(57)【要約】【課題】特定の利用者のみに充分な音量の音声を提供することができる携帯電話機などの音響システムを提供する。【解決手段】利用者ＣＵが個別に装備するユーザ素子２１０でユーザセンサ１２０により個人認証され、パラメトリックスピーカ１１０の出力音声が指向性制御部１３０で制御される。このため、例えば、周囲に迷惑となることなく利用者ＣＵに所望の音声コンテンツを個別に出力するようなことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者ごとに個別に装備されるユーザ素子と、
音声を出力するスピーカユニットと、
前記ユーザ素子を検知して前記利用者を個人認証するユーザセンサと、
個人認証された前記利用者に対応して前記スピーカユニットの出力音声を制御する音声制御手段と、
を有する音響システム。
【請求項２】
前記スピーカユニットから出力される音声コンテンツを取得するコンテンツ取得手段を、さらに有し、
前記音声制御手段は、出力される前記音声コンテンツを切換制御する請求項１に記載の音響システム。
【請求項３】
前記音声制御手段は、前記スピーカユニットの出力音声の周波数特性を制御する請求項１または２に記載の音響システム。
【請求項４】
前記音声制御手段は、前記スピーカユニットの出力音声の出力速度を制御する請求項１ないし３の何れか一項に記載の音響システム。
【請求項５】
前記スピーカユニットは、高指向性の音声の出力方向を制御自在であり、
前記ユーザセンサは、前記ユーザ素子を検知して前記利用者の少なくとも方向を特定し、
前記音声制御手段は、特定された前記ユーザセンサの方向に前記スピーカユニットの音声の出力方向を制御する請求項１ないし４の何れか一項に記載の音響システム。
【請求項６】
前記ユーザセンサは、前記ユーザ素子を検知して前記利用者の方向と距離とを特定し、
前記音声制御手段は、方向と距離とで特定された前記利用者の位置に前記スピーカユニットの音声の出力方向を制御する請求項１ないし５の何れか一項に記載の音響システム。
【請求項７】
前記スピーカユニットは、複数の圧電素子を複数の弾性部材で個々に支持した複数の圧電振動子がマトリクス状に配列されているパラメトリックスピーカからなる請求項１ないし６の何れか一項に記載の音響システム。
【請求項８】
前記圧電振動子が、複数のセラミック層と電極層とが交互に形成された積層構造を有する請求項１ないし７の何れか一項に記載の音響システム。
【請求項９】
前記圧電振動子が可聴波の超音波変調波を発振する請求項１ないし８の何れか一項に記載の音響システム。
【請求項１０】
利用者ごとに個別に装備されるユーザ素子を検知して前記利用者を個人認証するユーザセンサと、
音声を出力するスピーカユニットと、
個人認証された前記利用者に対応して前記スピーカユニットの出力音声を制御する音声制御手段と、
を有する音響機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話機などを有する音響システム、その音響機器、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機やノート型コンピュータなどの携帯型の電子機器の需要が拡大している。このような電子機器では、テレビ電話や動画再生、ハンズフリー電話などの音響機能を商品価値とした薄型の携帯端末の開発が進められている。このような開発の中、音響部品である電気音響変換器（スピーカ装置）に対して、高音質でかつ小型・薄型化への要求が高まっている。
【０００３】
現在、携帯電話機等の電子機器には、電気音響変換器として動電型電気音響変換器が利用されている。この動電型電気音響変換器は、永久磁石とボイスコイルと振動膜から構成されている。
【０００４】
しかし、動電型電気音響変換器は、その動作原理および構造から、薄型化には限界がある。一方、特許文献１、２には、圧電素子を電気音響変換器として使用することが記載されている。
【０００５】
また、圧電素子を用いた発振ユニットの他の例としては、スピーカ装置のほか、圧電素子から発振された音波を用いて対象物までの距離などを検出する音波センサ（特許文献３）など、種々の電子機器が知られている(特許文献４)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】再表２００７−０２６７３６号公報
【特許文献２】再表２００７−０８３４９７号公報
【特許文献３】特開平０３−２７０２８２号公報
【特許文献４】特開２００５−１６５９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現在、音響システムである携帯電話機などでは、通話以外の機能も充実しており、例えば、音楽や映画などを視聴する機能もある。このような携帯電話機は、通話時には頭部側面に近接配置されて利用されるが、音楽や映画などを視聴する場合には、頭部前面から離間した状態で利用されることになる。
【０００８】
