(57)【要約】【課題】音響システムにおける外部への音漏れを低減する。【解決手段】壁３２０は、磁歪装置３０の振動を伝達し、室内に音声を発生させるスピーカーとして機能する。内壁３２２は、振動伝達率の高い材質から構成されており、磁歪装置３０が発生する振動を効率よく全体に伝達させる。外壁３２６は、内壁３２２よりも振動伝達率の低い材質により構成されており、内壁３２２の振動により発生する音声を外壁３２６の外部へ漏らさないように制振する。中空層３２４は、内壁３２２の振動を外壁３２６へ直接伝達させないために設けられる。【選択図】図１２
2008016982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を発生させる音声発生手段と、
前記音声信号に応じて磁界を発生させる磁界発生手段と、
前記磁界により振動する磁歪素子と、
前記磁歪素子の振動を伝達し、音声を発生させる音声伝達手段と、を備え、
前記音声伝達手段は、少なくとも２つの層を含み、前記音声を放射すべき側の層は、逆側の層よりも振動伝達率が高いことを特徴とする音響システム。
【請求項２】
前記音声伝達手段は、前記音声を放射すべき側の逆側ほど振動伝達率が低くなるように勾配がつけられた傾斜機能材料により構成されることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
【請求項３】
前記音声伝達手段は、前記音声を放射すべき側の層と、逆側の層と、それらの層の間に設けられた中空層とを含み、前記磁歪素子は、前記音声を放射すべき側の層を振動させることを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
【請求項４】
前記磁歪素子は、前記音声を放射すべき側の層の、前記中空層側の表面に設けられることを特徴とする請求項３に記載の音響システム。
【請求項５】
前記音声伝達手段の前記音声を放射すべき側の逆側の層に、前記磁歪素子の振動と逆の位相の振動を伝達する逆位相振動伝達手段を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の音響システム。
【請求項６】
前記音声伝達手段は、建築物の壁、床、屋根、窓、内装材、又は外装材であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の音響システム。
【請求項７】
前記音声伝達手段は、輸送手段の構造材、内装材、又は外装材であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪素子を利用した音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ある種の磁性材料は、外部の磁界の変化に応じて歪を生じる。また、このような磁性材料に応力を加えて変形させると、その応力に応じて磁気特性が変化する。これらの現象は「磁歪」と呼ばれる。近年、従来知られていた磁歪素子の変位量に比して５０〜１００倍の変位を示す材料が発見されており、それらは「超磁歪素子」と呼ばれている。
【０００３】
磁歪素子に交流磁界を印加すると、その交流磁界の周波数に等しい周波数の振動を発生させることができる。このような現象を利用して、例えば、超磁歪素子を骨伝導式ヘッドフォンや聴覚補助器具などに応用することが期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２５８０９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、振動の変位が大きく、かつ、発生応力が大きいという磁歪素子の特性を生かして、磁歪素子を利用した全く新しい音響空間を実現する音響システムを想到するに至った。そして、この新しい音響システムにおいて、外部への音漏れを低減させるという新たな課題を認識し、その課題を克服する技術を想到するに至った。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響システムにおける外部への音漏れを低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様は、音響システムに関する。この音響システムは、音声信号を発生させる音声発生手段と、前記音声信号に応じて磁界を発生させる磁界発生手段と、前記磁界により振動する磁歪素子と、前記磁歪素子の振動を伝達し、音声を発生させる音声伝達手段と、を備え、前記音声伝達手段は、少なくとも２つの層を含み、前記音声を放射すべき側の層は、逆側の層よりも振動伝達率が高いことを特徴とする。
【０００７】
