(57)【要約】【課題】携帯電話等の電子機器に用いられる電気音響変換器であって、小型でありながら、大音量と良好な音圧レベル周波数特性の再生が可能な電気音響変換器を実現する。【解決手段】電気音響変換器は、複数の振動板がアレイ上に形成されており、基本共振周波数が異なる複数の振動板が個々独自して駆動することで、音響特性の山谷を修復する。基本共振周波数は、振動子の外周の形状、すなわち周期性により決定するため、各振動子は、同形状の円形であっても、外周の長いものの方が低い基本共振周波数を有する。振動子は、１つの圧電素子を弾性部材で拘束するユニモルフタイプのものである。なお、圧電素子の上下面に電極層が形成されており、電気信号を入力することで、圧電素子が動作する。振動子は、圧電素子による圧電効果を利用して振動振幅を発生させるものである。【選択図】図１
2011228794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に用いられる電気音響変換器であって、
アレイ上に配置された複数の振動子と、
前記複数の振動子を囲むフレームと
を具備し、
前記複数の振動子の全てを囲むフレームの輪郭形状は、一定であり、
前記複数の振動子の各々を囲む個別のフレームの輪郭形状は、変更可能であり、
前記各振動子は、それぞれ形状が異なり、任意のタイミングで駆動し、基本共振周波数が異なる
電気音響変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の電気音響変換器であって、
前記各振動子は、
圧電素子と、
弾性部材と
を具備し、
前記各振動子の音圧レベル周波数の特性の平坦化は、前記圧電素子の形状、厚み、及び前記弾性部材の形状、材質のうち、少なくとも１つを変更し、前記各振動子の基本共振周波数を調整することで実現する
電気音響変換器。
【請求項３】
請求項２に記載の電気音響変換器であって、
前記各振動子は、
前記圧電素子と前記弾性部材とを接合するための接着剤
を更に具備し、
前記接着剤の厚みは、１０μｍ以上で、１００μｍ以下である
電気音響変換器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気音響変換器であって、
前記各振動子は、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）により形成され、
前記各振動子の駆動方式は、圧電方式、静電方式、電磁方式、熱伝導方式のいずれかであり、
前記各振動子の駆動周波数は、１０ｋＨｚ以上である
電気音響変換器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気音響変換器を搭載した電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気音響変換器に関し、特に携帯電話機等の電子機器に用いられる電気音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
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（ＰＣ）等の携帯端末（携帯型の電子機器）の需要が増えている。このような状況の中、携帯端末を開発する各企業においては、スタイルと機能を両立した高付加価値機種の開発に取り組んでおり、大音量でかつ高音質な小型電気音響変換器の要求が高まりつつある。
【０００３】
従来より、携帯電話機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。その動作原理は、磁石を用いたステータ（ｓｔａｔｏｒ）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が振動し、音波を発生させるものである。
【０００４】
しかしながら、電気音響変換器の音響性能において、音量を示す物理示強量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。すなわち、放射面積と振幅量に依存するため、原理上は小型化と音量強化の両立は不可能であり、小型化が要求される携帯端末への搭載には課題が大きい。
【０００５】
また、動電型電気音響変換器では、駆動源に磁気回路を用いているため、高振幅を得るために、高い磁束密度を発生されるには、磁石の容積、特に厚み方向を十分に確保する必要があり、薄型化には限界がある。例えば、動電型電気音響変換器では、再薄品でも３ｍｍ程度の厚みが必要であり、携帯電話機のスタイリッシュ化（流行に合う洗練されたデザインの実現、小型軽量化）促進の大きな障害になっている。
【０００６】
一方、薄型の電気音響変換器を提供する手法として、圧電方式がある。この圧電方式は、セラミック素材の圧電効果を利用して、電気信号の入力による電歪作用により、振動振幅を発生させるものである。上下層を電極材料で拘束されたセラミック自体が振動するため、磁石やボイスコイル等、多数の部材から構成される磁気回路に比べ、薄型化に優位である。また、振動撓みの原理より、同程度の電界を入力した場合、電界強度が高まることから、セラミックス材料の厚みと振幅は比例するため、薄型駆動源としては優位である。
【０００７】
しかしながら、セラミックス材料は脆性材料である上に、機械損失が小さいため、機械的品質係数Ｑが、有機フィルムから振幅を発生させる動電型電気音響変換器に比べ、高い傾向にある。例えば、動電型は３〜５程度に対して、圧電型では約５０程度となる。機械品質係数Ｑは共振時に先鋭度を示すため、要約すれは、圧電型電気音響変換器では、基本共振周波数近傍では音圧が高く、それ以外の帯域では音圧が減衰することを意味する。すなわち、音圧レベル周波数特性において、音響特性の山谷（振幅の上限下限の異常値）が発生し、特定周波数の音が強調されたり、消失されたりして、音楽再生等に十分な音質が得られない可能性があるという問題点を持つ。
