(57)【要約】【課題】振動体の振動における異なる周波数についての減衰特性を変化させる。【解決手段】振動体１０と、振動体１０の表面に装着される圧電素子１２1〜１２4と、圧電素子１２1〜１２4に発生した電気エネルギーにより動作して振動体１０の振動における目標周波数の減衰特性を変化させる共振回路１６1〜１６4とを具備し、共振回路１６1〜１６4のうちの少なくとも２つは、目標周波数が異なる。【選択図】図１
2017070042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体と、
前記振動体の表面に装着される複数の圧電素子と、
前記圧電素子に発生した電気エネルギーにより動作して前記振動体の振動における目標周波数の減衰特性を変化させる共振回路と、を具備し、
複数の前記共振回路のうちの少なくとも２つは、前記目標周波数が異なる
振動構造体。
【請求項２】
前記複数の圧電素子のうち少なくとも２つは積層されている
ことを特徴とする請求項１に記載の振動構造体。
【請求項３】
前記複数の圧電素子は、挟持体によって前記振動体と共に挟持される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の振動構造体。
【請求項４】
前記振動体の表面と前記圧電素子との一方に凹部が形成され、前記凹部に嵌合する凸部が他方に形成され、
前記凹部と前記凸部とが嵌合して、前記圧電素子が前記振動体の表面に装着される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の振動構造体。
【請求項５】
共鳴体と、
前記共鳴体の表面に装着される複数の圧電素子と、
前記圧電素子に発生した電気エネルギーにより動作して前記共鳴体の振動における目標周波数の減衰特性を変化させる共振回路と、を具備し、
複数の前記共振回路のうちの少なくとも２つは、前記目標周波数が異なる
音響構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を含む共振回路を利用した振動の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物などの振動体に圧電素子を貼り付けることで、振動を抑制する技術が知られている。特許文献１には、構造体に貼り付けた圧電素子にインダクタと抵抗器からなるシャント回路を接続して共振回路を構成することで、構造体の振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーをシャント回路で吸収することによって振動を抑制している。このとき、圧電素子による共振回路の共振周波数に近い帯域の振動ほど効率的に抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６１７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１の技術では、共振回路のひとつの共振周波数の振動成分が抑制されるに過ぎないので、振動特性の減衰調整の余地が非常に限定的であり、所望の振動特性に近付けることは実際には困難である。本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、振動体の振動減衰特性を多様に調整できる振動構造体および音響構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明に係る振動構造体の一態様は、振動体と、振動体の表面に装着される複数の圧電素子と、圧電素子に発生した電気エネルギーにより動作して振動体の振動における目標周波数の減衰特性を変化させる共振回路と、を具備し、複数の共振回路のうちの少なくとも２つは、目標周波数が異なる。
【０００６】
本発明によれば、振動体の振動のうち相異なる複数の目標周波数の振動成分が複数の共振回路により個別の所望する減衰値に調整される。したがって、ひとつの共振周波数近傍の振動成分のみが減衰される特許文献１の技術と比較して、振動体の振動減衰特性を振動モード毎に調整、ひいては振動体の振動により発生する音の音響特性(音色)を多様に調整することが可能である。
【０００７】
上記態様において、共振回路は、圧電素子に直列に接続されるインダクタと抵抗器を含むインダクタ回路を具備する。これによれば、外部電源が不要であるという利点がある。
【０００８】
上記態様において、複数の圧電素子の各々は、振動体の表面のうち、当該圧電素子に対応する共振回路が減衰させる目標周波数の振動モードにおいて、面内のひずみ量が比較的大きな値となる位置と領域に装着されることが好ましい。これにより、圧電素子のひずみ変形量を大きくできるので、振動エネルギーを効率的に吸収できる。
【０００９】
上記態様において、複数の圧電素子のうち少なくとも２つは積層されている。このように、圧電素子を積層して振動体の表面に装着することで、積層しない場合と比較して、圧電素子の配置面積を削減できる。
【００１０】
上記態様において、複数の圧電素子は、挟持体によって振動体と共に挟持される。これによれば、圧電素子を振動体の表面に着脱自在に装着できるので、例えば挟持体によって圧電素子を振動体に挟持体で仮装着し、最適な位置が見つかったところで、圧電素子を振動体に固定することもできる。また、挟持体で振動体を挟持するので、振動体の両面に圧電素子を装着することもできる。
【００１１】
上記態様において、振動体の表面と圧電素子との一方に凹部が形成され、凹部に嵌合する凸部が他方に形成され、凹部と凸部とが嵌合して、圧電素子が振動体の表面に装着される。これによれば、圧電素子を振動体に所望の位置に着脱自在に装着することができる。
【００１２】
本発明に係る音響構造体の一態様は、共鳴体と、共鳴体の表面に装着される複数の圧電素子と、圧電素子に発生した電気エネルギーにより動作して共鳴体の振動における目標周波数の減衰特性を変化させる共振回路と、を具備し、複数の共振回路のうちの少なくとも２つは、目標周波数が異なる。音響構造体の例として、例えばギター、バイオリン、ピアノ、打楽器等の楽器の他、電子楽器、スピーカー等の音響機器が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図２】第１振動モードの表面の主ひずみテンソル分布と圧電素子の配置を示す図である。
【図３】第２振動モードの表面の主ひずみテンソル分布と圧電素子の配置を示す図である。
【図４】第３振動モードの表面の主ひずみテンソル分布と圧電素子の配置を示す図である。
【図５】第４振動モードの表面の主ひずみテンソル分布と圧電素子の配置を示す図である。
【図６】第１実施形態の効果を示す図であって、振動体の振動における第１〜第４振動モードのモード減衰比を示すグラフである。
【図７】第１実施形態の効果を示す図であって、第１〜第４振動モードの定常状態におけるＱ値の変化を示すゲイン線図である。
【図８】第２実施形態に係る振動構造体を説明するための図であって、振動構造体の側面図である。
【図９】第２実施形態に係る振動構造体を説明するための図であって、振動構造体の上面図である。
【図１０】第３実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図１１】第３実施形態の第１変形例に係る振動構造体を説明するための図である。
【図１２】第３実施形態の第２変形例に係る振動構造体を説明するための図である。
【図１３】第４実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図１４】第５実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図１５】第５実施形態において第１振動モードのひずみ分布と、第１振動モードの減衰を調整する圧電素子の装着状態を説明する図である。