音声は、人間の可聴域である約２０Ｈｚ〜２００００Ｈｚの音であってもよいし、可聴域以上の周波数帯域の超音波であってもよいし、可聴域以下の周波数帯域の低周波（超低波）であってもよい。音声を放射すべき側は、音声を聴こうとする聴衆がいる側であってもよく、音声伝達手段が建築物の壁、床、屋根、窓、内装材、外装材などである場合は、室内側であってもよく、音声伝達手段が輸送手段の構造材、内装材、外装材などである場合は、輸送手段の内側であってもよい。内側の層の振動伝達率を高く、外側の層の振動伝達率を低くすることにより、内部へは効率よく音を伝達させつつ、外部への音漏れを効果的に低減することができる。
【０００８】
前記音声伝達手段は、前記音声を放射すべき側の逆側ほど振動伝達率が低くなるように勾配がつけられた傾斜機能材料により構成されてもよい。
【０００９】
前記音声伝達手段は、前記音声を放射すべき側の層と、逆側の層と、それらの層の間に設けられた中空層とを含んでもよく、前記磁歪素子は、前記音声を放射すべき側の層を振動させてもよい。前記磁歪素子は、前記音声を放射すべき側の層の、前記中空層側の表面に設けられてもよい。
【００１０】
音響システムは、前記音声伝達手段の前記音声を放射すべき側の逆側の層に、前記磁歪素子の振動と逆の位相の振動を伝達する逆位相振動伝達手段を更に備えてもよい。
【００１１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、音響システムにおける外部への音漏れを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、磁歪素子を駆動する磁歪装置に関する前提技術について説明する。つづいて、その磁歪装置を利用した音響システムと、音響システムにおいて外部への音漏れを低減する技術について説明する。
【００１４】
（前提技術）
図１は、従来の磁歪装置の構成を示す。従来の磁歪装置９０は、磁歪素子９１、コイル９２、バイアス用磁石９３、キャップ９４、及びケース９５を備える。磁歪素子９１は、略円柱状の形状を有しており、コイル９２及びバイアス用磁石９３により発生される磁界に応じて、その高さ方向に伸縮するように変位する。磁歪素子９１は、その高さ方向が、略円柱状のケース９５の深さ方向に一致するように、ケース９５のほぼ中央に配置される。コイル９２は、磁歪素子９１の周囲に設けられ、外部の駆動装置から入力される電流により、磁歪素子９１の周囲に磁界を発生する。バイアス用磁石９３は、磁歪素子９１の周囲に所定の強度の磁界をバイアスとして固定的に与えるために設けられている。キャップ９４は、略円盤状の形状を有しており、磁歪素子９１、コイル９２、及びバイアス用磁石９３を内部に含むケース９５の封をするために設けられている。ケース９５の側壁部の上部に係合溝９６が形成されており、そこにキャップ９４の係止部９７が係止され、キャップ９４とケース９５が互いに固定される。このとき、磁歪素子９１は、キャップ９４とケース９５に上下から押圧され、所定のプリストレスが与えられる。
【００１５】
コイル９２に交流電流が与えられると、コイル９２の周囲に交流磁界が発生し、これにより、磁歪素子９１が軸方向に伸縮する。磁歪素子９１の伸縮によりキャップ９４が振動し、キャップ９４を介して振動が外部へ伝達される。例えば、図１に示した磁歪装置９０をヘッドフォンに利用する場合、キャップ９４を耳付近に押圧接触させ、磁歪素子９１により発生された振動を、キャップ９４を介して頭部に伝達する。キャップ９４は、ケース９５の底部よりも大きな弾性を有するように形成されている。これにより、磁歪素子９１の振動がケース９５の底部により吸収されてしまうのを防ぎ、キャップ９４を介して対象物、例えば利用者の頭部へ効率良く伝達されるようにしている。
【００１６】
図２は、超磁歪材料と圧電材料の特性を示す。テルビウム・ディスプロシウム・鉄（TbDyFe）などの超磁歪材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：PbZrO3-PbTiO3）などの圧電材料に比べて、以下に挙げるような優れた特性を有している。まず、超磁歪材料は、発生応力が大きく、変位量が大きいので、超磁歪素子が発生する振動を効率良く外部へ伝達することができる。また、駆動電圧が低いので、消費電力が小さくて済む。また、キュリー温度が高いので、高温でも使用できる。また、磁場により振動するので、駆動部分が電源と非接触であり、安全性に優れている。
【００１７】