【０００８】
このため、高音質で小型な電気音響変換器を生み出す画期的な技術が要求されていた。
【０００９】
なお、関連する技術として、特許文献１（特開２００３−１５３３７１号公報）に超音波再生方法・超音波再生装置が開示されている。この関連技術では、超音波再生装置において、電気音響変換部は互いに共振周波数が異なる複数の圧電素子を共通の基盤に搭載している。電気音響変換部は複数の超音波素子ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が一面上にマトリックス状或いは同芯円状に配列して構成することもできる。
【００１０】
また、特許文献２（特開２００６−０８１１１７号公報）に超指向性スピーカシステムが開示されている。この関連技術では、超指向性スピーカシステムは、アレー状に配置された複数の超音波振動子を含んでおり、復調方向に応じて複数の超音波振動子の出力時間差を位相制御器によって制御している。また、搬送波信号及び原音信号の少なくとも一方に応じて、搬送波信号の振幅及び振幅変調における変調度の少なくとも一方を制御している。これにより、複調音の音圧を適度に設定しながら、搬送波の音圧を低減し、音響出力の効率を向上させることを図っている。
【００１１】
また、特許文献３（特開２００９−２６０５７３号公報）にマイクロホン（Ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ）ユニット及びその製造方法が開示されている。この関連技術では、マイク基板上の複数の振動板ユニット配置予定領域をそれぞれ囲む分離壁を設けている。振動板ユニットは、いわゆるメムス（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）として構成されても良い。また、振動板については無機圧電薄膜、あるいは有機圧電薄膜を使用して、圧電効果により音響−電気変換するようなものであっても良いし、エレクトレット膜を使用しても構わない。また、マイク基板については、絶縁成形基材、焼成セラミックス、ガラスエポキシ、プラスチック等の材料により構成されるものであって良い。
【００１２】
また、特許文献４（特開２００９−２９６０５５号公報）に超音波探触子およびそれを用いる超音波診断装置が開示されている。この関連技術では、複数の圧電素子がアレイ状（１次元アレイ状）に配列されて構成される。また、各圧電素子は、送信層上に、受信層および音響レンズが積層された積層型の圧電素子から成る。各圧電素子は、クロストーク等の相互干渉を低減するために、互いに所定の隙間（溝、間隙、ギャップ）を空けて基板上に配置される。さらに相互干渉を低減するために、超音波を吸収する超音波吸収材がこの隙間に充填される。その超音波吸収材としては、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等を用いることができる。また、送信層の圧電素子層および受信層の圧電素子層が、相互に異なる複数の厚さ部分から構成されている。ここで、圧電素子層の共振周波数は、圧電振動方向、すなわち該圧電素子層の厚み方向の厚さに反比例して調整され、半分の厚さで２倍、１／４の厚さで４倍の共振周波数に設定できる。したがって、各厚さ部分を共通の電極で振動させても、複数の周波数をそれぞれ個別に送信および受信可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−１５３３７１号公報
【特許文献２】特開２００６−０８１１１７号公報
【特許文献３】特開２００９−２６０５７３号公報
【特許文献４】特開２００９−２９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、複数の振動板をアレイ上に形成し、基本共振周波数が異なる複数の振動板の各々が独自に駆動して、音響特性の山谷を修復する電気音響変換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の電気音響変換器は、電子機器に用いられる電気音響変換器であって、アレイ上に配置された複数の振動子と、複数の振動子を囲むフレームとを具備する。複数の振動子の全てを囲むフレームの輪郭形状は、一定である。複数の振動子の各々を囲む個別のフレームの輪郭形状は、変更可能である。各振動子は、それぞれ形状が異なり、任意のタイミングで駆動し、基本共振周波数が異なる。
【００１６】
本発明の電気音響変換器は、電気音響変換を利用する電子機器に搭載される。
【発明の効果】
【００１７】
音波の放射方向を自由に設計でき、広指向性の電気音響変換器を得ることが可能となる。これにより、小型で高音質な電気音響変換器の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の電気音響変換器を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における振動子の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における圧電素子の構成例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態における振動子の概念図である。
