(57)【要約】      （修正有）【課題】振動部分の小型化を図りつつ指向性を変化させることができるスピーカ装置、スピーカシステムおよびスピーカの指向性調整方法を提供する。【解決手段】スピーカ装置１は、パネル１０と、振動素子１１と、駆動部３と、反射部１３とを備える。振動素子は、パネルを振動させる。駆動部は、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動電圧を振動素子へ印加して、パネルに縞状の共振領域Asを形成する。反射部は、共振領域から発生する互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波の少なくとも一方の超音波を反射して第１の超音波の進行方向と第２の超音波の進行方向とを近づける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルと、
前記パネルを振動させる振動素子と、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動電圧を前記振動素子へ印加して、前記パネルに縞状の共振領域を形成する駆動部と、
前記共振領域から発生する互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波の少なくとも一方の超音波を反射して前記第１の超音波の進行方向と前記第２の超音波の進行方向とを近づける反射部と、を備える
ことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
前記反射部は、
前記パネルの端部側に配置され、前記パネルと交差する方向に延伸する反射板である
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
前記反射部は、
前記パネルの表面と対向する位置に配置され、前記縞状の共振領域を形成する複数の線状共振領域の延伸方向に沿って延在し且つ前記複数の線状共振領域の配列方向に沿って配列される複数の反射部材を備え、
前記各反射部材は、前記少なくとも一方の超音波を反射する反射面を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項４】
前記パネルの上面を覆うカバー部材を備え、
前記複数の反射部材は、
前記カバー部材に形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載のスピーカ装置。
【請求項５】
前記複数の反射部材は、
放熱機能を有する
ことを特徴とする請求項３または４に記載のスピーカ装置。
【請求項６】
前記パネルに荷重を与える荷重付与部を備え、
前記駆動部は、
前記荷重付与部を制御して、前記共振領域が生成されることを抑制する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスピーカ装置。
【請求項７】
前記駆動部は、
前記搬送波を前記音声信号で変調して生成される第１の駆動電圧と前記音声信号で生成される第２の駆動電圧とを切り替えて前記振動素子に印加する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスピーカ装置。
【請求項８】
パネルと、
前記パネルを振動させる振動素子と、
前記パネルに荷重を与える荷重付与部と、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動電圧を前記振動素子に印加して前記パネルに縞状の共振領域を形成する駆動部と、を備え、
前記駆動部は、
前記荷重付与部を制御して、前記共振領域が生成されることを抑制する
ことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項９】
前記荷重付与部は、
前記パネルに対向配置された接触部と、
前記接触部を移動させ、前記パネルへ前記接触部を接触させる駆動部と、を備える
ことを特徴とする請求項８に記載のスピーカ装置。
【請求項１０】
パネルと、
前記パネルを振動させる振動素子と、
可聴波帯域の音声信号を取得する取得部と、
超音波帯域の搬送波を前記音声信号で変調して生成される第１の駆動電圧を前記振動素子に印加して前記パネルに縞状の共振領域を形成する駆動部と、を備え、
前記駆動部は、
前記第１の駆動電圧と前記音声信号で生成される第２の駆動電圧とを切り替えて前記振動素子へ出力する
ことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項１１】
前記駆動部は、
前記搬送波を生成する搬送波生成部と、
前記搬送波生成部によって生成された前記搬送波を前記音声信号で変調した変調信号を生成する変調部と、
前記変調部から出力される変調信号と前記音声信号とを切り替えて出力する切替部と、を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のスピーカ装置。
【請求項１２】
パネルと、前記パネルを振動させる振動素子とを備えるスピーカと、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動電圧を前記振動素子へ印加して、前記パネルに縞状の共振領域を形成する駆動装置と、を備え、
前記スピーカは、
前記共振領域から発生する互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波の少なくとも一方の超音波を反射して前記第１の超音波の進行方向と前記第２の超音波の進行方向を近づける反射部を備える
ことを特徴とするスピーカシステム。
【請求項１３】
パネルと、前記パネルを振動させる振動素子と、前記パネルに荷重を与える荷重付与部とを備えるスピーカと、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動電圧を前記振動素子に印加して縞状の共振領域を形成すると共に、前記荷重付与部を制御して、前記共振領域が生成されることを抑制する駆動装置と、を備える
ことを特徴とするスピーカシステム。
【請求項１４】
パネルと、前記パネルを振動させる振動素子とを備えるスピーカと、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調して生成される第１の駆動電圧を前記パネルに印加してり前記パネルに縞状の共振領域を形成すると共に、前記振動素子に印加する駆動電圧を、前記第１の駆動電圧から、前記音声信号から生成される第２の駆動電圧に切り替える駆動装置と、を備える
ことを特徴とするスピーカシステム。
【請求項１５】
振動素子が配置されたパネルの振動素子に対して、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調して生成される駆動電圧を印加することで、前記パネルに縞状の共振領域を形成する工程と、
前記共振領域から発生した互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波の少なくとも一方の超音波を反射して前記第１の超音波の進行方向と前記第２の超音波の進行方向とを近づける工程と、を含む
ことを特徴とするスピーカの指向性調整方法。
【請求項１６】
振動素子が配置されたパネルの振動素子に対して、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調して生成される駆動電圧を印加することで、前記パネルに縞状の共振領域を形成する工程と、
前記パネルに荷重を与えて前記パネルに前記共振領域が生成されることを抑制し、前記パネルから発生する超音波の指向性を低下させる工程と、を含む
ことを特徴とするスピーカの指向性調整方法。
【請求項１７】
パネルに配置された振動素子に対して、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調して生成される第１の駆動電圧を印加することで、前記パネルに縞状の共振領域を形成する工程と、
前記振動素子に印加する駆動電圧を、前記第１の駆動電圧から、前記音声信号から生成される第２の駆動電圧に切り替える工程と、を含む
