電素子の分画は、生成されるべき音声を表わす電気入力信号を用いて圧電素子の複数の異なる部分を選択的に作動させることによって、変化され得る。作動される部分の数は、入力信号に依存する。
【００１１】
単一の圧電素子を有する一実施例において、変化手段は、望ましくは、圧電素子において与えられる分割電極を有する。該分割電極は、圧電素子の部分に対応する個別に活性化可能なセグメントを有する。圧電素子の異なる部分は、複数の電極セグメントに対して入力信号を供給することによって個別に作動され得る。望ましくは、分割電極は、圧電素子の一側上に与えられる一方、非構造化電極（ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）は、圧電素子の対向する側部上に与えられる。圧電材料において、電極が活性化される際に電極間の材料のみが作動される。故に、各々が圧電素子の異なる部分を覆う個別に活性化可能であるかあるいはアドレス可能あるセグメントを有する電極を有することによって、圧電素子のかかる部分を選択的に作動させることが可能となる。どの部分あるいはいくつの部分が作動されるかに依存して、作動される全体的な圧電素子の分画は、変化され得る。
【００１２】
圧電スピーカの圧電素子に分割電極を与えることは、ＪＰ０５−１２２７９３（特許文献１）から既知である、ことが留意されるべきである。該特許文献１において、電極セグメントは、より高い共振モードのノードに依存して寸法を定められ、動作中、外部電極に対して印加される駆動電圧は、内部電極に対して印加される駆動電圧より低い。このことによって、より高い共振によって引き起こされる特定の周波数における音圧のピーク及び下落の改善が可能になり、音圧周波数の特性が平滑化される。故に、特許文献１における分割電極は、本願発明とは異なる目的に対して且つ異なる方途において使用される。
【００１３】
作動される圧電素子の分画を制御及び確定するよう、変化手段は、例えば、複数の平行な周波数フィルタを有し、各フィルタは、入力信号を受けるよう適合され、且つ電極セグメントのうち少なくとも１つに対して接続される。故に入力信号は、入力信号の周波数及びフィルタのフィルタ特性に依存して、フィルタを通され得る。あるいは、変化手段は、スイッチを有し得る。該スイッチは、周波数検出器に対して接続され、また各々が電極セグメントのうち少なくとも１つに対して接続される複数の出力ポートを有する。スイッチは、周波数検出器によって検出される入力信号の周波数に依存して、複数の出力ポートに対して入力信号を送るよう適合される。このような代替案はいずれも、実施が比較的容易である解決策を提供するものである。
【００１４】
本発明に従った圧電スピーカは、例えばフラットパネルスピーカであり得、携帯電話、ＰＤＡ、ビデオカメラ、フラットパネルディスペンス等である多種の電子装置において実施され得る。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、膜及びアクチュエーティング層を有する圧電スピーカを駆動させる方法が与えられる。該アクチュエーティング層は、膜に対して取り付けられる少なくとも１つの圧電素子を有し、該少なくとも１つの圧電素子は、作動される際に、音声を生成するために膜を振動させるよう適合される。当該方法は、生成されるべき音声周波数に依存して作動されるアクチュエーティング層の分画を変化させることによって特徴付けられる。アクチュエーティング層のより小さな分画は、より高い音声周波数に対して作動される。この方法は、本発明の前述された態様と同様の利点を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のこれらの並びに他の態様は、本発明の現時点で望ましい実施例を図示する添付の図面を参照して、より詳細に説明される。
【００１７】
図２ａ−２ｂは、本発明の一実施例に従った圧電スピーカ２０を示す。スピーカ２０は、膜２２、及び膜２２に対して取り付けられる圧電素子２４を有する。
【００１８】
分割電極２６は更に、圧電素子２４の一側上に与えられ、非構造化電極２８は、圧電スピーカの他側上に与えられる。非構造化電極２８は、図２ａ中に示される通り、望ましくは膜２２と圧電素子２４との間において与えられる。
【００１９】
分割電極２６は、３つの個別にアドレス可能であるセグメント３０ａ、３０ｂ、及び３０ｃを有する。該セグメントは、１つのディスク（３０ａ）及び２つのリング（３０ｂ，３０ｃ）である。
【００２０】
