CN1713781A - 超声波扬声器和放映机 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是利用从推挽式静电型超声波换能器的两面发出的所有声波作为声源。作为解决手段，本发明提供了一种使用超声波换能器的超声波扬声器，所述超声波换能器具有：具有导电层的振动膜、以及与该振动膜的各个面相对设置的一对固定电极，在上述振动膜的导电层上施加DC偏置电压，同时在上述一对固定电极部间施加交流信号，从而使振动膜产生声波，该振动膜所产生的声波通过分别设置在上述一对固定电极上的通孔，从两个声波输出面输出，上述超声波换能器的声波输出面配置在与声波放射方向正交的方向上，并且具有声波反射板，其与上述超声波换能器的两个声波输出面对应设置，使从各声波输出面输出的声波向声波放射方向反射。

Description

超声波扬声器和放映机
技术领域
本发明涉及超声波扬声器和安装了该超声波扬声器的放映机，尤其涉及可以利用推挽式静电型超声波换能器的两个声波输出面发出的所有声波作为声源的超声波扬声器和放映机。
背景技术
近年来，出现了如下的申请：关于利用了空气对于超声波的非线性特性的具有参数效应的扬声器，组合了利用反射板反射可听声波的反射板。
例如，公开了采用将反射板和超声波换能器阵列组装到扬声器盒中的构造的发明。然而，在该发明的构造中，由于相对于反射面，超声波换能器阵列的声波发出面不是等间隔的，所以存在反射声的声压不均匀的问题(例如，参照专利文献1)。
另外，公开了针对上述问题的发明，通过采用如下的结构，解决了上述问题，即、在中心部具有开孔的抛物面状基板的凹面上构成超声波换能器阵列，通过在该基板的曲率半径的中心点附近设置可听声波反射板，将指向性强的二次波(可听声波)反射到反射板上，并通过在抛物面状基板的中心开设的孔而发出(例如，参照专利文献2)。
然而，上述任何一种方法都涉及具有一个声波输出面的换能器，在具有向换能器的两面方向输出声波的构造的推挽式静电型换能器中，不能有效地利用向里侧发出的声波。
图10是用于说明推挽式静电型超声波换能器的驱动概念的图，在推挽式静电型超声波换能器中，与振动膜41相对地设置有一对对向固定电极部51和对向固定电极部52。并且，利用DC偏压电源向振动膜41提供正(+)的DC偏压，并在对向固定电极部51和对向固定电极部52间施加交流信号。
图10(A)是表示交流信号是0时的振动膜41的振幅状态的图，振动膜41位于中立的位置(对向固定电极部51和对向固定电极部52的正中间)上。图10(B)是表示在对向固定电极部51上施加交流信号的正电压、在对向固定电极部52上施加交流信号的负电压时的振动膜41的振幅状态的图，振动膜41的中央部因与对向固定电极部52之间的静电力(吸引力)以及与对向固定电极部51之间的静电力(排斥力)而向对向固定电极部52的方向靠近。
图10(C)是表示在对向固定电极部51上施加交流信号的负电压、在对向固定电极部52上施加交流信号的正电压时的振动膜41的振幅状态的图，振动膜41的中央部因与对向固定电极部51之间的静电力(吸引力)以及与对向固定电极部52之间的静电力(排斥力)而向对向固定电极部51的方向靠近。这样，振动膜41根据交流信号而振动，产生声波，由振动膜41产生的声波向对向固定电极部51和对向固定电极部52的两面方向放射。
在使用这样的向两面方向输出声波的构造的推挽式超声波换能器的情况下，如图11(A)所示，直接发出(泄漏)从固定电极50的两面侧输出的声波，或者，如图11(B)所示，利用吸收体90衰减从一个对向固定电极部52侧输出的声波等，并没有构成为完全使用从超声波换能器输出的声波。
另外，如图12(A)所示，以往，超声波扬声器为圆形，并将其直立地安装在放映机上，使声波输出面朝向放映机的前面，因此，在圆形的固定电极50的背后设置有反射板60a的情况下，这里使用的反射板60a的直径必须是固定电极50的倍数，并且难以将其折叠，存在导致放映机的大型化或超声波扬声器的输出不足的问题(另外，图12(B)表示将图12(A)所示的超声波换能器安装在放映机中的方式)。
[专利文献1]特开昭61-123389号公报
[专利文献2]特许2786531号说明书
发明内容
本发明是为解决以上问题而提出的，其目的在于提供一种可以使用从推挽式静电型超声波换能器的两个声波输出面发出的全部声波作为声源的超声波扬声器和放映机。
