(57)【要約】【課題】汎用部品でのみで構成し、低コストでありながら高効率で超音波を送波して可聴音を得ることのできる、周波数変調器及び周波数分周器と前置増幅器と電力増幅器と誘導性素子、超音波送波器を備えたパラメトリックスピーカーを提供する。【解決手段】当パラメトリックスピーカーは、信号入力に例えば音声信号が入力された場合、超音波送波器から超音波を送波するための駆動電圧生成において、超音波送波器から送波する二倍以上の周波数で音声信号に基づく周波数変調を行い、周波数変調されたパルス電圧を分周し、パルス電圧のデューティー比が常に５０％に近い状態で前記超音波送波器の駆動を行うことにより、超音波送波器からの超音波の送波を従来の手段に比べ効率的に行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号等の情報の交流信号を受け付ける入力部と、入力部に入力された前記情報の信号の大小に基づきＯＮ／ＯＦＦするパルス電圧の周波数を変化させる周波数変調手段と、周波数変調手段の後段に設けた周波数分周手段と、周波数分周手段の出力のパルス電圧を所定の信号と電圧に増幅する前置増幅手段と、前置増幅手段のパルス電圧を受け取り超音波を送波する一つ以上の超音波送波器を駆動するための電力増幅手段と、前記一つ以上の超音波送波器の有する容量性成分と直列に共振する誘導性素子と、超音波を空気等の媒質中に送波する一つ以上の超音波送波器を具備したパラメリックスピーカーにおいて。
上記周波数変調手段で生成するパルス電圧の第二の周波数変調の中心周波数は、上記一つ以上の超音波送波器を駆動する周波数の少なくとも二倍以上で、上記周波数変調手段の第二の周波数変調のパルス電圧を、上記周波数分周手段で分周した出力の第一の周波数変調のパルス電圧は、上記一つ以上の超音波送波器を周波数変調するための駆動電圧であって、第一の周波数変調の占有帯域内に、上記一つ以上の超音波送波器の中心周波数を含むことを特徴とするパラメトリックスピーカー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波送波器を用いて音声信号等のアナログ信号を、超指向性の特徴を有する可聴音とすることのできるパラメトリックスピーカーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリックスピーカーは、情報としての音声信号等を超音波送波器を用いて空気などの媒質に超音波を送波することで情報伝達可能な音響装置である。
【０００３】
パラメトリックスピーカーで送波される超音波に音声信号を重畳する方式としては、振幅変調、周波数変調、あるいはパルス幅変調等の方式により超音波周波数を音声信号で変調後、電力増幅器で所定の電力レベルまで増幅し、超音波送波器から超音波を送波する。
【０００４】
また、二つの異なる周波数の超音波を同時に同一方向に送波し、二つの超音波の周波数の差分に相当する可聴音の周波数のうなりを発生させ、音声を再生する方式もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３１５０８８
【特許文献２】特願２００３−５６５０３７
【特許文献３】特開２００５ー２８６５７９
【特許文献４】特開２００５−２８６５８２
【特許文献５】特開２００９−２１２８９８
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＬＭＣ５５５  ＣＭＯＳ  タイマ  日本語データシート  ２００６年５月  （ナショナル  セミコンダクター社）
【非特許文献２】空中超音波センサ  アプリケーション  マニュアル  Ｃａｔ．Ｎｏ．Ｓ５１５−Ｓ  （株式会社  村田製作所）
【非特許文献３】パラメトリック・スピーカー・キット  マニュアル  第二版  ２００８年１２月  （有限会社  トライステート）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
（従来技術の課題  １）  
