JP2002526004A - Parametric speaker with electro-acoustic diaphragm transducer - Google Patents

Parametric speaker with electro-acoustic diaphragm transducer

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JP2002526004A
JP2002526004A JP2000571709A JP2000571709A JP2002526004A JP 2002526004 A JP2002526004 A JP 2002526004A JP 2000571709 A JP2000571709 A JP 2000571709A JP 2000571709 A JP2000571709 A JP 2000571709A JP 2002526004 A JP2002526004 A JP 2002526004A
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JP2000571709A
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セルフリッジ,アラン・ロバート
クリ−ヤクブ,ピエール
ノーリス,エルウッド・ジー
クロフト,ジェイムス・ジェイ・サード
Original Assignee
アメリカン・テクノロジー・コーポレーション
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00Electrostatic transducers
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/03Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves

Abstract

(57)【要約】 直径または断面におけるキャリア周波数の波長より略々大きい実質的にモノリシックであるフィルムトランスジューサの使用により比較的低い周波数を間接的に生成するため複数の高周波を直接生成するパラメトリック・ラウドスピーカ。フィルムトランスジューサ(33)は、静電フィルム、エレクトレットフィルム、PVDFフィルム、電子熱機械フィルムおよび平坦な磁気的構成を含む。金属材、発泡材、プラスチック材または木材の支持構造またはステータ(31)がトランスジューサの支持のため用いられる。代替的な構成は、心部材に沿って引張されかつ磁界の強い部分内の短い距離だけ変位された可動振動板を含む。少なくとも1つの小質量の平坦な導通コイルが、可動振動板に載置され、超音波周波数範囲を含むよう調整される一連の圧縮波の生成のために所望の周波数において振動板を吸引排斥するよう第1の磁界を生じるためコイルに対する電流の流れを可能にする2つの接点を含む。 (57) Abstract: A parametric loud for directly generating a plurality of high frequencies to indirectly generate relatively low frequencies by using a substantially monolithic film transducer substantially larger than the wavelength of the carrier frequency in diameter or cross section. Speaker. The film transducer (33) includes an electrostatic film, an electret film, a PVDF film, an electro-thermo-mechanical film and a flat magnetic configuration. A metal, foam, plastic or wood support structure or stator (31) is used to support the transducer. An alternative configuration includes a movable diaphragm that is pulled along the core member and displaced a short distance within the strong portion of the magnetic field. At least one small mass, flat conducting coil is mounted on the movable diaphragm and aspirates the diaphragm at a desired frequency for generation of a series of compression waves tuned to include the ultrasonic frequency range. Includes two contacts that allow current flow to the coil to create a first magnetic field.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 発明の背景 1. 発明分野 本発明は、静電スピーカーの変換器に関係する。より具体的には、本発明は、
固定子素子を有し、フィルム型の振動板に載せるパラメトリック・スピーカ変換
器に関係する。この変換器は、1段階の超音波電圧信号の、値の差が新たな音波
又は亜音波の圧縮波周波数に対応する超音波圧縮波への電気機械的な変換に関わ
る。 2. 従来技術 パラメトリック・スピーカは、搬送周波数及び搬送周波数をオーディオ信号で
変調する結果得られる側波帯周波数により表される高周波超音波を直接放出する
サウンド放出装置である。これら多様な超音波周波数は空気などの非線形媒体内
で復調されて、変調されたオーディオ信号を実際のオーディオ出力に再生する。
理論上では、パラメトリック・サウンドは、値の差が可聴範囲になる2つの超音
波周波数の空気(非線形媒体)中での相互作用により展開する。理想では、合成
可聴圧縮波が空気内に放出して、純粋なサウンドとして聞こえるであろう。理想
的な理論に関わらず、実際のアプリケーションのための音響ヘテロダイン作用に
よるサウンド発生が、100年以上もの間この業界では発見されずにいた。
[0001] Background of the Invention 1. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to transducers for electrostatic loudspeakers. More specifically, the present invention provides
The present invention relates to a parametric speaker converter having a stator element and mounted on a film type diaphragm. This converter involves the electromechanical conversion of a one-stage ultrasonic voltage signal into an ultrasonic compression wave whose value difference corresponds to the compression wave frequency of the new acoustic or subsonic wave. 2. 2. Description of the Related Art Parametric speakers are sound emitting devices that directly emit high frequency ultrasonic waves represented by a carrier frequency and a sideband frequency resulting from modulating the carrier frequency with an audio signal. These various ultrasonic frequencies are demodulated in a non-linear medium such as air to reproduce the modulated audio signal to the actual audio output.
In theory, parametric sound evolves due to the interaction in air (non-linear medium) of two ultrasonic frequencies where the difference between the values is in the audible range. Ideally, the synthetic audible compression wave would emit into the air and sound pure. Regardless of ideal theory, sound generation by acoustic heterodyne for practical applications has not been discovered in the industry for more than 100 years.