ことを特徴とするスピーカの指向性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、スピーカ装置、スピーカシステムおよびスピーカの指向性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の超音波振動子をアレイ状に配置して指向性を持たせたスピーカ装置が知られている。かかるスピーカ装置は、パラメトリックスピーカとも呼ばれ、可聴波帯域の音声信号で変調をかけた超音波の電圧を複数の超音波振動子に印加することで特定の方向に可聴音を発生させることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０１０２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のスピーカ装置は、指向性を発揮するためにアレイ状に超音波振動子を多数配置する構成であるため、振動部分の小型化が難しいといった課題がある。
【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、振動部分の小型化を図りつつ指向性を変化させることができるスピーカ装置、スピーカシステムおよびスピーカの指向性調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一態様に係るスピーカ装置は、パネルと、振動素子と、駆動部と、反射部とを備える。前記振動素子は、前記パネルを振動させる。前記駆動部は、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動電圧を前記振動素子へ印加して、前記パネルに縞状の共振領域を形成する。前記反射部は、前記共振領域から発生する互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波の少なくとも一方の超音波を反射して前記第１の超音波の進行方向と前記第２の超音波の進行方向とを近づける。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様よれば、振動部分の小型化を図りつつ指向性を変化させることができるスピーカ装置、スピーカシステムおよびスピーカの指向性調整方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るスピーカ装置の概略構成を示す模式的斜視図である。
【図２】図２は、各線状共振領域から発生する第１および第２の超音波の進行方向を示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係るスピーカ装置の構成の一例を示す模式的外観図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。
【図５】図５は、パネルに形成される線状共振領域と定在波との関係を示す図である。
【図６】図６は、パネルに形成される定在波とスピーカ装置の指向性との関係を説明するための図である。
【図７】図７は、超音波が互いに強め合う角度と超音波の進行方向との関係を示す図である。
【図８】図８は、各線状共振領域から発生する第１および第２の超音波の進行方向を示す図である。
【図９】図９は、第１の実施形態に係るスピーカシステムの構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９に示すスピーカ装置の模試的側面図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態に係る駆動部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第２の実施形態に係るスピーカ装置の構成の一例を示す模式的外観図である。
【図１３】図１３は、第２の実施形態に係るスピーカ装置の縦断面図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態に係る反射部材の反射面と第１および第２の超音波との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態に係る第１および第２の超音波の進行方向の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態に係るスピーカ装置の縦断面図である。
【図１７】図１７は、第４の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。
【図１８】図１８は、第４の実施形態に係るスピーカ装置の一例を示す模式的断面図である。
【図１９】図１９は、第４の実施形態に係る駆動部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、第５の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。
【図２１】図２１は、第５の実施形態に係る指向性切替部の構成例を示す図である。
【図２２】図２２は、第５の実施形態に係る駆動部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するスピーカ装置、スピーカシステムおよびスピーカの指向性調整方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図１を含む複数の図には、説明を分かり易くするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を付している。そして、かかる直交座標系において、Ｙ軸の正方向がスピーカ装置の前方を指し、Ｘ軸の正方向がスピーカ装置の左方を指し、Ｚ軸の正方向がスピーカ装置の上方を指すものとする。
【００１０】
［１．第１の実施形態］
［１．１．スピーカ装置］
図１は、第１の実施形態に係るスピーカ装置の概略構成を示す模式的斜視図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るスピーカ装置１は、音出力部２と、音出力部２を駆動する駆動部３とを備える。音出力部２は、パネル１０と、パネル１０に配置された振動素子１１と、パネル１０を支持する支持部１２と、パネル１０から発生した超音波の一部を反射する反射部１３とを備える。
【００１１】
パネル１０は、振動素子１１の振動に応じて振動する板状部材であり、例えば、ガラスなどの剛体で形成される。パネル１０は、支持部１２に固定部材を介して固定され、支持部１２によって支持される。振動素子１１は、例えば、ピエゾ素子であり、パネル１０の端部に設けられる。振動素子１１は、例えば、印加される交流電圧の駆動電圧に応じて伸縮することで、パネル１０を振動させる。
【００１２】
振動素子１１に印加される駆動電圧は、駆動部３によって生成される。駆動部３は、パネル１０に縞状の共振領域Ａｓを発生させるように、超音波帯域（２０ｋＨｚ以上の周波数帯域）の周波数成分を含む駆動電圧を生成する。具体的には、駆動部３は、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域（２０ｋＨｚ未満）の音声信号で変調した信号を増幅することによって振動素子１１へ印加する駆動電圧を生成する。
【００１３】
振動素子１１への駆動電圧の印加によって、パネル１０が振動し定在波が発生してパネル１０に縞状の共振領域Ａｓが形成される。縞状の共振領域Ａｓは、複数の線状共振領域Ａｇを含んでおり、かかる線状共振領域Ａｇは音声信号で変調された超音波を放射する線音源として機能する。
【００１４】
図１に示す例では、パネル１０の長手方向（Ｙ軸方向）の両端部に、パネル１０の短手方向（Ｘ軸方向）に延伸する振動素子１１がそれぞれ設けられる。そして、振動素子１１の振動によってパネル１０の長手方向に定在波が形成され、パネル１０の短手方向に延伸する複数の線状共振領域Ａｇがパネル１０の長手方向に等間隔で形成される。
【００１５】
かかるスピーカ装置１は、上述のように形成される複数の線状共振領域Ａｇから発生した超音波同士の強調および干渉、および、変調処理をした超音波の非線形歪みによる自然復調現象によって特定方向に音声信号に応じた音波が生成される。これにより、スピーカ装置１は、狭い指向性を有するスピーカ装置として機能する。
