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JP6159984B2 - Ultrasonic sound generator and parametric speaker - Google Patents
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Description

本発明は、超音波を発生させる超音波発音体およびこれを用いたパラメトリックスピーカに関する。   The present invention relates to an ultrasonic sounding body that generates ultrasonic waves and a parametric speaker using the same.

超音波発音体は、振動板と圧電素子を貼り合わせた圧電振動子を構成に含む。圧電素子に圧電振動子固有の共振周波数付近の交流電圧を印加すると圧電振動子が振動し、超音波を発する。その共振周波数は20kHzを超えた超音波帯域に含まれる。   The ultrasonic sounding body includes a piezoelectric vibrator in which a diaphragm and a piezoelectric element are bonded. When an AC voltage near the resonance frequency inherent to the piezoelectric vibrator is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric vibrator vibrates and emits ultrasonic waves. The resonance frequency is included in an ultrasonic band exceeding 20 kHz.

さらに圧電振動子に、円錐筒状の共振子を取り付けることで、発生する超音波の音圧を増大させ、その超音波に前方への指向性を持たせることができる。超音波発音体の固定は、圧電振動子の屈曲振動において動かない節部をシリコン接着剤などで接着し、極力振動を妨げないようにしている。なお、超音波発音体は超音波センサと同様な構造を有するが、超音波センサは超音波の送信、受信を行ない、超音波発音体は超音波センサの送信のみを行なう点で両者は相違している。   Furthermore, by attaching a conical cylindrical resonator to the piezoelectric vibrator, it is possible to increase the sound pressure of the generated ultrasonic wave and to give the ultrasonic wave directivity forward. The ultrasonic sounding body is fixed by adhering a node that does not move in the bending vibration of the piezoelectric vibrator with a silicon adhesive or the like so as to prevent the vibration as much as possible. The ultrasonic sounding body has the same structure as the ultrasonic sensor, but the ultrasonic sensor transmits and receives ultrasonic waves, and the ultrasonic sounding body only transmits ultrasonic sensors. ing.

パラメトリックスピーカは、このような超音波発音体を複数個並べて構成されている(例えば特許文献1、2参照)。パラメトリックスピーカの各々の超音波発音体が発した超音波は、空気中で重なり合い、ある音圧以上に達すると可聴音へ復調される。また、超音波が重なり合った中心部の位置のみで可聴音が生じるため、パラメトリックスピーカは、鋭い指向性を持ったスピーカとして機能する。   The parametric speaker is configured by arranging a plurality of such ultrasonic sounding bodies (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The ultrasonic waves generated by the ultrasonic sound generators of the parametric loudspeakers overlap in the air and are demodulated into audible sounds when they reach a certain sound pressure. In addition, since an audible sound is generated only at the central position where the ultrasonic waves overlap, the parametric speaker functions as a speaker having a sharp directivity.

一方、機械的品質係数Qmが高く、超音波振動子等の使用に適する特性を有する圧電セラミックス材料が開示されている(例えば特許文献3参照)。特許文献3記載の圧電材料は、Bi,Na,Ti,Ba,Mn,NbおよびOを含み、一般式:(1−x−y)(Bi0.5Na0.5)TiO−xBaTiO−yBa(Mn1/3Nb2/3)Oで表される圧電セラミックス材料である。 On the other hand, a piezoelectric ceramic material having a high mechanical quality factor Qm and characteristics suitable for use of an ultrasonic vibrator or the like is disclosed (for example, see Patent Document 3). The piezoelectric material described in Patent Document 3 contains Bi, Na, Ti, Ba, Mn, Nb, and O, and has a general formula: (1-xy) (Bi 0.5 Na 0.5 ) TiO 3 -xBaTiO 3 This is a piezoelectric ceramic material represented by -yBa (Mn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .

