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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-11
(45)【発行日】2022-07-20
(54)【発明の名称】電気音響変換装置及び電気音響変換装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H04R 1/10 20060101AFI20220712BHJP
H04R 9/06 20060101ALI20220712BHJP
H04R 1/24 20060101ALI20220712BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20220712BHJP
【ＦＩ】
H04R1/10 104Z
H04R9/06 A
H04R1/24 Z
H04R17/00
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2017145207
(22)【出願日】2017-07-27
(65)【公開番号】P2019029745
(43)【公開日】2019-02-21
【審査請求日】2020-07-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000204284
【氏名又は名称】太陽誘電株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003339
【氏名又は名称】特許業務法人南青山国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100104215
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100196575
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 満
(72)【発明者】
【氏名】石井 茂雄
(72)【発明者】
【氏名】浜田 浩
(72)【発明者】
【氏名】土信田 豊
(72)【発明者】
【氏名】富田 隆
【審査官】辻 勇貴
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－２２５８５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０８６３９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０１２７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３１９３２８１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】中国実用新案第２０３８９６５０２（ＣＮ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｒ １／１０
Ｈ０４Ｒ ９／０６
Ｈ０４Ｒ １／２４
Ｈ０４Ｒ １７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の音響を発生させる電磁式発音体と、第２の音響を発生させる圧電式発音体と
を具備し、
前記第１の音響の音圧と前記第２の音響の音圧との交差周波数帯域が８ｋＨｚ～１０ｋＨｚであり、前記交差周波数帯域における前記第１及び第２の音響の音圧の和は、前記交差周波数帯域における前記第１の音響の音圧の１．５倍以上２．０倍以下である周波数帯域を含む
電気音響変換装置。
【請求項2】
請求項１に記載の電気音響変換装置であって、前記圧電式発音体は、円形の振動板を有し、
前記振動板の直径は１０ｍｍ以下である
電気音響変換装置。
【請求項3】
第１の音響を発生させる電磁式発音体と、振動板を有し、第２の音響を発生させる圧電式発音体とを具備する電気音響変換装置の製造方法であって、前記第１の音響の音圧と前記第２の音響の音圧との交差周波数帯域が８ｋＨｚ～１０ｋＨｚであり、前記交差周波数帯域における前記第１及び第２の音響の音圧の和が、前記交差周波数帯域における前記第１の音響の音圧の１．５倍以上２．０倍以下である周波数帯域を含むように前記振動板の振動特性を決定する
電気音響変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁式発音体と圧電式発音体とを備えた電気音響変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
圧電発音素子は、簡易な電気音響変換手段として広く利用されており、例えば、イヤホンあるいはヘッドホンのような音響機器、さらには携帯情報端末のスピーカなどとして多用されている。圧電発音素子は、典型的には、振動板の片面あるいは両面に圧電素子を貼り合わせた構成を有する（例えば特許文献１参照）。
【0003】
一方、特許文献２には、ダイナミック型ドライバと圧電型ドライバとを備え、これら２つのドライバを並列駆動させることで帯域幅の広い再生を可能としたヘッドホンが記載されている。上記圧電型ドライバは、ダイナミック型ドライバの前面を閉塞し振動板として機能するフロントカバーの内面中央部に設けられており、この圧電型ドライバを高音域用ドライバとして機能させるように構成されている。
