(57)【要約】【課題】小型で低コストの超音波パラメトリックスピーカを提供する。【解決手段】２個のスピーカＳＰ１，ＳＰ２は、それぞれ、半導体基板１０と、半導体基板１０の表面に設けられた断熱層１１と、断熱層１１における半導体基板１０と反対側の面に設けられ入力された電気信号に応じて発熱する薄膜状の発熱体１２とで構成され、発熱体１２の発熱による媒質の膨張及び収縮で超音波を発生させる超音波発生器１を備える。一方のスピーカＳＰ１の超音波発生器１は固定周波数出力手段３により駆動され、固定の基準周波数の超音波を発生する。他方のスピーカＳＰ２の超音波発生器１は変調周波数出力手段６により駆動され、基準周波数と可聴音の周波数とを合成した周波数の超音波を出力する。而して、スピーカＳＰ１，ＳＰ２からそれぞれ出力される超音波の差音により可聴音を発生させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　基板、該基板の表面の少なくとも一部に設けられた基板よりも熱伝導率が小さい断熱層、及び断熱層における基板と反対側の面に設けられ入力された電気信号に応じて発熱する薄膜状の発熱体からなり、発熱体の発熱による媒質の膨張及び収縮で超音波を発生させる１乃至複数の超音波発生手段と、前記１乃至複数の超音波発生手段から、差音の周波数が可聴域となるような周波数の異なる複数の超音波を発生させるための電気信号を生成する信号生成手段とを備えて成ることを特徴とする超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項２】
　上記断熱層が多孔質層からなることを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項３】
　上記基板は半導体基板であって、該半導体基板及び上記多孔質層がそれぞれシリコンからなることを特徴とする請求項２記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項４】
　前記信号生成手段は、可聴音の周波数を解析して基本周波数の超音波を変調した電気信号を生成する周波数解析・合成手段と、入力信号に基づいて前記超音波発生手段を駆動する変調周波数出力手段とを備え、超音波発生手段から出力される超音波の波形が周波数解析・合成手段で生成された電気信号の波形と略同じ波形になるように、周波数解析・合成手段で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段に出力する補正手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項５】
　前記補正手段を、周波数解析・合成手段で生成された電気信号をバイアスして正の値とするバイアス手段と、バイアス手段の出力の平方根を補正信号として変調周波数出力手段に出力する平方根出力手段とで構成したことを特徴とする請求項４記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項６】
　前記信号生成手段は、可聴音の周波数を解析して基本周波数の超音波を変調した電気信号を生成する周波数解析・合成手段と、入力信号に基づいて前記超音波発生手段を駆動する変調周波数出力手段とを備え、媒質の非線形性によって発生する高調波成分を低減するように周波数解析・合成手段で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段に出力する非線形波生成手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項７】
　前記非線形波生成手段は、周波数解析・合成手段で生成された電気信号から可聴音の高調波成分を除去した信号を補正信号として出力することを特徴とする請求項６記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項８】
　前記超音波発生手段は、前記基板に設けた前記断熱層の表面に複数の前記発熱体をアレイ状に配置して構成されており、前記信号生成手段に、前記超音波発生手段から出力される超音波が所望の位置で収束するように当該超音波発生手段の備える個々の発熱体に出力する電気信号を個別に位相制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項９】
　前記超音波発生手段から出力される超音波を反射して所望の位置で収束させる凹面形状の反射部材を、当該超音波発生手段からレイリー長以内に配置したことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項１０】
　前記信号生成手段から前記発熱体に出力される電気信号の振幅を調整する振幅調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項１１】
　前記基板に設けた前記断熱層の表面に複数の前記発熱体がアレイ状に配置して構成された前記超音波発生手段を複数備え、前記信号生成手段に、各超音波発生手段から出力される超音波の方向を制御するために、各超音波発生手段の備える個々の発熱体に出力する電気信号を個別に位相制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【請求項１２】
　前記超音波発生手段から出力される超音波のレイリー長を表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波パラメトリックスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、超音波パラメトリックスピーカに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来より、互いに異なる周波数の強力な超音波を発生する２台のスピーカを備えた超音波パラメトリックスピーカが提供されている。２台のスピーカから、互いに周波数の異なる強力な超音波を発生させると、２つの超音波が媒質（例えば空気）の非線形性によって干渉を起こし、これらの周波数の和と差の周波数をもつ波が発生する。ここで、差の周波数をもつ波が可聴域になるように、２台のスピーカから出力される超音波の周波数を設定しておけば、差の周波数の波が可聴域になり、発生した可聴音を聞くことができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
　従来の超音波パラメトリックスピーカでは、超音波の発生源として共振型の振動子を用いており、強力な超音波を発生させるためには共振点で駆動する必要があるから、発生する超音波の周波数が略固定されてしまい、それらの和と差の周波数も略固定されていた。したがって、生成される可聴音の周波数も略固定されることになる。
【０００４】
　例えば共振周波数が約３０ｋＨｚの振動子を用いる場合に、音圧は下がるものの２９ｋＨｚ或いは３１ｋＨｚの超音波が出せたとすると、約２ｋＨｚの周波数範囲で可聴音が出せることになる。しかしながら、人間の可聴域は２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚと言われ、約２０ｋＨｚの周波数レンジを有しているので、共振型の振動子で出せる可聴音の周波数レンジはその１０％程度であった。
