超高频再生用扬声器的制作方法

专利名称：超高频再生用扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种进行高达100kHz的超高音的再生的扬声器。
背景技术：
近年来，像DVD音频(DVD audio)及超级音频CD(Super AudioCD)这样的记录高品质、超宽频带音源的记录介质在市场上规模扩大。为了再生这些音源，就需要可以再生高至约100kHz的超高音频的扬声器(即所谓的高频扬声器“tweeter“或超高频扬声器“super tweeter“)。伴随着DVD音频及超级音频CD这样的记录介质及其再生装置的低廉化，就需要作为单个组成或小型立体声系统的要素的可以再生高至超高频的廉价的扬声器。
在特开2000-333295号公报中，记载有具备外周部被框架支撑的圆锥型振动板、以及与圆锥型振动板的顶部连接的单体电晶片(monomorph)型的压电陶瓷振子的现有例1的扬声器(同公报的图5)。
在上述公报中，还记载有具备框架、外周部粘结固定于框架的圆锥型振动板、与圆锥型振动板的内周部连接的圆顶型振动板、以及与圆顶型振动板的外周部粘结的压电元件的现有例2的扬声器(同公报的图6)。
在上述公报中，还公开了具有将振动板安装在压电陶瓷振子上的结构，与现有例1及2相比性能得到改善的现有例3的高音用扬声器(同公报的图1)。
使用图14～图16来说明现有例3的高音用扬声器。图14是表示现有例3的高音用扬声器的结构的附图。
在图14中，21是压电陶瓷振子，22是框架，23是圆顶型振动板，24是孔，25是固定部件。
压电陶瓷振子21是圆环状的陶瓷压电元件，在两面设有银电极，在厚度方向上被极化。压电陶瓷振子21介由内周部的弹性体的固定部件25被固定在框架22上。压电陶瓷振子21在径向上伸缩，跨越全周均匀地振动。由厚度为35μm的聚醚酰亚胺膜形成的直径为20mm的圆顶型振动板23被粘结固定在压电陶瓷振子21的外周部。圆顶型振动板23将压电陶瓷振子21径向上的振动变换为上下振动。通过上述结构，现有例3的高音用扬声器可以实现宽辐射面积、高声压水平、以及与使用圆锥形状的振动板等情况相比紊乱较少的声压频率特性。图16表示的是现有例3的高音用扬声器的声压频率特性(横轴是频率，纵轴是声压，下同)。现有例3的高音用扬声器在再生具有20kHz以下的频带的现有音源的基础上，性能得到充分的发挥。
在现有例3的高音用扬声器中，圆环状的压电陶瓷振子21在内周部被固定，振动板23被安装在作为其对极的外周部。图15(a)～(c)是表示固定内周部的圆环状压电陶瓷振子的3种振动模式的附图。图15(a)～(c)的上侧的图是振动着的压电陶瓷振子21的平面图。在图15中，(a)表示第1次(基本频率)模式，(b)表示第2次节圆模式，(c)表示第3次节圆模式。阴影部分表示与没有阴影的部分向反方向位移(阴影部分和没有阴影的部分的边界是振动的节)。
图15(a)～(c)下侧的图表示压电陶瓷振子位移的状况(振动振幅由纵轴表示，压电陶瓷振子实际在径向上振动)。如图15所示，连接圆顶型振动板23的压电陶瓷振子21的外周部成为了全部振动模式的中心。压电陶瓷振子21的振动传送到仅在外周部的圆顶型振动板23上。为此，现有例3的高音用扬声器在结构上容易引起共振。为此，根据现有例3的结构，声压频率特性的峰值倾斜(peak dip)变得非常大。如图16所示，现有例3的高音用扬声器在其声压频率特性中的约27KHz附近有很大的峰值。
直接使用圆形的压电陶瓷振子的高音用扬声器由于阻抗非常高，所以不仅不能得到平缓的声压频率特性，而且声压水平也很低。现有例3的扬声器，通过使振动板的面积变大来得到大的声压水平。为此，现有例3的扬声器的振动板只得增大直径。一般的扬声器，一旦振动板变大，定向特性都会恶化。
从DVD音频或超级音频CD再生来的音源的上侧截止频率约为96kHz。现有例3的高音用扬声器在性能上不能充分地再生这样高品质、超宽频带的音源。如图16所示，现有例3的高音用扬声器在超过20kHz的区域有较大峰值倾斜，只能得到约40kHz为止的足够声压。