更に、超磁歪材料は、発生応力が大きいので、エネルギーの大きい低周波の振動も確実に外部へ伝達することができるとともに、応答速度が速いので、高周波の入力信号にも確実に追随して振動を発生させることができる。したがって、幅広い周波数帯でフラットな特性が実現される。これは、とくに、ヘッドフォンやスピーカなどへの利用に好都合である。従来の圧電材料を用いたヘッドフォンなどにおいては、高々５〜２０ｋＨｚ程度までの音しか発生することができなかったが、超磁歪材料を用いることにより、５０ｋＨｚ以上の音を発生することができる。人間の可聴域の限界は２０ｋＨｚ程度と言われているが、超音波を感覚するという学説もある。また、鼓膜を介した聴覚ではなく、骨伝導による聴覚の研究はさほど進んでおらず、超音波領域の音を骨伝導で聴いたときの感覚は未知の世界である。本発明者は、近年、超音波領域の音も録音可能な機材が開発されていることも考慮し、高周波の音を発生させることのできない圧電材料ではなく、超音波領域の音も忠実に再生可能な超磁歪材料を用いたヘッドフォンやスピーカを開発したいと考えた。
【００１８】
しかしながら、本発明者は、超磁歪材料の優れた周波数特性を発揮させるためには、以下のような課題が存在することを認識するに至った。図３（ａ）（ｂ）は、磁歪素子が振動する様子を模式的に示す。図３（ａ）に示すように、磁歪素子９１の一端（以下、「固定端」と呼ぶ）９８が固定されていれば、磁歪素子９１は逆側の端（以下、「出力端」と呼ぶ）の方向にのみ伸縮するので、磁歪素子９１が伸縮したときの振動は、出力端９９から効率良く外部へ伝達される。しかし、図３（ｂ）に示すように、磁歪素子９１の固定端９８を支持する部材が弾性を有していたり、軽量であったりして、固定端９８が振動してしまう場合は、その分だけ、出力端９９から外部へ伝達される振動の変位量や応力が減衰することになる。図１に示した磁歪装置９０において、キャップ９４を対象物に押圧接触させ、磁歪素子９１の振動を対象物に伝達するときに、キャップ９４が対象物を押す力の反作用により、磁歪素子９１の固定端９８がケース９５の底部を押す力が発生する。このときに、図３（ｂ）に示すように、ケース９５が十分な慣性質量を有していなければ、出力端９９における振動が減衰し、磁歪素子９１の振動が十分に対象物に伝達されない。この現象は、振動エネルギーが大きい低周波帯において特に顕著となり、例えば磁歪装置９０をヘッドフォンに利用する場合に、低音領域の音声が聞こえづらくなってしまう。
【００１９】
本発明者は、このような課題を認識し、幅広い周波数帯において磁歪素子９１の周波数特性を劣化させないようにするためには、磁歪素子９１の固定端９８が当接する部材、例えば図１の磁歪装置９０においてはケース９５が、十分な慣性質量と硬度を有している必要があることを想到するに至った。このような課題は、圧電素子よりも発生応力の大きい磁歪素子ならではの課題であり、圧電素子を利用した音声伝達装置の開発者にとっては、課題として認識すらされていなかったと考えられる。また、聞こえにくい音域であっても妥協を許さず、人間の可聴域の全ての音を忠実に再生することが可能な音声伝達装置を実現したいという本発明者のこだわりから、認識されるに至った課題であると言える。後述するように、本発明者の実験によれば、超磁歪装置を振動発生装置として利用する場合に、広い周波数帯域で効率良く駆動させるためには、可動質量の約１３．８倍以上、好ましくは２１倍以上、より好ましくは６９倍以上の慣性質量を磁歪素子９１の固定端９８側に設ける必要があることが分かっている。
【００２０】
図４は、上記の課題を踏まえて改良された磁歪装置の構成を示す。磁歪装置２０は、主に、超磁歪素子１、バイアス用磁石２（バイアス用上位磁石２ａ及びバイアス用下位磁石２ｂ）、ボビン３、コイル４、リード配線５ａ及び５ｂ、振動ロッド６、プリストレスキャップ７ａ、ケース７ｂ、及び弾性部材（弦巻発条）９を含む。
【００２１】
超磁歪素子１は、音声を変換してなる信号を振動に変換する振動変換素子として用いられるもので、概ね円柱状の外形を有し、上面にはバイアス用上位磁石２ａ、底面にはバイアス用下位磁石２ｂが、それぞれ配置される。この超磁歪素子１は、バイアス用上位磁石２ａとバイアス用下位磁石２ｂとの間に挟持された状態でケース７ｂの内部に収容されて、バイアス用上位磁石２ａとバイアス用下位磁石２ｂとによる磁界をバイアス磁界として恒常的に受ける（バイアス磁界が超磁歪素子１を恒常的に貫通する）ように設定されている。またそれと共に、この超磁歪素子１は、ケース７ｂの内部に収容された状態で、底面をケース７ｂによって支持されつつ、上面に振動ロッド６が弾性部材９の弾性力を受けて押し当てられることで、いわゆるプリストレスが恒常的に印加されるように設定されている。この超磁歪素子１は、上記のようにしてバイアス磁界とプリストレスとを恒常的に与えられた状態で、周囲に配置されたコイル４による可変磁界を受けることによって、入力された電気信号に対応した振動を発生する。
