(57)【要約】【課題】  音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得る。【解決手段】  電気音響変換器１００は、駆動信号生成手段２００からの駆動信号に基づいて音響放射を行う。電気音響変換器１００は、リング状に形成されたリング状発音部１０１と、リング状発音部１０１の内側に位置し、かつ、リング状発音部１０１と同心状に配置された円形発音部１０２とを備える。これらリング状発音部１０１と円形発音部１０２発音部の少なくともいずれか一方は、その面積が可変に構成され、電気音響変換器１００としての指向角を制御可能とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴音を超音波に変換して電気音響変換器より音響放射し、ビーム状の音場を形成して可聴音として再現するパラメトリックスピーカにおいて、
前記電気音響変換器は、前記音響放射を行う発音部としての面積が可変でかつリング状に形成されたリング状発音部を備えたことを特徴とするパラメトリックスピーカ。
【請求項２】
可聴音を超音波に変換して電気音響変換器より音響放射し、ビーム状の音場を形成して可聴音として再現するパラメトリックスピーカにおいて、
前記電気音響変換器は、リング状に形成されたリング状発音部と、前記リング状発音部の内側に位置し、かつ、当該リング状発音部と同心状に配置された円形発音部とを備え、これら発音部の少なくともいずれか一方は、前記音響放射を行う発音部としての面積が可変に構成されたパラメトリックスピーカ。
【請求項３】
電気音響変換器は、リング状発音部の面積が、当該リング状発音部の外径と等しい外径を持つ全面発音部の面積の１／２以下とし、かつ、目標とする聴取者への距離を当該リング状発音部外径の１０倍以上の位置とすると共に、発音部としての総面積は、２倍以上または１／２倍以下の変化が生じるよう制御されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパラメトリックスピーカ。
【請求項４】
電気音響変換器は、リング状発音部の面積が、当該リング状発音部の外径と等しい外径を持つ全面発音部の面積の１／２以下とし、かつ、目標とする聴取者への距離を当該リング状発音部外径の１０倍以上の位置とすると共に、発音部としての総面積は、前記聴取者の位置において、半減全角５゜以上の変化が生じるよう制御されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパラメトリックスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可聴音を指向性放射する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、指向性音源として、空気の非線形現象を利用して可聴音を得るパラメトリックスピーカが知られている。このようなパラメトリックスピーカとして、例えば、音源部を多層円環状に配列された複数の超音波振動子で構成し、この音源部の実質的な直径を変化させることにより、パラメトリックスピーカとしての指向性を制御するようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】実開平４−１０３０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のパラメトリックスピーカは、上記のように音源部の直径を変化させることにより指向性を制御していた。即ち、円形の音源の外形を変化させることにより指向性を制御するようにしていた。しかしながら、このような円形の音源による外形変化の構成では、直径の変化に対する指向性の制御範囲が小さいという問題があった。
【０００５】
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、音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るパラメトリックスピーカは、音響放射する電気音響変換器を、発音部としての面積が可変でかつリング状に形成されたリング状発音部を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のパラメトリックスピーカは、リング状発音部を備え、かつ、発音部の面積を可変としたので、音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるパラメトリックスピーカを示す構成図である。
図において、パラメトリックスピーカは、電気音響変換器１００、駆動信号生成手段２００、制御手段３００、距離検知手段４００からなる。
【０００９】
電気音響変換器１００は、リング状に形成されたリング状発音部１０１と、このリング状発音部１０１の内側に位置し、同心状で円形に形成された円形発音部１０２とからなる音源部であり、制御手段３００で制御された駆動信号生成手段２００からの駆動信号が供給されるよう構成されている。また、これらリング状発音部１０１および円形発音部１０２は、例えば、超音波振動子をアレイ化した構成や、導電型や圧電型、静電型等の膜状振動板を有する電気音響変換方式等によって構成され、音響放射を行う発音部の面積が可変となるよう構成されている。尚、この電気音響変換器１００の詳細については後述する。
