(57)【要約】  本発明は、圧電スピーカ（１）の可動システム（３）であって、膜（４）と、これに被着された圧電層（５）とを有し、主方向（ＭＤ）における可動システム（３）の運動が、主方向（ＭＤ）に対して横断方向の圧電層の膨張／収縮によって実質的に引き起こされるような可動システムを開示する。したがって、可動システム（３）の励振時に並進運動は生じず、曲げ運動のみが生じる。可動システム（３）の有利な周波数応答を提供するため、可動システムは、可動特性に関して非対称に構成される。したがって、モードは、一方においては、周波数シフトが生じ、他方においては、その影響の度合いは低い。それ故、本発明のスピーカ（１）の周波数応答は、周波数応答曲線の凹凸が少ない。可動システム（３）の具体的設計は、好ましくは、有限要素法を利用したコンピュータシミュレーションの使用によって行われる。好ましい実施形態では、可動システム（３）の局所コンプライアンス及び（又は）形状は、可動システム（３）の平面内の任意の点に関して非対称である。
2009516460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電スピーカの可動システムであって、膜と、前記膜に被着された圧電層とを有し、主方向における前記可動システムの運動が、前記主方向に対して横断方向の前記圧電層の膨張／収縮によって実質的に引き起こされる、可動システムにおいて、前記可動システムは、可動特性に関して非対称に構成されていることを特徴とする可動システム。
【請求項２】
局所可動特性は、前記可動システムの平面内の任意の点に関して非対称であることを特徴とする請求項１に記載の可動システム。
【請求項３】
局所コンプライアンスは、前記可動システムの平面内の任意の点に関して非対称であることを特徴とする請求項２に記載の可動システム。
【請求項４】
前記可動システムの形状は、前記可動システムの平面内の任意の点に関して非対称であることを特徴とする請求項２に記載の可動システム。
【請求項５】
前記可動システムは、前記可動特性についての単一の軸線に関して対称であることを特徴とする請求項１に記載の可動システム。
【請求項６】
前記膜と前記圧電層は、形状が互いに異なっていることを特徴とする請求項１に記載の可動システム。
【請求項７】
前記膜と前記圧電層は、同一形状のものであることを特徴とする請求項１に記載の可動システム。
【請求項８】
前記膜の重心と前記圧電層の重心は、互いに間隔を置いて位置していることを特徴とする請求項１に記載の可動システム。
【請求項９】
前記圧電層の領域は、膜の総領域の２０％よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の可動システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか一に記載の可動システムを有する圧電スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【開示の内容】
【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は、圧電スピーカの可動システムであって、膜と、これに被着された圧電層とを有し、主方向における可動システムの運動が、主方向に対して横断方向の圧電層の膨張／収縮によって実質的に引き起こされる可動システムに関する。さらに、本発明は、本発明の可動システムを有する圧電スピーカに関する。
【０００２】
〔発明の背景〕
圧電スピーカは、先行技術において周知である。膜が磁石システムのコイルにより動かされるいわゆるダイナミックスピーカとは対照的に、圧電スピーカの膜は、圧電結晶（ピエゾエレクトリッククリスタル）によって動かされる。圧電現象は、或る特定の結晶が加えられた電気的応力に応答して電圧を発生させる能力である。圧電効果は、可逆性であり、このことは、圧電結晶が外部電圧を印加すると僅かな量だけ形状を変化させることができるということを意味している。変形は、極めて僅かであるが、音を発生させるのに十分である。
【０００３】
先行技術においては、２種類の圧電スピーカ、即ち、膜の平面に対して横断方向、つまり、音の発生方向に励振が起こるスピーカ及び膜の平面に平行な方向、つまり、音の発生方向に対して横断方向に励振が起こるスピーカが知られている。第１の種類の圧電スピーカは、ムービング（可動）コイルを備えたダイナミックスピーカと同様に働き、膜の励振領域、即ち力が膜に加えられた領域が、多少の並進運動を行う（以下、Ａ型スピーカともいう）。これとは対照的に、第２の種類の圧電スピーカの膜の運動は、実質的な並進運動成分を含まず、実質的に曲げ成分を含む（以下、Ｂ型スピーカともいう）。その結果、これら２種類のスピーカの機械的挙動、それ故、音響挙動は、全く異なっており、これについて以下に概要説明する。
