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JP2012029105A - Oscillation device - Google Patents

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JP2012029105A
JP2012029105A JP2010166541A JP2010166541A JP2012029105A JP 2012029105 A JP2012029105 A JP 2012029105A JP 2010166541 A JP2010166541 A JP 2010166541A JP 2010166541 A JP2010166541 A JP 2010166541A JP 2012029105 A JP2012029105 A JP 2012029105A
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JP
Japan
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vibrator
oscillation device
film
vibration member
demodulating
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Pending
Application number
JP2010166541A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Kishinami
雄一郎 岸波
Yasuharu Onishi
康晴 大西
Atsushi Kuroda
淳 黒田
Motoyoshi Komoda
元喜 菰田
Yukio Murata
行雄 村田
Shigeo Sato
重夫 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a new demodulation system in a parametric speaker.SOLUTION: An oscillation device has: a sheet-like vibration member 10; a vibrator 20 attached to one side of the vibration member 10; a supporting member 40 that supports an edge of the vibration member 10; and a demodulation film 30 opposed to the vibration member 10, and that has at least one penetrating hole 32. The oscillation device has an input part that inputs an oscillation signal to the vibrator 20 to vibrate the vibrator 20 and makes a sonic wave be generated from the vibrator 20 and the vibration member 10. A film thickness of the demodulation film 30 is one-fourth or less of a wavelength of the sonic wave.

Description

本発明は、発振装置に関する。   The present invention relates to an oscillation device.

近年、携帯電話やラップトップ型コンピュータの携帯端末などの需要が拡大している。特にテレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話機能などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。これらの開発の中で、小型でかつ出力が大きい電気音響変換器の要求が高まっている。従来、携帯電話等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜を有する。しかしながら動電型電気音響変換器は、その動作原理及び構造から、薄型化には限界がある。そこで、例えば特許文献1、2に記載されているように、圧電振動子を有するパラメトリックスピーカが新たな電気音響変換器として期待されている。   In recent years, the demand for mobile terminals such as mobile phones and laptop computers has been increasing. In particular, the development of thin mobile terminals with commercial functions such as videophones, video playback, and hands-free phone functions is underway. In these developments, there is an increasing demand for electroacoustic transducers that are small in size and large in output. Conventionally, an electrodynamic electroacoustic transducer is used as an electroacoustic transducer in an electronic device such as a mobile phone. This electrodynamic electroacoustic transducer has a permanent magnet, a voice coil, and a diaphragm. However, the electrodynamic electroacoustic transducer is limited in thickness because of its operation principle and structure. Therefore, for example, as described in Patent Documents 1 and 2, a parametric speaker having a piezoelectric vibrator is expected as a new electroacoustic transducer.

なお、特許文献3には、貫通孔を有する第1及び第2の電極と、第1及び第2の電極により挟まれるとともに導電層を有し、導電層に電圧が印加される振動膜と、を有する静電型超音波トランスデューサーが記載されている。   In Patent Document 3, the first and second electrodes having through holes, the vibrating film sandwiched between the first and second electrodes and having a conductive layer, and a voltage is applied to the conductive layer, An electrostatic ultrasonic transducer is described.

特開2000−005454号公報JP 2000-005454 A 特開2005−101749号公報JP 2005-101749 A 特開2007−195150号公報JP 2007-195150 A

パラメトリックスピーカは、変調された音声信号を発振後に復調することにより、可聴域の音を再生するものである。ここで、新たな復調方式を創出すれば、パラメトリックスピーカの特性をさらに向上させる糸口となる可能性がある。   A parametric speaker reproduces sound in the audible range by demodulating a modulated audio signal after oscillation. Here, if a new demodulation method is created, it may become a clue to further improve the characteristics of the parametric speaker.

本発明の目的は、パラメトリックスピーカにおいて新たな復調方式を実現することができる発振装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an oscillation device that can realize a new demodulation method in a parametric speaker.

本発明によれば、シート状の振動部材と、
前記振動部材の一方の面に取り付けられた振動子と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
前記振動部材に対向し、少なくとも1つの貫通孔が形成された復調膜と、
前記振動子に発振信号を入力することによって前記振動子を振動させて、前記振動子及び前記振動部材より音波を発振させる入力部と、
を備え、
前記復調膜の膜厚が、前記音波の波長の1/4以下であることを特徴とする発振装置が提供される。
According to the present invention, a sheet-like vibration member;
A vibrator attached to one surface of the vibrating member;
A support member for supporting an edge of the vibration member;
A demodulating film facing the vibrating member and having at least one through hole formed thereon;
An input unit that vibrates the vibrator by inputting an oscillation signal to the vibrator and oscillates a sound wave from the vibrator and the vibrating member;
With
An oscillation device is provided in which the thickness of the demodulation film is ¼ or less of the wavelength of the sound wave.

本発明によれば、パラメトリックスピーカにおいて新たな復調方式を実現することができる。   According to the present invention, a new demodulation method can be realized in a parametric speaker.