现有例3的高音用扬声器中使用的压电陶瓷振子21由于具有圆环状的特殊形状，所以造价很高。

发明内容
本发明就是要解决上述现有的问题，目的在于提供一种具有峰值倾斜较小且上侧截止频率超过100kHz的优异的声压频率特性、较高声压水平、以及优良的定向特性的廉价的超高频再生用扬声器。
为达成上述目的，本发明有如下的结构。
依据本发明一种观点的超高频再生用扬声器，其特征在于，具有接合压电陶瓷和金属基片的近似圆盘状的压电陶瓷振子；被安装在上述压电陶瓷振子上的圆顶型振动板；固定上述压电陶瓷振子的外周部且在上述圆顶型振动板的前面有开口部的面板，使上述圆顶型振动板的圆顶部的直径为上述压电陶瓷振子的有效可动直径的0.5～0.8倍。
本发明实现了一种具有峰值倾斜小且上侧截止频率超过100kHz的优异的声压频率特性、较高的声压水平、以及优秀的定向特性的廉价的超高频再生用扬声器。
“圆顶部的直径”的意思是将圆顶型振动板的圆顶部接合到压电陶瓷振子上的面的直径(不是圆顶部曲率的2倍的值)。在圆顶部的直径的测定中，不包含圆顶部的四周的水平边缘部分。
依据本发明的其他观点的上述超高频再生用扬声器，其特征在于，上述压电陶瓷的直径与上述圆顶部的直径大致相同。
本发明实现了从圆顶型振动板高效率地辐射压电陶瓷所产生的大部分的振动的超高频再生用扬声器。
依据本发明的其他观点的上述超高频再生用扬声器，其特征在于，上述开口部与上述圆顶部的直径大致相同。本发明实现了进而具有良好的声压频率特性和宽定向特性的超高频再生用扬声器。
依据本发明的其他观点的上述超高频再生用扬声器，其特征在于，上述压电陶瓷振子与升压电路连接。本发明实现了声压较高的超高频再生用扬声器。
依据本发明的其他观点的超高频再生用扬声器，其特征在于，上述圆顶型振动板的第1次高频共振频率比上述压电陶瓷振子的第2次高频共振频率高。本发明实现了上侧截止频率更高的超高频再生用扬声器。
本发明新的特征只特别记载在权利要求书中，关于结构和内容两方面而言，本发明是将其与其它的目的和特征一起，从下面的与附图一起来理解的详细说明，可以得到更深刻的理解。


图1是本发明实施方式1及2的超高频再生用扬声器的结构图。
图2是表示本发明的固定了四周的压电陶瓷振子的振动模式的附图。
图3是表示固定了四周的压电陶瓷振子的各部分的声压频率特性的附图。
图4是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.2倍时扬声器的声压频率特性。
图5是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.3倍时扬声器的声压频率特性。
图6是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.4倍时扬声器的声压频率特性。
图7是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.5倍时扬声器的声压频率特性。
图8是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.6倍时扬声器的声压频率特性。
图9是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.7倍时扬声器的声压频率特性。
图10是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.8倍时扬声器的声压频率特性。
图11是将圆顶部的直径设为压电陶瓷振子的有效可动直径的0.9倍时扬声器的声压频率特性。
图12是本发明的实施方式1的超高频再生用扬声器的声压频率特性图。
图13是本发明的实施方式2的超高频再生用扬声器的声压频率特性图。
图14是现有例3的高频再生用扬声器的结构图。