特開昭60‐167597号公報JP 60-167597 A 特開昭62‐296698号公報Japanese Patent Laid-Open No. 62-296698 特開2007‐137704号公報JP 2007-137704 A

上記のような超音波発音体や超音波センサでは、駆動周波数を圧電振動子が最も振動する共振周波数に設定することで高音圧が得られる。しかし、共振周波数で駆動する際は音圧が得られる反面、圧電振動子の発熱が大きい。また、圧電振動子は温度が上がると図8に示すように共振周波数が低くなり、設定した駆動周波数から共振周波数が離れてしまうため、音圧は低下する。   In the ultrasonic sounding body and ultrasonic sensor as described above, a high sound pressure can be obtained by setting the driving frequency to the resonance frequency at which the piezoelectric vibrator vibrates most. However, when driving at the resonance frequency, sound pressure can be obtained, but heat generation of the piezoelectric vibrator is large. Further, when the temperature of the piezoelectric vibrator rises, the resonance frequency is lowered as shown in FIG. 8, and the resonance frequency is separated from the set drive frequency, so that the sound pressure is lowered.

超音波センサは間欠駆動により送信、受信を交互に行うため、圧電振動子の温度上昇は小さい。一方、超音波発音体はパラメトリックスピーカを構成し、連続駆動するため、圧電振動子の温度上昇が大きくなってしまい、上記のような事情によって音圧が低下してしまう。よって、連続駆動するパラメトリックスピーカ用の超音波発音体には、温度上昇が小さく音圧低下を防止でき、高い音圧の超音波を放射できる超音波発音体が望まれている。   Since the ultrasonic sensor alternately performs transmission and reception by intermittent driving, the temperature rise of the piezoelectric vibrator is small. On the other hand, since the ultrasonic sound generator constitutes a parametric speaker and is continuously driven, the temperature rise of the piezoelectric vibrator becomes large, and the sound pressure is lowered due to the above situation. Therefore, an ultrasonic sounding body for a parametric speaker that is continuously driven is desired to have a small temperature rise and prevent a decrease in sound pressure and to emit high sound pressure ultrasonic waves.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、印加電圧を大きくして音圧を上げても、温度上昇を抑えることができる超音波発音体およびパラメトリックスピーカを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic sounding body and a parametric speaker that can suppress a temperature rise even when the applied voltage is increased to increase the sound pressure. And

(1)上記の目的を達成するため、本発明の超音波発音体は、超音波を発生させるパラメトリックスピーカ用の超音波発音体であって、100以上の機械的品質係数Qmを有する圧電材料を用いた圧電素子および前記圧電素子が一方の主面に接着された振動板により形成される圧電振動子と、前記振動板の他方の主面に設けられ、前記振動板の振動により超音波を発生させる共振子と、を備えることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, an ultrasonic sounding body of the present invention is an ultrasonic sounding body for a parametric speaker that generates ultrasonic waves, and a piezoelectric material having a mechanical quality factor Qm of 100 or more is used. A piezoelectric vibrator formed by a piezoelectric element used and a diaphragm in which the piezoelectric element is bonded to one main surface, and an ultrasonic wave generated by vibration of the diaphragm provided on the other main surface of the diaphragm And a resonator to be provided.

このように、本発明の超音波発音体は、100以上の機械的品質係数Qmを有する圧電材料を用いているため、印加電圧を大きくして音圧を上げても、温度上昇を抑えることができる。また、本発明の超音波発音体は、パラメトリックスピーカ用であるため、超音波の受信は不要であり、短時間で振動を収める必要は無く、大きいQmの圧電材料を用いることが可能になっている。   Thus, since the ultrasonic sounding body of the present invention uses a piezoelectric material having a mechanical quality factor Qm of 100 or more, even if the applied voltage is increased and the sound pressure is increased, the temperature rise can be suppressed. it can. In addition, since the ultrasonic sounding body of the present invention is for a parametric speaker, it is not necessary to receive ultrasonic waves, and it is not necessary to contain vibration in a short time, and a piezoelectric material having a large Qm can be used. Yes.

