(57)【要約】【課題】製作の手間が少なく、組立精度が良好で、かつ集積効果を高めて音圧レベルの高い超指向性スピーカーを提供する。【解決手段】超音波振動子１３を構成する振動共振子１５を６角形状に形成するとともに、その６角形状の一辺が互いに平行になるようにして、複数の超音波振動子１３を１枚のプリント基板１１上にハニカム状にして蜜に配列させ集積効果を高め、超音波振動板１４からの不要放射を防ぐようにした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴音信号を生成する音源と、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部および前記音源が生成した可聴音信号に前記搬送波を加算する加算部からなり、前記搬送波を利用して前記可聴音信号の音響放射特性を制御する音響放射制御器を備え、該音響放射制御器によって前記音響放射特性が制御された可聴音信号が入力されて可聴音を放射する超指向性スピーカーにおいて、
超音波振動子を構成する共振要素の外形を多角形状に形成するとともに、その多角形状の一辺が互いに平行になるようにして、該複数の超音波振動子を１枚のプリント基板上にハニカム状に配列して固定し、かつ該複数の超音波振動子を並列または直列に電気的結合したことを特徴とする超指向性スピーカー。
【請求項２】
共振要素である超音波振動子の振動共振子の外形が六角形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超指向性スピーカー。
【請求項３】
共振要素である超音波振動子の超音波振動板の外形が、前記他の共振要素の対辺長に対し、同等以下の長さであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超指向性スピーカー。
【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のみ指向性放射する超指向性スピーカーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４（Ａ）は特開平３−５８６００号公報に開示された従来の超指向性スピーカーの外観を示す平面図で、図４（Ｂ）は同図（Ａ）に示した超指向性スピーカーの一部を拡大して示す平面図であり、図４（Ｃ）は同図（Ｂ）の拡大断面図である。図において、１は超音波振動子、２は共振板、３は矩形状の両面プリント基板、４は両面プリント基板３に形成されたスルーホール、５，５’はリード線、６は両面プリント基板３の裏面に形成された裏パターン、７は両面プリント基板の表面に形成された表パターン、８は筐体、９は超指向性スピーカーである。
【０００３】
さらに詳述すると、１枚の両面プリント基板３の表面には、共振板２を有する１つの超音波振動子１が取り付けられている。超音波振動子１のプラス極（＋極）とマイナス極（−極）とに接続される２本のリード線５、５’のうち、リード線５は両面プリント基板３の表パターン７に半田付けされ、他方のリード線５’は両面プリント基板３のスルーホール４を介して両面プリント基板３の裏面側に這い回されて裏パターン６に半田付けされている。
【０００４】
共振板２を有する超音波振動子１を備えた複数の両面プリント基板３は、その各四方に対して約２ｍｍ間隔で平面格子状に展開され、かつその集合体の外周が図４（Ａ）に示すように略円形状になるように配設され、全体で１つの超指向性スピーカー９を構成している。このような超指向性スピーカー９は、特開平３−５８６００号公報に記載されているようにパラメトリック音源として動作し、非常に指向性の鋭い音場空間を作ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超指向性スピーカーは以上のように構成されているので、多数のプリント基板をアレー化して配置するため、製作上の手間がかかると共に組立精度が悪いという課題があった。つまり、平面上に、そして、隣り合うプリント基板同士を均一に配列し結合する手段が必要になる。さらに、角形のプリント基板を平面状に配列し、しかも、特開平３−５８６００号公報に開示された超指向性スピーカーでは２ｍｍ程度の僅かな間隔を保って配列しているので集積の効果が小さくなり、これにより音圧レベルを高める効果が低いという課題もあった。
【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、製作の手間が少なく、組立精度が良好で、かつ集積の効果を高めて音圧レベルの高い超指向性スピーカーを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超指向性スピーカーは、可聴音信号を生成する音源と、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部および音源が生成した可聴音信号に搬送波を加算する加算部からなり、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音響放射制御器を備え、該音響放射制御器によって音響放射特性が制御された可聴音信号が入力されて可聴音を放射する超指向性スピーカーにおいて、超音波振動子を構成する共振要素の外形を多角形状に形成するとともに、その多角形状の一辺が互いに平行になるようにして、該複数の超音波振動子を１枚のプリント基板上にハニカム状に配列して固定し、かつ該複数の超音波振動子を並列または直列に電気的結合をしたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明に係る超指向性スピーカーは、共振要素である超音波振動子の共振子の外形が六角形状であることを特徴とするものである。