本发明就是为了解决上述问题而提出的，本发明的超声波扬声器使用了超声波换能器，该超声波换能器具有：具有导电层的振动膜、以及与该振动膜的各个面相对地设置的一对固定电极，在上述振动膜的导电层上施加DC偏压电压，同时在上述一对固定电极部之间施加交流信号，以使振动膜产生声波，该振动膜所产生的声波通过分别设置在上述一对固定电极上的通孔，从两个声波输出面输出，该超声波扬声器的特征在于，上述超声波换能器的声波输出面配置在与声波放射方向正交的方向上，具有声波反射板，其与上述超声波换能器的两个声波输出面对应设置，使从各声波输出面输出的声波向声波放射方向反射。
根据这种结构，在使用了具有两个声波输出面的推挽式静电型超声波换能器的超声波扬声器中，配置该超声波换能器，使得超声波换能器的声波输出面的方向为与超声波扬声器的声波放射方向正交的方向。并且，对应于各声波输出面设置声波反射板，将从各声波输出面输出的声波向超声波扬声器的声波反射方向反射。
由此，在推挽式超声波扬声器中，可以利用从以往不使用的被舍弃的一侧的声波输出面输出的声波，所以，可以增大输出声压，构成指向性良好的扬声器。
另外，本发明的超声波扬声器，其特征在于，上述超声波换能器的声波输出面相对于水平面水平地设置，或者，上述超声波换能器的声波输出面相对于水平面垂直地设置。
根据这种结构，在构成超声波扬声器的情况下，超声波换能器的声波输出面相对水平面水平地设置，或者，上述超声波换能器的声波输出面相对于水平面垂直地设置。
由此，在将超声波扬声器安装在设备(例如，放映机等)上时，增加了安装方向的自由度。
另外，本发明的超声波扬声器，其特征在于，具备可变地调节上述声波反射板相对于上述超声波换能器的声波输出面的安装角度的单元。
根据该结构，可以可变地调节声波反射板和声波输出面的安装角度。由此，可以调整由声波反射板反射的声波，使其朝向声波放射方向。
另外，本发明的超声波扬声器，其特征在于，上述超声波反射板相对于上述超声波换能器的声波输出面的安装角度被设定成约45度。
根据该结构，将声波反射板和声波输出面的角度设定成大致45度。由此，可以使声波反射板所反射的声波朝向声波放射方向。
另外，本发明的超声波扬声器，其特征在于，具有移动机构控制单元，其使上述声波输出面的一侧的声波反射板的位置相对于上述声波输出面的另一侧的声波反射板的位置，在垂直于声波输出面的方向上移动与载波频率的半波长相应的距离。
根据该结构，在一侧声波反射板上设置移动机构(滑动机构)，与载波频率一致，使距离d(距振动膜的距离)移动与半波长相应的距离。
由此，可以使从两侧声波输出面输出的声波的相位变成同相，所以，可以防止中心轴附近的声压抵销，可以进一步地增强输出声压。
另外，本发明的超声波扬声器，其特征在于，上述声波反射板形成为可以折叠收纳的构造。
根据该结构，使反射板成为可以折叠收纳的构造。由此，可以容易地折叠反射板，所以可以容易地将超声波扬声器收纳在放映机内。
另外，本发明的超声波扬声器，其特征在于，还具有曲面反射板，用于将由上述声波反射板向声波放射方向以外的方向反射的声波成分向声波放射方向反射。
根据该结构，在声波反射板为平板的情况下，从超声波换能器发出的声波的一部分不会垂直入射到声波反射板上，所以，反射后的声波不会向前方发出，而向上下方向反射。因此，对于平面反射板进一步设置曲面反射板(最好为圆锥形)，由此，可以利用曲面反射板使被平面反射板向偏离了预期方向(前方)的方向反射的成分向前方反射。
由此，可以进一步有效地利用以往不使用的被舍弃的一侧的声波。
另外，本发明的放映机，其特征在于，安装了上述任意一项所述的超声波扬声器。
根据该结构，将本发明的超声波扬声器安装在放映机中。由此，可以增强安装在放映机中的超声波扬声器的输出声压，增强扬声器的指向性。
附图说明
图1是表示本发明的超声波扬声器的结构例的图。
图2是表示振动膜的结构例的图。
图3是表示超声波换能器和反射板的结构例的图。
图4是表示本发明的超声波扬声器的第2结构例的图。
图5是表示图4所示的超声波扬声器的控制电路例的图。
图6是表示将本发明的超声波扬声器安装在放映机中的示例图。
图7是表示本发明的超声波扬声器的收纳状态的图。
图8是表示在超声波换能器上追加曲面反射板的示例图。
图9是表示固定电极的形状的示例图。
图10是表示推挽式静电型超声波换能器的驱动概念的说明图。
图11是以往例子的说明图。
图12是以往例子的说明图。
具体实施方式
接下来，参照附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