【００１６】
ところで、超音波同士の空間上での位相干渉の影響によってパネル１０に対して垂直な方向に指向性を出すことが難しい。また、各線状共振領域Ａｇからは、第１の方向に進行する第１の超音波Ｓ１に加え、パネル１０の短手方向（Ｘ軸方向）から見てパネル１０に直交する方向を軸として、第１の方向とは対称の方向である第２の方向に進行する第２の超音波Ｓ２が出力される。図２は、各線状共振領域Ａｇから発生する第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２との進行方向を示す図である。
【００１７】
図２に示すように、第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とはパネル１０に直交する方向を軸として対称に進行する。そのため、図２に示す反射部１３がない場合、パネル１０における長手方向の中央部Ｏを中心として第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２が異なる方向に進行する。すなわち、反射部１３がない場合、パネル１０における長手方向の一方側の領域Ｒ１と他方側の領域Ｒ２にそれぞれ所定角を持ってスピーカ装置１から第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とが出力される。
【００１８】
本実施形態に係るスピーカ装置１は、上述したように反射部１３を有する。そのため、各線状共振領域Ａｇから互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２のうち第２の超音波Ｓ２が反射部１３の反射面１３ａで反射されて第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とが近づく。
【００１９】
これにより、パネル１０における長手方向（Ｙ軸方向）の一方側の領域Ｒ１に対して第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２を共に出力することができ、第２の超音波Ｓ２を無駄にすることなく、領域Ｒ１に対して指向性を有するスピーカ装置を形成することができる。
【００２０】
なお、図２に示す例では、反射部１３の反射面１３ａは、パネル１０に対して直交する方向に配置されている。そのため、第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とを同一方向に出力することができるが、反射部１３の反射面１３ａは、パネル１０に対して直交する方向に配置されていなくてもよい。
【００２１】
また、反射部１３は、第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とが近づくように第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２のうち少なくとも一方を反射する構成であればよい。以下、第１の実施形態に係るスピーカ装置１の構成についてさらに具体的に説明する。
【００２２】
［１．２．スピーカ装置１の具体的構成］
図３は、第１の実施形態に係るスピーカ装置１の構成の一例を示す模式的外観図である。図３に示すように、第１の実施形態に係るスピーカ装置１は、音出力部２と、駆動部３と、筐体部１５とを備える。以下、音出力部２、筐体部１５、および駆動部３の順に具体的に説明する。
【００２３】
［１．２．１．音出力部２］
スピーカ装置１は、上述したように、パネル１０と、振動素子１１と、支持部１２と、反射部１３とを備える。
【００２４】
パネル１０は、振動素子１１の振動に応じて振動する矩形状の板状部材であり、例えば、ガラスなどの剛体で形成されるが、ガラスに限られず、金属やプラスチックなど他の部材を用いることもできる。また、パネル１０は、矩形状に限られず、正方形状、円形状、三角形状など、その他の形状であってもよい。また、支持部１２は、例えば、ガラスなどの剛体で形成されているが、金属やプラスチックなど他の部材を用いることもできる。
【００２５】
パネル１０は、固定部材１４によって支持部１２に固定される。固定部材１４は、例えば、熱により硬化する熱硬化樹脂であるが、接着テープ、または、パネル１０および支持部１２を挟み込んで固定する固定具（例えば、ネジ）などを適宜用いることもできる。固定部材１４は、振動素子１１の振動が固定部材１４によって吸収されることを防ぐため、固定後に変形しにくい部材を用いることが好ましい。
【００２６】
図３に示す例では、パネル１０における短手方向（Ｘ軸方向）の両端縁部が固定部材１４によって支持部１２に固定される。このように、パネル１０における短手方向の両端部をパネル１０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って固定することで、パネル１０の振動により生じるパネル１０のたわみが抑制される。そのため、パネル１０において定在波の発生が阻害されたり、音圧が低下したりすることを抑制することができる。なお、パネル１０と支持部１２との固定位置は、パネル１０のたわみを抑制することができればよく、パネル１０における短手方向の両端縁部に限定されない。
【００２７】
また、パネル１０における長手方向の両端は、固定部材１４によって固定されておらず、支持部１２に対して隙間をあけて固定される。そのため、パネル１０の裏面側（Ｚ軸の負方向側）に発生する圧力である背圧を上述の隙間から逃がすことができ、背圧がパネル１０に跳ね返ってパネル１０の振動が阻害されることを抑制することができる。なお、固定部材１４以外の部材を用いてかかる隙間を生じさせてもよく、あるいは、パネル１０の背面側に背圧を吸収する制振材を設けてもよい。
【００２８】
振動素子１１は、上述したように、ピエゾ素子であるが、駆動部３から供給される駆動電圧Ｖｏの周波数で振動できる構成であればよく、ピエゾ素子以外の振動素子であってもよい。また、図３に示す例では、振動素子１１が２つである場合を示したが、振動素子１１は、１つであっても３つ以上であってもよい。
【００２９】
反射部１３は、反射板であり、かかる反射部１３の反射面１３ａは、パネル１０から発生した超音波の一部を反射することができるように、パネル１０の表面に対して交差する方向に配置される。かかる反射部１３については後で詳述する。
【００３０】
［１．２．２．筐体部１５］
筐体部１５は、支持部１２および反射部１３を支持し、また、内部空間に駆動部３を収容する。なお、図３に示す筐体部１５は、箱状に形成されているが、筐体部１５は、図３に示す例に限定されない。
【００３１】
［１．２．３．駆動部３］
駆動部３は、振動素子１１を振動させるための駆動電圧Ｖｏを生成して、振動素子１１に印加する。振動素子１１は、駆動部３から供給される駆動電圧Ｖｏによって伸縮することでパネル１０を振動させ、パネル１０に複数の線状共振領域Ａｇを含む縞状の共振領域Ａｓを発生させる。
【００３２】
図４は、第１の実施形態に係るスピーカ装置１のブロック図である。図４に示すように、スピーカ装置１は、外部装置６０と接続されており、外部装置６０から入力される音声信号Ｓｓに基づいて、パネル１０を振動させ、音声信号Ｓｓで変調された搬送波Ｓｃに応じた超音波を発生する。
【００３３】
外部装置６０は、可聴波帯域（２０ｋＨｚ未満の帯域）の音声信号Ｓｓをスピーカ装置１へ出力する装置であり、例えば、オーディオ装置、カーナビゲーション装置、スマートフォン、ＰＣ（Personal  Computer）などのように外部に音声信号Ｓｓを出力できる装置である。
【００３４】
駆動部３は、取得部２１と、搬送波生成部２２と、変調部２３と、増幅部２４とを備え、振動素子１１を振動させるための駆動電圧Ｖｏを生成し、生成した駆動電圧Ｖｏを振動素子１１に印加する。かかる駆動部３は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Desk  Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや増幅回路などの各種回路を含む。
【００３５】
コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを読み出して実行することによって、駆動部３の取得部２１、搬送波生成部２２、および変調部２３として機能する。また、駆動部３の取得部２１、搬送波生成部２２、および変調部２３の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などのハードウェアで構成することもできる。また、増幅部２４は、例えば、パワーアンプなどの増幅回路によって構成される。
【００３６】
取得部２１は、外部装置６０から出力される音声信号Ｓｓを取得し、取得した音声信号Ｓｓを変調部２３へ出力する。なお、取得部２１は、音声信号Ｓｓのゲイン（振幅）を調整し、調整後の音声信号Ｓｓを変調部２３へ出力することもできる。また、取得部２１は、可聴波帯域の信号を通過させるローパスフィルタを有していてもよく、かかるローパスフィルタによって可聴波帯域以外の信号を除去することができる。
【００３７】
搬送波生成部２２は、搬送波Ｓｃを生成し、変調部２３へ出力する。搬送波Ｓｃは、超音波帯域の正弦波信号であり、パネル１０に定在波を発生させ、縞状の共振領域Ａｓを形成する周波数を有する。
【００３８】
変調部２３は、搬送波生成部２２から入力される搬送波Ｓｃを取得部２１から入力される音声信号Ｓｓで変調した信号である変調信号Ｓｍを生成し、増幅部２４へ出力する。変調部２３による変調は、ＡＭ（Amplitude  Modulation）変調、または、ＦＭ（Frequency  Modulation）変調によって行われる。なお、ＡＭ変調は、例えば、ＤＳＢ（Double  Sideband）変調、または、ＳＳＢ（Single  Sideband）変調である。
【００３９】
変調部２３から増幅部２４へ出力された変調信号Ｓｍは、各増幅部２４によって増幅され、変調信号Ｓｍの波形に応じた交流電圧の駆動電圧Ｖｏとして各振動素子１１へ印加される。振動素子１１は、印加された駆動電圧Ｖｏに応じて伸縮し、パネル１０に定在波を発生させる。かかる定在波の腹が線状共振領域Ａｇとなる。
【００４０】
図５は、パネル１０に形成される線状共振領域Ａｇと定在波との関係を示す図である。図５において、定在波Ｗの腹を実線で示し、定在波Ｗの節を破線で示しており、定在波Ｗの腹部分が線状共振領域Ａｇとして機能する。定在波Ｗの腹部分は、パネル１０の長手方向に沿って等間隔で発生するため、線状共振領域Ａｇは、パネル１０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って等間隔で発生する。なお、図５では、説明をわかりやすくするために、パネル１０の長手方向に定在波Ｗによって６つの線状共振領域Ａｇが発生している例を示しているが、線状共振領域Ａｇの数は、６つに限定されず、また、搬送波Ｓｃの周波数を高くするほど多くすることができる。
【００４１】
次に、スピーカ装置１の指向性について説明する。図６は、パネル１０に形成される定在波Ｗとスピーカ装置１の指向性との関係を説明するための図である。図６においては、説明を分かりやすくするために、定在波Ｗを部分的に示している。また、定在波Ｗにおいて位相が等しく、隣り合う腹を線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２とし、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波のパネル１０に対する角度θを表している。
【００４２】
任意の角度θに対して、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は、距離ｄｓｉｎθだけ位相がずれる。搬送波Ｓｃの波長をλとすると、距離ｄｓｉｎθが波長λ／２の奇数倍となる角度θにおいて線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は互いに打消し合う。つまり、距離ｄｓｉｎθが波長λ／２の奇数倍となる角度θでは、超音波がキャンセルされる。一方で、距離ｄｓｉｎθが波長λの整数倍（波長λ／２の偶数倍）となる角度θでは、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波が互いに強め合う。そして、超音波が空間を伝搬する際や超音波が剛体に反射する際の超音波の非線形歪みによる自然復調現象により、可聴波帯域の音波が生成される。
【００４３】
このように、複数の線状共振領域Ａｇから発生する超音波は位相干渉（強調および打ち消し）することで、特定方向に超音波を進行させることができる。そして、超音波の非線形歪みによる自然復調現象により可聴波帯域の音波が生成されることによって、スピーカ装置１は、特定方向に狭い指向性を有することができる。
【００４４】
［１．２．４．反射部１３］
次に、反射部１３についてさらに詳細に説明する。反射部１３は、反射板であり、音に対する反射率が高い材質によって形成される。反射部１３は、例えば、金属部材やガラスなどの板材によって形成される。
【００４５】
上述したように、スピーカ装置１は、特定方向に狭い指向性を有するが、超音波が互いに強め合う角度θ（以下、角度θｄと記載する）は、パネル１０に直交する線に対して対称に存在する。
【００４６】
図７は、超音波が互いに強め合う角度θｄと超音波の進行方向との関係を示す図である。図７に示すように、各線状共振領域Ａｇから角度θｄで発生した第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とは、パネル１０に直交する線Ｌ１に対して対称の方向に進行する。
【００４７】
そこで、スピーカ装置１は、反射部１３を有し、かかる反射部１３によって第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とを近づけ、第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２を共に活用して、指向性を有するスピーカ装置を形成している。反射部１３は、反射板であり、かかる反射部１３の反射面１３ａは、音に対する反射率が高い材質によって形成される。例えば、反射面１３ａは、金属部材やガラスなどによって形成される。
【００４８】
図８は、各線状共振領域Ａｇから発生する第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２の進行方向を示す図である。図３および図８に示す反射部１３は、その反射面１３ａがパネル１０の表面に対して垂直になるように配置される。そのため、図８に示すように、第２の超音波Ｓ２は、反射部１３の反射面１３ａでの反射によって進行方向が逆方向になり、これにより、第２の超音波Ｓ２の進行方向と第１の超音波Ｓ１の進行方向とが同一方向になる。
【００４９】
なお、反射部１３の反射面１３ａとパネル１０の表面とがなす角度θｓ（図８参照）は、９０°に限定されない。すなわち、第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２のの進行方向とを近づけるように反射する角度であればよい。例えば、θｄ＝４５度である場合、４５°＜θｓ＜１３５°とすることで、反射部１３と反対側へ第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とを出力することができる。
【００５０】
なお、上述した例では、音出力部２と駆動部３とを含むスピーカ装置１について説明したが、音出力部２と駆動部３とを別体にしたスピーカシステムであってもよい。図９は、第１の実施形態に係るスピーカシステム１００の構成の一例を示す図である。
【００５１】
図９に示すように、スピーカシステム１００は、音出力部２を含むスピーカ１０１と、駆動部３を含む駆動装置１０２とを備える。スピーカ１０１と駆動装置１０２とは、無線または有線によって接続されており、駆動装置１０２から出力される駆動電圧によってスピーカ１０１から超音波が出力される。スピーカ１０１と駆動装置１０２とを無線で接続する場合、スピーカ１０１と駆動装置１０２にはそれぞれ無線通信部が設けられ、また、スピーカ１０１には無線通信部から出力される信号を増幅して振動素子１１に印加する増幅部を備える。
【００５２】