特許文献1、および特許文献２にはパラメトリックスピーカーの変調方式として周波数変調（ＦＭ：Frequency Modulation ）が述べられていて、前記特許文献によれば音声の信号処理はデジタルシグナルプロセッサー（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）やゲートアレイによる信号処理を行っている。
【０００８】
しかしながら、これらの特許文献１から４の例では、音声の信号処理にデジタルシグナルプロセッサーやゲートアレイによる信号処理が必要なため、デジタルシグナルプロセッサーやゲートアレイの部品費等が高価な上、これらの部品に書き込む信号処理ソフトの開発期間等も長期間を必要とし、装置全体が複雑で大型であり、結果的に高価なパラメトリックスピーカーとなる問題があった。
【０００９】
（従来技術の課題  ２）  
特許文献５は出願人の発明による電子回路に汎用部品のみを用いた周波数変調方式の安価なパラメトリックスピーカーであり、前記特許文献５の（発明を実施するための最良の形態）（図４）では周波数変調素子に非特許文献１に示した汎用タイマーＩＣ５５５を用い、前記非特許文献１に記載の回路例（５０％  デューティ・サイクル・オシレーター）を使用し、無変調時には超音波送波器に用いている超音波センサの中心周波数と異なる周波数で、５０％  デューティ・サイクルの矩形波を出力し、パラメトリックスピーカーの最終出力である超音波送波器から超音波を送波している。
【００１０】
従って、音声信号が無い無変調時には、超音波送波器は超音波センサの中心周波数と異なる周波数で駆動されているため、超音波送波器から出力される超音波の音圧は、超音波送波器の中心周波数の最大音圧より低い状態である。
【００１１】
そして、音声信号の周波数変調時は、前記汎用タイマーＩＣ５５５の入力端子（Ｃｏｎｔｒｏｌ）に音声信号を印加して超音波送波器から周波数変調された超音波を送波している。
【００１２】
従って、無変調時には超音波送波器は超音波センサの中心周波数から離れた周波数であるため、低い音圧の超音波を送波し、大きな電圧の音声信号が前記汎用タイマーＩＣ５５５の入力端子（Ｃｏｎｔｒｏｌ）に入力されると、周波数変調されたパルス電圧の周波数は超音波送波器の超音波センサの中心周波数に近い周波数となることで、超音波送波器から高い音圧の超音波が送波される。これにより、本発明のパラメトリックスピーカの変調方式は周波数変調であるが、超音波送波器から送波される超音波の、特定の帯域の総量は振幅変調となっている。
【００１３】
しかしながら、非特許文献１に記載の通り、前記汎用タイマーＩＣ５５５の発振周波数は式（数１）で求められ、該当ＩＣ内のＲ−Ｓフリップフロップの動作により、半サイクルについては式（数１）の１／２の時定数で矩形波が生成され、残る半サイクルのみ該当汎用タイマーＩＣ５５５の入力端子（Ｃｏｎｔｒｏｌ）による周波数変調された矩形波が生成される。
従って、前記汎用タイマーＩＣ５５５を用いた音声信号による周波数変調出力のパルス電圧は、半サイクル毎に無変調の周波数の１／２の時定数の矩形波と、次の半サイクルは前記入力端子（Ｃｏｎｔｒｏｌ）による周波数変調が有効である矩形波とが交互に出力される問題があった。
【数１】
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【００１４】
そして、特許文献５（発明を実施するための最良の形態）に記された周波数変調方式では、超音波送波器に著しくデューティーの崩れた駆動電圧が印加され、超音波送波器が本来有する超音波の音圧より低い音圧でしか送波できないばかりでなく、電力増幅器や超音波送波器の素子自体の無駄な発熱と、最終的にはパラメトリックスピーカーの可聴音の音圧を低下させるという問題があった。
【００１５】
