(57)【要約】  圧電素子を有する振動膜（２１）と、第１の電気信号に基づいて磁力を発生し、当該磁力によって振動膜（２１）を振動させる磁気回路（２０）と、第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を圧電素子の両面間に印加する調整手段（３１）と、を備える。磁気回路（２０）から発生する磁力による振動と、圧電素子への電圧印加により発生する振動を互いに同期させることで振動膜（２１）全体の振幅が拡大する。
2011077683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有する振動膜と、
第１の電気信号に基づいて磁力を発生し、当該磁力によって前記振動膜を振動させる磁気回路と、
前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を前記圧電素子の両面間に印加する調整手段と、
を備える電気音響変換器。
【請求項２】
前記調整手段は、前記圧電素子における複数の異なる部分それぞれに、同一のまたは異なる前記第２の電気信号に基づく電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
【請求項３】
前記調整手段は、前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と同位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
【請求項４】
前記調整手段は、前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と逆位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかの電気音響変換器を搭載した電子機器。
【請求項６】
第１の電気信号に基づいて発生する磁力によって、圧電素子を有する振動膜を振動させるとともに、前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を前記圧電素子の両面間に印加する電気音響変換方法。
【請求項７】
前記圧電素子の異なる部分に、同一のまたは異なる前記第２の電気信号に基づく電圧を印加することを特徴とする請求項６に記載の電気音響変換方法。
【請求項８】
前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と同位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする請求項６又は７に記載の電気音響変換方法。
【請求項９】
前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と逆位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする請求項６又は７に記載の電気音響変換方法。
【請求項１０】
請求項６から９のいずれかの電気音響変換方法を用いる電子機器の音波出力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号に基づき振動膜を振動させて音波を出力する電気音響変換器、電子機器、電気音響変換方法および電子機器の音波出力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の電子機器の音響部品として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。この動電型電気音響変換器は、磁石を用いたステータの磁気回路の作用によりボイスコイルに固定された有機フィルム等の振動膜を振動させて音波を発生させる。【０００３】
動電型電気音響変換器の他に振動膜に圧電セラミックスを利用した電気音響変換器も知られている。電気音響変換器は、電気信号を印加することで圧電特性を持つ圧電セラミックスが振動し、音波を発生させる。【０００４】
動電型電気音響変換器は高域限界周波数が低い一方、圧電セラミックスを利用した電気音響変換器は高音再生に限定されていた。そこで、両者を組み合わせた電気音響変換器の例が特許文献１から３に記載されている。【０００５】
特許文献１の電気音響変換器は、振動板の中央に圧電素子が貼り付けられた構造である。圧電素子が質量を有するため慣性力が作用し、振動板の基本モードの周波数を低下させている。また、圧電素子を貼り付けた振動板の中央部とその周囲とでは剛性が異なるため、圧電素子によるピストン運動で二次振動モードの周波数が高くなる。このため、特許文献１の電気音響変換器は、出力音波の広帯域化を実現している。【０００６】
特許文献２の電気音響変換器も、振動板の中央に圧電素子が貼り付けられた構造である。圧電素子が高音領域を担当し、動電型電気音響変換器が低音領域を担当することで、特許文献２の電気音響変換器は、出力音波の広帯域化を実現している。【０００７】
特許文献３の電気音響変換器は、動電型電気音響変換器のダクトキャップに圧電体を設けた構造である。特許文献３の電気音響変換器も、圧電体が高音領域を担当し、動電型電気音響変換器が低音領域を担当することで、出力音波の広帯域化を実現している。【０００８】
