(57)【要約】  本発明は、超音波静電変換器に基づくパラメトリックサウンドシステムを使用したパラメトリックサウンドの生成方法を開示している。この方法は、オーディオ信号レベルに基づいた適応周波数のフィルタリングを有する、オーディオ信号プロセッサにおける処理されたオーディオ信号によるキャリア超音波信号の変調と、ダイナミックレンジ圧縮と、平方根演算と、Ｄ級増幅器による変調された超音波信号の増幅と、静電変換器の駆動と、変調超音波の空気中への生成とを備える。パラメトリックサウンドシステムのための静電変換器は、変換器の電気機械的効率を向上させ、さらに単一バックプレートにおけるフェーズドアレイの実現を可能にする特定のバックプレート構造を備える。本開示の静電変換器の製造方法は、バックプレートの表面上に個別のセルを形成する電極のセットを製造する段階を含む。
2021532633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理された入力オーディオ信号による超音波信号の変調と、変調された前記超音波信号による静電変換器の駆動とを備えるパラメトリックサウンドの生成方法であって、前記入力オーディオ信号の前記処理は、
前記入力オーディオ信号の振幅に基づいて前記入力オーディオ信号の周波数コンテンツを調整する段階と、
調整された前記周波数コンテンツにより前記入力オーディオ信号のダイナミックレンジを圧縮する段階と、
調整された前記周波数コンテンツにより圧縮された前記入力オーディオ信号の信号レベルを検出する段階と、
前記ダイナミックレンジの圧縮後のオーディオ信号に、検出された前記入力オーディオ信号のレベルを加算し、正の値のみを保持するようにし、このようにして合計されたオーディオ信号の平方根を取る段階と
を有し、前記生成方法は、
少なくとも１つの静電変換器を駆動するために変調された前記超音波信号を増幅する段階をさらに備える、方法。
【請求項２】
変調された前記超音波信号が、前記少なくとも１つの静電変換器およびマルチストランドワイヤコイルを直列共振で駆動するために増幅される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
処理されたオーディオ信号により変調された超音波信号による静電変換器を駆動することによってパラメトリックサウンドを生成するパラメトリックオーディオシステムであって、
オーディオ信号源と、
超音波信号源と、
オーディオ信号プロセッサと、
変調器と、
増幅器と、
少なくとも１つの静電変換器と
を備え、
前記オーディオ信号プロセッサは、
オーディオ信号レベルによって制御されるパラメータを有するハイパスおよび／またはローパスフィルタと、
ダイナミックレンジ圧縮器と、
ピーク検出器と、
合計手段と、
平方根演算手段と
を有する、システム。
【請求項４】
前記静電変換器に直列接続されたマルチストランドワイヤコイルをさらに備える、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
視覚フィードバック手段をさらに備える、請求項３または４に記載のシステム。
【請求項６】
リスナーまたは他の物体からの距離測定手段をさらに備える、請求項３または４に記載のシステム。
【請求項７】
バックプレートと、
膜と、
複数の電気駆動セルと
を備え、
各セルは、複数の底部電極を有し、前記複数の底部電極のうち少なくとも２つが支持電極であり、前記支持電極は、凸状頂部を有する、静電変換器。
【請求項８】
前記支持電極は各２つの連続するセルの間で共有される、請求項７に記載の静電変換器。
【請求項９】
各セルが中心電極をさらに有する、請求項７または８に記載の静電変換器。
【請求項１０】
各セルが個別の支持電極のセットを有する、請求項７または８に記載の静電変換器。
【請求項１１】
独立して駆動可能な複数のセルのアレイまたは複数のセルのグループを有する、請求項７から１０のいずれか１項に記載の静電変換器。
【請求項１２】
各セルは、独立して駆動可能な支持電極と中心電極とを有する、請求項７から１１のいずれか１項に記載の静電変換器。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれか１項に記載の静電変換器の製造方法であって、
前記バックプレートは非導電性材料で形成され、各セルの各支持電極は、導電性ベースおよび導電性頂部を堆積することによって前記バックプレートの表面上に形成される、方法。
【請求項１４】
各セルの中心電極は、導電性ベースを堆積することによって前記バックプレートの表面上に形成される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
各セルの各中心電極には、導電性頂部がさらに設けられている、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメトリックサウンド生成の分野、特にパラメトリックサウンドの生成方法、かかるパラメトリックサウンドを生成するパラメトリックサウンドシステム、超音波生成のためのかかるシステム用の超音波静電変換器、およびかかる超音波静電変換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリックサウンドは、オーディオ信号によって変調された超音波が空気中を伝播しながら復調するときに生成される。超音波は、可聴周波数波と比べると回折が少ないため、パラメトリックシステムは狭いビームで音声を伝達することができる。これにより、そこでは音声が聞こえるが他の場所では減衰する局所領域を形成できる。パラメトリックサウンドの用途はパーソナルオーディオシステムおよびターゲット広告から耳鳴りの症状緩和に及ぶ。