ここで、超音波送波器に用いる超音波センサは、超音波の周波数のパルス電圧を圧電素子に印加し、超音波の周波数の機械的振動を得て空気等の媒質に超音波を送波する、電気−機械振動変換器であり、超音波センサを構成する超音波振動部品は振り子のように振動するため、超音波センサを駆動する電気信号のパルス電圧の印加を停止しても機械的振動が残り、残響特性と言われる挙動を持つ。従って、振り子のように振動する超音波センサが機械的に振動中である場合、その振動周波数以外の、半周期毎に周期の異なる時定数のパルス電圧を印加することは、超音波センサの電気−機械振動変換器として本来超音波センサの有する超音波の音圧を送波できないばかりでなく、超音波送波器に駆動電圧を印加する電力増幅器と超音波送波器で失う無効な電力により、前記の各部に無効な損失による発熱を生じ、パラメトリックスピーカーとして電気−機械振動変換器の効率低下を招いている。
【００１６】
なお、非特許文献３は２００８年１０月販売開始の（パラメトリックスピーカー  キット）添付のマニュアルであり、特許文献５に基づいて回路設計が行われている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、請求項1に記載のパラメトリックスピーカーは、音声信号等の情報の交流信号を受け付ける入力部と、入力部に入力された前記情報の信号の大小に基づきＯＮ／ＯＦＦするパルス電圧の周波数を変化させる周波数変調手段と、周波数変調手段の後段に設けた周波数分周手段と、周波数分周手段の出力のパルス電圧を所定の信号と電圧に増幅する前置増幅手段と、前置増幅手段のパルス電圧を受け取り超音波を送波する一つ以上の超音波送波器を駆動するための電力増幅手段と、前記一つ以上の超音波送波器の有する容量性成分と直列に共振する誘導性素子と、超音波を空気等の媒質中に送波する一つ以上の超音波送波器を具備したパラメリックスピーカにおいて。
上記周波数変調手段で生成するパルス電圧の第二の周波数変調の中心周波数は、上記一つ以上の超音波送波器を駆動する周波数の少なくとも二倍以上で、上記周波数変調手段の第二の周波数変調のパルス電圧を、上記周波数分周手段で分周した出力の第一の周波数変調のパルス電圧は、上記一つ以上の超音波送波器を周波数変調するための駆動電圧であって、第一の周波数変調の占有帯域内に、上記一つ以上の超音波送波器の中心周波数を含むパラメトリックスピーカーであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
従って、本発明のパラメトリックスピーカーによれば、音声の周波数変調を安価な汎用タイマーＩＣで行っても後段の分周器により、パルス電圧のデューティーを常に５０％近くに保ちながら超音波送波器の出力を周波数変調することが可能であり、超音波送波器は滑らかに周波数変調された駆動電圧によって、スムースな機械的振動を行うことが可能であり、超音波送波音圧の増加や消費電力効率改善、ひいては可聴音のダイナミックレンジの拡大を可能としている。
【００１９】
なお、特許文献５（以下、従来の周波数変調方式）の周波数変調器に使用する汎用タイマーＩＣ５５５は、デューティーが５０％近くで動作可能なＣＭＯＳタイプ構造の素子である必要があったが、本発明によれば第二の周波数変調器の出力のパルス電圧のデューティーは５０％である必要は無く、部品の入手性が良く、ＣＭＯＳタイプ構造より安価なバイポーラ構造の汎用タイマーＩＣ５５５も使用できる。
【００２０】
また、本発明の周波数分周器には入手の容易な汎用ロジックＩＣ  ７４ＨＣ７４等が使用できる。
【００２１】
なお、本発明で使用する半導体素子は、特許文献５と同じ部品点数の汎用ＩＣで構成することが可能であり、回路全体の物理的な大きさや部品コストを抑えたままで音量の増加したパラメトリックスピーカーを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係るパラメトリックスピーカーの構成を示すブロック図である。
【図２】従来の周波数変調方式の形態に係るパラメトリックスピーカーの構成を示すブロック図である。
【図３】超音波送波器７に使用する超音波センサの音圧の周波数特性例と本発明に係る周波数変調方式の関係を示す図である。
【図４】従来の周波数変調方式と、本発明の周波数方式で各々周波数変調され、電力増幅器５における各出力パルス電圧波形の比較。
【図５】従来の周波数変調方式と、本発明の周波数変調方式で周波数変調され、超音波送波器７の超音波センサに印加される各波形の比較。