【０００４】
この時点では、膜の励振とこれにより引き起こされる運動を区別する必要がある。Ａ型スピーカの励振とＢ型スピーカの励振は互いに対して横断方向であるが、両方の場合において、メンブレンは、周囲の空気を伸縮させる主方向に動く。その結果、音波が、この主方向に放出され、この主方向は、厳密に言えば、互いに異なる方向における音ベクトルの総和ベクトルである。通常、この主方向は、簡単に言えば、スピーカの軸線である。さらに注目すべきこととして、電圧を圧電結晶に印加すると、主変形方向に膨張／収縮が生じる。しかしながら、もう一方の軸線にも僅かな変形が生じ、この変形は、本発明の目的上、無視する。最後に、注目すべきこととして、膜の運動の実質的な並進運動成分は、別の運動成分、特に曲げ運動成分を排除する訳ではなく、またこの逆の関係が成り立つ。しかしながら、実質的な並進運動成分／実質的な曲げ運動成分は、並進／曲げが生じることを意味している。
【０００５】
Ａ型スピーカの膜を励振すると、膜の励起領域の並進運動に加えて、残りの領域の他の運動成分も生じる。第１に、通常ハウジングに固定されている膜のエッジと励振領域との間の領域は、固定状態のエッジに対する励振領域の並進運動に応じて動く。したがって、かかる領域は、一種の横揺れ（補償）運動を行い、このために、かかる領域は、一般に、補償運動を行う必要のない中央領域よりも応従性が非常に高い。さらに、通常のダイナミックスピーカの場合のリング状励振領域の内部に位置するいわゆるドームは、加速力及び圧力に起因して上下に曲げられる。しかしながら、膜としての役目を果たす多少剛性のプレートを備えたスピーカも存在し、この場合、上述の曲げは、無視できる。いずれの場合においても、膜は、更に、これを励振させるとその固有振動に応じて動く傾向がある。これら振動は、定在波又はいわゆるモードとも呼ばれている。各モードの振動数及び振幅は、種々のパラメータ、例えば膜の寸法形状並びに材質及び厚さで決まる。図１〜図３を参照してこの挙動及びその結果について以下に説明する。
【０００６】
図１は、Ａ型圧電スピーカ１′の断面図及び平面図であり、このＡ型圧電スピーカは、ハウジング２と、膜４と、圧電結晶５′を有している。膜４は、膜のエッジのところが例えばグルーによってハウジング２に連結されている。圧電結晶５′は、結果的に得られた空間内でハウジング２と膜４との間に取り付けられている。電圧を圧電結晶５′に印加することにより、圧電結晶が膨張し又は収縮して膜４が主方向ＭＤにおいて上方（細い線で示されている）又は下方に動かされ、かくして、膜４の上方に位置する空気が押され（空気が縮み）又は引かれ（空気が伸ばされ）、音が生じる。この運動を容易にするために、膜４は、図１で理解できるように外側部分に波形部を有している。この手段により、膜４は、外側部分が柔軟になり、即ち、コンプライアンス（応従性）が高くなる。これとは対照的に、膜４の中央領域は、剛い。それにより、当然のことながら、膜４の中央／励振領域は、主として並進的に動かされることは理解されよう。図１に示す並進運動に加えて、別の運動、例えば上述した定在波も生じる。
【０００７】
図２は、これら定在波又はモードによる膜４の運動状態（単に太線で示されている）を示している。左側には、第１次モード、即ち固有共振振動数による膜４の曲げ状態が示されている。さらに、倍音（高調波）が存在する。図２では、第１（中央）倍音及び第２倍音（右側）、即ち、第２次モード及び第３次モードが示されており、この場合、膜４は、それぞれ、１つ又は２つの節を有している。膜４によりシフトされた容積は、ハッチングを施した領域によって視覚化されている。膜４のアイドル位置の上下のハッチング領域の合計がゼロに等しくないので奇数モードだけが実質的な音圧を生じさせ、これに対し、偶数モードの場合のこの合計は、実質的に音を生じさせないことは容易に理解されよう。
【０００８】
次に、図３は、図２の教示を考慮に入れたスピーカ１′の周波数応答を示している。横軸には周波数ｆが示され、縦軸には音圧ｐが示されている。奇数番目のモードｎ＝１，３，．．．により、周波数応答に山が生じ（容積の移動により）、偶数番目のモードｎ＝２，４，．．．により、谷が生じる（容積が移動せず、内部摩擦による入力パワーの消散が生じる）。注目すべきこととして、かかる条件は、このグラフ図では単純化されており、グラフ図は、一般的な物理的相関関係を示すためのものであるに過ぎない。実際のスピーカの周波数応答は、完全に異なる周波数応答を有する場合がある。
【０００９】