【００１０】
駆動信号生成手段２００は、音声生成器２０１、振幅変調器２０２、増幅器２０３、高周波生成器２０４からなる。音声生成器２０１は、可聴音を生成する機能部である。振幅変調器２０２は、高周波生成器２０４からの超音波にするための超音波キャリア信号と掛け算することで振幅変調を行う機能部である。増幅器２０３は、振幅変調器２０２から出力された変調信号を増幅するための増幅器である。高周波生成器２０４は、パラメトリックスピーカとして使用するための高周波の超音波キャリア信号を生成するための機能部である。
【００１１】
制御手段３００は、スイッチ３０１と制御器３０２からなる。スイッチ３０１は、制御器３０２によって制御されるスイッチであり、駆動信号生成手段２００から出力された駆動信号を電気音響変換器１００のリング状発音部１０１と円形発音部１０２とに選択して供給する機能を有している。制御器３０２は、距離検知手段４００によって検知される距離検知信号に基づいてスイッチ３０１の切替制御を行うと共に、リング状発音部１０１と円形発音部１０２における発音部の面積制御を行うための制御部である。
【００１２】
また、距離検知手段４００は、聴取者の聴取位置を検知する既知の距離検知センサ、あるいは手動で距離を入力する入力部といった構成からなる手段である。
【００１３】
次に、電気音響変換器１００の詳細について説明する。
パラメトリックスピーカによって得られる可聴音の音響特性は、おおよそ次のような傾向を示す。ある聴取点での音圧レベルは、従来のスピーカと同様に、発音部の面積にほぼ比例する。これは、例えば、面積が２倍、２分の１になれば、それぞれ６ｄＢ、−６ｄＢの変化となることを意味する。指向性に関しては、従来のように全面が発音部となる円形の電気音響変換器では、口径の依存性は少なく、リング状などにして発音部の構成を変えることにより変化が大きくなり、更には、音源からの距離にも依存する。
【００１４】
図２は、電気音響変換器１００の駆動状態を示す説明図である。
図中、（ａ）は、リング状発音部１０１の内側に円形発音部１０２が同心状に配置された電気音響変換器１００のうち、リング状発音部１０１のみが駆動され、円形発音部１０２は駆動されていない状態を示しており、（ｂ）は、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の双方が駆動されている状態を示している。
【００１５】
図３は、電気音響変換器１００の指向角の特性図である。
この特性図は、図２の（ａ）と（ｂ）の状態の発音部総面積に対する半減全角（以下、指向角という）の関係を示している。図中、特性１０３ａは、リング状発音部１０１のみを駆動しているとき（図２（ａ））のリング状発音部１０１の内径を変化させた場合の特性であり、音源からの聴取位置が遠い（例えば、リング状発音部１０１の外径の１０倍以上）ときのものである。尚、図３では、横軸に電気音響変換器１００の音源面積（駆動されている発音部の全面積）を採っている。その理由は、上記のように、音圧レベルは、ほぼ音源面積に比例し、音源の構成にそれほど依存しないからである。
【００１６】
特性１０３ｂは、特性１０３ａと同様に、リング状発音部１０１のみを駆動しているとき（図２（ａ））のリング状発音部１０１の内径を変化させた場合の特性であるが、音源からの聴取位置が近いとき（例えば、リング状発音部１０１の外径の１０倍未満）の特性である、尚、特性１０３ａと特性１０３ｂの右端は、リング状発音部１０１の内径が０、即ち、全面が駆動されている円形の発音部の状態である。
【００１７】
一方、特性１０４ａ，１０４ｂは、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の双方が駆動されているときの状態（図２（ｂ）の状態）である。これらの特性１０４ａ，１０４ｂは、リング状発音部１０１の内径を一定とし、円形発音部１０２の口径を変えた場合の特性であり、特性１０４ａが音源からの聴取位置が遠い場合、特性１０４ｂが音源からの聴取位置が近い場合である。また、これら特性１０４ａ，１０４ｂは、内径を固定したリング状発音部１０１の面積の起点１０５ａ，１０５ｂから立ち上がる。
【００１８】
次に、これら発音部１０１，１０２の動作と特性との関係について説明する。
リング状発音部１０１だけの特性１０３ａ，１０３ｂの比較により、音源に近い方では指向角の変化は少なく、遠方では変化が大きくなることが分かる。遠方の特性１０３ａから、円形の状態の指向角（右端）に対して音源面積の２分の１付近（音源面積３５０付近）で変曲点があり、それ以下になると指向角は約２分の１、角度にして約８゜の変化となることが分かる。音源の面積が２分の１になることは、上述したように、音圧の変化は６ｄＢ減少することになる。
【００１９】
次に、図２（ｂ）に示すように、円形発音部１０２を駆動した場合には、リング状発音部１０１の面積を、その内径を０とした円形の発音部の半分以下にした起点１０５ａ，１０５ｂから、内部に円形発音部１０２を入れて駆動すると、指向角は変化する。遠方の特性１０４ａの場合、音源近くの特性１０４ｂに対して変化が大きく、リング状発音部１０１のみの場合と同様に、指向角は約２倍の変化、角度にして約８゜の変化となることが分かる。
