JP2000514971A - 音響ヘテロダイン装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は少なくとも２つの超音波列（３０、３２）の干渉の結果として共鳴洞（８０）からの新規なソニックまたはサブソニック圧縮波の放射である。一実施形態では、２つの超音波放出器（２０）が共鳴洞の方向に指向される。２つの超音波列間の周波数における差はソニックまたはサブソニック周波数範囲にある時に、その周波数の新しいソニックまたはサブソニック波列は音響ヘテロダインの原則に従って干渉の共鳴洞または領域内から発信される。好適な実施形態は多重波を放出する共鳴洞の方向に指向される単一超音波放射要素を含む装置である。

Description

【発明の詳細な説明】 音響ヘテロダイン装置およびその方法 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、圧縮波の発生に関する。特に、本発明は、新たな圧縮波の生成源に 直接放射要素を用いることなくソニックおよびサブソニックの圧縮波を間接的に 生成するための新たな装置および方法に関する。 ２．水準技術 音波は、一般に空気または水の分子の波状運動である。これら媒体が弾性かつ 略々均質であり、生成源から放射状に全方向に音波の移動を自然に生じる。例え ば、音声、器楽音あるいは打音は、多くの周波数、上音、および耳における瞬間 的な聴覚に集合的に寄与する全範囲の強弱法（ｄｙｎａｍｉｃｓ；デュナーミク ）を含む１つの総合された形態であらゆる方向に放射する。健康な耳に自然に生 じるこのような聴覚は、発生点に存在した同じ音響的な内容に対応する時に「純 粋」であると見なされる。 音は媒体内部の運動の過渡的な一時的状態であるので、それ自体は自立するも のではない。実際に、熱力学の第一法則と第二法則は、音がその運動を結局は熱 あるいは他のエネルギ形態へ消散することを必要とする。従って、音の蓄積ある いは保存が要求されるならば、このような運動を固定された記録形態へ変換する ことが必要である。かかる固定された形態は、この固定形態を再び音波へ変換す ることによって後で復元することができる。 最も古い記録例では、機械的な装置が音波の衝撃により動かされて、対応する グローブ（ｇｒｏｖｅ）を板に彫るか刻み込む。針または他の追跡装置を１組の 移動する溝に置くことによって、元の音波の生の再生が行われた。磁気、電子お よび光の媒体の如き他の固定された形態で音波の捕捉を可能にする更に複雑な技 法が現れた。それにも拘わらず、機械的なメカニズムあるいはディジタル的に制 御されたレーザ読出し装置によって応答が生成されるものであっても、同じ音の 再現原理がこのような記録された情報を復元するために応用されてきた。特に、 物体の運動を生じることによって、記録された信号が再び音波へ変換され、これ が次に周囲の空気を音の再現に対応する運動に設定する。 今日の音響科学の主たる目標は、電子的、磁気的、機械的あるいは光学的な記 録を耳において検知され得る圧縮波へ変換することに基いて純粋な音を再現する ことである。理想的なシステムは、全ての元の音を、初めの音を生成したものと 対比し得る共振装置を介して再生する。換言すれば、バイオリンの音は、バイオ リンを介して再生され、その楽器を表わす上音および無数の他の動的な影響を再 現する。同様に、ピッコロは、この種の楽器と関連する高い周波数、共振特性お よび上音を生じる装置を介して再生される。要約すると、音の再生がビオラまた は音声の独特な特性を具現しない機械的な音発生装置によって操作されるならば 、ビオラが「純粋な」形態でビオラのような音を生じるとは予期することができ ない。従って、音の元の「純粋な」品質を再現する唯一の実際的な方法は各楽器 または音源を分離し、その音出力を記録し、次いでこの出力を同じ楽器または音 響共振装置へ再生することであるように見える。このような解決法が完全に実施 不可能であることは明らかである。 現実には、音を再現する試みはスピーカに仕向けられてきた。ラウドスピーカ の動作は、構成要素の相互作用が説明される時理解が比較的簡単である。スピー カは、エネルギを１つの形態（音を表わす電気信号）で受取り、このエネルギを 別の形態（機械的振動）に変換するトランスデューサである。動的なラウドスピ ーカにおいては、放送されるべき信号の強さと周波数に比例する電流が、丈夫な 振動板即ちコーンに取付けられたコイルを介するように送られる。このコイルは 、永久磁石の内側で運動し、磁界がこのコイルに前記電流に比例する作用力を及 ぼす。コイルと取付けられた振動板の振動運動が、周囲の空気中に音波を生成す る。要約すると、音の再現は、これまで振動板即ち板の機械的運動を必要とした 。１つの振動板即ち板がピッコロの高い音とベース・ドラムの低い共鳴の両方正 確に提供することを期待することは、実に無理なことであろう。 しかし、交響曲の生演奏の鑑賞者がこのような広範囲の音を聴く時、この生演 奏を無数の周波数と振幅とを有する音波の「まとまった」組合わせとして総合的 に受取ることを知ることが重要である。かかる複合音群は、その発生源から空気 を介して全経験を頭脳へ伝達することができる耳へそれぞれ伝えられる。実際に 、全範囲の可聴信号（２０ないし２０，０００Ｈｚ）が、１つのまとまった経験 として処理され、低いベースの振動ならびに残りの感覚を刺激する他の周波数の 効果を含んでいる。 耳に達するこのような同じ「純粋な」音がマイクロフォンにより検出されて、 結果的に磁気テープまたはコンパクト・ディスクのような固定媒体へ記録され得 ることを知ることも重要である。マイクロフォンの振動板は人間の耳の感度は持 たないが、最近の技術は、記録された信号内の全範囲の音響的経験を有効に捕捉 することが非常によくできるようになった。例えば、高低の両周波数を記録する ために別々のマイクロフォンを提供する必要はない。実際に、耳の鼓膜のように 、マイクロフォンは、その小さな検知膜で、全ての音響スペクトルをまとまった 音波群として捕捉し、これら音波群を適切な媒体に記録することが可能な複合信 号として記録する。 従って、マイクロフォンが「純粋な」音の有効な記憶およびその後の再生に対 する主たる制約でないことは明らかである。むしろ、正確な音の再生の挑戦は、 マイクロフォンの出力を機械的なスピーカを介して圧縮波へ変換する試みと共に 行われる。従って、高品質のまとまった音響システムを達成するための研究の焦 点は、適切な共鳴室と音響結合装置を組合わせて元の音経験の厳密なシミュレー ションを結果として得るように、高中低の周波数範囲に応答することができる複 合スピーカ群を開発することであった。 改善された音の再生に対するこのような探求は、（ａ）スピーカの振動板の質 量の補償、（ｂ）密閉されたスピーカ内部の空気の抵抗、（ｃ）スピーカの共鳴 室の形態、（ｄ）高低の周波数間の方向的な相違、（ｅ）低周波と高周波の波形 列の位相差、（ｆ）周囲の空気にスピーカの各要素を結合することの問題、およ び（ｇ）高調波および二次音（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｔｏｎｅｓ）の損失の取扱 い問題の研究を含んでいた。更に、これらの特質は、直接的に放射する物理的ス ピーカにより音波を再構成することと関連する僅かに一部の問題に過ぎない。 これらの問題の１つの一例として、スピーカ・ドライバの質量の克服は対峙す べき問題であり続けた。