(2)また、本発明の超音波発音体は、前記圧電素子に用いられる圧電材料が、600以上の機械的品質係数Qmを有することを特徴としている。これにより、印加電圧を大きくして音圧を上げても、温度上昇を抑えることができる。   (2) Further, the ultrasonic sounding body of the present invention is characterized in that the piezoelectric material used for the piezoelectric element has a mechanical quality factor Qm of 600 or more. Thereby, even if the applied voltage is increased to increase the sound pressure, the temperature rise can be suppressed.

(3)また、本発明の超音波発音体は、20℃の温度上昇があっても発生させる超音波の音圧を122.5dB以上に維持できることを特徴としている。これにより、温度上昇の許容範囲が20℃の際に十分に大きい音圧を維持することができる。   (3) In addition, the ultrasonic sounding body of the present invention is characterized in that the ultrasonic sound pressure generated can be maintained at 122.5 dB or more even when the temperature rises by 20 ° C. Thereby, a sufficiently large sound pressure can be maintained when the allowable range of temperature rise is 20 ° C.

(4)また、本発明のパラメトリックスピーカは、配線パターンが設けられた平板状の基板と、前記基板上に設けられた支持部材と、前記支持部材により支持された上記の超音波発音体と、を備え、前記超音波発音体が複数設けられ、前記超音波発音体を連続駆動することで、超音波が伝播する際の非線形特性により可聴音を出現させることを特徴としている。   (4) Moreover, the parametric speaker of the present invention includes a flat substrate provided with a wiring pattern, a support member provided on the substrate, and the ultrasonic sounding body supported by the support member, A plurality of the ultrasonic sounding bodies are provided, and by continuously driving the ultrasonic sounding body, an audible sound is caused to appear due to non-linear characteristics when ultrasonic waves propagate.

このように、大きいQmを有する圧電材料を用いた超音波発音体でパラメトリックスピーカを構成することで、超音波発音体の個々の音圧を大きくすることができ、少ない数で十分な音圧を得ることができる。その結果、パラメトリックスピーカを小型化することができる。   In this way, by configuring a parametric speaker with an ultrasonic sound generator using a piezoelectric material having a large Qm, the individual sound pressure of the ultrasonic sound generator can be increased, and a sufficient number of sound pressures can be obtained with a small number. Can be obtained. As a result, the parametric speaker can be reduced in size.

本発明によれば、印加電圧を大きくして音圧を上げても、超音波発音体の温度上昇を小さく抑えることができる。   According to the present invention, even if the applied voltage is increased to increase the sound pressure, the temperature rise of the ultrasonic sounding body can be suppressed to a low level.

本発明のパラメトリックスピーカを示す正面図である。It is a front view which shows the parametric speaker of this invention. 本発明の超音波発音体の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the ultrasonic sounding body of this invention. (a)、(b)いずれも本発明の超音波発音体の動作の一場面を示す側面図である。(A), (b) is a side view which shows one scene of operation | movement of the ultrasonic sounding body of this invention. パラメトリックスピーカの電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of a parametric speaker. 音圧に対する温度上昇の関係で実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result by the relationship of the temperature rise with respect to a sound pressure. 機械的品質係数Qmに対する温度上昇で実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result by the temperature rise with respect to the mechanical quality factor Qm. 機械的品質係数Qmに対する音圧の関係で実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result by the relationship of the sound pressure with respect to the mechanical quality factor Qm. 圧電振動子の各温度における共振周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the resonant frequency and impedance in each temperature of a piezoelectric vibrator.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.

(パラメトリックスピーカの構成)
図1は、それぞれパラメトリックスピーカ100を示す正面図である。パラメトリックスピーカ100は、強力な音圧で変調された超音波を発生させ、空気中を超音波が伝播する際の非線形特性により、可聴音を出現させる。このようにして方向や距離を特定し指向性を与えて音響情報を伝えることを可能にする。
(Configuration of parametric speaker)
FIG. 1 is a front view showing the parametric speaker 100. The parametric speaker 100 generates an ultrasonic wave modulated with a strong sound pressure and causes an audible sound to appear due to nonlinear characteristics when the ultrasonic wave propagates through the air. In this way, it is possible to specify the direction and distance and give directivity to convey acoustic information.