また、複合圧電スピーカの一例が特許文献４に記載されている。特許文献４の複合圧電スピーカは、柔軟性のある樹脂及び圧電素子からなるシート状の複合圧電体の上下面に電極を設け振動板とした複合圧電スピーカにおいて、電極が導電性粉末を混入させた樹脂よりなる。電極自体を複合圧電体と同質のもので形成することで高周波帯域での特性を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−１４９９００号公報
【特許文献２】特開昭５７−９９８９９号公報
【特許文献３】特開昭６２−２２１３００号公報
【特許文献４】特開平０８−０８８８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、近年、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータの携帯端末の需要が増えており、電気音響変換器の小型化への要求が高まりつつある。【００１１】
電気音響変換器の音響性能において重要な指標値である音圧レベルは、振動膜の空気に対する体積排除によって決定される。従って、電気音響変換器を小型化する場合、振動膜の放射面面積が減少するため、音圧レベルが低下する問題があった。一方、音圧レベルを向上する手段として、磁気回路の発生力を高め、振動膜の振幅を増加させる方法がある。しかしながら、この手段においては磁束密度の増加や駆動電流の増加が必要とされ、永久磁石の体積増加やボイスコイルの太線化により、磁気回路の厚みが増加するという問題がある。さらに、電流量増大に伴う消費電力が増加するという問題もある。このため、小型の動電型電気音響変換器には、音圧レベルを改善することが困難という課題があった。【００１２】
特許文献１から３の電気音響変換器は、圧電体と動電型電気音響変換器とを組み合わせて出力音波の広帯域化を実現するだけであり、小型の動電型電気音響変換器の音圧レベルを改善するものではない。特許文献４の複合圧電スピーカも、高周波特性を改善するものであって、小型の動電型電気音響変換器の音圧レベルを改善するものではない。【００１３】
そこで、本発明は、上述した課題である音圧レベルを改善できる小型の電気音響変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る電気音響変換器は、圧電素子を有する振動膜と、第１の電気信号に基づいて磁力を発生し、当該磁力によって前記振動膜を振動させる磁気回路と、前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を前記圧電素子の両面間に印加する調整手段と、を備える。【００１５】
本発明に係る電子機器は、前記電気音響変換器を搭載する。【００１６】
本発明に係る電気音響変換方法は、第１の電気信号に基づいて発生する磁力によって、圧電素子を有する振動膜を振動させるとともに、前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を前記圧電素子の両面間に印加する。【００１７】
本発明に係る電子機器の音波出力方法は、前記電気音響変換方法を用いる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、音圧レベルを改善できる小型の電気音響変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００２０】
【図１】実施形態１に係る電気音響変換器を示す断面図である。
【図２】実施形態１に係る電気音響変換方法を説明するフローチャートである。
【図３】実施形態２に係る電気音響変換器を示す断面図および上面図である。
【図４】図３に示す振動膜を示す断面図である。
【図５】振動膜の表面に発生する分割振動を説明する模式図である。
【図６】振動膜の表面に発生する分割振動を説明する模式図である。
【図７】電気音響変換器を搭載した電子機器を説明する図である。
【図８】本発明の実施例２に係る電気音響変換器を示す断面図および上面図である。
【図９】本発明の実施例３に係る電気音響変換器を示す断面図および上面図である。
【図１０】本発明の実施例６に係る電気音響変換器の振動膜を説明する図である。
【図１１】本発明に係る電気音響変換器の音響特性図である。
【図１２】本発明の実施例４に係る電気音響変換器の特性を説明する図である。
【図１３】実施形態３に係る振動膜を示す断面図である。
【図１４】図４に示す振動膜の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２２】
本発明に係る電気音響変換器の振動膜は、磁気回路の振動が伝搬される機能だけではなく、振動振幅を拡大させる機能も併せ持つ。例えば、磁気回路から発生する磁力による振動と、圧電素子への電圧印加により発生する振動を互いに同位相とすることで振動膜全体の振幅が拡大し、圧電素子を有さない振動膜からなる電気音響変換器に比べてより大きな音圧レベルを得られることとなる。以下の実施形態で詳細を説明する。