明らかに、スピーカ・ドライバと振動板の目的は、音波 列を形成するため前後に往復運動することによって一連の圧縮波を生じることで ある。初期の設計上の課題は、スピーカの質量自体における慣性によるスピーカ の応答における運動に対する抵抗を補償することである。しかし、スピーカ・ド ライバがいったん運動状態にはいると、質量は運動を続けようとし、ドライバを 過剰に運動させて、その運動方向に逆らうように遅延応答を更に補償することを 必要とする。質量と慣性のこのような対立が、受取られる電気信号で具現される 元の音の複合波列を生じるスピーカの作用時に毎秒数千回も繰り返す。 質量を補償することの困難ならびに多くの他の物理的問題に対処するため、ス ピーカの開発は、音の異なる生成概念の開発ではなく、主として材料および構成 要素の改善に焦点を絞ってきた。振動板の改善、コーン構成材料、技術および設 計、吊り部、モータ装置、磁石、筺体および他の要因が修正され、改善された。 それにも拘わらず、音響出力に変換される電気的エネルギの５パーセントという 効率にも拘わらず、往復運動質量の基本的な使用は変わらずに残った。 静電形ラウドスピーカは、異なる方法論である。コーン形の振動板を持つ電気 力学的ラウドスピーカとは異なり、静電形ラウドスピーカは、薄い導電性振動板 を使用する。この板を取り囲んでいるのは、１つ以上の固定グリッドである。１ つの信号電圧が要素に印加されると、生じた静電作用力が振動板を振動させる。 この低質量の振動板は、高周波放射要素として特に有効であり、充分に大きな放 射面積を用いることによって、その動作を比較的低い周波数へ拡張することがで きる。 静電形スピーカは幾つかの利点を提供するが、かかるスピーカは大型で、高価 で、効率が悪く、点音源放射音でないことから免れない。例えば、音の検出は、 局部あるいは近似的な点音源におけるマイクロフォンにより行われる。検出され た音を非点音源へ変換するため、大きな静電形振動板などは自然でない音の再生 を生成することがある。特に、高さが約１．５２ｍ（５フィート）の放射静電形 スピーカは、はるかに小さなピッコロまたはバイオリンの微妙な空間イメージを シミュレートするその能力が制約される。 ラウドスピーカの設計における別の問題は、低周波放射要素における最適な質 量および寸法が高周波に対するそれと非常に異なることである。この問題は、典 型的に、ラウドスピーカ・システムの各チャネルに対してウーファおよびツィー タの両者の放射要素を設けることによって対処される。このような設計の示唆す るところは、非常に好ましくない。（ｉ）聴取者までのツィータのコーンの比較 的短い距離と、（ii）ホーンまたはウーファ・スピーカから聴取者の耳に達する 低周波信号に対する実質的に長い経路と、を移動する高周波信号における時間的 遅延の差のゆえに生じる位相のずれは、位相差で数千パーセントの範囲内にあり 得る。 スピーカ技術のこれまでの論議は、主として、記憶された音の形態をその元の 形態で音を再現することができる圧縮波へ変えることの歴史的な困難を強調する ためになされた。それにも拘わらず、従来技術は、スピーカの如き機械的システ ムが可聴音を再現するのに必要であるという概念が６０年間実質的に主流をなし ていた。音を生成するために振動板またはスピーカを運動させることを選択する ことによって生じる多くの問題を避けながら、異なる試みを採用する音の再現手 段を提供することが、明らかに非常に望ましい。 発明の目的および概要 本発明の目的は、波列を放出するため直接的な放射要素を用いることなく、空 気領域から新たなソニック波（ｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ）およびサブソニック波（ ｓｕｂｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ）の波列を間接的に放出するための方法および装置 を提供することである。 別の目的は、少なくとも１つの新たなソニック波またはサブソニック波の列に 等しい異なる周波数を持つ少なくとも２つの超音波信号間の干渉の副生成物を用 いることによって、少なくとも１つの新たなソニック波またはサブソニック波の 列を間接的に生成することである。 更に別の目的は、少なくとも２つの超音波列を音響ヘテロダイン化することに より干渉する波列からインテリジェンスを抽出する原理に従って相互に作用させ ることである。 更に他の目的は、新たなソニック波またはサブソニック波の列を、振幅変調を 用いて超音波搬送波と組合わせて、超音波トランスデューサから組合わされた信 号を放出し、搬送波と別の超音波周波数波の列との間の干渉を生じることにより 新たなソニック波またはサブソニック波の列を生成することによって、かかる波 列を間接的に生成することである。 更に他の目的は、間接的に生成された圧縮波を用いる生体の物理的状態に影響 を及ぼすことである。 更に他の目的は、少なくとも２つの認識し得ない圧縮波を用いるが、新たな圧 縮波を直接的に伝搬することなく人間の感覚に認識し得る新たな圧縮波を生成す ることである。 本発明の更に他の目的は、従来の直接的な放射要素の質量および関連する慣性 的な制約を克服する必要なく新たなソニック波またはサブソニック波の列を生成 することである。 本発明の更に他の目的は、さもなければ従来の直接的な放射要素に固有の歪み あるいは望ましくない高調波を生じることなく、新たなソニック波またはサブソ ニック波の波列を生成することである。 別の目的は、少なくとも２つの超音波列を共鳴洞へ放出することによって、共 鳴洞内から新たなソニック波またはサブソニック波の波列を間接的に生成し強調 することである。 更に他の目的は、高周波列を全方向へ生成することによって、従来のラウドス ピーカの典型である非常に集束された指向性を避ける高周波信号の放出を避ける ことである。 更に他の目的は、さもなければ望ましくない放送を生じることになる関連する 環境または筺体に結合することなく、局部的な領域で新たなソニック波またはサ ブソニック波の波列を生成することである。 更に他の目的は、新たなソニック波またはサブソニック波の波列の特性が直接 的な放射要素の特性により制限されることがない新たなソニック波またはサブソ ニック波の波列を生成することである。 本発明の他の目的は、検出場所に物理的な検出装置を設けることなく、マイク ロフォンの如き近似的な点音源検出装置の典型である音波検出プロセスをエミュ レートすることである。 他の目的は、少なくとも２つの超音波周波数の波列の相互作用の程度を操作す ることによって、新たなソニック波またはサブソニック波の波列の音量を制御す ることである。 更に他の目的は、１つの超音波トランスデューサから音響ヘテロダイン作用の 原理に従う領域へ放出される１つの超音波列を変調する副産物として、新たなソ ニック波またはサブソニック波の波列を空気の領域から放出することである。 本発明は、新たなソニック波またはサブソニック波の波列を間接的に生成する システムにおいて具現される。実施の一形態においては、新たなソニック波また はサブソニック波の波列が、少なくとも２つの超音波トランスデューサから放出 される少なくとも２つの超音波列の干渉領域から放出される。動作原理は、超音 波搬送波への検索可能なインテリジェンスの組込みに基いている。このインテリ ジェンスは、超音波搬送波列と別の超音波列の干渉の望ましい副産物として検索 される。