(57)【要約】【課題】高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成されるような電気音響変換器を得る。【解決手段】電気音響変換器１は、プリント基板２上に複数の超音波振動子３が設けられ、その外周が略円形状になるように配置されている。超音波振動子３ａは、超磁歪素子３ａが非磁性体のケース３ｂで覆われて構成されている。超磁歪素子３ａを取り囲むようにコイル３ｃが配置され、超磁歪素子３ａの両端部には磁気ヨーク３ｄが設けられている。非磁性体のケース３ｂの外部には共振板３ｅが、カプラ３ｆを介して超磁歪素子３ａに接続されている。また、超磁歪素子３ａは、バネ３ｇにより押さえられて非磁性体のケース３ｂにより支持されている。非磁性体のケース３ｂの下部には電気信号供給用端子ピン３ｈがリード線を介してコイル３ｃに接続されている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上に複数の超音波振動子を配置してなる電気音響変換器において、上記超音波振動子は、超磁歪素子と、該超磁歪素子を取り囲むように配置したコイルとを備えたことを特徴とする電気音響変換器。
【請求項２】
超磁歪素子は、ランタノイド元素の一種または二種以上と鉄属元素の一種または二種以上とで構成されるラーベス型の立方晶素材からなることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
【請求項３】
超磁歪素子に、添加元素としてＢ、Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌのうちの一種または二種以上を加えたことを特徴とする請求項２記載の電気音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可聴音を特定領域において指向性放射する電気音響変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスピーカーは、可聴音を特定領域のみ指向性放射するスピーカーであり、プリント基板上に複数の超音波振動子を配置し構成したものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のスピーカーでは、両面プリント基板の表面に、共振板を有する超音波振動子が取り付けられ、超音波振動子の＋極と−極とのそれぞれに接続されるリード線のうち、＋極に接続されるリード線は両面プリント基板の裏面に半田付けにより接続されている。
【０００３】
超音波振動子を備えた両面プリント基板は、その各四方に対して約２ｍｍ間隔で平面格子状に、かつその集合体が略円形状になるように配置され、全体で一つのスピーカーを構成している。当該スピーカーは、音圧レベルが低いことが問題点として知られているが、特許文献１では、これを解決するために、超音波振動子としての圧電セラミック素子などのたわみ振動による共振と、共振板自体の共振による共振または共鳴現象を利用している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−５８６００号公報（４頁、第１図）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスピーカーは、超音波振動子および共振板のそれぞれの共振を利用し、二つの共振周波数を一致させて超音波を放射するように構成されており、合成した共振そのものが極めて狭い周波数範囲のものである。このため、製造のばらつきによっては超音波再生周波数にばらつきを生じることとなり、複数の超音波振動子の合成音が低下し、その結果、自己復調された可聴周波数帯域の音圧が低下してしまうおそれがあるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成されるような電気音響変換器を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電気音響変換器は、プリント基板上に配置された複数の超音波振動子を、超磁歪素子とこれを取り囲むように配置したコイルとを備えるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１（ａ）はこの発明の実施の形態１による電気音響変換器の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）をＡ−Ａ線に沿って切断し矢印の方向に見たときの図である。図２は、図１（ａ）の超音波振動子の一素子を示す拡大断面図である。図３は電気音響変換器とこれを駆動する駆動装置との構成を示す説明図である。なお、断面を示すハッチングは一部分を除き省略してある。
【０００９】
電気音響変換器１は、プリント基板２上に複数の超音波振動子３が設けられ、その外周が略円形状になるように配置されて構成されている。
超音波振動子３は、超磁歪素子３ａが非磁性体のケース３ｂで覆われて構成されたものである。超磁歪素子は、通常の磁歪材料（例えばＦｅ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ系、等）と比較して、変化倍率が１００倍程度である磁歪材料として一般的に知られている。
【００１０】
ここでは、超磁歪素子３ａとして、ランタノイド元素Ｒの一種または二種以上と鉄属元素Ｔ（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）の一種または二種以上とで構成されるラーベス型の立方晶（ＲＴ２）素材から成るものを用いた。また、超磁歪素子３ａに、Ｂ、Ｎ、Ｃ、Ｆ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ａｓ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｂｉ、Ｐｏ、Ａｔ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌのうちの一種または二種以上を添加元素として加えても良い。
【００１１】
超磁歪素子３ａは、ここでは円柱状であり、これを取り囲むようにコイル３ｃが配置されている。超磁歪素子３ａはコイル３ｃにより生成される外部磁界の強弱で伸縮する。コイル３ｃは超磁歪素子３ａの周囲を取り囲むように配置されているため、磁界を均一に生成することができる。また、超磁歪素子３ａに磁界を加えた時の、素子の両端部に発生する反磁界に起因する、実質的な磁界の低下を抑えるため、超磁歪素子３ａの両端部に、磁気ヨーク３ｄが設けられている。
