JPH02141096A - 圧電スピーカ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電スピーカに関し、特に、ＰＣＭ信号のよ
うなデジタル化された音声信号により直接駆動すること
が可能なデジタル・スピーカに関する。

〔従来の技術〕

第２図に示すように、デジタル・オーディオ・システム
では、アナログ信号の形態の音声信号を、ＰＣＭ変調器
１で変調してデジタル信号とし、伝送・記録・再生系を
経て、再度ＰＣＭ復調器２によりアナログ信号とし、ス
ピーカ３に入力していた。スピーカ３としては、電磁型
、静電型あるいは圧電型等の種々の電気−音９変換形弐
のものが用いられている。

デジタル・オーディオ・システムでは、アナログの音声
信号をデジタル信号に変換して伝送・記録・再生するも
のであるため、非常に高いＳ／Ｎ比及び大きなダイナミ
ックレンジを実現することが可能である。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕従来のデジタル
・オーディオ・システムにおいては、スピーカ３にはア
ナログの音声信号を入力しなければ、原音を再生するこ
とがてきなかった。

従って、ＰＣＭ復調器２のようなり／Ａ変換能を有する
復調器を、伝送・記録・再生系とスピーカ３との間に接
続する必要があった。その結果、非常に高価なＰＣＭ復
調器を要するため、システム全体のコストがかなり高い
ものとなり、またシステムの小型化、軽量化及び低消費
電力化を妨げる要因となっていた。

本発明の目的は、デジタル化された音声信号を直接入力
して原音を再生し得るデジタル・スピーカを提供するこ
とにある。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本発明は、圧電効果による屈曲振動を利用したスピーカ
であり、デジタル化された音声信号により直接駆動する
ことを可能とするものである０本発明のスピーカでは、
弾性体よりなる振動板に、デジタル入力信号の各ビット
信号毎に駆動される複数の圧電振動部が貼付けられてい
る。

各圧電振動部は、圧電セラミック板の両主面に電極を形
成することにより構成された単板型の圧電振動部、ある
いは少なくとも１の内部電極を圧電セラミック板内に形
成することにより、少なくとも２の圧電セラミック層を
介して複数の電極が重なり合うように構成された積層型
の圧電振動部からなる。各圧電振動部が、デジタル入力
信号の各ビット桁の重みに対応した音圧を発生するよう
に、複数の上記圧電振動部の電極間に挟まれた圧電セラ
ミック層の数が相互に異ならされている。

〔作用〕

デジタル化された音声信号は、バイナリコードの形態と
されており、本発明では、各圧電振動部に、このバイナ
リコードの各ビット信号を入力することにより、各圧電
振動部がビット桁毎に駆動される。そして、各圧電振動
部は、電極間に介在された圧電セラミック層の数が相互
に異ならされており、それによって各圧電振動部が各ビ
ット桁の重みに対応した音圧を発生するように構成され
ている。よって、デジタル入力信号により複数の圧電振
動部が直接駆動され、その結果、ＰＡＭ波ひいては原音
の連続波形が再生される。

〔実施例の説明〕

第１図は、本発明の一実施例の圧電スピーカの概略を示
す斜視図である。本実施例は、５ビツトのＰＣＭ信号に
より直接駆動されるデジタルスピーカに適用したもので
ある。

真鍮等の金属材料のような弾性材により、矩形の振動板
１１が構成されている。この振動板１１上には、導電性
接着剤（図示せず）を用いて、圧電セラミック板１２が
貼付けられている。圧電セラミック板１２には、以下の
詳述する、両主面及び内部に電極を形成することにより
、第１〜第４の圧電振動部１３〜１６が４個の等面積の
領域に形成されており、かつこの各圧電振動部１３〜１
６がデジタル入力信号の各ビット桁毎に駆動されるよう
に構成されている。

第３図（ａ）〜（ｄ）は、第１〜第４の圧電振動部１３
〜１６の構成を示す断面図である。

第３図（ａ）に示すように、第１の圧電振動部１３では
圧電セラミック板１２の両主面に電極１３ａ〜１３ｂが
形成されている。すなわち、この圧電振動部１３は、圧
電セラミック板１２の両主面にのみｔ掻を形成した単板
型圧電振動部の形態とされている。

他方、第３図（ｂ）に示すように、第２の圧電振動部１
４は、圧電セラミック板１２の厚み方向中央に内部電極
１４ａを形成し、両主面に電極１４ｂ、１４ｃを形成し
た構造を有する。両主面に形成された電極１４　ｂ、　
　１４　ｃは、第１図に示す接続導電部１７により相互
に電気的に接続されている。従うて、第２の圧電振動部
１４は、内部電極１４ａにより隔てられた２層の圧電セ
ラミック層１２ａ、１２ｂを有する積層型の圧電振動部
とされている。

第３及び第４の圧電振動部１５．１６もまた、第２の圧
電振動部１４と同様に積層型圧電振動部の形態とされて
いる。すなわち、第３図（ｃ）に示すように、第３の圧
Ｔ４振動部１５では、３枚の内部電極１５ａ〜１５ｃが
圧電セラミック板１２内に形成されており、両主面に電
極１５ｄ、１５ｅが形成されている。内部電極１５ｂは
接続導電部１日（第１図参照）により両主面の電極１５
ｄ。