圧電材料においては、電極間における材料のみが、電極が活性化される際に作動される。故に、例えば電極セグメント３０ａが（非構造化電極２８と共に）活性化される際、セグメント３０ａに対応する圧電素子２４の一部３２ａのみが作動される。同様に、圧電素子２４の部分３２ｂは、セグメント３０ｂに対応し、部分３２ｃは、セグメント３０ｃに対応する。分割電極２６のセグメント３０が個別にアドレス可能であるため、複数の圧電素子２４の部分３２及びその組合せは、いつでも作動され得る。故に、作動される圧電素子２４の分画は、スピーカの動作中に変化され得る。このことは事実上、圧電素子２４の表面積が変化され得る、ということを意味する。
【００２１】
圧電スピーカ２０の動作時において、非構造化電極２８及び分割電極２６の複数のセグメント３０は、生成されるべき音声を示す電気入力信号に従って、圧電素子２４の対応する部分３２を作動させるよう活性化される。作動される圧電素子の部分３２は、振動を開始し、該振動は、膜２２に対して送られる。膜２２は、振動を音声に変換する。
【００２２】
上述された通り、圧電スピーカがより高い周波数における音声の生成により効率的であるという事実により、より少ない圧電材料は、保持された音圧レベルと共に音声周波数が増大する際に作動されるよう必要とされる。故に、圧電素子２４のいずれの部分３２が作動するか（即ちどの程度大きな分画が作動するか）は、生成されるべき音声周波数に基づいて定められるべきである。圧電素子の電気容量は、圧電素子の表面を減少させることによって減少され得る（結果として電力消費量も減少され得る）。故に、電力消費量を低減させ且つ同時に音圧レベルを保持するよう、圧電素子のより大きな分画は、より低い音声周波数に対して作動されるべきであり、圧電素子のより小さな分画は、より高い音声周波数に対して作動されるべきである。
【００２３】
かかる理解及び条件を実施するよう、図３ａ中に示されるフィルタ配置又は図３ｂ中に示される周波数依存スイッチが使用され得る。
【００２４】
図３ａは、異なるフィルタ特性を有する３つのフィルタ３６ａ−３６ｃを有するフィルタ配置を示す。各フィルタ３６は、電気入力信号３８を受ける。信号３８は、生成されるべき音声を示す（故に、信号３８の周波数は、生成されるべき音声周波数に対応する）。各フィルタ３６ａ−３６ｃは、分割電極２６の対応するセグメント３０ａ−３０ｃに対して結合される。故に、各フィルタは、入力信号３８を対応するセグメント３０まで通過させて結果としてセグメント３０に関連付けられる圧電素子の部分３２の作動をもたらすようにし得るか、あるいは入力信号３８の周波数及び特定のフィルタ３６のフィルタ特性に依存して入力信号３８をブロックするか、のいずれかである。
【００２５】
上述と同様に、フィルタ３６は例えば、低周波数信号が全てのフィルタ３６ａ−３６ｃを通過できるようにされて基本的に全体的圧電素子２４の作動をもたらすよう、中周波数信号がフィルタ３６ａ−３６ｂからセグメント３０ａ及び３０ｂまで通過できるようにされて圧電素子の対応する部分３２ａ及び３２ｂの作動をもたらすよう、また、高周波数信号がフィルタ３６ａのみを通過できるようにされて対応する部分３２ａのみの作動をもたらすよう、構成され得る。図３ａ中のフィルタ配置に代わって、図３ｂ中に示される通り周波数検出器４２に対して接続されるスイッチ４０が使用され得る。スイッチ４０及び検出器４２はいずれも、電気入力信号３８を受ける。スイッチ４０は更に、３つの出力ポート４４ａ−４４ｃを有し、該ポートの各々は、分割電極２６の対応するセグメント３０ａ−３０ｃに対して結合される。動作時、スイッチ４０は、周波数検出器４２によって検出される入力信号の周波数に依存して、入力信号３８を１つ又は複数の出力ポート４４に対して（故に、１つ又は複数のセグメント３０に対して）送る。
【００２６】
やはり上述と同様に、スイッチ４０及び周波数検出器４２は例えば、低周波数信号が全ての出力ポート４４ａ−４４ｃに対して送られて基本的に全体的圧電素子２４の作動をもたらすよう、中周波数信号が出力ポート４４ａ−４４ｂを介してセグメント３０ａ及び３０ｂまで送られて圧電素子の対応する部分３２ａ及び３２ｂの作動をもたらすよう、また、高周波数信号が出力ポート４６ａに対してのみ送られて対応する部分３２ａのみの作動をもたらすよう、構成され得る。
【００２７】
図４は、図２ａ−２ｂにおいて示される種類の圧電スピーカに関連して、異なる圧電素子の表面積に対する電力消費量と音声周波数との間の関係を示す。グラフ４６は、部分３２ａ＋３２ｂ＋３２ｃに対応する圧電素子表面積、即ち全体的圧電素子２４に対する周波数に対する電力消費量を示す。同様に、グラフ４８及び５０は、夫々、部分３２ａ＋３２ｂ及び部分３０ａに対する周波数に対する電力消費量を示す。
【００２８】