超音波列は、本発明者により「音響的ヘテロダイン作用」として識別さ れる原理に従って非線形性の領域内で干渉し、これにより２つの超音波列の差と 和を含む副産物を生成する。 音響的ヘテロダイン作用原理を容易に示すシステムは、放出された超音波列間 に干渉を生じるように配向される２つの超音波周波数トランスデューサを含んで いる。前記２つの超音波列間の周波数差がソニック波またはサブソニック波の周 波数範囲内にあると、周波数差は、ヘテロダイン干渉の領域内から外方へ生じる 新たな可聴音波または新たな超低周波列として生成される。 システムの異なる実施の形態は、唯一の超音波の直接放射要素からなるという 利点を提供する。この利点は、２つの干渉する超音波列が同じ放射要素から放出 されるため、ハードウェア量が減少するばかりでなく、かかる２つの干渉する超 音波列の完全な整合でもある。実際に、新たなソニック波またはサブソニック波 の波列は超音波放出装置から直接生成されるように見える。超音波発生装置がそ れ自体ソニック波またはサブソニック波の周波数に、音が発生装置から直接放出 しないことの可聴の証拠を含むものを生成することができないという避けられな い結論がなければ、思い違いを犯す。 第１の実施の形態の重要なことは、この形態が音響的ヘテロダイン作用原理に 従って２つの超音波列間の干渉の結果として新たなソニック波またはサブソニッ ク波の波列を生成する概念を教示することである。実際に、２つの超音波列が２ つの超音波発生装置から生じることを知ることは容易である。しかし、かかる第 １の実施の形態により教示される音響的ヘテロダイン作用の原理が、第２の実施 の形態がどのように機能するかを理解するための方法をもたらす。どの波列が空 間内で干渉しているかを理解する時、同じ音響的ヘテロダイン原理が適用するこ とが明らかになる。 本発明の主な特質は、ソニック波またはサブソニック波を超音波搬送波へ重ね 合わせることにより、前記インテリジェンスを新たなソニック波またはサブソニ ック波の波列として検索することができるという発見である。超音波列が２つの 発生装置から、あるいは１つの発生装置から生成されるかに拘わらず、この効用 は同じである。 本発明の別の特質は、従来の直接的な放射要素の質量と慣性の関連する諸制限 に固有の問題を克服する必要のない新たな圧縮波の間接的な生成である。本発明 は、所望の音がある空気領域から直接にかつ全てが直接放射形スピーカと関連す る幾つかの歪み形態もなく生成されるように、新たな圧縮波の供給源としての直 接放射要素を取除くものである。 本発明を利用する上で有効な別の特質は、伝達媒体の性質を理解することであ る。特に、音響的ヘテロダイン作用が生じる空気領域は、伝達媒体と呼ばれる。 空気の伝達媒体が音波の伝搬のための弾性媒体を提供することは周知である。こ のように、従来技術の研究は、空気を音の再現プロセスの受動的な要素として取 扱った。空気は、圧縮波により運動させられるのを待つに過ぎない。 その結果、空気が非線形的に挙動する時、空気の性質に対してほとんど注意が 払われなかった。過去においては、このような非線形性は、おそらくは正確な音 の再現に対する障害として認識されていた。これは、極限状態では空気分子が振 動板により生じる如き圧縮波の振動にそれだけ追従し得ないものと当業者に理解 されているゆえである。従って、研究の傾向は非線形条件を避けることであった 。 対照的に、本発明は、要求されるヘテロダイン効果を取上げるためには、非線 形性の伝達媒体の存在を重用するように思われる。 圧縮波が空気中を移動する時に空気は自然では非線形性であるが、非線形性の 程度は観察できないかあるいは重要ではない。しかし、超音波圧縮波が空気中で 相互作用するように放出される時、この非線形性は、音響的ヘテロダイン効果ま たはプロセスとして説明されかつそう呼ばれる驚くべき予期されなかった結果を 生じる。 本発明は、時に関連しない論題として認識された種々の技術および特質に注目 した。本発明のこれらの特質は、１）新たなソニック波、サブソニック波あるい は超音波の圧縮波を間接的に生成し、２）超音波搬送波にインテリジェンスを重 ね合わせて、インテリジェンスを間接的に生成された圧縮波として検索し、３） 少なくとも２つの超音波を空気中で相互作用させ、干渉の生成物を用い、４）音 響的ヘテロダイン作用原理を用いて新たな圧縮波を間接的に生成し、５）比較的 質量の小さな放射要素から新たな圧縮波を生成して、従来の直接的な放射要素の 歪みと好ましからざる高調波を避け、６）サブソニック周波数を近くで生成する ことにより生物の物理的状態に影響を及ぼし、７）音響スペクトル全体にわたり 位相的にコヒーレントである音の近似的な点音源を生成し、８）音の再生あるい は放送における歪みを除去し、９）直接放射要素からの高周波圧縮波の放出に固 有の「うなり」現象を除去し、１０）直接放射要素の特性とは独立的な新たなソ ニックまたはサブソニックの圧縮波を生成し、１１）直接的な検出装置を検出場 所で用いることなく音の検出を行うことを含んでいる。 本発明のこれらの特質の全てがスピーカまたは他の形態の直接放射構造を用い ることなく可能であることを思い出すべきである。更にまた、これらのソニック 周波数またはサブソニック周波数が完全に歪みがなくかつ略々全方向の配向にお いて生成される。驚くべき結果は、マイクロフォンまたは他の記録システムにお いて最初に捕捉される時と同じ形態で「純粋な」音を再生できることである。 本発明の上記および他の目的、特徴、利点および代替的な特質については、当 業者にとって、添付図面に関して以降の詳細な記述を考察することから明らかに なるであろう。図面の簡単な説明 図１は、水準技術の従来のラウドスピーカ・システムの構成要素のブロック図 、 図２は、本発明の実施の一形態の原理により構成された間接的圧縮波生成シス テムの構成要素のブロック図、 図３は、音響的ヘテロダイン干渉作用を含む図２の装置を用いる間接的な新規 の圧縮波生成の図、 図４は、間接的圧縮波生成システムの構成要素のブロック図、 図５Ａは、音の振幅即ち強さが増す時にどのように空気が逓増的に非線形的に 応答するかを示すグラフ、 図５Ｂは、規定された周波数および振幅の特定信号に空気が非線形的に応答す る時を示すグラフ、 図６Ａは、間接的圧縮周波生成システムの構成要素のブロック図、 図６Ｂは、図６Ａの代替的な実施の形態、 図７は、圧縮波を間接的に生成する超音波周波数トランスデューサの代替的な 形態、 図８は、圧縮波を間接的に生成する超音波周波数トランスデューサの別の代替 的形態、 図９は、２つの超音波周波数信号が２つのトランスデューサから放出される共 鳴洞の図、 図１０は、２つの超音波周波数信号が１つのトランスデューサから放出される 共鳴洞の図、 図１１は、人間の耳道が共鳴洞である補聴器およびヘッドフォンの図、 図１２は、本発明を用いて音を検出する方法を示すブロック図、 図１３は、音響的作用を生じる超音波周波数信号の反射を教示する実施の一形 態である。本発明の詳細な記述 次に、本発明の種々の要素が数字表示が与えられ当業者が本発明を作り使用す ることを可能にするため本発明について論述される図面を参照する。 本発明は、現在の水準技術の教示からの著しい逸脱である。圧縮波の生成は、 一般に直接的なプロセスであると認識される。直接的プロセスとは、図１に示さ れるように放射要素１０を所望の周波数で振動させるものと定義される。