【０００５】
　また従来より、特許文献２に示されるように、超音波の発生源として、発熱体の発熱で媒質を膨張及び収縮させることで、超音波を発生させるものも提案されているが、このような圧力波発生装置を用いた超音波パラメトリックスピーカは存在しなかった。
【特許文献１】特開平３−２５２２９９号公報（第１頁−第２頁）
【特許文献２】特開平１１−３００２７４号公報（段落番号［０００９］−［００１１］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　上述した従来のパラメトリックスピーカでは、超音波を発生させるために共振型の振動子を用いており、その周波数レンジが人間の可聴域の１０％程度であるから、一般のスピーカのように人間の可聴域をカバーする任意の周波数の可聴音を発生させるためには、共振周波数の異なる振動子を複数設置することになり、スピーカのサイズが大きくなって、製造コストが高くなるという問題があった。また、音圧の大きな超音波を発生させるために、共振周波数が同一の振動子を複数配置することも考えられるが、振動子の数が増えるので、スピーカのサイズが大きくなり、製造コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
　本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型で低コストの超音波パラメトリックスピーカを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板、該基板の表面の少なくとも一部に設けられた基板よりも熱伝導率が小さい断熱層、及び断熱層における基板と反対側の面に設けられ入力された電気信号に応じて発熱する薄膜状の発熱体からなり、発熱体の発熱による媒質の膨張及び収縮で超音波を発生させる１乃至複数の超音波発生手段と、１乃至複数の超音波発生手段から、差音の周波数が可聴域となるような周波数の異なる複数の超音波を発生させるための電気信号を生成する信号生成手段とを備えて成ることを特徴とする。
【０００９】
　請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記断熱層が多孔質層からなることを特徴とする。
【００１０】
　請求項３の発明は、請求項２の発明において、上記基板は半導体基板であって、該半導体基板及び上記多孔質層がそれぞれシリコンからなることを特徴とする。
【００１１】
　請求項４の発明は、請求項１の発明において、信号生成手段は、可聴音の周波数を解析して基本周波数の超音波を変調した電気信号を生成する周波数解析・合成手段と、入力信号に基づいて超音波発生手段を駆動する変調周波数出力手段とを備え、超音波発生手段から出力される超音波の波形が周波数解析・合成手段で生成された電気信号の波形と略同じ波形になるように、周波数解析・合成手段で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段に出力する補正手段を設けたことを特徴とする。
【００１２】
　請求項５の発明は、請求項４の発明において、補正手段を、周波数解析・合成手段で生成された電気信号をバイアスして正の値とするバイアス手段と、バイアス手段の出力の平方根を補正信号として変調周波数出力手段に出力する平方根出力手段とで構成したことを特徴とする。
【００１３】
　請求項６の発明は、請求項１の発明において、信号生成手段は、可聴音の周波数を解析して基本周波数の超音波を変調した電気信号を生成する周波数解析・合成手段と、入力信号に基づいて超音波発生手段を駆動する変調周波数出力手段とを備え、媒質の非線形性によって発生する高調波成分を低減するように周波数解析・合成手段で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段に出力する非線形波生成手段を設けたことを特徴とする。
【００１４】
　請求項７の発明は、請求項６の発明において、非線形波生成手段は、周波数解析・合成手段で生成された電気信号から可聴音の高調波成分を除去した信号を補正信号として出力することを特徴とする。
【００１５】
　請求項８の発明は、請求項１の発明において、超音波発生手段は、基板に設けた断熱層の表面に複数の発熱体をアレイ状に配置して構成されており、信号生成手段に、超音波発生手段から出力される超音波が所望の位置で収束するように当該超音波発生手段の備える個々の発熱体に出力する電気信号を個別に位相制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１６】
　請求項９の発明は、請求項１の発明において、超音波発生手段から出力される超音波を反射して所望の位置で収束させる凹面形状の反射部材を、当該超音波発生手段からレイリー長以内に配置したことを特徴とする。
【００１７】
　請求項１０の発明は、請求項１の発明において、信号生成手段から発熱体に出力される電気信号の振幅を調整する振幅調整手段を設けたことを特徴とする。
【００１８】
　請求項１１の発明は、請求項１の発明において、基板に設けた断熱層の表面に複数の発熱体がアレイ状に配置して構成された超音波発生手段を複数備え、信号生成手段に、各超音波発生手段から出力される超音波の方向を制御するために、各超音波発生手段の備える個々の発熱体に出力する電気信号を個別に位相制御する位相制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
　請求項１２の発明は、請求項１の発明において、超音波発生手段から出力される超音波のレイリー長を表示する表示手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
　従来のように共振型の振動子を用いる場合、強力な超音波を発生させるためには共振点で駆動する必要があるから、発生する超音波の周波数が固定され、その結果差音の周波数も固定されてしまうが、上述のように請求項１の発明では信号生成手段の生成した電気信号で発熱手段を駆動することにより、媒質を膨張、収縮させて、所望の周波数の超音波を発生させており、共振点がないから任意の周波数の強力な超音波を発生させることができる。したがって、所望の周波数の可聴音を発生させることができ、周波数変調も容易に行えるという効果がある。
【００２１】
　請求項２の発明では、多孔質層は熱伝導率が小さいため、発熱体から多孔質層への熱伝導が少なく、その結果、発熱体から媒質へ効率良く熱を伝導させることができ、より強力な超音波を発生させることができる。
【００２２】
　請求項３の発明では、半導体の製造プロセスを利用して容易に作製できるという効果がある。
【００２３】