第1の実施形態に係る発振装置の断面図である。It is sectional drawing of the oscillation apparatus which concerns on 1st Embodiment. 図1の発振装置の復調膜の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a demodulation film of the oscillation device in FIG. 1. 振動子の層構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the layer structure of a vibrator | oscillator. 復調のメカニズムの一例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating an example of the mechanism of a demodulation. 第2の実施形態に係る発振装置の振動子の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the vibrator | oscillator of the oscillation apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る発振装置の断面図である。It is sectional drawing of the oscillation apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る発振装置の断面図である。It is sectional drawing of the oscillation apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る発振装置の断面図である。It is sectional drawing of the oscillation apparatus which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る発振装置の振動子として用いられるMEMSアクチュエータの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the MEMS actuator used as a vibrator | oscillator of the oscillation apparatus which concerns on 6th Embodiment. 発振装置を有する携帯通信端末の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the portable communication terminal which has an oscillation apparatus.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

〔第1の実施形態〕
図1は、第1の実施形態に係る発振装置の構成を示す断面図である。図2は図1の発振装置の復調膜30の平面図である。この発振装置は、シート状の振動部材10、振動子20、復調膜30、支持部材40、信号生成部54及び制御部50を備えている。振動子20は例えば圧電振動子であり、振動部材10の一方の面に取り付けられている。支持部材40は、振動部材10の縁を支持している。復調膜30は、振動部材10に対向している。復調膜30には、少なくとも1つの貫通孔32が形成されている。信号生成部54及び制御部50は、振動子20に発振信号を入力することによって振動子20を振動させて、振動子20及び振動部材10より音波を発振させる発振回路(入力部)を構成している。そして、復調膜30の膜厚は、発振する音波の波長の1/4以下である。この発振装置は、例えばパラメトリックスピーカの発振源として使用される。このパラメトリックスピーカは、例えば電子機器(例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源として使用される。以下、詳細に説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the oscillation device according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the demodulating film 30 of the oscillation device of FIG. The oscillation device includes a sheet-like vibration member 10, a vibrator 20, a demodulation film 30, a support member 40, a signal generation unit 54, and a control unit 50. The vibrator 20 is a piezoelectric vibrator, for example, and is attached to one surface of the vibration member 10. The support member 40 supports the edge of the vibration member 10. The demodulating film 30 faces the vibration member 10. At least one through hole 32 is formed in the demodulating film 30. The signal generation unit 54 and the control unit 50 constitute an oscillation circuit (input unit) that oscillates the transducer 20 by inputting an oscillation signal to the transducer 20 and oscillates a sound wave from the transducer 20 and the vibrating member 10. ing. The thickness of the demodulating film 30 is ¼ or less of the wavelength of the oscillating sound wave. This oscillation device is used as an oscillation source of a parametric speaker, for example. The parametric speaker is used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.). Details will be described below.

振動部材10は、振動子20から発生した振動によって振動し、例えば周波数が20kHz以上の音波を発振する。なお、振動子20も、自身が振動することによって、例えば周波数が20kHz以上の音波を発振する。また振動部材10は、振動子20の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプラインスに依存する。コンプラインスは振動子の機械剛性であるため、振動部材10の剛性を制御することで、振動子20の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材10の厚みは5μm以上500μm以下であることが好ましい。また、振動部材10は、剛性を示す指標である縦弾性係数が1Gpa以上500GPa以下であることが好ましい。振動部材10の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材10を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である振動子20に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。   The vibration member 10 vibrates due to vibration generated from the vibrator 20, and oscillates a sound wave having a frequency of 20 kHz or more, for example. The vibrator 20 also oscillates, for example, a sound wave having a frequency of 20 kHz or more when vibrated. The vibrating member 10 adjusts the basic resonance frequency of the vibrator 20. The fundamental resonance frequency of the mechanical vibrator depends on the load weight and compliance. Since the compliance is the mechanical rigidity of the vibrator, the basic resonance frequency of the vibrator 20 can be controlled by controlling the rigidity of the vibration member 10. The thickness of the vibration member 10 is preferably 5 μm or more and 500 μm or less. In addition, the vibration member 10 preferably has a longitudinal elastic modulus, which is an index indicating rigidity, of 1 GPa or more and 500 GPa or less. When the rigidity of the vibration member 10 is too low or too high, there is a possibility that the characteristics and reliability of the mechanical vibrator are impaired. The material constituting the vibration member 10 is not particularly limited as long as it is a material having a high elastic modulus with respect to the vibrator 20 that is a brittle material, such as metal or resin, but phosphor bronze or the like from the viewpoint of workability and cost. Stainless steel or the like is preferable.

本実施形態において振動子20の平面形状は円形である。ただし振動子20の平面形状は円形に限定されない。振動子20は、振動部材10に対向する面の全面が接着剤によって振動部材10に固定されている。これにより、振動子20の片面の全面が振動部材10によって拘束される。   In the present embodiment, the planar shape of the vibrator 20 is a circle. However, the planar shape of the vibrator 20 is not limited to a circle. The entire surface of the vibrator 20 facing the vibration member 10 is fixed to the vibration member 10 with an adhesive. Thereby, the entire surface of one surface of the vibrator 20 is restrained by the vibration member 10.