【００２０】
また、音源（電気音響変換器１００）からの距離と音源の口径との関係を別途調べた結果、上述した指向角の大きな変化は、リング状発音部１０１の外径に対する距離の比で１０以上の状態で起こることが分かった。
【００２１】
このような特性に基づいて、本実施の形態では、電気音響変換器１００の特性として、リング状発音部１０１の面積を、リング状発音部１０１の外径と等しい外径を持つ全面発音部の面積の１／２以下とし、かつ、目標とする聴取者への距離をリング状発音部１０１外径の１０倍以上の位置とすると共に、発音部としての総面積は、２倍以上または１／２倍以下の変化が生じるよう制御されるか、あるいは半減全角５゜以上の変化が生じるよう制御される特性とした。
【００２２】
また、発音部の総面積としては、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の双方の面積の合計であり、この総面積を変化させる構成としては、リング状発音部１０１か円形発音部１０２のいずれか一方の面積を変化させるか、あるいは、双方の面積を変化させてもよい。
【００２３】
また、本実施の形態では、このようなデータ、即ち、図３に示したようなリング状発音部１０１のみを駆動した場合や、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の双方を駆動した場合のそれぞれの音源面積と指向角との関係および音源と聴取位置との距離との関係を示すデータを制御器３０２が保持しているものとする。
【００２４】
次に、図１に示すパラメトリックスピーカの動作について説明する。
先ず、図示しない聴取者の位置が距離検知手段４００によって検出され、これが制御器３０２に入力される。一方、音声生成器２０１で生成された音声信号は、振幅変調器２０２において高周波生成器２０４からの超音波キャリア信号と掛け算される。この掛け算処理により振幅変調が行われ変調信号が得られる。この振幅変調器２０２の出力信号は増幅器２０３によって増幅され、制御手段３００に入力される。尚、これらの駆動信号生成手段２００の動作は従来と同様である。
【００２５】
制御器３０２は、距離検知手段４００によって検知された聴取者の位置（電気音響変換器１００と聴取者間の距離）に基づいてスイッチ３０１を制御する。即ち、制御器３０２には上述したように、図３に示すような音源面積に対する指向角のデータが格納されているため、制御器３０２は所望する指向角等に基づいてスイッチ３０１を選択制御する。例えば、リング状発音部１０１のみに駆動信号を供給するようにしたり、あるいは、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の双方に駆動信号を供給するといった選択制御を行う。また、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の面積制御は制御器３０２によって別途行われる。
【００２６】
また、以上の説明では、リング状発音部１０１と円形発音部１０２の駆動条件は、同じ信号で駆動すること（同相）を前提としているが、例えば、振幅変調器２０２と増幅器２０３を追加し、二つの増幅器２０３からの駆動信号を、それぞれリング状発音部１０１と円形発音部１０２に選択的に供給するようにしてもよい。このような構成により、例えば、二つの増幅器２０３に異なる周波数依存性（周波数によって増幅率を変化させる特性）を持たせることもでき、また、異なる位相（例えば逆相等）となるようにし、これらの信号をリング状発音部１０１と円形発音部１０２のそれぞれに供給するといった構成を付加することもできる。そして、このように別信号での駆動とすれば、より指向性と音圧レベルの変化を大きく制御することができる。
【００２７】
以上のように、実施の形態１によれば、可聴音を超音波に変換して電気音響変換器１００より音響放射し、ビーム状の音場を形成して可聴音として再現するパラメトリックスピーカにおいて、電気音響変換器１００は、音響放射を行う発音部としての面積が可変でかつリング状に形成されたリング状発音部１０１を備えたので、指向角の制御範囲を大きくとることができ、その結果、音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得ることができる。
【００２８】
また、実施の形態１によれば、可聴音を超音波に変換して電気音響変換器１００より音響放射し、ビーム状の音場を形成して可聴音として再現するパラメトリックスピーカにおいて、電気音響変換器１００を、リング状に形成されたリング状発音部１０１と、リング状発音部の内側に位置し、かつ、リング状発音部１０１と同心状に配置された円形発音部１０２とを備え、これら発音部の少なくともいずれか一方は、音響放射を行う発音部としての面積を可変に構成するようにしたので、指向角の制御範囲を大きくとることができると共に、リング状発音部１０１と円形発音部１０２とを組み合わせることによって、同一の音源面積で異なる指向角の特性や、同一の指向角で異なる音源面積の特性を実現することもでき、その結果、指向角と音圧レベルの選択範囲を大きくとることができる。
【００２９】
