(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周辺が固定された円形振動板と、該円形振動板を振動させる振動手段とを有するスピーカにおいて、
前記円形振動板の高次振動モードのうち、前記円形振動板の中心に対し振動の腹または節が円環状に現れる振動モードにおける当該腹または節の部分に沿って外周部が接合された、第一のリング状のサブ振動板と、
前記円形振動板の、前記第一のリング状のサブ振動板が接合された面とは反対側に、第二のリング状のサブ振動板とをさらに有することを特徴とするスピーカ。
【請求項２】
前記第二のリング状のサブ振動板の外周部が、前記振動モードとは異なる高次振動モードにおける円環状の腹または節の部分に沿って接合されている、請求項１に記載のスピーカ。
【請求項３】
前記第一および第二の少なくとも一方のリング状のサブ振動板に形成された穴を覆う制動布をさらに備えた、請求項１に記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスピーカに関し、特にスピーカに使用される振動板の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電スピーカは、中央裏面に圧電体が貼り付けられた一枚の振動板と、この振動板の外周部を固定支持するフレームとを備え、圧電体の伸縮によって振動板が屈曲運動を行うことによって、音波を放射していた。また、駆動周波数が高くなるにつれて、振動板の振動が基本振動モードから高次振動モードになるので、振動板も複雑にうねる振動となる（特許文献１参照）。うねる振動モードでは音の打ち消しが発生し、スピーカの周波数特性にディップが生じていた。ここで周波数特性（音圧周波数特性）とは、２０Ｈｚのような低音から２０ｋＨｚのような高音までの周波数帯域においてどのような音圧レベルのバランスをとるかを表すものである。また、折れ線グラフや棒グラフなどで示される周波数特性において、ある周波数の音圧レベルが周囲より谷のように落ち込んだ部分をディップといい、山の頂きのような部分をピークと呼んでいる。
【０００３】
図７に従来の圧電スピーカの構成を示す。図７の（ａ）は従来の圧電スピーカの平面図であり、（ｂ）は（ａ）で示すａ−ａ’線に沿った断面図である。図７に示すように、一枚の円形の振動板１の外周部がフレーム２により支持されている。振動板１の裏面の中央には圧電体３が貼り付けられている。さらに、図８（ａ）〜（ｄ）は、図７の従来の圧電スピーカにおける振動板１の高次振動モードの一例を示す断面模式図である。特に本明細書では、周辺が固定された円形振動板の高次振動モードのうち、振動の節（変位がゼロの部分）が円形振動板の中心に対し同心円状に２箇所出来る振動モード（二次共振モード）の例を示す。この振動モードでは、図８（ａ）に示すように振動板１が上方に変位する場合は、音圧が気圧よりも高くなるため、この時の音圧の極性をプラスとすると、振動板１の上面の中心部分はプラスの音圧、その周辺部分はマイナスの音圧となる。そして、図８（ｂ）の状態を経て図８（ｃ）に示すように振動板１が下方に変位する場合は、振動板１の上面の中心部分はマイナスの音圧、その周辺部分はプラスの音圧となる。したがって、図８に示したような振動モードでは、プラスの音圧部分からマイナスの音圧部分へ空気の移動（図中の矢印で示す。）が生じ、これによって音の打消し（キャンセリング）が発生する。すなわち、円形振動板の高次振動モードでは、振動板における振動の節を境にした両側の部分の変位方向が互いに逆になるため、音の打ち消しが発生する。この結果、高次モードの振動になる周波数では音圧レベルが落ち、周波数特性にディップが現れる。
【０００４】
このような課題に対し、従来の技術では、高次振動モードに対して振動モードを変化させる為の制振材を振動板に付加することや、振動板の形状変更、または、音響負荷による共振点のダンピング（振動抑制）等を行っていた。
【０００５】
また、ダイナミックスピーカでは、ひとつのボイスコイルに対してメインの振動板とサブの振動板が接合されたものが一般的に使われている。この場合は、それぞれの振動板の振動モードが異なるため、各振動板が発した音波が干渉し、周波数特性にピークやディップが生じる。従来技術では、それぞれの振動板の形状や大きさを調整することで、音波の干渉を低減していた。
