(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に基づいて振動を発現するアクチュエータ部とその振動を受け取り振動板に伝達する受動部を備える音響装置において、
上記受動部は、上記アクチュエータ部に対する慣性質量要素を備え、
上記慣性質量要素である付加荷重体は上記アクチュエータ部と非接触でアクチュエータ部の長手方向に延在し、かつ付加荷重体の一端部は上記受動部の上部と一体に形成され、上記アクチュエータ部の駆動ロッドの先端部は上記受動部に当接されているとともに、上記受動部の下部は上記振動板に振動作用点として取着され、
上記アクチュエータ部の底部は、その振動方向が上記振動板の表面に沿うよう配され、
上記慣性質量要素である付加荷重体は、上記振動作用点から見て上記駆動ロッドの当接部より遠く配されたことを特徴とする音響装置。
【請求項２】
アクチュエータ部に入力信号を与えて振動させ、振動板に取着される受動部に上記アクチュエータ部の振動を伝達し、上記受動部が受け取った振動を上記振動板に伝達する振動伝達方法において、
上記受動部は、上記アクチュエータ部に対する慣性質量要素を備え、上記受動部の上部には上記アクチュエータ部と非接触でアクチュエータ部の長手方向に延在された慣性質量要素である付加荷重体の一端部が一体に形成され、かつ上記アクチュエータ部の駆動ロッドの先端部が上記受動部に当接されるとともに、上記受動部の下部は上記振動板に振動作用点として取着され、上記受動部と上記振動板の振動作用点における縦波振動と首振り運動を励起し、受け取った振動を上記振動板に伝達することを特徴とする振動伝達方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばアクチュエータを振動源とする発音装置に係り、更に詳しくは振動源の振動を振動板に伝達して発音する音響装置およびその振動伝達方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、これまでの発音装置、いわゆる磁石とコイルを用いた動電型スピーカーとは異なる磁歪アクチュエータ等を振動源とした発音装置が提案され、これまでの音響システム、映像装置とは異なる、例えば特許文献１、２のような音響システム、映像装置が市販されてきている。
【０００３】
従来、この種のアクチュエータから発音をする振動板への振動伝達は、例えば特許文献３に示される様に振動板の表面に直接、取り付けることで行っている。
【０００４】
基本的な取り付け構造は、特許文献３の様なＬ字型の変位伝達部材で固定する方法が一般的である。すなわち、アクチュエータで発生する振動をＬ字型の取り付け部に伝達し、この取り付け部から振動板に伝達して発音する構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６６０２７号公報
【特許文献２】特開２０１０−９３７６９号公報
【特許文献３】特開２００６−２３８５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発音源にアクチュエータを使用した音響装置で、最も課題となるのがアクチュエータから振動板へ振動が伝達されて発音される再生音圧と再生周波数特性である。
【０００７】
磁歪アクチュエータ等を用いた音響装置では、１ＫＨｚ以下の周波数帯域を再生するのが困難とされ、アクチュエータによる発音の再生周波数は一般的に１ＫＨｚ以上の周波数帯域、すなわち、一般的なスピーカーシステムでミッドレンジ、ツイーターレンジなどと呼ばれる中、高周波数帯域である。
【０００８】
そのために、１ＫＨｚ以下の低周波数帯域の再生を必要とする音響装置の場合は低音用のウーハースピーカー、中音用のミッドレンジスピーカーが必要とされ、広帯域の音響装置を構築する上で煩雑、かつ装置が大きくなる傾向にあり、磁歪アクチュエータ等の小型、軽量の特徴が失われる問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を鑑み提案されたもので、低音、中音再生に必要とされる別のスピーカーを用いることなく、アクチュエータ単体で１ＫＨｚ以下の周波数帯域の再生を可能にし、上記、問題の解決を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の音響装置は、入力信号に基づいて振動を発現するアクチュエータ部とその振動を受け取り振動板に伝達する受動部を備える音響装置において、上記受動部は、上記アクチュエータ部に対する慣性質量要素を備え、上記慣性質量要素である付加荷重体は上記アクチュエータ部と非接触でアクチュエータ部の長手方向に延在し、かつ付加荷重体の一端部は上記受動部の上部と一体に形成され、上記アクチュエータ部の駆動ロッドの先端部は上記受動部に当接されているとともに、上記受動部の下部は上記振動板に振動作用点として取着され、上記アクチュエータ部の底部は、その振動方向が上記振動板の表面に沿うよう配され、上記慣性質量要素である付加荷重体は、上記振動作用点から見て上記駆動ロッドの当接部より遠く配されたことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に係る本発明の振動伝達方法は、アクチュエータ部に入力信号を与えて振動させ、振動板に取着される受動部に上記アクチュエータ部の振動を伝達し、上記受動部が受け取った振動を上記振動板に伝達する振動伝達方法において、上記受動部は、上記アクチュエータ部に対する慣性質量要素を備え、上記受動部の上部には上記アクチュエータ部と非接触でアクチュエータ部の長手方向に延在された慣性質量要素である付加荷重体の一端部が一体に形成され、かつ上記アクチュエータ部の駆動ロッドの先端部が上記受動部に当接されるとともに、上記受動部の下部は上記振動板に振動作用点として取着され、上記受動部と上記振動板の振動作用点における縦波振動と首振り運動を励起し、受け取った振動を上記振動板に伝達することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の本発明では、アクチュエータの振動を受け取り振動板に伝達する受動部に、アクチュエータに対する慣性質量要素を備えることで、受動部と振動板の作用点に働く力学的モーメントを大きくして、中低域の周波数領域の再生音圧レベルの向上と低域側への再生帯域の拡大が図れる。これによって、低音、中音再生に必要とされる別のスピーカーを用いることなく、アクチュエータ単体で１ＫＨｚ以下の周波数帯域の再生を可能にできる。
【００１３】
また、請求項２記載の本発明では、受動部と振動板の振動作用点における縦波振動と首振り運動を励起し、受け取った振動を振動板に伝達することにより、受動部と振動板の作用点に働く力学的モーメントを大きくして、中低域の周波数領域の再生音圧レベルの向上と低域側への再生帯域の拡大が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態および実施例１に係る音響装置について説明するためのもので、コンパクト化した振動伝達装置の構造を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の１Ｂ−１Ｂ線矢示断面図である。
【図２】図１に示した振動伝達装置における磁歪アクチュエータの構成例を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の２Ｂ−２Ｂ線矢示断面図である。
【図３】本発明の実施の形態および参考例に係る音響装置について説明するためのもので、振動伝達装置における付加荷重体の取り付け位置近傍の構造を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の３Ｂ−３Ｂ線矢示断面図である。
【図４】図１に示した振動伝達装置の等価回路である。
【図５】本発明の効果を確認するために使用した評価板を示す平面図である。
【図６】本発明の比較例とした振動伝達装置の構造を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の６Ｂ−６Ｂ線矢示断面図である。
【図７】付加荷重に対する再生音圧−周波数特性を示す図である。
【図８】付加荷重に対する再生音圧−低周波数領域特性を示す図である。
【図９】アクチュエータの取り付け振動受動部における頭頂部の加速度レベル−周波数特性を示す図である。
【図１０】アクチュエータの取り付け振動受動部における最下部の加速度レベル−周波数特性を示す図である。
【図１１】付加荷重体の質量の影響について考察するためのもので、振動作用点周辺の構造を単純化して示す図である。
【図１２】実験２の再生音圧−周波数特性を示す図である。
【図１３】図１に示した振動伝達装置を用いた音響装置の再生音圧−周波数特性を示す図である。
【図１４】本発明の参考例に係る音響装置を示しており、磁歪アクチュエータの縦型の取り付け例を示す断面図である。
【図１５】参考例の再生音圧−周波数特性を示す図である。
【図１６】本発明の変形例２の動電型アクチュエータ部の構成例を示す図である。
【図１７】本発明の変形例２の動電型アクチュエータ部の再生音圧−周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは振動伝達現象を種々の検討、解析を重ねた結果、アクチュエータの振動を振動板に伝達して発音する音響装置において、図１、図３に示すように、アクチュエータ１００から振動を受け取る振動受動部１１に付加荷重体２００を取り付ける、換言すれば質量Ｍを増すことで、１ＫＨｚ以下の帯域における再生音圧の向上ができることを見出した。
【００１６】
すなわち、図１、図３に示した振動受動部１１と振動板７の振動作用点７０に働く力学的モーメントＦを大きくすることで、１ＫＨｚ以下の帯域の再生音圧が向上することが解った。
【００１７】
力学的モーメントＦは以下の一般的な式で表される。
Ｆ＝Ｍ×ｒ
Ｍ：受動部の質量（振動系の質量）、ｒ：付加荷重体２００から振動作用点７０までの距離
【００１８】
付加荷重体２００である錘を受動部１１に取り付けたときの質量Ｍを一定とすれば、付加荷重体２００の重心から作用点７０までの距離ｒ（ΔＨ１＝１５ｍｍ、ΔＨ２＝２０ｍｍ）を大きくすることで力学的モーメントが大きくなり、振動板７への振動伝達力が増大し、再生音圧が向上することが考察される。