１５ｅと電気的に接続されている。内部電極１５ａ、１
５ｃは、接続導電部（第１図では、図示されない側面に
形成されている）により相互に電気的に接続されて引出
されている。従って、第３の圧電振動部１５では、圧電
セラミック板１２内に３層の内部電極１５ａ〜１５ｃを
介在させることにより、４層の圧電セラミック層が構成
されている。

同様に、第４の圧電振動部１６では、圧電セラミック板
１２内に７枚の内部電極１６ａ〜１６ｇが形成されてお
り、圧電セラミック板１２内に８層の圧電セラミック層
が構成されている。特に図示はしないが、内部電極１６
ａ〜１６ｇは１層おきに相互に電気的に接続されており
、その内、内部電極１６ｂ、１６ｄ、１６ｆは両主面の
電極１６ｈ、１６ｉと電気的に接続されている。

第３図に示した第１〜第４の圧電振動部１３〜１６では
、１枚の圧電セラミック板１２において上述のような電
極を形成することにより、それぞれ、１層、２層、２２
層、及び２フ層の層数の圧電セラミック層が形成されて
いる。従って、各圧電振動部１３〜１６を単独で駆動し
た場合、こられの発生音圧比は、２°　ｌ’　　：２”
　　、２３となる。このような音圧比を設定したのは、
ＰＣＭ信号の各ビット桁の重みに対応させて、圧電振動
部１３〜１６の音圧を重み付けするためである。

次に、第１図実施例の駆動方法につき第４図を参照しつ
つ説明する。第３図（ａ）〜（ｄ）に示された、第１〜
第４の圧電振動部１３〜１６の一方の電位に接続される
電極１３ｂ、１４ｂ、１４Ｃ１１５ｂ、１５ｄ、１５ｅ
及び１６ｂ、１６ｄ。

１６ｆ、１６ｈ　　１６ｉには、５ビツトのＰＣＭ信号
の最大ビット桁の信号ＭＳＢ（符号ビット）を第４図に
示すように、インバータ２１により反転させて入力する
。

他方、下位のビット信号は、そのピッ指の重み２１１に
対応した音圧を発生する圧電振動部の他方電位に接続さ
れる電極に入力する。すなわち、最下位のビット信号Ｌ
ＳＢを、第１の圧電振動部の電極１３ａに入力し、順に
、ビット２、ビット３及びビット４の信号を、それぞれ
、第２の圧電振動部の電極１４ａ、第３の圧電振動部の
電極１５ａ、１５ｃ及び第４の圧電振動部１６の電極１
６ａ、　　１６　ｃ、　　１６　ｅ、　　１６　ｇに入
力する。

その結果、第１〜第４の圧電振動部１３〜１６は、単独
で駆動した場合の音圧比が２°　：２Ｉ　：２１．７：
２となるように重み付けされているので、各圧電振動部
１３〜１６は、そのビット桁の重みに対応した音圧を発
生する。

よって、第１〜第４の圧電振動部１３〜１６において発
生される音圧が合成されて、デジタル化された音声信号
が音波に変換されることになる。

もっとも、そのままでは、再生された音の波形はＰＡＭ
波となる。従って、原音に近づけるには、サンプリング
周波数の１７２以下の帯域を通過させるローパスフィル
タを組合わせたり、あるいは音響ローパスフィルタをス
ピーカの前面に配置することが好ましい。すなわち、こ
のようなローパスフィルタまたは音響ローパスフィルタ
を組合わせる口上により、連続音圧波形とすることがで
きる。

なお、上記実施例においては、第１〜第４の圧電振動部
の下面の電極１３　ｂ、　　１４　ｃ、　　１５　ｅ。

１６ｉは第１図に図示のように分離して形成する必要は
必ずしもなく、共通電極としてもよい。

次に、複数の圧電振動部の面積をも異ならせて各圧１層
８動部の発生音圧の重み付けを行う実施例を説明する。

第５図に示すように、第２の実施例では、弾性材料より
なる振動板１１上に貼付けられた圧電セラミック板１２
に、面積が必ずしも等しくはない第１〜第４の圧電振動
部２３〜２６が形成されている。

第１〜第４の圧電振動部２３〜２６の電極構成を、第６
図（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示す。なお、第３図（ａ）
〜（ｄ）の構造に相当する部分については、相当の参照
番号を付与して説明は省略する。

本実施例では、第１及び第２の圧電振動部２３゜２４は
、第１図に示した実施例と同様に構成されている。すな
わち、第１及び第２の圧電振動部２３．２４は、等しい
面積の領域に構成されているが（第５図参照）、第２の
圧電振動部２４においては内部電極２４ａを形成するこ
とにより、両者の圧電セラミック層の層数を変化させて
重み付けが行われている。

