(57)【要約】【課題】小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカを提供すること。【解決手段】発信器１１は、超音波帯域キャリア信号を生成し、変調器１２は、超音波帯域キャリア信号を可聴帯域の入力信号で変調して変調信号を生成し、遅延部１３は、遅延器１３ａ〜１３ｅの複数の遅延器で構成され、変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成し、超音波スピーカアレイ１４は、平面形状を採り、遅延器１３ａ〜１３ｅからそれぞれ入力される複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅから構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波帯域キャリア信号を入力可聴帯域信号で変調して変調信号を生成する変調手段と、
前記変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、
前記複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる平面形状の超音波スピーカアレイと、を具備し、
前記複数の超音波が空気中で収束して自己復調することにより可聴帯域音波を再生する、
超指向性スピーカ。
【請求項２】
超音波帯域キャリア信号を複数の入力可聴帯域信号でそれぞれ変調して複数の変調信号を生成する変調手段と、
前記複数の変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、
前記複数の遅延信号を所定数ずつ加算して複数の加算信号を生成する加算手段と、
前記複数の加算信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる平面形状の超音波スピーカアレイと、を具備し、
前記複数の超音波が空気中で複数の領域に収束して自己復調することにより前記複数の領域のそれぞれにおいて可聴帯域音波を再生する、
超指向性スピーカ。
【請求項３】
前記超音波スピーカアレイにおいて前記複数の超音波スピーカが２次元行列配置され、
前記遅延手段は、前記２次元行列配置の列毎に異なり、かつ、行毎に同じ前記複数の遅延時間を用いる、
請求項１または２記載の超指向性スピーカ。
【請求項４】
前記複数の遅延時間をそれぞれ制御して前記複数の超音波が空気中で収束する領域を変化させる制御手段、をさらに具備する、
請求項１または２記載の超指向性スピーカ。
【請求項５】
前記制御手段は、前記超指向性スピーカが搭載される携帯端末の画面表示の縦横切替に応じて前記領域を変化させる、
請求項４記載の超指向性スピーカ。
【請求項６】
前記制御手段は、聴取者の頭部、顔または耳の位置に応じて前記領域を変化させる、
請求項４記載の超指向性スピーカ。
【請求項７】
前記制御手段は、聴取者の指示に応じて前記領域を変化させる、
請求項４記載の超指向性スピーカ。
【請求項８】
前記制御手段は、前記入力可聴帯域信号の属性に応じて前記領域を変化させる、
請求項４記載の超指向性スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可聴音を指向性放射する超指向性スピーカに関する。 
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯テレビ受信機、携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡといった携帯端末で音声、音楽を聴取する際に、周囲への音漏れによる迷惑や情報漏洩を防ぐために、イヤホンまたはヘッドフォンが使われる。イヤホン等の装着は煩わしいため、その煩わしさを解消するために、携帯端末に超指向性スピーカを搭載しようとする試みがある（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１参照記載の超指向性スピーカは、ステレオ再生のために２つの超音波スピーカアレイを備える。
【０００３】
しかし従来のパラメトリックスピーカを応用した超指向性スピーカでは、発生させる音波は直進性が強く距離が離れても減衰が小さいという特性を有するために、指向性軸の方向にいる他の人にも音が聞こえやすい、または、天井、壁、窓ガラス等で超音波が反射して意図外の方向に音が漏れやすいという問題があった。
【０００４】
この問題を解決しようとする従来技術として、超音波パラメトリックスピーカで発生させた直進性の高い音波をパラボラ凹面で反射収束させることにより、収束点近傍の領域では聴取に適した音圧レベルを得ることができるとともに、その領域から離れるに従い音圧レベルを下げることができる超指向性スピーカに関する技術がある（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】信学技報EA2004-105，ＮＴＴドコモ「携帯型超指向性スピーカの試作と音響特性評価」