【００２２】
コイル４は、例えばガラス基材ポリカーボネートのような材質からなるボビン３の中心胴を巻回軸心として、その周囲に導体線を巻回してなるものである。リード配線を介して導体線に電気信号が入力されると、それに対応してコイル４が磁界を発生する。このコイル４から発せられる可変磁界が超磁歪素子１を貫くことで、その可変磁界の強さに対応して超磁歪素子１が伸縮し、それが振動として出力される。
【００２３】
振動ロッド６は、一端がバイアス用上位磁石２ａを介して超磁歪素子１に機械的に接続され、超磁歪素子１から出力される振動を他端から外部へ伝達する。この振動ロッド６にはフランジ部６１が設けられており、そのフランジ部６１で弾性部材９による付勢力を受けて、バイアス用上位磁石２ａに押し付けられる。その押圧力はバイアス用上位磁石２ａを介して超磁歪素子１に印加される。また、そのフランジ部６１及び弾性部材９によって、振動ロッド６全体がケース７ｂ及びプリストレスキャップ７ａの外側へと抜け落ちることを防いでいる。
【００２４】
ケース７ｂは、上記のような超磁歪素子１、バイアス用上位磁石２ａ、バイアス用下位磁石２ｂ、ボビン３、コイル４、振動ロッド６、弾性部材９を、所定の状態に組み立てられた状態で収容する、いわゆる容器（又はボディ）である。プリストレスキャップ７ａは、ネジ機構、溶接、カシメ、樹脂硬化などによりケース７ｂに固定される。プリストレスキャップ７ａをケース７ｂに固定するときに、弾性部材９を介して超磁歪素子にプリストレスが与えられる。超磁歪素子１にプリストレスを与えることにより、電気信号と振動との間の変換効率を向上させることができる。プリストレスキャップ７ａ及びケース７ｂは、その内部の磁界を外側に漏らさないようにするため、及びその内部の磁界をより効果的に発生させるために、磁性体からなるものとすることが望ましい。
【００２５】
図５は、磁歪装置２０を振動発生装置として備える電子機器の一例であるヘッドフォンの構成を示す。ヘッドフォン１００は、本体１１０、磁歪装置２０、及び振動パッド２８を備える。本体１１０は、外部の再生装置などから入力される電気信号を磁歪装置２０のコイルへ伝達するための回路２９を含む。振動パッド２８は、磁歪装置２０の振動ロッド６に取り付けられ、振動ロッド６から伝達される振動を、ユーザの耳付近の頭蓋骨へ伝達する。ユーザは、振動パッド２８のおもて面から伝達される振動を、骨伝導により音声として認識することができる。本発明者は、図５に示した骨導式ヘッドフォン１００を試作し、低音から高音までの幅広い音域が忠実に再現され、優れた音響特性が実現されていることを確認した。
【００２６】
このように、幅広い周波数帯域の振動を効率良く発生させる磁歪装置を実現することができたが、その一方で、本発明者は、磁歪装置をヘッドフォン、聴覚補助器具、携帯電話端末のスピーカなどに利用する場合、装置の更なる小型化・軽量化が必要であることも課題として認識していた。ヘッドフォンや携帯電話端末などのように、小型で軽量であることが好まれる商品においては、サイズや重量の僅かな差が商品の売れ行きに多大な影響を及ぼすことは、既に市場で証明されていることである。たとえ、先行する類似商品よりも優れた特性を有していても、その先行商品よりも僅かに大きかったり、重かったりすることが、消費者の購買意欲を低下させる一因になってしまうことは、本発明者も認識しているところであり、これは、優れた性能を有する磁歪素子よりも、圧電素子を利用したヘッドフォンの方が先に商品化されていることからも証明されている。
【００２７】
超磁歪素子１は柱状であり、高さ方向に変位するので、可動部品を磁歪素子の高さ方向に直列に連結させる必要がある。また、対象物に必要な振動を与えるためには、ある程度の高さを有した超磁歪素子１を設ける必要があるので、高さ方向のサイズを小さくすることには限界がある。したがって、磁歪装置２０の小型化・軽量化のためには、磁歪装置２０の総重量のうちかなりの割合を占めるケース７ｂ及びプリストレスキャップ７ａを小型化・軽量化する必要がある。しかし、ケース７ｂについても、上述したように、低周波領域の特性を維持するためには、ある程度の慣性質量を有している必要がある。本発明者は、様々な実験を重ね、試行錯誤を繰り返す中で、このような二律背反する要請に応える技術を想到するに至った。
【００２８】
図６は、実施の形態に係る磁歪装置の構成を示す。本実施の形態の磁歪装置３０は、図４に示した磁歪装置２０の構成に比べて、プリストレスキャップ７ａ及びケース７ｂに代えてハウジング８を備えている。ハウジング８は、磁歪装置３０が設けられる電子機器の本体へ磁歪装置３０を取り付けるための連結機構の一例であるネジ部８１を備える。すなわち、磁歪装置３０の各構成は、ハウジング８に収容された状態で、ネジ部８１により電子機器の本体へ取り付けられる。
