(57)【要約】  熱音響変換装置は、略々中空のボディであって、前記略々中空のボディの中に熱音響素子が収容される略々中空のボディと、前記熱音響素子に結合される、前記素子の温度勾配を制御するための加熱制御ユニットとを有する。前記加熱制御ユニットは、制御信号によって制御されるよう構成される。前記装置は、前記加熱制御ユニットに結合される、オーディオ信号に応じて前記制御信号を生成するための調整ユニットを更に有する。前記調整ユニットは、前記オーディオ信号の周波数帯を選択するためのバンドパスフィルタユニットと、前記制御信号を生成するために、バンドパスフィルタをかけられた前記オーディオ信号のエンベロープを検出するための検出ユニットと、前記制御信号にローパスフィルタをかけるためのローパスフィルタユニットとを有してもよい。
2008547300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱音響変換装置であって、 
−  略々中空のボディであって、前記略々中空のボディの中に少なくとも１つの熱音響素子が収容される略々中空のボディと、
−  前記少なくとも１つの熱音響素子に結合される、前記素子の温度勾配を制御するための加熱制御ユニットであって、制御信号によって制御されるよう構成される加熱制御ユニットと、
−  前記加熱制御ユニットに結合される、オーディオ信号に応じて前記制御信号を生成するための調整ユニットとを有する熱音響変換装置。
【請求項２】
前記調整ユニットが、
−  前記オーディオ信号の周波数帯を選択するためのバンドパスフィルタユニットと、
−  前記制御信号を生成するために、バンドパスフィルタをかけられた前記オーディオ信号のエンベロープを検出するための検出ユニットとを有する請求項１に記載の変換装置。
【請求項３】
前記調整ユニットが、前記制御信号にローパスフィルタをかけるためのローパスフィルタユニットを更に有する請求項２に記載の変換装置。
【請求項４】
オーディオシステムであって、
−  オーディオアンプと、
−  請求項１、２又は３に記載の熱音響変換装置とを有するオーディオシステム。
【請求項５】
音源及び／又は少なくとも１つのスピーカを更に有する請求項４に記載のオーディオシステム。
【請求項６】
前記熱音響変換装置が、音響スピーカを有する請求項４に記載のオーディシステム。
【請求項７】
請求項１、２又は３に記載の熱音響変換装置を有する警報装置。
【請求項８】
方法であり、 
−  略々中空のボディであって、前記略々中空のボディの中に少なくとも１つの熱音響素子が収容される略々中空のボディと、
−  前記熱音響素子に結合される、前記素子の温度勾配を制御するための加熱制御ユニットとを有する熱音響変換装置を駆動する方法であって、
−  オーディオ信号に応じて制御信号を生成するステップと、
−  前記制御信号によって前記加熱制御ユニットを制御するステップとを有する方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
−  前記オーディオ信号の周波数帯を選択するステップと、
−  前記制御信号を生成するために、バンドパスフィルタをかけられた前記オーディオ信号のエンベロープを検出するステップとを更に有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱音響変換器(thermo-acoustic transducer)に関する。より詳細には、本発明は、略々中空のボディであって、前記略々中空のボディの中に、温度勾配素子、一般的には、所謂熱音響スタック(thermo-acoustic stack)が収容される略々中空のボディを有する熱音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
音を生成する又は増大させるために熱音響原理を使用することは、よく知られている。例えば、米国特許番号第5369625号公報(ガブリエルソン)は、水中音響発生器を開示している。前記発生器は、管状共鳴器であって、その下端部が開いており、その上端部が閉じられており、前記管状共鳴器の中に所謂熱音響スタックが配置される管状共鳴器を有する。一対の熱交換器が、スタックにおける温度勾配を生成し、前記熱交換器のうちの一方は、化学燃料によって加熱され、他方の熱交換器は、周りの水によって冷却される。この温度勾配が、共鳴器において大きな振幅の振動を生成することを可能にする。
【０００３】