【図１６】第５実施形態の効果を示す図であって、第１〜第４振動モードのモード減衰比の変化を示すグラフである。
【図１７】第５実施形態を第１実施形態に組み合わせた場合の効果を示す図であって、第１〜第４振動モードのモード減衰比の変化を示すグラフである。
【図１８】第５実施形態を第１実施形態に組み合わせた場合の効果を示す図であって、第１〜第４振動モードの定常状態におけるＱ値の変化を示すゲイン線図である。
【図１９】第６実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図２０】第６実施形態の変形例に係る振動構造体を説明するための図である。
【図２１】第７実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図２２】第８実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【図２３】第９実施形態に係る振動構造体を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る振動構造体について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る振動構造体１を説明するための図である。図１に示すように、振動構造体１は、振動により音を発生する振動体１０を備える。振動体１０は、Ｘ方向に長尺でＺ方向に厚みがある矩形の板状体である。ここでは、振動体１０のＸ方向が長手方向であり、Ｙ方向が短手方向であり、Ｘ−Ｙ面に垂直なＺ方向が厚み方向である。振動構造体１としては、例えば鉄琴の板のように、振動によって直接音が発生する振動体１０を有する楽器が挙げられる。また、例えばギターやバイオリンの共鳴体のように、振動体１０で形成された閉空間（胴部）を有する楽器が挙げられる。共鳴体では、振動体１０が振動することで、直接、振動体１０から音が発生するだけでなく、振動体１０で形成された閉空間では共鳴音も発生する。このような振動体１０としては、上記の他にピアノの響板、打楽器の音板が挙げられる。図１は振動体１０の一部を示しており、楽器の種類によって振動体１０の大きさや形状が異なる。
【００１５】
振動体１０の一方の表面には、個別のキャパシタンスＣを有し、面内の伸縮に対して厚さ方向に電場が発生する複数の圧電素子１２（１２1〜１２4）が装着されている。圧電素子１２の各々には、相互に直列に接続されたインダクタＬと抵抗器Ｒからなるインダクタ回路１４（１４1〜１４4）が接続されている。インダクタ回路１４は、相互に直列に接続されたインダクタＬと抵抗器Ｒによって構成される。このため、それぞれの圧電素子１２とインダクタ回路１４は、それぞれのキャパシタンスＣ（Ｃ1〜Ｃ4）とインダクタＬ（Ｌ1〜Ｌ4）と抵抗器Ｒ（Ｒ1〜Ｒ4）が直列に接続された別々の共振回路１６（１６1〜１６4）を構成する。
【００１６】
ところで、振動のモード解析などによれば、振動体１０の振動は、周波数の異なる複数の振動モードの重ね合わせで捉えることができる。そこで、本実施形態では、振動体１０の振動を、第１振動モード（１次モード）、第２振動モード（２次モード）、第３振動モード（３次モード）、第４振動モード（４次モード）の重ね合わせとする。
【００１７】
図１に示す共振回路１６1〜１６4はそれぞれ、第１〜第４振動モードに対応している。具体的には、共振回路１６1（圧電素子１２1、インダクタ回路１４1）は第１振動モードに対応し、共振回路１６2（圧電素子１２2、インダクタ回路１４2）は第２振動モードに対応し、共振回路１６3（圧電素子１２3、インダクタ回路１４3）は第３振動モードに対応し、共振回路１６4（圧電素子１２4、インダクタ回路１４4）は第４振動モードに対応している。圧電素子１２4は、２つの圧電素子１２4、１２4からなり、これらの圧電素子１２4、１２4はインダクタ回路１４4に並列に接続されている。
【００１８】
本実施形態の各圧電素子１２1〜１２4は、矩形の板状であり、その一方の表面全面が、振動体１０の表面に接着剤などによって貼り付けられている。各圧電素子１２1〜１２4は、例えば面内のひずみに対して厚さ方向に電場が生じるように分極されており、その厚さ方向の両面に一対の面状の電極が設けられて構成される。各圧電素子１２1〜１２4の一対の電極はそれぞれ、リード線を介してインダクタ回路１４1〜１４4に接続されている。なお、圧電素子１２1〜１２4の面積は相互に同等とされている。このうち、圧電素子１２4、１２4は、２つに分割され、並列に接続されているので、これらの合計面積が他の圧電素子１２1〜１２3と同等とされている。圧電素子１２4、１２4のように分割しても、並列に接続することで、分割しない場合と同等の機能を発揮させることができる。ここでは、圧電素子１２4を２つに分割した場合を例示したが、３つ以上に分割して並列に接続してもよい。さらに、他の圧電素子１２1〜１２3も複数に分割して並列に接続してもよい。
【００１９】
インダクタ回路１４1は、相互に直列に接続されたインダクタＬ1と抵抗器Ｒ1によって構成され、インダクタ回路１４2は、相互に直列に接続されたインダクタＬ2と抵抗器Ｒ2によって構成され、インダクタ回路１４3は、相互に直列に接続されたインダクタＬ3と抵抗器Ｒ3によって構成され、インダクタ回路１４4は、相互に直列に接続されたインダクタＬ4と抵抗器Ｒ4によって構成される。
【００２０】
インダクタＬ1〜Ｌ4は、例えばコイルなどで構成される。なお、インダクタＬ1〜Ｌ4を可変インダクタで構成して、インダクタンス（Ｌ）を調整可能としてもよい。また、抵抗器Ｒ1〜Ｒ4についても可変抵抗器として、抵抗値（Ｒ）を調整可能としてもよい。また、インダクタ回路１４1〜１４4には、図示はしないが、インダクタ回路１４1〜１４4と圧電素子１２1〜１２4とを接続（オン）または切断（オフ）するスイッチが設けられている。スイッチは、インダクタ回路１４1〜１４4にそれぞれ設けてもよく、インダクタ回路１４1〜１４4に共通の１つのスイッチを設けてもよい。また、インダクタ回路１４1〜１４4の構成は、上述したものに限られるものではない。例えば外部電源を利用したシミュレーテッドインダクタ回路でインダクタ回路１４1〜１４4を構成してもよい。ただし、本実施形態のようにインダクタ回路１４1〜１４4をインダクタＬ1〜Ｌ4と抵抗器Ｒ1〜Ｒ4で構成すれば、外部電源が必要ない点で、シミュレーテッドインダクタ回路で構成した場合と比較して扱い易い。
【００２１】
第１〜第４振動モードでは振動の周波数が異なり、１つの共振回路で減衰特性を効率的に変化できる周波数帯域が狭いことから、各振動モードの周波数における振動成分の減衰特性を、別々の共振回路１６1〜１６4によって個々に調整できるようにしている。
【００２２】
ここで、これらの共振回路１６1〜１６4によって、第１〜第４振動モードの周波数における振動成分の減衰特性を変化させる原理について説明する。各共振回路１６1〜１６4は電気的に同様に構成されているため、ここでは共振回路１６1を代表して説明する。共振回路１６1は、コンデンサ（Ｃ）と等価である圧電素子１２1と、インダクタ回路１４1のインダクタＬ1（Ｌ）と抵抗器Ｒ1（Ｒ）とが直列に接続されたＲＬＣ回路である。ＲＬＣ回路の共振周波数ｆは下記数式（１）と表される。
【００２３】
【数１】
2017070042.tif 000003
・・・（１）
【００２４】
上記数式（１）によれば、インダクタＬ1のインダクタンスＬを、圧電素子１２1の静電容量Ｃに合わせて調整することで、振動体１０の第１振動モードの共振周波数に共振回路１６1の共振周波数を合わせることができる。このとき、電気機械連成振動による動吸振器（ダイナミックダンパー）の理論によれば、エネルギー散逸量（減衰量）の大きさは、回路の抵抗器Ｒ1の抵抗値Ｒの増減によって調整することができる。
【００２５】