【図６】本発明で実施するパラメトリックスピーカーの回路構成の主要部を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明のパラメトリックスピーカーについて、図面に基づいて形態を説明する。
このパラメトリックスピーカーは、図1に示すように、
・音声信号等の情報の交流信号を受け付ける音声信号入力１と、
・音声信号入力１に入力された前記情報の信号の大小に基づき、超音波送波器７を駆動する周波数の少なくとも二倍以上の周波数でＯＮ／ＯＦＦするパルス電圧を変化させる周波数変調器２と、
・周波数変調器２で生成したパルス電圧を分周し、分周後の周波数変調されたパルス電圧の占有帯域の中に、超音波送波器７の中心周波数を含む周波数まで分周する周波数分周器３と、
・周波数分周器３の出力のパルス電圧を所定の位相の信号と電圧に増幅する前置増幅器４と、
・前置増幅器４のパルス電圧を受け取り、超音波を送波する一つ以上の超音波送波器７の駆動電圧を生成する電力増幅器５と、
・一つ以上の超音波送波器の有する容量性成分と直列に共振する誘導性素子６と、
・電力増幅器５で生成された駆動電圧が印加されると、その超音波の周波数で機械的な振動を行い、空気等の媒質に超音波を送波する超音波送波器７で構成されている。
【００２４】
なお、従来の周波数変調方式の形態に係るパラメトリックスピーカーのブロック図は、図２に示すように、音声信号入力１、周波数変調器２、前置増幅器４、電力増幅器５、誘導性素子６、超音波送波器７を備えていて、本発明との相違点は周波数分周器３を具備しない構成である。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明のパラメトリックスピーカーが適用される実施例を、図面を参照して説明する。
【００２６】
本発明のパラメトリックスピーカーは、超音波の周波数で音声信号等の情報の周波数変調を行い、超音波送波器７から超音波として空気等の媒質に出力し、超音波はその周波数が可聴音より高いため、可聴音より鋭い指向性を保ちながら空気中を伝播するが、最終的には超音波の周波数に重畳された音声信号が、人の耳に粗密波として伝播され、可聴音として聞き取ることができる装置である。
【００２７】
（実施例  １）
例として、図１の超音波送波器7には、図３に示したような周波数特性を持つ超音波送波用の超音波センサが使われる。なお、図３に示した周波数特性を持つ超音波センサの公称中心周波数は４０ＫＨｚであり、送波可能な超音波の音圧の公称最大値は４０ＫＨｚにあり、通常±１ＫＨｚ程度の幅のバラツキを有しているが、中心周波数を境に上下の周波数では送波できる超音波の音圧が低下する。
【００２８】
また、超音波送波器7には、通常複数の超音波センサを電気的に並列に接続し、プリント基板上にアレイ状に配置する。これにより、超音波センサ単品の音圧の指向特性が半円状であっても、アレイ状に配置された超音波センサは横方向の超音波の音圧を互いに打ち消し合い、正面方向には超音波の音圧を互いに強め合うことで、アレイ状に配置された超音波送波器7の超音波音圧指向性は正面方向に鋭い指向性を具えることになる。
【００２９】
なお、超音波送波器７では超音波センサをアレイ状に配置する際、超音波センサの使用数量を増やす程、指向性は鋭くできる。これは、上記の通り、アレイ状に配置された超音波センサが横方向の超音波の音圧を互いに打ち消し合い、正面方向には超音波の音圧を互いに強め合う作用が相対的に向上するためである。
【００３０】
誘導性素子６は、超音波送波器７が有する容量性成分と直列共振し、電力増幅器５から供給される超音波送波器７の駆動電圧を直列共振により昇圧し、併せて超音波送波器7を構成する超音波センサ合成容量性成分により、例えば超音波センサ単品の静電容量が２２００ｐＦとし、この超音波センサを１００個並列接続すると０．２２ｕＦであり。超音波送波器７に電力を供給する電力増幅器５は矩形波を出力するため、矩形波の立ち上がり、あるいは立ち下がり時は過大な突入電流が電力増幅器５から流出することによる電力増幅器５を構成する、半導体素子のパワーＭＯＳＦＥＴの負担を軽減できる。
【００３１】
