压电扬声器的最新技术动向

前言

近几年随着智能手机的普及，手机已不仅是通话的机器了，而是以链接网络和各种应用操作为前提，向信息处理终端不断转变。因此，不仅要提高智能手机的通话质量及连网速度，还要重视应用程序的操作性，因此各手机公司都以提高CPU的处理速度来确保这一操作性。

然而CPU的高速化导致了移动终端的电力消耗。另外，为了把手机作为信息处理终端来使用，用户每天使用时间增加了，需要确保移动终端能长时间的连续操作。

以此为背景，各手机生产商倾向于在移动终端搭载大型电池来保证必要的电流容量。一方面，从用户的角度来看，在购买手机时，手机的设计也成为重要的选择标准之一，使用大块电池板但又确保机身薄易于操作，这已经成为设计智能手机时非常重要的一点。

此外，2011年秋冬季在日本国内发售的46款手机中，35款是带有防水功能的。防水性也成为了手机的一项必要功能。

(※以上信息来源于NTT DoCoMo、KDDI、SoftBank 2011年11月的网站信息)

正因为有这一背景，对用于智能手机的扬声器有3点要求，分别为：产品轻薄化、在狭窄空间中确保良好的音质、易于防水。

村田制作所自2007年起开始量产以超薄为特长的压电扬声器“VSLBP1913E”系列，并于2011年将改善音质的“VSLBP2215E”系列及防水压电扬声器“VSLBG2216E”系列商品化。

本文将对改善了音质的压电扬声器的特长、优越性及技术动向进行说明。

村田制作所的压电扬声器特长

本次压电扬声器的开发，保留了原有矩形压电扬声器最大的特长——超薄（t=1.2mm），并采纳了以下3点技术，进一步改善了音质。

采用新型树脂薄膜材料

村田制作所的压电扬声器的振动板使用树脂薄膜，在降低共振频率的同时，适当的抑制了压电陶瓷的共振特性，实现了频率的平稳化。

本次，已商品化的“VSLBP2115E”和“VSLBG2216E”系列，对使用的树脂薄膜材料继续进行研究，实现了比传统产品更低的共振频率，及提高了1kHz以下的声压级。同时，抑制压电扬声器内部振动板不必要的高阶振动模式也可能实现。比起我公司传统产品，压电扬声器的失真特性在1kHz以上的带宽中实现了大幅度的改善。（图1）


图1-1：声压级—频率数特性(VSLBP2115E1100-T1)


图1-2: 失真－频率特性 (VSLBP2115E1100-T1)

最适合的产品结构

“VSLBP2115E”系列和“VSLBG2216E”系列除了采用新树脂薄膜材料，还对贴了压电元件的薄膜进行振动分析，采用了最适合的产品尺寸，保持振动板原有结构，实现了共振频率的低频率化以及提高了低频区域的声压。

金属框的大型化（仅限防水扬声器）

使用动态扬声器实现防水结构时，必须在扬声器和框体间加上特殊的防水网格，这样一来，使用防水网格对声学性能的影响及成本的提高成为了需要讨论的课题。

一方面，村田的压电扬声器一直以来都使用了具有防水性能的树脂薄膜，因此无需增加特殊防水网格，就能确保其防水性能（IPX-7），也不会对声学性能产生影响（图2）。


图2：防水压电扬声器的安装方法及产品截面图

另外，为了应对IPX-7的可靠性试验（在水深1米处放置30分钟），除了产品本身的耐水性外，在产品与套装框体间连接处使用防水双面胶带，加强耐水性和固定度也是很重要的。

因此我公司的防水压电扬声器，用防水双面胶带连接，以确保其足够的固定强度为目的，根据双面胶带的粘贴面，设计了更宽的金属框，从来能使用1.5mm宽的双面胶带。

压电扬声器的优越性

导入上述的特有技术，实现了以往的压电扬声器难以达成的，具有高声压、高音质的压电扬声器“VSLBP2115E”系列，“VSLBG2216E”系列还实现了防水性（图3）。


图3：矩形压电扬声器产品外观

不具备防水性的压电扬声器“VSLBP2115E”系列的形状为21.5x15.5mm的狭长型，厚度1.2mm，具备防水性的压电扬声器“VSLBG2216E”系列的形状为22.0x16.5mm的狭长型，厚度0.9mm（图4）。




图4：矩形压电扬声器产品外形图

现有的动态扬声器产品厚度一般为3.0mm左右，用于手机的产品背部会较高。我公司的压电扬声器最大的特长是低背（0.9mm~1.2mm），能在动态扬声器也无法安装的狭小空间中使用。

课题和今后的技术动向、对策 根据我公司特有技术，不仅能实现以前无法达成的高声压、高音质的压电扬声器，但为了确保十分充足的安装空间，也有对动态扬声器声学性能有影响的产品。今后，以开发能做出更大位移的压电陶瓷材料，追求更高效率的振动原理，提高独石、薄层化技术来进一步改善声学性能。

此外，使用压电扬声器时，为了获得高声压，必须用高电压来驱动，由于驱动动态扬声器的放大器电压不足而无法获得足够的声学性能，需要使用内藏升压电路的压电扬声器用放大器。我公司构建了与各半导体生产商的协力合作体制，共同合作以寻求从开发阶段至全面的解决方案。