【００２３】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る電気音響変換器２０１を示す断面図である。電気音響変換器２０１は、圧電素子５０（図４参照）を有する振動膜２１と、第１の電気信号に基づいて磁力を発生し、当該磁力によって振動膜２１を振動させる磁気回路２０と、第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を圧電素子５０の両面間に印加する調整手段３１と、を備える。
【００２４】
図２は、実施形態１に係る電気音響変換方法を説明するフローチャートである。電気音響変換器２０１は、第１の電気信号に基づいて発生する磁力によって圧電素子５０を有する振動膜２１を振動させる（ステップＳ０１）とともに、第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、（ステップＳ０２）、当該第２の電気信号に基づく電圧を圧電素子５０の両面間に印加する（ステップＳ０３）電気音響変換方法を行う。
【００２５】
図１において、磁気回路２０は、永久磁石２４、ボイスコイル２３及びフレーム２５を含む。第１の電気信号がボイスコイル２３に入力されると、永久磁石が形成する磁界を受けてボイスコイル２３が振動する。ボイスコイル２３の一端は振動膜２１に接続しており、振動膜２１はボイスコイル２３の振動を受けて振動する。振動膜２１が振動することで電気音響変換器２０１は音波を出力することができる。
【００２６】
振動膜２１は、圧電素子５０を有しており、入力される第２の電気信号に基づく電圧で発生する圧電力で伸縮する。磁気回路２０から伝搬される振動に加えて、振動膜２１へ第２の電気信号に基づく電圧を印加することにより発生する振動（圧電効果による伸縮運動）を同時に発生させることで、振動膜２１全体の振幅が拡大する。例えば、調整手段３１が、磁気回路２０からの振動と、圧電効果による振動膜２１の振動とを同位相とするように第２の電気信号を入力すれば、振動膜２１の振幅が増幅され、大きな音圧レベルを得られる。また、調整手段３１が、第１の電気信号に基づく磁気回路２０からの振動の特定の周波数に併せて、圧電効果による振動膜２１の振動の位相を制御するように第２の電気信号を入力すれば、音響特性の山谷の原因となる分割振動を抑制することも可能となり、大きな音圧レベルを得られるとともに、広い周波数帯域で平坦な音を再生することができる。すなわち、磁気回路２０に入力される第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、第２の電気信号に基づく電圧を圧電素子の両面間に印加することにより、電気音響変換器の音圧レベルを改善することができる。
【００２７】
このように、電気音響変換器２０１は、振動膜２１が圧電素子５０を有すること、及び調整手段３１が振動膜２１の振動を調整するよう第２の電気信号に基づく電圧を印加することで、小型でありながら音圧レベルの改善を図ることができる。
【００２８】
（実施形態２）
図３を用いて、本実施形態の電気音響変換器２０２をより詳細に説明する。図３では調整手段３１を省略している。図３は、実施形態２に係る電気音響変換器２０２を示す断面図および上面図である。図３（ａ）は電気音響変換器２０２の断面図である。図３（ｂ）は電気音響変換器２０２の上面図である。電気音響変換器２０２は、振動膜２１、振動膜２１の一方の面に固定されたボイスコイル２３、ボイスコイル２３下端部を収納する磁気間隔を有する磁気回路２０、磁気回路２０と振動膜２１を固定支持するフレーム２５、及び第１の電気信号が入力される電気端子２６を備えている。
【００２９】
ボイスコイル２３は、エナメル銅線であるコイル巻線を円形状に整列巻きして塗料で固めた空芯コイルであり、下短部がポールピース２４−ｃとヨーク２４−ａとの間隔に嵌入れており、上端部は振動膜２１と接合されている。
【００３０】
電気音響変換器２０２の厚み方向に着磁した永久磁石２４−ｂの片面にヨーク２４−ａが接着固定され、永久磁石２４−ｂのもう一方の面には、ポールピース２４−ｃが接合され、ヨーク２４−ａ上端部とポールピース２４−ｃ周縁部との間の間隔を通ったボイスコイル２３とともに磁気回路２０が形成されている。
【００３１】
フレーム２５はヨーク２４−ａと振動膜２１の周縁部と接着接合されており、電気音響変換器２０２のケースの役目を果たす、材質としては樹脂性材料を用いている。電気端子２６は、ボイスコイル２３の巻き線端末と外部接続端子とをハンダ接合したものであり、外部接続端子として圧縮コイルバネが使用されている。また、電気端子２７は、圧電素子５０の上下面に形成される上部電極層５１および下部電極層５２（図４参照）と接合している。
【００３２】
図４は、図３に示す振動膜２１を示す断面図である。振動膜２１は、シート状の圧電素子５０を有しており、ボイスコイル２３から伝達される振動を増大させるための膜部材であると同時に、音波を発生させる放射部材としての機能を有する。圧電素子５０の材質は、圧電特性を示す機能性材料であれば特に限定されない。例えば、圧電素子５０は圧電高分子材料で形成される。圧電高分子材料として、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などの圧電高分子フィルムが挙げられる。また、圧電素子５０は、例えば圧電セラミック材料で形成されてもよい。