図1に示すように、パラメトリックスピーカ100は、複数の超音波発音体110が基板120上に設けられて構成されている。超音波発音体110は、変調信号に基づいて超音波を発生させる。基板120は、超音波発音体110を固定し支持している。なお、図1では、外観構成を示し、電気的構成は省略している。   As shown in FIG. 1, the parametric speaker 100 is configured by providing a plurality of ultrasonic sounding bodies 110 on a substrate 120. The ultrasonic sounding body 110 generates ultrasonic waves based on the modulation signal. The substrate 120 fixes and supports the ultrasonic sounding body 110. In addition, in FIG. 1, the external appearance structure is shown and the electrical configuration is omitted.

大きいQmを有する圧電材料を用いた超音波発音体110がパラメトリックスピーカ100を構成することで、超音波発音体110の個々の音圧を大きくすることができ、少ない数で十分な音圧を得ることができる。その結果、パラメトリックスピーカ100を小型化することができる。   By forming the parametric speaker 100 with the ultrasonic sounding body 110 using a piezoelectric material having a large Qm, the individual sound pressure of the ultrasonic sounding body 110 can be increased, and sufficient sound pressure can be obtained with a small number. be able to. As a result, the parametric speaker 100 can be reduced in size.

(超音波発音体の構成)
図2は、超音波発音体110の構成を示す側面図である。超音波発音体110は、パラメトリックスピーカ100に用いられ、超音波を発生させる。超音波発音体110が、パラメトリックスピーカ用であることから、超音波の受信は不要であり、短時間で振動を収める必要は無く、大きいQmの圧電材料を用いることが可能になっている。超音波発音体110は、電圧の印加により変調超音波信号を発生させる。超音波発音体110は、圧電素子111、振動板112、リード線113a、113b、共振子114により構成されている。
(Configuration of ultrasonic sound generator)
FIG. 2 is a side view showing the configuration of the ultrasonic sounding body 110. The ultrasonic sounding body 110 is used for the parametric speaker 100 and generates ultrasonic waves. Since the ultrasonic sounding body 110 is for a parametric speaker, it is not necessary to receive ultrasonic waves, and it is not necessary to contain vibration in a short time, and a large Qm piezoelectric material can be used. The ultrasonic sounding body 110 generates a modulated ultrasonic signal by applying a voltage. The ultrasonic sounding body 110 includes a piezoelectric element 111, a diaphragm 112, lead wires 113a and 113b, and a resonator 114.

圧電素子111は、100以上の機械的品質係数Qmを有する圧電材料を用いて、板状に形成され、厚み方向への電圧の印加により伸縮する。このように、100以上の機械的品質係数Qmを有する圧電材料を用いているため、印加電圧を大きくして音圧を上げても、温度上昇を抑えることができる。   The piezoelectric element 111 is formed in a plate shape using a piezoelectric material having a mechanical quality factor Qm of 100 or more, and expands and contracts by applying a voltage in the thickness direction. Thus, since the piezoelectric material having a mechanical quality factor Qm of 100 or more is used, even if the applied voltage is increased and the sound pressure is increased, the temperature rise can be suppressed.

圧電素子111に用いられる圧電材料は、600以上の機械的品質係数Qmを有することが好ましい。これにより、122.5dBの音圧の超音波を発生させても温度上昇が20℃以下となり、印加電圧を大きくして音圧を上げても、温度上昇を抑えることができる。また、圧電素子111に用いられる圧電材料が1000以上の機械的品質係数Qmを有することがさらに好ましい。これにより、123dBの音圧の超音波を発生させても温度上昇が20℃以下となる。   The piezoelectric material used for the piezoelectric element 111 preferably has a mechanical quality factor Qm of 600 or more. Thereby, even if an ultrasonic wave having a sound pressure of 122.5 dB is generated, the temperature rise is 20 ° C. or less, and even if the applied voltage is increased to increase the sound pressure, the temperature rise can be suppressed. Further, it is more preferable that the piezoelectric material used for the piezoelectric element 111 has a mechanical quality factor Qm of 1000 or more. Thereby, even if an ultrasonic wave having a sound pressure of 123 dB is generated, the temperature rise is 20 ° C. or less.