【０００３】
復調プロセスの非線形性により、オーディオ信号の前処理には、再生音声の歪みが少ないように非線形効果を逆転させることが必要とされる。通常、前処理は平方根演算を含むが、より複雑な逆転スキームを用いてもよい。パラメトリックサウンドシステムの音質は年を追って改善しているが、根本的な限界がいくらかある。復調プロセスが自然なハイパスフィルタとして作用するため、パラメトリックシステムは低音応答に欠ける。周波数応答をフラットにするためにイコライザを適用できるが、再生される音声の音量全体が小さくなると言う犠牲が伴う。これは、パラメトリックサウンドシステムによって到達可能な最大音量が、人間が曝され得る安全な最大超音波音圧レベルによって制限されるためである。したがって、大音量音声の再生が必要とされる用途、例えば音楽コンサートは実現不可能である。また、パラメトリックシステムは、主に低音応答が優れないため、ハイファイ／ハイエンドシステムと競合しづらい。
【０００４】
パラメトリックオーディオシステムの最も近い先行技術は、米国特許第８，０２７，４８８号に開示されている。このシステムの一実施形態は、変調された信号を２つの周波数範囲に分割する段階と、より広い周波数範囲が媒質へと伝達できるように異なる２つのセットの変換器を駆動する段階とを含む。これにより、静電変換器が非常に広い周波数帯域幅を持ち得るため、変換器の実現および信号処理の観点から不必要に複雑さが加わる。さらに、復調プロセスは高周波数成分に有利であるため、変換器応答による高周波数成分の減衰によってシステム全体の周波数がいくらか平滑化される。このシステムの他の実施形態は、入ってくるオーディオ信号を積分するオーディオ前処理段階を含むが、これは低音応答を高めるための試みである。上記のように、これは、振幅の大きな超音波が必要とされるが、この超音波には人間への曝露に対する安全上限値があるため、再生されるパラメトリックサウンドの音量全体の減少という犠牲を伴う。
【０００５】
一般に、圧電または静電変換器がパラメトリックサウンドシステムで使用される。圧電変換器は、典型的には静電変換器に比べて高い出力音圧レベルを提供するが、帯域幅が小さい。さらに、圧電変換器は比較的小型であり、高い品質および大音量を実現するためにパラメトリックサウンドシステムには大口径スピーカが必要とされるため、必要な圧電変換器の数が非常に多くなり、かかるパラメトリックサウンドシステムのコストが増加する。これらの理由により、パラメトリックサウンドシステムの設計には、静電変換器がよりしばしば関わる。
【０００６】
典型的には、静電変換器は、バックプレートに配置された可塑性のポリマー膜で構成される。導電性のバックプレートは、通常、Ｖ字状の溝を有する。バックプレートは、膜を支持し、さらに電極としても機能する。可撓性の膜は、金属化導電性頂部層を有する。ポリマー層は、膜の頂部導電性表面とバックプレートとの間を絶縁させる。膜とバックプレートとの間にＤＣバイアス電気信号を印加する場合、静電気力および膜の弾性由来の関連するばね力故に、膜がバックプレートの方にまたはバックプレートから離れるように動く。各溝は、膜とともに単一の変換器セルを形成する。本質的に、変換器はすべてが同調して振動する多くの小型セルから形成される。かかる変換器の効率が、例えば矩形、Ｖ字状、Ｕ字状または楕円形であってよい溝の形状に依存することは注目に値する。 バックプレートの膜に最も近い部分（溝の先端）は、膜の動きに最も影響するが、バックプレートの膜から最も遠い部分（溝の底部）はほとんど影響しない。したがって、バックプレートの特定の部分のみが膜の誘引に寄与し、これは低効率につながる。加えて、かかる変換器のセルは、すべて同じ電極を共有しているため個別に制御できない。したがって、その設計に関係なく、同じバックプレートを共有する変換器は、フェーズドアレイシステムとして使用できず、その音圧場特性が固定され、電子制御できない。フェーズドアレイシステムは、パラメトリックサウンドシステムで使用されるときに、超音波音圧場の形状およびビーム、したがって再生されるパラメトリックサウンドの方向／局所化を制御するために使用できる。
【０００７】
静電変換器の最も近い先行技術は、米国特許第９，００２，０４３号に開示されている。この静電変換器は、各２つの隆起要素と可撓性膜との間に多量の空気があるように可撓性層が配置された複数の隆起要素を有するバックプレートを備え、セルを形成している。典型的な静電変換器のように、この静電変換器は、バックプレート（電極として機能する）の一部分がセルの深さ輪郭に応じて他よりも膜の動きに寄与するため、効率の低さに煩わされる。加えて、開示される変換器のバックプレートは、全セルで共有される電極としても機能し、したがって変換器はフェーズドアレイとして使用できず、結果的に超音波ビームの方向および／または形状は電子制御できない。
【０００８】