【００３３】
振動膜２１は、例えば圧電素子５０、上部電極層５１および下部電極層５２からなる圧電振動子５４から構成されている。このとき、圧電振動子５４の縁が直接フレーム２５によって支持される。また、後述する図９に示すように、振動膜２１は、弾性部材を介してフレーム２５に支持されていてもよい。上部電極層５１および下部電極層５２は、それぞれ圧電素子５０の上下主面に形成されている。圧電素子５０の分極方向は特に限定されないが、例えば圧電素子５０の厚み方向である。圧電振動子５４は、後述する図１０のように圧電セラミックスを樹脂シート内部に分散させて成形した複合フィルムの上下主面に、上部電極層５１および下部電極層５２を形成することにより構成されていてもよい。
【００３４】
振動膜２１は、上部電極層５１および下部電極層５２に交流電圧が印加され交流的な電界が付与されると、その両主面が同時に拡大または縮小するような、半径方向の伸縮運動（径拡がり運動）を行う。換言すれば、振動膜２１は、主面が拡大するような第１の変形モードと、主面が縮小するような第２の変形モードとを繰り返すような伸縮運動を行う。このとき、振動膜２１の縁はフレーム２５によって固定されているため、振動膜２１は凸型の変形モードと凹型の変形モードを繰りかえすこととなる。このようにして、圧電素子５０へ電圧を印加することにより、振動膜２１に上下方向の振動が発生する。圧電素子５０の厚みは、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下であればよい。特に、圧電素子５０が平らなシート材の場合、好ましくは２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。厚みが１０μｍ未満では面内の厚みバラツキが発生し、製造安定性を低下させる。また、圧電素子５０の厚みが５００μｍを超える場合には、剛性が増加し、振動振幅の減少を生じさせる。
【００３５】
電気端子２６に第１の電気信号を入力すると、ボイスコイル２３に電流が流れ、フレミングの左手の法則にしたがい、ボイスコイル２３に磁力が発生し、これにより振動膜２１が振動する。一方、電気端子２７に第２の電気信号を入力すると、振動膜２１の圧電素子５０に第２の電気信号に基づく電圧が印加され、振動膜２１は上下方向に振動する。すなわち、振動膜２１の振動は、電気端子２６に入力する第１の電気信号と、電気端子２７に入力する第２の電気信号の２系統の電気信号により調整可能である。
【００３６】
ここで、調整手段３１が電気端子２７に入力する第２の電気信号を調整し、第２の電気信号に基づく電圧による振動膜２１自体の振動を、第１の電気信号に基づいて磁気回路２０から発生した磁力による振動と同位相とすることで、振動膜２１全体の振動量は増幅し、音圧レベルが増加する。このため、電気音響変換器２０２は、圧電素子５０を有しない振動膜からなる電気音響変換器に比べてより大きな音圧レベルを得られる。
【００３７】
調整手段３１は、振動膜２１の複数の箇所の振動を圧電力で調整してもよい。すなわち、調整手段３１は、圧電素子５０における複数の異なる部分それぞれに、同一の又は異なる第２の電気信号に基づく電圧を印加するように構成されていてもよい。例えば、後述する図１０に示すように、複数の圧電材料を互いに分離させて配列することにより構成された圧電素子５０によって、振動膜２１を形成してもよい。このとき、複数の圧電材料のそれぞれに、上部電極層５１および下部電極層５２が形成される。調整手段３１が各々の圧電材料に同一のまたは異なる第２の電気信号を入力することで、振動膜２１の振動を面内で細かく調整することができる。これにより、第２の電気信号に基づく電圧の印加により振動膜２１の面内の各部分の振動の位相を調整して、振動膜２１上で発生する分割振動を抑制することができ、音圧レベル周波数特性の平坦化が実現できる。
また、図１４は、図４に示す振動膜２１の変形例を示す断面図である。振動膜２１は、図１４に示すように、一の圧電材料からなる圧電素子５０の面内の各部分に、互いに分離した上部電極層５１および下部電極層５２を形成し、各上部電極層５１および下部電極層５２に同一のまたは異なる第２の電気信号を入力することにより、振動膜２１の面内の各部分の振動の位相を調整してもよい。
【００３８】
次に、分割振動と音響特性との関係、および振動膜２１における振動姿態の調整方法について、詳細に説明する。図５および図６は、振動膜２１の表面に発生する分割振動を説明する模式図である。分割振動は、基本共振周波数以降に発生する高次の振動モードが互いに重なり合うことで形成され、図５に示すように、放射面内に上下逆の動きをする多数の振動モードが混在する。この振動の際には、面全体が同一方向に並進運動するピストン運動（基本共振周波数で発生する振動モード）と異なり、入力される電気信号から振動への変換効率が、分割振動を発生させる周波数の前後で著しく変化し、電気信号以外の振動を生じさせる。電気信号以外の振動が発生すると、特定の周波数で音が再生できなかったり、音が強調されたり、再生音が歪んだりして、音圧レベル周波数特性に起伏をもたらす原因となる（音響特性の山谷）。