図１の システムは、典型的に、可聴および非可聴の圧縮波を人間の聴取範囲の上下両方 に直接生成するために用いられる。このように、従来の圧縮波生成システムは、 ダイナミック、制電型、あるいは他の直接的な放射要素でよいスピーカ要素１０ と、信号発生器または増幅器１２の如き信号源とからなっている。信号源１２は 、スピーカ要素１０が圧縮波１４を生じるように振動する特定の周波数を持つ圧 縮波を表わす電気信号を供給する。 図１における如き音の再生システムからの音の品質を改善するために、当業者 がラウドスピーカ１０の如き物理的な放射要素を改善する途を現在探している。 ラウドスピーカ１０は、電気信号を圧縮波１４に変換することによって、アナロ グまたは望ましくはディジタルのフォーマットで記録される音を正確に再生する ことを試みるトランスデューサとして機能する。従って、圧縮波の生成は、先に 述べたように、これまで直接的なプロセスであった。再生される音は、駆動する 周波数で振動する物理的な放射要素により直接的に生成される。この振動は、典 型的に、ラウドスピーカのコーン即ち振動板を駆動させ、この振動板が、毎秒２ ０ないし２０，０００サイクルの範囲内にある時人間の耳が聴取できる圧縮波を 生成する。例えば、振動板が毎秒１５００サイクルで振動するならば、１５００ Ｈｚの可聴音が生成される。 更に進む前に、以下本文に用いられる幾つかの用語を定義することが助けとな ろう。「信号源」とは、スピーカから放出される圧縮波を表わす電気信号を生じ る「信号発生器」または「増幅器」を互換的に意味する。用語「スピーカ」は、 電気信号を圧縮波を生じる機械的振動へ変換する、用語「トランスデューサ」、 「放出装置」、「ラウドスピーカ」、「振動板」、「物理的放射要素」あるいは 「直接放射要素」を互換的に意味する。用語「圧縮波」は、空気の如き伝達媒体 中を伝搬するソニック波、サブソニック波、および超音波である、用語「音波」 、「縦波」および「波列」を互換的に意味する。 望ましい実施の形態における本発明は、新たな圧縮波を間接的に生成するため の方法および装置を教示する。間接的な生成とは、新たな圧縮波の生成源に直接 的な放射要素が無いことを意味する。驚くべきことに、新たに生じる圧縮波の周 波数で振動する物理的な放射要素は存在しない。実際に、空気分子は、所望のソ ニック波、サブソニック波、あるいは超音波の周波数で振動させられることによ り放射要素として機能して新たな圧縮波を生成する。空気自体は、直接的な放射 要素となり、間接的な圧縮波源となる。 本発明に対する最も大きな関心は、ソニック波とサブソニック波の両周波数で ある。これは、主としてこれらの周波数を歪みなしに直接生成することが困難で あるにことよる。対照的に、はるかに大きな精度と小さな歪みで生成できること が、超音波周波数の性質である。これは、放射要素が典型的に更に効率的であり 、サイズが比較的小さく、かつかさ張らないゆえである。従って、超音波放射要 素は、従来のスピーカと同じ歪みの原因を受けずあるいは同じ程度で済む。本発 明が間接的に超音波、ソニック波あるいはサブソニック波の周波数で新たな圧縮 波を生成できることを思い出すべきであるが、現今の関心の中心は、音楽、音声 および他の音の全形態の再現に関する更に重要な用途を探すことである。 新たな圧縮波を生成するために、本発明は、１）少なくとも２つの超音波信号 を利用し、２）所望のソニック波またはサブソニック波の信号を超音波信号の一 方または両方に重ね合わせ、３）少なくとも１つの超音波発生装置から超音波信 号を放出し、４）超音波信号を音響ヘテロダイン作用原理に従って干渉させ、５ ）超音波圧縮波のヘテロダイン干渉の領域から新たな圧縮波を生成する。 かかる構成の利点は、直ちに目に見える。例えば、超音波圧縮波は、認識可能 な形態では人間の耳に対して衝撃とならず、従って不快ではない。その結果、所 望の新たな圧縮波のみが聴取者により更に理想的な音の再現の元の動的特性を再 生できる形態で認識される。 本発明の紹介は、図２を参照することにより最もよく理解される。他の望まし い実施の形態については、この最初の論議の原理に基いて以下に説明される。 間接的な圧縮波の生成は、図２に示されるような第１の実施の形態において行 われる。システムの機能的要素は、少なくとも２つの超音波音響トランスデュー サ２０、超音波信号源２２、信号組合わせ手段２４、および搬送波信号に重ね合 わされる信号を与える信号を組合わせる手段に対する入力２６とを含んでいる。 超音波信号源２２はまた、少なくとも２つの超音波音響トランスデューサ２０か ら放出される信号の周波数を制御する手段としても機能する。点線２８は、この 第１の実施の形態においては、トランスデューサ２０の配向が同軸であることを 示す。 上記装置は、作用を記述する本発明者により選択された位相を音響的なヘテロ ダインする原理により圧縮波３０、３２が空気中で干渉するゆえに、先に述べた ように機能することができる。音響的ヘテロダイン作用は、非線形回路において 生じる電気的なヘテロダイン作用に対してやや機械的な対応作用である。例えば 、電気回路における振幅変調は、ヘテロダイン・プロセスである。このヘテロダ イン・プロセス自体は、単に２つの新たな波の生成に過ぎない。この新たな波は 、２つの基本波の和と差である。 音響的なヘテロダイン作用においては、基本波の和と差と等しい新たな波が、 少なくとも２つの超音波圧縮波が空気中で相互作用あるいは干渉する時に生じる ことが観察される。現在では、音響的なヘテロダイン作用は、両方の基本波が超 音波、従って略々２０ＫＨｚ以上である時にのみ観察される。 本発明の望ましい伝達媒体は空気であり、これは空気が異なる振幅において非 線形的に応答する非常に圧縮可能な媒体であるゆえである。空気のこのような非 線形性は、電気回路を用いることなくヘテロダイン・プロセスを生じることを可 能にするものである。しかし、任意の圧縮可能な流体が必要ならば伝達媒体とし て機能し得ることを想起すべきである。 図３は、新たな圧縮波の間接的な生成が２つの超音波列３０、３２が干渉する 時に空気のような非線形的な伝達媒体中で音響的なヘテロダイン作用の形態を呈 するという予期せざる発見によって可能になることを示している。空気は、振幅 および周波数が増すに伴い、領域３４においてますます非線形的に応答すること になる。この領域３４は、圧縮波３０、３２が相互に干渉する限り拡張すること になる。 先に関連付けたように、音響的なヘテロダイン作用が２つの新たな圧縮波、即 ち超音波圧縮波３０、３２の和と差を結果として生じる。和は、ほとんど問題と ならず、従って示されない超音波である。しかし、差は、ソニック波またはサブ ソニック波であり得、干渉領域３４から略々全方向に放出される圧縮波３６とし て示される。新たな波の形状は、干渉領域３４の形状により略々示される。同図 においては、領域３４は、３次元で描かれるならば判るように、略々円筒状とな る。しかし、領域３４の形状は、所望の作用を生じるように変更することができ る。更にまた、反対方向の略々同軸の圧縮波３０、３２の図は、波が呈し得る唯 一の配向を示すと考えるべきではない。 先に進む前に、音響的なヘテロダイン作用が実験的に証明されたことを知る価 値がある。この証明は、少なくとも１つの新たな波が生成されるという事実に存 在する。