圧電素子111は、振動板112の一方の主面に接着されて設置されている。圧電素子111は、振動板112の他方の主面が振動面となっており、振動面を介し、超音波を発生させることができる。   The piezoelectric element 111 is installed by being bonded to one main surface of the diaphragm 112. In the piezoelectric element 111, the other main surface of the vibration plate 112 is a vibration surface, and ultrasonic waves can be generated via the vibration surface.

共振子114は、円錐筒形状に形成されており、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されている。なお、円錐筒形状には、パラボラ状または漏斗状が含まれる。共振子114は、振動板112の他方の主面に設けられ、振動板112の振動に共振して超音波を発生させる。圧電素子111の両主面には、それぞれ電極が形成されており、本体部分の圧電体は厚み方向に分極されている。振動板112は、圧電素子111が一方の主面に接着されている。振動板112は、たとえば、真鍮、SUS304、42アロイまたはアルミニウム等の金属により円板状に形成されている。圧電素子111および振動板112は、圧電振動子115を形成している。   The resonator 114 is formed in a conical cylinder shape, and is made of, for example, aluminum or an aluminum alloy. The conical cylinder shape includes a parabolic shape or a funnel shape. The resonator 114 is provided on the other main surface of the diaphragm 112 and resonates with the vibration of the diaphragm 112 to generate an ultrasonic wave. Electrodes are formed on both principal surfaces of the piezoelectric element 111, and the piezoelectric body of the main body is polarized in the thickness direction. The diaphragm 112 has a piezoelectric element 111 bonded to one main surface. The diaphragm 112 is formed in a disk shape from a metal such as brass, SUS304, 42 alloy or aluminum. The piezoelectric element 111 and the diaphragm 112 form a piezoelectric vibrator 115.

なお、超音波発音体110であっても、超音波センサと同様に機械的品質係数Qmが大きい材料を選択した場合に、超音波のパルス波形の尾引きが増大する。超音波センサでは、超音波が障害物等に反射して戻ってきたときに、振動子の振動が収まっていないと超音波が戻ってきたタイミングを判断できず、センサの機能を果たせないため、上記のパルス波形の尾引きが問題となっている。そして、超音波センサでは、小さいQmの材料を用いることで振動を短時間で小さくしている。   Even in the case of the ultrasonic sounding body 110, when a material having a large mechanical quality factor Qm is selected as in the case of the ultrasonic sensor, tailing of the ultrasonic pulse waveform increases. In the ultrasonic sensor, when the ultrasonic wave is reflected back to an obstacle or the like and the vibration of the vibrator is not settled, the timing at which the ultrasonic wave returns cannot be determined, and the sensor function cannot be performed. The tailing of the above pulse waveform is a problem. In the ultrasonic sensor, vibration is reduced in a short time by using a small Qm material.

これに対し、パラメトリックスピーカ用の超音波発音体では、超音波の送信に特化しており、上記のような問題は生じない。超音波発音体110は、超音波センサのように超音波の受信を行わないため、振動を早く収める必要はなく、むしろ大きいQmの材料を用いて振動させる方が好ましい。   On the other hand, an ultrasonic sounding body for a parametric speaker is specialized for transmitting ultrasonic waves, and the above-described problems do not occur. Since the ultrasonic sounding body 110 does not receive ultrasonic waves unlike an ultrasonic sensor, it is not necessary to quickly receive vibration, but rather it is preferable to vibrate using a material having a large Qm.