なお、誘導性素子６のインダクタと超音波送波器７の有するの容量性成分のキャパシタンスの直列共振作用は、誘導性素子６と超音波送波器７の両端に印加された電圧のＱ（前記共振回路の持つ選択度）倍の電圧を、超音波送波器７の超音波センサに印加し、超音波センサから送波される超音波の音圧増加に寄与している。
【００３２】
ここで、誘導性素子６のインダクタ値の決定について、ＬＣ共振回路の基本式は数（式２）より求められ、また、超音波送波器７の合成容量は前記のように容易に求めることができるが、前記の超音波送波器７の合成容量は超音波センサの静的な状態での数値であり、誘導性素子６のインダクタ値の決定について数（式２）そのものは適用できない。
超音波送波器７のアレイを構成する超音波センサに駆動電圧が印加され、超音波の周波数で超音波センサが機械的振動を行い、媒質である空気等の粘性を負荷として超音波センサが動作する場合、超音波センサの品種、駆動電圧の規格値等にも考慮し適宜、誘導性素子６のインダクタ値を決定する必要がある。
【数２】
2014007616.tif 000004
【００３３】
電力増幅器５は、4個のパワーＭＯＳＦＥＴによるフルブリッジ回路であり、前置増幅器４より出力される互いに逆位相で一組の、第一の周波数変調のパルス電圧をうけとり、２組のパワーＭＯＳＦＥＴを交互にＯＮ／ＯＦＦするパワーＭＯＳＦＥＴによる電力増幅回路であって、電源電圧の１２Ｖの2倍の振幅の電圧を出力し、誘導性素子６と超音波送波器７の直列回路へ音声信号により周波数変調された第一の周波数変調の駆動電圧を印加する電力増幅器である。
【００３４】
また、電力増幅器５は図６の回路構成に示すとおり、ハイサイドのＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）は電源電圧１２Ｖに接続されているため、これらＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）をＯＮ／ＯＦＦさせるために必要な電圧は１２Ｖ以下の振幅のパルス電圧である。例えばＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）にＯＮ時のＶｔｈ（ゲートしきい値電圧）の定格が−４．５ＶのＦＥＴを用いた場合、ＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）をＯＮ／ＯＦＦさせるには、ゲート電圧が７．５Ｖ以下（ＯＮ）から１２Ｖ（ＯＦＦ）の範囲でＶｔｈが変化しなければならない。一方、前置増幅器４の電源電圧は６Ｖであり、出力可能なパルス電圧の振幅は０Ｖから６Ｖなので電圧が不足する。そこで前置増幅器４のパルス電圧をシフトさせるために、パルス電圧の直流分をコンデンサ（Ｃ８，Ｃ１１）でカットし、レベルシフトダイオード（Ｄ１、Ｄ２）によりパルス電圧を電源電圧１２Ｖ近くの電圧へシフトして、抵抗（Ｒ３、Ｒ７）によるバイアスを与えることで、ＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）のゲート電圧は、レベルシフトダイオード（Ｄ１、Ｄ２）のＶｆ分０．６Ｖが電源電圧の１２Ｖに加えられた電圧の１２．６Ｖをハイレベル（ＯＦＦ）として、ロウレベルを６．６Ｖ（ＯＮ）とする振幅の範囲で変化する。従って、ＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）がＯＮするために有効なＶｔｈは６．６Ｖ（ＯＮ）から１２Ｖ（ＯＦＦ）の振幅のパルス電圧、すなわちＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）をＯＮさせるために有効なゲート電圧は−５．４Ｖであり、これらのＰｃｈＦＥＴを問題なく駆動可能である。
【００３５】