このように、振動体１０の第１振動モードの共振周波数に共振回路１６1の共振周波数を合わせることで、振動体１０の振動エネルギーを圧電素子１２1によって電気エネルギーに変換して吸収させることができる。これによって、第１振動モードの減衰特性、例えば共振回路ピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）の逆数に比例するモード減衰比を大きくすることができる。その結果、第１振動モードの振動の減衰を意図的に早めることができる。Ｑ値は、下記数式（２）で表される。
【００２６】
【数２】
2017070042.tif 000004
・・・（２）
【００２７】
このとき、抵抗器Ｒ1の抵抗値Ｒを調整することによって、モード減衰比の大きさを調整できる。一般的に、抵抗器からのエネルギー散逸量Ｗは、電流をＩとすれば、Ｒ×Ｉ２に比例する。従って、他の電気デバイスの交流インピーダンスの影響が無視できるほど十分にＲが大きな場合を想定すれば、Ｒが小さいほど（２乗で影響する電流Ｉが大きくなることの影響が支配的になり）Ｗは大きくなり、逆にＲが大きいほど、Ｗは小さくなる。つまり、抵抗器Ｒ1の抵抗値Ｒを大きくするほどモード減衰比の増加量が小さくなり、抵抗器Ｒ1の抵抗値Ｒを小さくするほど、モード減衰比の増加量が大きくなる。このため、抵抗器Ｒ1の抵抗値Ｒを小さくするほど、第１振動モードの振動を早く減衰させることができる。つまりこの方法によれば、インダクタ回路１４1のＲを適当な値に調整することで、第１振動モードのモード減衰比を自由に所望の値に調整することが可能である。他の共振回路１６2〜１６4においても、上述した共振回路１６1と同様に調整が可能であるため、インダクタ回路１４1〜１４4によって、第１〜第４振動モードのモード減衰比を別々に調整することができる。
【００２８】
各インダクタＬ1〜Ｌ4のインダクタンスＬに応じて各共振回路１６1〜１６4の共振周波数が変化する。共振回路１６1のインダクタＬ1のインダクタンスＬは、第１振動モードに対応する目標周波数ｆ1に共振回路１６1の共振周波数が近似または一致するように選定される。同様に、共振回路１６2のインダクタＬ2のインダクタンスＬは、第２振動モードに対応する目標周波数ｆ2に共振回路１６2の共振周波数が近似または一致するように選定される。共振回路１６3のインダクタＬ3のインダクタンスＬは、第３振動モードに対応する目標周波数ｆ3に共振回路１６3の共振周波数が近似または一致するように選定される。共振回路１６4のインダクタＬ4のインダクタンスＬは、第４振動モードに対応する目標周波数ｆ4に共振回路１６4の共振周波数が近似または一致するように選定される。すなわち、減衰特性の調整対象となる目標周波数ｆ1〜ｆ4（図７参照）は、共振回路１６1〜１６4の各々で相違する。
【００２９】
次に、第１実施形態における圧電素子１２1〜１２4の配置について説明する。上述したように振動体１０の振動における第１〜第４振動モードによって、圧電素子１２1〜１２4が振動エネルギーを効率良く吸収できる最適な配置が異なる。そこで、本実施形態では、図１に示すように、第１〜第４振動モードごとに、圧電素子１２1〜１２4を最適な位置と向きで配置している。
【００３０】
以下、図１に示す圧電素子１２1〜１２4の最適な配置について、第１〜第４振動モードごとに具体的に説明する。図２〜図５は、各振動モードの表面の主ひずみテンソル分布と圧電素子の配置を示す図である。振動体１０は板状であり薄いため、振動体１０が振動したときに発生する主ひずみのうち厚み方向（Ｚ方向）のひずみは小さい。このため、ここでの主ひずみは、振動体１０の表面上にＸ方向に対して４５度傾斜する方向に沿って発生する主ひずみｔ１（図２〜図５の瞬間では引張ひずみ（＋））と、振動体１０の表面上に主ひずみｔ１の方向に垂直な方向に沿って発生する主ひずみ（図２〜図５の瞬間では圧縮ひずみ（−））である。図２〜図５の主ひずみ分布は、固有値解析によって求めたものであり、振動体１０が振動したときに第１〜第４振動モードの各振動モードにおいて、表面の要素で発生する主ひずみｔ１と主ひずみｔ２をベクトルで表している。振動体１０が純粋にこれらの単一モードで振動すると、振動体１０の表面では、引張と圧縮が交互に繰り返されるので、引張ひずみと圧縮ひずみは、その方向が交互に入れ替わる。また振動体１０の振動によっては、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の両方が引張ひずみの場合もあり、逆に主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の両方が圧縮ひずみの場合もある。図２〜図５の主ひずみテンソル分布は、振動中の最大の主ひずみｔ１と最大の主ひずみｔ２をベクトルで示したものと解釈できる。
【００３１】
図２は第１振動モードの主ひずみ分布と圧電素子１２1の配置を示す図であり、図３は第２振動モードの主ひずみ分布と圧電素子１２2の配置を示す図であり、図４は第３振動モードの主ひずみ分布と圧電素子１２3の配置を示す図であり、図５は第４振動モードの主ひずみ分布と圧電素子１２4、１２4の配置を示す図である。
【００３２】
図２〜図５に示すように、振動体１０の表面上の主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の大きさと向きは、振動体１０の平面上の位置によって異なる。面内の伸縮に対して厚さ方向に電場が発生する平板型の圧電素子１２の圧電効果の大きさは、その圧電素子１２に生じている面内ひずみ量に比例する。圧電素子１２の面内ひずみ量は、装着された振動体１０の表面のひずみ量にほぼ等しいと考えられるから、圧電素子１２1〜１２4を振動体１０の表面の主ひずみが大きい位置に装着するほど発生する電圧も大きくなり、振動体１０の振動エネルギーを効率的に吸収でき、モード減衰比を調整し易くなる。振動体１０の表面のひずみ量、すなわち圧電素子１２の面内ひずみ量の大きさは、表面の２つの方向の主ひずみの和（ｔ１＋ｔ２）の絶対値とみなすことができる。すなわち、このように定義されたひずみ量ができるだけ大きな領域に圧電素子１２を配置することが効率的である。このため、本実施形態では、振動体１０の平面のうち、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の符号を考慮した総和（引張を正、圧縮を負とする）の絶対値ができるだけ大きくなる領域Ａ１〜Ａ４に圧電素子１２1〜１２4をそれぞれ配置されている。
【００３３】
先ず、図２に示す第１振動モードでは、振動体１０の表面のうち振動体１０の中心付近の領域Ａ１において、Ｘ方向に対して時計回りに４５度傾斜した第１方向の主ひずみｔ１（図２に示す瞬間では引張ひずみ（＋））の大きさ（それぞれのベクトルの長さ）とこれに垂直な第２方向の主ひずみｔ２（図２に示す瞬間では圧縮ひずみ（−））の大きさとの間に差異が見られる。すなわち、主ひずみｔ１（引張ひずみ（＋））と主ひずみｔ２（圧縮ひずみ（−））との総和の絶対値は領域Ａ１で他の領域に比較して大きくなる。そこで、第１実施形態では、領域Ａ１に第１振動モードに対応する圧電素子１２1を配置する。
【００３４】
図３に示す第２振動モードでは、振動体１０の表面のうちＸ方向の中央付近の領域Ａ２にてＸ方向のひずみとＹ方向のひずみとの差異が顕著となる。すなわち、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値は領域Ａ２で他の領域よりも大きくなる。そこで、第１実施形態では、領域Ａ２のうち圧電素子１２1と重ならないＹ方向負側の位置に、第２振動モードに対応する圧電素子１２2を配置する。
【００３５】