【００３９】
例えば、図６で示される分割振動では、位相が異なる（例えば、同相と逆位相）振動モードが規則的に混在した振動姿態を形成する。この分割振動における音響放射では、放射面内に混在した位相が異なる振動モードが互いに位相干渉し、放射音がキャンセリングされる。これにより、音圧が減衰し、音圧レベル周波数特性にデイップが発生してしまう。このため、分割振動をいかにして抑制するかが、音圧レベル周波数の平坦化実現に不可欠な課題とされていた。
【００４０】
そこで、調整手段３１は、磁気回路２０から発生する磁力による振動膜２１の振動姿態に併せて、電圧を印加することによって振動膜２１の振動の位相を調整する。第１の信号に基づく磁力による振動と、第２の信号に基づく電圧による振動を重ね合わせ、又は打ち消しすることで、振動膜２１の振動姿態を調整することができる。これにより、分割振動時の放射音のキャンセリングを抑制し、音圧レベル周波数特性の平坦化を実現できる。
【００４１】
以上の説明のように、電気音響変換器（２０１、２０２）は、電界の状態に応じて伸縮運動する圧電素子５０を有する振動膜２１を用いている。この結果、次のような効果が得られる。圧電素子５０の圧電特性に基づく圧電力で、磁気回路２０から発生する磁力による振動とは別の振動源を形成することが可能となる。これにより、磁気回路による振動と、圧電素子の圧電効果により発生する振動を同期化させることで、振動膜の振幅量が増加し、音圧レベルは向上する。また、振動膜における特定の周波数に併せて、磁気回路による振動と、圧電素子の圧電効果による振動の位相を制御することで、音響特性の山谷を抑制することが可能であり、広い周波数帯域で平坦な音を再生することが可能となる。
【００４２】
（実施形態３）
図１３は、実施形態３に係る振動膜２１を示す断面図である。実施形態３に係る電気音響変換器は、振動膜２１の構成を除いて、実施形態２に係る電気音響変換器と同様である。実施形態３に係る振動膜２１は、例えば圧電素子５０の上下主面に上部電極層５１および下部電極層５２を形成した圧電振動子５４と、当該圧電振動子５４の一面を拘束する振動部材５３によって構成される。そして、当該振動部材５３の縁がフレーム２５によって支持される。
【００４３】
振動部材４４は、金属や樹脂等によって構成され、例えばリン青銅、又はステンレス等の汎用材料によって構成される。振動部材４４の厚みは、５〜５００μｍであることが好ましい。また振動部材４４の縦弾性係数は、１〜５００ＧＰａであることが好ましい。振動部材４４の縦弾性係数が過度に低い、または高い場合、機械振動子としての特性や信頼性を損なうおそれがある。
【００４４】
本変形例に係る振動膜２１は、電圧を印加することにより以下のように振動を発生させる。本変形例の場合においても、上部電極層５１および下部電極層５２に交流電圧が印加されると、圧電素子５０は半径方向へ伸縮運動する。しかし、圧電振動子５４を拘束する振動部材５３は伸縮しないため、振動膜２１に繰り返し反りが生ずることとなる。このようにして、振動膜２１に振動が発生する。
【００４５】
本変形例によっても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
（電気音響変換器を搭載した電子機器の実施形態）
図７は、図１の電気音響変換器２０１又は図３の電気音響変換器２０２を搭載した電子機器を説明する図である。図７の電子機器は携帯電話機３０１である。電気音響変換器（２０１、２０２）は、電子機器（例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など）の音波出力手段として利用できる。本実施形態の電気音響変換器は、振動膜の材質のみ変更するため、電気音響変換器全体の形状が増加せず、音響特性が向上することから、携帯型の電子機器に対しても好適に利用することが可能である。
【実施例】
【００４７】
（評価項目）
電気音響変換器２０２の特性評価を、以下、評価１〜評価５の評価項目で行った。
（評価１）基本共振周波数の測定
交流電圧１Ｖ入力時の基本共振周波数を測定した。
（評価２）音圧レベル周波数特性の測定
交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。なお、この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍであり、周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとした。
（評価３）音圧レベル周波数特性の平坦性測定