【０００９】
この発明に係る超指向性スピーカーは、共振要素である超音波振動子の超音波振動板の外形が、他の共振要素の対辺長に対し、同等以下の長さであることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を説明する。
実施の形態１．
図１（Ａ）はこの発明の実施の形態１による超指向性スピーカーの外部構成を示す正面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図において、１０は超指向性スピーカー、１１はプリント基板、１２はプリント基板１１に形成されたスルーホール、１３は超音波振動子である。この超音波振動子１３は、共振要素である超音波振動板１４および振動共振子１５と、電気信号供給用の２本の端子ピン１６と、超音波振動子１３を支持するべース１７とから概略構成されている。その振動共振子１５は、正面より見ると、その外形が６角形状をした状態に作られている。一方、超音波振動板１４を正面側より見たときにおける外形の最大寸法Ｌ１は、６角形状をした振動共振子１５の対辺長Ｌ２と同等以下の長さに設定してある。
【００１１】
そして、この超指向性スピーカー１０は、同じ高さで作られている複数の超音波振動子１３の各端子ピン１６をスルーホール１２内に挿入させて、それぞれがが１枚のプリント基板１１上に実装される。この実装作業では、各超音波振動子１３は、その電気信号供給用の端子ピン１６がプリント基板１１の表面からプリント基板１１のスルーホール１２に押し込まれて、裏面でそのプリント基板１１上のプリント電極に半田付けされて、プリント基板１１に固定される。そのプリント電極は、例えば、超音波振動子１３が並列または直列に電気結合されるようにパターン成形されている。また、それぞれの超音波振動子１３が１枚のプリント基板１１上に配置されるとき、各超音波振動子１３は６角形状をした振動共振子１５の一辺が隣合う超音波振動子１３における振動共振子１５の一辺（対辺）と互いに平行で、かつ振動共振子１５同士が接触しない程度の隙間を設けた状態にして、集積効果を高めることが可能なハニカム状（ハチの巣状）に展開され、その外周が略円形状となるようにして配置される。
【００１２】
次に、超指向性スピーカー１０の動作について説明する。
まず、２本の端子ピン１６に外部から電気信号が与えられるとその電気信号は端子ピン１６からリード線（図示せず）を経由して超音波振動板１４の表裏に形成した＋電極、−電極（図示せず）に供給され、この入力された電気信号により、超音波振動板１４が屈曲共振して振動共振子１５に機械的振動を引き起こす。この機械的な屈曲共振振動は、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の音圧が、主に図１（Ｂ）において上方向（矢印Ｓ方向）に放射する。
【００１３】
以上のように構成した超指向性スピーカー１０は、例えば図２に示した駆動装置２１を含む構成によってパラメトリックスピーカーとして動作する。図２において、２２は可聴音信号を生成する音源、２３は音響放射制御器、２４は増幅器である。音響放射制御器２３は、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部２３Ａと、音源２２が生成したオーディオ帯域信号と搬送波生成部２３Ａが生成した搬送波とを加算する加算部２３Ｂとから構成され、搬送波を利用して前記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、超指向性スピーカー１０を駆動する駆動装置２１の動作について説明する。音源２２で生成したオーディオ信号を入力した音響放射制御器２３は、搬送波生成部２３Ａが出力する信号を加算部２３Ｂで合成して増幅器２４へ出力する。具体的には、生成される搬送波信号は、音源２２の信号で振幅変調方式により合成加算され出力される。増幅器２４は、音響放射制御器２３の信号を増幅して超指向性スピーカー１０へ出力する。このとき、搬送波生成部２３Ａが出力する信号の周波数を上記超音波振動子１３の共振周波数に一致させることにより、高レベルの超音波を再生するパラメトリックスピーカーとすることができる。すなわち、超指向性スピーカー１０から再生される高レベル超音波の非線形現象によりオーディオ帯域の音波（２次波音）が生成される。なお、スピーカー再生において、非線形現象による２次波音の生成効率は低い。そこで、このような超指向性スピーカーにおいては、高レベル発生可能な超音波振動子の使用や、超音波振動子の配列方法を最適化することにより、高レベル発生可能な超指向性スピーカー１０を構成することが要求されるが、この要求を満たすことができる構造がこの実施の形態における超指向性スピーカ１０である。