典型的な静電変換器の製造方法は、国際出願公開ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２７６２０に開示される。この方法は、１つの軸に沿って延び、所定の間隔で垂直軸に沿って離間された平行隆起アレイを有するバックプレート部材を準備する段階を含む。隆起は、電気感受性かつ機械応答性のフィルムを支持し、フィルムの片面は、フィルムのセクションが平行隆起間に配置されるようにフィルム接触面にて捕捉されている。フィルム接触面は、隣接するセクションからフィルムのセクションのそれぞれを機械的に分離させる。開示されているバックプレートは通常、アルミニウムまたは他の導電性金属から微細加工またはキャストされる。かかる方法の主な欠点は、特に少数の変換器を製造する際に変換器のコストが高いことである。加えて、かかる方法は、電気機械的効率の高い静電変換器の製造には適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、先行技術の上記欠点を解決し、さらなる利点、例えば、パラメトリックサウンドシステムの全体的な低音性能の向上、超音波音圧レベルの制限がある場合の再生される音声の音量最大化、パラメトリックサウンドシステムで使用される静電変換器の電気機械的効率の向上、および低コストでカスタマイズが容易な変換器の製造を可能にすることを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、超音波静電変換器に基づくパラメトリックサウンドシステムを使用したパラメトリックサウンドの生成方法を開示している。本方法は、処理されたオーディオ信号によってキャリア超音波信号を変調する段階を備え、オーディオ信号の処理は、オーディオ信号レベルに基づいて適応周波数のフィルタリングをする段階と、低振幅での低音応答を増大させる段階と、再生される音声のラウドネスを増加させる段階と、非線形復調プロセスを逆転させるための平方根演算段階とを有する。さらなる段階は、変調された超音波信号を増幅する段階と、変調された超音波を生成するために静電変換器を駆動する段階とを含み、静電変換器は、直列共振時に高周波数コイルが先行していてもよい。
【００１１】
可聴パラメトリックサウンドを生成するシステムは、オーディオ信号プロセッサと、超音波信号生成器と、変調器と、任意のハイパスフィルタと、Ｄ級増幅器と、静電変換器とを備える。このシステムは、変換器に直列接続された高周波コイルをさらに備えていてもよい。コイルは、変換器の駆動電圧を増加させるのに役立つ直列共振回路を静電変換器とともに形成する。これによって、より低電圧で動作し、かつ低インピーダンスな誘導性負荷を駆動するように設計されている、標準型Ｄ級オーディオ増幅器の使用を可能にする。
【００１２】
本発明は、パラメトリックオーディオシステムのための静電変換器をさらに開示する。静電変換器は、変換器の電気機械的効率を向上させ、さらに単一バックプレートにおけるフェーズドアレイの実現を可能にする特定のバックプレート構造を備える。変換器のバックプレートは、１つ以上のセルを備え、変換器の各セルは複数の電極を備える。各セルは、上に膜が置かれた２つの側部電極と、任意の中心電極とを備える。変換器の各セルは個別に駆動されて、単一バックプレート上にフェーズドアレイを形成できる。アレイセルの駆動位相および／または振幅を個別に制御することによって超音波ビームの方向および形状を制御できる。
【００１３】
また、静電変換器の製造方法がさらに開示される。本方法は、銅等の導電性材料が堆積された少なくとも１つの表面を有する繊維強化されたポリマー基材に導電性トレースをエッチングする段階を備える。基材は、変換器の成分を機械的に支持する。はんだペーストははんだマスクを用いて導電性トレースに堆積される。次いで、はんだペーストをリフローさせて、トレースに凸状輪郭を形成することによって隆起した電極を形成する。これらの隆起した電極は、電極と膜の機械的支持との両方の機能を果たす。はんだ金属が融点まで加熱されると電極の凸状幾何形状は自然に形成され得る。正確な幾何形状は電極寸法、表面張力、濡れ角度および堆積されたはんだペーストの量に依存する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
新規性および進歩性があると考えられる、本発明の特徴については、特に添付の特許請求の範囲において記載する。しかし、本発明それ自体は、添付の図面と合わせて、非限定的実施例にて記載される本発明の例示的実施形態を記載している以下の発明を実施するための形態を参照することにより最もよく理解され得る。
【００１５】
【図１】本発明によるパラメトリックオーディオシステムの種々の実施形態を示す。
【図２】本発明によるパラメトリックオーディオシステムの種々の実施形態を示す。
【図３】本発明によるパラメトリックオーディオシステムの種々の実施形態を示す。
【００１６】
【図４】オーディオ信号プロセッサの概略図を示す。
【００１７】
【図５】Ｖ字溝付きバックプレートを備えた先行技術の静電変換器の概略図を示す。
【００１８】
【図６Ａ】静電変換器の単一セルの上面図を示し、中心電極および支持電極が固体バックプレートの上で相互に接続されている。
【００１９】
【図６Ｂ】静電変換器の単一セルの断面図を示し、中心電極および支持電極が固体バックプレートの上で相互に接続されている。
【００２０】
【図７Ａ】本発明による静電変換器の単一セルの上面図を示し、中心電極および支持電極が固体バックプレートの下で相互に接続されている。
【００２１】
【図７Ｂ】静電変換器の単一セルの断面図を示し、中心電極および支持電極が固体バックプレートの下で相互に接続されている。
【００２２】
【図８Ａ】リング状に配置された電極を有する静電変換器の単一セルの上面図を示す。
【００２３】
【図８Ｂ】リング状に配置された電極を有する静電変換器の単一セルの断面図を示す。
【００２４】
【図９Ａ】各セルに対して個別の支持電極のセットを有する変換器の複数のセルを示す。
【００２５】
【図９Ｂ】セルが支持電極を共有している変換器の複数のセルを示す。