　ところで、超音波発生手段では発熱体の発熱による媒質の膨張および収縮で超音波を発生させているので、発熱体の発する熱量すなわち音圧の変化は信号生成手段から入力される電気信号の二乗に比例し、出力される音の周波数は信号生成手段から入力される電気信号の周波数の２倍になるが、請求項４の発明では周波数解析・合成手段で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段に出力する補正手段を設けているので、超音波発生手段から出力される超音波の波形を、周波数解析・合成手段で生成された電気信号の波形と略同じ波形にすることができる。
【００２４】
　上述のように音圧の変化は信号生成手段から入力される電気信号の二乗に比例するのであるが、請求項５の発明では、平方根出力手段はバイアス手段の出力の平方根を補正信号として変調周波数出力手段に出力しているので、音圧の変化の周波数を周波数解析・合成手段で生成された電気信号の周波数と一致させることができる。またバイアス手段は周波数解析・合成手段で生成された電気信号をバイアスして、正の値に変換しているので、周波数解析・合成手段で生成された電気信号が負の値をとる場合でも、平方根出力手段によって平方根の値を補正信号として出力することができる。
【００２５】
　請求項６の発明では、非線形波生成手段が周波数解析・合成手段で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段に出力することによって、媒質の非線形性によって生成される可聴音の高調波成分を低減することができる。
【００２６】
　請求項７の発明では、非線形波生成手段が、周波数解析・合成手段で生成された電気信号から可聴音の高調波成分を除去した信号を補正信号として出力しているので、媒質の非線形性によって生成される可聴音の高調波成分を低減することができる。
【００２７】
　請求項８の発明では、基板に設けた断熱層の表面にアレイ状に配置された複数の発熱体に出力する電気信号を位相制御手段が個別に位相制御することによって、複数の発熱体から出力される超音波を所望の位置で収束させて、超音波が収束する位置での音圧を向上させることができる。
【００２８】
　請求項９の発明では、凹面形状の反射部材によって超音波発生手段から出力される超音波を反射して、所望の位置に収束させることで、超音波が収束する位置での音圧を向上させることができる。また超音波発生手段から出力される超音波は、レイリー長以内であれば略平面波で進行すると考えられるので、超音波発生手段からレイリー長以内に反射部材を配置することによって、超音波発生手段から出力される超音波が減衰することなく反射部材で反射させることができる。
【００２９】
　請求項１０の発明では、振幅調整手段によって、信号生成手段から発熱体に出力される電気信号の振幅を調整することで、超音波発生手段から出力される超音波の音圧を変化させ、媒質の非線形性によって生成される可聴音の音量を変化させることができる。
【００３０】
　請求項１１の発明では、各超音波発生手段の備える個々の発熱体に出力する電気信号を位相制御手段が個別に位相制御しているので、複数の超音波発生手段から出力される超音波の方向を制御して、媒質の非線形性によって可聴音が生成される領域を変化させることができる。したがって可聴音を聞かせる対象が移動する場合でも対象の動きに合わせて可聴音が生成される領域を移動させることができる。
【００３１】
　請求項１２の発明では、表示手段の表示をもとに、超音波発生手段の設置位置から超音波の進行方向に位置する壁などの反射体までの距離がレイリー長以上となるように超音波発生手段を設置することができ、媒質の非線形性によって生成される可聴音がレイリー長を超えた位置にある反射体で反射されたとしても、反射体による反射波は無指向性で分散されるためその音圧は低くなり、スピーカの指向性が損なわれるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
　以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】
　（実施形態１）
　本発明の実施形態１を図１〜図５に基づいて説明する。
【００３４】
　図１は超音波パラメトリックスピーカの概略構成図であり、超音波を発生する超音波発生器１とホーン２とでそれぞれ構成される２個のスピーカ（音源）ＳＰ１，ＳＰ２と、一方のスピーカＳＰ１の超音波発生器１を駆動して基本周波数（例えば４０ｋＨｚで固定）の超音波を発生させる固定周波数出力手段３と、可聴音の原音を記憶した原音記憶手段４と、原音の周波数を解析して基本周波数の超音波を変調する周波数解析・合成手段５と、周波数解析・合成手段５の出力に基づいて他方のスピーカＳＰ２の超音波発生器１を駆動し、周波数が可変の超音波を発生させる変調周波数出力手段６とで構成される。ここに、固定周波数出力手段３と原音記憶手段４と周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６とで、超音波発生手段たる超音波発生器１から差音の周波数が可聴域となるような周波数の異なる複数の超音波を発生させるための電気信号を生成する信号生成手段が構成される。
【００３５】
　超音波発生器１は図２及び図３に示すような構造を有し、シリコンのような半導体基板１０の表面の一部を陽極酸化することでナノ結晶構造を有するポーラスシリコンのような断熱層１１を形成し、断熱層１１における半導体基板１０と反対側の面に、外部から入力された電気信号に応じて発熱する薄膜状の発熱体１２を形成してある。また、半導体基板１０の表面には、発熱体１２の両端にそれぞれ接続された接続端子１３，１３が設けられている。なお、発熱体１２には、ジュール熱を発生するアルミニウムのような電気抵抗体を用いてあり、固定周波数出力手段３又は変調周波数出力手段６から接続端子１３，１３を介して入力される電気信号により駆動される。
【００３６】
　図４（ａ）は固定周波数出力手段３或いは変調周波数出力手段６から発熱体１２に入力される電気信号Ｖｓを示しており、発熱体１２に周波数が超音波域の電気信号を入力すると発熱体１２でジュール熱が発生する。なお、発熱体１２の熱容量は十分小さく、ジュール熱によって発熱体１２の温度が超音波域の周波数で変化するようになっている。発熱体１２は周囲の媒質である空気層と熱交換を行うので、発熱体１２近傍の空気層の温度Ｔが図４（ｂ）に示すように超音波域の周波数で変化する。この温度変化によって空気が膨張及び収縮を繰り返して、空気の粗密が発生し、図４（ｃ）に示すように入力された電気信号Ｖｓの２倍の周波数を有する超音波が発生する。ここで、半導体基板１０と発熱体１２との間にはポーラスシリコンのような多孔質層からなる断熱層１１を設けてあり、多孔質層は半導体基板１０に比べて熱伝導率が低いので、断熱層１１が存在しない場合に比べて発熱体１２の発生した熱が半導体基板１０側へ逃げるのを抑制できる。その結果、発熱体１２から媒質へ効率良く熱を伝導させることができ、より強力な超音波を発生させることができる。なお、半導体基板１０及び断熱層１１（多孔質層）はそれぞれシリコンからなり、既存の半導体の製造プロセスを利用して容易に製造することができる。
【００３７】