しかし、このような状態で携帯電話機から充分な音量の音声を出力することは容易ではない。一方、このような携帯電話機が充分な音量の音声を出力した場合には、周囲の迷惑となることになる。
【０００９】
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、特定の利用者のみに充分な音量の音声を提供することができる携帯電話機などの音響システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の音響システムは、利用者ごとに個別に装備されるユーザ素子と、音声を出力するスピーカユニットと、ユーザ素子を検知して利用者を個人認証するユーザセンサと、個人認証された利用者に対応してスピーカユニットの出力音声を制御する音声制御手段と、を有する。
【００１１】
本発明の音響機器は、利用者ごとに個別に装備されるユーザ素子を検知して利用者を個人認証するユーザセンサと、音声を出力するスピーカユニットと、個人認証された利用者に対応してスピーカユニットの出力音声を制御する音声制御手段と、を有する。
【００１２】
なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の音響システムでは、利用者が個別に装備するユーザ素子でユーザセンサにより個人認証され、スピーカユニットの出力音声が音声制御手段で制御される。このため、例えば、周囲に迷惑となることなく利用者に所望の音声コンテンツを個別に出力するようなことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の音響システムの構造を示す模式図である。
【図２】音響機器である携帯電話機の外観を示す模式的な正面図である。
【図３】スピーカユニットであるパラメトリックスピーカの要部の構造を示す縦断側面図である。
【図４】パラメトリックスピーカの構造を示す模式的な正面図である。
【図５】携帯電話機の処理動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態について図１ないし図４を参照して説明する。本実施の形態の音響システム１０００は、利用者ごとに個別に装備されるユーザ素子２１０と、音響機器である携帯電話機１００からなる。
【００１６】
この携帯電話機１００は、音声を出力するスピーカユニットであるパラメトリックスピーカ１１０と、上述のユーザ素子２１０を検知して利用者を個人認証するユーザセンサ１２０と、個人認証された利用者に対応してパラメトリックスピーカ１１０の出力音声を制御する音声制御手段である指向性制御部１３０と、を有する。
【００１７】
より具体的には、本実施の形態の携帯電話機１００は、図２に示すように、縦長の本体ハウジング１０１の前面の上半部にディスプレイユニット１０２、下半部にキーボードユニット１０３、が配置されている。
【００１８】
さらに、例えば、下端右側にマイクロフォン１４１が、下端左側にユーザセンサ１２０が、個々に配置されている。上端中央には通話用の一般的な動電型スピーカ１６０が配置されており、その側方にハンズフリー通話や音楽視聴などに利用されるパラメトリックスピーカ１１０が配置されている。
【００１９】
図１に示すように、ユーザセンサ１２０は増幅回路１２１を介して指向性制御部１３０に接続されており、この指向性制御部１３０がパラメトリックスピーカ１１０に接続されている。
【００２０】
また、マイクロフォン１４１は、入力された通話音声を無線送信する通話送信回路に接続されており、動電型スピーカ１６０には、通話音声を無線受信して音声出力させる通話受信回路が接続されている(図示せず)。
【００２１】
ユーザ素子２１０は、例えば、社員バッチに内蔵されたＲＦＩＤ(Radio Frequency Identification)チップからなり、少なくとも利用者ＣＵの個人ごとのユーザＩＤが格納されている。
【００２２】
指向性制御部１３０は、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等のＬＳＩ(Large Scale Integration)などからなり、ユーザセンサ１２０によるユーザ素子２１０の検出結果から、利用者ＣＵを個人ごとに特定するとともに、その方向と距離とを特定する。
【００２３】
また、指向性制御部１３０は、ユーザ素子２１０の検出結果から利用者ＣＵの所定属性を取得する。このようなユーザ属性は、例えば、年齢層、性別、音楽嗜好、等からなり、ユーザ素子２１０に記録されていてもよく、指向性制御部１３０に登録されていてもよい。
【００２４】
ユーザ素子２１０に記録されている場合には、前述のユーザ素子２１０のユーザＩＤごとに登録されており、そのユーザＩＤで検索される。ユーザ素子２１０に登録されている場合には、その登録データが指向性制御部１３０に提供される。
【００２５】