图15是说明现有例3的超高频再生用扬声器的压电陶瓷振子的振动模式的附图。
图16是现有例3的高频再生用扬声器的声压频率特性图。
具体实施例方式
附图的一部分或全部都是通过以图示为目的的概要性表现来描绘的，希望被理解成并不一定限于是忠实地描绘在此所示的要素的实际的相对大小或位置。
下面同时记载了用来实施本发明的最优实施方式和具体表示实施方式的附图。
实施方式1本发明使用图1～图12说明了本发明的实施方式1的超高频再生用扬声器。图1表示实施方式1的超高频再生用扬声器的结构。在图1中，1是压电陶瓷振子，2是升压电路，3是圆顶型振动板，4是框架前面的面板。
压电陶瓷振子1具有将在厚度方向上极化的圆形压电陶瓷1a和圆形的金属基片1b在同轴上接合的结构。压电陶瓷1a的直径是15mm，厚度是0.2mm。压电陶瓷1a是被非常广泛使用的通用的圆形的小型压电陶瓷。金属基片1b的材质是黄铜，直径是20mm，厚度是0.15mm。金属基片1b比压电陶瓷1a的直径大。压电陶瓷振子1是在金属板的一面与压电陶瓷薄板粘结的单体电晶片型的压电陶瓷振子。
在现有例3的扬声器中，压电陶瓷振子21的径向振动通过由厚度为35μm的聚醚酰亚胺膜形成的圆顶型振动板23被变换为上下(压电陶瓷振子21的厚度方向)的振动。
在本发明的扬声器中，通过在有刚性的金属基片1b和压电陶瓷1a之间产生挠曲，压电陶瓷振子1就在厚度方向上振动。与将振动从压电陶瓷振子21向柔软的圆顶型振动板23传送进行振动方向的改变的现有例3的结构相比，在本发明的结构中，振动传送时的损耗较少，高频频率成分的衰减也较少。通过本发明的结构，可以得到非常之大水平的高上侧截止频率的声压。
圆顶型振动板3在压电陶瓷振子1的金属基片1b的面上同轴地安装有压电陶瓷振子1和圆顶型振动板3的端面。圆顶型振动板3由厚度为0.05mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯(通称PET)薄膜来形成。圆顶型振动板3具有直径为13mm全高为3mm的圆顶部。圆顶部的四周带有宽度为1mm的水平边缘。该边缘粘结在金属基片1b上。
面板4被安装在没有图示的框架的前面。面板4是由实用的具有刚性的聚苯乙烯树脂形成。面板4粘结固定压电陶瓷振子1的外周部(从半径9.5mm开始到最外周(半径10mm)的环状部)。压电陶瓷振子1的有效可动直径约为19mm。有效可动直径是指压电陶瓷振子1可以振动的最大外径。在压电陶瓷振子1，压电陶瓷1a的直径比金属基片1b的直径小。金属基片1b的外周部被粘结固定在面板4上。
面板4在圆顶型振动板3的前面有直径为13mm的开口部4a。面板4有以开口部4a为中心的浅圆锥部。圆锥部在开口部4a的外周部厚度最薄。如图1所示，圆顶型振动板3完全从面板4的开口部4a露出。由此，本发明的扬声器实现了很广的指向性。
面板4的开口部4a和圆顶型振动板3的直径相同。面板4除了和压电陶瓷振子1的外周部的上述粘结部分(压电陶瓷振子1的外周的环状部)外，和圆顶型振动板3及压电陶瓷振子1都没有接触。在面板4和圆顶型振动板3及压电陶瓷振子1之间设有狭窄的缝隙。通过如上的结构，有压电陶瓷振子1的可活动部分且通过圆顶型振动板3外周部分发出的声波不会辐射到扬声器之外。
振动板3没有安装在压电陶瓷振子1的外周部(面板4和压电陶瓷振子1的连接部)，圆顶部的直径比压电陶瓷振子1的有效可动直径短。压电陶瓷1a的直径和圆顶部的直径大体相同。压电陶瓷1a和金属基片1b之间产生的挠曲(振动)的大部分都会传到振动板3。与振动板3相接的压电陶瓷振子1的部分(与压电陶瓷1a和金属基片1b连接的部分大体相同)由于与压电陶瓷振子1的固定部(外周部)分离，所以振动难以被抑制。
振动板3的直径由于是非常小的13mm，仅有圆顶部而且圆顶部的几乎全部都从面板4的开口部4a露出，所以实施方式的扬声器就具有优异的定向特性。面板4的开口部4a实质上只有圆顶部露出到外部。面板4覆盖压电陶瓷振子1的外周部(声压频率特性恶化部分)的前面，那里发出的声音被遮挡。由此，就使实施方式1的扬声器的声压频率特性进一步变好。