この新たなソニック波またはサブソニック波の圧縮波３６は、直接的な 耳による検出によると共に音響スペクトル・アナライザにより周波数を測定する ことによって、検証することができる。しかし、直接的な耳による検出とは異な り、両方の周波数の和は音響スペクトル・アナライザの如き計器を用いる測定に よってのみ検証することができる。和と差は共に、これらの予期される結果の精 度を検証するために測定された。 推測できるように、本発明にとって関心のある特定の音響的なヘテロダイン作 用が１つの超音波列の別の超音波列に対する差即ち周波数の差し引きである。２ つの異なる超音波圧縮波３０、３２を音響的にヘテロダインする結果を明らかに 提供する特定の事例について考察する。１００、０００Ｈｚの第１の超音波周波 数の波列（第１の基本波）３０の存在を仮定しよう。第２の超音波列（第２の基 本波）３４が１００，９００Ｈｚで生じるものとしよう。９００Ｈｚの可聴音は 、第１および第２の超音波列の一方または両方が充分な振幅である時にこれら超 音波列が相互に作用する結果として聴こえる。音響的なヘテロダイン作用により 生じる周波数の差し引きが、干渉領域からの新たな圧縮波として生成され聴こえ る９００Ｈｚの周波数の音を生じる結果となる。 １つの周波数の生成は、中心となる発明原理を示すに過ぎない。音響的ヘテロ ダイン作用の可能性のより大きな認識は、下記の用途において見出される。例え ば、１つの新たな単一周波数の圧縮波が生成されるならば、生の音楽、音声ある いはラジオまたはテレビジョンを介して受信される送信の如き低音の強い多重周 波数の信号さえ、本発明を用いて増幅および再生が可能であることが実現されね ばならない。ポケット用の小型の超音波周波数トランスデューサが、良好な明瞭 度で、おそらくは現場にいる経験に近づくように、生の交響曲録音の全ての録音 周波数を再生することがおそらくは可能である。 図２の特定の要素の更に詳細な論議に戻り、本発明の重要かつ実際の要素は、 超音波周波数の波列３０、３２を表わす電気信号を供給するために用いられる１ つの超音波信号源２２である。この装置の利点は、さもなければ２つの別個の信 号発生器の温度または性能の変動により生じるかもしれない信号差が、超音波列 ３０、３２の周波数値間のドリフトを招き得ることである。更にまた、最終的に 関心周波数である２つの超音波列３０、３２間の周波数における差であるゆえに 、超音波列３０、３２の不要な周波数の変動を最小限に抑えることが重要である 。 ドリフトを除去するために、超音波波列３０、３２が全てでなくとも一緒にド リフトを生じるように、１つの超音波出力源２２が両方の超音波列３０、３２に 対する基本周波数を生じる。このような形態が、周波数の差、また最終的には新 たな圧縮波の周波数を正確に制御することを容易にする。 図２はまた、信号組合わせ手段２４をシステムの構成要素としても示している 。この装置は、超音波信号源２２により生成される超音波列３０、３２の１つま たは両方を修正する機能を行う。この修正は、生成される新たな圧縮波４２を表 わすように第１の超音波信号３８を電気信号４０と組合わせることにより、信号 組合わせ手段２４からなる。この組合わせは、第１の超音波信号３８と所望の圧 縮波４２の和として定義され、第２の超音波信号４２として送信される。 信号３８および４０を本発明において組合わせる方法は、振幅変調により行わ れることが望ましい。従って、第１の実施の形態における信号組合わせ手段２４ は振幅変調器である。図２Ａは、振幅変調が基本周波数６０、上側波帯６２、下 側波帯６４を持つ信号を生じることを示している。本発明においては、上側波帯 ６２が新しい「差の」圧縮波となる情報を含む非反転信号を表わすので、この上 側波帯が用いられる。 新たな圧縮波６２となる電気信号が基本周波数６０に振幅変調されるならば、 超音波圧縮波３０または３２（変調されるどちらか）が新たな圧縮波６２として 聴こえるように復調を必要としないことが明らかであろう。図２に示されるシス テムの最後の要素は、２つの超音波音響トランスデューサ２０である。これらの 音響トランスデューサ２０は、超音波周波数で圧縮波を放出するように設計され る。トランスデューサ２０の事例は、圧電装置または静電装置でよいが、明らか に適切な周波数範囲に対する他の放射要素を含み得る。 第１の実施の形態は１つの超音波信号源２２を用いるが、別に生成される電気 信号を音響トランスデューサ２０へ与えることが可能であることを知るべきであ る。図４は、２つの別個の超音波信号源４４、４６を用いることを示している。 このような形態のリスクは、周波数のドリフトの可能性があることである。実際 問題として、当該実施の形態もまた２つの超音波信号源４４、４６間のある種の 同期を必要とする。例えば、同期コントローラ４８は、２つの超音波周波数信号 ３０、３２の放出を調整することができる。 図５Ａは、信号の振幅と、この信号に応答する空気の非線形性との間のＲＤＥ Ｌを示すことによって音響的ヘテロダイン作用の原理を示すためのグラフである 。復元力は、空気が変位される時に空気の分子が均衡状態へ戻るように働く作用 力である。空気が線形性であったならば、ニュートンの法則により、空気を等し く反対方向の力で変位する所与の作用力に空気が応答することが判る。しかし、 同グラフは、信号振幅が増すに伴い、復元力が（直線で表わされる）線形的には 応答しないことを示している。実際には、カーブ５２の式は、ｙ＝ｘ＋ｘ²であ り、この場合、空気は線形成分ｘと共に非線形成分ｘ²で応答する。このように 、カーブ５２は、信号の振幅が大きくなるに伴い、前記式に従って空気の非線形 的応答が線形的成分より更に早く増し始めることを示している。 図５Ｂは、空気が非線形的に信号に応答するように信号が呈するはずの特性を 示すためのグラフである。ｘ軸は、対数目盛上で信号の周波数を表わしている。 ｙ軸は、約３０５ｍ（１０００フィート）当たりｄＢ単位の空気中の吸収度を表 わしている。図示のように、線５０は約１０ＫＨｚまで略々平坦である。この線 は、低い振幅の音波が著しい音響的ヘテロダイン作用を生じなるように見えない ことを確認する実験結果と一致する。空気は、振幅が増加するに伴い実質的に更 に非線形的になり、これにより音響的ヘテロダイン作用原理に従って干渉するこ とを可能にする。 図６Ａは、本発明の望ましい実施の形態を示している。図２と比較すると、著 しい相違は１つの超音波トランスデューサ２０が無いことである。さもなければ 、残る超音波トランスデューサ２０、信号組合わせ手段２４および超音波信号源 ２２が実質的に同じままである。しかし、このような構成で本発明の目的を達成 することが依然として可能であると考えることが矛盾するように見える。しかし 、放出される超音波圧縮波を分析すると、音響的ヘテロダイン作用が依然として 生じることをすぐに証明する。 第一に、関与する電気信号は、基本波である第１の超音波信号６６と、この超 音波信号６６と組合わされる新たなソニック波またはサブソニック波を表わす電 気信号６８とである。信号６６、６８の組合わせが、信号６６と共に、信号６６ および６８の和である新たな上側波帯として複合する新たな電気信号７０を生じ 、これら両方の信号が超音波トランスデューサ２０から圧縮波７６として放出さ れる。 聴取者は、一般に超音波トランスデューサ２０の送信面で始まり得る干渉領域 ７４から新たな圧縮波７６を聴くことになる。対照となる耳に聴こえる証左を除 いて、このことは聴取者に超音波トランスデューサ２０が新たな圧縮波７６を生 じていると誤って思わせる得る。