(57)【要約】【課題】設計・製作が容易で、且つ最適な音波集中場所を容易に設定することができる超指向性スピーカーを得ることにある。【解決手段】音声生成器１０および高周波生成器５０と、これらの出力信号を入力して振幅変調波信号に変換する振幅変調器２０と、この振幅変調器２０からの振幅変調波信号を増幅する増幅器３０と、この増幅器３０で増幅された信号を音響振動として放射する電気音響変換器４０とを備えた超指向性スピーカーにおいて、前記電気音響変換器４０は、個々に独立して同心状に配列された複数の基板４３ａ〜４３ｆと、これらの基板４３ａ〜４３ｆのそれぞれに実装した発音素子４１とを備える構成としたものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声生成器および高周波生成器と、これらの出力信号を入力して振幅変調波信号に変換する振幅変調器と、この振幅変調器からの振幅変調波信号を増幅する増幅器と、この増幅器からの増幅信号を音響振動として放射する電気音響変換器とを備えた超指向性スピーカーにおいて、前記電気音響変換器は、個々に独立して同心状に隣接配列された複数個の基板と、これらの基板にそれぞれに実装された電気音響変換素子とを備えた構成となっていることを特徴とする超指向性スピーカー。
【請求項２】
各基板は、それぞれが音響放射方向へスライド可能に配列されていることを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカー。
【請求項３】
同心状に配列される複数個の基板において、その中心部の基板を除く他の基板は、同心状に隣接配置可能な枠状に形成されてい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４】
各基板に配列された電気音響変換素子は、各基板毎に異なる駆動信号で駆動されるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の超指向性スピーカー。
【請求項５】
各基板に配列された電気音響変換素子は、各基板毎に振幅または位相が異なる駆動信号で駆動されるようになっていることを特徴とする請求項４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は、例えば特開平１１−２３９３９４号公報に掲載された従来の超指向性スピーカーの構成を示すブロック図、図５は図４中の電気音響変換器を示す正面図、図６は図５の断面図である。
図４において、１０は聴取者に聴取可能な音声に対応して電気的な音声信号を生成する音声生成器、２０はその音声生成器１０で生成された音声信号を入力して変調する振幅変調器であり、この振幅変調器２０は、高周波生成器５０で生成された高周波信号をも入力して変調するようになっている。ここで、前記高周波生成器５０は、超音波帯域の周波数の高周波信号を生成するものである。
【０００３】
すなわち、前記振幅変調器２０は、前記音声生成器１０からの音声信号と前記高周波生成器５０からの高周波信号を振幅変調波信号に変調して出力するもので、その振幅変調波信号は、次の増幅器３０によって例えば２０〜４０Ｖ以上に増幅されるようになっている。４０は増幅器３０による増幅信号を入力しそれを音響振動に変換して放射する電気音響変換器であり、図６に示すような椀形の音響振動放射板４２を備えている。
【０００４】
この音響振動放射板４２は、音響振動の進行方向に正対して見たとき図５に示すように円形状をなし、その内部に多数の電気音響変換素子（以下、発音素子という）４１を互いに近接して配列した構成となっている。これらの発音素子４１は、音響振動による音波の進行方向の横方向から見た図６に示すように、椀形の円弧面に沿って配列してある。なお、音響振動放射板４２の円弧面は放物線など自由形状であってもよく、また、発音素子４１は、例えばセラミック圧電素子等が使用される。
【０００５】
次に動作について説明する。
音響振動による音波の伝播方向は、図６中の実線で示され、発音素子４１の垂直方向に最も大きな音響エネルギーを与えながら伝播する。したがって、音響振動はＡ点（図６参照）において収束し合い、最大の音圧をＡ点において聴取者に与える。この音波は、超音波として空気中を伝播される過程で非線形相互作用を起こし、低周波成分などからなっている超指向性音声に復調され、聴取者に対して聴取可能とする。
【０００６】
ここで、発音素子４１が出力する音波の周波数帯域は、２０ｋＨｚ以上の超音波帯域であればどこでもよく、４０ｋＨｚ近辺の比較的低い超音波帯域を使用することにより、聴取者はより音圧の高い音声を聴取できる。なお、上述のように構成された従来の超指向性スピーカーは、パラメトリック音源として動作し、音場空間の中に音圧の高いエリアを作ることが可能となっているものである。
【０００７】