(超音波発音体の動作)
図3(a)、(b)は、いずれも本発明の超音波発音体110の動作の一場面を示す側面図である。図3(a)、(b)に示すように、超音波発音体110は、厚み方向に分極された圧電素子111の両主面の電極に交流電圧を印加することで屈曲振動する。その際には、圧電振動子115の共振周波数を駆動周波数として電圧を印加する。このとき、圧電材料の機械的品質係数Qmが高いと電気エネルギーが熱として消費され難くなり、音圧を上げても温度上昇を小さく抑えることができる。
(Operation of ultrasonic sound generator)
3 (a) and 3 (b) are side views showing one scene of the operation of the ultrasonic sounding body 110 of the present invention. As shown in FIGS. 3A and 3B, the ultrasonic sounding body 110 bends and vibrates when an AC voltage is applied to the electrodes on both principal surfaces of the piezoelectric element 111 polarized in the thickness direction. At that time, a voltage is applied using the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 115 as a driving frequency. At this time, if the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric material is high, it is difficult for electric energy to be consumed as heat, and even if the sound pressure is increased, the temperature rise can be suppressed small.

(超音波発音体の作製方法)
超音波発音体110の作製方法を説明する。まず、100以上(より好ましくは600以上)のQmを有する圧電材料により板状の圧電体を形成し、電極を設けて分極することで、圧電素子111を形成する。圧電素子111を振動板112の一方の主面に接着する。そして、リード線113a、113bを所定箇所の電極または振動板112に接続する。振動板112の他方の主面に共振子114を接着する。このようにして、超音波発音体100を作製することができる。
(Method for producing ultrasonic sound generator)
A method for producing the ultrasonic sounding body 110 will be described. First, a piezoelectric element 111 is formed by forming a plate-like piezoelectric body with a piezoelectric material having a Qm of 100 or more (more preferably 600 or more), and providing an electrode for polarization. The piezoelectric element 111 is bonded to one main surface of the diaphragm 112. Then, the lead wires 113a and 113b are connected to electrodes or the diaphragm 112 at predetermined positions. The resonator 114 is bonded to the other main surface of the diaphragm 112. In this way, the ultrasonic sounding body 100 can be produced.

(パラメトリックスピーカの電気的構成)
図4は、パラメトリックスピーカ100の電気的構成を示すブロック図である。図4に示すように、パラメトリックスピーカ100は、発振器101、変調器102、増幅器105および超音波発音体110を備え、これらを介して超音波を発生させる。発振器101は、超音波帯域の所定の周波数で信号を発振する。発振される周波数は、発振信号が超音波発音体110に伝達されたとき圧電素子111を駆動する駆動周波数であり、パラメトリックスピーカ100の用途に応じてあらかじめ決定されている。
(Electric configuration of parametric speaker)
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the parametric speaker 100. As shown in FIG. 4, the parametric speaker 100 includes an oscillator 101, a modulator 102, an amplifier 105, and an ultrasonic sounding body 110, and generates ultrasonic waves through these. The oscillator 101 oscillates a signal at a predetermined frequency in the ultrasonic band. The frequency to be oscillated is a drive frequency for driving the piezoelectric element 111 when the oscillation signal is transmitted to the ultrasonic sounding body 110, and is determined in advance according to the application of the parametric speaker 100.

変調器102は、音声信号で発振信号をAM変調する。変調は、AM変調に代えて、DSB変調、SSB変調、FM変調であってもよい。増幅器105は、変調された発振信号を増幅し、超音波発音体110に出力する。超音波発音体110は、増幅された発振信号を音波に変換する。   The modulator 102 AM modulates the oscillation signal with the audio signal. The modulation may be DSB modulation, SSB modulation, or FM modulation instead of AM modulation. The amplifier 105 amplifies the modulated oscillation signal and outputs it to the ultrasonic sounding body 110. The ultrasonic sounding body 110 converts the amplified oscillation signal into a sound wave.