图1是表示本发明的超声波扬声器的结构例的图。在图1中，可听频带信号振荡源11生成可听频带信号(例如声音信号等)。载波信号源12生成超声波频带的载波信号。调制部13利用可听频带信号对载波信号源12所生成的超声波频带的载波信号进行调制。在前置放大器14中对调制信号进行前置放大，功率放大器15对调制信号进行进一步的放大。在超声波换能器30中，将由功率放大器15放大的调制信号转换成声波(超声波)，发出到空气中。
从超声波换能器30发出的超声波在空气传播中产生参数效应，自己解调成可听频率声波，可以作为可听音而听到。
此处，超声波换能器30包括：振动膜41；以及固定电极50，其由与振动膜41相对的一对对向固定电极部(一对固定电极)51、52构成，振动膜41形成由2个对向固定电极部51、52扶持的推挽式结构。另外，在超声波换能器30的固定电极50的两面侧设置有反射板60。
另外，在图1中，利用剖面图示出了超声波换能器30和反射板60，实际上，振动膜41、固定电极50和反射板60为在垂直于附图纸面的方向上扩展的结构(参照图9所示的固定电极的结构例)。
另外，图2是表示振动膜41的结构例的图，振动膜41具有利用绝缘体43将导电材料(导电层)42夹在中间的构造。
返回到图1，在振动膜41上施加来自恒压源16的正(+)或负(-)的单一极性的偏压电压(使振动膜41的导电层充电)，对2个对向固定电极部51、52施加从功率放大器15输出的极性交互切换的交流信号。由此，可以使静电力所引起的吸引作用和排斥作用同时作用在振动膜41上，使其振动。
图3是表示超声波换能器和反射板的结构例的图，是示出了超声波换能器30和反射板60的一部分的图。如上所述，固定电极50包括与振动膜41对置的对向固定电极部51和对向固定电极部52，在对向固定电极部51、52上，在相同的位置(相同的对应位置)上设置有形状相同的通孔部53。振动膜41保持为夹持在这些对向固定电极部51、52之间的构造，因振动膜41的振动而产生的声波通过通孔部53发出到空气中。
在固定电极50的两面侧设置有可以相对于固定电极50的声波发出面调整安装角度(θ)的反射板60。通常，反射板60相对于声波输出面以45度(约45度)的角度安装，声波的行进方向因反射板60而变成与声波发出面正交的方向，结果，向希望的声波放射方向(前面)放射声音。
此时，由于从各面发出的声波是反相的，所以在超声波换能器附近(中心附近)可能有一部分声压不会增强，但是，与以往的从一个面发出声波的情况相比，在整体上声压增强。
另外，图4是表示本发明的超声波扬声器的第2结构例的图，示出了消除图3所示结构例中的超声波换能器附近(中心附近)的一部分声压相互抵销的的现象的结构例。在图4(A)所示的结构例中，对应于载波(载波信号)的频率，在对向固定电极部51侧使振动膜41和反射板60之间的距离d移动半波长。另外，也可以在对向固定电极部52侧移动振动膜41和反射板60之间的距离。另外，图4(B)示出了载波频率(载波信号频率)和半波长距离之间的关系。
这样，通过将单侧的反射板移动与载波的半周期相应的距离(＝半波长)，可以使从两侧的对向固定电极部51、52输出的声波的相位变成同相，所以，可以防止中心轴附近的声压抵销，可以进一步地增强声压。
另外，图5是表示图4所示的超声波扬声器的控制电路例的图。在调制处理的阶段决定了载波信号的频率，所以，如图5所示，将该信息信号(频率信息信号)从调制部13发送到移动机构控制部(移动机构控制单元)17。在移动机构控制部17中，根据信息信号(频率信息信号)，算出与频率对应的半波长量(＝移动量)，驱动移动机构(移动机构控制单元)71。
根据这种结构，由于可以使两侧的声波相位变成同相，所以可以防止中心轴附近的声压抵销，可以进一步增强声压。
另外，图6是表示将本发明的超声波扬声器安装在放映机中的一个示例图，示出了使用左右两个超声波扬声器的具有立体声播放功能的放映机的例子。如图6所示。如果与放映机80的尺寸(宽度、高度)一致地垂直放置或水平放置由超声波换能器30和反射板60构成的超声波扬声器，则可以容易地组装到放映机80中。
另外，图6(A)是将超声波换能器30配置成声波输出面为放映机80的上下方向的例子，图6(B)是将超声波换能器30配置成声波输出面为放映机80的左右方向的例子。
另外，通过采用这样的配置结构，可以折叠反射板60，并将超声波扬声器收纳在放映机80内的非常狭小的空间内。