図４に示す第３振動モードでは、振動体１０の表面のうちＸ方向の中間の領域のうち中央付近を除くＹ方向の負側と正側の領域Ａ３、Ａ３にてほぼＸ方向に沿う主ひずみｔ１とほぼＹ方向に沿う主ひずみｔ２との差異が顕著となる。すなわち、領域Ａ３、Ａ３では、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値は領域Ａ３、Ａ３で他の領域よりも大きくなる。そこで、第１実施形態では、領域Ａ３、Ａ３のうち圧電素子１２1と重ならないＹ方向負側の領域Ａ３に、第３振動モードに対応する圧電素子１２3を配置する。なお、振動体１０の長手方向の両端付近でも主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の差が大きな領域が発生するが、その領域の面積は非常に小さいので、領域Ａ３、Ａ３のいずれかに圧電素子１２1を配置する方が好ましい。
【００３６】
図５に示す第４振動モードでは、振動体１０の表面のうちＹ方向の中間においてＸ方向に沿った領域Ａ４にてＸ方向の主ひずみｔ１とＹ方向の主ひずみｔ２との差異が顕著となる。すなわち、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値は領域Ａ４で他の領域よりも大きくなる。そこで、第１実施形態では、領域Ａ４のうち圧電素子１２1と重ならないＸ方向の正側と負側の位置に、第４振動モードに対応する圧電素子１２4、１２4を配置する。
【００３７】
ここで、第１実施形態の効果を確認する実験結果について説明する。図６及び図７は、第１実施形態の効果を確認するための実験結果を示す図である。この実験においては、カーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics））で構成した振動体１０を用い、この振動体１０に各圧電素子１２1〜１２4の全面を固定領域として接着して装着した。図６は第１〜第４振動モードのモード減衰比を示すグラフであり、横軸に振動モードの次数、縦軸にモード減衰比をとったものである。図７は、振動体１０の振動の周波数特性であり、振動モードの定常特性におけるＱ値の変化を示すゲイン線図である。図７において、Ｘ軸のｆ1〜ｆ4は、減衰特性の調整対象となる第１〜第４振動モードの目標周波数である。図６の白四角のグラフは、インダクタ回路１４1〜１４4を圧電素子１２1〜１２4に接続（ＯＮ）した場合の実験結果であり、白菱形のグラフは、インダクタ回路１４1〜１４4を圧電素子１２1〜１２4から切断（ＯＦＦ）した場合の実験結果を示す。図７の太線グラフは、インダクタ回路１４1〜１４4を圧電素子１２1〜１２4に接続（ＯＮ）した場合の実験結果であり、図７の細線グラフは、インダクタ回路１４1〜１４4を圧電素子１２1〜１２4から切断（ＯＦＦ）した場合の実験結果を示す。図６の黒三角のグラフは、圧電素子１２1〜１２4が装着されておらず共振回路１６1〜１６4がない木材（ローズウッド）で振動体１０を構成した場合のグラフである。
【００３８】
図６において、インダクタ回路１４1〜１４4を接続（ＯＮ）した場合を、インダクタ回路１４1〜１４4を切断（ＯＦＦ）した場合と比較すると、第１振動モードではそれほど大きな変化は見られかったものの、第２〜第４振動モードのモード減衰比では大きく変化していることが分かる。図７についても、インダクタ回路１４1〜１４4を接続（ＯＮ）した場合を、インダクタ回路１４1〜１４4のスイッチを切断（ＯＦＦ）した場合に比較すると、第１振動モードではそれほど大きな変化は見られなかったものの、第２〜第４振動モードの各々に対応する周波数帯域でのＱ値が小さくなったことにより、その振幅（ゲイン）が小さくなっていることが分かる。このように、第１実施形態によれば、インダクタ回路１４1〜１４4によって、各振動モードのモード減衰比を別々に異なる量だけ大きくすることができる。これによれば、各振動モードについて、個別に振動を減衰させることができるので、減衰特性から見た望みの音響特性を実現できる。したがって、振動体１０による音の聞こえ方を変えることができる。
【００３９】
なお、図６及び図７の実験結果では、第１振動モードについては、そのモード減衰比を大きく変化させることができなかった。それは、この実験結果における第１振動モードでの振動体１０の表面では偶然に、２つの主ひずみｔ１と主ひずみｔ２が異符号であり、しかもその大きさが等しい領域でほぼ占められていたため、圧電素子１２1を装着したＡ１領域においても、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値が小さかったことが考えられる。
【００４０】
第１振動モードにおいては、必ずしも主ひずみｔ１と主ひずみｔ２として引張と圧縮が同時に現れるとは限らず、両方とも引張の場合、逆に両方とも圧縮の場合もある。そのような第１振動モードであれば、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値も大きくなる。したがって、もし第１振動モードが、圧電素子１２1を装着する領域において主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値が大きい場合には、第１〜第４振動モードのすべてについて、個別に振動を減衰させることができる。
【００４１】
このように、振動モードによっては、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値が小さな領域しか存在しないような振動モードもあり、圧電素子１２1を装着する領域として、効率的に減衰効果が得られる適当な領域が見いだせない場合もある。そのような場合においても、振動体１０に対する圧電素子１２の装着方法を変えることで、効率的に減衰効果が得られることが本発明者らの実験により判明した。この点については、後述する第５実施形態以降において詳細に説明する。
【００４２】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各形態において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
【００４３】
図８及び図９は、第２実施形態に係る振動構造体１を説明するための図である。図８は、第２実施形態に係る振動構造体１をＹ方向負側から見た側面図であり、図９は、Ｚ方向正側から見た上面図である。なお、図８及び図９では、インダクタ回路１４1〜１４4を省略している。
【００４４】
図８及び図９に示す振動構造体１は、図１に示す圧電素子１２2を圧電素子１２3の上に積層させて、振動体１０に装着したものである。圧電素子１２2と圧電素子１２3とは、平面視で略全域にわたり重複している。これによれば、振動体１０の振動によるひずみによって圧電素子１２3のみならず、圧電素子１２2も同様に変形するので、電圧が発生し、振動エネルギーを吸収できる。このとき、モード減衰調整の目標とする周波数（振動モード）が異なっていても、その目標周波数ごとに振動エネルギーが電気エネルギーに変換される。しかも、圧電素子１２2の配置は、図３に示す第２振動モードにおいて、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の総和の絶対値が大きくなるＡ２領域に含まれている。したがって、図８に示すように圧電素子１２2を圧電素子１２3の上に積層しても、積層しないで別々に配置した図１の場合と同様の効果が得られる。しかも、図９に示すように、圧電素子１２2を圧電素子１２3の上に積層することで、積層しない場合と比較して、圧電素子１２2と圧電素子１２3の配置面積を削減できる。
【００４５】
なお、圧電素子１２2と圧電素子１２3との間は、接着剤で貼り付けるようにしてもよく、また両者を接着せずに板バネ等の付勢部材によって圧接させるようにしてもよい。また、圧電素子１２2と圧電素子１２3の間には、絶縁体を介在させてもよい。また、圧電素子１２2と圧電素子１２3とは全面を当接させてもよく、また一部を当接させてもよい。