【００１９】
上記で力学的モーメントを大きくすることで再生音圧の向上に有利であることを推測したが、さらに振動発生部であるアクチュエータ１００から受動部１１、振動板７への振動伝達経路を詳細に解析した結果、図１に示した構造は図４に示す等価回路で表せる。この等価回路の共振周波数ｆ０は下記式で示され、付加荷重の増加によって共振周波数ｆ０を低下させることが出来、すなわち再生周波数を低域側に拡大が図れるものと推論される。
【００２０】
図４に示した等価回路の共振周波数ｆ０は以下の一般的な式で表せる。
【数１】
0005680487.tif 000002
Ｍ：受動部の質量（振動系の質量）、ｋ：振動板のバネ定数
【００２１】
なお、振動板７の粘性抵抗μは、付加荷重の効果を確認するにおいては影響しないため、および式を簡単に解釈するために省略をした。
【００２２】
上記式から振動板７のバネ定数ｋを一定と仮定すると、受動部１１に質量Ｍを付加することで低域共振周波数ｆ０が低下し、再生周波数を低周波数側に拡大が可能であり、また付加荷重による再生周波数の調整が可能であることが解る。
【００２３】
付加荷重（質量Ｍ）を加えることで、力学的モーメントの増加と共振周波数ｆ０の低下を図ることができ、再生音の向上、再生周波数の低周波数側への拡大に効果的であることを見出したが、本発明を実用化する上では、構築する振動伝達装置の形状的制約を受けることがある。
【００２４】
ここで提案する構造は、本発明の付加荷重体の取り付け構造を限定するものではないが、一例として付加荷重体をよりコンパクト、力学的モーメントをより大きくできるものとして提案する構造、形態である。
【００２５】
図３に示した振動受動部１１の上端に付加荷重体２００を取り付けて低音まで再生する説明を行ってきたが、質量Ｍが大きく作用点７０までの距離が大きく取れる構造を検討した結果、振動発生部であるアクチュエータ１００上部に付加荷重体２００を配置することで、コンパクト化を容易にすることが出来る図１に示した構造を見出した。
【００２６】
図１から明らかなように、付加荷重体２００（錘）を振動受動部１１の上部に取り付ける構造にすることで、振動伝達装置の長さ方向を短く出来、コンパクト化が図れる。
【００２７】
また、振動発生部であるアクチュエータ１００の上部全体を使用することができることから、付加荷重体２００の質量Ｍの範囲を大きく取れ、質量選択の自由度が大きくなるメリットもある。
【００２８】
なお、発音装置の構造は、本発明を実用化する上での発音の安定性、装置の信頼性の向上を考慮し、図２に示した磁歪アクチュエータ１００を図１に示したように組み込み、アクチュエータ１００の振動発生部と振動を受け取る振動受動部１１からなる構造にした。
【００２９】
本発明は上記構造に限定されるものではなく、特許文献３に示された従来のＬ字部品等を用いた取り付け方法でも良い。
【００３０】
また、本発明ではアクチュエータとして、磁歪アクチュエータを用いて説明を加えているが、アクチュエータとしては特に磁歪アクチュエータに限定するものではなく、磁歪アクチュエータと同様な振動を発生するもの、例えば積層圧電型アクチュエータ等でも良い。
【実施例１】
【００３１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００３２】
本発明の実施例１に係る音響装置は、基本的には図１に示すように、振動伝達装置を被振動部に装着した構造になっている。振動伝達装置は、入力信号に基づいて振動を発現するアクチュエータ部３００、このアクチュエータ部３００から振動を受け取る振動受動部１１、および振動受動部１１に取り付けられた付加荷重体２００を一体化した構造である。この一体化した振動伝達装置の取り付け部を、被振動部である振動板７に例えば取り付けネジ１５で固定する。そして、磁歪アクチュエータ１００の振動を振動板７へ適格に伝達するために、振動伝達調整ネジ１０によるアクチュエータ１００の加圧を行う。
【００３３】
［磁歪アクチュエータ］
まず、磁歪アクチュエータ１００の概略構成を具体的に説明する。
図２は、磁歪アクチュエータ１００の概略構造を示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図の２Ｂ−２Ｂ線矢示断面図である。
【００３４】
磁歪アクチュエータ１００は、一例として、図２に示したように、棒状の磁歪素子５０を備え、その周囲に、この磁歪素子５０に制御磁界を印加するためのソレノイドコイル５が配置されている。ソレノイドコイル５の周囲には、磁石４およびヨーク（図示しない）が配置され、磁歪素子５０の一端に駆動ロッド（振動子端）１が連結され、磁歪素子５０の他端に固定盤（底部キャップ）６が取り付けられている。これらがシンバル状の内部予負荷バネ３とともに外筐ケース２内に装填され、組み立て後に駆動ロッド１の先端部が外筐ケース２の外側に突出する。
【００３５】