【図５】電気機械変換効率が高い材料の例として示すチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の構造図である。
【図６】分割振動の概念図である。
【図７】分割振動の位相の例を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における振動子であるＭＥＭＳアクチュエータの構成例を示す図である。
【図９】従来の動電型電気音響変換器の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の電気音響変換器において、フレームの輪郭形状を変更した事例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の電気音響変換器を搭載した携帯電話機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の電気音響変換器を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の動電式電気音響変換器は、振動子１０（１０−ｉ、ｉ＝１〜ｎ：ｎは振動子数）と、フレーム２０を備える。
【００２０】
振動子１０は、複数の振動子の各々であるものとする。ここでは、振動子１０の例として、９つの振動子１０−１〜１０−９を示す。振動子１０−１〜１０−９は、個別にフレーム２０に囲まれており、アレイ（配列）状に整列している。
【００２１】
振動子１０−１〜１０−９は、各々形状が異なり、基本共振周波数が異なる構成である。例えば、基本共振周波数は、振動子の外周の形状、すなわち周期性により決定するため、振動子１０−１と振動子１０−２は、同形状の円形であっても、外周の長い振動子１０−１の方が振動子１０−２よりも低い基本共振周波数を有する。
【００２２】
なお、振動子１０の構造には、図２に示される圧電方式が利用できる。この場合、振動子１０は、１つの圧電素子を弾性部材で拘束するユニモルフタイプ（Ｕｎｉｍｏｒｐｈ  Ｔｙｐｅ）のものである。
【００２３】
図２を参照すると、振動子１０は、圧電素子１１と、弾性部材１２を備える。
【００２４】
圧電素子１１は、弾性部材１２の上に設けられている。圧電素子１１と弾性部材１２は、フレーム２０に囲まれている。
【００２５】
ここでは、図３で示されるように、圧電素子１１の上下面に電極層が形成されており、電気信号を入力することで、圧電素子１１が動作する。この場合、振動子１０は、圧電素子１１による圧電効果を利用して振動振幅を発生させるものである。
【００２６】
図３を参照すると、圧電素子１１は、上部電極層１１１と、圧電セラミックス１１２と、下部電極層１１３を備える。
【００２７】
上部電極層１１１、圧電セラミックス１１２、及び下部電極層１１３は、上から順に層構造になっている。上部電極層１１１は、圧電セラミックス１１２の上面に形成された電極層である。圧電セラミックス１１２は、圧電素子１１の中核（本体）である。下部電極層１１３は、圧電セラミックス１１２の下面に形成された電極層である。
【００２８】
図１〜３の内容をまとめると、図４のようになる。すなわち、図４で示されるように、上部電極層１１１および下部電極層１１３に交流電圧が印加され、交流的な電界が付与されると、圧電セラミックス１１２は、上部電極層１１１および下部電極層１１３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、圧電素子１１は、主面が拡大するような第１の変形モード（ａ）と、主面が縮小するような第２の変形モード（ｂ）とを繰り返すような伸縮運動を行う。
【００２９】
このように、本実施形態の電気音響変換器では、９個の圧電振動子が動作し、振動振幅を発生することで、音波が放射される。
【００３０】
本実施形態の振動子においては、電気エネルギーに振動エネルギーに変換する電気機械変換器としての機能を有する。
【００３１】
圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料を問わないが、電気機械変換効率が高い材料であると好適である。電気機械変換効率が高い材料として、例えば、図５に示すような結晶構造のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を使用することができる。
【００３２】
また、圧電セラミック材料（圧電セラミックス）を拘束する弾性部材は、圧電素子からの振動をフレームに伝達する機能を持つ材料であり、落下時の衝撃吸収や剛性の低減による振動振幅量の拡大等の機能を持つ。弾性材料であれば、金属、樹脂ともに特に限定されないが、機械強度や加工性の観点から、リン青銅や、ステンレス、銅等の金属材料が使用できる。
【００３３】
本実施形態の電気音響変換器を構成する振動子の各々は、任意の基本共振周波数を有することを特徴とする。
【００３４】
なお、振動子の基本共振周波数を調整する方法として、上述の図１で示される振動子の圧電セラミックスの形状を変更する手段だけでなく、圧電セラミックスの厚みや、弾性部材の材質や形状等を変更することで対応できる。
【００３５】
振動子の基本共振周波数は、負荷重量と剛性により決定される。すなわち、同材質で同一形状であっても、厚みを変更することで剛性は変わり、基本共振周波数は変化する。例えば、圧電素子の厚みを厚くすることで、剛性は高くなり、基本共振周波数は増加する。これは、弾性部材についても同様である。また、弾性材料の材質を変更によっても、剛性が変化し、基本共振周波数を調整することができる。
