JP2006005747A - Ultrasonic radiator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、超音波を搬送波として可聴音声を放音するパラメトリックスピーカ等に使用される超音波放射器に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic radiator used for a parametric speaker or the like that emits audible sound using ultrasonic waves as a carrier wave.
従来のパラメトリックスピーカに用いられる超音波放射器は、圧電効果によって振動する超音波振動子を一枚のプリント基板上に複数個、例えば数十個展開して構成されている。超音波放射器を構成している各超音波振動子は、振動共振子と共振板と圧電セラミック板などによって構成される。圧電セラミック板の表裏には、+電極と−電極が各々形成され、この+電極と−電極に電気信号を供給して圧電セラミック板を屈曲振動させる。この機械的振動は圧電セラミック板に接合されている振動共振子に伝わり、さらに振動共振子に接合されている共振板を振動させる。このように圧電セラミック板の機械的振動が伝達された振動共振子と共振板は、それぞれが振動することにより特定の周波数で共振し、超音波を発生させる(例えば、特許文献1参照)。このような振動共振子や共振板には、鋭敏に共振が発生するようにアルミニウム部材が一般に用いられている。 2. Description of the Related Art An ultrasonic radiator used for a conventional parametric speaker is configured by developing a plurality, for example, several tens of ultrasonic transducers that vibrate due to a piezoelectric effect on a single printed board. Each ultrasonic vibrator constituting the ultrasonic radiator includes a vibration resonator, a resonance plate, a piezoelectric ceramic plate, and the like. A + electrode and a − electrode are formed on the front and back surfaces of the piezoelectric ceramic plate, and an electric signal is supplied to the + electrode and the − electrode to cause the piezoelectric ceramic plate to bend and vibrate. This mechanical vibration is transmitted to the vibration resonator bonded to the piezoelectric ceramic plate, and further vibrates the resonance plate bonded to the vibration resonator. The vibration resonator and the resonance plate to which the mechanical vibration of the piezoelectric ceramic plate is thus transmitted resonate at a specific frequency by vibrating each other, and generate ultrasonic waves (for example, see Patent Document 1). In such a vibration resonator and a resonance plate, an aluminum member is generally used so that resonance is sharply generated.
従来の超音波放射器は以上のように構成されているので、多数の共振型の超音波振動子を動作させたとき、各超音波振動子が発生する超音波の位相が不均一になり、多数の振動子を動作させても音圧レベルが期待通りに増大せず、また共振型のため広い再生周波数帯域を得ることが難しく、またさらに多数の超音波振動子を備えることから製作時の作業性が悪く生産コストも高くなるという課題があった。 Since the conventional ultrasonic radiator is configured as described above, when a large number of resonant ultrasonic transducers are operated, the phase of the ultrasonic waves generated by each ultrasonic transducer becomes non-uniform, The sound pressure level does not increase as expected even when many vibrators are operated, and it is difficult to obtain a wide reproduction frequency band due to the resonance type. There was a problem that workability was poor and production cost was high.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放音するとき音圧レベルを効率よく高めることができると共に広い再生周波数帯域を有し、生産性の良い超音波放射器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. An ultrasonic radiator that can efficiently increase the sound pressure level when emitting sound, has a wide reproduction frequency band, and has high productivity. The purpose is to obtain.
この発明に係る超音波放射器は、異なる磁極を交互にストライプ状に着磁させた磁石板と、信号電流が供給される導体パターンを有する振動板と、磁石板のストライプ状に着磁された部位間に導体パターンを配置させると共に振動板の振動面を保持することにより当該振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させる保持部材とを備えたものである。 The ultrasonic radiator according to the present invention is magnetized in the form of a magnet plate in which different magnetic poles are alternately magnetized in a stripe shape, a diaphragm having a conductor pattern to which a signal current is supplied, and a stripe shape of the magnet plate. And a holding member that divides the vibration surface to form a plurality of ultrasonic vibration surfaces by disposing a conductor pattern between the portions and holding the vibration surface of the diaphragm.