【００４６】
なお、図８及び図９では、圧電素子１２2を圧電素子１２3の上に積層した場合を例示したが、これに限られるものではなく、圧電素子１２3を圧電素子１２2の上に積層してもよい。さらに、他の圧電素子１２1及び圧電素子１２4、１２4についても積層して貼り付けるようにしてもよい。圧電素子１２4、１２4を積層することで、さらに第１〜圧電素子１２1〜１２4全体の配置面積を削減できる。また、図８では、第１〜圧電素子１２1〜１２4の一部を２層に積層した場合を例示したが、これに限られるものではなく、３層以上に積層してもよい。
【００４７】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態を説明する。図１０は、第３実施形態に係る振動構造体１を説明するための図であり、当該振動構造体１をＹ方向負側から見た側面図である。なお、図１０では、インダクタ回路１４1〜１４4と、他の圧電素子１２1及び圧電素子１２4、１２4を省略している。
【００４８】
図１０に示す振動構造体１は、図１に示す圧電素子１２2を、圧電素子１２3が配置される面とは反対側の面に配置したものである。圧電素子１２2と圧電素子１２3とは、平面視で相互に重なっている。このように、圧電素子１２2と圧電素子１２3を、振動体１０の両側の面に別々に配置しても、振動体１０の片側の面に配置した場合と同様の効果が得られる。
【００４９】
なお、圧電素子１２2と圧電素子１２3とは、接着剤で貼り付けるようにしてもよく、また両者を接着せずに板バネ等の付勢部材によって圧接させるようにしてもよい。具体的には例えば図１０に示すように、板バネで構成した挟持体２０によって、圧電素子１２2と圧電素子１２3を振動体１０と共に挟持するようにしてもよい。図１０に示す挟持体２０は、振動体１０を挟んで相互に反対側に位置する第１腕部２２と第２腕部２４とを備えている。第１腕部２２と第２腕部２４の基端は、相互に支持部材２６に取り付けられている。第１腕部２２と第２腕部２４と支持部材２６は、板バネを折り曲げて一体で構成される。
【００５０】
図１０に示す挟持体２０によって、圧電素子１２3が第１腕部２２と振動体１０の一方の面との間に挟持され、圧電素子１２2が第２腕部２４と振動体１０の他方の面との間に挟持される。これにより、圧電素子１２2と圧電素子１２3とを、振動体１０に着脱自在に装着することができる。例えば挟持体２０によって圧電素子１２2と圧電素子１２3を振動体１０に仮装着し、最適な位置が見つかったところで、圧電素子１２2と圧電素子１２3を接着剤で振動体１０に貼り付けることもできる。このとき、挟持体２０は外してもよく、外さなくてもよい。また、図１０に示すように、圧電素子１２2と圧電素子１２3を振動体１０の両面にそれぞれ配置することで、振動体１０の片面のみに配置する場合と比較して、振動体１０の片面の配置面積を削減できる。
【００５１】
なお、図１０では、挟持体２０の第１腕部２２と第２腕部２４の両方に１つずつ圧電素子１２を配置して、振動体１０の両面に圧電素子１２を装着する場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば挟持体２０の第１腕部２２と第２腕部２４のいずれか一方に圧電素子１２を配置するようにしてもよい。また、図８に示すように複数の圧電素子１２が積層された状態で、挟持体２０の第１腕部２２と第２腕部２４のいずれか一方に配置するようにしてもよい。
【００５２】
また、図１０では、圧電素子１２2を振動体１０のＺ方向正側の面に配置し、圧電素子１２3を振動体１０のＺ方向負側の面に配置した場合を例示したが、これに限られるものではなく、逆に、圧電素子１２2を振動体１０のＺ方向負側の面に配置し、圧電素子１２3を振動体１０のＺ方向正側の面に配置してもよい。さらに、他の圧電素子１２1と圧電素子１２4、１２4についても、それぞれ別の挟持体２０で配置するようにしてもよい。
【００５３】
また、挟持体２０の構成は、図１０に示すものに限られない。例えば第１腕部２２と第２腕部２４と支持部材２６は別体で構成してもよい。この場合、第１腕部２２と第２腕部２４を板バネで構成し、支持部材２６をネジやボルトなどの締結部材で構成してもよい。このように、第１腕部２２と第２腕部２２の基端を締結部材で締結させることで、第１腕部２２と第２腕部２４を着脱自在にすることができる。
【００５４】
また、第１腕部２２と第２腕部２４は、長さを変えられるように、スライド自在に構成してもよい。例えば図１１に示す第３実施形態の第１変形例における第１腕部２２は、基端部２３を備え、基端部２３に形成した孔２３ａに板バネＫをスライド自在に差し込んで構成される。第２腕部２４についても同様に、基端部２５を備え、基端部２５に形成した孔２５ａに板バネＫをスライド自在に差し込んで構成される。第１腕部２２の基端部２３と第２腕部２４の基端部２５は、支持部材２６によって連結されている。これによれば、板バネＫをスライドさせて、第１腕部２２と第２腕部２４の長さを変えることで、圧電素子１２2と圧電素子１２3を装着できる範囲を広げることができる。
【００５５】
また、図１０では、１つの挟持体２０に、振動体１０を挟んで相互に反対側に位置する第１腕部２２と第２腕部２４とを１つずつ備えた場合を例示したが、これに限られず、１つの挟持体２０に、振動体１０を挟んで相互に反対側に位置する第１腕部２２と第２腕部２４とを複数個ずつ備えるようにしてもよい。例えば図１２に示す第３実施形態の第２変形例では、１つの挟持体２０に、振動体１０を挟んで相互に反対側に位置する２つの第１腕部２２ａ、２２ｂと、２つの第２腕部２４ａ、２４ｂとを備えたものである。図１２では、圧電素子１２1は省略している。
【００５６】
図１２に示す挟持体２０では、第１腕部２２ａと第２腕部２４ａとが振動体１０を挟んで対向して配置され、第１腕部２２ｂと第２腕部２４ｂとが振動体１０を挟んで対向して配置される。第１腕部２２の基端部は第１腕部２２ａの基端部に接続しており、第１腕部２２ｂの先端部は第１腕部２２ａに対して反時計回りに４５度傾斜している。同様に、第２腕部２４ｂの基端部は第１腕部２４ａの基端部に接続しており、第２腕部２４ｂの先端は第２腕部２４ａに対して反時計回りに４５度傾斜している。図１２に示す挟持体２０によれば、圧電素子１２3が第１腕部２２ａと振動体１０の一方の面との間に挟持され、圧電素子１２2が第２腕部２４ａと振動体１０の他方の面との間に挟持される。同時に、一方の圧電素子１２4が第１腕部２２ｂと振動体１０の一方の面との間に挟持され、他方の圧電素子１２4が第２腕部２４ｂと振動体１０の他方の面との間に挟持される。これによれば、１つの挟持体２０によって、圧電素子１２2と圧電素子１２3だけでなく、圧電素子１２4、１２4についても、振動体１０の両面にそれぞれ着脱自在に配置することができる。
【００５７】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態を説明する。図１３は、第４実施形態に係る振動構造体１を説明するための図である。第１実施形態〜第３実施形態では、圧電素子１２1〜１２4を振動体１０の表面に接着剤などで貼り付けて装着する場合を説明したが、第４実施形態では、圧電素子１２1〜１２4を振動体１０の表面に凹凸嵌合させることで装着する場合を説明する。第４実施形態では、圧電素子１２1〜１２4のすべてに適用可能なため、圧電素子１２で代表して説明する。
【００５８】
図１３では、振動体１０の表面に振動体側装着板３２が積層されており、圧電素子１２のうち振動体側装着板３２に対向する表面に圧電素子側装着板３４が積層されている。振動体側装着板３２には、複数の凹部３２ａが形成されており、圧電素子側装着板３４には、凹部３２ａと嵌合する凸部３４ａが形成されている。振動体側装着板３２は、圧電素子側装着板３４よりも面積が大きく、振動体側装着板３２の凹部３２ａの数は、圧電素子側装着板３４の凸部３４ａの数よりも多い。