前置増幅器4は、周波数分周器３で生成された互いに逆位相で二組の第一の周波数変調のパルス電圧をうけとり、２組のコンプリメンタリ回路により、電力増幅器５を駆動するための互いに逆位相で一組の第一の周波数変調のパルス電圧を生成する。前記コンプリメンタリ回路の負荷は電力増幅器５を構成するパワーＭＯＳＦＥＴのゲートの容量性成分であるため、これらの容量性負荷に対し十分な電流駆動能力と、コンプリメンタリ回路出力のパルス電圧の上昇時間（ｔＴＬＨ）、下降時間（ｔＴＨＬ）が高速（遅くても数十ｎｓｅｃ）であって、電力増幅器５においてパルス電圧の立ち上がり、立下り時、交互にＯＮ／ＯＦＦするパワーＭＯＳＦＥＴの上下のＦＥＴが同時にＯＮすることによる貫通電流が流れるのを防ぎ、電源電力の損失とパワーＭＯＳＦＥＴ自体の発熱を抑える。なお、図６の回路構成において各素子の定数の明記は無いが、パラメトリックスピーカーに使用する超音波送波器７の仕様を基に誘導性素子６、パワーＭＯＳＦＥＴの選定と各素子の定数決定などの手順で求めてゆけばよい。
【００３６】
また、本発明の実施例では図６の回路構成に示すとおり、前置増幅器4は＋６Ｖ側にＰＮＰトランジスタ、ＧＮＤ側にＮＰＮトランジスタのコンプリメンタリで、互いのコレクタを接続している。よって、出力のロウレベルは０Ｖ、ハイレベルは６Ｖであり、電力増幅器５のハイサイドＰｃｈＦＥＴ（Ｑ３，Ｑ４）のゲートには−５．４Ｖ（ＯＮ）のＶｔｈを印加できるので、これらのＰｃｈＦＥＴを問題なくＯＮ／ＯＦＦできる。なお、ローサイドＮｃｈＦＥＴ（Ｑ７，Ｑ８）のゲートには６Ｖ（ＯＮ）のＶｔｈを印加できるので問題は無い。これにより、電力増幅器５を構成する４個のパワーＭＯＳＦＥＴに対し従来の周波数変調方式より高い電圧の各Ｖｔｈを印加できるので、各パワーＭＯＳＦＥＴは従来の周波数変調方式に比べ低いＯＮ抵抗で超音波送波器７を駆動可能なため、これらの各パワーＭＯＳＦＥＴ自体からの発熱も低減できる。
【００３７】
なお、従来の周波数変調方式の前置増幅器４は、ＧＮＤ側にＰＮＰトランジスタと、＋６Ｖ側にＮＰＮトランジスタのコンプリメンタリで互いのエミッタを接続して、電力増幅器５へ本発明と同様に互いに逆位相で一組の第一の周波数変調のパルス電圧を供給していたが、電力増幅器５が必要とする逆位相で一組の第一の周波数変調のパルス電圧を生成するために、汎用ロジックＩＣ７４ＨＣ０４のインバーターを用いていたことにより、本発明と同様に前置増幅器４の電源電圧の最高動作電圧が６Ｖに制約され、また従来の周波数変調方式の前置増幅器４は、ＧＮＤ側にＰＮＰトランジスタと、＋６Ｖ側にＮＰＮトランジスタのコンプリメンタリで互いのエミッタを接続していたので、各々のトランジスタが飽和領域で動作しても各々ベース電圧０．６Ｖを必要としたため、前置増幅器４から出力可能なパルス電圧の振幅は、ロウレベルが０．６Ｖでハイレベルが５．４Ｖであり、電力増幅器５へ出力するパルス電圧の有効な振幅は４．８Ｖしか供給できない問題があった。
【００３８】
従って、従来の周波数変調方式で電力増幅器５のハイサイドのＰ−ｃｈ  ＭＯＳＦＥＴにＦＥＴをＯＮさせるためにゲートに供給できる電圧、Ｖｔｈは−４．２Ｖ程度しか印加できず、Ｐ−ｃｈ  ＭＯＳＦＥＴのＯＮ抵抗を十分に低減することができないため、Ｐ−ｃｈ  ＭＯＳＦＥＴにＦＥＴ自体の発熱による電力損失が生じていた。
【００３９】
なお、先述の従来の周波数変調方式で電力増幅器５のハイサイドのＰ−ｃｈ  ＭＯＳＦＥＴにＦＥＴをＯＮさせるためにゲートに供給できる電圧、Ｖｔｈは−４．２Ｖ程度しか印加できない内訳は、ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタのコンプリメンタリ出力電圧が４．８Ｖであり、電力増幅器５でのレベルシフトダイオードのＶｆによる印加電圧の減少分０．６Ｖを加えると、ハイサイドのＰ−ｃｈ  ＭＯＳＦＥＴにＦＥＴをＯＮさせるために印加できるゲート電圧は差し引き−４．２Ｖとなる。
【００４０】
次に、周波数分周器３は、周波数変調器２で生成した第二の周波数変調のパルス電圧を分周し、互いに逆位相で二組の第一の周波数変調のパルス電圧を前記前置増幅器４へ出力している。
【００４１】