上記のように構成されたパラメトリックスピーカ100は、超音波帯域の周波数の信号を発振し、発振信号を所望の音声信号で変調し、変調信号を増幅して、超音波発音体110で音波に変換して放射する。このようにして、指向性の鋭い超音波を放射することができる。たとえば狭い範囲にいる人に選択的に案内を流すことができるため、美術館や水族館、博物館、アミューズメント施設などに利用できる。今後、交通案内などでも利用可能である。   The parametric speaker 100 configured as described above oscillates a signal having a frequency in the ultrasonic band, modulates the oscillation signal with a desired audio signal, amplifies the modulation signal, and converts it into a sound wave with the ultrasonic sound generator 110. Then radiate. In this way, ultrasonic waves with sharp directivity can be emitted. For example, since guidance can be selectively sent to people in a narrow area, it can be used for museums, aquariums, museums, amusement facilities, and the like. In the future, it can also be used for traffic information.

(実施例)
異なるQmの圧電材料を用いた圧電素子で超音波発音体を作製し、印加電圧を調整することで音圧を変え、それぞれについて連続駆動して温度上昇を測定した。図5〜図7は、それぞれ異なる観点で実験結果を示すグラフである。
(Example)
An ultrasonic sounding body was produced with piezoelectric elements using piezoelectric materials of different Qm, and the sound pressure was changed by adjusting the applied voltage, and each was continuously driven to measure the temperature rise. 5 to 7 are graphs showing experimental results from different viewpoints.

図5は、音圧に対する温度上昇で実験結果を示すグラフである。図5は、飽和した際の音圧に対する温度上昇を示しており、音圧が高く、温度上昇が低いものほど良特性であることを示している。Qm500の圧電材料を用いた超音波発音体(Qm500試料)は、Qm1350の圧電材料を用いた超音波発音体(Qm1350試料)寄りの特性となり、Qmが高い試料ほど良特性になることが分かる。   FIG. 5 is a graph showing experimental results with a temperature rise relative to the sound pressure. FIG. 5 shows the temperature rise with respect to the sound pressure when saturated. The higher the sound pressure and the lower the temperature rise, the better the characteristics. It can be seen that an ultrasonic sounding body (Qm500 sample) using a piezoelectric material of Qm500 has characteristics close to an ultrasonic sounding body (Qm1350 sample) using a piezoelectric material of Qm1350, and a sample having a higher Qm has better characteristics.

図6は、機械的品質係数Qmに対する温度上昇で実験結果を示すグラフである。図6は、各温度上昇時のQmに対する音圧を示している。図6によれば、例えば音圧117dB出す場合において、Qm60の圧電材料を用いた超音波発音体(Qm60試料)の温度上昇は10.9℃、Qm500試料の温度上昇は6.0℃、Qm1350試料の温度上昇は5.0℃である。したがって、Qmが大きい試料ほど、温度上昇を小さく抑えられていることが分かる。   FIG. 6 is a graph showing an experimental result with a temperature increase with respect to the mechanical quality factor Qm. FIG. 6 shows the sound pressure with respect to Qm at each temperature rise. According to FIG. 6, for example, when the sound pressure is 117 dB, the temperature rise of the ultrasonic sounding body (Qm60 sample) using the piezoelectric material of Qm60 is 10.9 ° C., the temperature rise of the Qm500 sample is 6.0 ° C., and Qm 1350. The temperature rise of the sample is 5.0 ° C. Therefore, it can be seen that the sample with a larger Qm suppresses the temperature rise.

図7は、機械的品質係数Qmに対する音圧で実験結果を示すグラフである。図7によれば、温度上昇10℃となるのは、Qm60試料では116.3dB、Qm500試料では119.1dB、Qm1350試料では120.0dBである。このように、同じ温度上昇の条件では、機械的品質係数Qmが大きいほど、高音圧が得られている。   FIG. 7 is a graph showing experimental results with sound pressure with respect to the mechanical quality factor Qm. According to FIG. 7, the temperature increase of 10 ° C. is 116.3 dB for the Qm60 sample, 119.1 dB for the Qm500 sample, and 120.0 dB for the Qm1350 sample. Thus, under the same temperature rise condition, the higher the mechanical quality factor Qm, the higher the sound pressure is obtained.