しかしながら、スピーカのこの挙動は、これら山及び谷が互いに異なる振動数で漸変する音の大きさを生じさせるので望ましくない。これらモードを減衰させてこれらの影響を低減させ、それによりスピーカの周波数応答ができるだけフラットになるようにするための多くの方法が開発された。一方法は、膜の中央領域を十分剛性にして固有モードが高い周波数でのみ生じるようにすることである。この場合、２種類の材料、即ち、中央領域について剛性の材料、エッジ領域について柔軟な材料が用いられる場合が多い。別の一方法は、英国特許第１，１２２，６９８号明細書に開示されており、かかる特許文献では、重心が励振される非対称の膜が提案されている。さらに別の方法は、対称の膜の励振箇所を重心からずらして妨害モードの励振の度合いが低くなるようにすることである。しかしながら、膜４それ自体のモードのそれぞれの振動数及び波長は、それによっては変化しない。Ａ型スピーカを設計する際に理想的な形として残っているモードは、いわゆる「ピストン」モードであり、このピストンモードは、図１に示されている（この名称の由来は、膜の中央領域がピストンのように動き、即ち、並進運動することにある）。この時点で注目すべきこととして、ピストンモードは、第１次モードとの混同が生じてはならないことであり、この第１次モードは、ピストンモードとは逆の方向に動く。
【００１０】
次にＢ型スピーカを参照すると、完全に異なる物理的現象が与えられる。図４は、かかる装置の原理的設計例を断面図及び平面図で示している。Ｂ型圧電スピーカ１は、ハウジング２と、膜４と、圧電層５とを有している。膜４は、この場合も又、膜エッジが例えばグルーによってハウジング２に連結されている。Ａ型スピーカとは対照的に、この場合、圧電結晶は、圧電層５の形態で存在し、この圧電層は、ハウジング２に触れないで、膜４に被着されている。この場合も又、電圧を印加することにより、圧電結晶５は膨張し又は収縮し、膜４は主方向ＭＤにおいて上方に（細い線で示されている）又は下方に動かされるようになる。Ａ型スピーカとは対照的に、圧電層５は、この主方向ＭＤに対して横断方向に、即ち、この例では膜４の平面内で膨張し又は収縮する。したがって、励振領域は、並進的には動かされず、曲げられる。しかしながら、この曲げは又、膜４の上方の空気を押し又は引いて音を生じさせる。この運動を容易にするために、膜４は、この場合も又、外側部分に波形部を有している。この手段により、膜４は、外側部分が柔軟になり、即ち、コンプライアンス（応従性）が高くなる。Ａ型スピーカとは対照的に、中央／励振領域のエッジは、動かされず、曲げられるに過ぎない（向きが変えられるに過ぎない）。この場合も又、図４に示す曲げ運動の他に定在波が存在する。
【００１１】
定在波の物理学的性質は、大部分がＡ型スピーカに関する物理的性質と同じなので、煩雑になるのを避けるために別個の説明を省く。しかしながら、Ａ型スピーカとは対照的に、Ｂ型スピーカは、奇数モードｎ＝１，３，．．．を有する必要がある。もしそうでなければ、これら奇数モードを完全に減衰した場合、音を発生させるピストンモードが生じないので、音は全く生じない。
【００１２】
それにもかかわらず、Ｂ型スピーカは、周波数応答に関して同じような問題を抱えている。というのは、この場合も又、周波数応答において、奇数モードにより山が生じ、偶数モードにより谷が生じるからである。残念ながら、Ａ型スピーカに関する教示は、一般論として、Ｂ型スピーカには適用できない。柔軟な境界部領域を備えた剛性プレートの教示を適用することは、とりわけ不可能である。膜の曲げは、スピーカの機能にとって必要不可欠であることは容易に理解されよう。したがって、剛性膜は、Ｂ型スピーカの良好な効率にとって矛盾となる。さらに、かかる教示を上述したような励起箇所のシフトに関して適用することは、とりわけ不可能である。Ａ型スピーカの励振領域（又は面積）は、比較的狭く、即ち、全膜領域の５％であるが、Ｂ型スピーカの励振領域は、比較的広く、即ち、全膜領域の２０％以上である。当業者であれば、当然のことながら、Ａ型スピーカの機能に関し、励振領域の寸法は、膜の中央領域が十分に剛性であると仮定すれば、程度の差はあれあまり関係が無いことは理解されよう。したがって、Ｂ型スピーカを単一の箇所について励振させることができず、十分に広い領域について励振させなければならないことも又明らかである。通常、Ｂ型スピーカの励振領域は、圧電層の領域と等化である。圧電層がスピーカハウジングに部分的に取り付けられている場合にのみ、例えば、膜全体が製造の容易さのために圧電層を有する場合、かかる部分は、励振領域には寄与しない。最後に、Ａ型スピーカ及びＢ型スピーカの第１次モードは、完全に互いに異なる挙動を示す。Ａ型スピーカでは、第１次モードは、ピストンモードとは逆方向に動き、このことは、第１次モードがＡ型スピーカの音の大きさを減少させることを意味する。これとは対照的に、第１次モードは、Ｂ型スピーカの音を生じさせる（主として生じさせる）モードである。当然のことながら、Ａ型スピーカの設計者は、曲げモードを除こうとしていることは理解されよう。具体的に言えば、設計者は、第１次モードの影響をできるだけ回避しようとする。というのは、このモードは、上述の音の大きさを減少させるうえで最も大きな影響を有するからである。しかしながら、設計者は又、Ｂ型スピーカを設計する際に第１次モードを回避しようとする場合、当然のことながら、十分に高い性能のスピーカを製作することに失敗するであろう。