【0004】
特許文献３には、電磁式発音体と圧電式発音体を備え、電磁式発音体を低音域用に、圧電式発音体を高音域用に用いる電気音響変換装置が記載されている。この電気音響変換装置は、圧電式発音体又はその周囲に通路部を有し、通路部の大きさや個数を最適化することにより圧電式発音体から出力される音波を所望の周波数特性に調整することが可能に構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１３－１５０３０５号公報
【文献】実開昭６２－６８４００号公報
【文献】特許第５７５９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、イヤホンやヘッドホン等の音響機器においては、音質の更なる向上が求められている。電磁式発音体と圧電式発音体とを備えた電気音響変換装置においては、電磁式発音体からの再生音の音圧レベルと圧電式発音体からの再生音の音圧レベルとが相互に交差する周波数（以下、クロスオーバ周波数ともいう）付近で、２つの再生音の合成音圧レベルが急激に低下する現象（ディップ）が生じる場合がある。
【0007】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、クロスオーバ付近での音響特性の改善を図ることができる電気音響変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電気音響変換装置は、第１の音響を発生させる電磁式発音体と、第２の音響を発生させる圧電式発音体とを具備する。
上記第１の音響の音圧と上記第２の音響の音圧との交差周波数帯域における上記第１及び第２の音響の音圧の和は、上記交差周波数帯域における上記第１の音響の音圧の０．５倍以上である。
上記第１の音響の音圧と上記第２の音響の音圧との交差周波数帯域における上記第１及び第２の音響の音圧の和は、上記交差周波数帯域における上記第１の音響の音圧の０．５倍以上である。
【0009】
上記電気音響変換装置によれば、交差周波数帯域における第１及び第２の音響の音圧の和は、交差周波数帯域における上記第１の音響の音圧の０．５倍以上であるため、交差周波数帯域における第１及び第２の音響の合成音圧レベルの低下（ディップ）を効果的に抑えることができる。
【0010】
上記交差周波数帯域における上記第１及び第２の音響の音圧の和は、上記交差周波数帯域における上記第１の音響の音圧の１倍以上であってもよい。
【0011】
上記圧電式発音体は、円形の振動板を有してもよい。この場合、上記振動板の直径は１０ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、クロスオーバ付近での音響特性の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る電気音響変換装置の構成を示す概略側断面図である。
【図2】上記電気音響変換装置における電磁式発音体の一構成例を示す要部の断面図である。
【図3】上記電気音響変換装置における圧電式発音体の概略平面図である。
【図4】上記圧電式発音体における圧電素子の内部構造を示す概略断面図である。
【図5】上記電気音響変換装置における支持部材の概略平面図である。
【図6】上記支持部材を含む発音ユニットの分解側断面図である。
【図7A】比較例に係る電気音響変換装置における電磁式発音体及び圧電式発音体の音圧特性の一例を示す図である。
【図8】圧力波の複素表現を説明する図である。
【図9A】適用例１の説明図であって、指標αが異なる２つの電気音響変換装置の音響特性を比較して示す一実験結果である。
【図9B】適用例１の説明図であって、比較例および実施形態における指標αの周波数特性を示す図である。
【図10A】適用例２の説明図であって、比較例に係る電気音響変換装置の音響特性を示す一実験結果である。
【図11A】適用例２の説明図であって、実施形態に係る電気音響変換装置の音響特性を示す一実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0015】
［基本構成］
まず、本実施形態における電気音響変換装置の基本構成について説明する。
まず、本実施形態における電気音響変換装置の基本構成について説明する。
【0016】
図１は、本発明の一実施形態に係る電気音響変換装置としてのイヤホン１００の構成を示す概略側断面図である。
図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示している。
図において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は相互に直交する３軸方向を示している。
【0017】
イヤホン１００は、イヤホン本体１０と、イヤピース２０とを有する。イヤピース２０は、イヤホン本体１０の導音路４１に取り付けられるとともに、ユーザの耳に装着可能に構成される。
【0018】
イヤホン本体１０は、発音ユニット３０と、発音ユニット３０を収容する筐体４０とを有する。発音ユニット３０は、電磁式発音体３１と、圧電式発音体３２とを有する。
【0019】
（筐体）
筐体４０は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、Ｚ軸方向に分離可能な２分割構造で構成される。筐体４０の一端面（図において上端面）４１０には、発音ユニット３０により生成される音波を外部へ導く導音路４１が設けられている。