【００３６】
本実施形態の振動子は、圧電セラミックス、弾性部材、フレームを積層状に接合（接着）することで構成される。
【００３７】
その接合（接着）には、市販の接着剤等が使用できる。例えば、エポキシ系接着剤が好ましい。また、塗布された接着剤の厚みは１０〜１００μｍであることが好ましい。接着剤の厚みが１０μｍ未満では、接着基材への均一な面内配向が困難であり、面内で厚みのバラツキが生じ、接着強度が低下する。
【００３８】
また、接着剤の厚みが５００μｍを超える場合は、接着剤自体が拘束部材となり、振動変換効率を減少させる要因となる。また、本実施形態では、フレームには、金属材料、有機材料が使用でき、特に材質は限定されないが、好ましくはステンレスや真鍮等が使用できる。例えば、樹脂等の剛性が低い材料を用いた場合、弾性部材からの振動の伝播の際に、フレーム自身も振動し、エネルギー損失を起こし、変換効率が減少する。
【００３９】
以下に、本発明の電気音響変換器の動作原理を説明する。
本発明の電気音響変換器は、アレイ上に配置された複数の振動が、個々独立して駆動することで、音を再生する。
【００４０】
図１に示す電気音響変換器では、９つの振動子から放射された音波が干渉することで、音響が放射される。また、各振動子が異なる基本共振周波数を有することから、広い周波数帯域を持つことを特徴とする。
【００４１】
従来の電気音響変換器では、単一の振動子の共振特性を利用して音波を発生していたため、再生帯域が狭いという問題点があった。すなわち、共振周波数近傍で音響エネルギーが最大化するため、基本共振周波数以下の帯域（低域）では音圧レベルが小さく、音の重厚感がない問題点があった。
【００４２】
これを解決する手段として、電気音響変換器の基本共振周波数を低減させる方法があるが、エネルギー分布の点から考慮すれば、多大な振動エネルギーが必要となる低域にエネルギーシフトさせた場合、耳への感度が高い、１〜３ＫＨｚの音圧レベルが減少し、全体的な音量感が減少する問題点があった。
【００４３】
本発明の電気音響変換器では、特定周波数帯域の音圧レベルを最大化するために、複数の振動子を配置しているため、広い周波数帯域で高い音圧レベルを実現することができる。例えば、音楽再生可能な１００Ｈｚ〜１０ＫＨｚでの帯域での再生を実現するために、基本共振周波数が２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ＫＨｚである振動子を配置することで、個々の振動子の面積は小さいながらも、低域の音量を増加することができる。
【００４４】
また、本発明の電気音響変換器では、複数の振動子の基本共振周波数を調整することで、音圧レベル周波数の特性の平坦化が実現できる。これについては、分割振動と音響特性との関係、分割振動の姿態の説明を併せて詳しく述べる。
【００４５】
図６で示されるように、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、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。
【００４６】
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、入力音響信号から音響振動への変換効率が、分割振動発生する周波数の前後で著しく変化し、音響信号以外の音響を生じさせ、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（音響特性の山谷）をもたらす原因となる。
【００４７】
例えば、図７で示される分割振動では、位相が異なる（同相と逆位相）の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（同相と逆位相）の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。
【００４８】
このことは、音圧が減衰し、ディップ（ｄｉｐ：メータの指示針が共振周波数で小さい値を指示すること）が発生させることを意味する。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。
【００４９】
そこで、本発明では、複数の振動子のいずれかを、音響の山谷が発生する周波数に併せて、駆動させる。これにより、音圧ピークをキャンセルする逆位相となる音波を発生させることや、音圧ディップを修復する同位相の音波を発生させ、これらの音波を干渉させることで、音圧レベル周波数特性の平坦化が実現できる。
【００５０】
また、本発明の電気音響変換器では、広指向性を制御することが可能である。すなわち、振動放射の面の偏角を変更することで、指向特性を制御できる。
【００５１】
音波の直進性が高い高周波数帯域では、狭小な指向特性を取り、視聴位置での音響特性が異なり、ユーザにとって利便性の点で、問題があった。振動子の配置により、音波の放射方向を自由に設計できるため、広指向性の電気音響変換器を得ることが可能となる。
【００５２】
本発明に係る電気音響変換器は、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、小型ゲーム機器等）の音源としても利用可能である。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。
【００５３】
＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態の電気音響変換器では、振動子にＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）アクチュエータを使用している。振動子以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５４】
図８に、ＭＥＭＳアクチュエータの構成例を示す。
ＭＥＭＳアクチュエータについては、静電力、電磁力、圧電効果、熱歪みを用いた方式があり、いずれの方式も利用できるが、本実施形態では、圧電効果を用いた方式を利用する。
【００５５】
図８に示すように、ＭＥＭＳアクチュエータ３０は、上部可動電極層３１と、圧電薄膜層（誘電帯層）３２と、下部可動電極層３３を備える。
【００５６】
ＭＥＭＳアクチュエータ３０は、図１に示す圧電素子１１に該当する。上部可動電極層３１は、図１に示す上部電極層１１１に該当する。圧電薄膜層（誘電帯層）３２は、図１に示す圧電セラミックス１１２に該当する。下部可動電極層３３は、図１に示す下部電極層１１３に該当する。
【００５７】
第１実施形態と同様に、圧電効果による振動振幅を発生させる機構であり、電極層への交流信号を入力することで、振動振幅を発生させる機構である。
【００５８】
ＭＥＭＳアクチュエータの製造方法の例として、電極層にエアロゾルデポジション法（Ａｅｒｏｓｏｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、固体溶融粒子を噴き付ける方法等が挙げられるが、特に製造方法は限定されない。なお、エアロゾルデポジション法を用いた場合、曲面等の基材に容易に圧電膜を吸着できることから、振動子形状の自由度が高まり、電気音響変換器の特性向上に有用である。
【００５９】
＜各実施形態の関係＞
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。
【００６０】
＜効果の説明＞
上述のように、本発明の電気音響変換器によれば、複数の振動子がアレイ上に配置することで構成される。すなわち、各々異なる基本共振周波数を有する振動子を任意に駆動させることで、音波を再生する周波数帯域が拡大する。
【００６１】
また、任意の周波数において、駆動のタイミング、すなわち位相を制御意することで、音響特性の山谷に対して、音波干渉によりキャンセリングや増幅が可能であり、広い周波数帯域で平坦な音圧レベル周波数特性を再生することができるものとなる。
【００６２】
＜本発明の実施例＞
本発明の電気音響変換器の特性評価を、以下、評価１〜評価３の評価項目で行った。
【００６３】
（評価１）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。
【００６４】
（評価２）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との差のことを指す）が２０ｄＢ（ｄｅｃｉｂｅｌ）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。
【００６５】
（評価３）落下衝撃試験
電気音響変換器を搭載した携帯電話機を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のことを指す）が３ｄＢ以内を○とし、３ｄＢ以上を×とした。
【００６６】
［実施例１］
本発明の第１実施形態で記載した電気音響変換器の特性評価を実施した。評価結果は以下の通りである。
【００６７】
〔結果〕
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：９０Ｂ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：９４ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８９ｄＢ
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○
落下衝撃安定                  ：○
【００６８】
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、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。
【００６９】
［比較例１］
比較例１として、図９に示すような、従来の動電型電気音響変換器を作製した。
【００７０】
図９に示すように、従来の動電型電気音響変換器４０は、振動膜４１と、ボイスコイル４２と、フレーム４３と、ポールピース（鉄心）４４と、永久磁石４５と、永久磁石（磁極部）４６と、ヨーク４７を備える。
【００７１】
〔結果〕
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                  ：×
【００７２】
［実施例２］
実施例２として、第２実施形態の電気音響変換器を作成した。
【００７３】
〔結果〕
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：９３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８８ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８６ｄＢ
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                  ：○
【００７４】