他方、第３の圧電振動部２５は、第２の圧電振動部と同
様に１枚の内部電極２５ａのみを有する。

しかしながら、第３の圧電振動部２５の面積は、第２の
圧電振動部２４に比べて、２倍の広さを有するように形
成されている（第５図参照）、よって、圧電セラミック
層の層数は同じであるが、第３の圧電振動部２５は、第
２の圧電振動部２４に比べて２倍の音圧を発生すること
が可能とされている。

さらに、第４の圧電振動部２６では、２枚の内部電極２
６ａ、２６ｂが形成されて、圧電セラミック板１２が３
層の圧電セラミック層に分割されている。さらに、第４
の圧電振動部は、第１及び第２の圧電振動部の８層３倍
の面積を有するように構成されていζ（第５図参照）。

従って、この積層数及び面積比の双方により重み付けさ
れた第４の圧電振動部２６は、第１の圧電振動部２３の
（３Ｘ８／３）＝２’倍の音圧を発生することが可能と
されている。

上記のように、第２の実施例では、各圧電振動部の音圧
を２°　ｌ’　　：２”　　：２’とするために、複数
の圧電振動部の圧電セラミック層の層数を変化させるだ
けでなく、その面積も変化されている。

このように、本発明では、圧電セラミンク層の層数を変
化させることにより重み付けを行うことに加えて、面積
比を変化させて重み付けする方法をも併せて採用しても
よい。

なお、上述してきた実施例では、各圧電振動部は、１枚
の圧電セラミック板に、上記のような電極及び内部電極
を形成することにより構成されていたが、各圧電振動部
を別体の圧電振動体にて構成してもよい。すなわち、圧
電振動部を構成する積層型あるいは単板の圧電振動体を
、それぞれ別個に振動板１１に貼付けることによっても
、本発明の圧電スピーカを構成することができる。

また、上記実施例では、５ビツトのＰＣＭ信号を電気−
音響変換する場合につき説明したが、５ビツト以外の８
ビツト、１６ビツト等の他のビット数のデジタル信号を
再生する場合にも本発明を適用することができる。その
場合には、ビット数に応じて各圧電振動部の数及び重み
付けを変更すするだけで、上記と同様にデジタル化され
た音声信号を直接音声に変換することができる。

のみならず、ＰＣＭ変調以外の変調方式のデジタル信号
を音声に変換する場合にも、本発明を適用することがで
きる。

さらに、圧電振動部及び弾性体の平面形状についても図
示のような矩形のものに限らず、円板状等の任意の形状
とすることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、複数の圧電振動部の圧電セ
ラミック層の数を相互に異ならせることにより、各圧電
振動部がデジタル入力信号の各ビット桁の重みに対応し
た音圧を発生ずるように重み付けられているので、重み
付けされた複数の圧電振動部にデジタル化された音声信
号の各ビット信号を直接入力することにより、音声を再
生することができる。

従って、デジタル信号を出力する増幅器と直接結線する
だけで、高品位の再生音を得ることができ、高価なＰＣ
Ｍ復調器を省略することが可能となる。よって、デジタ
ル・オーディオ・システムの価格を効果的に低減するこ
とができ、かつシステムの小型化、軽量化及び低消費電
力化を果たすことができる。

さらに、弾性材料よりなる振動板上に複数の圧電振動部
を配し、その圧電セラミック層の数を相互に異ならせた
比較的簡単な構造からなるため、量産性にも優れ、よっ
て低価格かつ信転性に優れたデジタル・スピーカを実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の概略を説明するための
斜視図、第２図はデジタル・オーディオ・システムを説
明するためのブロック図、第３図（ａ）〜（ｄ）は、そ
れぞれ、第１〜第４の圧電振動部の構造を説明するため
の断面図、第４図は第１図実施例を駆動する方法を説明
するためのブロック図、第５図は本発明の第２の実施例
を説明するための平面図、第６図（ａ）〜（ｄ）は、そ
れぞれ、第２の実施例の第１〜第４の圧電振動部の断面
図である。 図において、１１は振動板、１２は圧電セラミック板、
１３〜１６は第１〜第４の圧電振動部、１２ａ　〜１２
ｂは圧電セラミック層、１３ａ、１３ｂ、１４ａ〜１４
ｃ、１５ａ　〜１５ｅ、１６ａ〜１６ｉは電極を示す。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧電効果による屈曲振動を利用したスピーカであって、 弾性体よりなる振動板と、 前記振動板上に貼付けられており、かつデジタル入力信
   号の各ビット信号毎に駆動される複数の圧電振動部とを
   備え 前記各圧電振動部は、圧電セラミック板の両主面に電極
   を形成した単板型の圧電振動部または少なくとも１の内
   部電極を圧電セラミック板内に形成して少なくとも２の
   圧電セラミック層を介して複数の電極が重なり合う積層
   型圧電振動部からなり、 前記各圧電振動部がデジタル入力信号の各ビット桁の重
   みに対応した音圧を発生するように、複数の圧電振動部
   の電極間に挟まれた圧電セラミック層の数が相互に異な
   らされていることを特徴とする、圧電スピーカ。