図１０は、図９に示すスピーカ１０１の模試的側面図である。図１０に示すスピーカ１０１は、側面視（Ｘ軸方向から見た場合）でＬ字状の反射板を反射部１３として用いており、反射部１３のうちパネル１０と平行な領域上に支持部１２が固定され、反射部１３のうちパネル１０と交差する領域に反射面１３ａが形成される。
【００５３】
そのため、パネル１０と支持部１２とを含む構成体に反射部１３を容易に取り付けることができる。なお、音出力部２と駆動部３とを一体的に形成するスピーカ装置の場合においても、Ｌ字状の反射板を反射部１３として用いてもよい。なお、本明細書では、音出力部２と駆動部３とを含む構成をスピーカ装置と記載し、音出力部２をスピーカと記載するが、音出力部２と駆動部３とを含む構成をスピーカと呼ぶこともできる。
【００５４】
図１１は、駆動部３が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。図１１に示すように、駆動部３は、外部装置６０から音声信号Ｓｓを取得する（ステップＳ１０）。また、駆動部３は、搬送波Ｓｃを生成する（ステップＳ１１）。
【００５５】
駆動部３は、ステップＳ１１で生成した搬送波ＳｃをステップＳ１０で取得した音声信号Ｓｓによって変調して変調信号Ｓｍを生成し（ステップＳ１２）、変調信号Ｓｍを増幅した駆動電圧を振動素子１１へ印加する（ステップＳ１３）。これにより、パネル１０に縞状の共振領域Ａｓが形成される。そして、共振領域Ａｓから発生した互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方の超音波を反射部１３で反射することで第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とを近づける。
【００５６】
以上のように、第１の実施形態に係るスピーカ装置１は、パネル１０と、パネル１０を振動させる振動素子１１と、駆動部３と、反射部１３とを備える。駆動部３は、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴波帯域の音声信号Ｓｓで変調した駆動電圧を振動素子１１へ印加して、パネル１０に縞状の共振領域Ａｓを形成する。反射部１３は、パネル１０に形成された縞状の共振領域Ａｓから発生する互いに異なる方向へ進行する第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方の超音波を反射して第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とを近づける。このように、スピーカ装置１は、パネル１０と振動素子１１とによって指向性を有する振動部分を構成することができ、反射部１３によって指向性が変化するため、複数の超音波振動子をアレイ状に配置する構成に比べ、振動部分の小型化を図りつつ指向性を変化させて指向性を調整することができる。しかも、第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２を共に活用して、指向性を有するスピーカ装置を形成することができる。
【００５７】
また、反射部１３は、パネル１０の端部側に配置され、パネル１０と交差する方向に延伸する反射板である。これにより、反射部１３を容易に形成することができる。また、超音波が互いに強め合う角度θが小さいほど、反射部１３の上下方向（Ｚ軸方向）の長さを短くすることができるため、スピーカ装置１全体の小型化を図ることもできる。
【００５８】
［２．第２の実施形態］
第１の実施形態に係るスピーカ装置１の反射部１３は、パネル１０の端部側に配置される反射板によって構成されるが、第２の実施形態に係るスピーカ装置の反射部は、パネル１０の上面と対向する位置に配置された複数の反射部材を備える点で第１の実施形態と異なる。以下においては、第１の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、第１の実施形態のスピーカ装置１と異なる点を中心に説明する。
【００５９】
図１２は、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａの構成の一例を示す模式的外観図である。図１２に示すように、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａは、音出力部２Ａと、不図示の駆動部３と、筐体部１５とを備える。筐体部１５は、支持部１２に支持され振動素子１１が配置されたパネル１０と不図示の駆動部３とを内部領域に収納する。
【００６０】
音出力部２Ａは、音出力部２の反射部１３に代えて、カバー部材１６を有する。カバー部材１６には、反射部１３Ａが形成されており、支持部１２に支持され振動素子１１が配置されたパネル１０をカバーする機能に加え、超音波の進行方向を変更する反射部としての機能を有している。
【００６１】
カバー部材１６は、枠部材１７を有しており、反射部１３Ａは枠部材１７によって支持される。反射部１３Ａは、パネル１０の長手方向（Ｙ軸方向）において所定間隔を開けて配列された複数の反射部材１８を備えており、各反射部材１８は、パネル１０の短手方向（Ｘ軸方向）に延伸し枠部材１７に支持される。カバー部材１６は、反射部材１８間でスリットが形成されるため、スリット構造のカバー部材ということができる。
【００６２】
図１３は、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａの縦断面図である。なお、図１３に示すスピーカ装置１Ａの音出力部２Ａは、パネル１０、振動素子１１、支持部１２、およびカバー部材１６とを含んで構成される。
【００６３】
図１３に示すように、カバー部材１６に形成された複数の反射部材１８がパネル１０の表面に対向配置されており、各反射部材１８は、第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とを反射する反射面１８ａを有している。かかる反射面１８ａは、線状共振領域Ａｇの延伸方向（Ｘ軸方向）に沿って延伸しており、各反射部材１８の側面に形成される。
【００６４】
また、反射面１８ａは、音に対する反射率が高い材質によって形成され、例えば、金属部材やガラスなどによって形成される。なお、反射部１３Ａおよび枠部材１７を同一材料によって構成し、反射部１３Ａおよび枠部材１７を一体成形して構成することもできる。
【００６５】
図１４は、反射部材１８の反射面１８ａと第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２との関係を示す図である。図１４において、「θｄ」は複数の線状共振領域Ａｇの超音波が互いに強め合う角度であり、「θｒ」は、反射部材１８の反射面１８ａとパネル１０の表面とがなす角度である。第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａでは、角度θｄと角度θｒとが下記式（１）を満たすように設定する。下記式（１）において、０＜θｄ＜６０°である
２θｄ＋θｒ＝１８０        ・・・（１）
【００６６】
上記式（１）を満たすように、角度θｄ，θｒを設定することによって、スピーカ装置１Ａから出力される第１の超音波Ｓ１の進行方向θ１と第２の超音波Ｓ２の進行方向θ２とは下記式（２），（３）に示す角度になる。
θ１＝２θｒ−θｄ          ・・・（２）
θ２＝１８０°−２θｒ      ・・・（３）
【００６７】
これにより、スピーカ装置１Ａから出力される第１の超音波Ｓ１の進行方向θ１および第２の超音波Ｓ２の進行方向θ２との差Δθを、パネル１０から出力される第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向との差Δθｏよりも小さな値にできる。すなわち、第１の超音波Ｓ１の進行方向θ１と第２の超音波Ｓ２の進行方向θ２とが近づくように第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２を反射部１３Ａによって反射することができる。なお、Δθ＝｜θ２−θ１｜であり、Δθｏ＝｜１８０°−２θｄ｜である。
【００６８】