交流電圧１Ｖ入力時の音圧レベルを、素子から所定距離だけ離れた位置に配置したマイクロホンにより測定した。周波数の測定範囲は１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚとし、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの測定範囲において、最大音圧レベルＰｍａｘと最小音圧レベルＰｍｉｎとの音圧レベル差により、音圧レベル周波数特性の平坦性を測定した。その結果、音圧レベル差（最大音圧レベルＰｍａｘと最小音圧レベルＰｍｉｎとの差）が２０ｄＢ以内を○とし、２０ｄＢ以上を×とした。この所定距離は、特に明記しない限り１０ｃｍである。
（評価４）最大振動速度
交流電圧１Ｖ印加、共振時の最大振動速度Ｖｍａｘ（図６を参照）を測定した。
（評価５）落下衝撃試験
電気音響変換器を搭載した携帯電話を５０ｃｍ直上から、５回自然落下させ、落下衝撃安定性試験を行った。具体的には、落下衝撃試験後の割れ等の破壊を目視で確認し、さらに、試験後の音圧特性を測定した。その結果、音圧レベル差（試験前の音圧レベルと試験後の音圧レベルとの差）が３ｄＢ以内を○とし、３ｄＢ以上を×とした。【００４８】
（実施例１）
電気音響変換器２０２の特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
基本共振周波数                ：９５４Ｈｚ
最大振動速度                  ：２１５ｍｍ／ｓ
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８６ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８６ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○
落下衝撃安定                  ：○【００４９】
上記の結果より明らかのように、電気音響変換器２０２は、音圧レベル周波数特性は平坦であり、大きな音響特性の山谷は観察されていない。また、基本共振周波数が１ｋＨｚ以下で、振動振幅が大きく、１〜１０ｋＨｚの広い周波数帯域で８０ｄＢを超える音圧レベルを有することが実証された。なお、図１１は、電気音響変換器２０２の音響特性図である。【００５０】
（比較例１）
比較例として、振動膜がＰＥＴフィルムである電気音響変換器を作製した。振動膜以外は実施例１と同様の構成である。評価結果は次の通りである。
基本共振周波数                ：９５４Ｈｚ
最大振動速度                  ：１８５ｍｍ／ｓ
振動速度比                    ：０．７９
振動姿態                      ：屈曲型
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：７７ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：７５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：７６ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：９７ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：×
落下衝撃安定                  ：×【００５１】
（実施例２）
図８は、本発明の実施例２に係る電気音響変換器を示す断面図および上面図である。図８（ａ）は、実施例２に係る電気音響変換器の断面図である。図８（ｂ）は、実施例２に係る電気音響変換器の上面図である。実施例２の電気音響変換器は、図８のように電気音響変換器２０２の振動膜２１の輪郭形状を楕円としたものである。振動膜の輪郭以外は実施例１と同様の構成である。評価結果は次の通りである。
基本共振周波数                ：９２１Ｈｚ
最大振動速度                  ：２１５ｍｍ／ｓ
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８８ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８８ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○
落下衝撃安定                  ：○【００５２】
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例１と同等の特性を有しており、電気音響変換器の輪郭形状に関わらず、音圧レベル周波数特性は平坦であり、デイップ、ピークは観察されていない。【００５３】
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３に係る電気音響変換器を示す断面図および上面図である。図９（ａ）は、実施例３に係る電気音響変換器の断面図である。図９（ｂ）は、実施例３に係る電気音響変換器の上面図である。実施例３では、振動膜に圧電セラミック材料（チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ））を使用した。また、図９のように振動膜とフレームとの間に弾性部材（シリコン系エラストマ）を介在させた。振動膜の材質及び弾性部材の介在以外は実施例１と同様の構成である。評価結果は次の通りである。