【非特許文献２】信学技報E94-37，信州大学「パラメトリックアレイビームによる空中音源」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献２記載の超指向性スピーカは上記のように凹面形状の反射面を備える構成であるため、小型薄型の携帯端末には搭載しにくいという課題がある。
【０００７】
また、非特許文献１記載の超指向性スピーカは、ステレオ再生のために２つの超音波スピーカアレイを必要とするため小型軽量化しにくいという課題がある。
【０００８】
本発明の目的は、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカ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】
【０００９】
本発明の超指向性スピーカは、超音波帯域キャリア信号を入力可聴帯域信号で変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、前記複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる超音波スピーカアレイと、を具備し、前記複数の超音波が空気中で収束して自己復調することにより可聴帯域音波を再生する。
【００１０】
また、本発明の超指向性スピーカは、超音波帯域キャリア信号を複数の入力可聴帯域信号でそれぞれ変調して複数の変調信号を生成する変調手段と、前記複数の変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、前記複数の遅延信号を所定数ずつ加算して複数の加算信号を生成する加算手段と、前記複数の加算信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる超音波スピーカアレイと、を具備し、前記複数の超音波が空気中で複数の領域に収束して自己復調することにより前記複数の領域のそれぞれにおいて可聴帯域音波を再生する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超指向性スピーカの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態２に係る超指向性スピーカの構成を示すブロック図
【図３】本発明の実施の形態３に係る超指向性スピーカの構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１に本実施の形態に係る超指向性スピーカ１０の構成を示す。
【００１５】
超指向性スピーカ１０において、発信器１１は、超音波帯域キャリア信号を生成する。
【００１６】
変調器１２は、超音波帯域キャリア信号を可聴帯域の入力信号（入力可聴帯域信号）で変調して変調信号を生成する。
【００１７】
遅延部１３は、遅延器１３ａ〜１３ｅの複数の遅延器で構成され、変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する。
【００１８】
超音波スピーカアレイ１４は、平面形状を採り、遅延器１３ａ〜１３ｅからそれぞれ入力される複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅから構成される。
【００１９】
ここで、本実施の形態では、超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅにそれぞれ対応する遅延器１３ａ〜１３ｅでの各遅延時間Delay(i)を式（１）に示すように設定する。式（１）において、i=1,2,3,4,5、Vは空気中の音速、CはDelay(i)≧0となるようにする定数、Distance(i)は各超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅと収束領域との間の距離である。
Delay(i) = C-Distance(i)/V  …式（１）
【００２０】
遅延器１３ａ〜１３ｅでの各遅延時間Delay(i)を式（１）のようにすることで、各超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅから収束領域までの距離の差による超音波の到達時間差が打ち消され、各超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅが空気中に放射する複数の超音波の位相が収束領域において一致する。位相が一致した複数の超音波の振幅は加算されるため、収束領域では音圧が最大となる。よって、特定の音圧以上では、空気の非線形特性による超音波の自己復調により可聴帯域音波が再生される。つまり、超指向性スピーカ１０が図１に示す構成を採ることにより、超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅから放射される複数の超音波が空気中で収束して自己復調することにより可聴帯域音波が再生される。
【００２１】