筐体４０は、発音ユニット３０を収容する内部空間を有し、Ｚ軸方向に分離可能な２分割構造で構成される。筐体４０の一端面（図において上端面）４１０には、発音ユニット３０により生成される音波を外部へ導く導音路４１が設けられている。
【0020】
筐体４０は、第１の筐体部４０１と第２の筐体部４０２との結合体で構成される。第１の筐体部４０１は、発音ユニット３０を内部に収容する収容空間を有する。第２の筐体部４０２は導音路４１を有し、第１の筐体部４０１とＺ軸方向に組み合わされ、圧電式発音体３２を被覆する。
【0021】
筐体４０の内部空間は、圧電式発音体３２によって第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とに区画される。第１の空間部Ｓ１には電磁式発音体３１が配置される。第２の空間部Ｓ２は、導音路４１に連通する空間部であり、圧電式発音体３２と第２の筐体部４０２の底部４１０との間に形成される。第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とは、圧電式発音体３２の通路部３３０を介して相互に連通している。
【0022】
（電磁式発音体）
電磁式発音体３１は、低音域を再生するウーハ（Woofer）として機能するダイナミック型スピーカユニットで構成される。本実施形態では、例えば７～９ｋＨｚ以下の音波を主として生成するダイナミックスピーカで構成され、ボイスコイルモータ（電磁コイル）等の振動体を含む機構部３１１と、機構部３１１を振動可能に支持する台座部３１２とを有する。
電磁式発音体３１は、低音域を再生するウーハ（Woofer）として機能するダイナミック型スピーカユニットで構成される。本実施形態では、例えば７～９ｋＨｚ以下の音波を主として生成するダイナミックスピーカで構成され、ボイスコイルモータ（電磁コイル）等の振動体を含む機構部３１１と、機構部３１１を振動可能に支持する台座部３１２とを有する。
【0023】
電磁式発音体３１の機構部３１１の構成は特に限定されない。図２は、機構部３１１の一構成例を示す要部の断面図である。機構部３１１は、台座部３１２に振動可能に支持された振動板Ｅ１（第２の振動板）と、永久磁石Ｅ２と、ボイスコイルＥ３と、永久磁石Ｅ２を支持するヨークＥ４とを有する。振動板Ｅ１は、その周縁部が台座部３１２の底部とこれに一体的に組み付けられる環状固定具３１０との間に挟持されることで、台座部３１２に支持される。
【0024】
ボイスコイルＥ３は、巻き芯となるボビンに導線を巻きつけて形成され、振動板Ｅ１の中央部に接合されている。また、ボイスコイルＥ３は、永久磁石Ｅ２の磁束の方向に対して垂直に配置される。ボイスコイルＥ３に交流電流（音声信号）を流すとボイスコイルＥ３に電磁力が作用するため、ボイスコイルＥ３は信号波形に合わせて図中Ｚ軸方向に振動する。この振動がボイスコイルＥ３に連結された振動板Ｅ１に伝達され、第１及び第２の空間部Ｓ１、Ｓ２（図１）内の空気を振動させることにより上記低音域の音波（第１の音響）を発生させる。
【0025】
電磁式発音体３１は、筐体４０の内部に適宜の方法で固定される。電磁式発音体３１の上部には、発音ユニット３０の電気回路を構成する回路基板３３が固定されている。回路基板３３は、筐体４０のリード部４２を介して導入されたケーブル４３と電気的に接続され、図示しない配線部材を介して電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２へそれぞれ電気信号を出力する。
【0026】
（圧電式発音体）
圧電式発音体３２は、高音域を再生するツイータ（Tweeter）として機能するスピーカユニットを構成する。本実施形態では、例えば７～９ｋＨｚ以上の音波を主として生成するようにその発振周波数が設定される。圧電式発音体３２は、振動板３２１（第１の振動板）と、圧電素子３２２とを有する。
圧電式発音体３２は、高音域を再生するツイータ（Tweeter）として機能するスピーカユニットを構成する。本実施形態では、例えば７～９ｋＨｚ以上の音波を主として生成するようにその発振周波数が設定される。圧電式発音体３２は、振動板３２１（第１の振動板）と、圧電素子３２２とを有する。
【0027】
振動板３２１は、金属（例えば４２アロイ）等の導電材料または樹脂（例えば液晶ポリマー）等の絶縁材料で構成され、その平面形状は略円形に形成される。「略円形」とは、円形だけでなく、後述するように実質的に円形のものも意味する。振動板３２１の外径や厚みは特に限定されず、筐体４０の大きさ、再生音波の周波数帯域などに応じて適宜設定される。本実施形態では、直径約８～１２ｍｍ、厚み約０．２ｍｍの振動板が用いられる。
【0028】
振動板３２１は、必要に応じ、その外周から内周側に向けてくぼむ凹状やスリット状などに形成された切欠き部を有していてもよい。なお、振動板３２１の平面形状は、概形が円形であれば、上記切欠き部が形成されることなどにより厳密には円形でない場合にも、実質的に円形として扱うものとする。
【0029】
振動板３２１は、導音路４１に臨む第１の主面３２ａと、電磁式発音体３１に臨む第２の主面３２ｂとを有する。本実施形態において圧電式発音体３２は、振動板３２１の第１の主面３２ａにのみ圧電素子３２２が接合されたユニモルフ構造を有する。