【００２９】
図７は、図６に示した磁歪装置３０を備える電子機器の構成を模式的に示す。電子機器５０の本体４０は、磁歪装置３０を取り付けるための連結機構の一例であるネジ部４１を備えている。磁歪装置３０のネジ部８１と、本体４０のネジ部４１を螺合させることにより、磁歪装置３０が本体４０に取り付けられる。連結機構は、その他、溶接、カシメ、樹脂硬化などにより磁歪装置３０と本体４０とを連結させてもよい。ハウジング８の本体４０側の面は開放されており、磁歪装置３０が本体４０に取り付けられると、バイアス用下位磁石２ｂが直接本体４０に当接する。このとき、本体４０の、バイアス用下位磁石２ｂが当接する位置に突起４２が設けられており、ネジを締めることにより、超磁歪素子１がバイアス用下位磁石２ｂを介して突起４２から押圧され、超磁歪素子１に所定のプリストレスが印加される。また、リード配線５ａ及び５ｂが本体４０の回路４９に接続され、回路４９から入力される電気信号がコイル４へ伝達される。
【００３０】
図４に示した磁歪装置２０では、超磁歪素子１の固定端を支持する機能をケース７ｂが担っていたが、図６及び図７に示した磁歪装置３０では、この機能を、磁歪装置３０へ電気信号を入力するための回路などの構成を含む電子機器５０の本体４０に担わせるのである。つまり、ハウジング８は、超磁歪素子１、コイル４、バイアス用磁石２、弾性部材９などの構成を収納するために設けられており、超磁歪素子１の固定端を支持する機能や超磁歪素子１にプリストレスを印加する機能は担わない。これにより、大きな慣性質量を有する部材を磁歪装置３０に設ける必要がなくなるとともに、超磁歪素子１にプリストレスを印加するためのプリストレスキャップも省略することができるので、磁歪装置３０を小型化・軽量化することができ、ひいては、電子機器５０全体を小型化・軽量化することができる。
【００３１】
図１に示した従来の磁歪装置９０においては、磁歪素子９１にプリストレスを印加する機構が必要である以上、その機構は磁歪装置９０内に設けることが当然であるという思想に暗黙のうちに束縛されていたと言える。また、図４に示した磁歪装置２０においても、超磁歪素子１の固定端の振動を抑制するように支持する機構が必要であり、その機構を磁歪装置２０内に設けていた。そして、その思想から脱却できないために、磁歪装置９０及び２０を小型化・軽量化することができず、このことこそが、性能では圧電素子をはるかに凌駕する磁歪素子の普及を妨げる根本的な要因となっていた。
【００３２】
本発明者は、発想の転換を図り、電子機器５０の本体４０が、超磁歪素子１にプリストレスを印加し、かつ、超磁歪素子１の固定端の振動を抑制する部材として機能すればよいことに思い当たった。これにより、磁歪装置３０は、自身が超磁歪素子１の固定端の振動を抑制するだけの慣性質量を有していなければならないという束縛から解放され、大幅に小型化・軽量化することが可能となった。更に、超磁歪素子１を上下から挟持してプリストレスを印加するための部材の一部を省略することが可能となり、高さ方向の小型化に成功した。これは、周波数特性の維持と、小型化・軽量化という、二律背反する要請の双方が満足されたことを意味する。したがって、本発明は、特性では優れている磁歪素子の商品化を妨げていた課題を克服し、磁歪素子を用いた機器の普及のためのブレイクスルーとなる画期的な発明であると言える。
【００３３】
前述したように、磁歪素子の固定端における振動を抑制し、出力端における振動を効率良く外部へ伝達するためには、可動質量の約１３．８倍以上の慣性質量が固定端側にあればよい。したがって、本体４０は、超磁歪素子１、バイアス用磁石２、弾性部材９、及び振動ロッド６の質量の合計の約１３．８倍、好ましくは約２１倍、より好ましくは約６９倍以上の質量を有していればよい。また、振動ロッド６により振動される別の構成、例えば利用者の耳付近にヘッドフォンをあてがうための振動パッドなどが設けられている場合には、その質量も振動ロッド６の質量に含める。また、本体４０と力学的に一体であるとみなせる構成部材の質量は、本体４０の質量に含めてもよい。
【００３４】
固定端側の構成が当接する位置の本体４０の部材、図７の例では突起４２は、超磁歪素子１の固定端側の振動を抑制するために十分な硬度を有していることが望ましい。また、ハウジング８は、磁性体であることが望ましい。しかし、例えば磁歪装置３０をヘッドフォンなどに利用する場合は、発生する磁場はさほど大きくないので、ハウジング８は磁性体でなくてもよい。この場合、より軽量化を図るために、ハウジング８を質量の軽い材料により構成してもよい。