このように、本実施の形態によれば、平面形状の超音波スピーカアレイを使って特定の収束領域で可聴帯域音波を再生することができる。よって、本実施の形態によれば、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカを提供することができる。
【００２２】
（実施の形態２） 
図２に本実施の形態に係る超指向性スピーカ２０の構成を示す。
【００２３】
超指向性スピーカ２０において、発信器２１は、超音波帯域キャリア信号を生成する。
【００２４】
変調器２２Ｌは、超音波帯域キャリア信号を左チャネル（Ｌｃｈ）入力信号（Ｌｃｈ入力可聴帯域信号）で変調してＬｃｈ変調信号を生成する。また、変調器２２Ｒは、超音波帯域キャリア信号を右チャネル（Ｒｃｈ）入力信号（Ｒｃｈ入力可聴帯域信号）で変調してＲｃｈ変調信号を生成する。
【００２５】
遅延部２３Ｌは、遅延器２３Ｌａ〜２３Ｌｅの複数の遅延器で構成され、Ｌｃｈ変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する。また、遅延部２３Ｒは、遅延器２３Ｒａ〜２３Ｒｅの複数の遅延器で構成され、Ｒｃｈ変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する。
【００２６】
加算部２４は、加算器２４ａ〜２４ｅの複数の加算器で構成される。また、加算器２４ａは、遅延器２３Ｌａから出力される遅延信号と遅延器２３Ｒａから出力される遅延信号とを加算し、加算器２４ｂは、遅延器２３Ｌｂから出力される遅延信号と遅延器２３Ｒｂから出力される遅延信号とを加算し、加算器２４ｃは、遅延器２３Ｌｃから出力される遅延信号と遅延器２３Ｒｃから出力される遅延信号とを加算し、加算器２４ｄは、遅延器２３Ｌｄから出力される遅延信号と遅延器２３Ｒｄから出力される遅延信号とを加算し、加算器２４ｅは、遅延器２３Ｌｅから出力される遅延信号と遅延器２３Ｒｅから出力される遅延信号とを加算する。
【００２７】
超音波スピーカアレイ２５は、平面形状を採り、加算器２４ａ〜２４ｅからそれぞれ入力される複数の加算信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅから構成される。
【００２８】
ここで、本実施の形態では、超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅにそれぞれ対応する遅延器２３Ｌａ〜２３Ｌｅでの各遅延時間DelayL(i)を式（２）に示すように設定する。式（２）において、i=1,2,3,4,5、Vは空気中の音速、CはDelayL(i)≧0となるようにする定数、DistanceL(i)は各超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅとＬｃｈ収束領域との間の距離である。
DelayL(i) = C-DistanceL(i)/V  …式（２）
【００２９】
同様に、超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅにそれぞれ対応する遅延器２３Ｒａ〜２３Ｒｅでの各遅延時間DelayR(i)を式（３）に示すように設定する。式（３）において、i=1,2,3,4,5、Vは空気中の音速、CはDelayL(i)≧0となるようにする定数、DistanceR(i)は各超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅとＲｃｈ収束領域との間の距離である。
DelayR(i) = C-DistanceR(i)/V  …式（３）
【００３０】
遅延器２３Ｌａ〜２３Ｌｅでの遅延時間DelayL(i)を式（２）のようにすることで、各超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅからＬｃｈ収束領域までの距離の差による超音波の到達時間差が打ち消され、各超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅが空気中に放射する複数の超音波の位相が一方ではＬｃｈ収束領域において一致する。また、遅延器２３Ｒａ〜２３Ｒｅでの遅延時間DelayR(i)を式（３）のようにすることで、各超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅからＲｃｈ収束領域までの距離の差による超音波の到達時間差が打ち消され、各超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅが空気中に放射する複数の超音波の位相が他方ではＲｃｈ収束領域において一致する。
【００３１】