なおこれに限られず、圧電素子３２２は、振動板３２１の第２の主面３２ｂに接合されてもよい。また、圧電式発音体３２は、振動板３２１の両主面３２ａ，３２ｂに圧電素子がそれぞれ接合されたバイモルフ構造で構成されてもよい。
なおこれに限られず、圧電素子３２２は、振動板３２１の第２の主面３２ｂに接合されてもよい。また、圧電式発音体３２は、振動板３２１の両主面３２ａ，３２ｂに圧電素子がそれぞれ接合されたバイモルフ構造で構成されてもよい。
【0030】
図３は、圧電式発音体３２の平面図である。
【0031】
図３に示すように、圧電素子３２２の平面形状は矩形状であり、圧電素子３２２の中心軸は、典型的には、振動板３２１の中心軸Ｃ１と同軸上に配置されている。これに限られず、圧電素子３２２の中心軸は、振動板３２１の中心軸Ｃ１よりも例えばＸ軸方向に所定量だけ変位してもよい。つまり、圧電素子３２２は、振動板３２１に対して偏心した位置に配置されてもよい。これにより、振動板３２１の振動中心が中心軸Ｃ１とは異なる位置にずれるため、圧電式発音体３２の振動モードが振動板３２１の中心軸Ｃ１に関して非対称となる。したがって、例えば振動板３２１の振動中心を導音路４１に接近させることにより、高音域の音圧特性の更なる向上を図ることができる。
【0032】
振動板３２１は、その面内に複数の通路部３３０を有する。これら通路部３３０は、振動板３２１を厚み方向に貫通する通路部を構成し、第１の開口部３３１と、第２の開口部３３２とを含む。通路部３３０は、筐体４０の内部において、第１の空間部Ｓ１と第２の空間部Ｓ２とを相互に連通させる。
【0033】
第１の開口部３３１は、振動板３２１の周縁部３２１ｃと圧電素子３２２との間の領域に設けられた複数の円形の孔で構成される。これら第１の開口部３３１は、中心線ＣＬ（振動板３２１の中心を通るＹ軸方向に平行な線）上の、中心軸Ｃ１に関して対称な位置にそれぞれ設けられる。第１の開口部３３１はそれぞれ同一径（例えば直径約１ｍｍ）の丸孔で形成されるが、勿論これに限られない。
【0034】
第２の開口部３３２は、周縁部３２１ｃと圧電素子３２２との間にそれぞれ設けられ、Ｙ軸方向に長辺を有する矩形状に形成される。第２の開口部３３２は、圧電素子３２２の周縁部に沿って形成され、それらの一部は、圧電素子３２２の周縁部に部分的に被覆される。第２の開口部３３２は、振動板３２１の表裏を貫通する通路としての機能のほか、後述するように、圧電素子３２２の有する２つの外部電極間の短絡防止の機能をも有する。
【0035】
図４は、圧電素子３２２の内部構造を示す概略断面図である。
【0036】
圧電素子３２２は、素体３２８と、ＸＹ軸方向に相互に対向する第１の外部電極３２６ａ及び第２の外部電極３２６ｂとを有する。また、圧電素子３２２は、相互に対向するＺ軸に垂直な第１の主面３２２ａ及び第２の主面３２２ｂを有する。圧電素子３２２の第２の主面３２２ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａに対向する実装面として構成される。
【0037】
素体３２８は、セラミックシート３２３と、内部電極層３２４ａ，３２４ｂとがＺ軸方向に積層された構造を有する。つまり、内部電極層３２４ａ，３２４ｂは、セラミックシート３２３を挟んで交互に積層されている。セラミックシート３２３は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、アルカリ金属含有ニオブ酸化物等の圧電材料によって形成されている。内部電極層３２４ａ，３２４ｂは各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。
【0038】
素体３２８の第１の内部電極層３２４ａは、第１の外部電極３２６ａに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第２の外部電極３２６ｂから絶縁されている。また、素体３２８の第２の内部電極層３２４ｂは、第２の外部電極３２６ｂに接続されるとともに、セラミックシート３２３のマージン部によって第１の外部電極３２６ａから絶縁されている。
【0039】
図４において、第１の内部電極層３２４ａの最上層は、素体３２８の表面（図４において上面）を部分的に被覆する第１の引出電極層３２５ａを構成し、第２の内部電極層３２４ｂの最下層は、素体３２８の裏面（図４において下面）を部分的に被覆する第２の引出電極層３２５ｂを構成する。第１の引出電極層３２５ａは、回路基板３３（図１）と電気的に接続される一方の極の端子部３２７ａを有し、第２の引出し電極層３２５ｂは、適宜の接合材を介して振動板３２１の第１の主面３２ａに電気的かつ機械的に接続される。振動板３２１が導電性材料で構成される場合、接合材には、導電性接着剤、はんだ等の導電性接合材が用いられてもよく、この場合には他方の極の端子部を振動板３２１に設けることができる。
【0040】
第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、素体３２８のＸ軸方向の両端面の略中央部に各種金属材料などの導電性材料によって形成されている。第１の外部電極３２６ａは、第１の内部電極層３２４ａ及び第１の引出電極層３２５ａと電気的に接続され、第２の外部電極３２６ｂは、第２の内部電極層３２４ｂ及び第２の引出電極層３２５ｂと電気的に接続される。
【0041】