【0002】 オーディオ出力の発生は超音波の伝播の長さに沿って広がるため、超音波エネ
ルギが散逸するまで、音圧レベル(SPL)の増加は超音波ビームに沿って展開
する。このように、パラメトリック・スピーカの出力は従来のスピーカーの終端
点弧アレイと類似している。パラメトリック・スピーカと従来のスピーカーシス
テムにはいくつかの類似性があるにも関わらず、オーディオ出力が、オーディオ
周波数で動くコーン又は振動板よりは、むしろ高エネルギの超音波放出から間接
的に発生するため、新規な新しい特性が生じている。長距離ビーム効果や放出す
る領域へのサウンドの位置決定など、この独特な特性のいくつかはよく知られて
いる。他の特性は以前には認識されてきておらず、商業的なパラメトリック・ス
ピーカシステムの実現を妨げてきた。パラメトリック・スピーカシステムの変調
器処理と題する本開示は、同時に現場でのアプリケーションに沿って、十分に機
能的なパラメトリック・スピーカの一部としてこれら特性のいくつかを調査する
。本発明のパラメトリック・スピーカは、高品質の従来のサウンド・システムに
匹敵する音量、鮮明度及び忠実度をもつ全範囲のオーディオ出力を有する。
Since the generation of audio output extends along the length of the ultrasonic wave propagation, the increase in sound pressure level (SPL) evolves along the ultrasonic beam until the ultrasonic energy is dissipated. Thus, the output of a parametric speaker is similar to the termination firing array of a conventional speaker. Despite some similarities between parametric loudspeakers and conventional loudspeaker systems, audio output comes indirectly from high-energy ultrasonic emissions, rather than cones or diaphragms moving at audio frequencies. Therefore, new and new characteristics have arisen. Some of this unique property is well known, such as the long-range beam effect and the positioning of the sound in the emitting area. Other properties have not been previously recognized and have prevented the realization of commercial parametric loudspeaker systems. The present disclosure, entitled Modulator Processing for Parametric Speaker Systems, simultaneously explores some of these characteristics as part of a fully functional parametric speaker, along with field applications. The parametric loudspeaker of the present invention has a full range of audio output with volume, definition and fidelity comparable to high quality conventional sound systems.