基本共振周波数                ：８７５Ｈｚ
最大振動速度                  ：３０５ｍｍ／ｓ
振動姿態                      ：ピストン型
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：１０６ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：９７ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：１０８ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：１１０ｄＢ
音圧レベル周波数特性平坦性    ：○
落下衝撃安定                  ：○【００５４】
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、実施例１と同等の特性を有しており、振動膜の材質に関わらず、圧電特性を有する材料であれば、音圧レベル周波数特性は平坦であり、デイップ、ピークは観察されていない。【００５５】
（実施例４）
実施例４では、電気音響変換器２０２の振動膜の厚みを変更した。振動膜の厚み以外は実施例１と同様の構成である。評価結果は図１２の通りである。なお、図１２は、本発明の実施例４に係る電気音響変換器の特性を説明する図である。図１２の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば振動膜の厚みに関わらず、実施例１と同等の特性を有しており、音圧レベル周波数特性は平坦である。【００５６】
（実施例５）
電気音響変換器２０２において、磁気回路による振動に対して振動膜を異なる位相で駆動し、音圧レベル周波数特性の平坦化を実証した。評価結果は次の通りである。
基本共振周波数                ：９５４Ｈｚ
最大振動速度                  ：２１５ｍｍ／ｓ
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９１ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８９ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９２ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：９０ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○
落下衝撃安定                  ：○【００５７】
上記の結果より明らかのように、本実施例によれば、磁気回路と振動膜の駆動時の位相を制御することで、実施例１と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性をより平坦化できることが実証された。【００５８】
（実施例６）
図１０は、本発明の実施例６に係る電気音響変換器の振動膜を説明する図である。実施例６として、図１０に示すような樹脂材料と圧電セラミック材料を交互に分散配向した振動膜を使用した。振動膜の材質以外は実施例１と同様の構成である。評価結果は次の通りである。
基本共振周波数                ：９０４Ｈｚ
最大振動速度振幅              ：２１５ｍｍ／ｓ
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９４ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８９ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９５ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：９１ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○
落下衝撃安定                  ：○【００５９】
上記の結果より明らかのように、本実施例の電気音響変換器によれば、振動膜の材質に関わらず、実施例１と同等の音圧レベルを有し、音圧レベル周波数特性をより平坦化できることが実証された。【００６０】
（実施例７）
実施例７として、図７の携帯電話機３０１の評価を行った。この筐体内に電気音響変換器２０２を搭載している。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器２０２を貼り付ける構成とした。評価方法は、素子から１０ｃｍ離れた位置に配置したマイクロホンにより、音圧レベルと周波数特性とを測定した。また、落下衝撃試験も行った。結果は次の通りである。
共振周波数                    ：７７５Ｈｚ