　ところで、２つのスピーカＳＰ１，ＳＰ２から、それぞれ異なる周波数ｆ１，ｆ２の２つの超音波（一次波）が出力されると、これらの超音波が空気の非線形性によって互いに干渉し、これらの和（ｆ１＋ｆ２）と差（ｆ１−ｆ２）の周波数を有する波（二次波）が発生する。したがって、周波数ｆ１，ｆ２の差（ｆ１−ｆ２）が可聴域となるように、それぞれのスピーカＳＰ１，ＳＰ２から出力される超音波の周波数を設定すれば、可聴音を発生させることができる。
【００３８】
　本実施形態では２つのスピーカＳＰ１，ＳＰ２の内、一方のスピーカＳＰ１の超音波発生器１を固定周波数出力手段３により駆動しており、スピーカＳＰ１から基本周波数ｆ１（例えば４０ｋＨｚで固定）の超音波を発生させている。また、他方のスピーカＳＰ２の超音波発生器１は変調周波数出力手段６により駆動されており、周波数ｆ２が例えば４０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲で可変の超音波を発生させている。
【００３９】
　例えば、原音記憶手段４に周波数が１００Ｈｚ、２ｋＨｚ、及び１５ｋＨｚの可聴音の信号が記憶されている場合、周波数解析・合成手段５は原音記憶手段４に記憶されている可聴音の信号と基本周波数ｆ１の信号とを合成して、４０．１ｋＨｚ、４２ｋＨｚ、及び５５ｋＨｚの３種類の信号を生成し、その合成信号を変調周波数出力手段６に出力する。そして変調周波数出力手段６は、周波数解析・合成手段５から入力された信号に基づいて、スピーカＳＰ２の超音波発生器１を駆動し、スピーカＳＰ２から周波数が４０．１ｋＨｚと４２ｋＨｚと５５ｋＨｚの３つの超音波の合成波を出力させる。
【００４０】
　図１に示すようにスピーカＳＰ１から周波数ｆ１の超音波が出力されるエリアをＡ１、スピーカＳＰ２から周波数ｆ２の超音波が出力されるエリアをＡ２とすると、２つのエリアＡ１，Ａ２が重なる領域（図１中に斜線で示すエリアＡ３）では、２つの超音波の差音（周波数が（ｆ１−ｆ２）の音）と和音（周波数が（ｆ１＋ｆ２）の音）が発生する。ここに、スピーカＳＰ２から出力される超音波は基本周波数（４０ｋＨｚ）の信号と原音（可聴音）の周波数（１００Ｈｚ、２ｋＨｚ、１５ｋＨｚ）の信号とを合成した超音波であるから、スピーカＳＰ１から出力される基本周波数ｆ１の超音波とスピーカＳＰ２から出力される超音波との差音は可聴音となり、エリアＡ３では原音記憶手段４に記憶された周波数が１００Ｈｚ、２ｋＨｚ、及び１５ｋＨｚの可聴音が生成される。尚、可聴音の進行する方向は、スピーカＳＰ１，ＳＰ２の中点を通り、スピーカＳＰ１，ＳＰ２を結ぶ線分に対して略直交する方向Ｄ１となり、可聴音の進行方向に鋭い指向性を持たせることができる。
【００４１】
　上述のように本実施形態では、発熱体１２の発生するジュール熱によって、発熱体１２近傍の空気層に超音波域の周波数の温度変化を与え、空気層を膨張及び収縮させることで超音波を発生させており、従来のように共振型の振動子を用いていないので、任意の周波数の超音波を発生させることができ、人間の可聴域を１つの超音波発生器１でカバーすることができる。また共振型の振動子を用いる場合は、任意の周波数の超音波を発生するために共振周波数の異なる振動子を複数用意する必要があるが、本発明の超音波発生器１は任意の周波数の超音波を発生できるので、任意の周波数の超音波を発生させるために、超音波発生器１を複数用意する必要がなく、スピーカが大型化したり、製造コストがアップするのを防止できる。また、本発明の超音波発生器１から出力される音波の音圧を周波数を変化させて測定したところ、図５に示すような実験結果が得られ、インパルス動作では音圧が約１００Ｐａの超音波を発生できることが確認できたので、共振型の振動子を用いる場合のように音圧の大きな超音波を発生させるために、共振周波数が同一の振動子を複数配置する必要がなく、スピーカが大型化したり、製造コストがアップするのを防止できる。
【００４２】
　（実施形態２）
　本発明の実施形態２を図６に基づいて説明する。
【００４３】
　図６は超音波パラメトリックスピーカの概略構成図であり、超音波を発生する超音波発生器１とホーン２とで構成されるスピーカＳＰと、可聴音の原音を記憶した原音記憶手段４と、原音の周波数を解析して基本周波数（本実施形態では例えば４０ｋＨｚで固定）の超音波を変調する周波数解析・合成手段５と、周波数解析・合成手段５の出力に基づいてスピーカＳＰの超音波発生器１を駆動する変調周波数出力手段６とで構成される。ここに、原音記憶手段４と周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６とで、超音波発生手段たる超音波発生器１から差音の周波数が可聴域となるような周波数の異なる複数の超音波を発生させるための電気信号を生成する信号生成手段が構成される。尚、超音波発生器１は図２及び図３に示すような構造を有しており、実施形態１と同様の構造であるので、その説明は省略する。
【００４４】
　ここで、原音記憶手段４に周波数が１００Ｈｚ、２ｋＨｚ、及び１５ｋＨｚの可聴音が記憶されている場合、周波数解析・合成手段５は、原音記憶手段４に記憶されている原音の周波数と基本周波数とを合成し、４０．１ｋＨｚ、４２ｋＨｚ、及び５５ｋＨｚの信号を発生し、これらの信号と基本周波数（４０ｋＨｚ）の超音波を出力させる信号とを合成して、変調周波数出力手段６に出力する。そして、変調周波数出力手段６は、周波数解析・合成手段５から入力された信号をもとに超音波発生器１を駆動し、スピーカＳＰから４０．１ｋＨｚ、４２ｋＨｚ、及び５５ｋＨｚの超音波と基本周波数（４０ｋＨｚ）の超音波の合成波を出力させる。
【００４５】
　ここで、スピーカＳＰから異なる周波数ｆ１，ｆ２の２つの超音波（一次波）が出力されると、これらの超音波が空気の非線形性によって互いに干渉し、これらの和（ｆ１＋ｆ２）と差（ｆ１−ｆ２）の周波数を有する波（二次波）が発生する。
【００４６】
　したがって、スピーカＳＰから、周波数が４０．１ｋＨｚ、４２ｋＨｚ、及び５５ｋＨｚの超音波と基本周波数（４０ｋＨｚ）の超音波の合成波が出力されると、超音波が出力されるエリアＡ４で周波数の異なる複数の超音波が干渉して、これらの差音と和音が発生し、周波数が１００Ｈｚ、２ｋＨｚ、及び５ｋＨｚの原音（可聴音）が発生する。尚、発生した可聴音は、超音波の出力方向と同一の方向（図中の矢印Ｄ２）に進行するので、可聴音の進行方向に鋭い指向性を持たせることができる。
【００４７】
　上述のように本実施形態では、１つのスピーカＳＰから、差音の周波数が可聴域となるような周波数の異なる複数の超音波を発生させており、出力された超音波が空気の非線形性によって互いに干渉することで、可聴音を発生させているので、実施形態１に比べてスピーカ（音源）の数を少なくできるという利点がある。
【００４８】
　（実施形態３）
　本発明の実施形態３を図７及び図８に基づいて説明する。本実施形態では、上述した実施形態１の超音波パラメトリックスピーカにおいて、周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６との間に周波数補正手段７を設けている。周波数補正手段７は、超音波発生器１から出力される超音波の波形が周波数解析・合成手段５で生成された電気信号の波形と略同じ波形となるように、周波数解析・合成手段５で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段６に出力するものであり、周波数解析・合成手段５で生成された電気信号波形（電圧波形）にバイアス電圧を加えて正の値とするバイアス電圧加算回路７ａと、バイアス電圧加算回路７ａの出力の平方根を補正信号として変調周波数出力手段６に出力する平方根回路７ｂとで構成される。尚、周波数補正手段７以外の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００４９】
