(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面内の第１の領域と前記第１の領域に隣接する第２の領域とに、複数の超音波発生素子を配置したスピーカと、
前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に第１の信号を供給し、前記第２の領域に配置され、かつ、前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に隣接して配置された前記超音波発生素子には、前記第１の信号の逆位相の信号との位相差の絶対値が０．１ラジアン以下となる第２の信号を供給する信号供給回路と
を備える音響発生装置。
【請求項２】
前記第２の領域の形状は矩形であり、前記第１の領域は、前記矩形の相対する２辺に接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の音響発生装置。
【請求項３】
前記信号供給回路は、前記第１の信号が供給される前記超音波発生素子と前記第２の信号が供給される前記超音波発生素子との数、配置されている範囲を制御する制御部を有する請求項１記載の音響発生装置。
【請求項４】
同一平面内の第１の領域と前記第１の領域に隣接する第２の領域とに、複数の超音波発生素子を配置したスピーカの駆動方法であって、
前記第１の領域に配置された超音波発生素子には、前記第２の領域に配置され、かつ、前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に隣接して配置された超音波発生素子に供給する第１の信号の逆位相の信号と位相差の絶対値が０．１ラジアン以下となる第２の信号を供給する、スピーカの駆動方法。
【請求項５】
基板から所定の距離Δだけ突出した突出部上の第１の領域と前記突出部に隣接する前記基板上の第２の領域とに、複数の超音波発生素子を配置したスピーカと、
前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に第１の信号を供給し、前記第２の領域に配置され、かつ、前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に、前記スピーカを正面から見て、隣接して配置された前記超音波発生素子には、前記第１の信号と位相差δを有する第２の信号を供給する信号供給回路と
を備え、
前記超音波発生素子の放射する超音波の波長をλとした場合、ある奇数にπを乗じて得られる値と（（２πΔ／λ）＋δ）との差の絶対値が０．１以下であることを特徴とする音響発生装置。
【請求項６】
Δがλ／２の偶数倍であり、ある整数ｎに対して（２ｎ＋１）π−０．１≦δ≦（２ｎ＋１）π＋０．１が成り立つことを特徴とする請求項５に記載の音響発生装置。
【請求項７】
Δがλ／２の奇数倍であり、ある整数ｎに対して２ｎπ−０．１≦δ≦２ｎπ＋０．１が成り立つことを特徴とする請求項５に記載の音響発生装置。
【請求項８】
基板から所定の距離Δだけ突出した突出部上の第１の領域と前記突出部に隣接する前記基板上の第２の領域とに、超音波を発生する複数の超音波発生素子を配置したスピーカの駆動方法であって、
前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に供給される信号と前記第２の領域に配置され、かつ、前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に、前記スピーカを正面から見て、隣接して配置された前記超音波素子に供給される信号との位相差をδとし、前記超音波発生素子の放射する超音波の波長をλとした場合、ある奇数にπを乗じて得られる値と（（２πΔ／λ）＋δ）との差の絶対値が０．１以下である、スピーカの駆動方法。
【請求項９】
前記信号供給回路は、前記第１の信号および前記第２の信号として、前記複数の超音波発生素子に所定の周波数の超音波を発生させる信号を、音声信号により変調して得られる信号を供給することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項、または、請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の音響発生装置。
【請求項１０】
前記信号供給回路は、所定の時間間隔で前記第２の領域に配置された前記超音波発生素子に前記第２の信号に代えて前記第１の信号を供給する請求項９に記載の音響発生装置。
【請求項１１】
前記スピーカの前方には、垂直方向よりも前記前方に２０°以上６０°以下傾斜させ、上辺が下辺よりも前記スピーカの前方に位置する２枚のメッシュシートが間隔を開けて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項、請求項５、請求項７、または、請求項９に記載の音響発生装置。
【請求項１２】
前記メッシュシートはナイロン製であることを特徴とする請求項１１に記載の音響発生装置。
【請求項１３】
前記メッシュシートの厚さは３８０μｍであり、前記メッシュシートに用いられる糸の線径は２００μｍであり、前記糸と前記糸の距離は３０８μｍであり、メッシュのオープニングエリアの割合は３７％であることを特徴とする請求項１１、または、請求項１２に記載の音響発生装置。
【請求項１４】
基板から所定の距離Δだけ突出した突出部上の第１の領域と前記突出部に隣接する前記基板上の第２の領域とに、波長がλの超音波を発生する複数の超音波発生素子を配置し、ある奇数にπを乗じて得られる値と（２πΔ／λ）との差の絶対値が０．１ラジアン以下であることを特徴とするスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響発生装置及びスピーカなどに関する。特に、音声信号により変調された超音波を使用して指向性を高める音響発生装置及びスピーカなどに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気などの伝搬媒質の非線形性により音声が復調される原理を用いて、音声信号により変調された超音波を放射し、音声を再生する技術が知られている。例えば、特許文献１には、音声信号により振幅変調された超音波を用いて、音声を再生する技術が開示されている。また、特許文献２には、周波数変調を用いる技術が開示され、特許文献３には、位相変調を用いる技術が開示されている。
【０００３】
超音波は、可聴な音声よりも波長が短いので、特定の方向に放射することが可能である。したがって、音声信号により変調された超音波を放射することにより、音声を直接放射する場合よりも、狭い範囲に音声を伝達することが可能となる。
【０００４】
また、複数の超音波発生素子をマトリクス状に配置して、音声信号により変調された超音波を放射する場合、超音波発生素子の配置順序に従って、徐々に音声信号の位相を変化させることにより、音声の放射方向を変化させる技術も知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−１１９２９３号公報
【特許文献２】特開平１１−１６４３８４号公報
【特許文献３】特開２００５−２０４２８８号公報