【００２６】
【図１０Ａ】１Ｄ超音波アレイの実施態様を示す。
【００２７】
【図１０Ｂ】２Ｄ超音波アレイの実施態様を示す。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について本明細書中に説明する。各図面は同じまたは均等な要素に対する同じ番号付けを含む。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１および図２は、本発明によるパラメトリックオーディオシステムの実施形態を示す。本発明によるシステムの一実施形態は、オーディオ信号入力手段（１）と、オーディオ信号プロセッサ（２）と、超音波信号生成器（３）と、変調器（４）と、Ｄ級増幅器（６）と、高周波コイル（７）と、超音波静電変換器（８）とを備える。別の実施形態によれば、前述の実施形態によるシステムは、ハイパスフィルタ（５）をさらに備え、これにより超音波周波数のみが増幅器（６）に通され、したがって超音波周波数のみが変換器（８）により送信されることが確実となる。高周波コイル（７）は、上記実施形態の両方においてなくてもよい。
【００３０】
図３は、フェーズドアレイパラメトリックサウンドシステムを実施する本発明の別の実施形態を示す。本システムは、オーディオ信号入力手段（１）と、オーディオ信号プロセッサ （２）と、超音波信号生成器（３）と、変調器（４）と、任意のハイパスフィルタ（５）と、複数の位相遅延手段（９、９'、９ｎ）と、複数のＤ級増幅器（６、６'、...６ｎ）と、複数の超音波静電変換器（８、８'、...８ｎ）と関連する複数の高周波コイル（７、７'、...７ｎ）とを備える。Ｄ級増幅器は、図３においてＡＭＰと示される。高周波コイル（７、７'、...７ｎ）は、かかる実施形態にはなくてもよい。
【００３１】
非パラメトリックオーディオシステムで使用される典型的なＤ級増幅器は、信号を１００Ｖのピークツーピークまで増幅する。これは、２００Ｖのピークツーピークを超えた電圧を典型的には必要とする静電変換器を駆動するには十分ではない。さらに、静電変換器（Ｔ、８、８'、...８ｎ）は、増幅器（６、６'、...６ｎ）への高いインピーダンスを有する容量性負荷として現れるが、非パラメトリックオーディオ増幅器は、低インピーダンスの誘導性負荷とともに動作するように設計されている。したがって、静電変換器を駆動するためにＤ級増幅器という統合的解決法を使用することは問題となる。これらの問題を克服するために、コイル（７、７'、...７ｎ）が回路に導入され、これは容量性負荷である静電変換器（８、８'、...８ｎ）に直列接続され、直列共振回路を形成する。コイル（７、７'、...７ｎ）のインダクタンスは、共振周波数が超音波キャリア周波数と一致するように選択される。共振時の動作によって、わずか５０〜１００Ｖの電源で動作する増幅器を用いて変換器（８、８'、...８ｎ）の電圧振幅を３００Ｖ以上まで増加させることができる。さらに、直列共振回路のインピーダンスは共振周波数で最低となるため、回路は増幅器（６、６'、...６ｎ）への低インピーダンス負荷として現れる。回路の共振は、コイル（７、７'、...７ｎ）のインダクタンスおよび抵抗ならびに変換器（８、８'、...８ｎ）のキャパシタンスおよびインピーダンスによって特徴付けられるため、これらのパラメータは、変換器において十分な電圧利得があり、同時に無歪み音声を再生するために十分に帯域幅が残されていることを確実にするために注意深く考慮しなければならない。Ｄ級増幅器（６、６'、...６ｎ）のスイッチング周波数は非常に高く（約１００ｋＨｚ）なければならないため、マルチストランドワイヤ（リッツ線等）から作られた専用コイルを使用すべきである。シングルストランドワイヤから作られたコイルは、表皮効果故にこのような高いスイッチング周波数に対して大きな抵抗を持つ。このことによって、結果的に、共振はより弱く、コイルの損失は大きくなり、不必要な熱が発生する。
【００３２】
どんな静電変換器でもＤＣバイアスが変換器に印加される必要があることにも留意すべきである。超音波静電変換器用の典型的なＤＣバイアスは、典型的には２００〜５００Ｖの範囲である。このＤＣ電圧が増幅器（６、６'、...６ｎ）を損傷するのを防止するために、カップリングコンデンサを増幅器（６、６'、...６ｎ）と変換器（８、８'、...８ｎ）との間に置くべきである。
【００３３】
図４は、システムの全実施形態に共通の構造を有するオーディオ信号プロセッサ（２）を示す。音声プロセッサ（２）は、変調された超音波の非線形復調プロセスにより生じる歪みの補償のため、またパラメトリックシステムの到達可能な最大再生音量および全体的な低音応答の向上のために用いられる。信号プロセッサ（２）におけるオーディオ信号は、まずハイパスフィルタ（５'）、任意でローパスフィルタ（５"）を通過する。ハイパスフィルタ（５'）を使用して、復調プロセスの固有のハイパスフィルタリング故に、パラメトリックサウンドシステムでは再生できない低周波数コンテンツをオーディオ信号から除去する。この除去は、後続の前処理段階の前に行われ、その結果、ダイナミックレンジ圧縮器（１１）による、知覚される音声の音量を大きくするダイナミックレンジ圧縮等の低周波数コンテンツがこれら前処理段階に悪影響を及ぼさない。任意のローパスフィルタを使用して、超音波変換器の限られた帯域幅故にパラメトリックシステムでは再生できない高周波数コンテンツ（５〜１５ｋＨｚ超）をオーディオ信号から除去する。静電変換器は一般に大きな帯域幅を有しているが、オーディオ信号処理で使用される平方根演算によってより高次の高調波が生じ、元のオーディオ信号の帯域幅が比較的小さくても信号帯域幅はかなり大きくなる。ここでも、高周波数コンテンツは、後の処理段階の前に除去すべきである。次に、イコライザ（１０）を使用して、システムの種々の成分、例えば、コイル（７）および静電変換器（８）の共振回路の周波数応答を補償する。さらにこれを使用して特定の周波数を強調することもでき、例えば、システムが音声のブロードキャストのために特別に設計されていれば、音声の再現に最も重要な３００〜３０００Ｈｚの周波数を強調できる。