例えば、図６の回路構成では周波数分周器３に汎用ロジックＩＣ７４ＨＣ７４（ＩＣ２）を一個用いている。周波数変調器２（ＩＣ１  ５５５）で生成された第二の周波数変調の周波数の電圧パルスは、ＩＣ２の３ピンと１１ピンにクロックとして入力され、クロックの立ち上がりごとに反転（／Ｑ、６ピンと８ピン）と、非反転（Ｑ、５ピンと９ピン）として出力される。従って、周波数変調器２（ＩＣ１  ５５５）で生成された第二の周波数変調の周波数は、周波数分周器３（ＩＣ２  ７４ＨＣ７４）で１／２に分周されると共に、周波数変調器２（ＩＣ１  ５５５）の周波数変調後の電圧パルス２サイクルを分周して1サイクルの電圧パルスを生成するので、周波数変調器２（ＩＣ１  ５５５）のパルス電圧のデューティーが崩れていても周波数分周器３（ＩＣ２  ７４ＨＣ７４）の作用により、すべての半サイクルの周期においても周波数変調が行われ、なお且つ、超音波送波器７を駆動するための第一の周波数変調された電圧パルスのデューティーを常に５０％近くにすることが可能となる。
【００４２】
ここで、周波数分周器３に汎用ロジックＩＣ７４ＨＣ７４を用いる理由として、単独のＩＣとして周波数分周が可能なことは勿論のこと、前置増幅器４が必要とする、互いに逆位相で二組の第一の周波数変調のパルス電圧出力を有し、ＩＣの特性に於いてクロックの上昇時間（ｔＴＬＨ）、下降時間（ｔＴＨＬ）が高速（一桁ｎｓｅｃ）であり、前記電力増幅器５のパワーＭＯＳＦＥＴで構成されたフルブリッジ回路の貫通電流を軽減できる。
【００４３】
なお、本発明の周波数分周器３に使用した汎用ロジックＩＣ７４ＨＣ７４の電源電圧の最高動作電圧は６Ｖである。
【００４４】
次に、周波数変調器２は、音声信号入力１に例えば音声信号が入力された場合、超音波送波器７から超音波を送波するための駆動電圧生成において、超音波送波器７から送波する二倍以上の周波数で音声信号に基づく第二の周波数変調のパルス電圧を発生させる。
【００４５】
実施例として、超音波送波器７に、図３に示すような周波数特性の超音波センサを使用した場合、この超音波センサは４０ＫＨｚで最大の音圧を得ることができる。また、図３に示すように無変調時の第一の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ）を、超音波センサの中心周波数の上側に設けるとすれば、同じく図３に示すように第二の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ×２）に設定し、周波数変調を行う。
なお、上記周波数分周器３が周波数を１／２に分周するので、第二の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ×２）の周波数は、第一の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ）の２倍の周波数のパルス電圧を発生させる。
【００４６】
ここで、従来の周波数変調方式と、本発明の周波数変調方式の実施効果について説明する。なお、いずれの方式も周波数変調器２に汎用タイマーＩＣ５５５を使用している。
【００４７】
図４は、従来の周波数変調方式で周波数変調されたパルス電圧波形と、本発明の周波数変調方式で周波数変調されたパルス電圧波形の比較である。図４の波形に於いて、従来の周波数変調方式（上の波形）では、前記、発明が解決しようとする課題（０００９）（従来技術の課題  ２）から（００１５）の理由により、Ｔｒｉｇ’の半サイクル前の周期（時間）は常に一定に保たれ周波数変調が行われないため、パルス電圧波形の立下りの時間変動が生じていない。一方、本発明の周波数変調方式（下の波形）により生成された波形ではＴｒｉｇ’の半サイクル前の周期についても周波数変調が行われ、パルス電圧波形の立下りの時間変動が生じ周期（時間）が変化している。なお、図４の波形は共に中心周波数が約４０．３ＫＨｚ、音声信号は１ＫＨｚの正弦波で周波数変調を行い観測した波形である。
【００４８】
従って、図４には現れてないが、本発明の周波数変調方式の、第二の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ×２）は、第一の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ）４０．３ＫＨｚの二倍の８０．６ＫＨｚであり。図４に示した本発明の周波数変調方式の波形は、周波数分周器３により周波数を１／２に分周した後の４０．３ＫＨｚ付近の周波数の波形である。