指向性制御部１３０は、コンテンツ取得部を兼用しており、パラメトリックスピーカ１１０から出力される音声コンテンツを取得する。このように取得される音声コンテンツは、コンテンツ取得部に事前に格納されていてもよく、外部から無線通信などで取得してもよい。
【００２６】
そこで、指向性制御部１３０は、上述のようにユーザセンサ１２０によるユーザ素子２１０の検出結果から利用者ＣＵを個人ごとに特定すると、パラメトリックスピーカ１１０から出力される音声コンテンツを切換制御する。
【００２７】
さらに、指向性制御部１３０は、上述のようにユーザセンサ１２０によるユーザ素子２１０の検出結果から利用者ＣＵの方向と距離とを特定すると、その位置にパラメトリックスピーカ１１０の音声の出力方向を制御する。
【００２８】
このパラメトリックスピーカ１１０は、図３に示すように、圧電素子１１１を弾性部材１１２で支持した圧電振動子１１３からなり、その弾性部材１１２は高剛性のフレーム１１４で支持されている。
【００２９】
そして、図４に示すように、パラメトリックスピーカ１１０は、上述のような複数の圧電振動子１１３がマトリクス状に配列されている。パラメトリックスピーカ１１０は、このようにマトリクス状に配列されている圧電振動子１１３を個々に駆動制御することで、高指向性の音声を所望の方向に出力する。
【００３０】
なお、圧電素子１１１は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料、有機材料ともに特に限定されないが、電気機械変換効率が高い材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ：lead Zirco-titanate）や、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などの材料が使用できる。
【００３１】
また、圧電素子１１１の厚みは、特に限定されないが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。例えば、脆性材料であるセラミック材料として厚み１０μｍ未満の薄膜を使用した場合、取り扱い時に機械強度の弱さから、欠けや破損などが生じて、取り扱いが困難となる。
【００３２】
また、厚み５００μｍを超えるセラミックを使用した場合は電気エネルギから機械エネルギに変換する変換効率が著しく低下し、パラメトリックスピーカ１１０として充分な性能が得られない。
【００３３】
一般的に、電気信号の入力により電歪効果を発生させる圧電セラミックにおいては、その変換効率は電界強度に依存する。この電界強度は分極方向に対する厚み／入力電圧で表されることから、厚みの増加は必然的に変換効率の低下を招いてしまう問題がある。
【００３４】
本発明の圧電素子１１１には、電界を発生させるために主面に上部／下部電極層(図示せず)が形成されている。上部／下部電極層は、電気伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、銀や銀／パラジウムを使用することが好ましい。銀は低抵抗な汎用的な電極層として使用されており、製造プロセスやコストなどに利点がある。
【００３５】
また、銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上部／下部電極層の厚みについては、特に限定されないが、その厚みが１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。
【００３６】
例えば、厚み１μｍ未満では、膜厚が薄いため、均一に成形できず、変換効率が低下する可能性がある。なお、薄膜状の上部／下部電極層を形成する技術として、ペースト状にして塗布する方法もある。
【００３７】
しかし、圧電素子１１１がセラミックのような多結晶では表面状態が梨地面であるため、塗布時の濡れ状態が悪く、ある程度の厚みがないと均一な電極膜が形成できない問題点がある。
【００３８】
一方、上部／下部電極層の膜厚が１００μｍを超える場合は、製造上は特に問題はないが、上部／下部電極層が圧電素子１１１である圧電セラミック材料に対して拘束面となり、エネルギ変換効率を低下させてしまう問題点がある。
【００３９】
本実施の形態のパラメトリックスピーカ１１０の圧電素子１１１は、その片側の主面が弾性部材１１２によって拘束されている。弾性部材１１２は、圧電素子１１１の基本共振周波数を調整する機能を持つ。機械的な圧電振動子１１３の基本共振周波数fは、以下の式で示されるように、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。
【００４０】
[数１]
ｆ＝１／(２πＬ√(ｍＣ))
なお、"ｍ"は質量、"Ｃ"はコンプライアンス、である。
【００４１】
言い換えれば、コンプライアンスは圧電振動子１１３の機械剛性であるため、このことは圧電素子１１１の剛性を制御することで基本共振周波数を制御できることを意味する。
【００４２】