上記の結果より明らかであるように、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、駆動源の方式に関わらず、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００７５】
［実施例３］
実施例３では、実施例１の電気音響変換器において、図１０に示すように、個別のフレームの輪郭形状を変更した。
【００７６】
図１０に示すように、本実施例の電気音響変換器は、６つの振動子１０−１〜１０−６と、フレーム２０を備える。ここでは、振動子１０−１を囲むフレームの内部領域は、他の振動子を囲むフレームの内部領域の４倍である。すなわち、他の振動子を囲むフレームを１マスとした場合、振動子１０−１を囲むフレームは４マス分である。但し、実際には、これらの例に限定されない。
【００７７】
〔結果〕
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                  ：○
【００７８】
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、全体のフレーム形状が一定であれば、個別のフレーム形状に関わらず、音圧レベル周波数特性は平坦である。
【００７９】
［実施例４］
実施例４では、実施例１に対して、弾性部材を変更した。弾性部材に、ポリエステルフィルム（ＰＥＴフィルム）を使用した。
【００８０】
〔結果〕
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                  ：○
【００８１】
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、弾性部材の材質に関わらず、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は平坦である。すなわち、弾性部材の材質がポリエステルフィルム（ＰＥＴフィルム）であれば、音圧レベル周波数特性を損なうことが無い。
【００８２】
［実施例５］
実施例５では、実施例１に対して、弾性部材を変更した。圧電材料に、ポリフッ化ビニリデン（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ＤｉＦｌｕｏｒｉｄｅ：ＰＶＤＦ）を使用した。
【００８３】
〔結果〕
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８２ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８４ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８７ｄＢ
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                  ：○
【００８４】
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、圧電材料の材質に関わらず、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は平坦である。すなわち、弾性部材の材質がポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）であれば、音圧レベル周波数特性を損なうことが無い。
【００８５】
［実施例６］
実施例６として、図１１に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例１の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
【００８６】
（評価）
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、落下衝撃試験も行なった。
【００８７】
〔結果〕
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８３ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：８５ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８７ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８０ｄＢ
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  ：○
【００８８】
［実施例７］
実施例７として、図１１に示すような携帯電話機を用意し、この筐体内に実施例２の電気音響変換器を搭載した。具体的には、携帯電話機の筐体内側面に、電気音響変換器を貼り付ける構成とした。
【００８９】
（評価）
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、落下衝撃試験も行なった。
【００９０】
〔結果〕
音圧レベル（１ｋＨｚ）        ：８０ｄＢ
音圧レベル（３ｋＨｚ）        ：７９ｄＢ
音圧レベル（５ｋＨｚ）        ：８１ｄＢ
音圧レベル（１０ｋＨｚ）      ：８１ｄＢ
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７８ｄＢであった。
音圧レベル周波数特性の平坦性  ：○
【００９１】
［産業上の利用分野］