この発明によれば、磁石板のストライプ状に着磁された部位間に振動板の導体パターンを配置させ、振動板の振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させたので、効率よく超音波を発生させることができるという効果がある。 According to the present invention, the conductor pattern of the diaphragm is arranged between the portions of the magnet plate that are magnetized in stripes, and the vibration surface of the diaphragm is divided to form a plurality of ultrasonic vibration surfaces. There is an effect that ultrasonic waves can be generated well.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による超音波放射器を備えた超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。図示したものは、パラメトリックスピーカ4から超音波を放射し、超音波が空気中を伝搬するときに起こる自己復調現象を用いて可聴音声を狭い範囲の空間に放音する装置の構成例である。図示した超指向性音響装置は、音声信号を生成する音源1、音源1から出力された音声信号を変調して超音波信号を生成する音響放射制御器2、音響放射制御器2から出力された超音波信号を増幅する増幅器3、増幅器3から出力された超音波信号に基づいて超音波を発生させて空気中へ放射するパラメトリックスピーカ4から成るものである。音響放射制御器2は、搬送波として用いる超音波を示す信号を生成する搬送波生成部5と、音源1から入力した音声信号と搬送波生成部5により生成された超音波を示す信号とを加算して超音波信号を生成する加算部6を備える。
An embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a superdirective acoustic apparatus including an ultrasonic radiator according to
図2は、実施の形態1による超音波放射器の概観を示す正面図である。この図は、図1に示したパラメトリックスピーカ4を構成する超音波放射器7を正面視したものである。図1に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図2に例示した超音波放射器7の正面には、鉄板等から成るプレート8が備えられる。プレート8は、超音波放射器7の内部で発生させた超音波を当該超音波放射器7の外部空間へ放射する複数の放射孔9を設けたものである。
FIG. 2 is a front view showing an overview of the ultrasonic radiator according to the first embodiment. This figure is a front view of the ultrasonic radiator 7 constituting the
図3は、実施の形態1による超音波放射器の断面図である。この図は、図2に一点破線A−A’で示した部分の断面図で、超音波放射器7の内部構成を示したものである。図2に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。超音波放射器7は、電気信号を入力することにより振動し、超音波を発生させる振動部材として、例えばポリイミドのシート部材からなるフレキシブル基板(振動板)10を備える。フレキシブル基板10は、例えば厚さ50μmの薄膜のポリイミドシートに、銅またはアルミニウムからなる導体パターン11を、例えば同一層に形成させたフレキシブルプリント基板である。フレキシブル基板10は、例えば図示したように格子状に形成された樹脂等の非伝動性部材から成るパッキン(保持部材)12a,12bにより振動面の表裏両面を挟持され、当該超音波放射器7の内部において弛み等を生じさせないように保持される。パッキン12aとパッキン12bは、格子形状の部分が同一形状・同一サイズのもので重ね合わせたとき一致するものである。このようなパッキン12aとパッキン12bに挟まれたフレキシブル基板10は、表裏同一部分を挟持され、一枚の振動面が複数に分割される。即ち、パッキン12a,12bにより仕切られた所定サイズの超音波振動板を複数備えることになる。
FIG. 3 is a sectional view of the ultrasonic radiator according to the first embodiment. This figure is a cross-sectional view of the portion indicated by a dashed line A-A ′ in FIG. 2 and shows the internal configuration of the ultrasonic radiator 7. The same parts as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The ultrasonic radiator 7 is provided with a flexible substrate (vibrating plate) 10 made of, for example, a polyimide sheet member, as a vibrating member that vibrates by inputting an electric signal and generates ultrasonic waves. The
超音波放射器7の内部において、フレキシブル基板10の表裏両側方には、ストライプ状にS極とN極とを交互に着磁させた磁石板13a,13bがそれぞれ配置される。磁石板13a,13bは、硬質部材の異方性プラスチック磁石板または軟質部材のゴムタイプ磁石板等から成り、超音波放射器7の構成に適する部材が用いられる。磁石板(第一の磁石板)13aは、図3においてフレキシブル基板10の上方、即ちプレート8の裏面側に配置され、また前述のプレート8に設けられた放射孔9と連なり、当該放射孔9を成す貫通孔が設けられている。この放射孔9は、好ましくは発生させた超音波を外部へ放射し易いようにフレキシブル基板10に形成された導体パターン11の幅よりも大きな径を有するもので、図3において当該パターンの上方に位置するように設けられる。磁石板(第二の磁石板)13bは、その表面をフレキシブル基板10の裏面に対向させ、またパッキン12bの底端部に接して配置される。磁石板13bの裏面側には例えば鉄板等から成るプレート14が配置される。図3に示したプレート8とプレート14との間に配置された磁石板13a、パッキン12a、フレキシブル基板10、パッキン12b、及び磁石板13bは、図示されない貫通ネジ等を用いた締合により、例えばプレート8とプレート14の外周縁部を締め付けて固定される。