磁歪素子５０は、その特性としてソレノイドコイル５による制御磁界の大きさに対する応力歪み（長手方向の寸法変化）応答が、予め加えられる圧力により変化することが知られている。図２の磁歪アクチュエータ１００では、適正加圧より小さめの予圧を与えるようにバネ３により圧力を加えている。また、この応力歪み応答が広い範囲で線形とみなせる領域を使用するように、磁石４およびヨークなどにより静的磁界が与えられている。
【００３６】
磁歪素子５０には下記に示す縦、横２ｍｍ、長さ約１０ｍｍの柱状磁歪素子を用いた。外筐ケース２をアルミニウムで製作し、外径１５ｍｍ、長さ３０ｍｍの大きさの磁歪アクチュエータ１００を作成した。
超磁歪素子：ETREMA PRODUCTS INC製のETREMA TERFENOL-D（登録商標、超磁歪材料）
【００３７】
この磁歪アクチュエータ１００のソレノイドコイル５に、例えば音声信号を入力することにより、駆動ロッド（振動子端）１からそれに応じた振動出力を得ることができる。
【００３８】
［アクチュエータ部］
次に、アクチュエータ部３００の概略構成を説明する。
【００３９】
図１に示したように、磁歪アクチュエータ１００を振動板７上に取り付けるとともに、磁歪素子５０に適正加圧を与えるため、ケース１３に磁歪アクチュエータ１００を装填してアクチュエータ部３００を構成する。
【００４０】
ケース１３は、その外形が角柱状であって、その底部にはネジ留めを可能とする貫通穴を有する脚部をその両側にそれぞれ備える。ケース１３の長手方向の一面（前面）には丸穴が開けられている。ケース１３の内部は円筒状にくり抜かれており、この内部に後面から磁歪アクチュエータ１００を装填する。このとき、磁歪アクチュエータ１００の駆動ロッド１の先端部（加振点）１ａがこの丸穴から外側に突出する。磁歪アクチュエータ１００の後部にコイルバネ１４、圧縮板１６を挿入し、固定板１７を取り付けてケース１３の後面とする。固定板１７の中央にはネジ穴が切られており、振動伝達調整ネジ１０が螺合するように挿入される。この振動伝達調整ネジ１０を回して固定板１７を加圧することにより、コイルバネ１４を介して磁歪アクチュエータ１００が加圧され、バネ３とともに磁歪素子５０に適正加圧が与えられる。
【００４１】
なお、ここではアクチュエータ部３００から振動板７への振動を伝達する際の、磁歪アクチュエータ１００への適正加圧は、振動伝達調整ネジ１０を調整して１０Ｎ／ｍｍ２になるよう設計、製作した。
【００４２】
このように構成されたアクチュエータ部３００は、振動受動部１１とともに振動板７に取り付けられる。
【００４３】
前述のようにアクチュエータ部３００の底部には、振動板７への取り付け用に脚部が備わり、両側の脚部にはそれぞれ少なくとも２個の貫通穴が設けられている。振動板７の対応する位置にはネジ穴が切られており、取り付けネジ１５で取り付けられる。
【００４４】
ここでは、振動板７にネジ穴が切られているものとして説明するが、逆にアクチュエータ部３００の脚部にネジ穴が切られていて、振動板７の対応位置には貫通穴が設けられ図面下方よりネジ留めしてもよいし、両者とも貫通穴としてアクチュエータ部３００と振動板７とを鋲留めしてもよい。もちろん、接着などこの他の固着方法が用いられてもよい。
【００４５】
アクチュエータ部３００の駆動ロッド１の先端部１ａが振動受動部１１の端面に当接するように、振動受動部１１が振動板７上に取り付けられる。
【００４６】
［振動受動部］
振動受動部１１は、その外形が角柱状であって、その底部にはネジ留めを可能とする貫通穴を有する脚部をその両側にそれぞれ備える。アクチュエータ部３００の取り付けと同様に、振動板７の対応する位置にはネジ穴が切られており、取り付けネジ１５で取り付けられる。
【００４７】
図１に図示したように、磁歪アクチュエータ１００の長手方向、つまり振動方向を、振動板面に沿って配しており、振動板７上にアクチュエータ部３００の底部を取り付けたときに、その全高は低く抑えられるので、振動板７を含む機器の低背化に寄与する。また、振動受動部１１上部に設ける付加荷重体２００のサイズは、例えば長さΔＬ＝４０ｍｍ程度、幅ΔＷ＝１５ｍｍ程度、厚さΔＤ＝４ｍｍ程度であり、付加荷重体２００を設けることによるサイズの増大は最小限にできる。この付加荷重体２００は、図１から明らかなように、アクチュエータ部３００と非接触で、アクチュエータ部３００の長手方向に延在している。
【００４８】
さらに、アクチュエータ部３００前方の取り付け位置と振動受動部１１の取り付け位置とが接近して配置される構成であるので、この磁歪アクチュエータ１００の適正加圧を与えるために振動伝達調整ネジ１０を調整したときに、振動受動部１１を押圧する力によりアクチュエータ部３００と振動受動部１１の両頭頂部間が開くことが少なく、振動板７が比較的に薄い、あるいは強度が小さい材質であっても振動伝達が良好になされる。
【００４９】
音声信号を磁歪アクチュエータ１００に与えることにより、磁歪アクチュエータ１００が振動し、アクチュエータ部３００の駆動ロッド１の先端部１ａからその振動が振動受動部１１に伝達される。その伝達された振動は、さらに振動板７に伝達され、最終的に振動板７から音波として出力される。
【００５０】
振動受動部１１の下部が振動板７に取り付けられた位置を振動作用点７０とし、磁歪アクチュエータ１００の振動がこの作用点７０における縦波振動（剪断方向、振動板面に沿う方向）と回転振動とに寄与する。