圆顶型振动板3的圆顶部的直径(13mm)是四边被固定的压电陶瓷振子1的有效可动直径19mm的0.68倍。由此(后面详细说明)，在现有例的扬声器产生的峰值倾斜较大的问题得以消除，能得到优异的声压频率特性。
升压电路2由升压线圈2a、电容器2b、电阻2c、输入端子2d(火线侧)及2e(地线侧)组成。
由电阻2c及电容器2b组成的串联体的一端与输入端子2d(火线侧)相连，另一端与自耦变压器(1次侧线圈和2次侧线圈不是分割卷起的)的升压线圈2a的1次侧端子相连。升压线圈2a的地线端子与输入端子2e(地线侧)及压电陶瓷振子1的金属基片1b连接。升压线圈2a的2次侧端子与压电陶瓷1a连接。
升压线圈2a是在外径10mm长10mm的小型铁氧体磁芯绕线管(ferrite core bobbin)上缠绕线直径为0.12mm的漆包铜线的线圈。与电容器2b连接的1次侧线圈的圈数约为40圈，与压电陶瓷1a连接的2次侧线圈的圈数约为240圈。升压线圈2a的升压比为1∶6。升压电路2将输入驱动电压升高至6倍，将升高的驱动电压施加给压电陶瓷振子1。在本发明的扬声器中，与没有升压电路2的扬声器相比，可以得到约16dB高的声压水平。
实施方式1中的扬声器，通过升压线圈2a将输入的压电陶瓷的驱动电压升高，实现了比现有的声压高的声压。电容器2b是电容为0.68μF、耐压为50V、大小几毫米见方的小型薄膜电容器。升压电路2的下侧截止频率约为20kHz。升压线圈2a和电容器2b构成共振电路。决定电容器2b的电容以使共振电路的共振频率约为22kHz。通过使22kHz附近的输出电平上升，升压电路2的频带向低频方向伸展。通过变化电阻2c的电阻值，由升压线圈2a和电容器2b构成的共振电路的Q变化。决定电阻2c的电阻值以使20kHz附近的扬声器的声压频率特性变得平缓。在实施方式1中，电阻2c是阻抗为2.2Ω、额定容量为1W的小型电阻。
参照图2、图3来进行详细说明。图2(a)～(d)是表示外周部被固定的压电陶瓷振子1的种种振动模式的图。图2(a)～(d)的上侧的图是振动着的压电陶瓷振子21的平面图。在图2中，(a)表示第1次(基本频率)模式，(b)表示第2次节圆模式，(c)表示第3次节圆模式，(d)表示第4次节圆模式。阴影部分表示与没有阴影的部分向反方向位移(阴影部分和没有阴影的部分的边界是振动的节)。图2(a)～(d)下侧的图表示压电陶瓷振子1位移的状况(振动振幅由纵轴表示，压电陶瓷振子1在其厚度方向上振动)。
如图2所示，在外周部被固定的压电陶瓷振子1中，固定部的对极部位的中心部成为振幅最大的中心，引起最强的共振。
在现有例3的扬声器中，压电陶瓷振子21是内周部被固定的圆板环。在该结构中，固定部的对极部位的外周部成为振幅最大的中心，引起最强的共振。在现有例3中，压电陶瓷振子21的外周部成为整个振动模式的中心。在现有例3中，压电陶瓷振子21由于只在其外周部与圆顶型振动板23连接，所以声压频率特性的峰值倾斜变得非常大。
在压电陶瓷振子1的外周部被固定的本实施方式中，在某直径范围(例如压电陶瓷1a的直径的范围)内，振动模式不带有极端的共振特性，频率特性的峰值倾斜变小。这一点可以通过试验证实。
参照图3说明试验结果。图3是表示固定最外周的实施方式1的外径为20mm的压电陶瓷振子的声压频率特性的附图。
在声音理论中可以得知，将振动板的辐射阻抗施加在振动加速度上成为声压频率特性。图3所示的声压频率特性是测定振动加速度频率特性、将辐射阻抗施加到该测定结果上得到的。
在图3中，A～D表示压电陶瓷振子的种种部位的特性。A(细实线)是中心点的特性，B(点线线)是直径为7mm(离开中心的距离为0.35mm)即外径的0.35倍的周上部位的特性，C(粗实线)是直径为13mm即外径的0.65倍的周上部位的特性，D(虚线)是直径为17mm即外径的0.85倍的周上部位的特性。