在以往的安装方式(参照图12(B)的以往例的图)中，由于超声波扬声器为圆形，并将其直立地安装在放映机上，使声波输出面朝向放映机的前面，因此，这里使用的反射板的直径必须是超声波换能器的直径的倍数，并且难以将其折叠，存在导致放映机的大型化或超声波扬声器的输出不足的问题。
另外，图7是表示本发明的超声波扬声器的收纳状态的图，示出了使用左右两个超声波扬声器的具有立体声播放功能的放映机的例子。在本发明的结构中，如图7所示，在收纳由超声波换能器30和反射板60构成的超声波扬声器时，通过折叠反射板60，可以收敛成非常紧凑的尺寸，不会导致放映机80的大型化。另外，使用时只要使超声波扬声器滑动而向放映机80的上面或前面突出，同时打开反射板60即可。
另外，图8是表示在超声波换能器上追加曲面反射板的示例图，在反射板为平板的情况下，由于从超声波换能器发出的声波的一部分不会垂直地入射到反射板上，所以反射后的声波不会向前方发出，而是反射到上下方向。因此，如图8所示，对反射板(平面反射板)60进一步设置曲面反射板(最好为圆锥形)61，由此可以利用曲面反射板61使被反射板(平面反射板)60反射到偏离了预期方向(前方)的方向的成分向前方反射。
另外，图9是表示固定电极的形状的示例图，在本发明的结构中，如图9所示，固定电极50的形状可以是圆形、椭圆形、矩形中的任意一种，但是，从面积效率这一点考虑优选四边形。另外，通孔部53的形状也可以是圆形、椭圆形、矩形，而且，其配置可以是直线、蜂窝、或同心圆状。
图9(A)的例子为，将固定电极50形成为矩形状，通孔部53为矩形，并平行配置。另外，图9(B)和图9(C)示出了通孔部53配置为圆形的例子。
如以上说明那样，在本发明的超声波扬声器中，通过以45度的角度将反射板设置在推挽式超声波换能器的声波输出面的两侧，可以在相位差无限小的状态下放射两侧的声波。因此，可以利用以往不使用的被舍弃的一侧的声波，可以增加输出声压。另外，通过垂直放置或者水平放置超声波扬声器，可以有效地将其收纳在放映机中。另外，由于反射板易于折叠，可以容易地将超声波扬声器收纳在放映机中。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明的超声波扬声器不仅限于上述的图示例，当然可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。

Claims (8)

1、一种使用超声波换能器的超声波扬声器，所述超声波换能器具有：具有导电层的振动膜、以及与该振动膜的各个面相对设置的一对固定电极，在上述振动膜的导电层上施加DC偏置电压，同时在上述一对固定电极部间施加交流信号，从而使振动膜产生声波，该振动膜所产生的声波通过分别设置在上述一对固定电极上的通孔，从两个声波输出面输出，所述超声波扬声器的特征在于，
上述超声波换能器的声波输出面配置在与声波放射方向正交的方向上，并且
具有声波反射板，其与上述超声波换能器的两个声波输出面对应设置，使从各声波输出面输出的声波向声波放射方向反射。
2、根据权利要求1所述的超声波扬声器，其特征在于，
上述超声波换能器的声波输出面相对于水平面水平地设置，或者，上述超声波换能器的声波输出面相对于水平面垂直地设置。
3、根据权利要求1或权利要求2所述的超声波扬声器，其特征在于，具备可变地调节上述声波反射板相对于上述超声波换能器的声波输出面的安装角度的单元。
4、根据权利要求1至3中的任意一项所述的超声波扬声器，其特征在于，
上述超声波反射板相对于上述超声波换能器的声波输出面的安装角度被设定成约45度。
5、根据权利要求1至4中的任意一项所述的超声波扬声器，其特征在于，
具有移动机构控制单元，其使上述声波输出面的一侧的声波反射板的位置相对于上述声波输出面的另一侧的声波反射板的位置，在垂直于声波输出面的方向上移动与载波频率的半波长相应的距离。
6、根据权利要求1至5中的任意一项所述的超声波扬声器，其特征在于，
上述声波反射板形成为可以折叠收纳的构造。
7、根据权利要求1至6中的任意一项所述的超声波扬声器，其特征在于，
还具有曲面反射板，用于将由上述声波反射板向声波放射方向以外的方向反射的声波成分向声波放射方向反射。
8、一种放映机，其特征在于，安装了权利要求1至7中的任意一项所述的超声波扬声器。
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