【００３４】
オーディオ信号プロセッサ（２）のハイパスフィルタ（５'）および／またはローパスフィルタ（５"）および／またはイコライザ（１０）が適応でき、これらのパラメータはオーディオ信号レベルに応じて変化し、これはピーク検出器（１２）または他の信号レベル検出器を用いて検出できる。システムの適応振幅制御に使用されるピーク検出器（１２）からのフィードバックは、図４に示すように、このケースに使用される。最も重要なことには、ハイパスフィルタ（５'）の遮断周波数または他のパラメータはオーディオ信号の振幅に応じて調整される。オーディオ信号の振幅が小さい場合、ハイパスフィルタ（５'）はより多くの低周波数成分を通過させ、システムの低音応答が向上する。オーディオ信号の振幅が大きい場合、より多くの低周波数成分がフィルタリングされ、システムの低音応答は低下するが、安全な超音波音圧レベルが無視されることなく音量は大きくなる。ピーク検出器（１２）からのフィードバックを用いる代わりに、別のピーク検出器または他のオーディオ信号レベル検出器（図示せず）をオーディオ信号プロセッサの入力に配置し、これを使用してオーディオ信号レベルを推測することができ、これによってフィルタおよび／またはイコライザのパラメータを順次調整する。周波数コンテンツの調整後、信号のダイナミックレンジは圧縮器（１１）を用いて小さくされ、すなわち、オーディオ信号中の音量の大きな音声は減少し、音量の小さな音声は増加する。これにより、結果的に、オーディオ信号と、それに続く変調された超音波信号の最大振幅が増加することなく再生音声のラウドネスが増し、これはシステムの人にとって安全な動作を維持するために制限されなければならない。さらに、信号の圧縮により信号のダイナミックレンジは小さくなるため、平方根演算は非線形復調プロセスを逆行させて歪みの少ない音声を得るのに十分であり、広範囲の振幅を有する信号をうまく処理するより複雑な逆関数は必要とされない。すると、オーディオ信号は典型的には正の値および負の値を行き来する高調波信号からなるため、オーディオ信号は正の値にのみシフトし、そのため平方根演算手段（１４）における平方根演算が行える。この目的のために、ピーク検出器（１２）を使用してオーディオ信号のピークを検出し、合計手段（１３）においてこれらのピーク値をオーディオ信号に加算し、正の値のみを保持する。ピーク検出器（１２）は、オーディオ信号の増加する振幅に素早く反応し、加算後は信号が正となるが、オーディオ信号の振幅が小さくなるときには徐々に減衰することを確実にする。ピーク検出器 （１２）は、米国特許第７，５９６，２２８号に記載のアルゴリズムのような「完璧な」包絡線を生成しないが、ピーク検出器 （１２）は、無駄になる超音波電力をわずかに犠牲にしてリアルタイムのより単純な実施態様を提供する。オフセット生成手段（１５）で生成される追加のわずかな一定のオフセットもオーディオ信号に加算されてよく、これにより変調深さを最大からわずかに減少させ、再生される音声の歪みを減少させ、さらにピーク検出器（１２）がオーディオ信号の素早く増加する振幅についていけないという稀な場合に過変調が確実に起きないようにする。次いで、平方根演算手段（１４）はこの正の複合信号から平方根を取る。
【００３５】
ピーク検出器（１２）の使用の結果、適応振幅制御が行われ、オーディオ信号がないときには、変調された超音波信号の振幅も最小であり、媒質中にエネルギーがまったく／ほとんど照射されず、オーディオ信号が存在するときには、変調される超音波信号は過変調が起きないように必要なレベルまで増大される。ピーク検出器（１２）はさらに、信号レベル値を適応周波数フィルタ（５'、５"）および／またはイコライザ（１０）に提供でき、これらは信号レベルに応じてシステムの周波数応答を順次変更する。前述のように、オーディオ信号が減少すると低音応答は増大する。このような場合、変調信号レベルはより多くの低周波数成分を含むため、変調信号電力はオーディオ信号に比例して減少しない。
【００３６】
すべての実施形態において、超音波信号生成器（３）は単一周波数の超音波信号を生成し、これは前処理されたオーディオ信号によって変調される。ＤＳＢ変調器（４）は単に超音波の単一周波数信号を前処理されたオーディオ信号と乗算する。単側波帯（ＳＳＢ）変調では平方根演算は必要ないが、ＳＳＢ変調により再生音声の音量が小さくなるため、本発明は平方根演算を必要とする両側波帯（ＤＳＢ）変調にのみ頼っていることは注目に値する。
【００３７】
変調後に信号が任意のハイパスフィルタ（５'）に供給される場合、任意のハイパスフィルタ（５'）を使用して、（オーディオ信号前処理に使用される平方根演算は、信号の帯域幅を著しく増加させるより高次の高調波を導入するため）ＤＳＢ変調の下側波帯が可聴周波数またはその付近にまで広がらないことを確実にする。
【００３８】