一般的な熱音響発生器は、単調な音、即ち、単一の周波数を持つ音を実質的に固定された音量で生成することしか出来ない。このことが、オーディオシステムにおける熱音響装置の利用を限定している。それでも、熱音響装置は、可動部を持たず、このことは、従来のスピーカを上回る著しい利点を構成するので、熱音響装置をオーディオシステムにおいて用いることは非常に望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術のこれらの問題点を解決することにあり、詳細には、オーディオシステムにおいて有利に用いられ得る熱音響変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明は、略々中空のボディであって、前記略々中空のボディの中に少なくとも１つの熱音響素子が収容される略々中空のボディと、前記熱音響素子に結合される、前記素子の温度勾配を制御するための加熱制御ユニットとを有する熱音響変換装置であって、前記加熱制御ユニットが、制御信号によって制御されるよう構成され、前記装置が、前記加熱制御ユニットに結合される、オーディオ信号に応じて前記制御信号を生成するための調整ユニットを更に有する熱音響変換装置を供給する。
【０００６】
制御信号によって制御され得る加熱制御ユニットを設けることにより、前記熱音響素子の前記温度勾配、従って、前記熱音響装置によって生成される音響エネルギ（音量）は、制御され得る。オーディオ信号に応じて前記制御信号を生成するための調整ユニットを設けることにより、前記熱音響素子の加熱、従って、生成される前記音量は、入力される前記オーディオ信号によって制御される。従って、振幅調整オーディオ信号が得られ、前記調整は、前記入力されるオーディオ信号によって決定される。このような装置は、排他的にではないが、とりわけ、低音を再生するのに有用である。
【０００７】
前記熱音響素子は、それ自体は既知の熱音響スタックであってもよく、前記スタックは、好ましくは前記中空のボディの長さ方向に対して平行な面内に配設される、略々平行な、離間された板のセットから成ってもよいことに注意されたい。前記スタックの材料は、多孔性のものであり得るが、金属も用いられ得る。一般的な実施例においては、前記熱音響素子は、前記離間された板の一方の端部と熱接触している１つ以上の加熱素子を有する。
【０００８】
更に、本発明の装置又はユニット内には２つ以上の熱音響素子があってもよく、例えば、２つ又は３つの熱音響素子が設けられ得ることに注意されたい。
【０００９】
好ましい実施例においては、前記調整ユニットは、前記オーディオ信号の周波数帯を選択するためのバンドパスフィルタユニットと、前記制御信号を生成するために、バンドパスフィルタをかけられた前記オーディオ信号のエンベロープを検出するための検出ユニットとを有する。前記バンドパスフィルタは、低音域帯などの関連周波数帯を選択することを可能にする。前記エンベロープ検出器は、適切な調整信号を生成し、前記調整信号は、後に、前記音量レベルを調整するために、加熱制御信号として用いられる。
【００１０】
有利な実施例においては、前記調整ユニットは、前記制御信号にローパスフィルタをかけるためのローパスフィルタユニットを更に有する。これは、前記エンベロープ検出器によって挿入され得るあらゆる望ましくない周波数成分が、前記制御信号から実質的に取り除かれることを確実にする。
【００１１】
国際特許出願公開番号第2005/027569号公報（フィリップス）は、オーディオ装置であって、前記オーディオ装置においては、共鳴周波数(resonance frequency)において動作するよう設計された変換器のために、単一周波数駆動信号が生成されるオーディオ装置を開示していることに注意されたい。この既知の装置の前記変換器は、従来のスピーカであり、前記文献においては、熱音響装置は開示されていない。
【００１２】
更に、本発明は、略々中空のボディであって、前記略々中空のボディの中に少なくとも１つの熱音響素子が収容される略々中空のボディと、前記熱音響素子に結合される、前記素子の温度勾配を制御するための加熱制御ユニットとを有する熱音響変換装置を駆動する方法であって、
−  オーディオ信号に応じて制御信号を生成するステップと、
−  前記制御信号によって前記加熱制御ユニットを制御するステップとを有する方法を供給する。
【００１３】
有利には、本発明の方法は、
−  前記オーディオ信号の周波数帯を選択するステップと、
−  前記制御信号を生成するために、バンドパスフィルタをかけられた前記オーディオ信号のエンベロープを検出するステップとを更に有してもよい。
【００１４】
本発明は、オーディオアンプと、上で規定したような熱音響変換装置とを有するオーディオシステムも供給する。前記オーディオシステムは、１つ以上のスピーカと、ＤＶＤプレーヤ、ラジオチューナ、インターネット端末及び／又はＭＰ３若しくはＡＡＣプレーヤなどの音源とを更に有してもよい。
【００１５】
以下では、添付図面に図示されている例示的な実施例を参照して本発明を更に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一例として図１に示されている従来技術による熱音響変換ユニット１は、略々中空のボディ１０であって、前記略々中空のボディ１０の中に熱音響素子１１が収容される略々中空のボディ１０と、熱音響素子１１に結合される、前記熱音響素子１１の温度勾配を制御するための加熱制御ユニット２とを有する。中空のボディ１０は管状であってもよい。示されている例においては、ボディ１０は、閉端(closed end)１２と、開放端(open end)１３とを持つ。