【特許文献４】特開平２−２６５３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来技術においては、スピーカなどの超音波源の正面方向のみに超音波が放射されることはなく、超音波源を中心に約２０°程度の範囲にも超音波が放射されてしまう。このため、超音波が音声により変調されている場合、音声が超音波源の正面以外でも復調されてしまう。本願発明は、より狭い範囲に超音波を放射することが可能な音響発生装置及びスピーカなどについて開示を行なう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態において、同一平面内の第１の領域と前記第１の領域に隣接する第２の領域とに、複数の超音波発生素子を配置したスピーカと、前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に第１の信号を供給し、前記第２の領域に配置された前記超音波発生素子には、前記第１の信号の逆位相の信号との位相差の絶対値が０．１ラジアン以下位である第２の信号を供給する信号供給回路とを備える音響発生装置が提供される。
【０００８】
本発明の一実施形態において、基板から所定の距離Δだけ突出した突出部上の第１の領域と前記突出部に隣接する前記基板上の第２の領域とに、波長がλである超音波を発生する複数の超音波発生素子を配置し、ある奇数にπを乗じて得られる値と（２πΔ／λ）との差の絶対値が０．１ラジアン以下であることを特徴とするスピーカが提供される。
【０００９】
本発明の一実施形態において、基板から所定の距離Δだけ突出した突出部上の第１の領域と前記突出部に隣接する前記基板上の第２の領域とに、複数の超音波発生素子を配置したスピーカと、前記第１の領域に配置された前記超音波発生素子に第１の信号を供給し、前記第２の領域に配置された前記超音波発生素子には、前記第１の信号と位相差δを有する第２の信号を供給する信号供給回路とを備え、前記超音波発生素子の放射する超音波の波長をλとした場合、ある奇数にπを乗じて得られる値と（（２πΔ／λ）＋δ）との差の絶対値が０．１ラジアン以下であることを特徴とする音響発生装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、より狭い範囲に超音波を放射することができる音響発生装置及び指向性スピーカが提供される。これにより、超音波を音声で変調することにより、より狭い範囲に音声を伝達することができる。また、超音波を放射する範囲を狭くするとともに、スピーカの中央部の前方における超音波を増強することもできる。さらに、第２の信号を供給する信号供給素子からの信号はスピーカの中央部の前方では、位相が逆位相にならない部分が多く、超音波の増強に寄与して復調される音声の増強に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の原理を説明するための図
【図２】本発明の一実施形態に係る音響発生装置の機能ブロック図
【図３】第１の領域に配置された超音波発生素子と第２の領域に配置された超音波発生素子との位置関係を例示する図
【図４】本発明の一実施形態に係る音響発生装置の機能ブロック図
【図５】本発明の一実施形態に係る音響発生装置の、歩行者用信号機への応用例の概念図
【図６】本発明の一実施形態に係る音響発生装置の、デジタルサイネージシステムへの応用例の概念図
【図７】本発明の一実施形態においてスピーカの前で復調されるホワイトノイズの大きさの測定結果を示す図
【図８】全ての超音波発生素子に同位相の信号を供給した場合のホワイトノイズの大きさの測定結果を示す図
【図９】本発明の一実施形態においてスピーカの前で復調されるホワイトノイズの大きさの測定結果を示す図
【図１０】全ての超音波発生素子に同位相の信号を供給した場合のホワイトノイズの大きさの測定結果を示す図
【図１１】本発明の一実施形態に係る防滴カバーを説明する図
【図１２】実験に用いた道具の図
【図１３】メッシュシートを垂直にしてジョロ水流を噴射した後の様子を示す図
【図１４】メッシュシートを垂直にしてシャワー水流を噴射した後の様子を示す図
【図１５】メッシュシートを垂直にして弱ストレート水流を噴射した後の様子を示す図
【図１６】メッシュシートを３０°傾斜させてジョロ水流を噴射した後の様子を示す図
【図１７】メッシュシートを３０°傾斜させてシャワー水流を噴射した後の様子を示す図
【図１８】メッシュシートを３０°傾斜させて弱ストレート水流を噴射した後の様子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明を行なう。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されることはなく、種々の変形を行ない実施することが可能である。
【００１３】
（本発明の原理）
図１は、本発明の原理を説明するための図である。図１（Ａ）は、本発明の一実施形態において使用されるスピーカの正面図である。図１（Ａ）において、スピーカ１００に、複数の超音波発生素子１０１、１０２が配置されている。それぞれの超音波発生素子としては、例えば、圧電素子を用いることができる。圧電素子にパルス信号などの、時間と共に変化する信号を加えることにより、物理的な変位が生じる。そこで、スピーカから放射する超音波と同じ周波数で変化するパルス信号などの電気信号を加えることにより、空気などの媒質に超音波を放射することができる。
【００１４】
なお、図１（Ａ）において、超音波発生素子を正面から見た図形は円形となっているが、任意の図形を用いることができる。例えば、楕円形、三角形、正方形や長方形などの四角形、正六角形を用いることができる。また、図１（Ａ）において、超音波発生素子の列は、隣の列に対して超音波発生素子の半径だけ上下にずれて隣接して配置されている。すなわち、隣接する超音波発生素子を正面から見た円形の中心を、線分により相互に接続すると、正三角形が並んだ形状が得られる。しかし、超音波発生素子の配置は、これに限定されることはなく、例えば、マトリクス状に配置したり、同心円状に配置したり、任意の配置を用いることができる。
【００１５】
図１（Ｂ）は、スピーカ１００の左側面図である。図１（Ｂ）に示されるように、複数の超音波発生素子は、スピーカ１００に平面を形成するように配置されている。例えば、超音波発生素子が圧電素子であれば、物理的な変位を生じる部分が平面を形成するように配置される。このような配置により、複数の超音波発生素子に同じ位相で変化する信号を供給すると、ホイヘンスの原理により、スピーカ１００の正面方向に平面波を放射することができる。
【００１６】
なお、複数の超音波発生素子のスピーカ１００における配置は、平面を形成するものに限定されることはない。後に説明する実施形態にあるように、一部の超音波発生素子を、他の超音波発生素子に対して、放射される超音波の半波長の整数倍の長さ、前後に配置することもできる。
【００１７】
本発明の一実施形態においては、複数の超音波発生素子が配列された領域を、第１の領域と、その第１の領域に隣接する第２の領域と、に分ける。第１の領域に配置された超音波発生素子には、第２の領域に配置された超音波発生素子に供給される信号とは逆位相の信号を供給して超音波を放射する。第２の領域に配置された超音波発生素子から放射された超音波のうち、第１の領域に隣接して配置された超音波素子から放射された超音波素子から放射された超音波が、第１の領域に配置された超音波素子から放射された超音波素子と干渉する。これにより、第１の領域に隣接して配置された超音波素子から放射された超音波が、広がらないようにできる。すなわち、スピーカ１００から放射される超音波の指向性の特性を向上させることができる。
【００１８】
例えば、図１（Ａ）において、第１の領域を、符号１０３と１０５とにより示される領域であって、スピーカ１００の左側と右側との領域であり、超音波発生素子がそれぞれ一列に配列されている領域とする。また、第２の領域を、符号１０４により示される領域であって、スピーカ１００の中央部分に超音波素子が３列に配置されている領域とする。この場合、左右それぞれ１列の超音波発生素子を、中央部分の３列の超音波発生素子が放射する超音波とは位相が逆位相となる超音波を放射させるように駆動することができる。