信号生成部54は、振動子20に入力する電気信号、例えばパラメトリックスピーカにおける変調信号を生成する。変調信号の輸送波は、例えば、周波数が20kHz以上の超音波であり、具体的には、例えば100kHzの超音波である。制御部50は、外部から入力された情報に応じて、信号生成部54を制御する。発振装置をスピーカとして使用する場合、制御部50に入力される情報は音声信号である。   The signal generation unit 54 generates an electrical signal input to the vibrator 20, for example, a modulation signal in a parametric speaker. The transport wave of the modulation signal is, for example, an ultrasonic wave having a frequency of 20 kHz or higher, and specifically, an ultrasonic wave having a frequency of 100 kHz, for example. The control unit 50 controls the signal generation unit 54 in accordance with information input from the outside. When the oscillation device is used as a speaker, information input to the control unit 50 is an audio signal.

復調膜30の膜厚は、上記のように、振動子20及び振動部材10により発振される音波の波長の1/4以下である。
ここで、信号生成部54は、所定範囲内の周波数の音波が振動子20及び振動部材10から発振されるように、所定の変調信号を振動子20に入力することが好ましい。振動子20及び振動部材10により発振される音波が経時的に変動したとしても、復調膜30の膜厚が、振動子20及び振動部材10により発振される音波の波長の1/4以下であるという条件を満たせばよい。
As described above, the thickness of the demodulating film 30 is ¼ or less of the wavelength of the sound wave oscillated by the vibrator 20 and the vibrating member 10.
Here, the signal generation unit 54 preferably inputs a predetermined modulation signal to the vibrator 20 so that a sound wave having a frequency within a predetermined range is oscillated from the vibrator 20 and the vibrating member 10. Even if the sound wave oscillated by the vibrator 20 and the vibration member 10 fluctuates with time, the film thickness of the demodulation film 30 is ¼ or less of the wavelength of the sound wave oscillated by the vibrator 20 and the vibration member 10. It is sufficient to satisfy the condition.

復調膜30は、例えば樹脂により構成されている。復調膜30の厚みは、電気音響変換器の形状を損なわせいため、0.5mm以下が好ましい。復調膜30を構成する樹脂材料は特に限定されないが、汎用性や加工性を考慮すると、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ウレタン、又はポリエチレンなどが好ましい。   The demodulating film 30 is made of, for example, a resin. The thickness of the demodulating film 30 is preferably 0.5 mm or less in order to damage the shape of the electroacoustic transducer. The resin material constituting the demodulating film 30 is not particularly limited, but in view of versatility and workability, PET (polyethylene terephthalate), urethane, polyethylene, or the like is preferable.

本実施形態において、復調膜30は、複数の貫通孔32を全面に亘って分散した配置で有している。また復調膜30は、縁が支持部材40に固定されている。復調膜30は、例えば、振動子20を介して振動部材10とは反対側に位置している。ただし復調膜30は、振動部材10を介して振動子20とは反対側に位置していてもよい。   In the present embodiment, the demodulating film 30 has a plurality of through holes 32 arranged in a distributed manner over the entire surface. Further, the edge of the demodulating film 30 is fixed to the support member 40. For example, the demodulating film 30 is located on the opposite side of the vibrating member 10 with the vibrator 20 interposed therebetween. However, the demodulating film 30 may be located on the side opposite to the vibrator 20 via the vibrating member 10.

図3は、振動子20の厚さ方向の層構造を示す断面図である。振動子20は、圧電体22、上面電極24、及び下面電極26を有している。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the layer structure of the vibrator 20 in the thickness direction. The vibrator 20 includes a piezoelectric body 22, an upper surface electrode 24, and a lower surface electrode 26.

圧電体22は厚さ方向に分極している。圧電体22を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩(PZT)やチタン酸バリウム(BaTiO3)であるのが好ましい。圧電体22の厚さh1は、例えば10μm以上1mm以下である。厚さh1が10μm未満の場合、発振装置の製造時に振動子20が破損する可能性が生じる。また厚さh1が1mm超の場合、電気機械変換効率が低くなりすぎてしまい、十分な大きさの振動を得られない可能性がある。その理由は、振動子20の厚さが厚くなると、圧電振動子内における電界強度は反比例して小さくなるためである。   The piezoelectric body 22 is polarized in the thickness direction. The material constituting the piezoelectric body 22 may be either an inorganic material or an organic material as long as it has a piezoelectric effect. However, a material having high electromechanical conversion efficiency, for example, zirconate titanate (PZT) or barium titanate (BaTiO3) is preferable. The thickness h1 of the piezoelectric body 22 is, for example, not less than 10 μm and not more than 1 mm. When the thickness h1 is less than 10 μm, there is a possibility that the vibrator 20 is damaged during the manufacture of the oscillation device. On the other hand, if the thickness h1 is more than 1 mm, the electromechanical conversion efficiency becomes too low, and there is a possibility that a sufficiently large vibration cannot be obtained. The reason is that as the thickness of the vibrator 20 increases, the electric field strength in the piezoelectric vibrator decreases in inverse proportion.