　ところで実施形態１で説明したように超音波発生器１では、発熱体１２に電気信号を印加し、発熱体１２の発生するジュール熱によって、発熱体１２近傍の空気層に温度変化を与え、空気層を膨張、収縮させることで超音波を発生させている。ここで、発熱体１２の抵抗値をＲ、発熱体１２に印加する電圧をＶ１とすると、発熱体１２で発生する熱量Ｗは以下の式（１）で求められる。
【００５０】
　　　Ｗ＝Ｖ１2／Ｒ　…（１）
　この式（１）から明らかなように、発熱体１２で発生される熱量Ｗは電圧Ｖ１の二乗に比例するので、超音波発生器１から出力される超音波の音圧変化も電圧Ｖ１の二乗に比例することになる。
【００５１】
　ここで、発熱体１２に印加する電圧Ｖ１の振幅をＡとして、電圧Ｖ１＝Ａｓｉｎθと表すと、熱量Ｗは以下の式（２）で表される。
【００５２】
　　　Ｗ＝（Ａｓｉｎθ）2／Ｒ＝Ａ2（１−ｃｏｓ２θ）／２Ｒ　…（２）
　つまり、超音波発生器１から出力される超音波の周波数は、発熱体１２に印加される電圧信号Ｖ１の周波数の２倍の周波数となってしまう。
【００５３】
　したがって、周波数補正手段７では、原音記憶手段４に記憶された可聴音をそのままの音で再生できるように、周波数解析・合成手段５で生成された電圧信号Ｖ１にバイアス電圧Ｖｂを加算して正の値とした後、平方根をとることで補正信号（＝（Ｖ１−Ｖｂ）１／２）を求めている。なお図８（ａ）〜（ｃ）は各部の波形図を示し、同図（ａ）は周波数解析・合成手段５で生成された電圧信号Ｖ１の波形図、同図（ｂ）はバイアス電圧加算回路７ａの出力信号の波形図、同図（ｃ）は平方根回路７ｃの出力信号の波形図である。
【００５４】
　そして、周波数補正手段７で生成された補正信号に基づいて変調周波数出力手段６が発熱体１２を駆動すると、発熱体１２の発生する熱量Ｗ（すなわち超音波の音圧変化）は変調周波数出力手段６からの入力信号の二乗に比例するので、式（１）より熱量Ｗ＝（Ｖ１−Ｖｂ）／Ｒとなって、出力される超音波の波形を元の電気信号Ｖ１の波形に戻すことができる。つまり周波数補正手段７の平方根回路７ｂが平方根をとることで、発熱体１２の発熱によって超音波に変換されたときに、超音波の波形を周波数解析・合成手段５で生成された電気信号の波形と略同じ波形（すなわち周波数）に戻すことができる。また電圧Ｖ１をＶ１＝Ａｓｉｎθと表した場合、位相によって電圧Ｖ１の値は正又は負の値をとることがあり、電圧Ｖ１の値が負の場合には平方根回路７ｂで平方根を求めることができないので、バイアス電圧加算回路７ａが周波数解析・合成手段５で生成された電圧信号Ｖ１にバイアス電圧Ｖｂを加算して正の値とした後、平方根回路７ｂが平方根を求めることで補正信号を求めて、変調周波数出力手段６に出力している。
【００５５】
　尚、本実施形態では実施形態１において周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６との間に周波数補正手段７を追加しているが、実施形態２において周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６との間に周波数補正手段７を設けても良く、上述と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
　ところで、実施形態１又は２ではコンパクトディスクなどの記録媒体（原音記憶手段４）に録音された音楽をＤ／Ａ変換した後、増幅して、超音波発生器１に出力していたが、増幅の際にノイズ成分も同時に増幅されるため、音質が悪化する要因となっていた。そこで、実施形態１又は２において周波数解析・合成手段５で生成されたアナログ電気信号を、ノイズの影響を受けにくいデジタル信号に一旦変換し、変調周波数出力手段６においてデジタル信号の状態で増幅した後、アナログ信号に戻すパルス変調を行うようにしても良く、このようなパルス変調を行うことによってノイズ成分を低減することができる。
【００５７】
　（実施形態４）
　本発明の実施形態４を図９に基づいて説明する。本実施形態では、上述した実施形態１の超音波パラメトリックスピーカにおいて、周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６との間に、空気（媒質）の非線形性によって発生する高調波成分を抑制するように周波数解析・合成手段５で生成された電気信号を補正した信号を変調周波数出力手段６に出力する非線形波生成手段８を設けている。尚、非線形波生成手段８以外の構成は実施形態１と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。
【００５８】
　ところで実施形態１で説明したように超音波発生器１では、発熱体１２に電気信号を印加し、発熱体１２の発生するジュール熱によって、発熱体１２近傍の空気層に温度変化を与え、空気層を膨張、収縮させることで超音波を発生させている。図９に示すように２つの超音波発生器１，１から異なる周波数の超音波Ｗ１，Ｗ２を出力させると、２つの超音波Ｗ１，Ｗ２が重なり合うエリアＡ３では、超音波Ｗ１，Ｗ２が干渉してうなりが発生する。そして、このエリアＡ３における音圧が特定値以上（例えば１２０ｄＢ以上）であれば、空気の非線形性によって超音波の歪みが進行し、この歪み波に対する自己復調効果によって超音波の包絡線成分すなわち可聴音成分を復調している。この時同時に超音波がのこぎり波状に歪む現象が発生し（図９のＷ３）、この結果高調波成分が発生して、音質が低下するのであるが、本実施形態では非線形波生成手段８が、周波数解析・合成手段５で生成された電気信号から可聴音の高調波成分を予め差し引いておくことで、超音波の歪みが進行したとしても、高調波成分の発生を抑制することができる。
【００５９】
　尚、本実施形態では実施形態１において周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６との間に非線形波生成手段８を追加しているが、実施形態２において周波数解析・合成手段５と変調周波数出力手段６との間に非線形波生成手段８を設けても良く、上述と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
　ところで上述したように媒質（例えば空気）の非線形性によって超音波を歪ませる条件の１つとして、超音波の音圧が一定値以上（例えば１２０ｄＢ以上）となることが必要であり、そのため超音波発生器１から効率良く超音波を放射させ、且つ、一定値以上の音圧が得られる領域を発生させる必要がある。
【００６１】