【００５１】
振動板面に沿う縦波振動は、振動板７内部を伝搬し、振動板材料に応じて定まるポアソン比に応じて振動板各部で横波振動に変換され、振動板７を加振する。よく知られているように、縦波振動は横波振動に比べて材料内部を遠方まで伝搬するので、振動板７が平面でなくともその隅々まで効率よく加振することができる。
【００５２】
一方で、振動作用点７０に作用する回転振動は、振動受動部１１が首振り運動のような動作となり、振動板７が可撓体であれば、振動板７を撓ませて振動させ、結果的に横波振動のような振動を励起する。
【００５３】
この縦波振動と回転振動とを比較したとき、どちらがより望ましいかは、最終的に音響出力として得られるべき結果に依存し、特に振動板７の材質、形状、アクチュエータ部３００の取り付け位置などに影響を受けるが、本発明の目的である再生帯域の拡大を達成するためには、いずれの振動についてもその低音域への伝達効率の向上が望まれる。
【００５４】
［評価板］
次に、本発明の効果を確認するために使用した評価板について説明する。
【００５５】
下記に示すアクリル板を評価板２３として用いて実験を行い、確認を行った。
アクリル板：アクリライト（登録商標）Ｌ（三菱レイヨン社製）
板厚：３ｍｍ
大きさ：３００ｍｍ×３００ｍｍ
【００５６】
なお、アクチュエータ部３００と振動受動部１１の取り付けは、図５にハッチングを付して示す場所とした。すなわち、アクチュエータ部３００の長手方向が評価板２３の一辺に沿い、かつ中心軸が一辺から２０ｍｍ内側の距離である。事前の実験により、このような振動板周辺近傍の位置に取り付けても振動板全体が加振できることを確認したので、敢えて周辺近傍位置に取り付けてみている。
【００５７】
この評価板２３にアクチュエータ部３００や振動受動部１１などを取り付け、磁歪アクチュエータ１００に測定信号を与えて、評価板２３から出力された音圧の周波数特性を測定し評価を行う。その音圧周波数特性測定は下記条件で測定した。
条件：入力１Ｗ、測定距離１ｍ（振動板中央から垂直方向に）
【００５８】
上記のように説明したアクチュエータ部３００、振動受動部１１を評価板（振動板７）２３の所定位置に取り付け、以下に説明する各種の実験によりその効果を確認した。
【００５９】
実験では、振動受動部１１に取り付ける付加荷重体２００の質量をパラメータとして、その音圧周波数特性および振動受動部１１各部の振動加速度周波数特性を測定した。
【００６０】
このとき、比較対象として、図６のように図１と同様な構造およびサイズの振動伝達装置を構成し、付加荷重体２００を取り付けない状態での各周波数特性を用いた。ここで、振動受動部１１の高さΔＨ＝２０ｍｍ、幅ΔＷ＝１５ｍｍである。また、振動受動部１１自体の質量は１７ｇであった。
【００６１】
［実験１］
付加荷重体２００の質量を、０ｇ、１０ｇ、１５ｇ、３０ｇ、４０ｇと変化させたときの再生音圧−周波数特性を測定した。
【００６２】
付加荷重０ｇ、３０ｇの再生音圧−周波数特性を示す図７において、６５０Ｈｚ、１．１ＫＨｚ、１．７ＫＨｚなどに顕著なピークが現れているが、これは僅かに音圧レベルの違いがあるものの、そのピーク周波数はほとんど変化していない。これらは評価板の固有振動モードに相当すると考えられる。
【００６３】
付加荷重体２００の質量の影響が大きく表れているのが、２００〜４００Ｈｚを含む帯域である（図８参照）。質量が０ｇのときの特性では、そのピークが２９０Ｈｚに僅かに現われているが、付加荷重の増加と共に２５０Ｈｚまで低下し（図８中、矢印で示す）、再生音圧レベルが１５ｄＢ程度の上昇がみられ、低周波数領域の再生の向上が図られることが確認された。
【００６４】
付加荷重の効果は加重増加と共に大きくなるが、本実験では３０ｇが最大で、４０ｇにおいては減少する結果であった。この現象は使用するアクチュエータと振動板の大きさ、ヤング率等の物性に影響されるものと考察され、実用化においては付加荷重の最適化が必要と推測される。
【００６５】
付加荷重体２００の質量Ｍを上記のように変化させたときの振動受動部１１の振動加速度−周波数特性を測定した。振動受動部１１の前面、つまりアクチュエータ部３００により加振される面の反対側での頭頂部と最下部の２点についてレーザー加速度計で測定した。振動受動部１１の頭頂部での加速度レベル−周波数特性を図９に、最下部での加速度レベル−周波数特性を図１０にそれぞれ示す。
【００６６】
図９において同様に中低域に着目してみると、基準特性、つまり質量が０ｇのときの特性では４００Ｈｚに見られるピークが、付加荷重体２００の質量Ｍを増していくにしたがって、２５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、１００Ｈｚと低下していく様子が確認できる（図９中、矢印で示す）。
【００６７】
そして、図１０においても、同様にピーク周波数の低下が観測された（図１０中、矢印で示す）。
【００６８】
なお、荷重３０ｇ、４０ｇはともに１００Ｈｚであるが、これは測定に使用したレーザー加速度計の周波数分解能が５０Ｈｚであったため、ともにピーク周波数が１００Ｈｚであるように見えるが、その加速度レベルを加味して評価すると、この実験系における最適な効果条件が３０ｇと、この測定からも推測される。