【００３５】
図８は、図６に示した磁歪装置３０を備える電子機器５０の一例であるヘッドフォンの構成を示す。ヘッドフォン２００は、図５に示したヘッドフォン１００に備えられていた密閉型の磁歪装置２０に代えて、図６に示した開放型の磁歪装置３０を備える。本発明者は、図８に示したヘッドフォン２００を試作し、図５に示したヘッドフォン１００と同様に、低音から高音までの幅広い音域が忠実に再現され、優れた音響特性が実現されていることを確認した。
【００３６】
本発明者は、図４に示した密閉シリンダー型の磁歪装置２０を備えた図５のヘッドフォン１００と、図６に示した開放型の磁歪装置３０を備えた図８のヘッドフォン２００を試作し、可動質量と固定端を支持する慣性質量との質量比と、ヘッドフォンから出力される音声の周波数特性との関係を、実際にヘッドフォンを装着した同一被験者の聴覚により確認した。骨伝導により人体に知覚される音声の周波数特性を数値として計測するのは困難であるため、今回は被験者の聴覚により周波数特性の差異を確認している。
【００３７】
図４の密閉型の磁歪装置２０を用いた実験では、可動部分の質量が１．３ｇ、固定端を支持する慣性質量が１７．９ｇ、総質量が２２．２ｇである磁歪装置２０の試作品が、従来の圧電素子などを用いた骨導式ヘッドフォンよりも優れた周波数特性、すなわち広範囲の周波数の音声を出力する能力を有することが確認された。したがって、固定端を支持する慣性質量は、可動質量の約１３．８倍以上であることが好ましいことが分かった。磁歪装置２０の超磁歪素子１の振動を被験者の頭部へ伝達するための振動パッドの質量を可動質量に含めると、慣性質量は可動質量の約３．４倍以上であることが好ましい。この磁歪装置２０を備えたヘッドフォン１００の試作品は、本体を含めた固定端側の慣性質量が約９０ｇで、可動質量の約６９倍（振動パッドを含めた場合は約９倍）となっており、従来の骨導式ヘッドフォンよりも優れた音響特性を有することが確認された。
【００３８】
これに対し、図６の開放型の磁歪装置３０では、プリストレスキャップ７ａとケース７ｂをハウジング８に交換したことにより、磁歪装置３０の質量を１２．８ｇに抑えることができた。磁歪装置２０の試作品の質量は約２２．２ｇであったので、磁歪装置の質量が約半分に抑えられている。上述の実験により、可動質量の約１３．８倍以上、より好ましくは６９倍以上の慣性質量の部材を固定端側に設けることで優れた周波数特性が得られることが分かっているので、磁歪装置３０を装着する対象となる本体が、その質量を有していればよい。試作品の磁歪装置３０の場合、可動質量が１．３ｇであるから、本体の質量は１７．９ｇ以上であればよい。本発明者は、１２．８ｇの磁歪装置３０を２７ｇ（可動質量の約２１倍）の本体４０に装着したヘッドフォン２００を試作し、音響特性の優れたヘッドフォンが実現されていることを確認した。このヘッドフォン２００は、ヘッドフォン１００と同様に優れた音響特性を維持しつつ、ヘッドフォン１００に比べて大幅に軽量化が図られている。この試作品では、ハウジング８を金属により構成しているが、コイルをパーマロイのようなヨークで閉磁路にすれば、ハウジング８を樹脂などの軽量な材料で構成してもよい。これにより、更に磁歪装置３０を軽量化することができ、ヘッドフォンなどの装置全体を軽量化することができる。
【００３９】
図９は、本実施の形態の電子機器５０の別の構成例を示す。図９に示した磁歪装置３０は、図７に示した磁歪装置３０の構成に加えて、底板１１を更に備える。底板１１は、例えば、磁歪装置３０又は本体４０へ水滴が侵入するのを防ぐために、防水加工された板により構成されてもよいし、本体４０側へ磁場が漏れるのを防ぐために、磁性体により構成されてもよい。本図の磁歪装置３０は、本体４０側に底板１１が設けられているので、開放型ではなく密閉型であるが、底板１１は、超磁歪素子１の固定端の振動を抑制するために必要な慣性質量を有している必要はない。底板１１は、超磁歪素子１の固定端の振動を抑制するために設けられるのではなく、振動の抑制に必要な慣性質量は電子機器５０の本体４０が有していればよい。
【００４０】
この場合も、本体４０は、可動質量の約１６．８倍以上、好ましくは約２１倍以上、より好ましくは約６９倍以上の質量を有していればよいが、底板１１の質量を本体４０の質量に含めてもよい。また、底板１１以外に、本体４０と超磁歪素子１の間に部材が設けられている場合は、その部材の質量を本体４０の質量に含めてもよい。要は、超磁歪素子１の固定端側に、固定端の振動を抑制するのに十分な質量及び硬度があればよい。これにより、超磁歪素子１の振動を効率良く外部へ伝達することができる。また、磁歪装置３０の優れた周波数特性を遺憾なく発揮させることができ、特に、磁歪装置３０をヘッドフォン２００に利用する場合には、音質を向上させることができる。