【００１９】
なお、第１の領域と第２の領域とに配置される超音波発生素子の数は同じである必要はない。一般的には、第２の領域は、スピーカの中央部に配置されるのが好ましい。そして、第１の領域は、第２の領域を取り囲むように配置されるのが好ましい。このため、第１の領域に配置される超音波発生素子の数は、第２の領域に配置される超音波発生素子の数よりも小さくなる場合が多い。
【００２０】
また、第１の領域に配置された超音波素子それぞれには同じ位相の信号が供給される必要はない。第２の領域に配置された超音波素子それぞれには同じ位相の信号が供給される必要もない。例えば、第２の領域に配置された超音波発生素子のうち、第１の領域に隣接する超音波発生素子に、第２の領域に隣接して第１の領域に配置されている超音波発生素子とは位相が逆転した信号を供給し、第２の領域に配置された他の超音波発生素子には、別の位相の信号が供給されるようになっていてもよい。このような場合の一例は、第２の領域の超音波発生素子それぞれに、配置されている位置に応じて位相が徐々に変化するように信号を供給し、第２の領域の超音波発生素子から放射される超音波の放射される方向を制御する場合である。
【００２１】
例えば、符号１０の領域の中央部分の３列それぞれに配置された超音波発生素子には、列毎に異なる位相の信号が供給されてもよい。例えば、隣り合う列には、位相が１５°異なる信号を供給する。この場合、符号１０３の領域に配置された超音波発生素子には、符号１０４の領域の左の一列に配置された超音波発生素子に供給される信号とは逆位相の信号が供給される。
【００２２】
同様に、第１の領域に配置された超音波発生素子のうち、第２の領域に隣接する超音波発生素子に、第１の領域に隣接して第２の領域に配置されている超音波発生素子とは位相が逆転した信号を供給し、第１の領域に配置された他の超音波発生素子には、別の位相の信号が供給されるようになっていてもよい。
【００２３】
また、第１の領域および第２の領域の形状は固定されていてもよいし、それぞれの超音波発生素子に供給される信号を制御することにより、第１の領域および第２の領域の形状が変化してもよい。これにより、第１の領域および第２の領域の配置されている超音波発生素子の数、配置の範囲を制御することができる。
【００２４】
例えば、図１（Ａ）では、符号１０３の領域は、左の１列の超音波発生素子が配置されている領域であるが、符号１０３の領域を、左の２列の超音波素子が配置されている領域となるように、超音波発生素子に供給する信号を制御してもよい。
【００２５】
なお、中央部分の３列の超音波発生素子が放射する超音波と、左右それぞれ１列の超音波発生素子が放射する超音波とは、正確に逆位相である必要はない。例えば、中央部分の３列の超音波素子のうち左の一列の超音波素子（以後、第１の超音波素子という）と左の一列の超音波発生素子（以後、第２の超音波素子という）とから等距離にある位置において、第１の超音波素子から放射された超音波と第２の超音波素子から放射された超音波との干渉で得られる音波の大きさが、充分に小さくなればよいからである。
【００２６】
第１の超音波素子から放射される音波をｓｉｎ（ｘ）で表わし、第２の超音波素子から放射される音波を、ｓｉｎ（ｘ）と逆位相の音波ｓｉｎ（ｘ＋π）＝ｓｉｎ（−ｘ）＝−ｓｉｎ（ｘ）と位相差ａを有する音波の式−ｓｉｎ（ｘ−ａ）により表わす場合、ｓｉｎ（ｘ）で表わされる音波と−ｓｉｎ（ｘ−ａ）で表わされる音波との干渉で得られる音波は、（ｓｉｎ（ｘ）−ｓｉｎ（ｘ−ａ））で表わすことができる。そこで、（ｓｉｎ（ｘ）−ｓｉｎ（ｘ−ａ））の絶対値の平均値（（ｓｉｎ（ｘ）−ｓｉｎ（ｘ−ａ））の絶対値を、ｘが０から２πまでの範囲で積分した値）がｓｉｎ（ｘ）の絶対値の平均値の１０分の１になる場合、すなわち、
【数１】
0005486390.tif 000002
が成り立つ場合を求めると、ａはおよそ０．１となる。実際、（ｓｉｎ（ｘ）−ｓｉｎ（ｘ−ａ））の絶対値を０から２πまで積分することを考える。例えばａが０．１０であれば、積分値は０．３９９８３３となり、ａが０．１１であれば、積分値は０．４３９７７８となるからである。
【００２７】
なお、（ｓｉｎ（ｘ）−ｓｉｎ（ｘ−ａ））の絶対値の平均値が、ｓｉｎ（ｘ）の絶対値の平均値の１０分の１以下であれば、音声信号により変調された超音波が放射され、音声が復調されたとしても、超音波の干渉により、人間には聞こえることがなくなると考えられる。
【００２８】
したがって、第１の領域に配置されている超音波発生素子の放射する超音波の逆位相の音波と、第２の領域に配置されている超音波発生素子の放射する超音波と、の位相差の絶対値が、０．１ラジアン以下であれば、スピーカから放射される超音波の指向性の特性を向上させることができる。言い換えると、第１の領域に配置されている超音波発生素子に供給される電気信号の逆位相の信号と、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される電気信号と、の位相差の絶対値が、０．１ラジアン以下であれば、スピーカから放射される超音波の指向性の特性を向上させることができる。そこで、本明細書の以下の説明において、「略逆位相」は、正確な逆位相、または、正確な逆位相を中心に位相差が０．１ラジアンの範囲内の位相差を表わすこととする。
【００２９】
なお、第１の領域は、左右の列に超音波発生素子が配置されている領域に限定されることはない。例えば、第２の領域向かって右の所定の数の列の超音波発生素子が配置されている領域が第１の領域であってもよい。あるいは、第２の領域向かって左の所定の数の列の超音波発生素子が配置されている領域が第１の領域であってもよい。また、第２の領域の上側及び／又は下側に第２の領域が位置していてもよい。また、第２の領域を取り囲むように第１の領域が位置していてもよい。
【００３０】
図１（Ｃ）は、従来技術におけるスピーカの指向性特性と、図１（Ａ）に示すように第１の領域が第２の領域の左右に位置している例におけるスピーカの指向性特性とを示す。従来技術におけるように、スピーカ１００に配置された超音波発生素子に同じ位相の信号を供給する場合に放射される超音波の音圧レベルは、符号１０６として示される。符号１０６は、所定の音圧と等しい音圧が得られる位置を曲線で結んだ図形として得られる。この場合における可聴範囲は（放射される超音波が放射される範囲）はスピーカ１００を端点とする２つの半直線１０７で挟まれる範囲となる。従来技術においては、２つの半直線１０７のなす角は２０°前後となる。
【００３１】
一方、上述したように、左右１列の超音波発生素子を、中央部分の３列の超音波発生素子が放射する超音波とは略逆位相の超音波を放射さるように駆動すると、符号１０３の領域に配置された超音波発生素子からは、符号１０８で示される音圧レベルの超音波が放射され、符号１０５の領域に配置された超音波発生素子からは、符号１０９で示される音圧レベルの超音波が発生する。しかし、符号１０３の領域に配置された超音波発生素子および符号１０５の領域に配置された超音波発生素子は、符号１０４の領域に配置された超音波発生素子が放射する超音波とは略逆位相の超音波を放射する。このため、スピーカ１００から放射される超音波の指向性特性を図示すると、干渉により、符号１０６で示される形状よりも図１（Ｃ）において幅が小さくなり、符号１１０で示されるものとなる。これにより、可聴範囲は、２つの半直線１１１で挟まれる範囲となり、従来技術における範囲よりも狭くなることになる。
【００３２】
