JP4426738B2

JP4426738B2 - 圧電スピーカシステム

Info

Publication number: JP4426738B2
Application number: JP2001167861A
Authority: JP
Inventors: 純一早川
Original assignee: Kenwood KK
Current assignee: Kenwood KK
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2021-06-04
Also published as: JP2002369290A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電スピーカシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子には、１００ｋＨｚ以上の超高域周波数の音波まで再生できる周波数特性を有しているものがある。そのため、圧電素子は、オーディオスピーカとして、高音域を担うツイータやスーパーツイータなどに利用される場合がある。
また、圧電素子を利用したスピーカは小型・軽量なので、電話の受話器や、携帯情報端末や携帯電話等の内蔵スピーカとしても利用されている。例えば、携帯電話では、内部の音源ＬＳＩが再生するメロディー音や着信音は圧電スピーカから発している。
【０００３】
このような圧電スピーカは、例えば、樹脂や金属などの振動板に圧電素子を貼り付けて構成されている。圧電素子に電流を流すと、その電流に応じて圧電素子は変形し、圧電素子が貼付された振動板が駆動され、音（音波）が発する。従来、圧電素子には、超高域成分を含んだ信号がそのまま入力され、上述のように超高域周波数の音波が再現できるスピーカとして利用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この圧電素子は、誘電体の結晶でもあり、電気回路として見た場合には、コンデンサと等価である。そのため、圧電素子は、そのインピーダンスについて、コンデンサと類似の周波数特性を有している。つまり、圧電素子のインピーダンスは、高域周波数になるほど減少する。換言すると、圧電素子に流れる電流は、周波数が高域になるほど流れやすくなる。
従って、仮に、携帯情報端末に内蔵された圧電スピーカに、高域周波数成分の多い信号が供給された場合には、その圧電素子に流れる電流が増加し、圧電スピーカの消費電力が増加する。その結果、携帯情報端末のバッテリが早く消耗してしまう。
【０００５】
また、携帯情報端末において、表示用の液晶パネルを形成するガラス板に圧電素子を直接貼り付けて、ガラス板をスピーカの振動板として利用する場合には、携帯情報端末を小型・軽量化することができる。しかし、圧電素子に高域周波数成分の多い信号が供給されると、ガラス板が通常よりも強く駆動されて割れてしまう場合があった。そのため、圧電素子をガラス板に貼付するには、ガラス板の材質や厚みを調整して強度を増す必要があり、このことは、携帯情報端末等の小型・軽量化を妨げる一因にもなっていた。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みて成されたものであり、消費電力を低減できる圧電スピーカシステムを提供することを目的とする。
また、本発明は、ガラス板が振動により損壊することを防止できる圧電スピーカシステムを提供することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る圧電スピーカシステムは、スペーサを介して筐体に取り付けられた表示用パネルの一部を構成しているガラス板と、電極を備え、該電極に供給された電気信号に応答して振動し、振動を前記ガラス板に伝達する圧電素子と、信号源の発する電気信号のうち所定の周波数以上の成分について信号レベルを低減し、出力信号を前記圧電素子の電極に供給するローパスフィルタと、を備えることを特徴とする。
【０００８】
前記ローパスフィルタは、１０ｋＨｚ以上の周波数成分の信号レベルを所定の割合で減衰するように構成してもよい。
【０００９】
前記圧電素子は、供給される信号の周波数が１オクターブ増加する毎に、そのインピーダンスが６ｄＢで減少し、
前記ローパスフィルタは、カットオフ周波数以上の信号レベルを、周波数が前記カットオフ周波数から１オクターブ増加する毎に６ｄＢ以上の割合で減衰させるように構成されてもよい。
【００１０】
前記表示用パネルは、少なくとも１枚がガラスから構成された２枚の板と、前記２枚の板に挟まれた表示用部材とを備え、前記２枚の板は、それぞれが表示面と裏面を形成し、
前記圧電素子は、前記表示パネルの裏面を形成する板に直接貼り付けられてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る圧電スピーカシステムについて、以下図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、この圧電スピーカシステムを採用した携帯情報端末１００の構成を示す三面図である。図１（ａ）は、この携帯情報端末１００の表示部として液晶パネル１１０が配置された面を示す正面図である。図１（ａ）に示すように、液晶パネル１１０の背後には、圧電素子１２０が配設されている。図１（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ、正面に向かって下方および左方から携帯情報端末１００を見た場合の底面図および左側面図を示している。図１（ｂ）に示すように、液晶パネル１１０は、スペーサ１３０を介して携帯情報端末の筐体１４０に配設されている。