本発明によるパラメトリックサウンドシステムの別の実施形態は、上記実施形態のいずれかと併せて、ビデオカメラなどの視覚フィードバック成分（図示せず）をさらに備えていてもよい。例えば、ビデオカメラを使用して人または他の関連する物体の存在を検出できる。人または他の関連する物体が検出された後、パラメトリックサウンドシステムは、関連情報の送信を開始する。カメラは、特定の人またはその特徴に固有の情報を伝えるために、人および／またはその特定の特徴の識別のために使用することもできる。したがって、視覚フィードバックを備えたパラメトリックサウンドシステムによる局所的音声再生は、パーソナライズ広告、パーソナライズエンターテイメント、グリーティングサービス、空港における乗客流制御（乗客をそのターミナルやゲートに向かわせる）等における解決策を提供できる。
【００３９】
さらに、パラメトリックサウンドシステムのビームを制御し、検出された人の位置を標的にすることができる。フェーズドアレイシステムを用いて、または機械的アクチュエータを用いてスピーカを物理的に移動／回転させて所望の位置に導くことでビーム制御を実現することができる。
【００４０】
任意の上記実施形態に加えてさらに別の実施形態では、パラメトリックスピーカとして実現されたパラメトリックサウンドシステム部分から人のような標的物体までの距離に関する情報を提供するために、例えば超音波または光学的方法に基づく単純な距離測定成分を使用できる。この距離測定は変調された超音波の音圧レベルを調整するために使用できるため、人がスピーカに近いときには音圧レベルが下げられて安全動作限界内に維持され、人がスピーカから遠いときには音圧レベルは上げられる。このことにより、リスナーの位置に関係なく到達可能な最大音量を維持し得る。
【００４１】
本発明の別の態様によると、図６Ａおよび図６Ｂは、上記パラメトリックサウンドシステムの任意の実施形態にて使用可能な本発明による静電変換器（Ｔ）の実施形態の単一セル（Ｃ）の正面概略図および断面概略図を示す。セル（Ｃ）は、例えばガラス強化ポリマー等の非導電性材料でバックプレートが作成されている固体バックプレート領域（１７）と、ベース部（１８．１）を有しかつ凸状頂部（１８．２）を有していてもよい支持電極（１８）と、ベース部（１９．１）を有しかつ頂部（１９．２）を有していてもよい中心電極（１９）と、導電性頂部表面（図示せず）を有する可撓性膜領域（２０）とを備え、可撓性膜領域（２０）は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）と 例えばアルミニウムまたは金等で金属化された導電性頂部表面とから作成され得る。各支持電極（１８）は、例えば銅、金、アルミニウムまたは他の導電性金属から作成され得るベース（１８．１）と、ベース（１８．１）の上にある例えばはんだ金属のような導体から作成され得る凸状頂部（１８．２）とを備える。中心電極（１９）は、はんだ金属等の導体の層で被覆しても、被覆しないままであってもよい支持電極（１８）のベース（１８．１）に類似したベース（１９．１）を備える。中心電極（１９）は、どんな場合でも支持電極（１８）よりも高さが低い。
【００４２】
変換器（Ｔ）の製造に用いられる材料はここでは例として記載されており、適切な代用品を代わりに用いてもよいと理解すべきである。加えて、バックプレートおよび可撓性膜は変換器（Ｔ）全体でつながっており、「領域」という用語は、単一セル（Ｃ）に関連した連続しているバックプレートおよび連続している可撓性膜の特定のエリアを指しているにすぎない。膜の金属化頂部表面、すなわち、支持電極（１８）に接触する膜表面とは反対側の表面は、変換器（Ｔ）の頂部電極として機能する。支持電極（１８）および中心電極（１９）は底部電極であると理解すべきである。
【００４３】
支持電極（１８）は、膜領域（２０）を支持する。セル（Ｃ）の膜領域（２０）と中心電極（１９）との間には、ギャップが形成される。中心電極（１９）は、両方の支持電極（１８）と相互に電気接続されている。底部電極（１８、１９）は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、バックプレート領域の上面（２１）において端部同士が相互に接続されている。底部電極（１８、１９）は図７Ａおよび図７Ｂに示すように、バックプレートの接続（２３）を介してバックプレート領域の底面（２２）でも相互接続され得、これによってこの接続が変換器（Ｔ）の電気機械的構造へのいかなる影響を持つことも、また例えば底部電極（１８、１９）のベース（１８．１、１９．１）におけるはんだ金属堆積プロセスに影響を与えることも防止する。
【００４４】
別の実施形態では、セル（Ｃ）の支持電極（１８）は、セル（Ｃ）の中心電極（１９）（図示せず）とは相互接続しておらず、個別に駆動され得、すなわち、各セル（Ｃ）の支持電極（１８）に対するより大きなバイアス電圧および／または超音波信号を中心電極（１９）に印加できる。このことにより、結果的に、電極は膜の誘引／反発により均等に寄与することになり、変換器の全体の効率が向上する。
【００４５】
図６Ａおよび図７Ａに概略的に示されているセル（Ｃ）は、平行線上に配置されて矩形セル（Ｃ）を形成する底部電極（１８、１９）を有する。しかし、図８Ａおよび図８Ｂに示すような他の配置も可能であり、この場合、底部電極（１８、１９）は同心円状に配置されて円形セルを形成する。
【００４６】
一例として、中心電極（１９）幅が０．２ｍｍ、支持電極（１８）幅が０．６ｍｍ、堆積されたはんだ金属により形成される支持電極（１８）の凸状頂部の半径が０．３ｍｍ、セル全体の幅が１．２ｍｍという電極寸法が４０〜８０ｋＨｚの周波数範囲で効率的に動作する変換器に使用可能である。この場合のＰＥＴ膜は、約６マイクロメートル厚であるべきである。