【００５９】
このような構成によれば、凹部３２ａと凸部３４ａとが嵌合して、圧電素子１２が振動体１０の表面に装着される。このとき、多数の凹部３２ａのうち所望の位置に対応する凹部３２ａに圧電素子１２側の凸部３４ａが嵌合することにより、圧電素子１２を振動体１０の表面の所望の位置に着脱自在に装着できる。例えば図１３では振動体１０の表面に、圧電素子１２の長手方向がＸ方向に沿う向きに配置する場合を例示しているが、振動体１０の表面に、圧電素子１２の短手方向がＸ方向に沿う向きに配置することもできる。また、圧電素子１２の向きもＸ方向とＹ方向に沿う向きに限られるものではなく、圧電素子１２1のように傾斜させて配置することもできる。この場合は、凹部３２ａの配置に合わせて、傾斜しても凹凸嵌合できるように凸部３４ａを配置すればよい。
【００６０】
なお、図１３では、振動体側装着板３２によって振動体１０側に凹部３２ａを配置し、圧電素子側装着板３４によって圧電素子１２側に凸部３４ａを配置する場合を例示したが、これに限られず、振動体１０側に直接凹部３２ａを形成し、圧電素子１２側に直接凸部３４ａを形成するようにしてもよい。また、図１３では、振動体１０側に凹部３２ａを配置し、圧電素子１２側に凸部３４ａを配置した場合を例示したが、これとは逆に、振動体１０側に凸部３４ａを配置し、圧電素子１２側に凹部３２ａを配置してもよい。
【００６１】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態を説明する。第１実施形態〜第４実施形態では、振動体１０の表面に圧電素子１２の全面を固定領域として接着して装着する場合を例示したが、第５実施形態では、振動体１０の表面に圧電素子１２の一部を固定領域として装着する場合について説明する。
【００６２】
図２〜図５では、第１〜第４振動モードの主ひずみ分布に応じて、面内のひずみ量が大きくて電圧を発生させ易い領域に、圧電素子１２を装着することで、それぞれの振動モードにおいて振動エネルギーを効率よく吸収できる点について説明した。具体的には互いに垂直な２つの主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の総和の絶対値が大きくなる領域に圧電素子１２が装着される。
【００６３】
ところが、主ひずみｔ１による圧電素子１２の変形で発生する電圧と、主ひずみｔ２による圧電素子１２の変形で発生する電圧とが互いに異符号でその大きさが同程度になるような領域では、たとえ主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の大きさが個々に大きくても両者が打ち消しあうことによって発生する電圧が非常に小さなものになる。従って、振動体１０の表面がそのような領域のみで占められている特異な振動モードの場合には、圧電素子１２の適当な装着位置を見出すことができないため、減衰特性の効率的な調整が困難となる。例えば図２に示す振動体１０の第１振動モードでは、ひずみｔ１とｔ２によって発生する電圧が圧電素子１２内で互いに打ち消されてしまって効率よく振動エネルギーを吸収できない領域が多いため、減衰特性の効率的な調整が難しい。
【００６４】
そこで、第５実施形態では、圧電効果の大きさに比例する圧電素子１２の面内ひずみ量が、振動体１０の表面のひずみ量と完全に同じにならないようにするため、振動体１０の表面に圧電素子１２の一部を接着して、圧電素子１２に発生するひずみ量に異方性を持たせるように装着する。これは、圧電素子１２の全面ではなく、一部を接着することで、圧電素子１２に発生するひずみ量に対して、ひずみｔ１による変形とひずみｔ２による変形のうちのどちらか一方からの影響を大きくし、他方を小さくできる点に着目し、全体として発生する電圧が大きくなるように工夫したものである。
【００６５】
以下、このような第５実施形態に係る振動構造体１の具体的な構成例について説明する。図１４は、第５実施形態に係る振動構造体１を説明するための図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は振動構造体１の側面を、基準軸Ｇに垂直な方向から見た図である。ここでは第１振動モードの圧電素子１２1に着目して説明する。図１４（ａ）の円で囲んだ左側の図は、圧電素子１２1の主ひずみｔ２（圧縮ひずみ（−））による変形例を示す図であり、円で囲んだ右側の図は、圧電素子１２1の主ひずみｔ１（引張ひずみ（＋））による変形例を示す図である。
【００６６】
図１４（ａ）及び（ｂ）では、ある瞬間において、振動体１０の表面にＸ方向に対して時計回りに４５度傾斜した方向に主ひずみｔ１が発生し、その主ひずみｔ１の垂直な方向に、主ひずみｔ１と同じ大きさの主ひずみｔ２が発生する領域に、圧電素子１２1を装着した場合を想定する。この場合、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２のいずれかの方向に沿った軸を基準軸とする。ここでは、Ｘ方向に対して時計回りに４５度傾斜した方向（図１４（ａ）の瞬間では主ひずみｔ２が発生している方向）に沿っており、且つ圧電素子１２1の中央を通る軸を基準軸Ｇとする。
【００６７】
図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、基準軸Ｇの方向における位置が異なる複数の固定領域Ｓ１、Ｓ２で圧電素子１２1が振動体１０の表面に固定される。ここでの固定領域Ｓ１、Ｓ２は、圧電素子１２1の表面うち、Ｘ−Ｙ平面上（振動体１０の表面上）において基準軸Ｇと直交する方向に延びて、互いに離間した領域である。図１４（ａ）に示す固定領域Ｓ１、Ｓ２は、圧電素子１２1のうち基準軸Ｇに直交する方向に沿った各縁辺の全長にわたっている。圧電素子１２1の表面うち、固定領域Ｓ１、Ｓ２のみが振動体１０の表面に固定されており、固定領域Ｓ１、Ｓ２以外は固定されていない。
【００６８】
したがって、図１４（ａ）の円で囲んだ左側の図のように、基準軸Ｇにおいて位置が異なる複数の固定領域Ｓ１、Ｓ２のみで圧電素子１２1が振動体１０の表面に固定されている。振動構造体１に基準軸Ｇに平行な方向に発生する主ひずみ（ｔ１又はｔ２）に対しては、圧電素子１２1の固定領域Ｓ１、Ｓ２だけでなく、固定領域Ｓ１、Ｓ２以外の領域も含めた長手方向の全体が変形する。他方、図１４（ａ）の円で囲んだ右側の図のように、基準軸Ｇと垂直な方向に発生する主ひずみ（ｔ１又はｔ２）に対しては、固定領域Ｓ１、Ｓ２のみが変形する。これにより、主ひずみｔ１による変形と主ひずみｔ２による変形のうちの一方を大きくし、他方を小さくできるので、全体として発生する電圧を大きくすることができ、振動エネルギーを効率的に吸収できる。なお、第５実施形態による圧電素子１２1の固定領域Ｓ１、Ｓ２は、図１４（ａ）に示すような圧電素子１２1の短手方向の両端部の位置に限られるものではない。基準軸Ｇに沿った方向に、固定領域Ｓ１、Ｓ２の短手方向の幅（基準軸Ｇに垂直な方向の幅）よりも大きく離間していれば、Ｘ方向のどの位置にあってもよい。
【００６９】
次に、第５実施形態の効果を確認する実験結果について説明する。この実験においては、図６及び図７の実験の場合と同様に、カーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）で構成した振動体１０を用いた。本実験では、図１５に示すように、振動体１０の表面のうち図２と同様の位置に、圧電素子１２1の一部（固定領域Ｓ１、Ｓ２）のみを貼り付けて装着した。その他の第２〜第４振動モードの圧電素子１２1〜１２4については、第１実施形態の場合と同様の位置に全面を貼り付けて装着した。図１６は、図１５に示す場合の第１〜第４振動モードのモード減衰比を示すグラフである。