【００４９】
図5は超音波送波器７に印加される超音波センサの駆動電圧である。従来の周波数変調方式（上の波形）では周波数変調されたパルス電圧のデューティが５０％で無いため、最大値が１４．８Ｖであるのに対し、最小値は−１７．８Ｖであり、差し引き３Ｖの電圧差が生じている。一方、本発明の周波数変調方式（下の波形）により生成された周波数変調のパルス電圧はデューティが常に５０％近くであり、超音波送波器７に印加される超音波センサの駆動電圧は、最大値が１６．０Ｖに対し、最小値は−１６．４Ｖであり、差し引き０．４Ｖの電圧差になっていて、超音波センサへの印加電圧の±のバランスがとれている。
【００５０】
以上により、従来の周波数変調方式と本発明による変調方式で、超音波送波器7から超音波を送波された音圧を比較すると、従来の周波数変調に比べ、本発明による変調方式は超音波の音圧で４ｄＢ以上の増加が確認できた。なお、改善効果については超音波センサの中心周波数や品種により異なる。
【００５１】
（実施例  ２）
本発明のパラメトリックスピーカーの周波数変調の中心周波数について、（実施例  １）に於いては超音波送波器７に使用する超音波センサの中心周波数の４０ＫＨｚの上（＋）側に無変調時の第一の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ）として示したが、第一の周波数変調の中心周波数（ｆ  Ｃ）は、超音波送波器７に使用する超音波センサの中心周波数の上下どちら側でも良く、使用する超音波送波器の周波数特性に応じ、最終的に可聴音の音質が優れた側に適宜、設定すればよい。
【００５２】
（実施例  ３）
本発明の周波数変調器２の、第二の周波数変調の変調に於いて、（実施例  １）に述べた汎用タイマーＩＣ５５５の使用を限定するものではなく、周波数変調器２は演算増幅器やバリキャップを用いた電圧制御発振回路を使用してもよい。
【００５３】
(実施例  ４）
本発明の第二の周波数変調の分周を行い、第一の周波数変調を生成する周波数分周器３は、（実施例  １）に述べた周波数分周器３として汎用ロジックＩＣ７４ＨＣ７４の使用を限定するものではなく、同等の機能を有する汎用ロジックＩＣを使用することができる。また同様に分周の目的を達するロジック回路を構築すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
パラメトリックスピーカーの性能面での第一の問題点はラウドスピーカーに比べ音質が劣る点であるが、今後の技術改良により様々な場面で応用、利用可能な音響装置である。具体的には、エンジン音の静かなハイブリッド車等の擬似エンジン音発生装置をはじめ、狭い範囲での情報提供が求められるデジタルサイネージ等の音声情報伝達手段、また周囲への騒音に配慮が必要な場面における、特定の聴取者への音声情報の提供などがある。
【００５５】
空気中を進行する超音波は、音響インピーダンスが大きく異なる物質によって、その界面で超音波が反射されることを利用し、音響装置の設置が物理的に困難な水面や布、あるいは紙などに、他の箇所に設置したパラメトリックスピーカーから送波した超音波を反射させ、あたかも前記の水面や布、あるいは紙などから可聴音が発せられている様な音響空間も構築できる。
【００５６】
また、音響装置を既存の施設の天井などに増設する場合、設置費用や音響装置の設置までの期間が限定される際などに、上記同様に他の箇所に仮設したパラメトリックスピーカーから送波した超音波を反射させ、あたかも施設の天井から音声案内、音声情報提供を行うことなども可能である。
【符号の説明】
【００５７】
1  音声信号入力
２  周波数変調器
３  周波数分周器
４  前置増幅器
５  電力増幅器
６  誘導性素子
７  超音波送波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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