【００４７】
変換器（Ｔ）のセル（Ｃ）における支持電極（１８）の配置の一例によれば、各セル（Ｃ）は、図９Ａに示すように、２つの支持電極（１８）のセットを有する。変換器（Ｔ）のセル（Ｃ）における支持電極（１８）の配置の別の例によれば、各セル（Ｃ）の各支持電極（１８）は、図９Ｂに示すように、２つの隣り合ったセル間で共有される支持電極（１８）である。
【００４８】
共有される支持電極（１８）を用いた変換器の利点は、より大きな面積の膜領域（２０）が振動するため、変換器の面積が同じであれば、変換器は、図９Ａで実現されている場合よりもより効率的に動作するということである。個別の支持電極（１８）を用いたセル（Ｃ）を備えた変換器は、各セル（Ｃ）を個別に駆動できる。
【００４９】
図９Ａおよび図９Ｂの配置を組み合わせて使用してもよく、すなわち、支持電極（１８）を共有せずにセル（Ｃ）のグループを分けてもよいが、グループ内でセル（Ｃ）は支持電極（１８）を共有する。
【００５０】
上述したように各セル（Ｃ）に対して電気的に独立した底部電極（１８、１９）を有する変換器は、共通の底部電極を有する従来の変換器に勝るさらなる利点を持ち、すなわち、フェーズドアレイシステムは、単一のバックプレート（１７）に実装でき、セル（Ｃ）またはセルのグループがフェーズドアレイ素子として機能する。
【００５１】
１Ｄアレイの実装例は図１０Ａに、２Ｄアレイの実装例は図１０Ｂに示されており、各セル（Ｃ）は個別の電極（１８、１９）のセットを有しているため、各セル（Ｃ）は個別に駆動できる。各セル（Ｃ）の周波数／振幅／位相を制御することによって、高い精度および効率で超音波音場の集束、超音波ビームの操作および他の音場操作を行うことができる。このような制御がパラメトリックスピーカで実施されると、音場の局所化を制御でき、すなわち、音声を空間中の特定の領域に集中させ、音波ビームを操作することができる。
【００５２】
さらに、本発明による静電超音波変換器（Ｔ）の製造方法が開示される。
【００５３】
変換器（Ｔ）の各セル（Ｃ）の各底部電極（１８、１９）のベース（１８．１、１９．１）はそれぞれ、金属化表面を有する繊維強化ポリマー基材に機械加工または化学エッチングされている。はんだマスクを用いて支持電極（１８）のベース（１８．１）にはんだペーストを堆積することによって底部支持電極（１８）に凸状の断面輪郭が形成される。次いで、はんだマスクを除去し、変換器（Ｔ）全体を均等にはんだの融点まで加熱し、リフロープロセスを開始する。これによって、結果的に、はんだ金属に自然な凸状の層が自然に形成される。熱を除去した後、はんだ材料は凸状の輪郭を保ったまま凝固する。凸状の輪郭を有する支持電極（１８）は、変換器（Ｔ）において電極と膜の機械的支持との両方の機能を果たす。リフロープロセスを用いてはんだ金属により形成される正確な幾何形状は、底部電極（１８、１９）のベース（１８．１、１９．１）の寸法、表面張力、堆積されたはんだ材料の濡れ角度および量に依存する。凸状の幾何形状を形成するにはこれらを注意深く選択しなければならない。堆積されるはんだペーストの量は一般に、堆積プロセスで使用されるはんだマスクに依存するが、表面張力および濡れ角度ははんだペーストの性質およびリフロープロセスに使用される温度に依存する。均一な堆積結果のために、リフロープロセス中の温度時間プロファイルは重要であり、特定のはんだペースト用のガイドラインに従うべきであることは注目に値する。中心電極（１９）は、はんだ金属、金等の層で被覆しても、被覆しないままであってもよい。
【００５４】
一例として、半円形に近い断面輪郭を有する支持電極（１８）を形成するために、０．６ｍｍ幅の銅トレースにはんだペーストを堆積するのに１２０マイクロメートル厚のはんだマスクを使用しなければならない。はんだペーストの内容はフラックス含有量１２％のＳｎ６２Ｐｂ３６Ａｇ２であるべきである。リフロープロセスにおける最高温度は約２１０℃であるべきである。
【００５５】
上記説明は特定の電極構成を有する変換器（Ｔ）の製造を開示しているが、前記方法はこの特定の電極構造を有する変換器の製造に限られたものではないと理解すべきである。本方法は、電極の配置および／または寸法が制限されておらず、変換器の各セルの電極数が制限されていない静電変換器の製造に適している。さらに、一部またはすべての底部電極に凸状の断面輪郭を形成できる。例えば、各セルは凸状頂部を有する支持電極（１８）だけを有し、中心電極（１９）は有していなくてもよい。
【００５６】
提案される製造方法はさらに、実施が容易なカスタマイズを提供し、セル（Ｃ）が様々な寸法および様々な分布を有することができる変換器（Ｔ）またはフェーズドアレイを実現可能とする。これにより、変換器またはフェーズドアレイの音響性能の微調整が可能になる。
【００５７】
変換器（Ｔ）のバックプレートは、変換器の関連する駆動電子部品すべてをも統合できる。この場合の電子成分は、変換器（Ｔ）のセル（Ｃ）の底部電極（１８、１９）とは反対側のバックプレートの面に配置されるべきである。変換器が自然に薄型となり電子部品と統合されているため、製品（例えばパラメトリックサウンドシステム）全体は小さな設置面積を有することができ、例えば、ケーシングの製造コストが減少し、新たな設計が可能になる。
【００５８】
本文脈で使用される「頂部」、「底部」、「〜の上」および「〜の下」は、提示される図面に示すように、何らかの位置のみを指す。
【００５９】