　そこで、上述の各実施形態において、図１０に示すように先端ほど断面積が小さくなるような形状のホーン２’を超音波発生器１に取り付けても良く、ホーン２’内で超音波が通過する部位の断面積を先端に行くほど徐々に小さくすることで、超音波が伝搬している空気が圧縮されるから、音圧の向上を図ることができる。
【００６２】
　また、一般に振動面が媒質に音波を放射するときには、振動面は媒質からの反作用を受けて、音が発生するのであるが、矩形の振動面の場合に振動面の一辺の長さが超音波の波長よりも小さくなると、振動面が振動しても振動面の周りの空気がすぐ横に逃げ、媒質に対する抵抗が無くなると、振動面の振動が仕事にならず、媒質（空気）にうまく伝わらなくなって、音の発生効率が悪化する。そこで、上述の各実施形態において、発熱体１２を円形若しくは矩形の形状に形成した場合に、発熱体１２の直径若しくは短辺の長さを超音波の波長よりも大きくすることが望ましく、このような寸法に設定することで発熱体１２から効率良く超音波を放射させることができる。
【００６３】
　また上述の各実施形態において、超音波発生器１に同じ電力量の電気信号を印加する場合、発熱体１２の面積を小さくすると、電力集中が発生して音圧が向上するという利点がある。ここで、電力集中を発生させるために発熱体１２のサイズを小さくした結果、発熱体１２の短辺の長さが超音波の波長よりも短くなると、振動が媒質（空気）にうまく伝わらなくなるので、発熱体１２のサイズを小さくする際には、発熱体１２のサイズを超音波の波長よりも小さくするとともに、先端に行くほど断面積が大きくなるような形状のホーン２を超音波発生器１に取り付けることが望ましく、超音波を効率良く放射させることができる。
【００６４】
　（実施形態５）
　本発明の実施形態５を図１１及び図１２に基づいて説明する。本実施形態では、上述の実施形態２において、基板１０に設けた断熱層１１の表面に９個の発熱体１２ａ，１２ｂ…１２ｉを３×３のアレイ状に形成してあり、変調周波数出力手段６で生成された電気信号の位相を制御して個々の発熱体１２ａ，１２ｂ…に個別に入力する位相制御回路９ａ，９ｂ…を信号生成手段に付加してある。尚、図１１及び図１２（ｂ）では図示を簡単にするために、発熱体１２ａ…および位相制御回路９ａ…の一部のみを省略して図示してある。また超音波パラメトリックスピーカの基本的な構成は実施形態２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００６５】
　ここで、各々の位相制御回路９ａ…は、超音波発生器１から出力される超音波が所望の位置で収束するように超音波発生器１の備える個々の発熱体１２ａ…に出力する電気信号を個別に位相制御している。例えば図１２（ｂ）に示すように、位相制御回路９ａ〜９ｃが一列に並んだ３個の発熱体１２ａ〜１２ｃの内、両側の発熱体１２ａ，１２ｃに出力する電気信号を同位相、中央の発熱体１２ｂに出力する電気信号を発熱体１２ａ，１２ｃとは異なる位相に制御すると、発熱体１２ａから出力される超音波波形のピーク位置を結んでできる円Ｃ１の半径と、発熱体１２ｃから出力される超音波波形のピーク位置を結んでできる円Ｃ３の半径とは同じ半径になるが、これらの円Ｃ１，Ｃ３の半径と発熱体１２ｂから出力される超音波波形のピーク位置を結んでできる円Ｃ２の半径とは異なる半径になる。そして、発熱体１２ａ，１２ｂ，１２ｃからそれぞれ出力される超音波波形のピーク位置を結んでできる円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が３つとも交差する位置（図１２（ｂ）中の領域Ｅ）が超音波の収束する領域となり、この領域Ｅでの音圧を高めることができる。すなわち位相制御回路９ａ…が各発熱体１２ａ…に出力する電気信号の位相を制御することによって、各発熱体１２ａ…から出力される超音波が収束する領域を制御し、所望の領域における超音波の音圧を高めることができる。
【００６６】
　尚、上述した実施形態１において、超音波発生器１から出力される超音波が所望の位置で収束するように超音波発生器１の備える個々の発熱体１２ａ…に出力する電気信号を個別に位相制御する位相制御回路を付加しても良く、上述と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
　（実施形態６）
　本発明の実施形態６を図１３に基づいて説明する。本実施形態では、上述の実施形態１又は２において、超音波発生器１から出力される超音波を反射して所望の位置で収束させる凹面形状の反射部材１４を、超音波発生器１からレイリー長以内に配置している。尚、反射部材１４以外は実施形態１又は２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、図示及び説明は省略する。
【００６８】
　ところで、一般的に音源の面積をＳ、放射される音の波長をλとすると、音源からＲ＝Ｓ／λで求められる距離Ｒ（この距離をレイリー長と言う）までは、音波が略平面波で進行して、音圧も減衰せずに略一定となり、音源からの距離が距離Ｒを超えると、球面拡散によって音圧が音源からの距離に反比例して距離減衰する。したがって、音源から放射される超音波が一定値以上の音圧を維持している領域は略レイリー長以内であると考えられるので、超音波発生器１からレイリー長Ｒ以内の距離Ｌ（Ｌ＜Ｒ）に反射部材１４を配置することで、超音波発生器１から出力された超音波が距離減衰する前に反射部材１４で反射させることができ、反射部材１４で反射された超音波を所望の位置に略収束させ、収束位置における超音波の音圧を向上させることができる。
【００６９】
　なお本実施形態では超音波発生器１から出力された超音波を、超音波発生器１からレイリー長Ｒ以内の位置に配置した凹面形状の反射部材１４で反射することによって、超音波を所望の領域に収束させているが、図１４に示すように基板１０の表面を放物線状に湾曲する凹面形状に形成するとともに、この放物面に断熱層１１を形成して、断熱層１１の表面に複数個（例えば４個）の発熱体１２を形成することで、各々の発熱体１２から出力された超音波を放物線の焦点付近で収束させて、収束位置における超音波の音圧を向上させるようにしても良い。
【００７０】
　ところで、上述のように音源からＲ＝Ｓ／λで求められる距離Ｒ（レイリー長）までは音波が略平面波で進行して、音圧も減衰せずに略一定となり、音源からの距離が距離Ｒを超えると、球面拡散によって音圧が音源からの距離に反比例して距離減衰するので、一定値以上の音圧が得られる距離Ｒ（レイリー長）を長くとるためには、音源の面積Ｓを大きくすることが望ましい。
【００７１】
　ここで、超音波発生器１の面積を大きくするために、従来は図１５（ａ）に示すように複数個の円形の圧電振動子２０をハニカム状に密に配列し、各圧電振動子２０から出力される超音波を合成することで、複数個の圧電振動子２０の総面積と略同じ面積を有する単一の圧電振動子で近似される超音波を生成していたが、各圧電振動子２０が円形の場合は隣接する圧電振動子２０の間に隙間２１ができ、合成された超音波の波形に歪が発生する。そのため、図１５（ｂ）に示すように複数個の矩形の発熱体１２をアレイ状に配設して超音波発生器１を構成するのが好ましく、発熱体１２を隙間無く密に配列できるので、合成された超音波の波形に歪ができるのを抑制している。また図１５（ｃ）に示すように各発熱体１２に開口部が円形のホーン２ｂを取り付けた場合は、ホーン２ｂの間に隙間２２ができて、合成された超音波の波形に歪が発生するため、図１５（ｄ）に示すように開口部の形状が方形のホーン２ａを各発熱体１２に取り付けるのが好ましく、ホーン２ａを隙間なく密に配列できるので、合成された超音波の波形に歪が発生するのを抑制することができる。