このような構成により、外部電極３２６ａ，３２６ｂ間に交流電圧が印加されると、各内部電極層３２４ａ，３２４ｂ間にある各セラミックシート３２３が所定周波数で伸縮する。これにより、圧電素子３２２は振動板３２１に付与する振動を発生させることができる。この振動が、第２の空間部Ｓ２（図１）内の空気を振動させることにより上記高音域の音波（第２の音響）を発生させる。
【0042】
ここで、第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、図４に示すように、それぞれ素体３２８の上記両端面の各々から突出する。このとき、第１及び第２の外部電極３２６ａ，３２６ｂは、振動板３２１の第１の主面３２ａに向かって突出する隆起部３２９ａ，３２９ｂが形成される場合がある。そこで、上述の開口部３３３は、隆起部３２９ａ，３２９ｂを収容できる大きさに形成される。これにより、隆起部３２９ａ，３２９ｂと振動板３２１との接触による外部電極３２６ａ，３２６ｂ間の電気的短絡が阻止される。
【0043】
（支持部材）
イヤホン１００は、筐体４０の内部において圧電式発音体３２を振動可能に支持する支持部材５０（支持部）を有する。図５は支持部材５０の概略平面図、図６は支持部材５０を含む発音ユニット３０の分解側断面図である。
イヤホン１００は、筐体４０の内部において圧電式発音体３２を振動可能に支持する支持部材５０（支持部）を有する。図５は支持部材５０の概略平面図、図６は支持部材５０を含む発音ユニット３０の分解側断面図である。
【0044】
支持部材５０は、図５に示すようにリング状（円環状）のブロック体で構成される。支持部材５０は、圧電式発音体３２の振動板３２１の周縁部３２１ｃを支持する支持面５１と、筐体４０の内壁面に対向する外周面５２と、第１の空間部Ｓ１に臨む内周面５３と、筐体４０（第２の筐体部４０２）に接合される先端面５４と、電磁式発音体３１の周縁部に接合される底面５５とを有する。
【0045】
支持面５１は、円環状の粘着材層６１（第１の粘着材層）を介して振動板３２１の周縁部３２１ｃに接合される。これにより、振動板３２１は支持部材５０に対して弾性的に支持されるため、振動板３２１の共振のぶれが抑制され、振動板３２１の安定した共振動作が確保される。
【0046】
また、先端面５４は、円環状の粘着材層６２（第２の粘着材層）を介して第２の筐体部４０２の周縁内周部に接合される。底面５５は、円環状の粘着材層６３（第３の粘着材層）を介して電磁式発音体３１に接合される。これにより、第１の筐体部４０１と第２の筐体部４０２との間で支持部材５０を弾性的に挟持することができるため、支持部材５０により圧電式発音体３２を安定に支持することができる。
【0047】
粘着材層６１～６３は、適度な弾性を有する材料で構成され、典型的には、各々所定の径でカッティングされた両面粘着テープで構成される。これ以外にも、粘着材層６１～６３は、粘弾性樹脂の硬化物や加圧接着性の粘弾性フィルム等で構成されてもよい。また、粘着材層６１～６３が環状体で構成されることにより、電磁式発音体３１と支持部材５０との間の気密性、支持部材５０と振動板３２１との間の気密性、そして、支持部材５０と筐体４０との間の気密性がそれぞれ高められ、第１及び第２の空間部Ｓ１，Ｓ２で発生した音波を効率よく導音路４１へ導くことができる。
【0048】
支持部材５０は、例えば、３ＧＰａ以上のヤング率（縦弾性係数）を有する材料で構成される。このような材料で構成された支持部材５０は、比較的高い剛性を確保することができるため、７ｋＨｚ以上の比較的高い周波数帯域で振動する圧電式発音体３２（振動板３２１）を安定に支持することができる。
【0049】
支持部材５０を構成する材料のヤング率の上限は特に限定されないが、例えば５ＧＰａ以上の材料単体では、金属やセラミックス等の無機材料にほぼ限定されるため、重量や生産コスト等との兼ね合いで上限は適宜設定可能であり、例えば５００ＧＰａ以下とすることができる。一方、支持部材５０を合成樹脂材料製とすることにより、軽量化、生産性の点で有利である。
【0050】
ヤング率が３ＧＰａ以上の材料としては、例えば、金属材料、セラミックス、合成樹脂材料、合成樹脂材料を主体とする複合材料が挙げられる。金属材料としては、圧延鋼、ステンレス鋼、鋳鉄等の鉄系材料のほか、アルミニウムや黄銅等の非鉄系材料など、特に制限なく採用可能である。セラミックスとしては、ＳｉＣやＡｌ２Ｏ３等の適宜の材料が適用可能である。
【0051】
合成樹脂材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、硬質塩化ビニル、メチルメタクリレート・スチレン共重合体（ＭＳ）等が挙げられる。また、ポリカーボネート（ＰＣ）やスチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体（ＡＢＳ）等のような単体で３ＧＰａ以上のヤング率を有しない樹脂材料であっても、これにガラス繊維等の繊維質や無機粒子等の微粒子からなるフィラー（充填材）が添加された、ヤング率（縦弾性係数）３ＧＰａ以上の複合材料（強化型プラスチック）が採用可能である。
【0052】
支持部材５０は、単純な板材ではなく領域によって厚みが異なる３次元形状に形成されてもよい。これにより断面二次モーメントが大きくすることができ、同一のヤング率を有する材料であっても剛性（曲げ剛性）をさらに高めることができる。
【0053】