本文脈で使用される「オーディオ」または「可聴」とは、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数コンテンツを有する何かを指す。
【００６０】
本文脈で使用される「超音波」とは、２０ｋＨｚよりも大きい周波数を有する信号または波を指す。他の可能な項目（項目１）  処理された入力オーディオ信号による超音波信号の変調と、変調された上記超音波信号による静電変換器の駆動とを備えるパラメトリックサウンドの生成方法であって、上記入力オーディオ信号の上記処理は、
上記入力オーディオ信号の振幅に基づいて上記入力オーディオ信号の周波数コンテンツを調整する段階と、
調整された上記周波数コンテンツにより上記入力オーディオ信号のダイナミックレンジを圧縮する段階と、
調整された上記周波数コンテンツにより圧縮された上記入力オーディオ信号の信号レベルを検出する段階と、
上記ダイナミックレンジの圧縮後のオーディオ信号に、検出された上記入力オーディオ信号のレベルを加算し、正の値のみを保持するようにし、このようにして合計されたオーディオ信号の平方根を取る段階と
を有し、上記生成方法は、
少なくとも１つの静電変換器を駆動するために変調された上記超音波信号を増幅する段階をさらに備える、方法。（項目２）  変調された上記超音波信号は、上記少なくとも１つの静電変換器および高周波コイルを直列共振で駆動するために増幅される、項目１に記載の方法。（項目３）  処理されたオーディオ信号により変調された超音波信号による静電変換器（８）を駆動することによってパラメトリックサウンドを生成するパラメトリックオーディオシステムであって、
オーディオ信号源（１）と、
超音波信号源（３）と、
オーディオ信号プロセッサ（２）と、
変調器（４）と、
増幅器（６）と、
少なくとも１つの静電変換器（８）と
を備え、
上記オーディオ信号プロセッサ（２）は、
オーディオ信号レベルによって制御されるパラメータを有するハイパスおよび／またはローパスフィルタ（５'、５"）と、
ダイナミックレンジ圧縮器（１１）と、
ピーク検出器（１２）と、
合計手段（１３）と、
平方根演算手段（１４）と
を有する、システム。（項目４）  上記静電変換器（８）に直列接続されたコイル（７）をさらに備える、項目３に記載のシステム。（項目５）  視覚フィードバック手段をさらに備える、項目３または４のいずれか１項に記載のシステム。（項目６）  リスナーまたは他の物体からの距離測定手段をさらに備える、項目３または４のいずれか１項に記載のシステム。（項目７）  オーディオ信号源（１）と、超音波信号源（３）と、オーディオ信号プロセッサ（２）と、変調器（４）とを備えるパラメトリックサウンドシステムのための静電変換器（Ｔ）であって、
バックプレートと、膜と、複数の電気駆動セル（Ｃ）とを備え、
を備え、
各セル（Ｃ）は、複数の底部電極（１８、１９）を有する、パラメトリックオーディオシステムのための静電変換器（Ｔ）。（項目８）  上記複数の底部電極（１８、１９）は、支持電極（１８）である、項目７に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目９）  各セル（Ｃ）の上記複数の底部電極（１８、１９）は、支持電極（１８）および中心電極（１９）である、項目７に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目１０）  上記支持電極（１８）は、各２つの連続するセル（Ｃ）の間で共有される、項目８または９に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目１１）  各セル（Ｃ）は、個別の支持電極（１８）のセットを有する、項目８または９に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目１２）  上記複数の底部電極（１８、１９）のうち少なくとも支持電極（１８）は、凸状断面の頂部（１８．２）を有する、項目８から１１のいずれか１項に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目１３）  独立して駆動可能なセル（Ｃ）のアレイまたはセルのグループを有する、項目７から１２のいずれか１項に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目１４）  各セル（Ｃ）は、独立して駆動可能な支持電極（１８）と中心電極（１９）とを有する、項目７から１３のいずれか１項に記載の静電変換器（Ｔ）。（項目１５）  項目７から１３のいずれか１項に記載の静電変換器（Ｔ）の製造方法であって、上記バックプレート（１７）は、非導電性材料で形成され、各セル（Ｃ）の各支持電極（１８）は、導電性ベース（１８．１）および導電性頂部（１８．２）を堆積することによって上記バックプレート（１７）の表面上に形成される、方法。（項目１６）  各セル（Ｃ）の中心電極（１９）は、導電性ベース（１９．１）を堆積することによって上記バックプレート（１７）の表面上に形成される、項目１５に記載の方法。（項目１７）  各セル（Ｃ）の各中心電極（１９）には、導電性頂部（１９．２）がさらに設けられている、項目１６に記載の方法。
【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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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