無変調の超音波を放射する信号を超音波発生素子１０１、１０２に供給することにより、人に気付かれないように、人の存在などをセンシングするための超音波を放射することができる。本発明の一実施形態によれば、センシングするための超音波を放射する範囲を従来技術よりも小さくすることができる。
【００３３】
また、スピーカ１００に配列された超音波発生素子１０１、１０２には、音声信号で変調された超音波を放射する信号が供給されてもよい。これにより、より狭い範囲で音声が復調され、より狭い範囲に音声を伝達することが可能となる。
【００３４】
（実施形態１）
本発明の一実施形態として、スピーカと、信号供給回路とを備える音響装置について説明する。スピーカには、図１に示したように、同一平面内の第１の領域と、その第１の領域に隣接する第２の領域と、に複数の超音波発生素子が配置されている。信号供給回路は、第１の領域に配置された超音波発生素子に第１の信号を供給し、第２の領域に配置された超音波発生素子には、第１の信号とは略逆位相の第２の信号を供給する。
【００３５】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）それぞれは、本発明の一実施形態に係る音響発生装置の、より詳細な構成の機能ブロック図の一例を示す。
【００３６】
まず、図２（Ａ）を参照して説明する。音響発生装置は、搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３と、位相反転部２０４と、位相反転制御部２０５と、スピーカ２００とを有する。搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３と、位相反転部２０４と、位相反転制御部２０５とが信号供給回路に相当すると言える。
【００３７】
スピーカ２００には、複数の超音波発生素子２１０が配置されている。また、配置されている複数の超音波発生素子２１０は、第１の領域に配置された超音波発生素子と、第２の領域に配置された超音波発生素子とに分けられる。第１の領域と第２の領域とは同一平面内になるとする。
【００３８】
図２（Ａ）において、スピーカ２００は、図１（Ａ）に示したスピーカ１００の左側面図として示されている。この場合は、スピーカ２００の中央部分の領域１０４が第１の領域であり、左右の列の領域１０３、１０５が第２の領域となる。ただし、第１の領域、第２の領域は、ここで説明されたものに限定されることはない。上述したように、第２の領域の上または／および下に第１の領域が配置されていてもよいし、第２の領域は第１の領域により囲まれていてもよい。
【００３９】
図３は、第１の領域に配置された超音波発生素子と第２の領域に配置された超音波発生素子との位置関係の例を２つ示している。図３（Ａ）において、超音波発生素子は同心円状に配置されている。この場合、第１の領域の一例としては、最外周のうち、同心円の中心から所定の角度αの範囲内の領域があり、その他の領域が第２の領域となる。なお、超音波発生素子が第１の領域と第２の領域との両方に配置されている場合には、例えば、超音波発生素子の形状が円形であれば、その中心が第１の領域に入っていれば、第１の領域に配置されていると定義することができる。この定義では、図３（Ａ）に示すように超音波発生素子３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７が第１の領域に配置されている超音波発生素子となる。
【００４０】
図３（Ａ）において、超音波発生素子３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７に供給される信号は、それらの内側の超音波発生素子に供給される信号とは略逆位相になる。
【００４１】
図３（Ｂ）において、超音波発生素子は、超音波発生素子の列は、隣の列に対して超音波発生素子の半径だけ上下にずれて配置されている。この場合、第１の領域の一例として、一つおきの列の最上部に配置されている超音波発生素子３０８、１０９、３１０、３１１が配置されている領域がある。
【００４２】
図３（Ｂ）において、超音波発生素子３０８、１０９、３１０、３１１に供給される信号は、超音波発生素子３１２、３１３、３１４に供給される信号とは略逆位相になる。
【００４３】
搬送信号生成部２０１は、所定の周波数の超音波をスピーカ１００から放射するための信号を生成する。周波数が例えば４０ｋＨｚのパルス波又は正弦波の信号を生成する。音源供給部２０２は、搬送信号生成部２０１により生成された信号を変調するための音声信号を変調部２０３に供給する。変調部２０３は、搬送信号生成部２０１により生成された信号を、音源供給部２０２により供給された音声信号により変調を行なう。変調部２０３は、搬送信号生成部２０１により生成された信号を、例えば、振幅変調、周波数変調または位相変調などを用いて変調を行なう。なお、スピーカ２００から無変調の超音波を放射する場合には、音源供給部２０２、変調部２０３は必須の構成ではない。
【００４４】
音源供給部２０２により供給される音声信号の周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下であり、搬送信号生成部２０１により生成される信号の周波数が４０ｋＨｚであれば、変調部２０３は、４０ｋＨｚの±２０ｋＨｚの範囲を含む２０ｋＨｚ以上の変調された超音波を表わす信号を出力することになる。ただし、変調部２０３において抑圧搬送波単側波帯変調が用いられれば、４０ｋＨｚ以上の変調された超音波を表わす信号が出力されるようにすることができる。
【００４５】
なお、変調部２０３が出力する信号から搬送信号生成部２０１が生成する信号よりも周波数が小さい成分を取り除くフィルターが変調部２０３とスピーカ４００との間に配置されていてもよい。
【００４６】
また、音響発生装置が、無変調の超音波を発生させるのであれば、音源供給部２０２と変調部２０３とは、必須ではない。搬送信号生成部２０１により生成される信号が直接位相反転部２０４や超音波発生素子２３０に供給されるようになっていてもよい。
【００４７】
位相反転部２０４は、第１の領域に配置された超音波発生素子に供給される信号の位相と、第２の領域に配置された超音波発生素子に供給される信号の位相と、が略逆位相になるように、変調部２０３の出力する信号の位相の制御を行なう。この結果、例えば、第１の領域に配置されている超音波発生素子のそれぞれから放射される超音波は、同じ位相となるが、第２の領域に配置されている超音波発生素子のそれぞれから放射される超音波と略逆位相となる。
【００４８】
このような位相の制御方法には、いくつかの方法があり、いずれを用いてもよい。例えば、変調部２０３の出力する信号が、変調部２０３の出力端子である第１の端子と第２の端子との間の電圧として表わされている場合、第１の領域に配置されている超音波発生素子の第１の極性端子、第２の極性端子それぞれを変調部２０３などの第１の端子、第２の端子に接続し、第２の領域に配置されている超音波発生素子の第１の極性端子、第２の極性端子それぞれを変調部２０３の第２の端子、第１の端子に接続する。これにより、第１の領域に配置されている超音波発生素子の生成する物理的変位と第２の領域に配置されている超音波発生素子の生成する物理的変位とは、大きさが同じで、符号が異なることとなる。
【００４９】
あるいは、変調部２０３から第１の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を遅延させることにより、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号の位相を、第１の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号とは略逆位相とすることができる。あるいは、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を遅延させてもよい。