例えば、弾性率の高い材料の選択や、弾性部材１１２の厚みを低減することで、基本共振周波数を低域にシフトさせることが可能となる。この一方で、弾性率の高い材料を選択することや、弾性部材１１２の厚みを増加させることで基本共振周波数を高域にシフトさせることができる。
【００４３】
従来は、圧電素子１１１の形状や材質により基本共振周波数を制御していたところから設計上の制約やコスト、信頼性に問題があったが、本発明のように、構成部材である弾性部材１１２を変更することで所望の基本共振周波数に容易に調整できることから、工業上の価値は大きい。
【００４４】
なお、弾性部材１１２には、金属や樹脂など脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどの汎用材料が使用される。
【００４５】
また、弾性部材１１２の厚みについては、５μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合、機械強度が弱く、拘束部材として機能を損なうことや、加工精度の低下により、製造ロット間で圧電素子１１１の機械振動特性の誤差が生じてしまう。
【００４６】
また、厚みが１０００μｍを超える場合は、剛性増による圧電素子１１１への拘束が強まり、振動変位量の減衰を生じさせてしまう問題点がある。また、本実施の形態の弾性部材１１２は、材料の剛性を示す指標である縦弾性係数が、１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。上述のように、弾性部材１１２の剛性が過度に低い場合や、過度に高い場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう問題点がある。
【００４７】
以下に本実施の形態のパラメトリックスピーカ１１０の動作原理を説明する。本実施の形態のパラメトリックスピーカ１１０は、ＡＭ(Amplitude Modulation)変調やＤＳＢ(Double Sideband modulation)変調、ＳＳＢ(Single-Sideband modulation)変調、ＦＭ(Frequency Modulation)変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行っている。
【００４８】
非線形としては、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移する現象が挙げられる。すなわち、音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。
【００４９】
しかしながら、低周波数帯域での音波の振幅は非線形でありながら、振幅差が非常に小さく、通常、線形理論の現象として取り扱っている。これに対して、超音波では非線形性が容易に観察でき、空気中に放射した場合、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。
【００５０】
概略すれば、音波は空気中に分子集団が濃淡に混在する疎密状態であり、空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する原理である。
【００５１】
上述のような構成において、本実施の形態の携帯電話機１００は、例えば、図５に示すように、ユーザ素子２１０を装備しない利用者ＣＵによる通常の通話時には(ステップＳ１−Ｙ)、頭部側面に近接配置され、下端のマイクロフォン１４１で利用者ＣＵの発声を入力し、上端の動電型スピーカ１６０から相手の利用者(図示せず)の発声を出力する(ステップＳ１０)。
【００５２】
ただし、本実施の形態の携帯電話機１００は、利用者ＣＵが装備するユーザ素子２１０をＲＦＩＤの電磁結合などにより検出すると(ステップＳ２−Ｙ)、上述のような一般的な利用方法だけでなく(ステップＳ３−Ｎ)、例えば、パラメトリックスピーカ１１０を利用したパラメトリックモードにより(ステップＳ４−Ｙ)、ハンズフリー通話や音楽の視聴などにも利用される。
【００５３】
このような場合、携帯電話機１００は、例えば、図１に示すように、利用者ＣＵの頭部前方に所定距離に配置される。このような状態で、例えば、利用者ＣＵがハンズフリー通話や音楽の視聴の開始を所定操作などで入力する。
【００５４】
すると、指向性制御部１３０は、ユーザ素子２１０の検出結果から利用者ＣＵの所定属性を取得する(ステップＳ５)。このようなユーザ属性は、前述のように、年齢層、性別、音楽嗜好、等からなり、ユーザ素子２１０に記録されていてもよく、指向性制御部１３０に登録されていてもよい。
【００５５】
さらに、指向性制御部１３０は、ユーザ素子２１０の検出結果から利用者ＣＵの方向と距離とを特定する(ステップＳ６)。つぎに、指向性制御部１３０は、前述のように取得したユーザ属性に対応して音楽などの音声コンテンツを取得する(ステップＳ７)。
【００５６】
そして、このような指向性制御部１３０がパラメトリックスピーカ１１０に音声コンテンツを出力させるとともに、そのパラメトリックスピーカ１１０の高指向性の音声の出力方向をユーザ素子２１０の検出位置に制御する(ステップＳ８)。