規定すれば、超音波トランスデューサ２０は直 接的に可聴周波数は生じことができない。従って、聴こえるものは、音響的ヘテ ロダイン作用に従って相互作用する、干渉超音波圧縮波である。２つの超音波圧 縮波が、１）新たな電気信号７０と、２）第１の超音波信号６６とから生成され ることが判った。信号６６および７０に対応するこれらの各圧縮波がトランスデ ューサ２０で伝搬されて、音響的ヘテロダイン作用のため要求される２つの超音 波列を生じる。 図６Ｂはまた、超音波トランスデューサ２０から放出するためこのトランスデ ューサへ送られる２つの別個の超音波圧縮波６６および７０を更にはっきりと示 す構成要素の代替的な配置を示すため提供される。２つの実施の形態間の唯一の 有意義な相違は、別個の超音波信号源２２が超音波圧縮波のそれぞれに対して示 されることである。 図６Ａまたは図６Ｂの実施の形態は、多くの理由から選好される。例えば、シ ステムは、１つだけ少ないトランスデューサ２０と、従って製造が安価となる。 このシステムはまた、より軽量かつ小型であり、更に重要なことは、最大の効率 を持つことになる。 効率の特質は、種々の実施の形態の関係の一部を理解するために更なる論議を 必要とする。図２に示された第１の実施の形態は超音波トランスデューサ２０の 配向を必要とするが、１つのトランスデューサ２０が両方の干渉信号に対する放 射要素として機能するので、図６では配向は必要ではない。 超音波トランスデューサ２０の配向は、図１のシステムが任意の新たな圧縮波 を生じないように変更できるので重要である。例えば、超音波周波数信号３０、 ３２が決して実質的に交差しないようにトランスデューサ２０が配向されるなら ば、新たな圧縮波を生成できない。従って、僅かに集束する経路を示す図７と、 略々平行な経路を示す図８は共に、新たな圧縮が生成されるように充分に大きな 干渉領域を略々生成する超音波トランスデューサ２０の配向を示している。しか し、これらの配向はいずれも、より大きな干渉度が示されるゆえに、図１または 図６の配向ほど充分な干渉領域を生じるようには見えない．このような大きな効 率は新たな圧縮波への、従ってより強い即ち大きな新たな波への大きなエネルギ 移行へ変わる。 対照的に、望ましい実施の形態は常に、最大の効率を持つ新たな圧縮波を生成 することになる。これは、２つの超音波トランスデューサ２０の配向が、同じ超 音波トランスデューサ２０を用いて両方の超音波圧縮波を放出する時に得られる 完全な同軸関係と一致するかこれを越えることがないためである。従って、１つ のトランスデューサからのこのような同軸の伝搬が最大の干渉パターンと最も効 率のよい圧縮波生成をもたらすことになる。 本発明の他の特質に進む前に、通常の音の効果が非常に指向性のある超音波ト ランスデューサ２０で可能であることを知ることが重要である。物体または表面 における少なくとも２つの超音波列の反射が反射波をして局部的な音源の印象を 与えさせることが観察された。換言すれば、反射された新たな圧縮波は、反射物 体または表面からくるように見える。 このことは、図１３に示され、３次元音を含む種々の興味ある音響的効果をシ ミュレートするために用いることができる。超音波トランスデューサ２０の配向 を天井または壁面９６へ指向させるだけで、この場所から音が出る経験をシミュ レートすることができる。トランスデューサの目標が運動状態に置かれるならば 、運動する反射場所が表わされる音即ち物体に対する運動の印象を生じる。コン ピュータ・ドライバによりトランスデューサの配向を制御することによって、音 の再生を映画スクリーン上あるいは頭上位置のスクリーンから離れて個々の面へ 、動く車両または航空機、あるいは現在では想像しか出来ない任意の無数の他の 音響効果へ局在化することができる。 本発明の驚くべき成果は、新規な全方向の圧縮波の生成である。特に、新規な 圧縮波は、一般に、略々領域の形状に従って干渉領域から全方向に放射すること になる。しかし、本発明が干渉領域の形状にわたり提供する特筆し得る制御は、 先に述べた指向性の認識を予期しない方法で操作することを可能にする。 例えば、１つまたは２つの超音波トランスデューサが壁面その他の物体に焦点 をつけることができる。反射のゆえに生じる２つの超音波圧縮波間の増加した干 渉量が、大半の音を反射された物体付近から全方向に生成させることになる。同 様に、図２の超音波周波数トランスデューサ２０を相互に近づけることで、干渉 長さを制限し、その結果近い点音源を更によく近似化する。 本発明の別の著しい利点は、音が比較的質量の少ない放射要素から再生される ことである。干渉領域では、従って新規な圧縮波生成場所では、直接的な放射要 素は存在しない。音響的ヘテロダイン作用による音生成のかかる特徴は、大半が 放射要素または従来のスピーカにより生じる歪み効果を実質的に除去することが できる。例えば、ラウドスピーカのコーンにおける高調波および定在波、慣性に より生じるコーンのオーバーシュートおよびコーンのアンダーシュート、および コーン自体の不完全な表面は、直接的な放射要素に起因する信号歪みに寄与する 全ての要因である。 直接的な物理的放射要素は、他の望ましくない特性をも有する。一部の製造者 は異を唱えるが、従来のラウドスピーカの周波数応答は真に平坦ではない。その 代わり、音をだすために本質的に最も適しているものは、周波数の種類（低音、 中間音あるいは高音）の関数である。スピーカの形状、幾何学的配列、および構 成は固有のスピーカ特性に直接的に影響を及ぼすが、音響的ヘテロダイン波の生 成は、幾何学的配列および構成の諸問題を避け、音の生成のための真に平坦な周 波数応答を達成するために、空気の自然応答を利用している。 一般に、本発明のかかる特質が真に間接的な音生成における最後のステップが 達成されたことを意味することに注意すべきである。水準技術はアナログ信号を ディジタル・レコーディングへ変換し更に信号をディジタル的に処理する能力を 進歩させたが、音の再生品質は常にスピーカ要素として要求されていたアナログ ・トランスデューサの特性によって制限されたままである。このことは、本発明 が、付きまとう質量および慣性の諸制約を持つ直接的な放射要素により妨げられ ることがない無歪音を達成したゆえに、もはや妥当しない。 歪みのない音とは、本発明が最初に録音された音に対する位相のコヒーレンス を維持することを示唆する。従来のスピーカ・システムは、周波数スペクトルが 最も適するスピーカ要素（ウーファ、中間レンジ、あるいはツイータ）により伝 搬される交差ネットワークにより分解されるゆえに、このような能力を持つもの ではない。直接放射要素を除去することによって、本発明は、従来の交差ネット ワークを時代遅れのものにする。このことは、仮想的なあるいは近似する点音源 の実現を可能にする。 本発明の別の用途は、妨げられることなく混雑制御用サブソニック波を生成す ることを含む。１２Ｈｚ付近の如き非常に低い周波数は、人間や他の動物を不快 にしあるいは方向感覚を失わせることが示された。低周波数の方向感覚麻痺を用 いる従前の研究は、局部的な用途に対する限られた能力により妨げられてきた。 本発明は、反射増幅に対するその適応性を呈示しており、これにより影響の更に 集中された分野を許容する。例えば、低周波の音響的ヘテロダイン生成を無秩序 な人間群付近の建物、窓あるいは他の反射面に指向させることができる。