如图3所示，A特性的峰值倾斜最陡，B特性的程度与若干小地方的A的特性一样峰值倾斜较大。另一方面D的特性是峰值倾斜的高度稍微变低，整体的水平也降低，而且当频率变高时水平就衰减。C的特性是整体峰值倾斜最少，且具有到高频率为止的均匀的水平。
图3表示代表性直径部位的特性。通过实验可以发现，直径为10mm～16mm范围(离开中心的距离为5mm～8mm范围)即压电陶瓷振子的有效可动直径的0.5倍～0.8倍的范围内，可以得到与C特性相同的全体峰值倾斜较少的特性。在该范围的部位可以得到A与D的中间特性。通过将该部位的振动送达给振动板3，峰值倾斜得到缓和。
在图4至图11及表1表示的是，将圆顶型振动板3的圆顶外径Dd分别变化为压电陶瓷振子的有效可动直径Do的0.2倍、0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍、0.9倍时的声压频率特性。
测定图4至图11的数据时，压电陶瓷振子及其有效可动直径、升压电路、面板的结构、圆顶型振动板的材质、面板的材质与图1说明的内容相同。各种情况下面板的开口与圆顶型振动板的外径相同。圆顶型振动板的曲率半径全部是9mm。
如图4至图6所示，在圆顶型振动板3的外径较小时，即圆顶外径是压电陶瓷振子1的有效可动直径的0.2倍～0.4倍时，声压频率特性的峰值倾斜较大。压电陶瓷振子1的中心点由于是共振水平最高的缘故，所以在其附近的部位峰值倾斜较大。
整体声压水平随圆顶型外径变小而变低。这是由于振动板外径越小振动板面积越小。
如图7至图10所示，在圆顶型振动板3的外径是压电陶瓷振子1的有效可动直径的0.5倍～0.8倍时，声压频率特性的峰值倾斜较小，且整体的声压水平相对较高。
如图11所示，圆顶外径是压电陶瓷振子的有效可动直径的0.9倍时，峰值倾斜较大，声压水平变低。尽管圆顶外径较大但声压水平还是变低是由于在压电陶瓷振子的外周固定端附近部位，振子的振幅衰减了的缘故。
表1总结了圆顶型振动板3的形状和声压频率特性的倾向。在表1中，Dd是圆顶型振动板3的外径(直径)，h是圆顶的高(其中，圆顶的曲率半径都是9mm)，R是圆顶型振动板3的外径相对于压电陶瓷振子1的有效可动直径(19mm)的比率，d是声压频率特性的20kHz～100kHz的偏差(1/8倍频程以下的陡峰值倾斜除外)，平均SPL(SoundPressure Level。平均声压水平)是声压频率特性的20kHz～100kHz的平均声压水平。
从表1中可以看出，圆顶型振动板3的外径是压电陶瓷振子1的有效可动直径的0.5～0.8倍范围的声压频率特性的偏差(峰值倾斜的大小)较小(±5dB的范围内)。平均SPL在圆顶型外径是压电振子的有效可动直径的0.5倍～0.8倍范围中较大，在0.4倍以下及0.9倍以下的范围中变得非常小。
通过上述试验结果，借助于将圆顶型振动板3的外径设计为在压电陶瓷振子1的有效可动直径的0.5～0.8倍范围内，就可以实现优异特性的超高频再生用扬声器。
表1


在本实施方式中，圆顶型振动板3的圆顶部直径为压电陶瓷振子1的有效可动直径的0.5～0.8倍范围内的0.68倍。频率特性的峰值倾斜较少部位的振动被送达到圆顶型振动板3。由于从面板开口部4a以外开始不需要的音不被辐射，也就是说因为频率特性峰值倾斜较多部位发出的音通过面板4被遮蔽，所以可以得到优异的声压频率特性。
在图12表示本实施方式的超高频再生用扬声器的2.45V(1W/6Ω)输入时的声压频率特性。从约20kHz到高至120kHz的超高频，可以得到峰值倾斜较少的优异声压频率特性和约为84dB/m的较高输出声压水平。在现有的技术中，只能得到以2.45V输入75dB/m左右的输出声压水平。压电陶瓷振子1由于是在极广范围使用的小型圆形通用单体电晶片型的振子，所以极其廉价。本发明的扬声器由于是超高频频率再生扬声器，所以升压电路2所带有的升压线圈2a、电容器2b非常小而且便宜。具有这些部件的升压电路2非常廉价。借助本发明，实现了廉价的超高频再生用扬声器。