例えば本実施形態における支持部材５０には、支持面５１の外周縁部に沿って上方へ突出し、振動板３２１の周縁部３２１ｃを囲繞する環状片部５６（第１の環状片部）が設けられており（図６参照）、その頂部に上述した先端面５４が形成されている。これにより支持部材５０の外周側が内周側よりも厚肉となるため、捻りや曲げに対する剛性が高められる。
【0054】
［イヤホンの動作］
続いて、以上のように構成される本実施形態のイヤホン１００の典型的な動作について説明する。
続いて、以上のように構成される本実施形態のイヤホン１００の典型的な動作について説明する。
【0055】
本実施形態のイヤホン１００において、発音ユニット３０の回路基板３３には、ケーブル５０を介して再生信号が入力される。再生信号は、回路基板３３を介して、電磁式発音体３１及び圧電式発音体３２にそれぞれ入力される。これにより、電磁式発音体３１が駆動されて、主として７ｋＨｚ以下の低音域の音波が生成される。一方、圧電式発音体３２においては、圧電素子３２２の伸縮動作により振動板３２１が振動し、主として７ｋＨｚ以上の高音域の音波が生成される。生成された各帯域の音波は、導音路４１を介してユーザの耳に伝達される。このようにイヤホン１００は、低音域用の発音体と高音域用の発音体とを有するハイブリッドスピーカとして機能する。
【0056】
一方、電磁式発音体３１によって発生した音波は、圧電式発音体３２の通路部３３０を介して第２の空間部Ｓ２へ伝播する音波成分と、通路部３３０を介して第２の空間部Ｓ２へ伝播する音波成分との合成波で形成される。したがって、通路部３３０の大きさ、個数等を最適化することにより、電磁式発音体３１から出力される低音域の音波を、例えば所定の低音帯域に音圧ピークが得られるような周波数特性に調整あるいはチューニングすることが可能となる。
【0057】
【0058】
図７Ａ，Ｂに示すように、イヤホンの再生音は、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)（第１の音響）と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)（第２の音響）との合成音である。図７Ａに示すように、イヤホンの再生音は、９ｋＨｚ以下の周波数帯域では電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)が支配的であり、９ｋＨｚ以上の周波数帯域では圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)が支配的である。
【0059】
しかしながら、電磁式発音体３１および圧電式発音体３２の周波数特性によっては、図７Ｂにおいて符号Ａで示すように、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)の音圧Ｐ(DSP)（第１の音圧）と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)の音圧Ｐ(DSP)（第１の音圧）とが相互に交差するクロスオーバ周波数（約９ｋＨｚ）付近において、これら再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)の合成音圧レベルの急激な低下（ディップ）が生じる場合がある。これは、各再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)の音響特性によっては、クロスオーバ周波数付近における各再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)の位相が相互に打ち消し合ってしまうためであると考えられる。
【0060】
本発明者らは、クロスオーバ周波数付近におけるディップ発生の問題は、２つの再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)の位相を適切に調整することにより解消できることを見出した。
【0061】
一般に、圧力波Pの音圧レベルは、SPL＝２０log（ｐ／ｐ０）と記述される。
圧力波Pの複素表現は、P=|P|cosθ＋ｉ|P|sinθである。図８に示すように、
|P|Real＝|P|cosθ、
|P|Image＝|P|sinθ
したがって、再生音Ｓ(DSP)の音圧の実軸成分|P(DSP)|Realおよび虚軸成分|P(DSP)|Image、ならびに、再生音Ｓ(TW)の音圧の実軸成分|P(TW)|Realおよび虚軸成分|P(TW)|Imageは、それぞれ以下のように記述される。
|P(DSP)|Real＝|P(DSP)|cosθ１、
|P(TW)|Real＝|P(TW)|cosθ２、
|P(DSP)|Image＝|P(DSP)|sinθ１、
|P(TW)|Image＝|P(TW)|sinθ２
ここで、θ１は、再生音Ｓ(DSP)の位相、θ２は、再生音Ｓ(TW)の位相である。
交差周波数帯域（クロスオーバ周波数付近）においては、|P(DSP)|≒|P(TW)|と見なせるため、交差周波数帯域における音圧は、以下のように記述することができる。
|P(DSP+TW)|≒|P(DSP|｛（cosθ１＋cosθ２）２＋（sinθ１＋sinθ２）２｝１／２
圧力波Pの複素表現は、P=|P|cosθ＋ｉ|P|sinθである。図８に示すように、
|P|Real＝|P|cosθ、
|P|Image＝|P|sinθ