【００５０】
位相反転制御部２０５は、位相反転部２０４の動作を制御し、結果として第１の領域と第２の領域との形状を制御する。例えば、位相反転制御部２０５は、変調部２０３の出力信号が位相反転を行なわずに供給される超音波発生素子と、変調部２０３の出力信号が位相反転されて供給される超音波発生素子との数、分布範囲を変化させる。また、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を、第１の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を略逆位相とするかどうかの制御を行なってもよい。
【００５１】
なお、第１の領域と第２の領域との形状が固定されており、常に第２の領域に配置されている超音波発生素子から放射される超音波を、第１の領域に配置されている超音波発生素子から放射される超音波の略逆位相とするならば、位相反転制御部２０５により位相反転部２０６を制御することは必須ではない。
【００５２】
また、第１の領域に配置されている超音波発生素子それぞれから放射される超音波は、同位相である必要はない。例えば、特定の方向に超音波を放射させるために、超音波発生素子の配置されている位置に応じて、徐々に放射される超音波の位相を変化させるようになっていてもよい。この場合、第２の領域に配置されている超音波発生素子のうち、第１の領域に隣接して配置されている超音波発生素子は、第１の領域に隣接して配置されている超音波発生素子の放射する超音波とは略逆位相の超音波を放射するのが好ましい。
【００５３】
次に、図２（Ｂ）を参照して説明する。音響発生装置は、搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３と、位相反転部２０６と、位相反転制御部２０５と、スピーカ２２０とを有する。図２（Ｂ）に示されている音響発生装置と図２（Ａ）に示されている音響発生装置との違いは、位相反転制御部２０５の出力する信号は、上部の多くても２行に配置されている超音波発生素子２４０に供給され、その他の超音波発生素子２３０には供給されない。このような構成により、位相反転制御部２０５が信号を供給する超音波発生素子の数が減少し、回路としての大きさや消費電力を低減させることができる。
【００５４】
なお、図２（Ｂ）の場合、位相反転制御部２０５は、位相反転部２０６によって、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号が、第１の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号と略逆位相となるのか、同位相となるのかの制御を行なう。
【００５５】
例えば、位相反転制御部２０５は、第１の領域に配置されている超音波発生素子に、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号とは略逆位相となる信号に換えて、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を供給してもよい。また、位相反転制御部２０５は、第１の領域に配置されている超音波発生素子に、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号とは略逆位相となる信号に換えて、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を供給することを、所定の時間間隔にて行なってもよい。例えば３秒間隔で、第１の領域に配置されている超音波発生素子に、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号とは略逆位相となる信号を供給することと、第２の領域に配置されている超音波発生素子に供給される信号を供給することとが交互に繰り返されてもよい。
【００５６】
また、図２（Ｂ）において、第１の領域の大きさを変化させ、第１の領域に配置されている超音波発生素子が放射する超音波と略逆位相の超音波を発生する超音波発生素子を、スピーカの最上行の超音波発生素子とするか、上部の２行に配置されている超音波発生素子とするかを選択することができる。これにより、スピーカ２２０から放射される超音波が伝わる範囲の大きさなどを変化させることができる。上述したように、この変化は、所定の時間間隔で行なわれてもよい。このようにすることにより、一定の大きさの音声信号が音源供給部２０２により供給される場合、スピーカ１００より放射される超音波により再生される音声の大きさが変化するかどうかを知ることにより、スピーカ１００に対する相対的な位置を知ることができる。すなわち、音声の大きさの変化が大きければ、スピーカ１００の斜め方向に位置していると判断でき、音声の大きさの変化がより小さければ、スピーカ１００の正面に位置していると判断することができる。
【００５７】
（実施形態２）
本発明の別の一実施形態として、スピーカと信号供給回路とを備える音響発生装置について説明する。本実施形態においては、スピーカは、基板を有している。その基板には、突出部がある。第１の領域は、その突出部上に位置する。また、基板には、突出部に隣接する第２の領域がある。第１の領域と第２の領域とには、複数の超音波発生素子が配置されている。また、信号供給回路は、所定の距離が、超音波の半波長の偶数倍であれば、第１の領域に配置された超音波発生素子に第１の信号を供給し、第２の領域に配置された超音波発生素子には、第１の信号とは略逆位相の第２の信号を供給する。また、信号供給回路は、所定の距離が、超音波の半波長の奇数倍であれば、第１の領域に配置された超音波素子と第２の領域に配置された超音波素子には、同じ位相の信号を供給する。
【００５８】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）それぞれは、本発明の一実施形態に係る音響発生装置の、より詳細な機能ブロック図の一例を示す。
【００５９】
図４（Ａ）において、音響発生装置は、搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３と、位相反転部２０４と、位相反転制御部２０５と、スピーカ４００とを有する。また、図４（Ｂ）において、音響発生装置は、搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３と、スピーカ４００とを有する。搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３と、位相反転部２０４と、位相反転制御部２０５は、実施形態１と同じものを使用することができるので、説明は省略する。
【００６０】
本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、スピーカ４００の基板に突出部としてスペーサ４０１を設けることができる。この突出部によりスピーカ４００の前面に突出している部分が第１の領域となる。言い換えると突出部上が第１の領域となる。また、突出部に隣接して第２の領域が設けられる。すなわち、第１の領域に配置された超音波発生素子は、第２の領域に配置された超音波発生素子よりもスピーカの向いている方向に飛び出て配置される。言い換えると、第２の領域は、第１の領域よりも所定の距離だけ後方に位置する。これにより、第１の領域に配置された超音波発生素子が放射する超音波と、第２の領域に配置された超音波発生素子が放射する超音波とに位相差を生じさせることができる。