【００７０】
図２〜図５では、第１〜第４振動モードの主ひずみ分布によれば、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の正負が逆で（引張と圧縮）、大きさが同程度の領域は、図２に示す第１振動モードにおいて振動体１０の中央の領域Ａ１に現れやすいことが分かる。そこで、ここでは第１振動モードについて第５実施形態の効果を確認する。このため、図１６では、圧電素子１２1のみをインダクタ回路１４1に接続（ＯＮオン）して第１振動モードのモード減衰比が増加するように調整し、他の圧電素子１２2〜１２4はインダクタ回路１４2〜１４4から切断（ＯＦＦオフ）している。
【００７１】
圧電素子１２1の一部のみを振動体１０に貼り付けた図１５の場合の効果（図１６）を、圧電素子１２1の全面を振動体１０に貼り付けた図２の場合の効果（図６）と比較すると、第１振動モードのモード減衰比の増加が、図２ではほとんど見られなかったのに対し、図１６では明確に見られることが分かる。このように、第５実施形態によれば、第１振動モードのように、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の正負が逆で、大きさが同程度の領域を含むことでモード減衰比を調整し難かった振動モードでも、モード減衰比の調整範囲を大きくすることができるので、モード減衰比を調整し易くなる。
【００７２】
これに対して、図２〜図５に示すように他の第２〜第４振動モードの主歪みテンソル分布については、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の正負が逆でも、大きさが比較的大きく異なる領域があるので、圧電素子１２2〜１２4については第１実施形態のように全面を固定領域として固定しても、モード減衰比を調整し易い。したがって、第１振動モードの圧電素子１２1についてのみ、第５実施形態のように一部を接着し、圧電素子１２2〜１２4については第１実施形態と同様に全面を接着することで、第１〜第４振動モードのすべてにおいて、モード減衰比を調整し易くなる。このように、第１実施形態に第５実施形態を組み合わせることで、どのような主歪みテンソル分布の振動モードであっても、モード減衰比を容易に調整できるようになる。
【００７３】
ここで、第１実施形態に第５実施形態を組み合わせた場合の効果を確認する実験結果について説明する。図１７及び図１８は、第１実施形態に第５実施形態を組み合わせた場合の効果を確認するための実験結果を示す図である。この実験では、図１６の実験と同様に、図１５に示す第５実施形態の場合と同様の位置に圧電素子１２1の一部（固定領域Ｓ１、Ｓ２）のみを貼り付け、その他の第２〜第４振動モードの圧電素子１２1〜１２4については、第１実施形態の場合と同様の位置に全面を貼り付けて装着した。
【００７４】
図１７は、第１〜第４振動モードのモード減衰比を示すグラフである。図１８は、振動体１０の振動の周波数特性であり、振動モードの定常特性におけるＱ値の変化を示すゲイン線図である。図１７及び図１８はそれぞれ、図６及び図７に対応しているので、ここでの各グラフの説明は省略する。
【００７５】
図１７及び図１８（圧電素子１２1のみ一部を装着）を、図６及び図７（圧電素子１２1も全面を装着）と比較すると、図１７及び図１８では、圧電素子１２1〜１２4にインダクタ回路１４1〜１４4を接続（ＯＮ）した場合は、圧電素子１２1〜１２4からインダクタ回路１４1〜１４4を切断（ＯＦＦ）した場合に比較して、第２〜第４振動モードだけではなく、第１振動モードについても大きく調整されていることが分かる。このように、第１実施形態に第５実施形態を組み合わせれば、インダクタ回路１４1〜１４4によって、第１〜第４振動モードのすべてのモード減衰比を別々に異なる量だけ大きくすることができる。これによれば、たとえ主ひずみｔ１と主ひずみｔ２との総和の絶対値が小さい領域で占められる特異な振動モードが含まれていても、第１〜第４振動モードの各々について、個別に振動を減衰させることができるので、減衰特性から見た望みの音響特性を実現することができる。したがって、振動体１０による音の聞こえ方を変えることができる。
【００７６】
特に、第１実施形態と第５実施形態を組み合わせることで、どのような平面ひずみの状態の振動モードにおいても、各第１〜第４振動モードのモード減衰比を所望の値に調整できるので、まるで異なる材料の振動体１０が振動したような音にすることができる。例えば図１７は、第１〜第４振動モードのモード減衰比を、木材（ローズウッド）のモード減衰比に合わせた実験結果である。ただし振動体１０には、その第１〜第４振動モードの共振周波数が、この木材振動体が持つ第１〜第４振動モードの周波数に合致するように、平均密度、均質化弾性係数が予め設計されたカーボン繊維強化樹脂が用いられている。図１７に示すように、カーボン繊維強化樹脂の振動体１０の第１〜第４振動モードの振動の減衰特性を、木材（ローズウッド）の第１〜第４振動モードの振動の減衰特性にほぼ完全に一致するように合わせることができる。このため、金属材の振動体１０によって木材のような音響特性を実現することが可能である。通常、振動板の複数の固有振動数を合致させることよりも、複数の減衰特性を一致させることの方が困難なため、本発明はこのような応用に極めて有効である。すなわち、振動体１０はカーボン繊維強化樹脂でありながら、まるで木材（ローズウッド）が振動したときの音に聞こえるようにすることができる。このように本実施形態によれば、振動体１０の振動減衰特性、ひいては振動体１０の振動により発生する音の音響特性を多様に調整することが可能である。
【００７７】
なお、他の第２〜第４振動モードの圧電素子１２2〜１２4についても、第５実施形態のように一部を接着するようにしてもよい。これによれば、第２〜第４振動モードにおいても、第１実施形態の場合よりも吸収できる振動エネルギーの最大値を大きくすることができる可能性があり、モード減衰比の調整範囲を広げることが期待できる。また、振動体１０の表面のうち主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の正負が逆で、大きさにあまり差がないような領域では特に、振動エネルギーを効率的に吸収できるようになるので、圧電素子１２2〜１２4を装着可能な領域を広げることができるとともに、小さな領域で同等のエネルギー吸収効果を得ることが期待できる。
【００７８】
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態を説明する。図１９は、第６実施形態に係る振動構造体１を説明するための図である。第５実施形態では、振動体１０に装着する圧電素子１２1の面のうち基準軸Ｇと直交する方向に延びて、互いに離間した領域Ｓ１、Ｓ２の全部を固定領域とした場合を例示したが、第６実施形態では、上記領域Ｓ１、Ｓ２の一部を固定領域とした場合について説明する。
【００７９】
図１９に示す圧電素子１２1では、圧電素子１２1において基準軸Ｇに垂直な各縁辺のうち一部を固定領域Ｓ１’，Ｓ２’として振動体１０に固定している。これによれば、基準軸Ｇの方向の主ひずみに対しては、圧電素子１２1が固定領域Ｓ１’から固定領域Ｓ２’までの長手方向の広い範囲で変形する。これに対して、基準軸Ｇに直交する主ひずみに対しては、圧電素子１２1が固定領域Ｓ１’、Ｓ２’のみの狭い範囲で変形する。このため、圧電素子１２1を一部の固定領域Ｓ１’、Ｓ２’で振動体１０に固定するようにしても、主ひずみｔ１による変形と主ひずみｔ２による変形のうちの一方を大きくし、他方を小さくできる。これにより、主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の正負が逆で（引張と圧縮）、大きさの差異が小さい領域であっても、効率良く振動エネルギーを吸収することができる。