【００１３】
それ故、本発明の目的は、実質的にフラットな周波数応答を有するＢ型スピーカを提供すると共にそのためのルールを構築することにある。
【００１４】
〔発明の目的及び概要〕
本発明の目的は、圧電スピーカの可動システムであって、膜と、膜に被着された圧電層とを有し、主方向における可動システムの運動が、主方向に対して横断方向の圧電層の膨張／収縮によって実質的に引き起こされる、可動システムにおいて、可動システムは、可動特性に関して非対称に構成されていることを特徴とする可動システムによって達成される。
【００１５】
本発明の目的は、更に、本発明の可動システムを有する圧電スピーカによって達成される。
【００１６】
非対称可動システムのモードは、対称可動システムのモードとは全く異なる。スピーカの非対称性により、一方においては、モードの広幅化及び周波数シフトが生じ、他方において、偶数モード及び奇数モードの等化が生じる。対称可動システムについて説明した作用効果は、非対称システムでは相違の度合いが低いので、偶数モードは、低くなり、奇数モードは、高くなる。それ故、本発明のスピーカの周波数応答は、周波数応答における山及び谷が少なく、このことは、スピーカ設計において通常求められることである。Ｂ型スピーカはピストンモードを備えていないので、可動システムの固有曲げモードは、これらが音を放出するようにすることが必要不可欠であり、このことは、固有曲げモードができるだけ回避される標準のＡ型スピーカ設計とは対照的である。したがって、有限要素法（ＦＥＭ）によるコンピュータシミュレーションは、非対称システムの複雑な物理的性質により不可避であるように思われる。
【００１７】
局所可動特性が可動システムの平面内の任意の点に関して非対称であり、したがって、対称振動が生じないようにすれば、有利である。このことは、可動システムが、「完全に」非対称であることを意味している。それ故、平面内には、鏡像点が見いだされず、このために、膜の平面内のあらゆる点Ａに関し、同一の局所可動特性を備えた鏡像点Ｂが存在するように思われる。
【００１８】
局所コンプライアンスが可動システムの平面内の任意の点に関して非対称であれば、非常に有利である。このことは、可動システムが局所コンプライアンスに関して「完全に」非対称であることを意味している。それ故、平面内には、鏡像点が見いだされず、このために、膜の平面内のあらゆる点Ａに関し、同一の局所可動特性を備えた鏡像点Ｂが存在するように思われる。局所コンプライアンスは、膜材料の局所ヤング率及び材料の厚さの結果である。それ故、膜のヤング率及び（又は）膜の厚さを変えて非対称性が得られるようにするのが良い。有利な実施形態では、非対称性は、２０％よりも高く、このことは、少なくとも１つの点Ａの局所コンプライアンスとこれに対応した点Ｂとの間の差が２０％よりも高いことを意味する。より有利な実施形態では、非対称性は、４０％よりも高い。最後に、非対称性は、非常に有利な実施形態では、６０％よりも高い。可動システムは、膜及び圧電層で構成されるので、非対称性は、膜及び（又は）圧電層の非対称性によって提供される場合がある。
【００１９】
本発明の更に別の有利な実施形態では、可動システムの形状は、可動システムの平面内の任意の点に関して非対称である。このことは、膜又は圧電層のエッジが一点に関して対称ではないことを意味している。それ故、平面内には、鏡像点が見いだされず、このために、膜／圧電層のエッジのところのあらゆる点Ａに関し、膜／圧電層のエッジのところに鏡像点Ｂが存在するように思われる。有利な実施形態では、非対称性は、１０％よりも高く、このことは、少なくとも１つの点Ａから恣意的な鏡像点までの距離と対応の点Ｂから上述の鏡像点までの距離が少なくとも１０％だけ異なることを意味している。さらに有利な実施形態では、非対称性は、２０％よりも高い。最後に、非対称性は、非常に有利な実施形態では、６０％よりも高い。可動システムは、膜及び圧電層で構成されるので、非対称性は、膜及び（又は）圧電層の非対称性によって提供される場合がある。
【００２０】