【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、発音素子４１から出る音を焦点に向って集中させるために音響振動放射板４２を椀状曲面に製作して装備しなければならないという課題があった。すなわち、上述のような椀状曲面の音響振動放射板４２は、成形加工時あるいは切削加工時の加工精度が要求され、それに伴って製作コストの高い部材を必要とし、しかも、音響振動放射板４２の内部には多数の発音素子４１を前記椀状曲面に沿って近接状態に配列しなければならず、電気音響変換器４０全体の設計・製作に手間がかかり且つ困難性が伴うなどの課題があった。また、前記音響振動放射板４２の最終的形状を一旦決めてしまうと、その焦点位置は一ヶ所に決められて変更できなくなる可能性が高いという課題があった。
【０００８】
さらに、前記音響振動放射板４２は、最終的形状の決定以前に湾曲形状を変化させて焦点距離を可変とすることも可能であるが、この場合、音響振動放射板４２全体の湾曲曲率を変化させなければならず、このような曲率調整は非常に面倒で且つ焦点を合わせ難く、音波集中場所の遠近設定が困難になるという課題があった。
【０００９】
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、設計・製作が容易で、且つ最適な音波集中場所を容易に設定することができる超指向性スピーカーを得ることを目的とする。
【００１０】
また、この発明は、使用時に最適な音波集中場所の遠近設定調整を容易に行うことができる超指向性スピーカーを得ることを目的とする。
【００１１】
さらに、この発明は、簡単に組み立てることができて生産性の向上およびコスト低減を図ることができる超指向性スピーカーを得ることを目的とする。
【００１２】
さらに、この発明は、最大音圧位置を可変としたり、あるいは最適な指向性パターンを制御することができる超指向性スピーカーを得ることを目的とする。
【００１３】
【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、音声生成器および高周波生成器と、これらの出力信号を入力して振幅変調波信号に変換する振幅変調器と、この振幅変調器からの振幅変調波信号を増幅する増幅器と、この増幅器からの増幅信号を音響振動として放射する電気音響変換器とを備えた超指向性スピーカーにおいて、個々に独立して同心状に隣接配列された複数個の基板のそれぞれに電気音響変換素子を実装して電気音響変換器を構成したものである。
【００１４】
この発明に係る超指向性スピーカーは、電気音響変換素子を実装した複数個の基板をそれぞれ音響放射方向へスライド可能に配列したものである。
【００１５】
この発明に係る超指向性スピーカーは、同心状に配列される複数個の基板において、その中心部の基板を除く他の基板を、同心状に隣接配置可能な枠状に形成したものである。
【００１６】
この発明に係る超指向性スピーカーは、各基板に配列された電気音響変換素子を、各基板毎に異なる駆動信号で駆動するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係る超指向性スピーカーは、各基板に配列された電気音響変換素子を、各基板毎に振幅または位相が異なる駆動信号で駆動するようにしたものである。
【００１８】
【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による超指向性スピーカーを示す正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿った概略断面図であり、図４から図６と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。
図において、４０は超指向性スピーカーの主要部となる電気音響変換器であって、個々に独立して同心状に隣接配列された複数個の基板４３ａ〜４３ｆからなる基板群４３を備えている。４１は前記各基板４３ａ〜４３ｆのそれぞれに実装されて互いに隣接する発音素子である。
【００１９】
さらに詳述すると、前記基板群４３において、中心部の基板４３ａは１個の発音素子４１を実装できる程度の大きさに形成され、その基板４３ａを中心として同心状に隣接配列される他の基板４３ｂ〜４３ｆはそれぞれ枠状に形成されている。なお、この実施の形態１による枠状の基板４３ｂ〜４３ｆは、図１に示すように六角枠状に形成されている。
【００２０】
そして、中心部の基板４３ａには上述のように１個の発音素子４１が実装され、他の枠状基板４３ｂ〜４３ｆにはそれぞれ複数個の発音素子４１が隣接状態に実装されている。なお、前記各基板４３ａ〜４３ｆは、発音素子４１の電気端子（図示せず）を挿入するためのスルーホール（図示せず）を有しており、そのスルーホールに発音素子４１の電気端子を挿入して半田付けすることにより、発音素子４１が実装されるものである。
【００２１】