したがって、再生音Ｓ(DSP)の音圧の実軸成分|P(DSP)|Realおよび虚軸成分|P(DSP)|Image、ならびに、再生音Ｓ(TW)の音圧の実軸成分|P(TW)|Realおよび虚軸成分|P(TW)|Imageは、それぞれ以下のように記述される。
|P(DSP)|Real＝|P(DSP)|cosθ１、
|P(TW)|Real＝|P(TW)|cosθ２、
|P(DSP)|Image＝|P(DSP)|sinθ１、
|P(TW)|Image＝|P(TW)|sinθ２
ここで、θ１は、再生音Ｓ(DSP)の位相、θ２は、再生音Ｓ(TW)の位相である。
交差周波数帯域（クロスオーバ周波数付近）においては、|P(DSP)|≒|P(TW)|と見なせるため、交差周波数帯域における音圧は、以下のように記述することができる。
|P(DSP+TW)|≒|P(DSP|｛（cosθ１＋cosθ２）２＋（sinθ１＋sinθ２）２｝１／２
【0062】
ここで、再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)の繋がりは、それぞれの位相の影響を受け、上式右辺の平方根の項の値は、繋がりの程度を示す指標と考えることができる。そこで、この項をαと定義すると、
α≡｛（cosθ１＋cosθ２）２＋（sinθ１＋sinθ２）２｝１／２
αは、θ１＝θ２、すなわち、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)の位相差が０のときに、最大値α＝２をとり、θ１＝θ２＋πのときに、２つの再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)が打ち消し合い、α＝０となる。
つまり、αは、０から２までの連続値をとる。
α≡｛（cosθ１＋cosθ２）２＋（sinθ１＋sinθ２）２｝１／２
αは、θ１＝θ２、すなわち、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)の位相差が０のときに、最大値α＝２をとり、θ１＝θ２＋πのときに、２つの再生音Ｓ(DSP)、Ｓ(TW)が打ち消し合い、α＝０となる。
つまり、αは、０から２までの連続値をとる。
【0063】
［本実施形態の電気音響変換装置］
本実施形態のイヤホン１００は、指標αが０．５以上となるにように構成されている。すなわち本実施形態では、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)の音圧Ｐ(DSP)と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)の音圧Ｐ(TW)との交差周波数帯域における音圧の和Ｐ(DSP+TW)が、当該交差周波数帯域における電磁式発音体３１の音圧Ｐ(DSP)の０．５倍以上となるように構成される。これにより、クロスオーバ付近でのディップの発生を抑制して音響特性の改善を図ることができる。
本実施形態のイヤホン１００は、指標αが０．５以上となるにように構成されている。すなわち本実施形態では、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)の音圧Ｐ(DSP)と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)の音圧Ｐ(TW)との交差周波数帯域における音圧の和Ｐ(DSP+TW)が、当該交差周波数帯域における電磁式発音体３１の音圧Ｐ(DSP)の０．５倍以上となるように構成される。これにより、クロスオーバ付近でのディップの発生を抑制して音響特性の改善を図ることができる。
【0064】
音圧Ｐ(DSP)と音圧Ｐ(TW)との交差周波数帯域は、クロスオーバ周波数（約９ｋＨｚ）を含む所定の周波数帯域をいい、例えば、８～１０ｋＨｚの帯域を意味する。この帯域での合成音圧（Ｐ(DSP+TW)）を音圧Ｐ(DSP)の０．５倍以上、より好ましくは、１倍以上とすることで、クロスオーバ付近におけるディップの発生を効率よく防止することができる。
【0065】
特に、圧電式発音体３２の振動板３２１が小径化するほど（例えば直径が１０ｍｍ以下の場合）、クロスオーバ周波数付近でのディップの発生がより顕著になる傾向にあるが、上述のように指標αを適切に設定することで、クロスオーバ周波数付近において電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)とが良好に繋がり、したがってディップを生じさせることなく良好な音響特性を確保することができる。
【0066】
指標αの設定方法は特に限定されず、電磁式発音体３１および圧電式発音体３２のうち少なくとも一方の音響特性の調整することで、指標αを所望の値に設定することができる。例えば、振動板３２１の厚みを薄くしたり、剛性を低下させたりして、圧電式発音体３２の共振周波数を下げるようにすれば、指標αの設定が容易になる。
【0067】
これ以外にも、振動板３２１の周縁部を支持する粘着材層６１（図１）の厚みや粘弾性を調整し、あるいは圧電素子３２２の中心を振動板３２１の中心軸Ｃ１に対してオフセットさせて振動板３２１の振動特性を調整することも、指標αの設定に有利である。更には、支持部材５０の材質（ヤング率）、剛性等が調整されてもよい。
【0068】
（適用例１）