また、可動システムは、可動特性についての単一の軸線に関して対称であれば、有利である。可動システムの有利な周波数応答を達成するよう「完全な」非対称性をもたらすことは必要ではない場合が極めて多い。この場合、全体的に非対称性を提供するが、単一の対称軸線を受け入れれば、十分である。一例は、台形であり、この台形は、幾何学的な意味で単一の対称軸線を有している。さらに別の一例は、可動システムであり、この可動システムは、矩形の膜及び矩形の圧電層を有し、これらは、たった１つの共通対称軸線を有している。最後に、この実施形態は、材料の質量分布又は材料のヤング率の変化が、可動システムが可動特性についての単一の軸線に関して対称であるような種類のものである場合、可動システムの対称の形状に均等に当てはまることは注目すべきである。
【００２１】
膜と圧電層は、形状が互いに異なれば、更に有利である。膜及び圧電層について互いに異なる形状を選択することにより高い非対称性を提供することができる。一例は、膜について矩形、圧電層について円を選択し、又この逆の関係にすることである。別の例は、膜について円、圧電層について楕円形を用いることである。当然のことながら、上述の例は、全ての考えられる組み合わせを完全に網羅するものではなく、本発明を説明するための例示であり、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく他の組み合わせを容易に想到できることは認識されよう。
【００２２】
本発明の更に別の有利な実施形態では、膜と圧電層は、同一形状のものである。この場合、膜と圧電層は、同一形状を有するが、必ずしも同一寸法を有する必要はない。というのは、圧電層は膜よりも小さい場合が極めて多いからである。したがって、膜及び圧電層は、例えば、２種類の互いに異なる寸法の矩形、特に同一のアスペクト比を備えた矩形の形を有するのが良い。当業者であれば、これは、考えられる多種多様な手段のうちの一例に過ぎないことは容易に理解されよう。
【００２３】
また、膜の重心と圧電層の重心が互いに間隔を置いて位置すれば、有利である。これは、非対称性をもたらす別の手法である。この場合、膜は、実際に、圧電層と同一の形状を有するのが良い。非対称性を得るための寸法として、重心相互間の距離が取られる。好ましい実施形態では、この距離は、可動システムの最大の広がりの１０％よりも長い。さらに別の好ましい実施形態では、距離は、２０％よりも長い。最後に、距離が上述の最大の広がりの３０％を超えると、非常に有利である。
【００２４】
本発明の可動システムの有利な実施形態では、膜は、金属で作られる。この選択は、金属のヤング率が圧電層のヤング率と同じ尺度なので有利である。それ故、圧電結晶の収縮／膨張により、可動システムの実質的な曲げが生じる。もしそうでなく、膜が軟質過ぎる場合、可動システムは、実質的な曲げ成分無しに、圧電結晶の収縮／膨張に従って、多少収縮／膨張するに過ぎない。これとは対照的に、膜が硬質過ぎる場合、圧電結晶は、その収縮／膨張が妨げられ、したがって、可動システムの実質的な運動が生じないようになる。多くの場合、膜についてアルミニウムが用いられる。というのは、アルミニウムは柔らかすぎもせず硬すぎもせず、更に、他の有用な特性、例えば、その耐酸化性を有するからである（厳密に言えば、これは、膜がたとえ長時間にわたり酸化しても潰れることがないことを意味する）。注目すべきこととして、可動システムの運動は、用いられる材料のヤング率だけでなく、可動システムの寸法、即ち、その厚さによっても決まる。したがって、ヤング率の低い材料で作られた層は、膜／圧電層の応従性を低くするよう厚手に作ることができ、又、この逆の関係が成り立つ。好ましい実施形態では、膜及び圧電層は、同一のコンプライアンスを有する。
【００２５】
可動システムの別の好ましい実施形態では、膜も又、圧電層で作られる。したがって、可動システムは、互いに被着された２つの圧電層から成る。これらのうちの少なくとも一方は、膜の役割を担い、このことは、かかる圧電層がハウジングに対する気密封止のため並びに音の発生のために提供されることを意味する。少なくとも後者の機能は、第２の圧電層から切り離すことができず、このことによっても、可動システムの曲げ運動が生じ、その結果音が発生する。有利には、両方の圧電層は、それぞれ、可能な限り最大の曲げ運動をもたらすよう同一のヤング率及び同一のコンプライアンスを有する。圧電層が互いに逆方向に励振されなければならないこと、即ち、上側の層は下側の層が収縮するときに膨張しなければならず、またこの逆の関係が成り立つことは明らかである。
最後に、圧電層の領域は、全膜領域の２０％よりも大きいと、有利である。本発明のスピーカの満足のゆく動作を可能にするため、圧電層は、上述したように膜の十分な広さの部分を覆うべきである。２０％が、良好な出発点であるが、少なくとも５０％、更に少なくとも８０％の被服状態が、有利な改造例である。
【００２６】
本発明の上述の特徴及び他の特徴は、以下に説明する実施形態から明らかであり、かかる実施形態に関して説明する。
【００２７】
本発明を図面に記載された実施形態に関して非限定的な例として以下に詳細に説明する。
【００２８】