【特許文献１】特開２０００−２０１３９９号公報（図２、段落［００１０］参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来構造の圧電スピーカでは、高次振動モードに対して振動モードを変化させる為の制振材を振動板に付加すると、振動系の質量が変化し、基本振動モードに影響を与えることがあった。また、振動板の形状変更や、音響負荷による共振点のダンピング等を行うと、基本振動モードや全体の周波数特性に影響を与える課題があった。この為、周波数特性における特定の周波数での、ピークやディップの発生を抑制することが困難であった。また、このような対策は、共振点で発生するピークを抑えることは出来ても、音の打ち消しに起因するディップの発生を抑えることは出来なかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上述した課題に鑑み、屈曲運動を利用して振動板を振動させる圧電スピーカや、振動板のピストン運動を行うダイナミックスピーカなどのスピーカにおいて、周波数特性の特定の周波数（特に高次振動モードとなる周波数）におけるピークやディップの発生を抑制できる振動板の構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、外周辺が固定された円形振動板と、該円形振動板を振動させる振動手段とを有するスピーカにおいて、
前記円形振動板の高次振動モードのうち、前記円形振動板の中心に対し振動の腹または節が円環状に現れる振動モードにおける当該腹または節の部分に沿って外周部が接合された、第一のリング状のサブ振動板と、
前記円形振動板の、前記第一のリング状のサブ振動板が接合された面とは反対側に、第二のリング状のサブ振動板とをさらに有することを特徴とする。
【０００９】
このような構成によると、円形振動板の高次振動モードの腹または節の部分にリング状のサブ振動板を固定することで、基本振動モードの振動を妨げることがない。さらに、このようにサブ振動板を設定することで、高次振動モードの円形振動板上に生じる、気圧よりも高い部分から低い部分への空気の移動を抑制することができる。これにより、周波数特性において、高次モードになる特定の周波数で生じるディップを解消することが可能となる。
【００１０】
また上記構成では、振動板とサブ振動板が、基本振動モードでは同期した運動を行い、高次振動モードでは互いに独立の運動を行う。この高次振動モードの振動板とサブ振動板の独立した運動によって、それぞれ異なる振動モードの振動板とサブ振動板による音波の相互干渉が発生し、周波数特性のピークやディップが生じる。しかし、この時のサブ振動板の固定位置や、サブ振動板の孔の大きさを調整することで、それぞれの異なる振動モードによる相互干渉の影響を調節し、周波数特性における特定の周波数でのピークやディップを制御する効果が得られる。また、振動板の孔より、空気の移動によって新たな音波が発生する効果も得られる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明のスピーカに用いられる振動板によれば、周波数特性における特定の周波数（特に高次振動モードとなる周波数）での、ピークやディップの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（第一の実施の形態）
図１（ａ）に本発明の第一の実施の形態としてのスピーカの平面図を示す。図１（ｂ）は図１（ａ）のａ−ａ'線に沿った断面図である。
【００１４】
図１（ａ）（ｂ）を参照すると、円形の振動板１の外周部がフレーム２に固定されている。振動板１はＳＵＳ等の金属箔板やポリカーボネイト等の樹脂板を用いることができる。振動板１の裏面中央には、円盤状の圧電セラミックス素子３が貼り付けられている。圧電セラミックス素子３としてはモノモルフ型やバイモルフ型などの圧電素子を使用できる。
【００１５】
振動板１の、圧電セラミックス素子３が貼り付けられた面とは反対側には、ドーナッツ形状（リング状円板）のサブ振動板４の外周端部が、接合部５によって振動板１の中心に対して同心円上に接合されている。サブ振動板４の中央には円形の孔６が形成されている。このような振動板１とサブ振動板４とで本例のスピーカは複合振動板を構成している。そして、フレーム２に固定された振動板１は、圧電セラミックス素子３の電圧印加による伸縮によって屈曲運動を行い、これにより音波を発する。