【００６１】
図４（Ａ）において、スピーカ４００の一部にスペーサ４０１が設けられ、一部の超音波発生素子４２０がスペーサ４０１の上に配置されている。スペーサ４０１の厚さΔは、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の半分の整数倍である。なお、一般には、超音波発生素子４１０、超音波発生素子４２０が放射する超音波は、搬送信号生成部２０１が発生する信号を変調部２０３により変調した信号により放射されるので、波長は一義的には定まらないことがある。その場合には、変調部２０３が出力する信号の周波数の範囲の中央の周波数に対応する波長を用いるのが好ましい。例えば、搬送信号生成部２０１が生成する信号の周波数が４０ｋＨｚであり、音源供給部２０２が変調部２０３に供給する音声信号の周波数が２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下であれば、変調部２０３が出力する信号の周波数の範囲は、約４０ｋＨｚ以上６０ｋＨｚ以下となる。したがって、中央の周波数は、約５０ｋＨｚとなり、空気中での５０ｋＨｚの超音波の波長は、約６．６４ｍｍとなる。したがって、Δは３．３２ｍｍの整数倍とするのが好ましい。
【００６２】
以下では、「超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長」を、上記のように、変調部２０３が出力する信号の周波数の範囲のいずれかの周波数（例えば、中央の周波数、あるいは、エネルギーの最も高い周波数など）を有する超音波の波長と定義して説明を行なう。
【００６３】
Δを、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の半分の偶数倍とした場合、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０に同位相の信号を供給すると、超音波発生素子４２０から放射される超音波は、超音波発生素子４１０から放射される超音波と波長の整数倍の位相差を有することになる。そこで、Δが超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の半分の偶数倍である場合には、位相反転部２０６は、変調部２０３の出力する信号の位相を反転させることにより、実施形態１と同様に、スピーカ４００の指向性を高めることができる。
【００６４】
また、本実施形態では、スペーサ４０１を設けていることにより、図４（Ａ）において、超音波発生素子４１０から放射させる超音波がスペーサ４０１の下側の面に反射し、上方へ超音波が広がるのを阻止することができ、より指向性を高めることができる。
【００６５】
Δを、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の半分の奇数倍とした場合、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０に同位相の信号を供給した場合、超音波発生素子４２０から放射される超音波は、超音波発生素子４１０から放射される超音波と略半波長の位相差が生じる。したがって、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０に同位相の信号を供給することにより、実施形態１と同様に、スピーカ４００の指向性を高めることができる。また、超音波発生素子４１０に供給する信号と超音波発生素子４２０に供給する信号との位相差を反転させることにより、通常の指向性とすることができる。
【００６６】
もし、常に指向性を高くするのであれば、図４（Ｂ）に示すように変調部２０３の出力する信号を、変調部を介さずに超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０へ直接供給し、Δを超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の半分の奇数倍とする。これにより、回路構成などが簡略化し、消費電力を小さくすることなどができる。
【００６７】
なお、ここまで、Δは超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の奇数倍または偶数倍として説明したが、これに限定されることはない。例えば、Δを超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長の奇数倍または偶数倍以外の値にして、かつ、超音波発生素子４１０に供給する信号と超音波発生素子４２０に供給する信号とが位相差を有するようにしてもよい。
【００６８】
例えば、超音波発生素子４１０および超音波発生素子４２０が放射する超音波の波長をλとし、超音波発生素子４１０に供給する信号と超音波発生素子４２０に供給する信号との位相差をδとする。また、超音波発生素子４２０が、超音波発生素子４２０の位置において放射する超音波を、時間ｔの関数としてｓｉｎ（ｔ）であるとする。このとき、超音波発生素子４１０が、超音波発生素子４１０の位置において放射する超音波は、ｓｉｎ（ｔ−δ）と表わすことができる。超音波発生素子４１０が放射する超音波が、超音波発生素子４１０の前方Δの距離に到達すると、その波形は、ｓｉｎ（ｔ−δ−２πΔ／λ）となる。
【００６９】
したがって、超音波発生素子４１０から放射された超音波と超音波発生素子４２０から放射された超音波との位相差の値は、２πΔ／λ＋δにより表わすことができる。この値が略逆位相を表わせば、スピーカ４００から放射される超音波の指向性の特性を向上させることができる。すなわち、ある奇数が存在し、その奇数にπを乗じた値と、２πΔ／λ＋δと、の差の絶対値が０．１以下になるようにすれば、スピーカ４００から放射される超音波の指向性の特性を向上させることができる。なお、ここで奇数は１、３、５、…の正の整数に限定されず、−１、−３、−５、…の負の整数であってもよい。
【００７０】
特にΔが、λ／２の偶数倍、すなわち、ある整数ｎが存在し、Δがλのｍ倍であるとする。このとき、２πΔ／λは、２ｍλとなるので、ある奇数にπを乗じた値と２ｍλ＋δとの値の絶対値が０．１以下となれば、指向性の特性を向上させることができる。２ｍは偶数であるので、δの範囲を考えると、ある整数ｎに対して、（２ｎ＋１）π−０．１≦δ≦（２ｎ＋１）π＋０．１が成り立つことになる。
【００７１】
また、Δが、λ／２の奇数倍であるとすると、２πΔ／λは、ある奇数ｐが存在し、ｐπとなるので、ある奇数にπを乗じた値とｐλ＋δとの値の絶対値が０．１以下となれば、指向性の特性を向上させることができる。奇数と別の奇数との差は偶数になるので、δの範囲を考えると、ある整数ｎに対して、２ｎπ−０．１≦δ≦２ｎπ＋０．１が成り立つことになる。
【００７２】
また、特にδが０である場合には、ある奇数が存在し、その奇数にπを乗じた値と、２πΔ／λと、の差の絶対値が０．１以下になるようにすれば、スピーカ４００から放射される超音波の指向性の特性を向上させることができる。
【００７３】
（応用例１）
図５は、本発明の一実施形態に係る音響発生装置を、歩行者用信号機へ応用する例の概念図である。柱５０１に信号制御装置５０２が設置されている。また、柱５０１には、歩行者用信号機５０３と、スピーカ５０４と、超音波検出器５０５も設置されている。
【００７４】