【００７２】
　（実施形態７）
　本発明の実施形態７を図１６に基づいて説明する。本実施形態では、上述の実施形態２において、変調周波数出力手段６から発熱体１２に出力される電気信号の振幅を調整する振幅調整手段１５を設けてある。尚、振幅調整手段１５以外の構成は実施形態２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００７３】
　上述のように本スピーカでは超音波発生器１から周波数の異なる超音波を出力させており、超音波が空気の非線形性によって干渉を起こして歪み、この歪み波に対する自己復調効果によって超音波の包絡線成分すなわち可聴音成分を復調しており、超音波発生器１から出力される超音波の音圧と、自己復調効果によって得られる可聴音の音圧とは比例している。本実施形態では振幅調整手段１５を用いて変調周波数出力手段６から発熱体１２に出力される電気信号の振幅を制御しており、発熱体１２から出力される超音波の音圧を変化させることで、空気の非線形性によって生成される可聴音の音量を調整することができる。尚、上述した実施形態１において、信号生成手段から発熱体１２に出力される電気信号の振幅を調整する振幅調整手段１５を設けても良く、上述と同様に振幅調整手段１５によって可聴音の音量を調整することができる。
【００７４】
　ところで上述の各実施形態では超音波発生器１から周波数の異なる超音波を出力させ、これらの超音波が互いに干渉し、媒質（空気）の非線形性によって超音波の歪みが進行し、この歪み波に対する自己復調効果によって超音波の包絡線成分すなわち可聴音成分を復調しているのであるが、空気の非線形性によって超音波を歪ませる条件としては超音波の音圧の他に、超音波発生器１の放射面の面積と超音波の周波数とがあり、互いの相互関係によって超音波の歪みの程度や、超音波の歪みによって生成される可聴音の音圧が決定される。
【００７５】
　そこで、図１７に示すように、上述の実施形態２において、基板１０に設けた断熱層１１の表面に複数個の発熱体１２ａ，１２ｂ，１２ｃをアレイ状に配置し、各々の発熱体１２ａ〜１２ｃへの電気信号の出力を個別に入／切するためのスイッチＳＷａ〜ＳＷｃを設けても良く、スイッチＳＷａ…を用いて通電する発熱体１２ａ…を選択することで、超音波を出力できる領域（放射面）の外形面積、すなわち通電する発熱体１２ａ…の数を可変にして、超音波の音圧を変化させることができ、その結果空気の非線形性によって生成される可聴音の音量を調整することができる。
【００７６】
　（実施形態８）
　本発明の実施形態８を図１８及び図１９に基づいて説明する。本実施形態では、上述した実施形態１において、基板１０に設けた断熱層１１の表面に複数個（例えば４個）の発熱体１２ａ〜１２ｄを２×２のアレイ状に形成してある。そして、実施形態５と同様に変調周波数出力手段６又は固定周波数出力手段３で生成された電気信号の位相を制御して個々の発熱体１２ａ…に個別に入力する位相制御回路９ａ…を信号生成手段に付加してある（図１１参照）。尚、超音波パラメトリックスピーカの基本的な構成は実施形態１又は５と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、その説明は省略する。
【００７７】
　ここで、各々の位相制御回路９ａ…が発熱体１２ａ…に出力する電気信号の位相を変化させることによって、超音波発生器１から出力される超音波の進行方向を変化させることができる。例えば２つの発熱体１２ａ，１２ｂの配列方向と平行し、基板１０の表面と略直交する平面内では、発熱体１２ａ，１２ｂに出力する電気信号の位相が同位相であれば、発熱体１２ａ，１２ｂの中点を通り、発熱体１２ａ，１２ｂを結ぶ線分に対して略垂直な方向Ｄ３に超音波が進行する（図１８（ｂ）参照）。一方、発熱体１２ａ，１２ｂに出力する電気信号の位相が異なっていれば、斜め前方の方向Ｄ４に超音波が進行する（図１８（ｃ）参照）。
【００７８】
　本実施形態では図１９（ａ）（ｂ）に示すように複数個の発熱体１２ａ…がアレイ状に配設された超音波発生器１，１を２つ備えており、各々の超音波発生器１，１において各位相制御回路９ａ…が発熱体１２ａ…に出力する電気信号の位相を制御することによって、各々の超音波発生器１，１から出力される超音波の方向を制御し、超音波が交差する領域Ｆ１，Ｆ２を変化させることができる。ここで、各々の超音波発生器１，１から出力される超音波が交差する領域において、波の重ね合わせで空気の非線形性が得られる音圧（例えば１２０ｄＢ）以上まで上昇するように、各発熱体１２ａ…から出力される超音波の音圧を調整しているので、各々の超音波発生器１，１から出力される超音波の進行方向を制御することによって、可聴音の発生する領域Ｆ１，Ｆ２を変化させることができ、可聴音を聴かせる人などの対象が移動する場合でも対象の動きに合わせて可聴音が生成される領域を移動させることができる。
【００７９】
　なお一般的にスピーカの指向性は音の放射面の面積に依存し、この面積が大きいほど指向性が鋭くなる。したがって図２０（ａ）（ｂ）に示すように各々の超音波発生器１，１において、基板１０に設けた断熱層１１の表面に複数個の発熱体１２ａ〜１２ｃをアレイ状に配置し、図１７に示したような方法で通電する発熱体１２ａ〜１２ｃを選択することによって、超音波を出力できる領域（放射面）の外形面積を変化させるようにしても良く、放射面の外形面積を変化させることで超音波発生器１，１から送波される超音波の指向性、すなわち超音波の広がり角を変化させることができる。そして、超音波の広がり角を制御することで、超音波発生器１，１から送波される超音波が交差する領域の大きさを変化させて、可聴音が生成される範囲を変化させることができる。例えば図２０（ａ）に示すように各々の超音波発生器１，１において２個の発熱体１２ａ，１２ｂに通電する場合は、図２０（ｂ）に示すように１個の発熱体１２ａのみに通電する場合に比べて超音波の広がり角が小さくなるので（θ１＜θ３，θ２＜θ４）、超音波発生器１，１から送波される超音波が交差する領域が狭くなり、その結果可聴音が生成される範囲がＧ２からＧ１に狭くなる。このように、放射面の外形面積を変化させることで超音波発生器１，１から送波される超音波の指向性、すなわち超音波の広がり角を変化させて、可聴音が生成される範囲を変化させることができ、可聴音を聴く人が複数いる場合には可聴音が生成される範囲を広げることで対応できる。
【００８０】
　（実施形態９）
　本発明の実施形態９を図２１及び図２２に基づいて説明する。尚、超音波パラメトリックスピーカの基本的な構成は上述した実施形態１又は２と同様であるので、共通する構成要素には同一の符号を付して、図示及び説明は省略する。
【００８１】