【００１６】
本形態では、円形振動板１の高次振動モードのうち、円形振動板１の中心に対し振動の節が同心円状に２箇所出来る振動モード（二次共振モード）における節間の腹の部分に沿って、円形サブ振動板４の外周部が接合部５により接合されている。なお、「節」とは振動モードにおいて変位がゼロの部分を指し、「腹」とは、節間の最大変位部分を指す。
【００１７】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、図１（ａ）のａ−ａ'線に沿った断面にて、図１の振動板１の基本振動モード（一次共振モード）の動きを示す図である。但し、図２（ｂ）（ｃ）では圧電セラミックス素子は省略してある。圧電セラミックス素子３に電圧が印加されていないときは、図２（ａ）に示すように振動板１は静止状態である。圧電セラミックス素子３に電圧が印加されると、図２（ｂ）に示すように振動板１は上方へ変位する。次いで、圧電セラミックス素子３に逆極性の電圧が印加されると、振動板１は下方へ変位する。このように基本振動モードでは、振動の節が振動板１の、フレーム２に固定された外周部のみであり、振動板１は図２（ｂ）（ｃ）の形の上下振動となる。この時、サブ振動板４は、サブ振動板４の接合部５によって振動板１と同期した振動を行う。なお、全ての図面に言えることだが、図中にプラス記号で示される箇所は音圧が気圧よりも高い部分であり、マイナス記号で示される箇所は音圧が気圧よりも低くなった箇所である。
【００１８】
図３（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）のａ−ａ'線に沿った断面にて、図１の振動板１の高次振動モードの一例の動きを示す模式図である。本例では、周辺が固定された円形振動板の高次振動モードのうち、振動の節が円形振動板の中心に対し同心円状に２箇所出来る振動モード（二次共振モード）の例を示す。但し、図３では圧電セラミックス素子は省略してある。
【００１９】
この高次振動モードでは、図３（ａ）に示すように円形振動板１の中心部分が上方に変位するときは、サブ振動板４は、振動板１に同期した運動を行う。さらに、円形振動板１が図３（ｂ）の形を経て、図３（ｃ）に示すように円形振動板１の中心部分が下方に変位する間では、サブ振動板４は、振動板１とは独立した運動を行う。これは、本例の高次振動モードの腹の部分に接合部５で円形サブ振動板４の外周部を接合した為である。
【００２０】
図３（ｃ）の状態では、サブ振動板４の外周部側の上面はプラスの音圧部分になり、振動板１とサブ振動板４の間は気圧に対してマイナスの音圧部分となる。この気圧の違いにより、サブ振動板４の上側から孔６を経由して、振動板１とサブ振動板４の間へ空気の移動が発生する。本発明では、このサブ振動板４の孔６の面積を調節することで、その空気の移動量を制御することができる。したがって、この空気の移動量を少なくすれば、音の打ち消しが抑えられる。つまり、周波数特性において、二次振動モードになる周波数で発生するディップを小さくすることが可能となる。
【００２１】
本実施形態によれば、高次振動モードの振動板１とサブ振動板４の独立した運動によって、それぞれ異なる振動モードの振動板１とサブ振動板４による音波の相互干渉が発生し、周波数特性のピークやディップが生じる。しかし、この時のサブ振動板４の固定位置やサブ振動板４の孔６の大きさを調整することで、それぞれの異なる振動モードによる相互干渉の影響を調節し、周波数特性における特定の周波数でのピークやディップを制御する効果が得られる。また、振動板１の孔６より、空気の移動によって新たな音波が発生する効果も得られる。
【００２２】
（第二の実施の形態）
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第二の実施の形態としてのスピーカにおける円形振動板の高次振動モードの一例の動きを示す断面模式図である。本例もまた、周辺が固定された円形振動板の高次振動モードのうち、振動の節が円形振動板の中心に対し同心円状に２個出来る振動モード（二次共振モード）の例を示す。但し、図４では圧電セラミックス素子は省略してある。
【００２３】