实施方式2使用图13说明本发明实施方式2的超高频再生用扬声器。
实施方式2的超高频再生用扬声器具有与图1所示的实施方式1的超高频再生用扬声器相同的结构。省略其详细说明。
实施方式1中，压电陶瓷振子1的第1次高频共振频率约为7kHz，第2次高频共振频率约为25kHz，第3次高频共振频率约为50kHz，圆顶型振动板3的第1次高频共振频率约为20kHz。
在实施方式2中，圆顶型振动板3的第1次高频共振频率设计得比压电陶瓷振子1的第2次高频共振频率高。圆顶型振动板3将压电陶瓷振子1高效率产生的高频带的振动(声波)以较少损失地辐射。与实施方式1的扬声器比较，根据实施方式2的结构，可以实现具有延伸到高至更高超高频的优异声压频率特性的扬声器。下面对此进行详细说明。
作为音响振动学的常识，当令四周被固定的圆板的第1次(基本)模式的频率即第1次高频共振频率为f1，第2次(第2次节圆模式)高频共振频率为f2，第3次(第3次节圆模式)高频共振频率为f3，第4次(第4次节圆模式)高频共振频率为f4，那么f2＝3.9×f1、f3＝8.7×f1、f4＝14.5×f1。
仅仅f2/f1(＝3.9)就比f3/f2(＝2.2)、f4/f3(＝1.7)大很多，在f1和f2之间的频带共振效果减少且辐射效率降低。这些也可以从图3中看出。
对此，由于在f2以上的频带中高频共振频率密集，由共振效果引起辐射频率较高。因此，在实施方式2中，圆顶型振动板3的第1次高频共振频率为压电陶瓷振子的f2以上。根据这种结构，圆顶型振动板3的高次分割振动引起的振动送达损失在压电陶瓷振子1的辐射频率高的频带不会发生。根据上述结构，可以实现再生高至极高超高频的扬声器。
根据图3，实施方式1的压电陶瓷振子1的各高频共振频率的间隔(实测值)与上述f1～f4的间隔(理论值)有若干不同。这是由于压电陶瓷振子1的四周固定材料是树脂，所以会与四周被固定的振子的理论上的理想状态有少许不同而造成的。
在实施方式2的扬声器中，圆顶型振动板3用厚度为0.05mm的含有聚酰亚胺的树脂薄膜来形成，圆顶部的高为4mm，圆顶型振动板3的第1次高频共振频率设计为比压电陶瓷振子1的第2次高频共振频率(约25kH)高的值30kHz。其他的结构和实施方式相同。实施方式2的扬声器的声压频率特性如图13所示。
比较图12和图13可以发现，在实施方式1的扬声器再生频带的上限约为120kHz(图12)，实施方式2的扬声器的再生频带的上限延伸至约150kHz(图13)。
在上述说明中，已经对本发明的扬声器和现有例3的扬声器进行了比较。下面对现有例1及2和本发明的扬声器进行简单比较。
现有例1的扬声器，与圆顶型振动板相比较使用了频率特性紊乱较大的圆锥型振动板。单体电晶片型的压电陶瓷振子只与圆锥型振动板的顶部连接，振动板与振子的接触面积较少。因此，难以从陶瓷振子向圆锥型振动板良好地送达能量。只有具有较大共振的陶瓷振子中心附近的振动被送达到振动板。由于上述理由，现有例1的扬声器，声压较低，声压频率特性的峰值倾斜较大。
现有例2的扬声器，具有圆锥型振动板、与圆锥型振动板的内周部相连的圆顶型振动板。由于圆锥型振动板的振动和圆顶型振动板的振动相互干涉，所以声压频率特性的峰值倾斜较大。压电元件的振动难于传送到圆锥型振动板，声压较低。
根据本发明，可以实现带有高声压水平和峰值倾斜较少的优异声压频率特性，带有优秀的定向特性，可以再生高至超高音频且廉价的超高频再生用扬声器。
实施方式1及2中，压电陶瓷振子1是单体电晶片型的，不用说也可以是的双压电晶片(bimorph)型。双压电晶片型由于压电陶瓷薄板与金属板的两面接合，所以与压电陶瓷只与金属板的一面接合的单体电晶片型相比驱动力为2倍。通过使用双压电晶片型的压电陶瓷振子，可以实现不改变特性就能实现更高效输出的扬声器。
压电陶瓷1a及金属基片1b可以不是圆板形状。当使用圆形以外形状的振子时，振子的振动模式与圆形相比较离散，振动水平有下降的趋向。考虑到这一点，可以通过适当设计得到期望的特性。