【００１３】
液晶パネル１１０は、２枚のガラス板と、２枚のガラス板の間に配置された液晶分子と、ガラス板間のギャップを保つためのギャップ材とから構成され、各種情報を表示する。２枚のガラス板は、それぞれ表示面と基板（液晶パネル１１０の背面）を構成する。
【００１４】
圧電素子１２０は、例えば、チタン酸バリウムやジルコン・チタン酸鉛系化合物等から構成され、板状に加工され、電極を備えている。
圧電素子１２０は、図１（ｂ）に示すように、液晶パネル１１０の背面のガラス基板の裏に配置され、接着剤で固着されている。従って、圧電素子１２０が、電極に供給される入力信号に応答して駆動すると、液晶パネル１１０のガラス板が振動し、音（音波）が発生する。つまり、圧電素子１２０と液晶パネル１１０のガラス板とは、スピーカの振動板を構成している。
【００１５】
圧電素子１２０は、電気回路として見た場合には、コンデンサと等価である。従って、圧電素子１２０のインピーダンスは、入力信号の周波数の値が大きいほど小さくなる。例えば、圧電素子１２０の静電容量が０．８μＦである場合には、そのインピーダンスは、１ｋＨｚで約２００Ω、１０ｋＨｚで約２０Ω、２０ｋＨｚで約１０Ωとなり、周波数が１オクターブ上がる毎に圧電素子１２０のインピーダンスは６ｄＢずつ減少する（−６ｄＢ／ｏｃｔ）。従って、圧電素子１２０を流れる電流は、周波数が高くなるほど流れやすくなる。
【００１６】
スペーサ１３０は、手で押しても大きくへこまない程度の強度を有しており、例えば、硬質ゴムなどから構成される。スペーサ１３０は、液晶パネル１１０と筐体１４０との間に配設され、液晶パネル１１０のガラス板を振動しやすくする。
【００１７】
この圧電スピーカシステムは、図２に示す駆動回路により、所定の音を発することができる。この駆動回路は、図示するように、信号源１５０と、ローパスフィルタ１６０と、パワーアンプ１７０から構成されている。
【００１８】
信号源１５０は、例えば、所定のメロディ音を再生する音源ＬＳＩおよび、その音源ＬＳＩを制御する制御部等から構成され、所定の音声信号等を出力する。
【００１９】
ローパスフィルタ１６０は、図３に示すように、カットオフ周波数が１０ｋＨｚに設定されており、カットオフ周波数以上の信号成分を周波数が１オクターブ上がる毎に１８ｄＢずつ増加する割合で減衰させる（−１８ｄＢ／ｏｃｔ）。
【００２０】
パワーアンプ１７０は、ローパスフィルタ１６０の出力信号を増幅して出力する。
【００２１】
この圧電スピーカシステムでは、次のようにして所定の音声が再生される。
信号源１５０は、所定の音声信号Ｓ１を出力する。信号源１５０の出力信号Ｓ１は、ローパスフィルタ１６０に供給される。ローパスフィルタ１６０は、供給された信号Ｓ１のうち、１０ｋＨｚ以上の周波数成分を、１８ｄＢ／ｏｃｔでカットし、信号Ｓ２を出力する。パワーアンプ１７０は、ローパスフィルタ１６０の出力信号Ｓ２の信号レベルを増幅し、増幅した信号Ｓ３を圧電素子１２０に供給する。圧電素子１２０は、増幅信号Ｓ３に応じて駆動され、液晶パネル１１０のガラス板は振動して、所定の音声を再生する。
【００２２】
上述のように、ローパスフィルタ１６０の動作により、１０ｋＨｚ以上の周波数成分の信号レベルが１８ｄＢ／ｏｃｔでカットされるので、増幅信号Ｓ３が例えば２０ｋＨｚの場合には、圧電素子１２０には、ローパスフィルタ１６０がない場合に比べて約８分の１の電圧しかかからない。さらに、２０ｋＨｚ以上の超音波成分は、それ以上にカットされている。
【００２３】
一方、圧電素子１２０のインピーダンスの周波数特性は、−６ｄＢ／ｏｃｔなので、仮に、圧電素子１２０に同一の電圧が印加された場合には、その電圧の周波数が高いほど圧電素子１２０には電流が流れやすくなる。
【００２４】
しかし、ローパスフィルタ１６０によるカットオフの周波数特性（−１８ｄＢ／ｏｃｔ）は、圧電素子１２０のインピーダンスの周波数特性（−６ｄＢ／ｏｃｔ）に比べて傾きが十分大きい。このため、圧電素子１２０に流れる電流は、高周波成分になるほど低減されたものとなる。
【００２５】
従って、この圧電スピーカシステムでは、放音に伴う消費電力を低減することができる。また、超高域周波数の信号レベルが低減されるので、ガラス板の振動が低減し、ガラス板が割れるなどの現象を未然に防ぐことができる。
【００２６】
上述の実施形態においては、ローパスフィルタ１６０のカットオフ周波数が１０ｋＨｚに設定されているものとした。しかし、人間の可聴周波数の範囲は約２０Ｈｚから２０ｋＨｚであり、特に感度がよいと言われる百数十Ｈｚから数ｋＨｚ程度の中域成分周波数が残せれば、カットオフ周波数の値は１０ｋＨｚに限定されるものではない。この値が小さいほど、高域周波数の信号レベルを低減し易くなり、消費電力の低減効果は大きくなる。
【００２７】
また、上述の実施形態においては、ローパスフィルタ１６０は、図３に示すスロープのように、カットオフ周波数から１８ｄＢ／ｏｃｔの割合で信号レベルを減衰する周波数特性を有するものとしたが、これに限定されるものではない。その値は、圧電素子１２０のインピーダンスの周波数特性を相殺できるように、６ｄＢ／ｏｃｔ以上の値が望ましい。