上面電極24及び下面電極26を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀/パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗で汎用的な電極材料として使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀/パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上面電極24及び下面電極26の厚さh2は特に限定されないが、その厚さh2が1μm以上50μm以下であるのが好ましい。厚さh2が1μm未満では、上面電極24及び下面電極26を均一に成形することが難しくなり、その結果、電気機械変換効率が低下する可能性がある。また、上面電極24及び下面電極26の膜厚が100μmを超える場合は、上面電極24及び下面電極26が圧電体22に対して拘束面となり、エネルギー変換効率を低下させてしまう可能性が生じる。   Although the material which comprises the upper surface electrode 24 and the lower surface electrode 26 is not specifically limited, For example, silver and silver / palladium can be used. Since silver is used as a general-purpose electrode material with low resistance, it has advantages in manufacturing process and cost. Since silver / palladium is a low-resistance material excellent in oxidation resistance, there is an advantage from the viewpoint of reliability. The thickness h2 of the upper surface electrode 24 and the lower surface electrode 26 is not particularly limited, but the thickness h2 is preferably 1 μm or more and 50 μm or less. When the thickness h2 is less than 1 μm, it is difficult to uniformly mold the upper surface electrode 24 and the lower surface electrode 26, and as a result, the electromechanical conversion efficiency may be reduced. Moreover, when the film thickness of the upper surface electrode 24 and the lower surface electrode 26 exceeds 100 μm, the upper surface electrode 24 and the lower surface electrode 26 serve as constraining surfaces with respect to the piezoelectric body 22, and there is a possibility that energy conversion efficiency is reduced.

次に、発振装置の製造方法を説明する。まず、振動子20を所定の平面形状に加工する。また振動部材10を所定の形状に加工する。この段階で、振動子20の圧電体22には既に分極処理がなされている。次いで、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて、振動子20を振動部材10に固定する。なお振動部材10を支持部材40に固定するタイミングは、振動子20を振動部材10に固定した後であってもよいし、固定する前であってもよい。支持部材40は、例えばステンレスなどの金属により形成される。そして振動部材10に振動子20を固定し、且つ、振動部材10を支持部材40に固定した後、復調膜30を支持部材40に取り付ける。   Next, a method for manufacturing the oscillation device will be described. First, the vibrator 20 is processed into a predetermined planar shape. Further, the vibrating member 10 is processed into a predetermined shape. At this stage, the piezoelectric body 22 of the vibrator 20 has already been polarized. Next, the vibrator 20 is fixed to the vibration member 10 using an adhesive such as an epoxy resin. The timing for fixing the vibration member 10 to the support member 40 may be after the vibrator 20 is fixed to the vibration member 10 or before the vibration member 10 is fixed. The support member 40 is made of a metal such as stainless steel. Then, after fixing the vibrator 20 to the vibration member 10 and fixing the vibration member 10 to the support member 40, the demodulating film 30 is attached to the support member 40.

ここで、振動子20は、外径=φ18mm、内径=φ12mm、厚み=100μmとすることができる。また上面電極24及び下面電極26としては、例えば厚み8μmの銀/パラジウム合金(重量比は例えば7:3)を用いることができる。また振動部材10は、外径=φ20mm、厚み=50μm(0.3mm)のリン青銅を用いることができる。支持部材40は発振装置のケースとして機能するものであり、例えば、外径=φ22mm、内径=φ20mmの筒状(例えば円筒状)に形成されている。   Here, the vibrator 20 can have an outer diameter = φ18 mm, an inner diameter = φ12 mm, and a thickness = 100 μm. Further, as the upper surface electrode 24 and the lower surface electrode 26, for example, a silver / palladium alloy having a thickness of 8 μm (weight ratio is, for example, 7: 3) can be used. The vibrating member 10 may be made of phosphor bronze having an outer diameter = φ20 mm and a thickness = 50 μm (0.3 mm). The support member 40 functions as a case of the oscillation device, and is formed in a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) having an outer diameter = φ22 mm and an inner diameter = φ20 mm, for example.

次に、本実施形態に係る発振装置をパラメトリックスピーカとして用いる場合について説明する。   Next, a case where the oscillation device according to the present embodiment is used as a parametric speaker will be described.