〔実施形態の説明〕
図５は、本発明のＢ型圧電スピーカ１の断面図及び平面図であり、このＢ型圧電スピーカは、ハウジング２と、膜４と、圧電層５とを有している。膜４は、この場合も又、膜エッジが例えばグルーによってハウジング２に連結されている。図４に示すスピーカとは対照的に、本発明のスピーカの可動システム３は、膜それ自体及び圧電層が台形なので、可動特性に関して非対称である。この場合も又、電圧の印加により圧電結晶５は膨張し又は収縮し、膜４は主方向ＭＤにおいて上方に又は下方に動かされるようになる。図４に示すスピーカとは対照的に、本発明の可動システム３は、図６に示すような可動特性を有している。
【００２９】
図６は、可動システム３の運動状態（単に太線で示されている）を示し、この場合も又、その定在波又はモードが示されている。左側には、第１次モード、即ち固有共振振動数による可動システム３の曲げ状態が示されている。図２に示す運動とは対照的に、この場合、可動システム３又はその膜４は、非対称に曲げられている。加うるに、非対称性に起因して、倍音も又、非対称の変形を呈している。図６では、第１（中央）倍音及び第２倍音（右側）、即ち、第２次モード及び第３次モードが示されており、この場合、可動システム３の膜４は、それぞれ、１つ又は２つの節を有している。膜４によりシフトされた容積は、ハッチングを施した領域によって視覚化されている。対称可動システムの運動とは対照的に、本発明の可動システム３は、互いに異なる波長の振動を示している。左側の半波は、比較的穏やかであって短い波長を有しているが、右側の半波は、比較的大きく盛り上がっていて長い波長を有している。したがって、第３のモードは、３つの互いに異なる半波等から成る。この場合も又、偶数モードが実質的な音圧を生じさせることは容易に理解されよう。というのは、膜４のアイドル位置の上下のハッチング領域の合計が、ゼロに等しくないからである。
【００３０】
図７は、図６の教示を考慮に入れた本発明のスピーカ１′の周波数応答を示している。横軸には周波数ｆが示され、縦軸には音圧ｐが示されている。良好な理解のために、図３の周波数応答（破線）並びにそのモードｎ＝１，２，３，．．（細線）が示されている。第１のモードは、振動数が同一であり且つ音の大きさがほぼ同一のものであるが、別のモードは、全く異なる挙動を呈する。上述したように、スピーカの非対称性により、対称システムと比較して、モードの広幅化及び周波数シフトが生じると共に明確な効果が少なくなる。本発明の非対称可動システム３に関連したモードが、太線によって図７に示されている。当然のことながら、本発明のスピーカ１の周波数応答は、周波数応答における山及び谷が少なく、このことは、スピーカ設計において通常求められることである。この場合も又、注目すべきこととして、条件は、このグラフ図では単純化されており、真のスピーカの周波数応答は、全く異なるパターンを有する場合がある。図７は、非対称可動システムを用いた場合に起こる事柄並びにかかるシステムの特性をどのように用いると有利な周波数応答を設計できるかを説明しようとするものである。
【００３１】
Ｂ型スピーカは、ピストンモードを持たないので、可動システムの固有曲げモードは、音を放出するように設計されるのが必要不可欠であり、このことは、固有曲げモードができるだけ回避される標準のＡ型スピーカ設計とは対照的である。個々の全ての場合を網羅した公式を引用することはほぼ不可能なので、以下においては、幾つかの一般的な設計上のルールが提供される。これらルールは、本発明のＢ型スピーカの設計の際に念頭に置いておく必要がある。しかしながら、有限要素法（ＦＥＭ）によるコンピュータシミュレーションは、非対称システムの複雑な物理学的現象に起因して不可避であるように思われる。さらに注目すべきこととして、図６及び図７は、一平面内における（ｘｚ平面内における）振動のみを示している。しかしながら、可動システム３は、ｙｚ平面においても振動し、この運動は、本発明のＢ型スピーカの設計の行方を定めるパラメータでもある。図５の可動システム３は、ｘ軸に関して対称であるが、台形の１つのコーナー部を引き離し、かくして台形を変形させることにより可動システムを完全に非対称に作ることができる。
【００３２】
図８は、本発明の可動システム３のもう１つの例を示しており、かかる例では、膜４及び圧電層５は、同一の形状を有するが、膜４の重心と圧電層５の重心は、互いに間隔を置いて位置している。
【００３３】
図９は、本発明の可動システム３の更に別の例を示しており、かかる例では、膜４と圧電層５は、互いに異なる形状を有し、即ち、矩形及び円の形状を有し、加うるに、膜４の重心と圧電層５の重心は、互いに間隔を置いて位置している。しかしながら、可動システム３を平面内の任意の点に関して幾何学的に非対称に作るが、可動システム３のコンプライアンスを変化させることにより可動システムを非対称に作るだけでは、非対称性を得ることができない。或る特定の点のところでの或る特定のコンプライアンス（局所コンプライアンス）を選択する同等に容易な手法は、膜４の厚さを変化させることである。