図１５は、θｄ＝４５°とし、θｒ＝６７．５°とした場合の第１の超音波Ｓ１の進行方向θ１と第２の超音波Ｓ２の進行方向θ２の一例を示す図である。なお、図１４および図１５に示す例では、対向する２つの反射部材１８の反射面１８ａのうち一方の反射面１８ａを反射面１８ａ１とし、他方の反射面１８ａを反射面１８ａ２としている。
【００６９】
図１５に示すように、第１の超音波Ｓ１は、一方の反射面１８ａ１に対して２２．５°の角度で入射し反射面１８ａ１で反射する。そのため、第１の超音波Ｓ１は、パネル１０の表面に対して９０°の角度でスピーカ装置１Ａから出力され、θ１＝９０°になる。
【００７０】
第２の超音波Ｓ２は、他方の反射面１８ａ２に対して６７．５°の角度で入射して反射面１８ａ２で反射し、その後、一方の反射面１８ａ１に対して６７．５°の角度で進行し反射面１８ａ１で反射する。そのため、第２の超音波Ｓ２はパネル１０の表面に対して４５°の角度でスピーカ装置１Ａから出力され、θ２＝４５°になる。
【００７１】
したがって、パネル１０から出力される際には互いの進行方向が９０°ずれている第１の超音波Ｓ１と第２の超音波Ｓ２とが、複数の反射部材１８によって、互いの進行方向が４５°ずれた状態でスピーカ装置１Ａから出力される。
【００７２】
なお、θｄに対するθｒの関係は、上記式（１）に示す例に限定されず、Δθ＜Δθｏとなるようにθｄに対するθｒの関係が設定されればよい。すなわち、第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とが近づくように反射部材１８においてθｄに対するθｒが設定されていればよい。また、図１３〜図１５に示す例では、反射部材１８の反射面１８ａは平坦面で形成されるが、縦断面視で弧状に形成されていてもよい。
【００７３】
また、上述した例では、第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２は共に反射部材１８で反射するものである。しかし、反射部材１８は、第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方の超音波を反射して第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とを近づけることができればよく、上述した構成に限定されない。
【００７４】
以上のように、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａの反射部１３Ａは、パネル１０の表面と対向する位置に配置され、縞状の共振領域Ａｓを形成する複数の線状共振領域Ａｇの延伸方向（図１３に示すＸ軸方向）に沿って延在し且つ複数の線状共振領域Ａｇの配列方向（図１３に示すＹ軸方向）に沿って配列される複数の反射部材１８を備える。第１の実施形態に係るスピーカ装置１では、各線状共振領域Ａｇの超音波が互いに強め合う角度θｄが大きくなればなるほど、反射部１３の上下方向の長さを長くする必要があるが、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａは、カバー部材１６に反射部１３Ａを形成する。したがって、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａは、角度θｄにかかわらず、上下方向の長さを抑えることができるため、指向性を変化させて指向性を調整しつつスピーカ装置１Ａの薄型化を図ることができる。
【００７５】
また、スピーカ装置１Ａは、パネル１０の上面を覆うカバー部材１６を備え、複数の反射部材１８は、カバー部材１６に形成されている。このように、カバー部材１６に反射機能を設けることから、カバー機能と反射機能とで共通の部品を用いることができ、スピーカ装置１Ａの薄型化および低コスト化を図ることができる。
【００７６】
［３．第３の実施形態］
第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａのカバー部材１６は、音波の進行方向を制御する反射機能に加え、スピーカ装置の内部をカバーするカバー機能を有する構成である。一方、第３の実施形態に係るスピーカ装置のカバー部材は、反射機能およびカバー機能に加え、振動素子１１などから発生する熱を放射する放熱機能を有する点で第２の実施形態と異なる。以下においては、第２の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態のスピーカ装置１Ａと異なる点を中心に説明する。
【００７７】
図１６は、第３の実施形態に係るスピーカ装置の縦断面図である。図１６に示すスピーカ装置１Ｂは、図１２および図１３に示すカバー部材１６に代えて、ヒートシンク機能を持たせたカバー部材１６Ｂを備える点で、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａと異なり、それ以外の構成は、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａと同様の構成である。
【００７８】
図１６に示すように、スピーカ装置１Ｂの音出力部２Ｂは、パネル１０、振動素子１１、支持部１２、およびカバー部材１６Ｂとを含む構成である。カバー部材１６Ｂは、放熱機能を有する反射部１３Ｂが形成されている。カバー部材１６Ｂは、枠部材１７と同様の枠部材１７Ｂを有しており、反射部１３Ｂは枠部材１７Ｂによって支持される。
【００７９】
反射部１３Ｂは、スピーカ装置１Ｂの長手方向において所定間隔を開けて配列された複数の反射部材１８Ｂを備える。複数の反射部材１８Ｂは、線状共振領域Ａｇの延伸方向に延伸しており、複数の線状共振領域Ａｇの配列方向に沿って配列される。かかる反射部材１８Ｂの反射面１８ｂは、反射部材１８の反射面１８ａと同様の角度で形成される。これにより、反射部材１８Ｂは、第１の超音波Ｓ１の進行方向と第２の超音波Ｓ２の進行方向とが近づくように第１および第２の超音波Ｓ１，Ｓ２の少なくとも一方を反射部１３Ｂによって反射することができる。
【００８０】
以上のように、第３の実施形態に係るスピーカ装置１Ｂの反射部１３Ｂは、パネル１０の表面と対向する位置に配置される。縞状の共振領域Ａｓを形成する複数の線状共振領域Ａｇの延伸方向（図１６に示すＸ軸方向）に沿って延在し且つ複数の線状共振領域Ａｇの配列方向（図１６に示すＹ軸方向）に沿って配列される複数の反射部材１８Ｂを備える。そして、複数の反射部材１８Ｂは、放熱機能を有する。したがって、放熱部材を別途設ける場合に比べ、スピーカ装置１Ｂの薄型化および低コスト化を図ることができる。
【００８１】
［４．第４の実施形態］
第４の実施形態に係るスピーカ装置は、狭指向性と広指向性とを切り替える機能を有する点で、第１〜第３の実施形態に係るスピーカ装置１，１Ａ，１Ｂと異なる。なお、第４の実施形態に係るスピーカ装置は、反射部１３，１３Ａ，１３Ｂのいずれかを有するものであるが、以下においては、反射部１３Ａを有するものとして説明する。また、第１〜第３の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、第２の実施形態のスピーカ装置１Ａと異なる点を中心に説明する。
【００８２】
図１７は、第４の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。図１７に示すように、第４の実施形態に係るスピーカ装置１Ｃは、音出力部２Ｃと、駆動部３Ｃとを備える。
【００８３】
音出力部２Ｃは、音出力部２Ａと同様に、パネル１０と、複数の振動素子１１と、不図示の支持部１２および反射部１３Ａとを備えると共に、さらに荷重付与部１９を備える。荷重付与部１９は、パネル１０に荷重を与えてパネル１０に定在波Ｗ（図６参照）が生成されることを抑制する。
【００８４】
スピーカ装置１Ｃでは、スピーカ装置１，１Ａ，１Ｂと同様に、パネル１０に発生する定在波Ｗによってパネル１０から超音波が出力される。かかる超音波は、例えば、基準周波数の第１の超音波と、基準周波数から周波数のずれた第２の超音波とを含み、かつ、高音圧（例えば、１００ｓＢＳＰＬ）である場合に、空気伝搬の非線形性から第１の超音波と第２の超音波との周波数差が可聴波帯域の音波（以下、差音と記載する場合がある）として出力される。かかる非線形性は、超音波が剛体に反射する際や空気中の分子の衝突によって引き起こされるものである。