図４から、一般的に周波数が増大する際には電力消費量が増大する、ことが留意され得る。特には、圧電素子全体が作動される（グラフ４６と同様）先行技術によるスピーカに関して、電力消費量は、周波数と共に急速に増大する一方、より小さな圧電範囲に対する増大はさほど大きくない。しかしながら、本発明に従って特定の周波数範囲を圧電素子の１つ又はそれより多い部分に対して割り当てる際（即ち、生成されるべき音声周波数に依存して作動される圧電素子の分画の変化が可能となる際）、電力消費量は低減され得る。この例において、低周波数（＜４．５ｋＨｚ）は、電極セグメント３０ａ＋３０ｂ＋３０ｃに対して伝達されて圧電素子の部分３２ａ＋３２ｂ＋３２ｃの作動をもたらす一方、中周波数（４．５−８ｋＨｚ）は、セグメント３０ａ＋３０ｂに対してのみ伝達されて部分３２ａ＋３２ｂを作動させ、高周波数（＞８ｋＨｚ）は、セグメント３０ａに対してのみ伝達されて部分３２ａを作動させる。もたらされる電力消費量と周波数との関係は、太線で図示されるグラフ５２によって示される。図示する通り、この例では、圧電スピーカに対する最大電力消費量は、約２００ｍＷまで低下されている。
【００２９】
図５は、図２ａ−２ｂに示される種類の圧電スピーカに関連して、異なる圧電素子表面積に対する音声周波数に対する測定された音圧レベルを示す。グラフは、低周波数（本例では＜１０００Ｈｚ）に関して、作動される圧電素子の部分の数が音圧レベルに著しく影響を与える、ことを示す。部分がより多ければ、圧電素子表面積はより大きく、音圧レベルはより高い。しかしながら、約１８００Ｈｚを上回ると、作動部分３２ａ＋３２ｂ＋３２ｃと同一の音圧レベルを保持するよう十分なものは、作動部分３２ａ＋３２ｂのみとなる。更に、約４１００Ｈｚから開始する周波数においては、部分３２ａは、部分３２ａ＋３２ｂを併せたものと同一の働きをする。図５における結果は、圧電スピーカの効率性が周波数と共に増大すること、及び、より高い周波数においては同一の音圧レベルと保持するよう必要である作動される圧電素子部分が少ないこと、を確認するものである。
【００３０】
当業者は、本発明が上述された望ましい実施例に制限されないことを理解する。また、多くの修正及び変形は、添付の請求項の範囲内において可能である。例えば、３つのセグメントを有する分割電極が上述されてきたが、２つのセグメント又は３つより多いセグメントを有する分割電極も（対応する数の圧電素子部分、フィルタ等を有して）使用され得る。また、多くの異なる形状の電極セグメント及び対応する圧電素子部分は、実施されてよく、図６ａ−６ｆにおいてその例が図示される。
【００３１】
更には、図３ａのフィルタ配置又は図３ｂの周波数依存スイッチはまた、上述された単一の圧電素子及び分割電極を有する実施例以外の実施例において使用され得る。例えば、他の一実施例では、複数の圧電素子が膜に対して取り付けられ得、各圧電素子は、上述されたフィルタ配置又は周波数依存スイッチを用いて入力信号を有して選択的に活性化され得る電極を与えられる。かかる実施例において、各フィルタ又はスイッチ出力ポートは、少なくとも１つの電極に対して接続される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】先行技術による圧電スピーカの概略的側面図である。
【図１ｂ】図１ａ中の先行技術による圧電スピーカの概略的平面図である。
【図２ａ】本発明の一実施例に従った圧電スピーカの概略的側部断面図である。
【図２ｂ】図２ａ中のスピーカの概略的平面図である。
【図３ａ】本発明の一実施例に従った圧電スピーカに対して結合されるフィルタリング配置を図示する。
【図３ｂ】本発明の一実施例に従った圧電スピーカに対して結合される周波数依存スイッチを図示する。
【図４】図２ａ−２ｂにおいて示される種類のスピーカに対する電力消費量を図示する。
【図５】図２ａ−２ｂにおいて示される種類のスピーカに対する音圧レベルを図示する。
【図６】図６ａ−６ｆは、電極セグメントの多種の形状を図示する。
【図１ａ】
2009518922.tif 000003
【図１ｂ】
2009518922.tif 000004
【図２ａ】
2009518922.tif 000005
【図２ｂ】
2009518922.tif 000006
【図３ａ】
2009518922.tif 000007
【図３ｂ】
2009518922.tif 000008
【図４】
2009518922.tif 000009
【図５】
2009518922.tif 000010
【図６ａ】
2009518922.tif 000011
【図６ｂ】
2009518922.tif 000012
【図６ｃ】
2009518922.tif 000013
【図６ｄ】
2009518922.tif 000014
【図６ｅ】
2009518922.tif 000015
【図６ｆ】
2009518922.tif 000016
【国際調査報告】
2009518922.tif 000017
2009518922.tif 000018