Inside the ultrasonic radiator 7,
図4−1は、実施の形態1による超音波放射器の断面図である。図示したものは、図3に示した一点破線B−B’で示した部分の断面図で、パッキン12aあるいはパッキン12bの断面と、当該パッキン12a及びパッキン12bにより保持されているフレキシブル基板10の表面とを示したものである。フレキシブル基板10に形成された導体パターン11は、図示したようにパッキン12a,12bによって分割された各振動面(超音波振動面)15において、矩形を成すように曲折させ、さらに矩形が連なっているように形成して当該振動面15をくまなく、さらにフレキシブル基板10の全ての振動面15を巡るように設けられている。図4−1に例示した各振動面15は、厚さ50μmのポリイミド部材を、例えば約40mm×約30mmのサイズとなるように、フレキシブル基板10の表面をパッキン12a,12bにより分割させて構成したものである。なお、振動面15の形状及びサイズ、さらにフレキシブル基板10の材質や厚さは超音波周波数帯域で振動することが可能であればどのようなものでもよく、前述のものに限定されない。
FIG. 4A is a cross-sectional view of the ultrasonic radiator according to the first embodiment. What is shown is a cross-sectional view of the portion indicated by the one-dot broken line BB ′ shown in FIG. 3, the cross section of the
図4−2は、実施の形態1の他の超音波放射器の断面図である。図4−1に示したフレキシブル基板10は、パッキン12a,12bにより16個の振動面15に分割されたものである。振動面15の数は、所望の音圧が得られるように備えられ、例えば導体パターン11に流れる信号電流が大きい場合などは、例えば図4−2に示したように13個の振動面15が形成されるようにパッキン12a,12bの形状などを調整し、図4−1に示したものに比べて振動面15の数を減少させて構成する。また、逆に大きな音圧を得るようにしたい場合は、振動面15の数を増加させて構成する。
FIG. 4-2 is a cross-sectional view of another ultrasonic radiator according to the first embodiment. The
図5は、実施の形態1による超音波放射器の振動板の構成を示す説明図である。図2〜図4−2に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。この図は、図4−1に示した振動面15と、その振動面15の表面側に配置される磁石板13a及び裏面側に配置される磁石板13bの各着磁部16を示したものである。磁石板13a及び磁石板13bの着磁部16は、前述のようにS極とN極とを交互にストライプ状に着磁させたもので、図5に破線で示したように導体パターン11に沿うように設けられ、例えば、超音波放射器7を正面視したとき、導体パターン11の矩形状のパターンが、各着磁部16の間を縫うように配置されている。また好ましくは、磁化された部分の形状が当該導体パターン11の長手方向に延設されたパターンと平行となるように着磁させる。各着磁部16は、磁力の強い部分が導体パターン11と重ならないように設けられ、特に磁石板13aの着磁部16は、当該磁石板13aに放射孔9が設けられていることから、導体パターン11の長手方向に延設されたパターン部分と重ならないように設けられる。また、磁石板13aの着磁部16と磁石板13bの着磁部16は、図3に示したように同一磁極を対向させて、超音波放射器7の内部に配置されている。各着磁部16は、導体パターン11に流れる超音波信号の電流値に関連して、振動面15を超音波周波数帯域で振動させる磁力を有するように着磁される。具体的には、例えば図3の断面図においてS極またはN極に着磁されている部位の厚さを増減する、即ち磁石板13a,13bの厚さなどの構成を変更して、超音波発生に必要な磁場が得られるように調整する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the diaphragm of the ultrasonic radiator according to the first embodiment. The same reference numerals are used for the same parts as those shown in FIGS. This figure shows the
次に動作について説明する。
図6は、実施の形態1による超音波放射器の動作を示す説明図である。図2〜図5に示したものと同一部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図6は、振動面15の周辺に形成される磁気回路を示したもので、一点破線の矢印で表した磁束により当該磁気回路を示している。磁石板13aの各着磁部16は、前述のように交互にそれぞれN極あるいはS極に着磁され、それぞれ隣接する着磁部16の間には、磁束で図示したような磁場が生じる。前述のように、磁石板13a,13bとフレキシブル基板10が配置されていることから、この磁場の中にはフレキシブル基板10の導体パターン11が存在する。空間上の磁束はN極からS極に向うことから、S極に着磁された着磁部16と、これに隣接するN極に着磁された着磁部16との間には、当該S極の着磁部16とN極の着磁部16の間に配置されている導体パターン11を含む磁気回路が形成される。この磁気回路は、図中フレキシブル基板10の上方、即ちフレキシブル基板10の表面側の空間に形成される。磁石板13bの各着磁部16も、前述のように交互にそれぞれN極あるいはS極に着磁されており、磁石板13bにおいて隣接している各着磁部16間に、一点破線の矢印の磁束によって示したような磁場が生じ、前述の説明と同様な磁気回路がフレキシブル基板10の裏面側の空間、即ちフレキシブル基板10と磁石板13bとの間に形成される。
Next, the operation will be described.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the operation of the ultrasonic radiator according to the first embodiment. The same parts as those shown in FIGS. 2 to 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 6 shows a magnetic circuit formed around the