まず、一般的なパラメトリックスピーカの原理を説明する。パラメトリックスピーカは、複数の発振源それぞれからAM変調やDSB変調、SSB変調、FM変調をかけた超音波(輸送波)を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音を出現させるものである。ここでの非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することを示す。音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波周波数帯では音波の非線形性が容易に観察できる。そして超音波を空気中に放射した場合、音波の非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中において分子密度に濃淡が生じる疎密状態である。そして空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じる。この衝撃波により可聴音が発生する。   First, the principle of a general parametric speaker will be described. A parametric speaker emits ultrasonic waves (transport waves) subjected to AM modulation, DSB modulation, SSB modulation, and FM modulation from each of a plurality of oscillation sources into the air, and due to nonlinear characteristics when the ultrasonic waves propagate into the air , To make an audible sound appear. Non-linear here means that the flow changes from laminar flow to turbulent flow when the Reynolds number indicated by the ratio between the inertial action and the viscous action of the flow increases. Since the sound wave is slightly disturbed in the fluid, the sound wave propagates nonlinearly. In particular, in the ultrasonic frequency band, the nonlinearity of sound waves can be easily observed. And when an ultrasonic wave is radiated in the air, harmonics accompanying the nonlinearity of the sound wave are remarkably generated. The sound wave is a dense state where the density of the molecular density is generated in the air. When it takes time for air molecules to recover from compression, air that cannot be recovered after compression collides with air molecules that continuously propagate, and a shock wave is generated. An audible sound is generated by this shock wave.

次に、本実施形態の発振装置をパラメトリックスピーカとして用いた場合の原理を説明する。本実施形態において振動子20に変調信号が入力されると、振動子20及び振動部材10から、変調信号に従った超音波が放射される。   Next, the principle when the oscillation device of this embodiment is used as a parametric speaker will be described. In this embodiment, when a modulation signal is input to the vibrator 20, ultrasonic waves according to the modulation signal are emitted from the vibrator 20 and the vibration member 10.

図4はこの放射される超音波の復調のメカニズムの一例を示す模式図であり、図1の断面図と対応している。図4に示すように、放射された超音波の一部1は、例えば振動子20から貫通孔32へ向けて直進する。また、放射された超音波の他の一部2は、例えば、振動子20から復調膜30の裏面(振動子20と対向する面)へ向けて直進した後、この裏面に沿って貫通孔32側へ進む。こうして、超音波の一部1と一部2とは、貫通孔32の近傍の干渉領域3にて互いに干渉する。ここで、超音波の一部1は干渉領域3へ向けて直進するのに対し、一部2は屈曲した経路で干渉領域3へ到達する。つまり、超音波の他の一部2は一部1よりも長い距離を経由して干渉領域3へ到達する。このため、干渉領域3へ到達するまでに、超音波の一部1と一部2とで位相差が生じている。そして互いに位相がずれた超音波の一部1と一部2とが重なり合うことにより、可聴音が生成(復調)される。   FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a mechanism for demodulating the emitted ultrasonic wave, and corresponds to the cross-sectional view of FIG. As shown in FIG. 4, a part 1 of the emitted ultrasonic wave travels straight from the vibrator 20 toward the through hole 32, for example. The other part 2 of the emitted ultrasonic wave, for example, travels straight from the transducer 20 toward the back surface of the demodulating film 30 (the surface facing the transducer 20), and then passes through the through hole 32 along the back surface. Go to the side. Thus, the ultrasonic waves 1 and 2 interfere with each other in the interference region 3 near the through hole 32. Here, part 1 of the ultrasonic wave goes straight toward the interference region 3, while part 2 reaches the interference region 3 through a bent path. That is, the other part 2 of the ultrasonic wave reaches the interference region 3 via a distance longer than the part 1. For this reason, there is a phase difference between part 1 and part 2 of the ultrasonic wave before reaching the interference region 3. An audible sound is generated (demodulated) by overlapping a part 1 and a part 2 of the ultrasonic waves that are out of phase with each other.

ここで、復調膜30の膜厚が発振される音波の波長の1/4を超える場合の動作を説明する。復調膜30は、空気とは音波の伝播速度が異なると考えられる。このため、貫通孔32を通過する超音波と、復調膜30の中を進んだ後に復調膜30から放射された超音波との間には、位相差が生じる。そして、これらの超音波が互いに重なり合うことによる復調が生じる。復調膜30の膜厚が波長の1/4を超える場合の方が、このメカニズムでの復調が生じやすくなると同時に、図4を用いて上述したようなメカニズムでの復調が生じにくくなる。
これに対し、本実施形態では、復調膜30の膜厚が、発振される音波の波長の1/4以下であるため、図4を用いて上述したようなメカニズムでの復調が優先的に生じる。
また、復調膜30は内部損失が大きい材料により構成され、その値は振動部材10の内部損失よりも大きい。本実施形態では、復調膜30の中を進んだ超音波が復調された可聴音よりも、例えば上述したような経路の超音波の一部1と一部2とが復調された可聴音が支配的となるため、音質の劣化を抑制することができる。
Here, the operation when the film thickness of the demodulating film 30 exceeds ¼ of the wavelength of the oscillated sound wave will be described. The demodulating film 30 is considered to have a sound wave propagation speed different from that of air. Therefore, a phase difference is generated between the ultrasonic wave passing through the through hole 32 and the ultrasonic wave radiated from the demodulating film 30 after traveling through the demodulating film 30. Then, demodulation is caused by the superposition of these ultrasonic waves. When the thickness of the demodulating film 30 exceeds ¼ of the wavelength, demodulation by this mechanism is more likely to occur, and at the same time, demodulation by the mechanism described above with reference to FIG. 4 is less likely to occur.
On the other hand, in the present embodiment, since the thickness of the demodulating film 30 is ¼ or less of the wavelength of the oscillated sound wave, demodulation by the mechanism as described above with reference to FIG. 4 occurs preferentially. .
The demodulating film 30 is made of a material having a large internal loss, and the value thereof is larger than the internal loss of the vibration member 10. In the present embodiment, the audible sound obtained by demodulating part 1 and part 2 of the ultrasonic wave in the path as described above is more dominant than the audible sound obtained by demodulating the ultrasonic wave traveling through the demodulating film 30. Therefore, deterioration of sound quality can be suppressed.