本形態のスピーカは、図１に示した振動板１の両面にそれぞれサブ振動板４を接合したものである。振動板１の両面にサブ振動板４を設けること以外は第一の実施の形態と同じである。
【００２４】
この高次振動モードでは、図４（ａ）に示すように円形振動板１の中心部分が上方に変位するときは、振動板１の上側のサブ振動板４は、振動板１に同期した運動を行うが、下側のサブ振動板４は、振動板１とは独立した運動を行う。さらに、円形振動板１が図４（ｂ）の形を経て、図４（ｃ）に示すように円形振動板１の中心部分が下方に変位するときは、上側のサブ振動板４は、振動板１とは独立した運動を行う。このとき、下側のサブ振動板４は、振動板１に同期した運動を行う。このように、第二の実施の形態では振動板１の両面にサブ振動板４を設けることによって、振動板１の両面から放射される音の打ち消しが抑えられる。したがって、高次振動モードになる周波数で発生するディップを、第一の実施の形態よりもさらに小さく抑えることが可能となる。
【００２５】
本実施の形態では、振動板１の両面にそれぞれ接合されたサブ振動板４は同じ形状で、かつ同じ固定位置に設定されている。しかし、振動板１の両面のそれぞれのサブ振動板４の直径と接合部５の位置を異ならせてもよい。特に、異なる高次振動モードごとに、同心円状に出来る振動の腹または節の位置は異なる。このため、振動板１の一方の面に対する第一のサブ振動板４の接合部５の固定位置を、振動板１の二次振動モードの腹の部分に設定し、振動板１のもう一方の面に対する第二のサブ振動板４の接合部５の固定位置を、振動板１の二次モード以外の高次振動モードの腹または節の部分に設定する。このようにサブ振動板４を取り付ければ、それぞれの高次振動モードになる各特定の周波数でのピークやディップの発生を抑制する効果も得られる。なお、この変形例は下記の第三の実施の形態にも適用することができる。
【００２６】
（第三の実施の形態）
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第三の実施の形態としてのスピーカにおける円形振動板の高次振動モードの一例の動きを示す断面模式図である。本例もまた、周辺が固定された円形振動板の高次振動モードのうち、振動の節が円形振動板の中心に対し同心円状に２個出来る振動モード（二次共振モード）の例を示す。但し、図５（ｂ）（ｃ）では圧電セラミックス素子は省略してある。
【００２７】
本形態のスピーカは、図１に示したサブ振動板４の孔６を制動布７で覆ったものである。制動布７を孔６に貼り付けたこと以外は第一の実施の形態と同じである。
【００２８】
この制動布７は、図３で説明したサブ振動板４の孔６を通る空気の動きを制御することができる。このため、本実施形態においても、高次振動モードになる周波数でのディップの発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、この制動布７は振動板１とサブ振動板４の運動に制動を与えるため、振動系の共振点で発生するピークを抑制する効果もある。
【００３０】
なお、第二の実施の形態のように振動板１の両面に配設されたサブ振動板４のそれぞれの孔６に、制動布７を貼り付けることも可能である。
【００３１】
（第四の実施の形態）
図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第四の実施の形態としてのスピーカにおける円形振動板の高次振動モードの一例の動きを示す断面模式図である。本例もまた、周辺が固定された円形振動板の高次振動モードのうち、振動の節が円形振動板の中心に対し同心円状に２個出来る振動モード（二次共振モード）の例を示す。但し、図６（ｂ）（ｃ）では圧電セラミックス素子は省略してある。
【００３２】
本形態のスピーカは、図１に示したスピーカのサブ振動板４をリング型から円盤型に変えたものである。つまり、サブ振動板４の中央に孔が形成されていない。また、円盤型のサブ振動板４の外周部を振動板１に接合部５で接合することで形成された空間部は、振動板１に設けられた通気孔８により、振動板１のサブ振動板４とは反対面側と通じている。つまり、通気孔８が、振動板１の、円盤型のサブ振動板４で覆われた領域の面からこれと反対側面に貫通している。
【００３３】
サブ振動板４が円盤型であること、通気孔８が振動板１に設けられていること以外は第一の実施の形態と同じである。