【0003】 パラメトリック・スピーカにおける従来技術の努力は、一般的には支持面に集
合的に取り付けるバイモルフ圧電変換器の変換器アレイの一定の限定的な特性と
アプリケーションの理論的な研究に制限されてきた。各バイモルフ・エミッタを
信号源に個別に配線される。この構成に基づいて、本業界においてはパラメトリ
ック製品の商業展開が起こらなかった。これは主に、ダイナミック及び静電スピ
ーカー・システムなどの他の従来のサウンド・システムに匹敵する効果的なサウ
ンドの再生ができないためであった。パラメトリック・スピーカは指向性の良さ
など別の利点を備えていた場合でも、高いコスト、大量の電力消費、及び音にう
るさいリスナーには満足されない質の悪さのために、商業的にはほとんど成功し
ていない。
[0003] Prior art efforts in parametric loudspeakers have generally been limited to certain limiting properties and theoretical studies of application of transducer arrays of bimorph piezoelectric transducers that are collectively mounted on a support surface. Was. Each bimorph emitter is individually wired to a signal source. Based on this configuration, there was no commercial development of parametric products in the industry. This was primarily due to the inability to reproduce sound as effectively as other conventional sound systems such as dynamic and electrostatic speaker systems. Even if parametric loudspeakers had other advantages, such as good directivity, they had little commercial success because of their high cost, large amount of power consumption, and poor quality for sound-noisy listeners. Not.

【0004】 パラメトリック・スピーカは周囲の空気と独特な性質をもつ超音波オーディオ
出力の効果的な結合に依拠する。前述したように、以前の理論的及び商業的な製
品研究は主に、圧電ベンダとしても知られるバイモルフ圧電構造を使用するエミ
ッタ装置に集中している。これら装置は互いに結合して、相から駆動される2層
の圧電材料を使用している。一方の層の長さが膨張し、他方が収縮するため、平
面上の出力が膨張/収縮方向に90度動く。これら装置の力は極めて高いが、実
際の空気の移動及びつながりはむしろ弱い。そのため、バイモルフの優れた性能
は、バイモルフの局部的な動きが周囲の空気内で増幅される変換プロセスの第2
段階に依拠する。これは、サイズが関わる周波数の波長に対応するプレート及び
ディスク構造からなる様々な空気連動手段で達成される。
[0004] Parametric loudspeakers rely on the effective coupling of the ambient audio with the unique ultrasonic audio output. As mentioned above, previous theoretical and commercial product research has focused primarily on emitter devices that use bimorph piezoelectric structures, also known as piezoelectric vendors. These devices use two layers of piezoelectric material coupled to each other and driven from the phase. As the length of one layer expands and the other contracts, the output on the plane moves 90 degrees in the direction of expansion / contraction. Although the power of these devices is very high, the actual air movement and connection is rather weak. As such, the superior performance of the bimorph is a secondary feature of the conversion process where local movement of the bimorph is amplified in the surrounding air.
Rely on stages. This is achieved with various air interlocking means consisting of a plate and disk structure corresponding to the wavelength of the frequency whose size is concerned.

【0005】 意味あるSPLを開発するために、これら装置の多くは支持プレート又は他の
支持構造に沿って間隔を設けている。例えば、500〜1400以上のバイモル
フユニットのクラスタを含む、タナカら、米国特許第4,823,908号から
採用した図6を参照すること。これら装置のそれぞれは局部的なエミッタを表し
ているため、本発明者は各装置の直前の高い駆動強度により容易に空気に衝撃又
は飽和を与えることができることを発見した。この現象はオーディオ信号の効果
的な復調を遮断し、そのため電力出力損及び音響サウンドコンポーネントの激し
いひずみを生じさせるとともに、パラメトリック・スピーカの操作の一般的なプ
ロセスに他の重大な悪影響を引き起こす。また、バイモルフは周波数応答が悪く
、望ましくない分周波をもつ。
To develop meaningful SPLs, many of these devices are spaced along a support plate or other support structure. See, for example, FIG. 6 taken from Tanaka et al., U.S. Pat. No. 4,823,908, which contains a cluster of 500-1400 or more bimorph units. Since each of these devices represents a local emitter, the inventor has discovered that the high drive strength immediately before each device can easily bombard or saturate the air. This phenomenon interrupts the effective demodulation of the audio signal, thereby causing power output losses and severe distortion of the acoustic sound component, as well as other significant adverse effects on the general process of operating a parametric speaker. Also, bimorphs have poor frequency response and have undesirable frequency division.