上記の結果から実用時を想定すると、温度上昇の許容範囲に対して出せる最大音圧に差が生じる。例えば、温度上昇の許容が+20℃までである場合、最大音圧はQm50試料で120.5dB、Qm500試料で122.3dB、Qm1350試料で123.7dBである。なお、3dB高いと、1つの超音波発音体が1.4個分に相当する超音波を発することができる。したがって、材料のQmが大きいほど一定の温度上昇の許容範囲に対して大きい音圧が得られる。そして、その分、超音波発音体の数を少なくでき、パラメトリックスピーカを小型化できる。   From the above results, assuming the time of practical use, a difference occurs in the maximum sound pressure that can be produced with respect to the allowable range of temperature rise. For example, when the allowable temperature rise is up to + 20 ° C., the maximum sound pressure is 120.5 dB for the Qm50 sample, 122.3 dB for the Qm500 sample, and 123.7 dB for the Qm1350 sample. When 3 dB is higher, one ultrasonic sounding body can emit ultrasonic waves corresponding to 1.4. Therefore, the larger the Qm of the material, the larger the sound pressure can be obtained with respect to the constant temperature rise allowable range. As a result, the number of ultrasonic sounding bodies can be reduced, and the parametric speaker can be miniaturized.

100 パラメトリックスピーカ
101 発振器
102 変調器
105 増幅器
110 超音波発音体
111 圧電素子
112 振動板
113a、113b リード線
114 共振子
115 圧電振動子
120 基板
100 Parametric Speaker 101 Oscillator 102 Modulator 105 Amplifier 110 Ultrasonic Sound Generator 111 Piezoelectric Element 112 Diaphragm 113a, 113b Lead Wire 114 Resonator 115 Piezoelectric Vibrator 120 Substrate

Claims (4)

超音波を発生させるパラメトリックスピーカ用の超音波発音体であって、
600以上の機械的品質係数Qmを有する圧電材料を用いた圧電素子および前記圧電素子が一方の主面に接着された振動板により形成される圧電振動子と、
前記振動板の他方の主面に設けられ、前記振動板の振動により超音波を発生させる共振子と、を備え
20℃の温度上昇があっても発生させる超音波の音圧を122.5dB以上に維持できることを特徴とする超音波発音体。
An ultrasonic sounding body for a parametric speaker that generates ultrasonic waves,
A piezoelectric element using a piezoelectric material having a mechanical quality factor Qm of 600 or more, and a piezoelectric vibrator formed by a diaphragm having the piezoelectric element bonded to one main surface;
A resonator that is provided on the other main surface of the diaphragm and generates ultrasonic waves by vibration of the diaphragm ;
Ultrasonic sounding body, characterized in Rukoto to maintain the ultrasonic sound pressure also generates when there is a temperature rise of 20 ° C. or more 122.5DB.
前記圧電素子に用いられる圧電材料は、1000以上の機械的品質係数Qmを有することを特徴とする請求項1記載の超音波発音体。 The ultrasonic sounding body according to claim 1, wherein the piezoelectric material used for the piezoelectric element has a mechanical quality factor Qm of 1000 or more. 前記圧電素子に用いられる圧電材料は、1350以下の機械的品質係数Qmを有することを特徴とする請求項1または請求項2記載の超音波発音体。 The ultrasonic sounding body according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric material used for the piezoelectric element has a mechanical quality factor Qm of 1350 or less . 配線パターンが設けられた平板状の基板と、
前記基板上に設けられた支持部材と、
前記支持部材により支持された請求項1から請求項3のいずれかに記載の超音波発音体と、を備え、
前記超音波発音体が複数設けられ、前記超音波発音体を連続駆動することで、超音波が伝播する際の非線形特性により可聴音を出現させることを特徴とするパラメトリックスピーカ。
A flat substrate provided with a wiring pattern;
A support member provided on the substrate;
The ultrasonic sounding body according to any one of claims 1 to 3, which is supported by the support member,
A parametric speaker, wherein a plurality of the ultrasonic sounding bodies are provided, and an audible sound is caused to appear by non-linear characteristics when ultrasonic waves propagate by continuously driving the ultrasonic sounding body.
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