なお、超音波の一部1と一部2との位相差は、発振される音波の波長の1/4以下であることが好ましい。仮に、超音波の一部1と一部2との位相差が波長の1/2であれば、一部1と一部2とが互いに相殺されてしまう。また、超音波の一部1と一部2との位相差が波長の1/2に近づくほど、相殺される割合が高まるため、可聴音の出力が低下する。
これに対し、超音波の一部1と一部2との位相差を1/4以下とすることにより、確実に可聴音の復調を実現しつつ、可聴音の出力効率を高めることができる。
そして、貫通孔32の半径を発振される音波の波長の1/4以下とすることにより、超音波の一部1と一部2との位相差を発振される音波の波長の1/4以下にし易くなる。
The phase difference between the part 1 and the part 2 of the ultrasonic waves is preferably ¼ or less of the wavelength of the oscillated sound wave. If the phase difference between the part 1 and the part 2 of the ultrasonic wave is ½ of the wavelength, the part 1 and the part 2 cancel each other. Also, the closer the phase difference between part 1 and part 2 of the ultrasonic wave is to ½ of the wavelength, the higher the canceling ratio, and the lower the output of audible sound.
On the other hand, by setting the phase difference between the part 1 and the part 2 of the ultrasonic wave to ¼ or less, the output efficiency of the audible sound can be improved while the audible sound is reliably demodulated.
Then, by setting the radius of the through hole 32 to ¼ or less of the wavelength of the oscillated sound wave, the phase difference between the part 1 and part 2 of the ultrasonic wave is ¼ or less of the wavelength of the oscillated sound wave. It becomes easy to.

また、復調膜30が金属膜等の硬質材料により構成されている場合、超音波の他の一部2は復調膜30にて反射し易いため、上述したような理想的な経路では進みにくくなる。
これに対し、本実施形態では、復調膜30は、樹脂等の軟質材料により構成されているため、超音波の他の一部2は復調膜30にて反射しにくくなるとともに、上述したような理想的な経路で進みやすくなる。その結果、図4を用いて説明したメカニズムでの復調が生じやすくなる。
In addition, when the demodulating film 30 is made of a hard material such as a metal film, the other part 2 of the ultrasonic wave is easily reflected by the demodulating film 30, and thus it is difficult to travel on the ideal path as described above. .
On the other hand, in the present embodiment, the demodulating film 30 is made of a soft material such as a resin, so that the other part 2 of the ultrasonic wave is less likely to be reflected by the demodulating film 30, and as described above. It becomes easy to go on an ideal route. As a result, demodulation with the mechanism described with reference to FIG. 4 is likely to occur.

このように、本実施形態によれば、パラメトリックスピーカにおいて新たな復調方式を実現することができる。   Thus, according to the present embodiment, a new demodulation method can be realized in the parametric speaker.

〔第2の実施形態〕
図5は第2の実施形態に係る発振装置の振動子20の構成を示す分解斜視図である。本実施形態に係る発振装置は、振動子20が圧電体22と電極24とを交互に複数積層させた構造を有している点を除いて、第1の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。図5では、圧電体22及び電極24がそれぞれ4層ずつで、合計8層の例を示している。圧電体22の分極方向は、一層ごとに入れ替わっており、互い違いになっている。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of the vibrator 20 of the oscillation device according to the second embodiment. The oscillation device according to the present embodiment is the same as the oscillation device according to the first embodiment, except that the vibrator 20 has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies 22 and electrodes 24 are alternately stacked. It is a configuration. FIG. 5 shows an example in which the piezoelectric body 22 and the electrode 24 each have four layers, for a total of eight layers. The polarization direction of the piezoelectric body 22 is changed every layer and is alternated.

本実施形態においても第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また振動子20を、複数の圧電体22と電極24とを交互に複数積層させた構造にしているため、振動子20の伸縮量が大きくなる。従って、発振装置の出力を大きくすることができる。   In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the vibrator 20 has a structure in which a plurality of piezoelectric bodies 22 and electrodes 24 are alternately laminated, the amount of expansion and contraction of the vibrator 20 increases. Therefore, the output of the oscillation device can be increased.