このよ うな無方位音の主たる影響は、罪のない局外者に対する望ましくない用途を避け て反射の中間領域に生じる。 他の利点は、超音波トランスデューサ２０の独特な性質から直接生じる。それ らの小さなサイズおよび低い質量のゆえに、このようなトランスデューサは、一 般に、ラウドスピーカにおいて用いられる従来の放射要素の多くの制限や欠点が ない。更にまた、非常に高い周波数における超音波トランスデューサ２０の使用 は、低周波、中間周波数および高周波のレンジで音を直接再生しなければならな い直接的な放射要素の歪み、高調波および他の好ましからざる特徴を避ける。そ の結果、比較的歪みのない超音波トランスデューサ・システムの多くの望ましい 音響特性が、ソニック波およびサブソニック波の副産物へ間接的に変換すること ができる。 図９は、広い共鳴洞８０内で音を生成して強調する能力に関する本発明の別の 特質を示している。共鳴洞８０は、相互に作用する超音波圧縮波３０、３２を音 響的ヘテロダイン作用原理に従って干渉させることを可能にする任意の空洞８０ である。広く共鳴する洞８０は干渉の効果を生じるには不要であるが、干渉を増 すと共に音響副産物即ち「差の」周波数を補強することによって、効果を強調す る、即ち増幅するように思われる。このことは、２つの超音波周波数信号３０、 ３２をほとんど任意の方位から空洞８０内へ伝送できることを意味する。例えば 、図９は、超音波周波数信号３０、３２を共鳴洞８０内へ放出する２つの超音波 周波数トランスデューサ２０を示している。信号３０、３２は、多数回共鳴洞８ ０の壁面から反射されて干渉を増加する。 図１０は、新たな圧縮波を生じるのに１つの超音波トランスデューサ２０しか 必要としない図９の広い共鳴洞の改善された形態を示している。このシステムは 、２つの超音波周波数信号３０、３２間の完全に同軸関係のゆえに改善される。 図９および図１０の広い共鳴洞８０の１つの示唆は、人間の耳道もまた広い共 鳴洞であること、およびこれにより新たな圧縮波を強調するのに使用できること である。この結果、ヘッドフォンおよび補聴器の産業にとって特定の利点を提供 する。例えば、本発明を具現する図１１に示される如き補聴器９０は、聴取者に とって音の全ての音響スペクトルを再生するために使用することができ、従来の 補聴器の特性である「ブリキ缶のような」音ではなく、高い忠実度の再生を可能 にする。同様に、本発明の利点を利用して、周波数応答が劇的に拡張された従来 のシステムより軽量かつ小型である、任意のヘッドフォンまたはヘッドセット９ ２を修正することができる。 本発明の別の興味ある特質は、無線システムの一部として通信のプライバシ保 護を容易にする。これは、超音波トランスデューサ２０の使用により特有の「ビ ーミング（ｂｅａｍｉｎｇ）」効果のゆえに生じる。超音波の圧縮波は、その性 質により狭いビームで伝搬し、これを特定の対象物または場所へ容易に絞ること ができる。従って、トランスデューサ２０を雑音の多いあるいは混雑した部屋を を横切って狙いをつけて可聴メッセージのみを意図した聴取者の耳へ指向するこ とが可能である。聴取者の周囲の者は、耳の非反射特性および超音波の狭いビー ム幅のために可聴音通信に気が付かない。従って、私的な命令をラジオおよびテ レビジョンの生成領域、キューを出すための上演中のステージ、および一方向の プロンプト指令が役立つ他の用途において与えることができる。 驚くべきことに、本発明はまた、不要な環境ノイズ汚染を排除することもでき る。今日の社会では、比較的大きな低音スピーカを持つ携帯可能なステレオ・シ ステムを指す用語「ブームボックス（ｂｏｏｍｂｏｘ）」を作った。このブーム ボックスは、その名前を、大量の空気を駆動する低音スピーカの鳴奏および反復 する「打音」の迷惑な副作用から得ている。しかし、この用語はまた、更に大き な低音スピーカを備えた自動車その他の車両を指すのに時折用いられる。スピー カは一般に車両、フレームあるいは任意のラウドスピーカ筺体に対して一体に取 付けられるので、筺体自体は放射要素となる。その結果、車両外の人は最たる迷 惑であるにぶい打音の連続を見舞われることになる。 本発明は、このように、新たな圧縮波を空中に生成することによって直接的な 放射要素に対する筺体の結合を有利に排除することができる。車内の聴取者は、 車両の空間内で大きな低周波数の体験を依然として楽しむことができる。しかし 、低い周波数は、今日では放射要素が空気中の一点であるため、車両のフレーム に直接に結合されない。その結果、聴取者の中間付近を越える望ましくない周囲 への低音の放送は著しく減じられる。 本発明の興味ある新機軸は、音の検出のための技術を逆に応用することである 。換言すれば、音を再生する代わりに、本発明は、図１２に示されるように音を 検出するために使用される。特に、本発明は、マイクロフォンの如き点音源の音 検出装置に対する代替策として機能し得る。典型的には、マイクロフォンは、動 作するためには所望の音の検出場所に物理的に配置されなければならない。本発 明 は、検出場所に物理的なマイクロフォン要素を設けることなく、トランスデュー サ２０により圧縮波を電気信号へ変換されることができる。 実質的に、超音波の圧縮波３０を所望の検出場所１０２に集束させるため１つ のトランスデューサ２０を用いることができる。音声または音楽のような音響振 動は、超音波の圧縮波３０と相互に作用する。超音波の圧縮波３０の出力レベル の低下を監視することにより、超音波の圧縮波３０にぶつかる可聴圧縮波の周波 数を決定することが可能なはずである。これは、超音波の圧縮波３０を可聴音波 １０２と結合することによって生じる出力レベルの低下を決定する波形アナライ ザ１０４を用いることによって行われる。上記の実施の形態が本発明の原理の適 用の単なる例示に過ぎないことを理解すべきである。本発明の趣旨および範囲か ら逸脱することなく、多くの修正例および代替例が当業者によって着想可能であ る。請求の範囲は、かかる修正例および代替例を網羅するため意図される。 本文の記述は本発明の概念の種々の実施の形態を例示するために示されたこと を理解すべきである。特定の事例は、請求の範囲によるものを除いて、限定と見 なされるべきでない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１１月２４日（１９９８．１１．２４） 【補正内容】 請求の範囲 １． 異なる周波数の少なくとも２つの超音波周波数信号を用いて、共鳴洞内か ら少なくとも１つの可聴周波数を間接的に生成して強調する装置であって、 相互に作用する超音波信号を音響ヘテロダイン動作に従って干渉することがで き、内部に含まれる空気内に可聴音出力を発生し、超音波信号の入口を許容する 開口を含む、共鳴洞と、 ステレオ・ヘッドホーン、補聴器および音響ヘッドセットのひとつに含まれ、 別の音源からの間接的な反射なしに共鳴洞への共通軸に沿って第１と第２の超音 波信号を放出するために前記共鳴洞の開口の方向に指向されている、超音波周波 数放出器と、 前記超音波周波数放出器に結合され、少なくともひとつの可聴周波数に等しい 前記第１の超音波周波数に関係した値の差を有する前記第２の超音波周波数を発 生する変調手段と、 前記超音波周波数放出器と前記変調手段を共に動作して前記第１と第２の超音 波信号を発生する手段と、 前記第１と第２の超音波信号を前記共鳴洞に導く手段と、 を含む装置。 ２． 