このようにして、発音素子４１が実装された各基板４３ａ〜４３ｆは、１個の発音素子４１が実装された基板４３ａを中心として他の枠状の基板４３ｂ〜４３ｆを同心状に隣接配列する。ここで、前記各発音素子４１は極性を揃えて並列または直列に電気接続され、かつ各基板４３ａ〜４３ｆにあっても、それぞれの回路が並列または直列に電気接続される。また、前記各基板４３ａ〜４３ｆは、それぞれが音響放射方向に沿って平行方向へ往復スライド可能に配列され、そのスライド調整によって、例えば図１（Ｂ）に示すように、発音素子４１の実装面を音響放射方向に対して凹状面に形成できるようになっている。
【００２２】
以上のように構成された電気音響変換器４０を備える超指向性スピーカーの他の構成およびパラメトリックスピーカーとしての動作は、図４に示した従来例と同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
以上説明した実施の形態１によれば、個々に独立形成された複数個の基板４３ａ〜４３ｆを同心状に隣接配列すると共に、それらの基板４３ａ〜４３ｆのうち、中心部の基板４３ａには１個の発音素子４１を実装し、他の基板４３ｂ〜４３ｆはそれぞれ枠状に形成し、その枠状の基板４３ｂ〜４３ｆのそれぞれに複数個の発音素子４１を実装し、１個の発音素子４１が実装された基板４３ａを中心として他の枠状の基板４３ｂ〜４３ｆを同心状に隣接配置するように構成したので、電気音響変換器４０の設計・製作が容易になるという効果がある。
【００２４】
ここで、上記実施の形態１による電気音響変換器（超指向性スピーカー）４０の全ての発音素子４１は、それぞれの中心軸（音響放射方向軸）と平行になって、図６に示す従来例のように全ての発音素子４１が１点（焦点）に向いていないが、個々の発音素子４１の指向性放射角は、例えば、半減値幅が約１２０度と広いので、両者の集中度合いには殆ど差が生じない。
【００２５】
すなわち、上記実施の形態１によれば、従来の音響振動放射板４２のように、放物線や円弧のような加工精度が要求される曲面を形成したり、その曲面に発音素子４１装着用のスルーホールを開けたりする必要がなく、このため、上述のように電気音響変換器４０の設計を容易化できるとともに、１個の発音素子４１が実装された基板４３ａを中心として他の枠状の基板４３ｂ〜４３ｆを順次嵌め込むだけで電気音響変換器４０を容易に組み立てることができ、その製作も容易化できるという効果がある。
【００２６】
また、上記実施の形態１では、各基板４３ａ〜４３ｆをそれぞれ音響放射方向へスライド可能に隣接配列するように構成したので、そのスライド調整を行うことによって、発音素子４１の実装面を凹状面に変化させたり逆に凸状面に変化させたりすることができる。すなわち、各基板４３ａ〜４３ｆのスライド量を調整することによって、例えば、図１（Ｂ）の断面で見た場合、各基板４３ａ〜４３ｆにおける発音素子４１の中心位置を結び線を球面状にしたり、ストレートコーン状にしたりすることができ、また、球面の曲率やストレートの傾斜を変えることができ、音波集中場所の遠近設定を容易に行うことができるという効果がある。
【００２７】
実施の形態２．
図２（Ａ）はこの発明の実施の形態２による超指向性スピーカーを示す正面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図であり、図１と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
上記実施の形態１では、基板群４３において、１個の発音素子４１を実装する中心部の基板４３ａ以外の他の基板４３ｂ〜４３ｆをそれぞれ六角枠状に形成し、それらの基板４３ｂ〜４３ｆにそれぞれ複数個の発音素子４１を周上１重に配列したが、この実施の形態２では、中心部の基板４３ａを円形状に形成すると共に、他の基板４３ｂ〜４３ｆは円形枠状に形成し、各基板４３ａ〜４３ｆのそれぞれに、複数個の発音素子４１を同心環状に配列した構成としたものである。したがって、この実施の形態２の場合も同様の作用効果が得られる。なお、上記基板群４３において、その中心部の基板４３ａを除く他の基板４３ｂ〜４３ｆは、円形枠状や六角枠状に限定されるものではなく、その他の例えば楕円形や多角形の枠状であってもよく、要するに同心状に隣接配列可能な枠状であればよい。また、前記各基板４３ａ〜４３ｆには、周上２重以上の発音素子４１を隣接実装するようにしてもよい。
【００２８】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による超指向性スピーカー全体の構成を示すブロック図であり、図１，図２および図４と同一部分には同一符号を付して説明する。