〔第3の実施形態〕
図6は第3の実施形態に係る発振装置の断面図である。本実施形態に係る発振装置においては、第1又は第2の実施形態に係る発振装置が、復調膜30及び振動部材10の面方向に複数並んで設けられている。
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また複数の発振装置を有しているため、出力を大きくすることができる。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view of the oscillation device according to the third embodiment. In the oscillation device according to the present embodiment, a plurality of the oscillation devices according to the first or second embodiment are provided side by side in the surface direction of the demodulation film 30 and the vibration member 10.
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, since a plurality of oscillation devices are provided, the output can be increased.

〔第4の実施形態〕
図7は、第4の実施形態に係る発振装置の断面図である。この発振装置は、振動部材10の両面にそれぞれ振動子20を有している点を除いて、第1又は第2の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。すなわち本実施形態において、発振装置は、振動部材10の両面を振動子20で拘束したバイモルフ構造を有している。各振動子20には、信号生成部54から発振信号が入力されるようになっている。2つの振動子20は、互いに同一形状であってもよいし、異なる形状であってもよい。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a cross-sectional view of the oscillation device according to the fourth embodiment. This oscillation device has the same configuration as that of the oscillation device according to the first or second embodiment, except that the vibrator 20 is provided on both surfaces of the vibration member 10. That is, in this embodiment, the oscillation device has a bimorph structure in which both surfaces of the vibration member 10 are constrained by the vibrator 20. An oscillation signal is input to each transducer 20 from the signal generation unit 54. The two vibrators 20 may have the same shape or different shapes.

本実施形態によっても第1又は第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。また振動子20がバイモルフ構造を有しているため、より大きな振動を得ることができる。   According to this embodiment, the same effect as that of the first or second embodiment can be obtained. Further, since the vibrator 20 has a bimorph structure, a larger vibration can be obtained.

〔第5の実施形態〕
図8は、第5の実施形態に係る発振装置の断面図である。この発振装置は、振動部材10が第2振動部材60を介して支持部材40に取り付けられている点を除いて、第1〜第4の実施形態のいずれかと同様の構成である。なお図8は、この点を除いて第1の実施形態と同様の場合を図示している。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view of the oscillation device according to the fifth embodiment. This oscillation device has the same configuration as that of any of the first to fourth embodiments, except that the vibration member 10 is attached to the support member 40 via the second vibration member 60. FIG. 8 illustrates a case similar to that of the first embodiment except for this point.

第2振動部材60は、振動部材10よりも剛性が低くなるように形成されている。第2振動部材60は、例えばウレタン、PET、及びポリエチレンなどの樹脂材料により形成されている。第2振動部材60の厚さは、特に限定されないが、振動部材10の端部の動きやすさが確保でき、かつ耐久性が基準を満たすように、その値が決定される。   The second vibration member 60 is formed so as to have lower rigidity than the vibration member 10. The second vibrating member 60 is formed of a resin material such as urethane, PET, and polyethylene. Although the thickness of the 2nd vibration member 60 is not specifically limited, The value is determined so that the ease of a movement of the edge part of the vibration member 10 can be ensured, and durability satisfy | fills a reference | standard.

本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また振動部材10が第2振動部材60を介して支持部材40に取り付けられているため、振動部材10の端部を自由端に近づけることができる。従って、振動部材10の振動における体積排除量が大きくなり、発振装置の出力を大きくすることができる。また振動部材10及び振動子20の耐衝撃性を高くすることができる。   Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the vibration member 10 is attached to the support member 40 via the second vibration member 60, the end of the vibration member 10 can be brought closer to the free end. Therefore, the volume exclusion amount in the vibration of the vibration member 10 is increased, and the output of the oscillation device can be increased. Further, the impact resistance of the vibrating member 10 and the vibrator 20 can be increased.

〔第6の実施形態〕
本実施形態に係る発振装置は、振動子20の代わりに、図9に示したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)アクチュエータ70を有している点を除いて、第1〜第5の実施形態に係る発振装置のいずれかと同様の構成である。
[Sixth Embodiment]
The oscillating device according to the present embodiment relates to the first to fifth embodiments except that it has a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) actuator 70 shown in FIG. The configuration is the same as that of any of the oscillation devices.