前記共鳴洞が人間の耳道に対応する形態を有する請求項１記載の装置。 ３． 異なる周波数の少なくとも２つの超音波信号を用いて、共鳴洞内から少な くとも１つの可聴周波数を間接的に生成して強調する方法であって、 １）第１の超音波を、ステレオ・ヘッドホーン、補聴器および音響ヘッドセッ トのひとつに含まれる放出器を使用する共鳴洞内へ伝送するステップ、 ２）共通軸に沿って前記放出器から共鳴洞へ第２の超音波信号を第１の超音波 信号と共に伝送するステップであって、第２の超音波信号は少なくともひとつの 可聴周波数に通常は等しい値だけ第１の超音波信号から異なる周波数を有し、そ して共鳴洞は前記第１および第２の超音波信号間の干渉を増幅し、 ３）しかして、前記共鳴洞内で前記第１および第２の超音波信号の干渉から少 なくとも１つの可聴周波数が生成される、 各ステップを含む方法。 ４． 聴取者によるエンターテイメント使用のため音響装置の一部として全方向 の音を間接的に発生させる方法であって、聴取者から離れた遠隔仮想音源を有し 、前記全方向の音は、異なる値の周波数を有する少なくとも２つの相互作用する 超音波列の差である少なくともひとつの新しいソニックまたはサブソニック音波 を含み、 １）基本周波数を含む第１の超音波列をトランスデューサ手段から空気の領域 へ放出するステップと、 ２）第２の超音波列を前記トランスデューサ手段から前記領域へ同時に放出し 、このため第１の超音波列と相互作用するステップであって、前記第２の超音波 列は、前記第１の超音波列の基本周波数に等しい基本周波数を有しそして前記第 １の超音波列および第２の超音波列の両方用の共通軸に沿って放出され、該共通 軸は前記聴取者から離れた対象の反射表面と前記トランスデューサ手段との間の 唯一の伝送路であり、 ３）前記第２の超音波列の基本周波数を、該基本周波数と新たな可聴音波列と の和に対応する周波数範囲にわたり変化させるステップと、 ４）前記反射表面から、前記第１および第２の超音波列を反射させて該反射面 に仮想の局在化された音源を残す可聴音波の全方向の分散を生じるステップと、 を含む方法。 ５． １つの超音波生成手段から（ｉ）第１の超音波周波数と（ii）第２の超音 波周波数の両方を生成することにより、前記第１および第２の超音波周波数間の 周波数ドリフトを除去する付加的なステップを含む、請求項４記載の方法。 ６． コンピュータ・ドライバにより超音波列の動作と方向を制御するステップ をさらに含む、請求項４記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．異なる周波数の少なくとも２つの超音波周波数の波を用いて、共鳴洞内から 少なくとも１つの可聴周波数を間接的に生成して強調するシステムであって、 第１および第２の超音波を共鳴洞内へ伝送する超音波周波数放出手段と、 前記超音波の周波数放出装置に結合されて、少なくとも１つの可聴周波数に等 しい第１の超音波周波数に関して値における差を有する第２の超音波周波数を生 成する変調手段と、 前記超音波周波数放出装置を同時に動作させる手段と、 前記第１および第２の超音波を共鳴洞内へ指向させる手段と、 を備えるシステム。 ２．前記共鳴洞が人間の耳道に対応する形態を有する請求項１記載のシステム。 ３．前記第１および第２の超音波を指向させる前記手段が、ステレオ・ヘッドフ ォン、補聴器および音響ヘッドセットからなるグループから選択される装置を含 む請求項２記載のシステム。 ４．異なる値の少なくとも２つの超音波を用いて、共鳴洞内から少なくとも１つ の可聴周波数を間接的に生成して強調する方法であって、 １）第１の超音波を共鳴洞内へ伝送するステップと、 ２）第２の超音波が第１の超音波とは少なくとも１つの可聴周波数と略々等し い値だけ異なる周波数値を持ち、前記共鳴洞が前記第１および第２の超音波間の 干渉を増幅する、前記第２の超音波を共鳴洞内へ伝送するステップと、 ３）前記共鳴洞内で前記第１および第２の超音波を相互作用させることにより 、第１および第２の超音波間に干渉を生じさせるステップと、 ４）前記共鳴洞内で前記第１および第２の超音波の干渉から少なくとも１つの 可聴周波数を生成して放出するステップと を含む方法。 ５．遠隔の仮想音源を持つ全方向の音を間接的に生成する方法であって、異なる 値の周波数を持つ少なくとも２つの相互作用する超音波列の差である少なくとも １つのソニック波またはサブソニック波の音波を含む方法において、 １）基本周波数を含む第１の超音波列を圧縮可能な伝達媒体の領域内へ放出す るステップと、 ２）第２の超音波列が前記第１の超音波列の基本周波数と等しい基本周波数を 持ち、前記第２の超音波列を前記領域内へ放出することにより、前記第１の超音 波の波列と相互作用させるステップと、 ３）前記第２の超音波列の基本周波数を、該基本周波数と新たな可聴音波列と の和に対応する周波数範囲にわたり変化させるステップと、 ４）前記領域から、前記第１および第２の超音波列の相互作用の結果生じる指 向性を有する可聴音波列を放出するステップと、 ５）前記音波列を反射面から反射させて、該反射面に仮想の局在化された音源 を残す音波の全方向の分散を生じるステップと、 を含む方法。 ６．前記領域から新たな可聴第２の波列を放出する前記ステップが、前記第１お よび第２の超音波周波数を干渉させて、圧縮可能な伝達媒体の領域内の第１およ び第２の超音波周波数の相互作用の副産物である新たな可聴音波列を生じさせる 更なる特定のステップを含む請求項５記載の方法。 ７．前記新たな可聴音波列を生成する前記ステップが、音響的ヘテロダイン作用 に従って前記第１の超音波周波数を前記第２の超音波周波数と組合わせて、前記 新たな可聴音波列に対応する差と、前記第１および第２の超音波周波数の和に対 応する和とを生じる更なる特定のステップを含む請求項６記載の方法。 ８．変化する第２の超音波周波数と前記第１の超音波周波数との間の差が新たな 変化するソニック波またはサブソニック波の周波数であるように、前記第１の超 音波周波数に関して第２の超音波周波数を変化させるステップを更に含む請求項 ７記載の方法。 ９．前記伝達媒体の領域から新たな可聴音波列を放出することにより、超音波周 波数のみを放出することができる放射形超音波スピーカ要素を越えて、空間領域 内に可聴音波列を生成する更なる特定のステップを含む請求項５記載の方法。 １０．１つの超音波生成手段から（ｉ）第１の超音波周波数と（ii）第２の超音 波周波数の両方を生成することにより、前記第１および第２の超音波周波数間の 周波数ドリフトを除去する付加的なステップを含む請求項５記載の方法。 １１．異なる値の少なくとも２つの超音波列から空気中に生成される少なくとも １つの新たなソニック波またはサブソニック波の周波数に３次元の特質を間接的 に生じる方法において、 １）波列の第１および第２の超音波周波数間の値における差が少なくとも１つ の新たなソニック波またはサブソニック波の周波数である、前記第１および第２ の超音波列を生成するステップと、 ２）前記第１の超音波列を放出するステップと、 ３）圧縮可能な伝達媒体の領域内で、前記第１の超音波列と干渉する関係にお いて第２の超音波列を放出するステップと、 ４）指向性のある音波列として前記第１および第２の超音波列の相互作用から 結果として生じる少なくとも１つの新たなソニック波またはサブソニック波の周 波数を前記領域から放出するステップと、 ５）前記波列を動く目標から反射させるステップと、 を含む方法。