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８５ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８９ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８６ｄＢ
落下衝撃試験                  ：５回落下後においても圧電素子の割れは見られず、試験後、音圧レベル（１ｋＨｚ）を測定したところ８４ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○【００６１】
（付記１）
圧電素子を有する振動膜と、
第１の電気信号に基づいて磁力を発生し、当該磁力によって前記振動膜を振動させる磁気回路と、
前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を前記圧電素子の両面間に印加する調整手段と、
を備える電気音響変換器。【００６２】
（付記２）
前記調整手段は、前記圧電素子における複数の異なる部分それぞれに、同一のまたは異なる前記第２の電気信号に基づく電圧を印加することを特徴とする付記１に記載の電気音響変換器。【００６３】
（付記３）
前記調整手段は、前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と同位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする付記１又は２に記載の電気音響変換器。【００６４】
（付記４）
前記調整手段は、前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と逆位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする付記１又は２に記載の電気音響変換器。【００６５】
（付記５）
前記圧電素子が、圧電高分子材料で形成されることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の電気音響変換器。【００６６】
（付記６）
前記圧電素子が、圧電セラミック材料であって、弾性部材を介して前記磁気回路のフレームに固定されていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の電気音響変換器。【００６７】
（付記７）
前記圧電素子が、圧電セラミックスを樹脂シート内部に分散させて成形した複合圧電フィルムであることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の電気音響変換器。【００６８】
（付記８）
付記１から７のいずれかの電気音響変換器を搭載した電子機器。【００６９】
（付記９）
第１の電気信号に基づいて発生する磁力によって、圧電素子を有する振動膜を振動させるとともに、前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を生成し、当該第２の電気信号に基づく電圧を前記圧電素子の両面間に印加する電気音響変換方法。【００７０】
（付記１０）
前記圧電素子の異なる部分に、同一のまたは異なる前記第２の電気信号に基づく電圧を印加することを特徴とする付記９に記載の電気音響変換方法。【００７１】
（付記１１）
前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と同位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする付記９又は１０に記載の電気音響変換方法。【００７２】
（付記１２）
前記第２の電気信号に基づく電圧による振動が、前記第１の電気信号に基づく前記磁力による振動と逆位相となるよう、前記第２の電気信号を生成することを特徴とする付記９又は１０に記載の電気音響変換方法。【００７３】
（付記１３）
前記圧電素子が、圧電高分子材料で形成されることを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載の電気音響変換方法。【００７４】
（付記１４）
前記圧電素子が、圧電セラミック材料であって、弾性部材を介して前記磁気回路のフレームに固定されていることを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載の電気音響変換方法。【００７５】
（付記１５）
前記圧電素子が、圧電セラミックスを樹脂シート内部に分散させて成形した複合圧電フィルムであることを特徴とする付記９から１２のいずれかに記載の電気音響変換方法。【００７６】
（付記１６）
付記９から１５のいずれかの電気音響変換方法を用いる電子機器の音波出力方法。【００７７】
この出願は、２００９年１２月２４日に出願された日本出願特願２００９−２９３４６０を基礎とする優先権を主張し、その開示の総てをここに取り込む。
【図１】
2011077683.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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