【００４１】
（実施の形態）
前提技術で説明した磁歪装置は、発生応力及び変位量が大きいので、比較的大きな板状の物体であっても振動させることができ、ボードスピーカーとして機能させることができる。これを利用して、建築物の壁、床、天井、屋根などの建材、自動車などの輸送手段の屋根や車体などの構造材、内装材、又は外装材、テーブルや椅子など、聴衆の周囲にある比較的大きな物体をスピーカーとして機能させ、音を発生させることにより、従来では予想もできなかった全く新たな音響空間を実現することが可能となる。
【００４２】
図１０は、実施の形態に係る音響システムの例を示す。音響システム３００において、音声発生手段の一例であるテレビジョン受像機３１０が発する音声信号が磁歪装置３０へ供給され、磁界発生手段の一例であるコイル４に音声信号に応じた電流が流され、超磁歪素子１の周囲に磁界が発生する。超磁歪素子１は、コイル４により発生された磁界に応じて振動する。超磁歪素子１の振動は部屋の壁３２０に伝達され、壁３２０がスピーカーとして機能し、室内に音声を発生させる。このように、聴衆の周囲の壁、床、天井などをスピーカーとして機能させ、音声を発生させることで、全く新しい音響空間を作り出すことができる。聴衆が座っている椅子３３０やテーブル３４０などをスピーカーとして機能させることもできる。この場合、空気の振動を介して音声を感知するだけでなく、床や椅子などから直接聴衆に振動が伝達され、骨伝導などを介して複合的に音声を感知させることもできる。このように、目的やニーズに合わせて磁歪装置３０を設置することにより、最適な音響空間を演出することができる。
【００４３】
図１１は、音響システムの別の例を示す。音響システム４００において、音声発生手段の一例である車載型のオーディオプレイヤー４１０が発する音声信号が磁歪装置３０へ供給され、音声信号に応じて超磁歪素子１が振動する。超磁歪素子１の振動は自動車の屋根４２０に伝達され、屋根４２０がスピーカーとして機能し、車内に音声を発生させる。従来のように、車体の前方や後方に設けられた個々のスピーカーが音声を発生させるのではなく、屋根や車体などの構造体自身が音声を発生させるので、聴衆は普段味わうことのできない音響空間を体験することができ、より深い没入感を得ることができる。
【００４４】
前提技術で説明したように、磁歪装置３０は、振動特性が良好で、発生可能な音域が広いので、ウーファー、スコーカー、ツイーターなどを設けなくても、壁や屋根自体がそれらの代わりを果たす。車内や室内に、ウーファー、ツイーターなどのスピーカーをいくつも設けて、深い没入感の得られる音響空間を作り出そうという試みがあるが、本実施の形態で提案する音響システムは、聴衆の周囲の壁、床、天井など自体を幅広い音域で鳴らすという全く新しい発想で音響空間を作り出そうとするものである。
【００４５】
本発明者は、図１０及び図１１に示したような音響システムにおいて、建築物の壁や車の屋根の構造材などをスピーカーとして機能させる場合、部屋の内側だけでなく外側にも音が伝達されると、騒音の原因となる可能性があるという課題に気づいた。本実施の形態では、部屋の内側には音を効率よく伝達させる一方、部屋の外側には音を伝達させないようにする技術を提案する。これにより、磁歪装置を用いた新たな音響システムによる騒音の発生を低減させ、音響システムをより一層効果的に利用することができる。
【００４６】
図１２は、スピーカーとして機能する壁の構造を示す。壁３２０は、３層構造となっており、音声を放射すべき側、すなわち、聴衆のいる部屋の内側から順に、内壁３２２、中空層３２４、外壁３２６を含む。内壁３２２は、振動伝達率の高い材質から構成されており、磁歪装置３０が発生する振動を効率よく全体に伝達させる。内壁３２２は、幅広い周波数領域において減衰の少ない振動特性を有する材質により構成されるのが好ましい。外壁３２６は、内壁３２２よりも振動伝達率の低い材質により構成されており、内壁３２２の振動により発生する音声を外壁３２６の外部へ漏らさないように制振する。外壁３２６は、発泡スチロールなど、多孔質の材質により構成されてもよい。中空層３２４は、内壁３２２の振動を外壁３２６へ直接伝達させないために設けられている。外壁３２６が、振動を充分に吸収し、部屋の外部へ音を漏らさないような材質により構成されている場合は、中空層３２４を設けなくてもよい。このような構成により、室外への音漏れを低減することができる。
【００４７】