【００８０】
なお、固定領域Ｓ１’、Ｓ２’の位置は、図１９に示す位置に限られるものではない。例えば図２０に示すように、基準軸Ｇに平行な２つの第１基準軸Ｇ１と第２基準軸Ｇ２を設定し、固定領域Ｓ１’は第１基準軸Ｇ１に公差する領域とし、固定領域Ｓ２’は第２基準軸Ｇ２に公差する領域としてもよい。これによっても、主ひずみｔ１による変形と主ひずみｔ２による変形のうちの一方を大きくし、他方を小さくできる。また、固定領域Ｓ１’、Ｓ２’の位置は、図１９及び図２０に示すような圧電素子１２1の端部でなくてもよい。固定領域Ｓ１’と固定領域Ｓ２’との長手方向の長さよりも短手方向の長さの方が長い位置であれば、圧電素子１２1の端部よりも内側寄りであってもよい。
【００８１】
＜第７実施形態＞
本発明の第７実施形態を説明する。図２１は、第７実施形態に係る振動構造体１を説明するための図である。第５実施形態及び第６実施形態では、圧電素子１２1の一部の領域Ｓ１、Ｓ２を固定領域として振動体１０に固定する場合を例示したが、第７実施形態では、さらに圧電素子１２1にスリット１２ｓ、１２ｓを形成する場合について説明する。
【００８２】
図２１に示す圧電素子１２1は、図１９に示す圧電素子１２1に、基準軸Ｇに沿って延びる２つのスリット１２ｓ、１２ｓを形成したものである。スリット１２ｓ、１２ｓは、圧電素子１２1の長手方向に長尺であり、基準軸Ｇの垂直方向に互いに離間している。圧電素子１２1にこのようなスリット１２ｓ、１２ｓを形成することで、基準軸Ｇに垂直な方向の主ひずみに対して、圧電素子１２1の短手方向の変形を分断させることができる。
【００８３】
このような第７実施形態のスリット１２ｓ、１２ｓによれば、基準軸Ｇに垂直な方向の主ひずみによる変形よりも、基準軸Ｇに沿った方向の主ひずみによる変形を相対的に大きくすることができる。したがって、第７実施形態によれば、圧電素子１２1の変形により発生する電圧をより大きくすることができるので、振動エネルギーをより効率良く吸収できる。なお、図２１では、第５実施形態と同様に、圧電素子１２1の短手方向の両方の端部を固定領域Ｓ１、Ｓ２とした場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば第６実施形態のように圧電素子１２1の固定領域Ｓ１、Ｓ２の一部の領域Ｓ１’Ｓ２’を固定領域としてもよい。
【００８４】
＜第８実施形態＞
本発明の第８実施形態を説明する。図２２は、第８実施形態に係る振動構造体１を説明するための図である。第７実施形態では、圧電素子１２1にスリット１２ｓ、１２ｓを形成する場合を例示したが、第８実施形態では、圧電素子１２1に突起部１２ｐ、１２ｐを形成した場合について説明する。
【００８５】
図２２に示す圧電素子１２1は、図１９に示す圧電素子１２1に、基準軸Ｇに垂直な方向に延びる２つの突起部１２ｐ、１２ｐを形成したものである。突起部１２ｐ、１２ｐは、圧電素子１２1のうち振動体１０に装着される面とは反対側の面から突出している。突起部１２ｐ、１２ｐは、圧電素子１２1と一体であってもよく、別体で形成されて圧電素子１２1に固定されてもよい。突起部１２ｐ、１２ｐは、圧電素子１２1の短手方向に長尺であり、基準軸Ｇに沿った方向に互いに離間している。圧電素子１２1にこのような突起部１２ｐ、１２ｐを形成することで、圧電素子１２1の基準軸Ｇに直交する方向の一部を肉厚にすることができる。これにより、基準軸Ｇに垂直な方向の主ひずみに対して、圧電素子１２1の短手方向の変形を抑えることができる。
【００８６】
このような第８実施形態の突起部１２ｐ、１２ｐによれば、相対的に、基準軸Ｇに垂直な方向の主ひずみによる変形よりも、基準軸Ｇに沿った方向の主ひずみによる変形を大きくすることができる。したがって、第８実施形態によれば、圧電素子１２1の変形により発生する電圧をより大きくすることができるので、振動エネルギーをより効率良く吸収できる。なお、図２２では、第５実施形態と同様に、圧電素子１２1の短手方向の両方の端部を固定領域Ｓ１、Ｓ２とした場合を例示したが、これに限られるものではない。例えば第６実施形態のように圧電素子１２1の固定領域Ｓ１、Ｓ２の一部の領域Ｓ１’Ｓ２’を固定領域としてもよい。
【００８７】
＜第９実施形態＞
本発明の第９実施形態を説明する。図２３は、第９実施形態に係る振動構造体１を説明するための図であり、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は振動構造体１の側面を、基準軸Ｇに垂直な方向から見た図である。第５実施形態では、基準軸Ｇに垂直な方向に延びる領域Ｓ１、Ｓ２を固定領域として圧電素子１２1を振動体１０に固定する場合を例示したが、第９実施形態では、基準軸Ｇに沿って延びる領域Ｓ３を固定領域として圧電素子１２1を振動体１０に固定する場合について説明する。
【００８８】
図２３（ａ）及び（ｂ）に示す圧電素子１２1においては、基準軸Ｇに沿って延びて基準軸Ｇを含む領域Ｓ３を固定領域として振動体１０に固定されており、固定領域Ｓ３以外の領域は固定されていない。固定領域Ｓ３は、圧電素子１２1の長手方向に長尺であり、短手方向に短尺である。これによれば、基準軸Ｇの方向の主ひずみに対しては、圧電素子１２1が領域Ｓ３の長手方向の長い範囲で変形する。これに対して、基準軸Ｇに直交する主ひずみに対しては、領域Ｓ３の短手方向の短い範囲で変形する。このため、圧電素子１２1を固定領域Ｓ３で振動体１０に固定するようにしても、主ひずみｔ１による変形と主ひずみｔ２による変形のうちの一方を大きくし、他方を小さくできる。これにより、これらの主ひずみｔ１と主ひずみｔ２の大きさが比較的大きく異なる領域であっても、効率良く振動エネルギーを吸収することができる。
【００８９】
なお、第９実施形態による圧電素子１２1の固定領域Ｓ３は、基準軸Ｇを含む位置に限られるものではなく、基準軸Ｇに沿っていれば、Ｙ方向のどの位置にあってもよい。また、固定領域Ｓ３は、短手方向よりも長手方向の方が長ければ、基準軸Ｇに対して交差するように傾斜していてもよい。
【００９０】
以上詳述した第１〜第９実施形態の振動構造体として、ギター、バイオリン、ピアノ、打楽器などの楽器を例示し、振動体１０としては楽器の共鳴体を例示した場合を説明したが、これに限られるものではなく、振動により音を発生する振動体を備えるものであれば、どのような振動構造体でも適用可能である。スピーカー、音響機器、電子楽器などの音響構造体や、それ音響構造体以外でも複数の振動モードによる振動で音を発生する様々な振動構造体について適用可能である。
【００９１】
また、第１〜第４実施形態に、第５〜第９実施形態を適宜組合せるようにしてもよい。例えば上述した第５実施形態、第６実施形態、第９実施形態において、第４実施形態のように、凹部３２ａと凸部３４ａとを嵌合させることで、圧電素子１２の一部が振動体１０の表面に装着されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１…振動構造体、１０…振動体、１２（１２1〜１２4）…圧電素子、１２ｓ、１２ｓ…スリット、１２ｐ、１２ｐ…突起部、１４（１４1〜１４4）…インダクタ回路、１６（１６1〜１６4）…共振回路、２０…挟持体、２３…基端部、２３ａ…孔、２５…基端部、２５ａ…孔、２６…支持部材、３２…振動体側装着板、３２ａ…凹部、３４…圧電素子側装着板、３４ａ…凸部、Ｌ1〜Ｌ4…インダクタ、Ｒ1〜Ｒ4…抵抗器、Ｇ…基準軸、Ｋ…板バネ、ｔ１、ｔ２…主ひずみ、Ｓ１、Ｓ２…固定領域、Ｓ１’、Ｓ２’…固定領域、Ｓ３…固定領域、Ｓ１’、Ｓ２’…固定領域。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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