【００１７】
熱音響素子１１は、一般的に、離間された板のスタックと、１つ以上の加熱素子とを有し、局部加熱を供給するために、各板の一方の端部は、加熱素子に熱的に結合される。板のスタックにおいて温度勾配を生成するために、各板の他方の端部は、一般的には加熱されず、又はそれどころか冷却され得る。この温度勾配の結果として、ボディ１０の内部には定常波が生成され、ボディ１０内の空気が共鳴し、熱音響素子１１によって、所要エネルギが供給される。素子１１の温度勾配は、加熱制御ユニット２によって生成される加熱電流を設定することによって、適切な固定された値に設定され得る。図１の熱音響変換ユニット１は、従来のスピーカの代わりに単調音を生成するのに用いられ得る。
【００１８】
図２に、これに限定されない、ほんの一例として示されている本発明による熱音響変換装置８は、熱音響変換ユニット１と、加熱制御ユニット２と、調整ユニット３とを有する。 
【００１９】
図２の装置８において用いられる熱音響変換ユニット１は、図１の熱音響変換ユニット１と略々同一であってもよく、略々中空のボディ１０であって、前記略々中空のボディ１０の中に少なくとも１つの熱音響素子１１が収容される略々中空のボディ１０と、熱音響素子１１に電気的に結合される、前記熱音響素子１１の温度勾配を制御するための加熱制御ユニット２とを有してもよい。
【００２０】
示されている例においては、熱音響変換ユニット１の中空のボディ（図１における１０）は、閉端と、開放端とを持つ。中空のボディは、略々円形又は長円形の断面を持つ管状であってもよいが、長方形、正方形、三角形、六角形及び八角形などの他の断面も用いられ得る。
【００２１】
熱音響素子（図１における１１）は、例えば上記の米国特許番号第5369625号公報において開示されているような従来の熱音響スタックを有してもよく、これにより、米国特許番号第5369625号公報の全内容は、本願明細書に盛り込まれる。加熱制御ユニット２は、熱音響素子１１の温度勾配を制御するために熱音響素子１１に電気的に結合される。熱音響素子１１の反対側の端部を冷却するよう、ヒートシンク（図示せず）が設けられてもよい。 
【００２２】
本発明によれば、加熱制御ユニット２は、制御信号Smによって制御されるよう構成され、装置は、加熱制御ユニット２に結合される、オーディオ信号Siに応じて制御信号を生成するための調整ユニット３を更に有する。加熱制御ユニット２を外部信号によって制御することを可能にすることにより、熱音響素子１１の温度勾配は容易に変更され得る。オーディオ信号Siから制御信号Smを導き出すための調整ユニットを設けることにより、オーディオ信号によって制御される温度勾配が得られ、これは、オーディオ信号によって制御される音量レベルをもたらす。
【００２３】
図２に示されている調整ユニット３は、バンドパスフィルタ３１と、エンベロープ検出器３２と、ローパスフィルタ３３とを有する。バンドパスフィルタ３１は、入力オーディオ信号Siを受け取り、このオーディオ信号の所望の周波数帯、例えば低音域帯を選択するが、その代わりに、より高い周波数帯が選択されてもよい。フィルタをかけられたオーディオ信号は、エンベロープ検出器３２に渡され、エンベロープ検出器３２は、フィルタをかけられたオーディオ信号のエンベロープを表わすエンベロープ信号を生成する。次いで、このエンベロープ信号は、調整信号Smを生成するために、（必須でない）ローパスフィルタ３３によってローパスフィルタをかけられる。次いで、この調整信号は、加熱制御ユニット２によって制御信号として受け取られる。結果として、調整（又は制御）信号Smは、入力オーディオ信号Siに従って、熱音響素子における温度勾配を調節し、それ故、熱音響ユニット１によって生成される音量レベルも調節するであろう。換言すると、熱音響ユニット１によって生成される音量レベルは、入力オーディオ信号Siによって変わるであろう。
【００２４】
本発明の熱音響変換装置８は、例えば20Hzから80Hzまでの周波数レンジ内の低音を再生するのに非常に適しているが、本発明はそれだけに限定されず、他の周波数レンジも再生され得る。装置８は、選択された周波数レンジを、効果的に、熱音響ユニット１の共鳴周波数上にマッピングする。それ故、この共鳴周波数は、バンドパスフィルタ３１によって選択される周波数レンジ内にあるのが好ましいが、これは必須ではない。
【００２５】
本発明の装置８は、低域周波数を再生するのに用いられる場合、オーディオシステムにおける従来のサブウーファースピーカの置き換えにとりわけ適している。本発明の装置８は、超低周波のレンジにおいても用いられ得る。  