【００１２】
非磁性体のケース３ｂの外部に設けられた超音波を放射する共振板３ｅは、振動を伝達するカプラ３ｆを介して超磁歪素子３ａに接続されている。また、超磁歪素子３ａは、変位の制御のために設けられたバネ３ｇにより押さえられ、非磁性体のケース３ｂにより支持される形となっている。非磁性体のケース３ｂの下部には、外部からの電気信号を超磁歪素子３ａに入力するための電気信号供給用端子ピン３ｈが設けられており、リード線を介してコイル３ｃに接続されている。
【００１３】
次に、電気音響変換器１を動作させる駆動装置１０の説明をする。駆動装置１０は可聴音信号を生成する音源１１と、音響放射制御器１２と、増幅器１３とからなる。音響放射制御器１２は、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部１２ａと、音源１１が生成した可聴帯域信号と搬送波生成部１２ａが生成した搬送波とを乗算する乗算部１２ｂとからなり、搬送波を利用して可聴音信号の音響放射特性を制御するものである。
【００１４】
次に、動作について説明をする。
音源１１で生成した可聴音信号が音響放射制御器１２に入力される。搬送波生成部１２ａにより超音波帯域の搬送波が生成されて上述の音源１１から入力された可聴音信号に乗算部１２ｂで乗算され、乗算された信号は音響放射制御器１２から出力される。
音響放射制御器１２から出力された信号は増幅器１３に入力されて増幅され、多数の超音波振動子３のそれぞれに入力される。
【００１５】
各々の超音波振動子３の電気信号供給用端子ピン３ｈに、増幅器１３で増幅された電気信号が入力され、この入力された電気信号によりコイル３ｃ内に、電気信号に見合った磁界が発生し、その結果、超磁歪素子３ａが電気信号に見合った変位（振動）をする。ここでは、変位の方向は円柱状の超磁歪素子３ａの長手方向である。
【００１６】
超磁歪素子３ａの振動がカプラ３ｆを介し共振板３ｅを励振することで、共振板３ｅが共振振動する。この共振振動は、共振板３ｅを形成する材料物性と形状によって決まる特定の周波数において共振し、その周波数における振動に伴って高レベル（ここではおよそ１１０ｄＢ以上）の音圧が放射される。このようにして、音源１１に入力された可聴音が、電気音響変換器１から指向性放射される。
【００１７】
また、搬送波生成部１２ａが出力する信号の周波数を、超音波振動子３の共振周波数に一致させることにより、電気音響変換器１は、高レベルの超音波を再生することができる。すなわち、電気音響変換器１から再生される高レベル超音波の非線形現象により可聴音帯域の音波が生成される。
【００１８】
搬送波生成部１２ａが生成する搬送波は、電気音響変換器１の超音波振動子３から放射される際に超音波となって鋭い指向性を示すので、搬送波に乗算された可聴音信号も鋭い指向性で可聴音として放射される。超音波は非可聴音であるため、可聴音に乗算されても被監視側の聞き取りの邪魔になることがない。
【００１９】
図４は、超磁歪素子３ａを用いた超音波振動子３からなる、実施の形態１の電気音響変換器１の効果を示すためのグラフである。このうち図４（ａ）は、たわみ振動で共振する圧電素子からなる超音波振動子で構成される従来のスピーカーにおける、超音波振動子単体の音圧−周波数特性を調べた結果を示すグラフである。また、図４（ｂ）は実施の形態１の、電気音響変換器１の超音波振動子３単体の音圧−周波数特性を調べた結果を示すグラフである。これらのグラフは、縦軸に音圧（ｄＢ）、横軸に周波数（ｋＨｚ）をとって示してある。
【００２０】
以上の結果、超磁歪素子を用いた実施の形態１の超音波振動子３の音圧−周波数特性は、圧電素子のたわみ振動に依る共振を利用した従来の超音波振動子と比較して、広い範囲において得られることがわかる。このため、製造のばらつきによっては超音波再生周波数にばらつきを生じることがなく、複数の超音波振動子による超音波合成音が安定しているので音圧が低下することもない。
したがって、実施の形態１の電気音響変換器１は、安定した高音圧レベルの可聴音帯域の音波が生成されることがわかる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１の電気音響変換器１によれば、プリント基板上に配置された複数の超音波振動子を、超磁歪素子とこれを取り囲むように配置したコイルとを備えるように構成した。このように、電気音響変換器を構成する超音波振動子に超磁歪素子を用いたため、高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成されるという効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、プリント基板上に配置された複数の超音波振動子が、超磁歪素子とこれを取り囲むように配置したコイルとを備えるように電気音響変換器を構成したので、高レベルの音圧を保持する可聴周波数帯域の音波が安定して生成される電気音響変換器が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電気音響変換器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による超音波振動子の一素子を示す拡大断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電気音響変換器とこれを駆動する駆動装置との構成を示す説明図である。
【図４】超音波振動子単体における音圧−周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１  電気音響変換器、２  プリント基板、３  超音波振動子、３ａ  超磁歪素子、３ｂ  非磁性体のケース、３ｃ  コイル、３ｄ  磁気ヨーク、３ｅ  共振板、３ｆ  カプラ、３ｇ  バネ、３ｈ  電気信号供給用端子ピン、１０  駆動装置、１１  音源、１２  音響放射制御器、１２ａ  搬送波生成部、１２ｂ  乗算部、１３  増幅器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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