通过将压电陶瓷振子做成圆板形状，可以使用广泛流通的廉价的市场上销售的通用产品。通过将压电陶瓷振子做成圆板形状，可以实现最廉价的扬声器。
在实施方式1及2中，压电陶瓷振子1做成圆板形状，固定在面板的内周部。压电陶瓷振子可以不是圆形也可以设计成多角形或椭圆等非圆形形状。这种情况下，压电陶瓷振子的有效可动直径可以用与该非圆形形状相同面积的圆形的直径来表示。
实施方式1及2中，压电陶瓷振子1的四周部分用面板4固定。圆顶型振动板的前面带有开口部的面板使用另一个部件，也可以固定压电陶瓷振子1的四周部分。
实施方式1及2中，固定压电陶瓷振子1(直径20mm)的四周部分的直径19mm～20mm范围的狭窄环状部分。也可以将压电陶瓷振子1的四周部分的固定部分做成更宽的范围。例如，固定压电陶瓷振子1(直径20mm)的四周部分的直径16mm～20mm的范围时，有效可动直径是16mm。在该结构中，圆顶型振动板3的圆顶部的直径设计为16mm的0.5～0.8倍的直径8mm～12.8mm。
固定压电陶瓷振子的部件刚性较低时，例如固定部件是壁厚较薄的树脂的情况，压电陶瓷振子的四周部分就不能成为完全固定状态。这种情况下，可以使压电陶瓷振子的有效可动直径比固定内周直径大，成为固定内周直径和压电陶瓷振子的外径的中间值。固定的部件刚性较高时，例如固定部件是金属或壁厚较大的树脂的情况，压电陶瓷振子的有效可动直径可以看作是与固定内周直径大体相同。将压电陶瓷振子固定到固定部件的粘结剂的刚性较低时，例如涂抹很厚的柔软的粘结剂固定压电陶瓷振子等情况下，即使固定部件的刚性很高有效可动直径也比固定内周直径大。
在实施方式1及2中，升压线圈2a是自动变压器。替换它也可以使用1次侧线圈和2次侧线圈分别卷起的通常的变压器作为升压线圈。1次侧线圈和2次侧线圈分别卷起的变压器和1次侧线圈与2次侧线圈共用通称为自动变压器的交流电工作完全相同。
在实施方式1及2中，电阻2c与升压电路2的电容2b串联连接。电阻2c使下侧截止频率附近的共振点Q下降，将下侧截止频率(约20kHz)附近的声压频率特性调整为平缓。能得到规定性能的情况下，也可以没有电阻2c。
当扬声器的平均SPL十分高时，也可以没有与压电陶瓷振子1相连的升压电路2。
在实施方式1及2中，圆顶型振动板3的材质是含有聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺的树脂薄膜。作为振动板的材质并不局限于此，可以使用任意材料。可以使用例如钛金箔、纸、各种树脂薄膜等来作为振动板。
单体电晶片型或双压电晶片型的压电陶瓷振子一般有厚度为0.15mm～0.25mm的金属基片。在圆顶型振动板上，一般情况下，厚度为0.05mm前后的树脂薄膜或厚度为0.025mm左右的钛箔等，由于成型容易且质量轻的原因而被使用。使用这样材质的圆顶型振动板与压电陶瓷振子相比要轻很多。与圆顶型振动板的材质对应，压电陶瓷振子的振动特性没有很大的变化。
在实施方式1及2中，开口部4a的直径做成与圆顶型振动板3的圆顶部的直径相同，但也可以多少有些不同。开口部4a的直径小于等于圆顶部的直径时，由于圆顶部外侧的边缘及粘结剂的露出等从外表面不容易看到，所以可以实现在外观上高品质的扬声器。并且，如果将面板4的开口部前面做成喇叭形，虽然指向性变窄，但可以使声压水平进一步变高。
在实施方式1及2中，圆顶型振动板3对于压电陶瓷振子1没有偏心同轴地配置，但两者多少也可以有些偏心。两者偏心较大时，扬声器的声压频率特性峰值倾斜被分散，但声压水平有降低的倾向。也可以顾及此而主动设计为偏心。
在实施方式1及2中，圆顶型振动板3的正面形状为圆形。代替它，可以使用椭圆形或长圆形等的圆顶型振动板。当使用椭圆形状或长圆形的圆顶型振动板时，扬声器的声压频率特性峰值倾斜被分散，但声压水平有降低的倾向。这种情况，可以将椭圆或长圆形的长轴和短轴的平均值(或具有与其面积相同的面积的圆的直径)设计为压电陶瓷振子1的有效可动直径的0.5～0.8倍。