このような磁気回路の中に位置する導体パターン11に電流を流し、発生するローレンツ力により振動面15を変位させる。各振動面15の導体パターン11には、同じ電流、即ち同一の超音波信号が供給されることから、フレキシブル基板10に備えられた各振動面15は、全てのものが同様に振動して位相等の揃っている超音波を発生する。各振動面15は、前述のように非伝動性部材のパッキン12a,12bによって分離されているので、各々の振動が他の振動面15に伝わることがなく、共振等は発生しない。このように同様な位相等を有する超音波を各振動面15によって発生させているので、振動面15の個数に比例した音圧レベルを得ることができ、効率よく超音波を発生させることができる。
A current is passed through the
以上のように実施の形態1によれば、振動部材として導体パターン11を形成させたフレキシブル基板10と、フレキシブル基板10を保持する格子状のパッキン12a,12bと、導体パターン11に沿うように着磁させた磁石板13a,13bとを備えたので、フレキシブル基板10がパッキン12a,12bにより複数の振動面15に分割され、超音波信号の電流を導体パターン11に流された各振動面15は同様に振動することができ、位相等が同様に揃った振動により超音波を発生させることにより、効率よく音圧を高めることができるという効果がある。
As described above, according to the first embodiment, the
また、一枚のフレキシブル基板10を格子状のパッキン12a,12bにより保持することにより、複数の振動面15を設けるようにしたので、製造時の作業性を向上させることができ、生産コストを抑制することができるという効果がある。
In addition, since a plurality of vibration surfaces 15 are provided by holding a single
1 音源、2 音響放射制御器、3 増幅器、4 パラメトリックスピーカ、5 搬送波生成部、6 加算部、7 超音波放射器、8,14 プレート、9 放射孔、10 フレキシブル基板(振動板)、11 導体パターン、12a,12b パッキン(保持部材)、13a,13b 磁石板、15 振動面(超音波振動面)、16 着磁部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
信号電流が供給される導体パターンを有する振動板と、
前記磁石板のストライプ状に着磁された部位間に前記導体パターンを配置させると共に前記振動板の振動面を保持することにより当該振動面を分割して複数の超音波振動面を形成させる保持部材とを備えた超音波放射器。 A magnet plate in which different magnetic poles are alternately magnetized in stripes;
A diaphragm having a conductor pattern to which a signal current is supplied;
A holding member that forms the plurality of ultrasonic vibration surfaces by dividing the vibration surface by disposing the conductor pattern between the portions of the magnet plate magnetized in stripes and holding the vibration surface of the vibration plate And an ultrasonic radiator.
保持部材は、ストライプ状の着磁部位間を縫うように前記矩形状の導体パターンを配置させることを特徴とする請求項1記載の超音波放射器。 The conductor pattern is formed by connecting a plurality of rectangles,
The ultrasonic radiator according to claim 1, wherein the holding member has the rectangular conductor pattern disposed so as to sew between the stripe-shaped magnetized portions.
振動板は、前記第一の磁石板と第二の磁石板との間に配置されることを特徴とする請求項1記載の超音波放射器。 The magnet plate consists of first and second magnet plates magnetized in the same manner,
2. The ultrasonic radiator according to claim 1, wherein the diaphragm is disposed between the first magnet plate and the second magnet plate.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2007032100A1 (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Mitsubishi Denki Engineering Kabushiki Kaisha | Acoustic device and conversation device |
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2004
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| WO2007032100A1 (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-22 | Mitsubishi Denki Engineering Kabushiki Kaisha | Acoustic device and conversation device |
| US7929725B2 (en) | 2005-09-14 | 2011-04-19 | Mitsubishi Denki Engineering Kabushiki Kaisha | Acoustic apparatus and telephone conversation apparatus |
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