図9に示す例において、MEMSアクチュエータ70の駆動方式は圧電方式であり、圧電薄膜層72を上部可動電極層74及び下部可動電極層76ではさんだ構造を有している。MEMSアクチュエータ70は、信号生成部54から上部可動電極層74及び下部可動電極層76に信号が入力されることにより動作する。MEMSアクチュエータ70の製造には、例えばエアロゾルデポジション法が用いられるが、この方法に限定されない。ただしエアロゾルデポジション法を用いた場合、圧電薄膜層72、上部可動電極層74及び下部可動電極層76をそれぞれ曲面上にも成膜できるため好ましい。なおMEMSアクチュエータ70の駆動方式は、静電方式、電磁方式、又は熱伝導方式であってもよい。   In the example shown in FIG. 9, the driving method of the MEMS actuator 70 is a piezoelectric method, and has a structure in which a piezoelectric thin film layer 72 is sandwiched between an upper movable electrode layer 74 and a lower movable electrode layer 76. The MEMS actuator 70 operates when a signal is input from the signal generation unit 54 to the upper movable electrode layer 74 and the lower movable electrode layer 76. For example, an aerosol deposition method is used for manufacturing the MEMS actuator 70, but the method is not limited to this method. However, it is preferable to use the aerosol deposition method because the piezoelectric thin film layer 72, the upper movable electrode layer 74, and the lower movable electrode layer 76 can be formed on curved surfaces. The driving method of the MEMS actuator 70 may be an electrostatic method, an electromagnetic method, or a heat conduction method.

本実施形態によっても、第1〜第5の実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。   Also according to the present embodiment, the same effects as in any of the first to fifth embodiments can be obtained.

なお、上記の各実施形態に係る発振装置は、例えば図10に示すように、携帯通信端末100のスピーカ102として用いることができる。   Note that the oscillation device according to each of the above embodiments can be used as the speaker 102 of the mobile communication terminal 100, for example, as shown in FIG.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

1 超音波の一部
2 超音波の他の一部
3 干渉領域
10 振動部材
20 振動子
22 圧電体
24 上面電極
26 下面電極
30 復調膜
32 貫通孔
40 支持部材
50 制御部
54 信号生成部
60 第2振動部材
70 MEMSアクチュエータ
72 圧電薄膜層
74 上部可動電極層
76 下部可動電極層
100 携帯通信端末
102 スピーカ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Part of ultrasonic wave 2 Other part of ultrasonic wave 3 Interference area 10 Vibrating member 20 Vibrator 22 Piezoelectric body 24 Upper surface electrode 26 Lower surface electrode 30 Demodulating film 32 Through-hole 40 Support member 50 Control part 54 Signal generation part 60 1st 2 vibration member 70 MEMS actuator 72 Piezoelectric thin film layer 74 Upper movable electrode layer 76 Lower movable electrode layer 100 Portable communication terminal 102 Speaker

Claims (10)

シート状の振動部材と、
前記振動部材の一方の面に取り付けられた振動子と、
前記振動部材の縁を支持する支持部材と、
前記振動部材に対向し、少なくとも1つの貫通孔が形成された復調膜と、
前記振動子に発振信号を入力することによって前記振動子を振動させて、前記振動子及び前記振動部材より音波を発振させる入力部と、
を備え、
前記復調膜の膜厚が、前記音波の波長の1/4以下であることを特徴とする発振装置。
A sheet-like vibrating member;
A vibrator attached to one surface of the vibrating member;
A support member for supporting an edge of the vibration member;
A demodulating film facing the vibrating member and having at least one through hole formed thereon;
An input unit that vibrates the vibrator by inputting an oscillation signal to the vibrator and oscillates a sound wave from the vibrator and the vibrating member;
With
An oscillation device, wherein the thickness of the demodulating film is ¼ or less of the wavelength of the sound wave.
前記入力部は、前記振動子を20kHz以上の周波数で振動させることにより、前記振動子及び前記振動部材より周波数が20kHz以上の音波を発振させることを特徴とする請求項1に記載の発振装置。   2. The oscillation device according to claim 1, wherein the input unit oscillates a sound wave having a frequency of 20 kHz or more from the vibrator and the vibration member by vibrating the vibrator at a frequency of 20 kHz or more. 前記貫通孔の半径が前記音波の波長の1/4以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein a radius of the through hole is equal to or less than ¼ of a wavelength of the sound wave. 前記復調膜は樹脂膜であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein the demodulation film is a resin film. 前記復調膜は、前記支持部材に縁が固定されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein an edge of the demodulating film is fixed to the support member. 前記振動子は圧電振動子であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein the vibrator is a piezoelectric vibrator. 前記振動子はMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)であり、その駆動方式は圧電方式であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein the vibrator is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) and a driving method thereof is a piezoelectric method. 前記振動子はMEMSであり、その駆動方式は静電方式であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein the vibrator is a MEMS, and a driving method thereof is an electrostatic method. 前記振動子はMEMSであり、その駆動方式は電磁方式であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein the vibrator is a MEMS, and a driving method thereof is an electromagnetic method. 前記振動子はMEMSであり、その駆動方式は熱伝導方式であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の発振装置。   The oscillation device according to claim 1, wherein the vibrator is a MEMS, and a driving method thereof is a heat conduction method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012239023A (en) * 2011-05-11 2012-12-06 Denso Corp Parametric speaker
CN106331916A (en) * 2015-06-16 2017-01-11 钰太芯微电子科技(上海)有限公司 Frequency selection device, ultrasonic microphone and terminal equipment

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