図９Ａは、指標αが異なる２つのイヤホンの音響特性を比較して示す一実験結果である。図９Ｂは、比較例および本実施形態における指標αの周波数特性を示している。図９Ａ，Ｂにおいて「Ｄｉｐあり」は、図７Ａに示した比較例に係るイヤホンの音響特性に相当し、「Ｄｉｐなし」は本実施形態に係るイヤホン１００の音響特性に相当する。圧電式発音体３２の振動板３２１の直径はいずれも１２ｍｍであるのに対し、共振周波数は、比較例（Ｄｉｐあり）では９．９ｋＨｚ、本実施形態（Ｄｉｐなし）では９．２ｋＨｚである。
図９Ａは、指標αが異なる２つのイヤホンの音響特性を比較して示す一実験結果である。図９Ｂは、比較例および本実施形態における指標αの周波数特性を示している。図９Ａ，Ｂにおいて「Ｄｉｐあり」は、図７Ａに示した比較例に係るイヤホンの音響特性に相当し、「Ｄｉｐなし」は本実施形態に係るイヤホン１００の音響特性に相当する。圧電式発音体３２の振動板３２１の直径はいずれも１２ｍｍであるのに対し、共振周波数は、比較例（Ｄｉｐあり）では９．９ｋＨｚ、本実施形態（Ｄｉｐなし）では９．２ｋＨｚである。
【0069】
図９Ａ，Ｂに示すように、比較例のイヤホンは、電磁式発音体３１の再生音Ｓ(DSP)と圧電式発音体３２の再生音Ｓ(TW)との交差周波数帯域（８～１０ｋＨｚ）における指標αが１以下であり、特に、クロスオーバ周波数（約９．５ｋＨｚ）付近における指標αは０．５以下である。これに対して本実施形態によれば、上記交差周波数帯域における指標αは０．５以上であり、特に、クロスオーバ周波数付近における指標αは１以上（２以下）である。このため本実施形態によれば、クロスオーバ周波数付近における音圧の急激な落ち込み、すなわちディップの発生が効果的に抑制され、特に本例では、クロスオーバ周波数付近の音圧の向上が認められた。
【0070】
（適用例２）
図１０Ａは、図１０Ｂに示すような指標αの周波数特性を有する比較例に係るイヤホンの音響特性を示す一実験結果である。
一方、図１１Ａは、図１１Ｂに示すような指標αの周波数特性を有する本実施形態に係るイヤホンの音響特性を示す一実験結果である。
本例では、圧電式発音体３２の振動板３２１の直径はいずれも８ｍｍであるのに対し、共振周波数は、比較例（図１０Ａ，Ｂ）では９．８ｋＨｚ、本実施形態（図１１Ａ，Ｂ）では９．３ｋＨｚである。
図１０Ａは、図１０Ｂに示すような指標αの周波数特性を有する比較例に係るイヤホンの音響特性を示す一実験結果である。
一方、図１１Ａは、図１１Ｂに示すような指標αの周波数特性を有する本実施形態に係るイヤホンの音響特性を示す一実験結果である。
本例では、圧電式発音体３２の振動板３２１の直径はいずれも８ｍｍであるのに対し、共振周波数は、比較例（図１０Ａ，Ｂ）では９．８ｋＨｚ、本実施形態（図１１Ａ，Ｂ）では９．３ｋＨｚである。
【0071】
比較例に係るイヤホンにおいては、図１０Ｂに示すように、３ｋＨｚ～１０ｋＨｚの広い範囲で指標αの低下が著しく、クロスオーバ周波数（約９．５ｋＨｚ）付近における指標αの値が０．２５と極めて低い。このため、クロスオーバ周波数を含む交差周波数帯域において電磁式発音体と圧電式発音体との合成音圧レベルの急激な低下（ディップ）が認められた（図１０Ａ参照）。
【0072】
これに対して本実施形態に係るイヤホン１００においては、図１１Ｂに示すように、指標αの低下領域は認められるものの、指標αが低下する周波数帯域はクロスオーバ周波数付近よりも低周波数帯域（３ｋＨｚ～８ｋＨｚ）側にシフトしている。しかも、クロスオーバ周波数付近での指標αの値は最大値（α＝２）に達しているため、ディップは認められないばかりか、音圧レベルの大幅な上昇をもたらすことが確認された（図１１Ａ参照）。
【0073】
以上のように本実施形態においては、２つの再生音Ｓ(DSP)，(TW)の交差周波数帯域における各再生音の繋がりの程度を示す指標αを導入するとともに、この指標αの値が０．５以上、好ましくは１以上となるように圧電式発音体３２の振動特性を調整するようにしている。これにより、クロスオーバ周波数付近におけるイヤホン１００の音圧レベルの急激な低下（ディップ）の発生を抑えて、音響特性の改善を図ることができる。
【0074】
しかも本実施形態によれば、圧電式発音体３２の共振の鋭さ（Ｑ）を低下させることなく共振周波数を最適化するようにしているため、クロスオーバ周波数付近の音圧レベルの低下をもたらすことなく、ディップの発生を抑えることができる。
【0075】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【0076】
例えば以上の実施形態では、圧電式発音体３２の振動板３２１の直径が１２ｍｍおよび８ｍｍである適用例について説明したが、直径が１０ｍｍあるいは８ｍｍ以下の振動板を有する圧電式発音体にも同様に適用可能である。
【0077】
また以上の実施形態では、電気音響変換装置としてイヤホンを例に挙げて説明したが、これに限られず、ヘッドホン、据え置き型スピーカ、携帯情報端末に内蔵されるスピーカ等にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【0078】
３１…電磁式発音体
３２…圧電式発音体
４０…筐体
５０…支持部材
１００…イヤホン
３２１…振動板
３２２…圧電素子
３２…圧電式発音体
４０…筐体
５０…支持部材
１００…イヤホン
３２１…振動板
３２２…圧電素子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】