【００２８】
また、上述の実施形態においては、圧電素子１２０の駆動回路は、信号源１５０、ローパスフィルタ１６０、および、パワーアンプ１７０から構成されるものとしたが、回路構成はこれに限定されるものではない。
【００２９】
また、上述の実施形態においては、圧電素子１２０は、液晶パネル１１０のガラス板に接着剤で固着されるものとしたが、固着方法は、これに限定されるものではない。例えば、熱的または化学的な方法で固着する等、どのような方法でもよい。また、圧電素子１２０は、ガラス板に直接貼り付けるものとして説明したが、これに限られるものではない。例えば、圧電素子１２０とガラス板の間に、弾性体や金属等から構成された他の部材を挟んで、圧電素子１２０の振動をガラス板に間接的に伝達できるように構成してもよい。
【００３０】
また、上述の実施形態においては、圧電素子１２０は、液晶パネル１１０のガラス板に固着されるものとしたが、例えば、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）を構成するガラス板に貼り付けられるように構成してもよい。
【００３１】
この場合には、圧電スピーカシステムは、携帯情報端末に比べてサイズが大きい電子機器、例えば壁掛けテレビに内蔵される。ＰＤＰは、２枚のガラス板の間に希ガスが封入された構造を有している。圧電素子１２０は、ＰＤＰのガラス基板の裏面に固着される。従って、圧電素子１２０が、駆動回路により駆動されると、ＰＤＰを形成するガラス板が振動し、音（音波）が発生する。つまり、圧電素子１２０とＰＤＰのガラス板とは、スピーカの振動板を構成している。このように、圧電素子を貼り付けたガラス板でＰＤＰが構成されている場合には、振動板のサイズが液晶パネルの場合に比べて大きくなるので、音質が向上する可能性がある。
【００３２】
また、上述の実施形態においては、液晶パネル１１０やＰＤＰを形成する２枚の板は、両方ともガラス板であるものとしたが、これに限定されるものではなく、少なくとも１枚がガラス製であればよい。従って、１枚がガラスから構成され、もう１枚は、例えば、プラスチックから構成されるようにしてもよい。
【００３３】
また、上述の実施形態においては、信号源１５０は、音源ＬＳＩおよび、その制御部により所定の信号を出力するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ＣＤ（コンパクトディスク）などから出力される信号に基づいて、所定の音声を放音するように構成してもよい。同様に、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)やＳＡＣＤ(Super Audio CD)を音源としてもよい。ＤＶＤやＳＡＣＤ等のオーディオ規格は、サンプリング周波数がＣＤに比べて非常に高く、出力信号は、人間の可聴限界周波数（約２０ｋＨｚ）を越える高域周波数成分を含んでいる。従って、この場合には、ＣＤの場合に比べてより顕著な効果が現れる可能性がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、スピーカの消費電力を従来よりも低減することができる。また、この発明によれば、ガラス板が振動により損壊することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電スピーカシステムを内蔵した携帯情報端末の構成を示す三面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る圧電スピーカシステムの駆動回路の構成を示す構成図である。
【図３】ローパスフィルタの周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
１００携帯情報端末
１１０液晶パネル
１２０圧電素子
１３０スペーサ
１４０筐体
１５０信号源
１６０ローパスフィルタ
１７０パワーアンプ

Claims

スペーサを介して筐体に取り付けられた表示用パネルの一部を構成しているガラス板と、
供給された電気信号に応答して振動し、振動を前記ガラス板に伝達する圧電素子と、
信号源の発する電気信号のうち所定の周波数以上の成分について信号レベルを低減し、出力信号を前記圧電素子に供給するローパスフィルタと、
を備えることを特徴とする圧電スピーカシステム。
前記ローパスフィルタは、１０ｋＨｚ以上の周波数成分の信号レベルを所定の割合で減衰することを特徴とする請求項１に記載の圧電スピーカシステム。
前記圧電素子は、供給される信号の周波数が１オクターブ増加する毎に、そのインピーダンスが６ｄＢで減少し、
前記ローパスフィルタは、カットオフ周波数以上の信号レベルを、周波数が前記カットオフ周波数から１オクターブ増加する毎に６ｄＢ以上の割合で減衰させることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電スピーカシステム。
前記表示用パネルは、少なくとも１枚がガラスから構成された２枚の板と、
前記２枚の板に挟まれた表示用部材とを備え、
前記２枚の板は、それぞれが表示面と裏面を形成し、
前記圧電素子は、前記表示パネルの裏面を形成する板に直接貼り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電スピーカシステム。