本発明は、携帯電話機等の電子機器に好適な、小型で高音質音の再生を可能とする電気音響変換器を提案するものである。従って、本発明を利用できる分野として、電気音響変換器、及び携帯電話機等の電子機器全般が考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。
【００９２】
携帯型の電子機器の例として、携帯電話機やラップトップ型パーソナルコンピュータ（ＰＣ）以外にも、カーナビ（カーナビゲーションシステム）、携帯型ゲーム機、ポータブルオーディオプレーヤー、ＩＣレコーダー、ヘッドホン、スピーカー、或いは、音声出力を行う機能を有するガジェット（Ｇａｄｇｅｔ）等が考えられる。また、電子機器は、車両や船舶、航空機等の移動体に搭載されているものでも良い。但し、実際には、これらの例に限定されない。
【００９３】
なお、電子機器は、携帯型に限定されない。固定型であっても小型化や高音質化の需要はあるからである。
【００９４】
本発明により、高音質音の再生が可能な、電気音響変換器の基本構造を提供する。また、当該電気音響変換器を搭載した電子機器を提供する。
【００９５】
＜まとめ＞
以上のように、本発明は、携帯電話機等の電子機器に用いられる電気音響変換器の関する発明である。小型でありながら、大音量と良好な音圧レベル周波数特性の再生が可能な電気音響変換器を提供するものである。
【００９６】
本発明の電気音響変換器は、複数の振動板がアレイ上に形成することを特徴とする。すなわち、基本共振周波数が異なる複数の振動板が個々独自して駆動することで、音響特性の山谷を修復することを特徴とする。
【００９７】
本構成によれば、駆動源に圧電方式もしくは、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いているため、電気音響変換器の小型化が実現できる。また、多様形状で基本共振周波数が異なる複数の振動子をアレイ上に形成することで構成されるため、各振動子の振動の位相を制御することで、音響特性の山谷を補正し、良好な音響特性を実現することができる。
【００９８】
例えば、周波数５ｋＨｚに音圧ピークを有する場合は、基本共振周波数を５ｋＨＺ近傍に持つ振動子に、電気音響変換器に対して逆相となる電気信号を入力することで、正逆相音波の干渉によるキャンセリング効果により、音圧ピークを減衰させ、音響特性の平準化が可能となる。
【００９９】
また、音響の谷についても、電気音響変換器に対して、正相となる音響信号と入力することで、音波の干渉により、音圧レベルを増幅することができる。また、複数の振動子から音波を発生させるため、振動放射の面の偏角を変更することで、指向特性を制御することが可能である。
【０１００】
特に、音波の直進性が高い高周波数帯域では、狭小な指向特性を取り、視聴位置での音響特性が異なり、ユーザにとって利便性の点で、問題があった。本構成によれば、音波の放射方向を自由に設計できるため、広指向性の電気音響変換器を得ることが可能となる。
【０１０１】
以上のように、本発明により、小型で高音質な電気音響変換器の実現が可能となる。
【０１０２】
＜付記＞
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載することも可能である。但し、実際には、以下の記載例に限定されない。
【０１０３】
（付記１）
本発明の電気音響変換器は、複数の振動子を備えた電気音響変換器において、前記複数の振動子の各々がアレイ上に配置されていることを特徴とする。
【０１０４】
（付記２）
前記複数の振動子の各々が、互いに異なる基本共振周波数を有することを特徴とする。
【０１０５】
（付記３）
前記複数の振動子の各々が、任意のタイミングで駆動することを特徴とする。
【０１０６】
（付記４）
前記複数の振動子が、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）により形成され、前記複数の振動子の駆動方式が、圧電方式、静電方式、電磁方式、熱伝導方式のいずれかであることを特徴とする。
【０１０７】
（付記５）
前記複数の振動子の駆動周波数が、１０ｋＨｚ以上であることを特徴とする。
【０１０８】
（付記６）
付記１から付記５のいずれかに記載の電気音響変換器を備えた電子機器。
【０１０９】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１１０】
１０（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）…  振動子
１１…  圧電素子
１１１…  上部電極層
１１２…  圧電セラミックス
１１３…  下部電極層
１２…  弾性部材
２０…  フレーム
３０…  ＭＥＭＳアクチュエータ
３１…  上部可動電極層
３２…  圧電薄膜層（誘電帯層）
３３…  下部可動電極層
４１…  振動膜
４２…  ボイスコイル
４３…  フレーム
４４…  ポールピース（鉄心）
４５…  永久磁石
４６…  永久磁石（磁極部）
４７…  ヨーク
【図１】
2011228794.tif 000003
【図２】
2011228794.tif 000004
【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】
2011228794.tif 000009
【図８】
2011228794.tif 000010
【図９】
2011228794.tif 000011
【図１０】
2011228794.tif 000012
【図１１】
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