【００１５】
以上のように、この実施の形態１によれば、複数の超音波振動子１３は、その放射される音圧レベル大部分を占める６角形状の振動共振子１５を、振動共振子１５同士が接触しない程度の隙間を間に設け、かつ六角形状の振動共振子１５の１辺が互いに平行になるようにして１枚のプリント基板１１上に集合設置して、集積効果を高めることが可能なハニカム状に設けてあるので、従来の超指向性スピーカーに比べ、音圧レベルの寄与率の高い振動共振子１５を高密度に配列することができ、高密度に配列することによって超音波振動板１４からの不要放射を防ぐことができる。ここで、図３は、振動共振子１５の構成有無を比較した超音波振動子単体における音圧周波数特性であり、縦軸は音圧レベル（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｈｚ）を示している。図３において、振動共振子１５で構成した本発明の超音波振動子１３の音圧レベル３２は、本発明の振動共振子で構成されない従来の超音波振動子の音圧レベル３１と比較し約２０ｄＢ高い音圧を得、放射される大部分の音圧レベルは振動共振子１５からの放射音が占めることが解る。
さらに、超音波振動板１４の最大外形の寸法Ｌ１を共振要素の対辺長の寸法Ｌ２に対し同等以下の長さにし、かつ、振動共振子１５同士の隙間を少なくしたので、振動共振子１５からの放射音と位相の反転した超音波振動板１４からの不要放射音の影響を極力防ぐことができる。
【００１６】
なお、上記実施の形態１では、６角形の振動共振子１５を採用したが、この発明はこれに限定されるものではなく、振動共振子１５を例えば三角形や四角形などの多角形状としてもよいことは言うまでもない。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、可聴音信号を生成する音源と、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部および音源が生成した可聴音信号に搬送波を加算する加算部からなり、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音響放射制御器を備え、該音響放射制御器によって音響放射特性が制御された可聴音信号が入力されて可聴音を放射する超指向性スピーカーにおいて、超音波振動子を構成する共振要素の外形を多角形状に形成するとともに、その多角形状の一辺が互いに平行になるようにして、該複数の超音波振動子を１枚のプリント基板上にハニカム状に配列して固定し、かつ該複数の超音波振動子を並列または直列に電気的結合するように構成したので、ハニカム形状にしたことによって従来の超指向性スピーカーに比べ集積効果を高め、音圧レベルの寄与率の高い振動共振子を高密度に配列することができ、高密度に配列することによって他からの不要放射を防ぐことができる。また、１枚のプリント基板上に複数の超音波振動子を並列に電気結合するように構成したので、従来の超指向性スピーカーに比べて少ない製作の手間で、しかも安定した精度の良いものを得ることができるという効果がある。
【００１８】
この発明によれば、共振要素である超音波振動子の振動共振子の外形が六角形状である構成にしたので、個々の超音波振動子における振動共振子をより円形に近い形にかることができ、個々の超音波振動子から発せられる音波の合成度合いを向上させて、音圧レベルを大きくすることができるという効果がある。
【００１９】
この発明によれば、共振要素である超音波振動子の超音波振動板の外形が、他の共振要素（振動共振子）の対辺長に対し、同等以下の長さである構成にしたので、隣り合う振動共振子同士の隙間を少なくすることができ、振動共振子からの放射音と位相の反転した超音波振動板からの不要放射音の影響を極力防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の実施の形態１による超指向性スピーカーの構成を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による超指向性スピーカーを駆動するための駆動装置の構成ブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態による超音波振動子を用いた場合での音圧周波数特性と従来装置での音圧周波数特性とを示す図である。
【図４】（Ａ）は従来の超指向性スピーカーの外観を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示した超指向性スピーカーの一部を拡大して示す拡大平面図で、（Ｃ）は（Ｂ）の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０　超指向性スピーカー、１１　プリント基板、１２　スルーホール、１３超音波振動子、１４　超音波振動板、１５　振動共振子、１６　端子ピン、１７　ベース、２１　駆動装置、２２　音源、２３　音響放射制御器、２３Ａ　搬送波生成部、２３Ｂ　加算部、２４　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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