【００６９】
これらの測定データから、振動受動部１１がアクチュエータ部３００により加振され、振動作用点７０における縦波振動と首振り運動（回転振動）が励起されたと解釈される。
【００７０】
この付加荷重体２００の質量Ｍの影響を考察する。
振動作用点７０周辺の構造を単純化して図１１に示す。振動板７上に振動受動部１１が取り付けられ、その接合部を作用点７０とする。アクチュエータ部からの振動が印加される位置を、作用点７０からａの高さとし、振動受動部の全長をｂ、付加荷重体２００の重心までの高さをｃとする。
【００７１】
まず、付加荷重体（質量Ｍ）２００を取り付けないときの作用点７０に発生する力を導出する。このとき、振動受動部１１は片持ち梁として解釈できるので、作用点７０には水平反力としてＦ、モーメントの反力としてＦ×ａが発生する。振動受動部１１や振動板７が剛体として見なせれば、アクチュエータ部からの振動は作用点７０においてこれらの力がそのまま作用すると考えられる。
【００７２】
しかし、特に振動板７が可撓体であると、そのコンプライアンスにより振動受動部１１が首振り運動をする。振動受動部１１の加振点より上部（長さｂ−ａの部分）は、微小ではあるが質量成分として見ることができるので、図４に示した等価回路で説明されるような機械的共振系が構成される。図４の等価回路の共振周波数ｆ０は前述したように以下の一般式で表せる。
【数２】
0005680487.tif 000003
Ｍ：振動系の質量、ｋ：バネ定数（コンプライアンスの逆数）
この共振周波数が図９、図１０に現れた約４００ＫＨｚのピークに相当する。
【００７３】
次に、付加荷重体（質量Ｍ）２００を共振受動部の上部に取り付けた場合を考える。前述の微小質量成分と同様に考えれば、作用点７０を中心とする慣性モーメントはＭ×ｃ２で表され、付加荷重体２００の質量Ｍの増大に応じてその共振周波数が低下する。
【００７４】
図７の音圧周波数特性では、前述もしたように、付加荷重の増大に伴うピーク周波数の低下とともに、出力音圧レベルは付加荷重が３０ｇのときが最大で、その前後では音圧レベルがそれよりも低下している。これについて考察する。
【００７５】
振動受動部１１の加振点をアクチュエータ部が加振したとき、付加荷重２００は慣性質量とみなせ、その慣性モーメントはＭ×ｃ２で表される。より厳密には上述のように振動受動部１１の加振点より上部（長さｂ−ａの部分）も質量を持つので、これらをまとめて慣性質量要素と考えられる。慣性質量は機械系のイナータンスとして物体の運動のしにくさを表し、共振周波数より高い周波数では付加荷重体２００および振動受動部１１との接合点は振動しにくくなる。共振周波数では小さい加振力でも大きな振動となり、共振周波数より低い周波数では加振力Ｆに応じた首振り運動および水平振動をする。
【００７６】
アクチュエータ部の機械インピーダンスが十分に大きければ、付加荷重２００を過度に大きくしても、十分に振動受動部を加振することができる。しかし、実際は有限の機械インピーダンスであり、駆動力の限界もあるので、付加荷重２００が過度に大きくなると、駆動しきれなくなり、結果的に音響出力に十分寄与できなくなると推察される。
【００７７】
さて、ここまでの実験結果と考察をまとめると、振動受動部１１に付加荷重２００を付加していくとその共振周波数が低下していき、そのあたりの帯域での出力音圧レベルが増加する。ただし、付加荷重２００を過度に大きくすると、出力音圧レベルの改善度が低下する。
【００７８】
［実験２］
図１１において、付加荷重体（質量Ｍ）２００の重心位置の高さをｃとし、作用点７０を中心とする慣性モーメントはＭ×ｃ２で表されると説明した。その質量Ｍを増大するとこの慣性モーメントが大きくなり、機械共振系の共振周波数が低下することは実験１で確認した。この慣性モーメントの式によれば、直接的にこの質量Ｍを大きくする代わりに重心までの距離を長くすることも有効と考えられる。
【００７９】
図３のように振動受動部１１の前面に質量３０ｇの付加荷重体（質量Ｍ）２００を取り付ける。このとき、付加荷重体（質量Ｍ）２００の取り付け高さを変えてその音圧周波数特性を測定した。図１２において、応答特性Ａは付加荷重体（質量Ｍ）２００を取り付けなかったときの特性、特性Ｂは図３のＢの位置に取り付けたときの特性、特性Ｃは図３のＣの位置に取り付けたときの特性を表す。
【００８０】
図１２の特性を比較すると明らかなように、付加荷重体２００と取り付け距離（ｃ）の増加による慣性モーメントが増加し、その効果により、中低周波数領域の再生周波数の音圧レベルが大きく向上することが確かめられた。
【００８１】
［コンパクト化したアクチュエータ部］
上述した実験および考察から、外形寸法の大型化を極力抑えることが可能な振動伝達装置を用いた音響装置を考案した。その一例を図１に示す。
【００８２】
振動板７上にアクチュエータ部３００と振動受動部１１とを取り付けることはこれまでと同様であり、付加荷重体２００の形状が大きく異なる。
【００８３】