【００５７】
本実施の形態の携帯電話機１００では、上述のようなパラメトリックスピーカ１１０の音声が高指向性なので、周囲に騒音となることなく、利用者ＣＵに充分な音量の音声コンテンツを提供することができる。
【００５８】
特に、本実施の形態の携帯電話機１００では、利用者ＣＵの位置をユーザ素子２１０でリアルタイムで検出しつづけ、パラメトリックスピーカ１１０の高指向性の音声の出力方向をリアルタイムに調節する。このため、音楽の視聴中などに利用者ＣＵの位置が変動しても、その利用者ＣＵに高指向性の音声を的確に提供することができる。
【００５９】
しかも、本実施の形態の携帯電話機１００は、上述のようにユーザ素子２１０の検出結果から出力する自動的に音声コンテンツを切換制御する。このため、利用者ＣＵが特別な選別操作などを実行しなくとも、自動的に嗜好する音声コンテンツを堪能することができる。
【００６０】
さらに、本実施の形態の携帯電話機１００は、上述のように通常通話に利用される動電型スピーカ１６０とは別個に、パラメトリックモードで利用されるパラメトリックスピーカ１１０を装備している。
【００６１】
このため、通常通話は動電型スピーカ１６０で支障なく実行することができ、パラメトリックモードでは利用者ＣＵから所定距離まで離間した利用者ＣＵに高指向性な音声コンテンツを提供することができる。
【００６２】
なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では携帯電話機１００がユーザ素子２１０の検出結果に対応して出力する音声コンテンツを切換制御することを例示した。
【００６３】
しかし、このような携帯電話機１００が、ユーザ素子２１０の検出結果に対応してパラメトリックスピーカ１１０の出力音声の周波数特性を制御してもよい。例えば、一般的に高齢となると高周波が聞き取りにくくなるので、出力音声を低周波に遷移させるとともに、音量を増加させる。
【００６４】
このような音量の増加を周波数特性の変更により実現することもできる。上述のように利用者ＣＵの年齢により聞き取りやすい周波数特性が相違するので、利用者ＣＵの年齢により周波数特性を変化させてもよい。
【００６５】
また、携帯電話機１００が、ユーザ素子２１０の検出結果に対応してパラメトリックスピーカ１１０の出力音声の出力速度を制御してもよい。例えば、一般的に高齢となると音声の聞き取り速度が低下するので、このような場合に音声コンテンツの再生速度を低下させる。
【００６６】
さらに、上記形態ではユーザセンサ１２０がユーザ素子２１０を検知して利用者ＣＵの方向と距離とを特定し、指向性制御部１３０は、方向と距離とで特定された利用者ＣＵの位置にパラメトリックスピーカ１１０の音声の出力方向を制御することを例示した。
【００６７】
しかし、ユーザセンサ１２０は、ユーザ素子２１０を検知して利用者ＣＵの方向のみ特定し、指向性制御部１３０は、特定されたユーザセンサ１２０の方向にパラメトリックスピーカ１１０の音声の出力方向を制御してもよい。
【００６８】
さらに、上記形態では高指向性の音声の出力方向を制御自在なスピーカユニットとして、複数の圧電素子１１１を複数の弾性部材１１２で個々に支持した複数の圧電振動子１１３がマトリクス状に配列されているパラメトリックスピーカ１１０を例示した。
【００６９】
しかし、一個の圧電振動子１１３を上下左右などの二軸方向に揺動自在に支持し、各方向にソレノイドなどで可動させるスピーカユニットなども実施可能である(図示せず)。
【００７０】
また、上記形態では圧電振動子１１３は圧電素子１１１を弾性部材１１２で支持されている構造を例示した。しかし、圧電振動子が、複数のセラミック層と電極層とが交互に形成された積層構造を有してもよい。
【００７１】
なお、当然ながら、上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１００    携帯電話機
１０１    本体ハウジング
１０２    ディスプレイユニット
１０３    キーボードユニット
１１０    パラメトリックスピーカ
１１１    圧電素子
１１２    弾性部材
１１３    圧電振動子
１１４    フレーム
１２０    ユーザセンサ
１２１    増幅回路
１３０    指向性制御部
１４１    マイクロフォン
１６０    動電型スピーカ
２１０    ユーザ素子
１０００    音響システム
ＣＵ    利用者
【図１】
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【図２】
2012029102.tif 000004
【図３】
2012029102.tif 000005
【図４】
2012029102.tif 000006
【図５】
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