【００８５】
スピーカ装置１Ｃの荷重付与部１９は、パネル１０に定在波Ｗが生成されることを抑制するようにパネル１０に荷重を与えることで、強制的にパネル１０において非線形を作り出し、パネル１０の表面上で、第１の超音波と第２の超音波との差音を作り出す。パネル１０に定在波が生成されないため、パネル１０から超音波が放射されることが抑制される一方、第１の超音波と第２の超音波との差音がパネル１０の表面上で形成されるため、可聴波帯域における広指向性の音波を出力することができる。
【００８６】
図１８は、スピーカ装置１Ｃの一例を示す模式的断面図である。なお、図１８に示す例では、反射部１３Ａは図示していない。図１８に示すように、荷重付与部１９は、パネル１０の背面に対向配置された接触部４１と、接触部４１の下面に接続されたシャフト４２と、シャフト４２を上下方向（Ｚ軸方向）に駆動す駆動部４３とを備える。支持部１２の中央部には開孔４０が形成されており、かかる開孔４０に接触部４１およびシャフト４２が挿通されている。
【００８７】
接触部４１は、例えば、樹脂（例えば、シリコン製樹脂）やゴムなどで構成されており、駆動部４３によってシャフト４２を上方（Ｚ軸の正方向）に移動させることによって、接触部４１が上方に移動してパネル１０の背面を押圧する。荷重付与部１９によるパネル１０の押圧力は、パネル１０に定在波が生成されることを抑制する荷重をパネル１０に与えるように設定される。
【００８８】
なお、荷重付与部１９は、パネル１０の表面を押圧する構成であってもよく、また、荷重付与部１９は、図１８に示す構成に限定されず、パネル１０に定在波が生成されることを抑制する荷重をパネル１０に与えることができる構成であればよい。
【００８９】
かかる荷重付与部１９は、図１７に示す駆動部３Ｃによって制御される。駆動部３Ｃは、図１７に示すように、取得部２１Ｃと、搬送波生成部２２と、変調部２３と、増幅部２４と、指向性切替部２５とを備える。
【００９０】
駆動部３Ｃは、駆動部３と同様に、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種回路を含む。ＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを読み出して実行することによって、取得部２１Ｃの機能を実現する。なお、取得部２１Ｃの少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェアで構成することもできる。また、指向性切替部２５は、例えば、駆動部４３に対して駆動電圧を出力するパワーアンプなどの増幅回路などによって構成することができる。
【００９１】
取得部２１Ｃは、音声信号Ｓｓの他に指向性指令を外部装置６０から取得することができ、取得部２１Ｃは、指向性指令を取得した場合、かかる指向性指令を指向性切替部２５へ通知する。指向性指令には、指向性の種別を特定する情報が含まれており、指向性の種別には、例えば、狭指向性と広指向性とが含まれる。
【００９２】
指向性切替部２５は、取得部２１Ｃから通知された指向性指令に広指向性を特定する情報が含まれている場合、荷重付与部１９を駆動し、荷重付与部１９にパネル１０に荷重を与えさせ、パネル１０に定在波が生成されることを抑制する。これにより、駆動部３Ｃから変調信号Ｓｍに応じた駆動電圧の振動素子１１への出力を継続した状態でスピーカ装置１Ｃの指向性を狭指向性から広指向性へ変化させることができる。
【００９３】
指向性切替部２５は、取得部２１Ｃから通知された指向性指令に狭指向性を特定する情報が含まれている場合、または、指向性指令が外部装置６０から出力されない場合、荷重付与部１９を駆動しない。そのため、スピーカ装置１Ｃは、上述した狭指向性のスピーカとして機能する。なお、上述した例では、音出力部２Ｃに反射部１３Ａを設けているが、スピーカ装置１Ｃは、反射部１３Ａを設けない構成であってもよい。
【００９４】
また、第１の実施形態に係るスピーカシステム１００と同様に、音出力部２Ａ（または音出力部２，２Ｂ）を含むスピーカと、駆動部３Ｃを含む駆動装置とを別体として、スピーカシステムを構成することもできる。この場合も、音出力部２Ａは、反射部１３Ａを設けない構成であってもよい。
【００９５】
図１９は、駆動部３Ｃが実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。図１９に示すように、駆動部３Ｃは、外部装置６０から音声信号Ｓｓと指向性指令を取得する（ステップＳ２０）。
【００９６】
また、駆動部３Ｃは、搬送波Ｓｃを生成する（ステップＳ２１）。駆動部３Ｃは、ステップＳ２１で生成した搬送波ＳｃをステップＳ２０で取得した音声信号Ｓｓによって変調して変調信号Ｓｍを生成し（ステップＳ２２）、変調信号Ｓｍを増幅した駆動電圧を振動素子１１へ印加する（ステップＳ２３）。
【００９７】
次に、駆動部３Ｃは、指向性指令が広指向性を指定しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。駆動部３Ｃは、指向性指令が広指向性を指定している場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、荷重付与部１９を駆動して、荷重付与部１９にパネル１０に荷重を与えさせ、パネル１０に定在波が生成されることを抑制する（ステップＳ２５）。
【００９８】
ステップＳ２５の処理が終了した場合、または、指向性指令が広指向性を指定していない場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、駆動部３Ｃは、ステップＳ２０の処理から繰り返し上述した処理を繰り返す。
【００９９】
以上のように、第４の実施形態に係るスピーカ装置１Ｃは、パネル１０と、パネル１０を振動させる振動素子１１と、駆動部３Ｃと、パネル１０に荷重を与える荷重付与部１９とを備える。駆動部３Ｃは、駆動部３と同様に、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴波帯域の音声信号Ｓｓで変調した駆動電圧を振動素子１１に印加してパネル１０に縞状の共振領域Ａｓを形成する。さらに、駆動部３Ｃは、荷重付与部１９を制御して、パネル１０に縞状の共振領域Ａｓが生成されることを抑制する。これにより、スピーカ装置１，１Ａ〜１Ｃと同じパネル１０および振動素子１１を用いて、スピーカ装置１，１Ａ〜１Ｃの指向性を狭指向性と広指向性とで変化させることができる。したがって、広指向性の音波を出力する振動部分を別途設ける場合に比べ、指向性を変化させて指向性を調整しつつもスピーカ装置１，１Ａ〜１Ｃの薄型化および低コスト化を図ることができる。
【０１００】
また、荷重付与部１９は、パネル１０に対向配置された接触部４１と、接触部４１を移動させ、パネル１０へ接触部４１を接触させる駆動部４３とを備える。これにより、簡易な構成によって、縞状の共振領域Ａｓが生成されることを抑制することができる。
【０１０１】
［５．第５の実施形態］
第５の実施形態に係るスピーカ装置は、荷重付与部１９を設けることなく、狭指向性と広指向性とを切り替える機能を有する点で、第４の実施形態に係るスピーカ装置１Ｃと異なる。以下においては、第４の実施形態と同様の機能を有する構成要素については同一符号を付して説明を省略し、第４の実施形態のスピーカ装置１Ｃと異なる点を中心に説明する。
【０１０２】
図２０は、第５の実施形態に係るスピーカのブロック図である。図２０に示すように、第５の実施形態に係るスピーカ装置１Ｄは、音出力部２Ａと、駆動部３Ｄとを備える。なお、スピーカ装置１Ｄは、音出力部２Ａに代えて、音出力部２，２Ｂ，２Ｃのいずれかを有する構成であってもよい。
【０１０３】
駆動部３Ｄは、図２０に示すように、取得部２１Ｃと、搬送波生成部２２と、変調部２３と、増幅部２４と、指向性切替部２５Ｄとを備える。
【０１０４】