複数の超音波の位相がそれぞれ一致したＬｃｈ収束領域およびＲｃｈ収束領域では複数の超音波の振幅が加算されるため、Ｌｃｈ収束領域ではＬｃｈの超音波の音圧が最大となり、Ｒｃｈ収束領域ではＲｃｈの超音波の音圧が最大となる。よって、特定の音圧以上では、空気の非線形特性による超音波の自己復調により、Ｌｃｈの可聴帯域音波が再生されると同時に、Ｒｃｈの可聴帯域音波が再生される。つまり、超指向性スピーカ２０が図２に示す構成を採ることにより、超音波スピーカ２５ａ〜２５ｅから放射される複数の超音波が空気中でＬｃｈおよびＲｃｈの２つの収束領域においてそれぞれ収束して自己復調することにより、ＬｃｈおよびＲｃｈそれぞれの可聴帯域音波が再生される。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、平面形状の超音波スピーカアレイを使って、Ｌｃｈ信号とＲｃｈ信号の可聴帯域音波を互いに異なる領域で再生することができる。よって、各領域をそれぞれ聴取者の左右の耳の位置に適合させることにより、平面形状の１つの超音波スピーカアレイを用いてステレオ再生ができる。よって、本実施の形態によれば、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量のステレオ再生可能な超指向性スピーカを提供することができる。
【００３３】
（実施の形態３） 
図３に本実施の形態に係る超指向性スピーカ３０の構成を示す。なお、図３において図１（実施の形態１）と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
超指向性スピーカ３０において、遅延制御部３１は、遅延器１３ａ〜１３ｅの遅延時間をそれぞれ制御して超音波スピーカ１４ａ〜１４ｅから放射される複数の超音波が空気中で収束する領域を変化させる。以下、遅延制御部３１での遅延時間の制御例１〜４について説明する。
【００３５】
＜制御例１＞
遅延制御部３１は、超指向性スピーカ３０が搭載される携帯端末の画面表示の縦横切替に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。よって、本例によれば、画面表示の向きに連動させて再生音の指向性を切り替えることができる。
【００３６】
＜制御例２＞
遅延制御部３１は、聴取者の頭部、顔または耳の位置に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。聴取者の頭部、顔または耳の位置の検出は、カメラ画像による顔認識または超音波トランスデューサにより行う。遅延制御部３１は、超音波スピーカアレイ１４と収束領域との相対位置に基づいて遅延時間を変えることにより、適切な位置に収束領域を設定する。よって、本例によれば、聴取者の位置に応じて再生音の指向性を切り替えることができる。
【００３７】
＜制御例３＞
遅延制御部３１は、聴取者の指示に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。よって、本例によれば、聴取者の好みに応じて再生音の指向性を切り替えることができる。
【００３８】
＜制御例４＞
遅延制御部３１は、入力可聴帯域信号の属性（例えば、音声のチャネル数（モノラル、２チャネルステレオ等）、番組の種類（ニュース、スポーツ、音楽、バラエティ等））に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。よって、本例によれば、入力可聴帯域信号の属性に応じて再生音の指向性を切り替えることができる。
【００３９】
以上、遅延制御部３１での遅延時間の制御例１〜４について説明した。
【００４０】
なお、超指向性スピーカ２０（図２）に遅延制御部３１を備えることにより、上記同様にして、Ｌｃｈ収束領域およびＲｃｈ収束領域を変化させてステレオ再生音の指向性を切り替えることができる。
【００４１】
このように、本実施の形態によれば、平面状の１つの超音波スピーカアレイを用いて、機械的な動作あるいは変形を伴わずに状況に応じて指向性を変化させることができる。
【００４２】
以上、本発明の各実施の形態について説明した。
【００４３】
なお、上記各実施の形態において、遅延器の数、および、超音波スピーカアレイを構成する超音波スピーカの数は限定されない。１つの遅延器に対応する超音波スピーカの数を増やすことで音量を補うことができる。
【００４４】
また、上記各実施の形態において、超音波スピーカアレイを構成する複数の超音波スピーカの配置を２次元行列配置とし、遅延部が、２次元行列配置の列毎に異なり、かつ、行毎に同じ複数の遅延時間を用いる構成としてもよい。２次元行列配置の行数を増やすことで音量を補うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯テレビ受信機、携帯型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡといった小型薄型の携帯端末に好適である。
【符号の説明】
【００４６】
１０，２０，３０  超指向性スピーカ
１１，２１  発信器
１２，２２Ｌ，２２Ｒ  変調器
１３，２３Ｌ，２３Ｒ  遅延部
１４，２５  超音波スピーカアレイ
２４  加算部
３１  遅延制御部
【図１】
2011010224.tif 000003
【図２】
2011010224.tif 000004
【図３】
2011010224.tif 000005