信号制御装置５０２には、信号供給回路が配置される。例えば、信号制御装置５０２には、搬送信号生成部２０１と、音源供給部２０２と、変調部２０３とが配置され、また、必要に応じて、位相反転部２０４と、位相反転制御部２０５も配置される。これらの部により生成された信号は、歩行者用信号機５０３の近傍に配置されたスピーカ５０４に供給される。スピーカ５０４は、超音波発生素子を縦に並べた複数の列を用いて構成されている。歩行者用信号機５０３が青信号を表示する場合に、左右１列の超音波発生素子に、中央部分の列の超音波発生素子が放射する超音波とは位相が略逆位相となる超音波を放射させることができるようになっている。なお、スピーカ５０４は、横断歩道の幅などに応じて、左右に複数個が配置されていてもよい。
【００７５】
このように、本発明の一実施形態に係る音響発生装置を歩行者用信号機に用いて、中央の超音波発生素子が放射する超音波とは位相が略逆位相となる超音波を放射されると、スピーカ５０４から高い指向性により、音声を所定の範囲の歩行者に伝達することができる。したがって、従来技術を用いる場合よりも狭い範囲で超音波から音声が復調することができ、音声によって歩行者を、横断歩道上を安全に誘導することができる。
【００７６】
なお、スピーカ５０４は垂直に設置される必要はない。超音波発生素子が配置されている面を若干、例えば８°ほど下に向けてもよい。これは、スピーカ５０４から放射される超音波が横断歩道の長さよりも長い距離の位置に到達してしまうことを防止するためである。
【００７７】
なお、超音波検出器５０５は必須の構成ではない。超音波検出器５０５を用いることにより、スピーカ５０４から放射される超音波の反射波を検出し、横断歩道上に人が居るかどうかなどを検出することができる。これにより、人が横断歩道を渡りきる前に歩行者用信号機が赤信号を表示してしまうことを防止することができる。また、車の通行状況に応じて、信号を変えることができる。
【００７８】
また、スピーカ５０４を用いて歩行者を誘導する際に、（１）スピーカ５０４の超音波発生素子から同位相の超音波を放射させる場合と、（２）左右１列の超音波発生素子に、中央の超音波発生素子が放射する超音波とは位相が略逆位相となる超音波を放射させる場合とを交互に繰り返してもよい。このとき（１）のときには歩行者から反射する超音波が、超音波検出器５０５により検出され、かつ、（２）のときには歩行者から反射する超音波が、超音波検出器５０５により検出されないことが検出された場合、歩行者が横断歩道を逸れていると判断し、適切な処置を行なうことができる。例えば、別のスピーカから注意を促すメッセージを放送したり、交差点であれば、全ての車道の信号を赤の表示にしたりすることができる。
【００７９】
また、上述したように、スピーカ５０４から放射される超音波により再生される音声の大きさの変化により、音声を聞いている歩行者が、スピーカ５０４の正面に位置しているのか、正面から斜め方向に位置しているのかを判断することができる。これにより、目の不自由な歩行者を横断歩道の上を適切な方向に移動するように、誘導を行なうことができる。
【００８０】
（応用例２）
図６は、本発明の一実施形態に係る音響発生装置を、デジタルサイネージシステムへ応用する例の概念図である。デジタルサイネージとは、液晶ディスプレイやスピーカ、ネットワークを用いた広告媒体である。デジタルサイネージは、情報の提供がリアルタイムで行え、紙などのポスターを張り替える手間が掛からないなどのメリットを有する。
【００８１】
図６においては、歩道に沿って、複数のモニタ６０１、６０２、６０３、６０４を配置し、歩行者の移動速度に基づいて、コンテンツの１フレームに所定の時間長（例えば２秒）を割り当ててモニタにコンテンツの表示を行なう。また、天井には、本発明の一実施形態に係る音響発生装置のスピーカ６０５、６０６、６０７、６０８をそれぞれのモニタに対応付けて配置する。そして、例えば、スピーカから放射される超音波を対応するそれぞれのモニタに向けて放射する。
【００８２】
このような構成により、モニタ間の距離が小さくても、モニタの前に居る人には、別のモニタに対応するスピーカからの音声が聞こえることを防止することができ、効果的な情報の提供ができる。
【００８３】
（測定例１）
図７は、搬送信号生成部２０１の生成する４０ｋＨｚの信号を、ホワイトノイズにより変調した後、図１に示すように、スピーカの左右の領域１０３、１０５に配置された超音波発生素子が放射する超音波の位相が、中央部分の領域１０４に配置された超音波発生素子が放射する超音波の逆位相となる超音波を放射した場合に、スピーカ前で復調されるホワイトノイズの大きさを測定した結果である。
【００８４】
この測定例では、円形の超音波発生素子を、左の列から、５個、４個、５個、４個、５個、４個、５個、４個、５個、４個、５個を矩形の範囲内に並べたスピーカを用いている。この場合、隣り合う列では、超音波発生素子の上下の位置を超音波発生素子の半径だけ上下にずらしている。
【００８５】
図７においては、ホワイトノイズの大きさを測定した位置が、「加工横１ｍ」、「加工横２ｍ」、「加工横３ｍ」は、スピーカから正面から、スピーカの面と垂直方向に、それぞれ１ｍ、２ｍ、３ｍ離れていることを意味する。また、「−８０ｃｍ」、「−６０ｃｍ」、「−４０ｃｍ」、「−２０ｃｍ」、「０ｃｍ」、「２０ｃｍ」、「４０ｃｍ」、「６０ｃｍ」、「８０ｃｍ」は、測定した位置が、スピーカの面に平行な方向に右へどれだけ移動した位置であるかを示す。縦軸は、測定した位置それぞれにおける、ホワイトノイズの大きさを示す。
【００８６】
図７を参照すると、加工横１ｍかつ０ｃｍの位置において最も大きい約６５ｄＢ程度が測定されたことを示しているが、左右に移動すると急激に測定値が低下し、音声が狭い範囲に伝達されていることがわかる。
【００８７】
一方、図８は、図７の測定結果が得られたのと同じ条件で測定を行ない、図７の場合と異なる条件は、全ての超音波発生素子に同位相の信号を供給した場合の測定例である。図８を図７と比較すると、例えば、２０ｃｍにおける「加工横１ｍ」および「無加工横１ｍ」の近傍の形状からわかるように、全体の形状が横方向に広がっていることがわかる。したがって、図７の場合が、図８の場合よりも指向性が高いことがわかる。
【００８８】
また、図９は、図７および図８の測定例に使用したスピーカを縦にして、その場合における左右の列に配置された超音波発生素子が放射する超音波の位相が、中央部分の列に配置された超音波発生素子が放射する超音波の逆位相となるようにして超音波を放射した場合の測定結果である。
【００８９】
また、図１０は、図９の測定結果が得られたのと同じ条件で測定を行ない、異なる条件は、全ての超音波発生素子に同位相の信号を供給した場合の測定例である。
【００９０】
図９と図１０とを比較すると、図９の方が狭い範囲に音声が伝達されていることもわかる。
【００９１】
（実施形態３）
本発明の実施形態３として、以上説明した実施形態におけるスピーカの防滴カバーについて説明する。
【００９２】
スピーカを図５に示すように、信号機に応用する場合、信号機は外での使用が前提であり、雨ざらしとなる。そこで、防滴性についての考察、実験を以下のように行なった。
【００９３】
図１１（Ａ）は、防滴カバー１１００の正面図であり、図１１（Ｂ）は、その平面図であり、図１１（Ｃ）は、その底面図であり、図１１（Ｄ）は、その左側面図である。右側面図は、左側面図と対称なので省略する。また、背面図は、正面図から網１１０１を示す線分を除去した矩形の図がその一例となる。また、図１１（Ｅ）は、図１１（Ｂ）のＩ−Ｉ断面線における防滴カバーの断面を示す。
【００９４】
図１１（Ａ）〜（Ｅ）からわかるように、防滴カバーの全体形状は、直方体ではなく、βの角で垂直方向から直方体を斜めに切断した形状となっており、切断して現れる斜面に対する法線が斜め下を向くようになっている。この斜面の反対側にスピーカが設置される。すなわち、防滴カバー１１００を正面から見た場合、防滴カバーの奥の方に、複数の超音波発生素子が配置されたスピーカ１１１０が設置される。
