JPH0777478B2

JPH0777478B2 - 圧電スピーカ

Info

Publication number: JPH0777478B2
Application number: JP29421288A
Authority: JP
Inventors: 喜久男脇野; 宏太郎畠; 浩岩坪; 陽安藤; 博田村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-11-21
Filing date: 1988-11-21
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH02141097A

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−音響変換形式のも
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できなかった。従って、PCM復調器
２のようなD/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。本発明のスピーカでは、
弾性振動板に、圧電振動素子が貼付けされており、この
圧電振動素子は、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を有する。また、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厚みが相互
に異ならされていることを特徴とするものである。

〔作用〕

デジタル化された音声信号は、バイナリーコードの形態
とされており、本発明では、各圧電振動部に、このバイ
ナリー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
振動部の厚み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、PA
M波ひいては原音の波形が再生される。

〔実施例の説明〕

第１図（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施例の圧電ス
ピーカの断面図及び平面図である。

本実施例は、５ビットのPCM信号により直接駆動するた
めのデジタルスピーカに適用したものである。

真鍮等の金属材料よりなる矩形の弾性振動板11上に、導
電性接着剤（図示せず）を用いて、第１〜第４の圧電振
動体12〜15が貼付けられている。この第１〜第４の圧電
振動体12〜15が、それぞれ、本発明の圧電振動部を構成
している。

圧電振動体12〜15は、同一の圧電セラミック材料よりな
り、圧電セラミックスの両主面に電極を形成した構造を
有する。第１図（ａ）に明瞭に示されているように、圧
電振動体12〜15の厚みは、相互に異ならされている。こ
の厚みの差を設けているのは、後述するようにデジタル
入力信号の各ビット桁毎に各圧電振動体12〜15を駆動し
た場合、そのビット桁の重みに応じた音圧を発生するこ
とを可能とするためである。すなわち、本実施例では、
単独で駆動した場合の第１〜第４の圧電振動体12〜15の
音圧比が、2⁰:2¹:2²:2³となるように、それぞれの厚み
が選定されている。

また、弾性振動板11にはリード線21が接続されている。
このリード線21は、弾性振動板11を介して圧電振動体12
〜15の下面の電極12a〜15aに電気的に接続されている。
また、リード線22〜25が、それぞれ、第１〜第４の圧電
振動体12〜15の上面の電極12b〜15bに電気的に接続され
ている。

なお、弾性振動板11を絶縁性材料で構成してもよく、あ
るいはエポキシ樹脂等の絶縁性接着剤を用いて圧電振動
体12〜15を弾性振動板11に貼付けてもよく、その場合に
は、圧電振動体12〜15の下面の電極12a〜15aからの電気
的な引出しは個別に行い、各リード線を結線することに
より共通電位を与えるようにすればよい。

次に、上記実施例の駆動方法を説明する。第３図に示す
ように、５ビットのPCM化された入力信号のうち、MSB
（符号ビット）をインバータ26により反転させ、リード
線21から圧電振動体12〜15の下面の電極12a〜15aに入力
する。他方、各圧電振動体12〜15の上面側の電極12b〜1
5bには、リード線22〜25より各ビット桁のビット信号
（LSBビット，ビット2,ビット3,ビット４）を入力す
る。

各圧電振動体12〜15は、単独で駆動した場合の音圧比が
2⁰:2¹:2²:2³となるようにその厚みが異ならされている
ので、上記のように各ビット信号を入力することによ
り、圧電振動体12〜15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の圧電振動体12〜15で発生される音
圧が合成されることにより、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1/2以下の帯域を通過させるローパスフイルタを組
合わせたり、あるいは音響ローパスフイルタをスピーカ
前面に配置することが好ましい。すなわち、このような
ローパスフイルタまたは音響ローパスフイルタを組合わ
せることにより、PAM波を連続音圧波形とすることがで
きる。

第１図実施例では、圧電振動素子は、複数の圧電振動体
12〜15で構成されていたが、第４図に示すように、一体
型の圧電振動素子31により複数の厚みをもつ圧電振動部
を構成してもよい。すなわち、第４図に示す圧電振動素
子31は、１の圧電セラミックスの上面側に複数の段差31
a〜31cを形成し、段差31a〜31cで隔てられた部分32〜35
が、それぞれ、複数の圧電振動部を構成している。その
他の構造は、第１図実施例と同様である。

また、第１図実施例では、矩形の弾性振動板11上に、平
面形状が矩形の複数の圧電振動体12〜15を貼付けていた
が、弾性振動板及び圧電振動体の平面形状についても上
記のものに限定されない。例えば、第５図（ａ）、
（ｂ）及び（ｃ）に示すように、円板状の弾性振動板41
上に、扇形あるいは三角形等の任意の形状に４分割され
た圧電振動部42〜45を形成してもよい。

第５図（ａ）〜（ｃ）に示した変形例においても、各圧
電振動体42〜45は、別体の圧電振動体を用いて形成して
もよく、第４図実施例のように一体化された圧電振動板
を用いて構成してもよい。

さらに、第５図（ｄ）に示すように、円板状の弾性振動
板41上に、中心に円板状の第１の圧電振動体42を配し、
その周囲に同心に円環状の第２〜第４の圧電振動体43〜
45を形成した構造としてもよい。

すなわち、第５図（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、
本発明における弾性振動板及び圧電振動素子の平面形状
は、必要に応じて任意の形状に変更することができる。

また、上記実施例では、５ビットのPCM化された入力信
号を音響変換する場合につき説明したが、５ビット以外
の８ビット、16ビッ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、圧電振動部の数及び
重み付けを変更するだけで、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可能である。

なお、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。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明では、複数の圧電振動板の厚みが
相互に異ならされて重み付けされており、この重み付け
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PCM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、弾性振動板上に複数の圧電振動部を配し、その
厚みを相互に異ならせた比較的簡単な構造からなるた
め、量産性に優れており、よって低価格でありかつ信頼
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（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例の断面図及
び平面図、第２図はデジタル・オーディオ・システムの
概略を示すブロック図、第３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４図は本発明の
他の実施例を説明するための断面図、第５図（ａ）〜
（ｄ）は、それぞれ、弾性振動板及び圧電振動部の平面
形状の変形例を説明するための各平面図である。図において、11,41は弾性体、12〜15,42〜45は第１〜第
４の圧電振動部を構成する圧電振動体を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤陽京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (72)発明者田村博京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内 (56)参考文献特開平２−113797（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−121897（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−122000（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電効果による屈曲振動を利用したスピー
カであって、弾性振動板と、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
圧電振動部を有し、かつ前記弾性振動板上に貼付けられ
た圧電振動素子とを備え、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
の厚み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。