駆動部３Ｄは、駆動部３Ｃと同様に、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種回路を含む。ＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを読み出して実行することによって、取得部２１Ｃ、搬送波生成部２２、変調部２３、および指向性切替部２５Ｄの機能を実現する。なお、取得部２１Ｃ、搬送波生成部２２、変調部２３、および指向性切替部２５Ｄの一部または全部をＡＳＩＣやＦＰＧＡなどのハードウェアで構成することもできる。
【０１０５】
指向性切替部２５Ｄは、取得部２１Ｃから通知された指向性指令に広指向性を特定する情報が含まれていない場合、変調部２３から出力される変調信号Ｓｍを増幅部２４へ出力する。これにより、変調信号Ｓｍが増幅部２４によって増幅され、変調信号Ｓｍに応じた駆動電圧Ｖｏ（以下、第１の駆動電圧Ｖｏ１と記載する）で振動素子１１が振動する。
【０１０６】
指向性切替部２５Ｄは取得部２１Ｃから通知された指向性指令に広指向性を特定する情報が含まれている場合、変調部２３から出力される変調信号Ｓｍに代えて、取得部２１Ｃから出力される音声信号Ｓｓを増幅部２４へ出力する。これにより、音声信号Ｓｓが増幅部２４によって増幅され、音声信号Ｓｓに応じた駆動電圧Ｖｏ（以下、第２の駆動電圧Ｖｏ２と記載する）で振動素子１１が振動する。そして、パネル１０から音声信号Ｓｓの周波数の音波が出力され、スピーカ装置１Ｄから出力する音波の指向性を広指向性へ変化させることができる。
【０１０７】
図２１は、指向性切替部２５Ｄの構成例を示す図である。図２１に示す例では、変調部２３は、乗算部５０と加算部５１とを備え、指向性切替部２５Ｄは、スイッチ５２を備える。乗算部５０によって搬送波Ｓｃが音声信号Ｓｓで変調され、変調された信号に搬送波Ｓｃが加算されて変調信号が生成される。なお、図２１に示す変調部２３の構成は、一例であり、変調部２３は、搬送波Ｓｃが音声信号Ｓｓで変調されて変調信号Ｓｍが生成される構成であれば、図２１に示す構成に限定されない。
【０１０８】
スイッチ５２には、変調信号Ｓｍと音声信号Ｓｓとが入力される。スイッチ５２は、取得部２１Ｃから通知される指向性指令に基づいて、変調信号Ｓｍおよび音声信号Ｓｓのいずれかを選択的に出力する。例えば、スイッチ５２は、指向性指令が狭指向性を指定している場合、変調部２３から取得した変調信号Ｓｍを増幅部２４へ出力する。なお、スイッチ５２は、指向性指令が取得部２１Ｃで取得されない場合も、変調部２３から取得した変調信号を増幅部２４へ出力することができる。
【０１０９】
これにより、第１の駆動電圧Ｖｏ１が音出力部２Ａへ出力されて、スピーカ装置１Ｄは、狭指向性のスピーカ装置として機能する。また、スイッチ５２は、指向性指令が広指向性を指定している場合、取得部２１Ｃから取得した音声信号Ｓｓを増幅部２４へ出力する。これにより、第２の駆動電圧Ｖｏ２が音出力部２Ａへ出力されて、スピーカ装置１Ｄは、広指向性のスピーカ装置として機能する。なお、上述した例では、音出力部２Ａに反射部１３Ａを設けているが、スピーカ装置１Ｄは、反射部１３Ａを設けない構成であってもよい。
【０１１０】
また、第１の実施形態に係るスピーカシステム１００と同様に、音出力部２Ａ（または音出力部２，２Ｂ）を含むスピーカと、駆動部３Ｄを含む駆動装置とを別体として、スピーカシステムを構成することもできる。この場合も、音出力部２Ａは、反射部１３Ａを設けない構成であってもよい。
【０１１１】
図２２は、駆動部３Ｄが実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。なお、ステップＳ３０〜Ｓ３２の処理は、ステップＳ２０〜Ｓ２２の処理と同様であるため、説明を省略する。
【０１１２】
図２２に示すように、駆動部３Ｄは、指向性指令が広指向性を指定しているか否かを判定する（ステップＳ３３）。駆動部３Ｄは、指向性指令が広指向性を指定していると判定した場合（ステップＳ３３；Ｙｅｓ）、ステップＳ３０で取得した音声信号Ｓｓを増幅した駆動電圧Ｖｏ２を振動素子１１へ印加する（ステップＳ３４）。一方、駆動部３Ｄは、指向性指令が広指向性を指定していないと判定した場合（ステップＳ３３；Ｎｏ）、変調信号Ｓｍを増幅した駆動電圧Ｖｏ１を振動素子１１へ印加する（ステップＳ３５）。
【０１１３】
以上のように、第５の実施形態に係るスピーカ装置１Ｄは、パネル１０と、パネル１０を振動させる振動素子１１と、駆動部３Ｄとを備える。駆動部３Ｄは、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴波帯域の音声信号Ｓｓで変調して生成される第１の駆動電圧を振動素子１１に印加してパネル１０に縞状の共振領域Ａｓを形成する。さらに、駆動部３Ｄは、第１の駆動電圧Ｖｏ１と音声信号Ｓｓで生成される第２の駆動電圧Ｖｏ２とを切り替えて振動素子１１へ印加する。これにより、音出力部２，２Ａ，２Ｂに別途部材を追加することなく、スピーカ装置１，１Ａ〜１Ｃと同じパネル１０および振動素子１１を用いて、スピーカ装置１Ｄの指向性を狭指向性と広指向性とで変化させることができる。したがって、広指向性の音波を出力する振動部分を別途設ける場合に比べ、指向性を変化させて指向性を調整しつつもスピーカ装置１Ｄの薄型化および低コスト化を図ることができる。
【０１１４】
また、駆動部３Ｄは、搬送波Ｓｃを生成する搬送波生成部２２と、搬送波生成部２２によって生成された搬送波Ｓｃを音声信号Ｓｓで変調した変調信号Ｓｍを生成する変調部２３と、変調部２３から出力される変調信号Ｓｍと音声信号Ｓｓとを切り替えて出力する指向性切替部２５Ｄ（切替部の一例）とを備える。これにより、指向性切替部２５Ｄを設けるだけで、スピーカ装置１Ｄの指向性を狭指向性と広指向性とで変化させることができ、例えば、低コスト化を図ることができる。
【０１１５】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１，１Ａ〜１Ｄ  スピーカ装置
２，２Ａ〜２Ｃ  音出力部
１０  パネル
１１  振動素子
１２  支持部
１３，１３Ａ，１３Ｂ  反射部
１４  固定部材
１５  筐体部
１６，１６Ｂ  カバー部材
１７，１７Ｂ  枠部材
１８，１８Ｂ  反射部材
１８ａ，１８ａ１，１８ａ２，１８ｂ  反射面
１９  荷重付与部
２１，２１Ｃ，２１Ｄ  取得部
２２  搬送波生成部
２３  変調部
２４  増幅部
２５，２５Ｄ  指向性切替部
４１  接触部
４２  シャフト
４３  駆動部
１００  スピーカシステム
１０１  スピーカ
１０２  駆動装置
Ａｇ，Ａｇ１，Ａｇ２  線状共振領域
Ａｓ  縞状の共振領域
Ｓ１  第１の超音波
Ｓ２  第２の超音波
Ｓｃ  搬送波
Ｓｍ  変調信号
Ｓｓ  音声信号
Ｖｏ  駆動電圧
Ｖｏ１  第１の駆動電圧
Ｖｏ２  第２の駆動電圧
θ１  第１の超音波の進行方向
θ２  第２の超音波の進行方向
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年5月1日(2017.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
任意の角度θに対して、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は、距離ｄｃｏｓθだけ位相がずれる。搬送波Ｓｃの波長をλとすると、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θにおいて線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は互いに打消し合う。つまり、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θでは、超音波がキャンセルされる。一方で、距離ｄｃｏｓθが波長λの整数倍（波長λ／２の偶数倍）となる角度θでは、線状共振領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波が互いに強め合う。そして、超音波が空間を伝搬する際や超音波が剛体に反射する際の超音波の非線形歪みによる自然復調現象により、可聴波帯域の音波が生成される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
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