【００３４】
図１０は、かかる可動システム３の断面図及び平面図である。圧電層５は一定厚さを有するが、膜４の厚さは、変化している。厚さの等しい領域は、輪郭線（「等高度線」とも呼ばれる）によって示されている。理解できるように、材料の分布状態は、極めて不規則である。この分布は、通常、コンピュータによるシミュレーションの出力であり、かかるコンピュータによるシミュレーションは、スピーカ設計者が膜４の有利な形状を見出すのを助ける。この場合も又、注目すべきこととして、全ての境界条件を網羅した単一の解決策を提供することは、可能ではない。それどころか、全ての場合は、それ自体の解決策、即ち、可動システム３の専用設計を必要とする。図１０に示すような膜４の有利な製造方法は、材料の種々の厚さを極めて容易に提供できるという理由で圧延法、エンボス法及び成形法である。別の方法は、一定厚さの小さなプレートを採用し、これが必要な場所の材料を腐食させることである。このための１つのツールは、レーザビームであり、レーザビームは、点毎に材料の種々の量を蒸発させる。金属で作られた膜４を用いる場合に特に利用できる更に別の方法は、追加の材料層を（公知の金属化プロセスにより）被着させ又はかかる材料層をエッチングにより除去することにより得られる厚さの分布を生じさせることである。
【００３５】
図１０の可動システム３は、対称定在波又はモードの生成を可能にしないことは明らかであるべきである。むしろ、モード及び節は、極めて不規則に分布しているが、有利な周波数応答が結果として得られるように分布している。通常、フラットな周波数応答が目指されるが、或る特定の場合、１つ又は２つ以上のピークを有する周波数応答が要求される場合も想定できる。可動システムがどのように見えるかという質問は、境界条件を検討すると共にその狙いを考察した場合にのみ回答可能である。
【００３６】
図１１は、本発明の別の有利な実施形態の断面図及び平面図である。この場合、可動システム３は、各々一定厚さを有する膜４と圧電層５とから成っている。それにもかかわらず、可動システム３は、この例では、膜５の材料の不均一性又は種々の部分について種々の材料を用いることにより得られるコンプライアンスの不規則な分布を呈している。それにより、ヤング率が変化し、それにより、可動システム３のコンプライアンスの局所変化が生じる。コンプライアンスの等しい領域は、細線（上述の等高度線とほぼ同じである）によって示されている。特に重合プロセスを制御する（局所的に制御する）ことにより又は紫外線を当てる（局所的に当てる）ことにより、膜４を特定の領域がより硬い又はより柔らかいポリマーで作ることが想定できる。
【００３７】
また、注目すべきこととして、先の例では、主として膜４の非対称性を検討したが、膜４に関する教示は、圧電層５に同じように当てはまる。このことは、非対称振動特性が、圧電層５の厚さの或る特定の分布状態及び（又は）圧電層５の材料中の不均質性によっても得られることを意味している。
【００３８】
さらに注目すべきこととして、上述の教示及びこのために取られるべき手段も又組み合わせることができる。このことは、例えば膜４の厚さ並びに圧電層５の厚さを変化させることができるということを意味している。別の例は、圧電層５の材料の不均質性と膜４及び圧電層５の互いに異なる付形との組み合わせである。当然に理解されることとして、これらは、複数の例から取られた２つの例に過ぎず、たった２つの例を示すことをもってして本発明の広い範囲が制限されるということはない。
【００３９】
教示の組み合わせの可能性を示した別の一例は、図１２に示されており、図１２は、本発明の可動システム３の別の断面図及び別の平面図であり、この場合、一定厚さの膜４と圧電層５が組み合わされている。膜３の材料の不均質性並びに膜４と圧電層５の互いに異なる付形及び互いに異なる重心により、非対称性の高い運動状態が生じる。
【００４０】
図１３は、本発明の可動システム３のコンピュータによるシミュレーションの結果を示している。この場合、半径１２．５ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍの円形圧電層５を寸法が３６．５×２４．２ｍｍの矩形膜４に接着した。加うるに、圧電層５には、直径が２ｍｍの穴が設けられ、この穴の位置は様々であった。図１３のグラフ図の縦軸には、可動システム３の周波数応答のリップルに関する値ｗが示され、この値ｗは、この例では、単に標準偏差である。横軸には、上述の穴の中心から膜４の中心までの距離ｓ（単位：ｍｍ）が示されている。リップル値ｗは、穴の中心から膜の中心までの距離ｓを増大させると、減少することは容易に認識されよう。