　ところで、超音波発生器１から送波される超音波の初期音圧が、空気の非線形性が得られる特定値以上（例えば１２０ｄＢ以上）の音圧である場合、超音波発生器１からの距離がレイリー長以下であれば初期音圧が維持されるため、レイリー長以内の領域では空気の非線形性によって超音波が干渉を起こして歪みが発生し、この歪み波に対する自己復調効果によって超音波の包絡線成分すなわち可聴音成分が復調される。この領域（可聴音発生領域）の幅は狭く、指向角は２０°程度と鋭くなっており、領域内で生成される可聴音の音圧は高くなっている。
【００８２】
　ここで、図２１（ｂ）に示すように可聴音発生領域Ｈ１内に壁面のような可聴音の反射体２３が存在すると、可聴音発生領域Ｈ１内で生成された可聴音が反射体２３によって反射されて、可聴音の指向性が損なわれてしまう。一方、図２１（ａ）に示すように可聴音の反射体２３が可聴音発生領域Ｈ２の領域内には存在せず、可聴音発生領域Ｈ２の外側（すなわち超音波発生器１からレイリー長Ｒ以上の距離）に存在する場合は、可聴音発生領域Ｈ２で生成された可聴音が反射体２３で反射されたとしても、反射体２３による反射波は無指向性で分散されるため、反射波の音圧は低く、可聴音の指向性が損なわれることはない。
【００８３】
　したがって、超音波発生器１にレイリー長が記載された表示ラベル（図示せず）を貼着するなどして、レイリー長を表示しておけば、ユーザは表示ラベルの表示を見て、超音波発生器１の設置位置から超音波の放射方向Ｄ５の正面に存在する壁などの反射体までの距離がレイリー長Ｒ以上になるように、超音波発生器１の設置位置を決定することができ、可聴音発生領域Ｈ２の領域内に可聴音の反射物体２３が存在しないように超音波発生器１を設置することで、壁などの反射体による可聴音の反射の影響を低減し、可聴音の指向性が損なわれるのを防止できる。
【００８４】
　ところでレイリー長Ｒは音源の面積をＳ、音の波長をλとすると、Ｒ＝Ｓ／λで表される。ここで、単一周波数の音を出力する場合には波長λも単一の長さなので、レイリー長Ｒは一定となるが、音声のように複数の周波数の音が存在する場合はレイリー長Ｒが最長となる音、つまり最大周波数の音の波長からレイリー長Ｒを求めることとする。上述のように表示ラベルでレイリー長を表示する場合は、原音の周波数に合わせてレイリー長Ｒの表示を変更することができないため、人間の耳で聴くことができる可聴音が約２０ｋＨｚまでということから、２０ｋＨｚを最大周波数としてこの時の波長λ＝１７ｍｍからレイリー長を求め、表示レベルに表示すれば良い。
【００８５】
　なお本実施形態ではレイリー長を記載した表示レベルで表示手段を構成しているが、表示手段を上記のものに限定する趣旨のものではなく、例えば液晶モニタのような表示装置を用い、周波数解析・合成手段５において原音に含まれる周波数の最大値を求め、最大周波数の音の波長からレイリー長Ｒを計算して、図示しない液晶モニタにレイリー長Ｒを表示するようにしても良い。この場合は原音に含まれる音の最大周波数からレイリー長Ｒを求めているので、レイリー長Ｒを正確に求めることができ、液晶モニタの表示をもとに可聴音発生領域Ｈ２の領域内に可聴音の反射物体２３が存在しないように超音波発生器１を設置することで、壁などの反射体による可聴音の反射を低減し、可聴音の指向性が損なわれるのを防止できる。
【００８６】
　また図２２に示すように、超音波の放射方向Ｄ５の正面に、超音波の指向角で決まる可聴音発生領域Ｈ２以上の大きさを有する可聴音吸収部材２４を、超音波発生器１からの距離がレイリー長Ｒ以上の位置に配置しても良く、可聴音発生領域Ｈ２で生成された可聴音がレイリー長Ｒを超えた位置に存在する反射体で反射されることによって無指向性の反射波が発生するのを軽減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施形態１の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図２】同上に用いる超音波発生器の断面図である。
【図３】同上に用いる超音波発生器の上面図である。
【図４】同上の動作を説明し、（ａ）は超音波発生器に入力される電気信号の波形図、（ｂ）は発熱体の近傍の空気層の温度を示す波形図、（ｃ）はスピーカから出力される音波の波形図である。
【図５】同上から出力される超音波の音圧の周波数特性である。
【図６】実施形態２の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図７】実施形態３の超音波パラメトリックスピーカを示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は要部のブロック図である。
【図８】同上の各部の波形図を示し、（ａ）は周波数解析・合成手段の出力波形、（ｂ）はバイアス電圧加算回路の出力波形、（ｃ）は平方根回路の出力波形である。
【図９】実施形態４の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図１０】同上の各実施形態に用いるホーンの外観斜視図である。
【図１１】実施形態５の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図１２】同上を示し、（ａ）は発熱体の配置を示した平面図、（ｂ）は超音波が収束する領域の説明図である。
【図１３】実施形態６の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図１４】同上の別の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図１５】（ａ）は従来の超音波発生器の概略図、（ｂ）は本実施形態の超音波発生器の概略図、（ｃ）（ｄ）は超音波発生器に取り付けるホーンの外観斜視図である。
【図１６】実施形態７の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図１７】同上の別の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【図１８】実施形態８の超音波パラメトリックスピーカを示し、（ａ）は発熱体の配置を示した平面図、（ｂ）（ｃ）は超音波の進行方向の説明図である。
【図１９】（ａ）（ｂ）は超音波の進行方向を制御することで可聴音が生成される領域を変化させる場合の説明図である。
【図２０】（ａ）（ｂ）は超音波の広がり角を調整することで可聴音が生成される領域を変化させる場合の説明図である。
【図２１】実施形態９の超音波パラメトリックスピーカを示し、（ａ）（ｂ）は反射部材による反射の影響を示した説明図である。
【図２２】同上の別の超音波パラメトリックスピーカの概略構成図である。
【符号の説明】
【００８８】
　１　　超音波発生器
　３　　固定周波数出力手段
　６　　変調周波数出力手段
　１０　半導体基板
　１１　断熱層
　１２　発熱体
　ＳＰ１，ＳＰ２　スピーカ
【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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