図において、１０は音声生成器、２０は振幅変調器、５０は高周波生成器であり、これらは従来例と同様のものである。ただし、前記振幅変調器２０は、基板群４３の基板数に対応して分けられた振幅変調波信号を出力するようになっている。６０は基板群４３の基板数と同数の移相器であり、これらの移相器６０は、前記振幅変調器２０から前記基板数に対応した出力信号を入力するもので、各基板４３ａ〜４３ｆ毎に移相量設定を可能とするものである。３０は前記移相器６０のそれぞれからの出力信号を入力して増幅し、その増幅信号を各基板４３ａ〜４３ｆ毎に出する増幅器であり、前記移相器６０または増幅器３０の減衰器（図示せず）によって、信号の振幅をも設定可能とするものである。
【００２９】
以上説明した実施の形態３によれば、基板群４３を構成する基板数に対応して分けられた振幅変調波信号を出力する振幅変調器２０からの出力信号（振幅変調波信号）を入力する移相器６０を前記基板数と同数設け、それらの移相器６０からの出力信号をそれぞれの系統の増幅器３０で増幅して各基板４３ａ〜４３ｆ毎に出力するように構成したので、各基板毎に信号の位相および振幅を変えることができ、これにより、各基板毎の発音素子４１を振幅あるいは移相が異なる信号で駆動することができるため、音波集中位置の設定やエリアの大きさ或いは指向性の広がりの設定を任意に制御でき、したがって、上記実施の形態３の構成によれば、最適聴取位置や指向性パターンを調整することができるという効果がある。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、音声生成器からの音声信号によって、高周波生成器からの高周波信号を振幅変調器で変調し、それを増幅器で増幅することにより、複数個の電気音響変換素子から音響振動として放射する超指向性スピーカーにおいて、個々に独立して同心状に隣接配列される複数個の基板を形成し、それらの基板にそれぞれ電気音響変換素子を実装するように構成したので、従来の音響振動放射板のように、放物線や円弧のような加工精度が要求される曲面を形成したり、その曲面に発音素子装着用のスルーホールを開けたりする必要がなく、このため、設計および製作が容易な超指向性スピーカーを得ることができるという効果がある。
【００３１】
この発明によれば、電気音響変換素子を実装した複数個の基板をそれぞれ音響放射方向へスライド可能に配列するように構成したので、各基板をスライド調整することにより、各基板の電気音響変換素子の実装面を音響放射方向に対して凹状面または凸状面などに変化させることができ、したがって、使用時の最適音圧位置を容易に調整することができ、音波集中場所の遠近設定を容易に行うことができる超指向性スピーカーを安価に提供できるという効果がある。
【００３２】
この発明によれば、同心状に配列される複数個の基板において、その中心部の基板を除く他の基板を同心状に隣接配置可能な枠状に形成するように構成したので、各基板を同心状に容易に組み立てることができ、このため、超指向性スピーカーの生産性が向上するという効果がある。
【００３３】
この発明によれば、各基板に配列された電気音響変換素子を、各基板毎に異なる駆動信号で駆動するように構成したので、各基板に実装された電気音響変換素子の駆動信号を各基板毎に設定することができ、最適聴取位置や指向性パターンを制御できる超指向性スピーカーを提供することができるという効果がある。
【００３４】
この発明によれば、各基板に配列された電気音響変換素子を、各基板毎に振幅または位相が異なる駆動信号で駆動するように構成したので、音波集中位置の設定やエリアの大きさ或いは指向性の広がり設定を任意に制御できる超指向性スピーカーを提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図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を示す正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿った概略断面図である。
【図２】図２（Ａ）はこの発明の実施の形態２による超指向性スピーカーを示す正面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３による超指向性スピーカー全体の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の超指向性スピーカーの構成を示すブロック図である。
【図５】図４中の電気音響変換器を示す正面図である。
【図６】図５の断面図である。
【符号の説明】
１０　音声生成器、２０　振幅変調器、３０　増幅器、４０　電気音響変換器、４１　電気音響変換素子（発音素子）、４３　基板群、４３ａ〜４３ｆ　基板、５０　高周波生成器、６０　移相器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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