【００３４】
このような形態の高次振動モードでは、図６（ｂ）（ｃ）に示すように振動板１の中央部が下側へ変位する過程においては、振動板１のサブ振動板４とは反対面側から、振動板１の通気孔８を経由して、振動板１とサブ振動板４の間の空間へ、空気の流入が発生する。また、図示していないが、振動板１の中央部が上方へ変位する過程においては、振動板１とサブ振動板４の間の空間から、振動板１の通気孔８を経由して、振動板１のサブ振動板４とは反対面側へ、空気が流出する。つまり、振動板１の高次振動モードの動きが、サブ振動板４の接合の影響を受けない。
【００３５】
さらに図６（ｃ）に示す状態では、図６（ｂ）の状態からサブ振動板４の面全体が上方へ変位したため、サブ振動板４の上面側は気圧に対してプラスになる。一方、振動板１のサブ振動板４とは反対側は、気圧に対してマイナスとなる。このように二次共振モードの振動板１の上側（スピーカ正面側）はプラスの音圧部分のみとなり、振動板１の上面側において音圧のプラス、マイナスによるキャンセリングが発生しない効果が得られる。言い換えれば、高次振動モードの振動板１の上面側にてプラスとマイナスに分布する気圧変化によって空気の移動が発生するが、この空気の移動を円盤型のサブ振動板４によって抑制することができる。
【００３６】
なお、基本振動モードでは振動板１とサブ振動板４は同期する動きとなるので、サブ振動板４は振動板１の屈曲運動を妨げない柔らかく、伸縮性のある材質で構成するのが好ましい。
【００３７】
以上述べた各実施の形態では、周辺が固定された円形振動板１の二次振動モードにおいて円環状に出来る振動の腹の部分に、円形サブ振動板４の外周端部を接合する例を示した。しかし、円形サブ振動板５の外周端部が、円形振動板１の二次振動モードにおいて同心円状に出来る振動の節の部分に接合されていても、各実施の形態と同じ効果を得ることができる。
【００３８】
また、各実施の形態では二次共振モードを例にとって説明したが、他の異なる高次振動モード（例えば三次共振モードあるいは四次共振モードなど）の場合であっても、その高次振動モードにおける振動の腹または節の部分に沿って円形サブ振動板４の外周端部を接合すれば、その高次振動モードになる周波数で生じるディップを小さくすることが可能である。
【００３９】
さらに、振動源として圧電セラミックス素子３を用いて説明したが、本発明のスピーカに用いられるサブ振動板４は、その振動源としてボイスコイルを使用するダイナミックスピーカにおいても適用でき、圧電セラミックス素子３を用いた圧電スピーカの場合と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第一の実施の形態によるスピーカを示す平面図と断面図である。
【図２】本発明の第一の実施の形態によるスピーカの振動板の基本振動モードの動きを示す断面図である。
【図３】本発明の第一の実施の形態によるスピーカの振動板の二次振動モードの動きを示す断面図である。
【図４】本発明の第二の実施の形態によるスピーカの振動板の二次振動モードの動きを示す断面図である。
【図５】本発明の第三の実施の形態によるスピーカの振動板の二次振動モードの動きを示す断面図である。
【図６】本発明の第四の実施の形態によるスピーカの振動板の二次振動モードの動きを示す断面図である。
【図７】従来例の圧電スピーカを示す平面図と断面図である。
【図８】従来例の圧電スピーカにおける振動板の二次振動モードの動きを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    振動板
２    フレーム
３    圧電セラミックス素子
４    サブ振動板
５    サブ振動板の接合部
６    サブ振動板の孔
７    制動布
８    振動板の通気孔
【図１】
0004605395.tif 000002
【図２】
0004605395.tif 000003
【図３】
0004605395.tif 000004
【図４】
0004605395.tif 000005
【図５】
0004605395.tif 000006
【図６】
0004605395.tif 000007
【図７】
0004605395.tif 000008
【図８】
0004605395.tif 000009