図１３は、壁の構造の別の例を示す。図１０及び図１２に示した例では、分かりやすくするために、磁歪装置３０を壁３２０の内側に設置した様子を示したが、図１３に示すように、磁歪装置３０は、内壁３２２の中空層３２４側の表面に設けられてもよい。これにより、室内から磁歪装置３０や磁歪装置３０に音声信号又は電気信号を供給するための配線を隠すことができるので、外観上も好ましい。また、図１３に示した例では、外壁３２６の中空層３２４側の表面に、逆位相振動伝達手段の一例として、磁歪装置３０が発生する振動と逆の位相の振動を発生する磁歪装置３１を設けている。これにより、中空層３２４を介して内壁３２２の振動が外壁３２６に伝達されたとしても、その振動を低減させることができ、より効果的に外部への音漏れを低減させることができる。磁歪装置３１に、磁歪装置３０が発生する振動と逆の位相の振動を発生させるために、磁歪装置３０に供給する電気信号を取得して、それと逆位相の電気信号を発生して磁歪装置３１に供給する逆位相信号発生部を更に備えてもよい。
【００４８】
図１４は、壁の構造の別の例を示す。壁３２０は、音声を放射すべき側の逆側、すなわち、室外側ほど振動伝達率が低くなるように勾配がつけられた傾斜機能材料により構成される。壁３２０の室内側の層は振動伝達率が高いので、磁歪装置３０が発生する振動を効率よく伝達し、室内に音声を発生させるが、室外側の層は振動伝達率が低いので、振動を吸収し、室外には音声を発生させないようにする。このような構成によっても、室外への音漏れを低減することができる。この場合も、室外側の層に、磁歪装置３０が発生する振動と逆の位相の振動を伝達する別の磁歪装置などを設けてもよい。
【００４９】
傾斜機能材料は、例えば、構成材料の組成が厚さ方向に徐々に変化するように作製された材料であってもよいし、内部に気泡を埋め込み、埋め込む気泡の密度や大きさが厚さ方向に徐々に変化するように作製された材料であってもよい。後者の場合、耐熱や防火などの効果も期待できる。音漏れを防止したい音の周波数に応じて、傾斜機能材料の組成や、埋め込む気泡の密度や大きさを決定してもよい。
【００５０】
実施の形態では、部屋や車などの内側に音声を発生させ、外側への音漏れを低減させる場合について説明したが、店舗の外壁などを用いて、店舗の外側を通行する人に対して商品の説明などを聞かせるような場合にも、実施の形態で説明した技術を利用して、店舗の内側への音漏れを低減させることができる。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来の磁歪装置の構成を示す図である。
【図２】超磁歪材料と圧電材料の特性を示す図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は、磁歪素子が振動する様子を示す図である。
【図４】改良された磁歪装置の構成を示す図である。
【図５】図４に示した磁歪装置を備えた電子機器の一例であるヘッドフォンの構成を示す図である。
【図６】前提技術に係る磁歪装置の構成を示す図である。
【図７】前提技術に係る電子機器の構成を示す図である。
【図８】図６及び図７に示した磁歪装置を備えた電子機器の一例であるヘッドフォンの構成を示す図である。
【図９】前提技術に係る電子機器の別の構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態に係る音響システムの構成例を示す図である。
【図１１】実施の形態に係る音響システムの別の構成例を示す図である。
【図１２】スピーカーとして機能する壁の構造の例を示す図である。
【図１３】スピーカーとして機能する壁の構造の別の例を示す図である。
【図１４】スピーカーとして機能する壁の構造の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  超磁歪素子、２  バイアス用磁石、３  ボビン、４  コイル、５  リード配線、６  振動ロッド、７ａ  プリストレスキャップ、７ｂ  ケース、８  ハウジング、９  弾性部材、１１  底板、２０  磁歪装置、２８  振動パッド、２９  回路、３０  磁歪装置、４０  本体、４１  ネジ部、４２  突起、４９  回路、５０  電子機器、６１  フランジ部、８１  ネジ部、９０  磁歪装置、１００  ヘッドフォン、１１０  本体、２００  ヘッドフォン、２１０  本体、３００  音響システム、３１０  テレビジョン受像機、３２０  壁、３２２  内壁、３２４  中空層、３２６  外壁、４００  音響システム、４２０  屋根。
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１０】
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