付加荷重体２００として扁平な板状金属を使用し、その端部を振動受動部１１の上端に取り付ける。付加荷重体２００はアクチュエータ部３００の長手方向に延在し、取り付け後、付加荷重体２００はアクチュエータ部３００に接触しない位置に配される。
【００８４】
このような構成とすることにより、付加荷重体２００の質量Ｍが同じであっても、その重心位置が振動作用点７０よりもアクチュエータ部３００の後方に向けて後退するので、付加荷重体２００の重心までの距離が長くとられ、慣性モーメントが大きくなる。
【００８５】
図６に示した発音装置の大きさ（幅約１５ｍｍ、長さ約４０ｍｍ）を保ち、高さのみ変化させたことになる。錘（付加荷重体２００）の質量Ｍを３０ｇとするとその高さは４ｍｍで、すなわち図６の発音装置の高さのみ約４ｍｍの伸長とすることで済み、装置のコンパクト化が図れた。
【００８６】
再生音圧−周波数特性を図１３に示す。図１３から明らかなようにコンパクト化が図られた構造であっても、実験１、２と同様に中低域の周波数領域の再生音圧レベルの向上と低域側への再生帯域の拡大が図られている。
【参考例】
【００８７】
先の実施例１では、アクチュエータ部３００の振動方向を振動板７の表面に沿うように配置して全体の低背化を図ったが、ここでは、アクチュエータ部３００を振動板７に垂直に立てて設置した例を示す。
なお、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を振り、その説明は省略する。
【００８８】
図１４のようにアクチュエータ部３００を振動板７上に垂直に立てた状態で、コ字状の縦型取り付け枠２０１を重ねて取り付ける。つまり、アクチュエータ部３００の駆動ロッド１の先端部１ａが、縦型取り付け枠２０１の内側中央に当接する状態とする。
【００８９】
縦型取り付け枠２０１の高さは、アクチュエータ部３００の全長より僅かに小さめとする。縦型取り付け枠２０１を振動板７上に取り付けるために、その端部には取付け脚部１９が設けられており、取付け脚部１９には貫通穴がそれぞれに開けられている。
【００９０】
図１４では、振動板７の対応する位置にはネジ穴が切られており、取付け脚部１９の貫通穴とそのネジ穴とがネジ２０により固定される。このとき、ネジ２０の頭頂部と取付け脚部１９との間にコイルバネ２１が挿入されており、ネジ穴２２により締め付け具合を調整できるようになっている。この締め付け具合の調整により、結果的にアクチュエータ部３００に適正加圧を与える役目を果たす。
【００９１】
この状態で、アクチュエータ部３００の駆動ロッド１の先端部１ａが振動すると、縦型取り付け枠２０１の内側中央からその振動が伝達され、さらに取付け脚部１９（振動作用点）から振動板７に伝達され、最終的に振動板７の各部から音響出力が得られる。
【００９２】
試作では、この縦型取り付け枠２０１は厚さｔ＝１．６ｍｍの短冊状鉄板を折り曲げて形成している。板厚を変化させてこれ自体の強度を変えてみたが、その音響出力への影響は小さかった。ここで、図１４に示すように、縦型取り付け枠２０１の上辺中央に、質量２００ｇの付加荷重体２００を取り付けてみた。
【００９３】
図１５に、付加荷重体２００を取り付けないときの出力音圧周波数特性（特性Ｄ）と、付加荷重体２００を取り付けたときの出力音圧周波数特性（特性Ｅ）とを示す。
【００９４】
図１５から明らかなように、付加荷重なし（特性Ｄ）に比較し、付加荷重あり（特性Ｅ）は再生音圧の向上と低周波数領域の再生拡大もなされ、実施例１と同様に、縦型取り付け方法においても受動部の質量増加による効果の有効性が確認された。
【００９５】
また、この構成においても、付加荷重体２００の質量Ｍを過度に大きくすると、出力音圧レベルが低下してしまうことが確認されている。したがって、実施例１同様に、中低音域において出力音圧を最大化するために、付加荷重体２００に最適質量があることを確認した。
【００９６】
［変形例１］
上述の実施例１および参考例では、アクチュエータとして、磁歪アクチュエータを用いて説明したが、アクチュエータとしては特に磁歪アクチュエータに限定するものではなく、磁歪アクチュエータと同様な振動を発生するもの、例えば積層圧電型アクチュエータ等でも良い。
【００９７】
また、実施例１および参考例では、付加荷重体２００を振動受動部１１または縦型取り付け枠２０１に取り付ける構成としたが、これに限るものではない。例えば実施例１の場合、付加荷重体２００を一体構造とした振動受動部１１としても良い。つまり、振動受動部１１の横断面がＬ字状に形成され、その重心が振動作用点７０から見て加振点１ａより上方に、つまり離れるように位置するよう構成されればよい。
【００９８】
参考例の場合も同様であり、付加荷重体２００を、例えば鋳造または鍛造により一体構造とした縦型取り付け枠２０１を形成し、その重心が振幅作用点から見て加振点より上方に、つまり離れるように位置するよう構成されればよい。
すなわち、いずれの場合も、アクチュエータ部３００の加振点において慣性質量要素と見なせるよう集中的に質量が付加されたものであれば、同様の作用効果を奏する。
【００９９】
［変形例２］
図１６に示すように、コイルと磁石から構成されるいわゆる動電型アクチュエータを試作し、参考例と同様に付加荷重２０ｇを取り付け、効果を確認した。