【００４１】
図１４は、本発明の可動システム３の更に別のコンピュータシミュレーションの結果を示している。この場合、寸法が３１×４２ｍｍの矩形圧電層５を寸法を４８×３７ｍｍのアルミニウム性矩形膜４に接着した。圧電層５と膜４の両方は、厚さが１００μｍである。この例では、膜４のエッジは、全体としてはフレーム又はハウジング２に固定されておらず、部分的に固定されているに過ぎない。図１４のグラフ図の縦軸には、この場合も又、可動システム３の周波数応答のリップルに関する値ｗが示され、この値ｗは、この例では、単に標準偏差である。横軸には、ハウジング２に固定された膜４のエッジの割合ａ（単位：％）を示す値ａが取られている。当業者であれば、割合ａを増大させるとリップル値ｗが減少することは容易に理解されよう。固定されたエッジの割合が低ければ低いほど、リップル値ｗがそれだけ一層低くなる。
【００４２】
最後に、図１５は、本発明の可動システム３のコンピュータシミュレーションの最後の結果を示しており、この可動システムは、図１４の可動システムと同様に構成されている。固定状態の膜エッジの割合を変化させるのではなく、この場合、可動システム３の１／４は、可動システム３の残部よりも厚さ又は質量が大きい。図１５のグラフ図の縦軸には、この場合も又、可動システム３の周波数応答のリップルに関する値ｗが示され、この値ｗは、この例においても、単に標準偏差である。横軸には、可動システム３の最初の１／４の質量と残りの１／４のうちの１つの質量との比を示す値ｍが取られている。当業者であれば、質量比ｍを増大させると、リップル値ｗが減少することは、容易に理解されよう。質量の増大は、単に膜４及び（又は）圧電層５の厚さを増大させることにより達成できる。
【００４３】
最後に、上述の実施形態は本発明を説明するものであって本発明を限定するためのものではないこと及び当業者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形実施形態を想到できることは注目されるべきである。原文特許請求の範囲において、括弧で括って示す参照符号は、特許請求の範囲に記載された本発明を限定するものと解釈されてはならない。原文明細書における“comprising”という用語（翻訳文では、「〜を有する」又は「〜を含む」と訳出している場合が多い）は、請求項又は明細書全体に記載された要素又は段階以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。要素が単数冠詞で示されていることをもってして要素が複数存在することが排除されているということにはならず、またこの逆の関係が成り立つ。幾つかの手段を列挙するいわゆる装置クレームでは、これら手段のうちの幾つかを同一のハードウェアで具体化できる。或る特定の手段が互いに異なる従属形式の請求項に列記されているということだけをもってしてこれら手段の組合せを有利には使用できないということが示されているということにはならない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】Ａ型圧電スピーカの互いに異なる方向から見た図である。
【図２】Ａ型圧電スピーカの膜の運動状態を示す図である。
【図３】Ａ型圧電スピーカの周波数応答を示す図である。
【図４】従来技術のＢ型圧電スピーカの互いに異なる方向から見た図である。
【図５】本発明のＢ型圧電スピーカの互いに異なる方向から見た図である。
【図６】本発明のＢ型スピーカの膜の運動状態を示す図である。
【図７】本発明のＢ型圧電スピーカの周波数応答を示す図である。
【図８】形状が互いに同一の膜と圧電層を有する本発明の可動システムの平面図である。
【図９】形状が互いに異なる膜と圧電層を有する本発明の可動システムの平面図である。
【図１０】漸変厚さの膜を有する本発明の可動システムの互いに異なる方向から見た図である。
【図１１】漸変コンプライアンスを有する本発明の可動システムの互いに異なる方向から見た図である。
【図１２】非対称に形作られた膜及び非対称に形作られた圧電層を有していて、追加の漸変コンプライアンスを有する本発明の可動システムの互いに異なる方向から見た図である。
【図１３】本発明の可動システムのコンピュータによるシミュレーションの結果を示す図である。
【図１４】別の本発明の可動システムのコンピュータによるシミュレーションの結果を示す図である。
【図１５】更に別の本発明の可動システムのコンピュータによるシミュレーションの結果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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