また、実施の形態１によれば、電気音響変換器１００は、リング状発音部１０１の面積が、リング状発音部１０１の外径と等しい外径を持つ全面発音部の面積の１／２以下とし、かつ、目標とする聴取者への距離をリング状発音部１０１外径の１０倍以上の位置とすると共に、発音部としての総面積は、２倍以上または１／２倍以下の変化が生じるよう制御されるか、あるいは半減全角５゜以上の変化が生じるよう制御される構成としたので、音圧レベルの変化に対する指向角の制御範囲を大きくとることができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態１では、リング状発音部１０１と円形発音部１０２とによって電気音響変換器１００を構成する例を説明したが、リング状発音部１０１と円形発音部１０２との間にもう一つの発音部を配置するようにしてもよく、これを実施の形態２として次に説明する。
【００３１】
図４は、実施の形態２における電気音響変換器１００ａを示す説明図である。
図示のように、実施の形態２の電気音響変換器１００ａは、外側リング状発音部１０１ａ、内側リング状発音部１０１ｂ、円形発音部１０２からなる。ここで、内側リング状発音部１０１ｂは、最外周に位置する外側リング状発音部１０１ａと、中心部に位置する円形発音部１０２との間に配置され、これら発音部と同心状となった中間部に位置するリング状発音部である。
【００３２】
このように構成された電気音響変換器１００ａに対して、図１に示した構成と同様に、それぞれの外側リング状発音部１０１ａ，内側リング状発音部１０１ｂおよび円形発音部１０２に駆動信号を選択供給するためのスイッチ（図示せず）を設け、このスイッチによってこれら３種類の発音部を選択制御する。この選択制御としては、例えば、内側リング状発音部１０１ｂのみ駆動するといった制御や、外側リング状発音部１０１ａと内側リング状発音部１０１ｂのいずれか一方と円形発音部１０２との駆動、あるいは全ての発音部の駆動といった制御を行うことができる。
【００３３】
これにより、より詳細な音圧レベルや指向性の設定が可能となる。また、この実施の形態２においても、振幅変調器や増幅器を、これら３種類の発音部に対応する数だけ設け、それぞれの発音部に対して、周波数依存性を有する信号や逆相信号といった異なる信号を供給するようにしてもよい。このようにすれば、更に、詳細な音圧レベルや指向性の設定が可能となると共に、その制御範囲を大きくとることができる。
【００３４】
以上のように、実施の形態２によれば、電気音響変換器１００ａを、外側リング状発音部１０１ａ、内側リング状発音部１０１ｂおよび円形発音部１０２によって構成するようにしたので、より詳細な音圧レベルや指向性の設定が可能となる。
【００３５】
尚、上記実施の形態１，２では、電気音響変換器１００（１００ａ）として、リング状発音部１０１と円形発音部１０２、あるいは外側リング状発音部１０１ａ，内側リング状発音部１０１ｂと円形発音部１０２の構成としたが、リング状発音部１０１のみ、または、外側リング状発音部１０１ａと内側リング状発音部１０１ｂのみといった円形発音部１０２が存在しない構成であってもよい。即ち、リング状発音部の面積が、円形状態の発音部の面積の１／２以下であり、かつ、その外形が聴取者への距離の１／１０以下であり、更に、駆動されるリング状発音部の面積が２倍以上あるいは１／２以下の変化、または聴取者の位置で半減全角５゜以上の変化が生じるよう面積を制御する条件を満たす構成であれば、リング状発音部のみの駆動面積の制御であってもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態１，２では、電気音響変換器１００（１００ａ）は円形（円環状）としたが、この形状に限定されるものではなく、楕円や矩形、六角形等の多角形であってもよい。このような場合、種々の多角形等の形状は、同一面積の円形や円環形として同様に考えることができる。
【００３７】
更に、上記実施の形態２では、リング状発音部を２種類としたが、更に多くのリング状発音部に分割するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の実施の形態１によるパラメトリックスピーカを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電気音響変換器の駆動状態を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電気音響変換器の指向角の特性図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電気音響変換器を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００、１００ａ  電気音響変換器、１０１  リング状発音部、１０１ａ  外側リング状発音部、１０１ｂ  内側リング状発音部、１０２  円形発音部、２００  駆動信号生成手段、３００  制御手段、４００  距離検知手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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