【００２６】
本発明のとりわけ適した用途は、高い音量レベルを持つ音が生成されなければならない火災報知器及び他の音響警報装置である。本発明の熱音響変換装置は、コンパクトであるにもかかわらず強力な音響警報器を供給することを可能にする。
【００２７】
図２の実施例においては、熱音響変換ユニット１の熱音響素子（図１における１１）内にもたらされる熱は全て、加熱制御ユニット２によって生成され、電気的に制御される。必要とされる熱の一部は、他の手段、例えば、オーディオシステムの電力増幅器によってもたらされることもあり得る。その場合には、熱パイプが、電力増幅器と、熱音響素子とを接続してもよい。
【００２８】
図３には、本発明によるオーディオシステムの例示的な実施例が、概略的に図示されている。本発明のオーディオシステム９は、加熱制御ユニット２を含む熱音響変換ユニット１と、低音調整（ＢＭ）ユニット３と、オーディオアンプ（ＡＡ）４と、スピーカ６と、音源（ＳＳ）７とを有する。熱音響変換ユニット１は、図１に示されているような従来技術のユニットであってもよい。低音調整ユニット３は、図２における調整ユニット３に対応してもよく、この実施例においては、低域周波数を、熱音響変換ユニット１の周波数上にマッピングするよう設計される。低音調整ユニット３は、オーディオアンプ４から（増幅された）オーディオ信号を受け取る。中高周波音を生成するよう設計された従来のスピーカであってもよいスピーカ６も、オーディオアンプ４から増幅されたオーディオ信号を受け取る。オーディオ信号は、音源７から生じ、音源７は、ＣＤプレーヤ、ＤＶＤプレーヤ、コンピュータ、インターネット端末、ＡＡＣ若しくはＭＰ３プレーヤ、又は任意の他の適切な音源であり得る。図３のオーディオシステム９においては、熱音響変換ユニット１は、非常に効率的な低音の生成を可能にする。
【００２９】
本発明のオーディオシステムは、他の構成要素を有してもよい。分かりやすくするために、図には前記他の構成要素は示されていない。例えば、オーディオアンプ４と、スピーカ６との間には、クロスオーバーフィルタが配設されてもよい。
【００３０】
図４には、本発明によるオーディオシステムの別の実施例が図示されている。オーディオシステム９のこの実施例は、図３の実施例と同じ構成要素を有する。しかしながら、熱音響変換ユニット１は、スピーカ、更に言えば、（音響）スピーカ１４を含むよう改良されている。この音響スピーカ１４は、中空のボディ（図１における１０）の一方の端部の末端をなし、オーディオアンプ４に結合される。
【００３１】
この改良された熱音響変換ユニット１'は、より広範囲の周波数を生成することが可能である。それでもなお、低音調整器３及び加熱制御装置２が、ユニット１'によって生成される音量レベルを制御する。従って、スピーカ１４によって生成される音は、熱音響素子（図１における１１）によって調整される振幅であり得る。幾つかの実施例においては、音響スピーカは、オーディオ信号の第１周波数レンジを再生する一方で、低音調整ユニットは、同じオーディオ信号の別の周波数レンジに基づいた調整（制御）信号を生成する。例えば、200Hz乃至1000Hzの第１周波数レンジは、40Hz乃至100Hzの第２周波数レンジに依存して、オーディオ信号の低音域の知覚を高めるように調整された振幅であり得る。
【００３２】
本発明は、熱音響変換器は、とりわけ、低音域のレンジが非常に狭い周波数帯上にマッピングされる場合に、低音を再生するのに有利に用いられ得るという洞察に基づいている。
【００３３】
本願明細書において用いられている如何なる用語も本発明の範囲を限定するように解釈されるべきではないことに注意されたい。詳細には、「有する」及び「有している」という用語は、特に明記されていない素子のどれも排除するよう意図されてはいない。単一の（回路）素子は、多数の（回路）素子又はそれらの同等物で代用されてもよい。本願明細書においては、熱音響（変換）装置は、少なくとも１つの熱音響（変換）ユニットを有すると意図されている。
【００３４】
当業者には、本発明が、上記の実施例には限定されず、添付している特許請求の範囲において規定されているような本発明の範囲から外れずに、多くの修正及び追加がなされ得ることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来技術による熱音響変換ユニットを概略的に示している。
【図２】本発明による熱音響変換装置の第１実施例を概略的に示している。
【図３】本発明によるオーディオシステムの第１実施例を概略的に示している。
【図４】本発明によるオーディオシステムの第２実施例を概略的に示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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