【０１００】
この動電型アクチュエータ部４００は、有底円筒状の軟磁性材からなるヨーク４０２と、このヨーク４０２の底部に設けられた円柱状の磁石４０１と、ヨーク４０２の外周壁上方内周面と磁石４０２との間の磁気ギャップ内に一端部が配置されたボイスコイル４０３およびボイスコイルボビン４０４と、このボイスコイルボビン４０４とヨーク４０２の上部との間に設けられたダンパー４０５とを備え、このダンパー４０５によってボイスコイルボビン４０４は振動可能に支持されている。
【０１０１】
図１６のように上記動電型アクチュエータ部４００に、コ字状の取り付け枠４０６を重ねて取り付ける。つまり、動電型アクチュエータ部４００におけるボイスコイルボビン４０４の上端が、取り付け枠４０６の内側中央に当接する状態とする。
【０１０２】
上記取り付け枠４０６を振動板７上に取り付けるために、その端部には取付け脚部１９が設けられており、取付け脚部１９には貫通穴がそれぞれに開けられている。図１６では、振動板７の対応する位置にはネジ穴が切られており、取付け脚部１９の貫通穴とそのネジ穴とがネジ２０により固定される。このとき、ネジ２０の頭頂部と取付け脚部１９との間にコイルバネ２１が挿入されており、ネジ穴２２により締め付け具合を調整できるようになっている。この締め付け具合の調整により、結果的に動電型アクチュエータ部４００に適正加圧を与える役目を果たす。そして、取り付け枠４０６の上辺中央には、例えば質量２００ｇの付加荷重体２００を取り付ける。
【０１０３】
この状態で、動電型アクチュエータ部４００のボイスコイルボビン４０４が振動すると、取り付け枠４０６の内側中央からその振動が伝達され、さらに取付け脚部１９（振動作用点）から振動板７に伝達され、最終的に振動板７の各部から音響出力が得られる。
【０１０４】
この動電型アクチュエータを用いた音響装置の再生音圧−周波数測定結果を図１７に示す。付加荷重なし（特性Ｆ）に比較し、２０ｇの付加荷重体２００を取り付けた場合（特性Ｇ）、低周波数領域が図中、矢印で示す様におよそ、２００Ｈｚほど再生帯域が拡大していることが確認された。
【０１０５】
従って、本発明によれば、入力信号に基づいて振動を発現する振動源の振動を受け取り、振動板に伝達する受動部に、振動源に対する慣性質量要素を設けたことで、受動部と振動板の作用点に働く力学的モーメントを大きくして、中低域の周波数領域の再生音圧レベルの向上と低域側への再生帯域の拡大が図れる。これによって、振動源にアクチュエータを用いた場合、低音、中音再生に必要とされる別のスピーカーを用いることなく、アクチュエータ単体で１ＫＨｚ以下の周波数帯域の再生を可能にできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
アクチュエータを用いて発音する音響システムの分野において、本発明の音響装置を適用することで、１ＫＨｚ以下の周波数領域の再生音圧を向上、低域側の再生帯域の拡大が図れ、従来のアクチュエータを用いた音響システムで用いられた低音再生用のスピーカーを不要とする新音響システムの開発が可能になる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  駆動ロッド（振動子端）
１ａ  駆動ロッドの先端部（加振点）
２  外筐ケース
３  内部予負荷バネ
４  磁石
５  ソレノイドコイル
６  固定盤
７  振動板
８  取り付けネジ
１０  振動伝達調整ネジ
１１  振動受動部
１３  ケース
１４  コイルバネ
１５  取り付けネジ
１６  圧縮板
１７  固定板
１９  取付け脚部
２０  ネジ
２１  コイルバネ
２２  ネジ穴
２３  評価板
５０  磁歪素子
７０  振動作用点
１００  磁歪アクチュエータ
２００  付加荷重体
２０１  縦型取り付け枠
３００  アクチュエータ部
４００  動電型アクチュエータ部
４０１  磁石
４０２  ヨーク
４０３  ボイスコイル
４０４  ボイスコイルボビン
４０５  ダンパー
４０６  取り付け枠
【図１】
0005680487.tif 000004
【図２】
0005680487.tif 000005
【図３】
0005680487.tif 000006
【図４】
0005680487.tif 000007
【図５】
0005680487.tif 000008
【図６】
0005680487.tif 000009
【図７】
0005680487.tif 000010
【図８】
0005680487.tif 000011
【図９】
0005680487.tif 000012
【図１０】
0005680487.tif 000013
【図１１】
0005680487.tif 000014
【図１２】
0005680487.tif 000015
【図１３】
0005680487.tif 000016
【図１４】
0005680487.tif 000017
【図１５】
0005680487.tif 000018
【図１６】
0005680487.tif 000019
【図１７】
0005680487.tif 000020