【００９５】
スピーカ１１１０の前方には、シート１１０２、１１０３が、垂直方向から斜めにβの角を有するように平行に配置されている。言い換えると、シート１１０２、１１０３の上辺は下辺よりもスピーカ１１１０の前方に位置する。またシート１１０３の前方には、網１１０１がシート１１０２、１１０３と平行に設置されている。
【００９６】
本実施形態において、βは、防滴カバーの正面から雨などの水が侵入しないようにするために設けられ、２０°以上６０°以下、好ましくは、２５°以上３５°以上である。６０°より大きい場合には、防滴カバーの前後の長さが大きくなり、製造コストなどが大きくなる。また、２０°未満である場合には、水滴が水平に侵入しようとするとき、その侵入を防ぐことが困難となる。また、次に示す実験例から、βは３０°が最も好ましいことがわかった。
【００９７】
また、βを０より大きくすることにより、防滴カバーの上面が底面よりもスピーカ１１１０の前方に延びることになる。これにより、スピーカ１１１０から放射される超音波が上方に広がることを防止することもできる。
【００９８】
ここで、シート１１０２、１１０３は、スピーカ１１１０から放射される超音波をできるだけ減衰させないようにするのが好ましい。この条件に適合するシートを探したところ、ナイロン製のメッシュシートが好ましいことがわかった。また、特に、次のような特性を有するナイロン製メッシュシートが好ましいことがわかった。シートの厚さは３８０μｍであり、シートに用いられる糸の線径は２００μｍであり、糸と糸との距離は３０８μｍであり、メッシュクロスの空間率（オープニングエリアの割合）は３７％である。
【００９９】
また、実験例から、シートは、１枚設置する場合よりも２枚設置する場合が、防滴シートの正面からの水の侵入をより確実に防止することができることがわかった。これは、水滴が防滴カバー正面から侵入しても、シート１１０３のオープニングエリアにより、水滴がさらに小さな水滴に分割されるとともに、シート１１０３に運動量が吸収される。したがって、仮にシート１１０３を水滴が通過しても、シート１１０２を通過することができず、スピーカ１１１０に水滴が到達することが防止される。
【０１００】
網１１０１は、必須の構成要件ではないが、大きな水滴が網１１０１に衝突することにより、小さな水滴に分割する作用を有し、シート１１０３、１１０２の通過をより確実に阻止することができる。この作用を達成するために、網１１０１は金網や、複数の孔が設けられた金属板とすることが好ましい。
【０１０１】
（実験例）
シート１１０２、１１０３として、株式会社テックジャムより購入した２枚のナイロンメッシュシート（製品番号ＮＢ５０）を所定の距離だけ離して平行に配置し、垂直にすることと、垂直方向から斜めに３０°傾斜させることとができる箱を用意した（図１２参照）。実験では、図１２の写真に示すように、段ボール箱を用いている。このような段ボールを用いて、垂直方向から斜めに３０°傾斜させることにより、防滴カバー１１００の正面と同じ形状を作出することができる。
【０１０２】
このように設置したナイロンメッシュシートに、水流を変えられるホースノズルを用いて、（１）ジョロ水流、（２）シャワー水流、（３）弱ストレート水流のそれぞれを水平にして、垂直にしたナイロンメッシュシートと、３０°傾斜させたナイロンメッシュシートとに噴射させてみた。
【０１０３】
（垂直にした場合）
図１３は、ジョロ水流を噴射した後の、１枚目のナイロンメッシュシート（直接水が噴射されるナイロンメッシュシート）の写真を示す。噴射後、幅１３ｃｍ縦１１．５ｃｍの範囲で水滴がつき、特に幅１１ｃｍ縦６．３ｃｍの範囲において大量の水が裏面まで到達していた。なお、２枚目のナイロンメッシュシートは水が通過（貫通）しなかった。
【０１０４】
図１４は、シャワー水流を噴射した後の、１枚目のナイロンメッシュシートの写真を示す。噴射後、幅１６ｃｍ縦２１ｃｍの範囲に水滴がつき、特に幅１１ｃｍ横７ｃｍの範囲において大量の水が裏面まで到達していた。なお、２枚目のナイロンメッシュシートは水が貫通しなかった。
【０１０５】
図１５は、弱ストレート水流を噴射した後の、１枚目のナイロンメッシュシートの写真を示す。図１５に示すように、広範囲において、大量の水が裏面まで到達していた。なお、２枚目のナイロンメッシュシートは水が貫通しなかった。
【０１０６】
（３０°傾斜させた場合）
図１６は、ジョロ水流を噴射した後の、１枚目のナイロンメッシュシートの写真を示す。噴射後、幅６５ｍｍ横１８ｍｍの範囲において、図１３の場合よりもはるかに少ない水が裏面まで到達していた。なお、２枚目のナイロンメッシュシートは水が貫通しなかった。
【０１０７】
図１７は、シャワー水流を噴射した後の、１枚目のナイロンメッシュシートの写真を示す。噴射後、幅１１ｃｍ横４．６ｃｍの範囲において、図１４の場合よりもはるかに少ない水が裏面まで到達していた。なお、２枚目のナイロンメッシュシートは水が貫通しなかった。
【０１０８】
図１８は、弱ストレート水流を噴射した後の、１枚目のナイロンメッシュシートの写真を示す。噴射後、幅９ｃｍ横４５ｍｍの範囲において、水滴が付着していた。特に幅５．５ｃｍ幅２ｃｍの範囲で水が裏面に到達していた。なお、２枚目のナイロンメッシュシートは水が貫通しなかった。
【０１０９】
以上からわかるように、全ての場合において、２枚目のナイロンメッシュシートには水が貫通しなかった。このため、ナイロンメッシュシートをすくなくとも２重にすることにより、防滴効果が期待できる。また、ナイロンメッシュシートの傾斜の有無によって一枚目のナイロンメッシュシートの水の貫通の程度が異なっていた。すなわち、ナイロンメッシュシートを３０°傾斜させた場合は、垂直にした場合よりも効果的に水滴の侵入を防ぐことができる。
【０１１０】
また、ナイロンメッシュシートを２重にして傾斜を３０°よりも大きくしてストレート水流を強くして噴射してみたが、どの場合も２枚目のナイロンメッシュシートを貫通した。しかし、ナイロンメッシュシートの前に、金属性の金網を取り付けることにより、侵入する水の量を減少させることができる。
【符号の説明】
【０１１１】
１００  スピーカ
１０１、１０２  超音波発生素子
１０３、１０５  第１の領域
１０４  第２の領域
１０６  指向性特性
１０７  超音波が放射される範囲
１０８  第１の領域１０３の超音波発生素子の指向性特性
１０９  第１の領域１０５の超音波発生素子の指向性特性
１１０  本発明の一実施形態における指向性特性
１１１  本発明の一実施形態において超音波が放射される範囲
【図１】
0005486390.tif 000003
【図２】
0005486390.tif 000004
【図３】
0005486390.tif 000005
【図４】
0005486390.tif 000006
【図５】
0005486390.tif 000007
【図６】
0005486390.tif 000008
【図１１】
0005486390.tif 000009
【図７】
0005486390.tif 000010
【図８】
0005486390.tif 000011
【図９】
0005486390.tif 000012
【図１０】
0005486390.tif 000013
【図１２】
0005486390.tif 000014
【図１３】
0005486390.tif 000015
【図１４】
0005486390.tif 000016
【図１５】
0005486390.tif 000017
【図１６】
0005486390.tif 000018
【図１７】
0005486390.tif 000019
【図１８】
0005486390.tif 000020