在实施方式1及2中，圆顶型振动板3的形状是球面型圆顶。代替它，也可以使用圆锥型或炮弹形的圆顶型振动板。圆顶型振动板3由于与压电陶瓷振子1相比要轻很多，所以改变圆顶型振动板3的形状时，扬声器的定向特性发生变化，但压电陶瓷振子1的振动特性(声压频率特性)几乎没有受到影响。
当然，本发明并不是局限于上述说明的例子。虽然是将发明详细到一定程度来对最佳实施方式进行说明，但是现在公开的该最佳实施方式的内容在结构的细节上应该可以有变化，各要素的组合和顺序的变化不脱离要求的发明范围及思想就能得到实现。
本发明的超高频再生用扬声器，在固定压电陶瓷振子的四周部分的同时，通过将圆顶型振动板的圆顶外径做成压电陶瓷振子的有效可动直径的0.5～0.8倍，将压电陶瓷振子的峰值倾斜较少部位的振动送达到圆顶型振动板。由此，实现更优异的声压频率特性。由于从实质上只有圆顶型振动板露出外部的除面板开口部以外的部分不会辐射不需要的声音，所以声压频率特性更好，而且实现了优异的指向性。
通过使压电陶瓷的直径与圆顶部的直径大体相同，实现了压电陶瓷产生的振动的大部分从圆顶型振动板进行辐射的效率良好的超高频再生用扬声器。
通过将升压电路连接到陶瓷振子，陶瓷振子的驱动电压变高。由此，可以得到使用较小直径的圆顶型振动板带有高声压水平的扬声器。通过较小直径的圆顶型振动板，能够得到宽指向性的扬声器。
通过使圆顶型振动板的第1次高频共振频率比上述压电陶瓷振子的第2次高频共振频率高，可以实现在压电陶瓷振子的辐射效率高的频带没有由圆顶型振动板的高次分割振动引起的振动送达损失，且再生至极高超高频的扬声器。根据该结构，可以实现延伸到比上述扬声器更高超高频的优异特性的超高频再生用扬声器。
在本发明的扬声器中，可以使用在极广范围内使用的小型圆形通用单体电晶片型单的压电陶瓷振子。由于本发明的扬声器的再生频率是超高频，所以可以构成使用小型廉价部件的升压电路。
根据本发明，可以实现带有高声压水平和峰值倾斜较少的优异声压频率特性、具有优秀定向特性、且可以再生高至超高频的频率的廉价的超高频再生用扬声器。
虽然将发明详细到一定程度来对最佳实施方式进行了说明，但是现在公开的该最佳实施方式的内容在结构的细节上应该可以有变化，各要素的组合和顺序的变化不脱离要求的发明范围及思想就能得到实现。
本发明的超高频再生用扬声器，作为DVD音频再生装置及超级音频CD再生装置等音响装置的扬声器是非常有用的。
权利要求
1.一种超高频再生用扬声器，其特征在于，具有接合压电陶瓷和金属基片的近似圆盘状的压电陶瓷振子；被安装在上述压电陶瓷振子上的圆顶型振动板；以及固定上述压电陶瓷振子的外周部且在上述圆顶型振动板的前面有开口部的面板，使上述圆顶型振动板的圆顶部的直径为上述压电陶瓷振子的有效可动直径的0.5～0.8倍。
2.如权利要求1所述的超高频再生用扬声器，其特征在于上述压电陶瓷的直径与上述圆顶部的直径大致相同。
3.如权利要求1所述的超高频再生用扬声器，其特征在于上述开口部与上述圆顶部的直径大致相同。
4.如权利要求1所述的超高频再生用扬声器，其特征在于上述压电陶瓷振子与升压电路连接。
5.如权利要求1所述的超高频再生用扬声器，其特征在于上述圆顶型振动板的第1次高频共振频率比上述压电陶瓷振子的第2次高频共振频率高。
全文摘要
本发明提供一种以稳定的声压输出高至100kHz的超高频的声音的超高频再生用扬声器。本发明的超高频再生用扬声器包括接合压电陶瓷和金属基片的近似圆盘状的压电陶瓷振子；被安装在上述压电陶瓷振子上的圆顶型振动板；固定上述压电陶瓷振子的外周部且在上述圆顶型振动板的前面有开口部的面板，上述圆顶型振动板的圆顶部的直径为上述压电陶瓷振子的有效可动直径的0.5～0.8倍。
文档编号H04R17/00GK1625919SQ0380306
公开日2005年6月8日 申请日期2003年1月27日 优先权日2002年1月30日
发明者田中祥司 申请人:松下电器产业株式会社