【0006】 バイモルフ・システムにおけるSPLの改良のための従来技術の努力は、大部
分がバイモルフ・エミッタの数を増加することに集中していた。バイモルフ・エ
ミッタの数を増加すると高い超音波出力が得られることは分かっているが、空気
飽和と重大な電力損の問題を単に悪化させているだけである。さらに、発明者は
装置の違いによる位相整合エラー、ひずみと帯域幅の問題、及びそのように多数
の個別装置を使用することによる関連するコスト及び複雑性に伴う多数の問題を
発見した。実際、これら個別装置の位相関係は、クラスタとして使用する多くの
装置の合計出力が単に装置全部を合計して予測される量に達しないようなもので
ある。例えば、それぞれ個別に120dbのSPLを発生できる10個のバイモ
ルフ変換器のアレイは、わずか125〜127dbの合計SPLを生み出すだけ
であることは、実験で証明されている。特に、驚くことにこれは、理論上それぞ
れ120dbの出力をもつ10個の装置の合計を表す130db未満である。前
述したように、本発明者は、この電力損は位相の異常、及び本開示で明記する他
の欠陥から生じると考える。
Prior art efforts to improve SPL in bimorph systems have largely focused on increasing the number of bimorph emitters. It has been found that increasing the number of bimorph emitters results in higher ultrasonic power, but merely exacerbates the problem of air saturation and significant power dissipation. In addition, the inventors have discovered a number of problems with phase matching errors, distortion and bandwidth problems due to device differences, and the associated cost and complexity of using such a large number of individual devices. In fact, the phase relationship of these individual devices is such that the total output of many devices used as a cluster does not simply add up to the expected amount of all devices. For example, it has been experimentally demonstrated that an array of 10 bimorph transducers, each capable of individually generating 120 db of SPL, produces only 125-127 db of total SPL. In particular, this is surprisingly less than 130 db, representing a total of 10 devices, each with a theoretical output of 120 db. As noted above, the inventor believes that this power loss results from phase anomalies and other deficiencies specified in this disclosure.

【0007】 開発研究者がおそらくバイモルフ装置に依拠していた他の要因は、エミッタは
放出する超音波エネルギの波長に対応する寸法で構成するべきという認識である
。これは、関わる最低周波数の波長に対応するサイズで構成する、静電エミッタ
などの他の種類の超音波装置に従っている。これら装置を使用するときでも、所
定の出力を達成するためには多数の装置を使用する必要がある。実際、必要なS
PLが高いほど、より高い電圧レベルで駆動されるエミッタの数を増やさなけれ
ばならないと認識されてきた。このような論理は、従来の音響システムの従来の
設計認識からきている。しかしながら、これら結論はそのままパラメトリック・
スピーカ・システムとの関係には当てはまらない。
[0007] Another factor that development researchers have probably relied on bimorph devices for is the recognition that the emitter should be configured with dimensions corresponding to the wavelength of the emitted ultrasonic energy. This follows other types of ultrasound devices, such as electrostatic emitters, which are sized at the wavelength of the lowest frequency involved. Even when using these devices, a large number of devices must be used to achieve a given output. In fact, the necessary S
It has been recognized that the higher the PL, the more emitters must be driven at higher voltage levels. Such logic comes from conventional design perceptions of conventional acoustic systems. However, these conclusions remain parametric.
It does not apply to the relationship with the speaker system.

【0008】 本発明は、バイモルフ変換器付きのパラメトリック・システムにおける不十分
な成果に加えて、従来のオーディオ・システムに由来する他の伝統的な認識がパ
ラメトリック・スピーカの分野の初期の研究者を間違った方へ導き、それによっ
てパラメトリック・スピーカが開発されなかった残念な結果となっている。これ
は初期の研究者の努力が一般的には高出力装置として分類されるバイモルフ変換
器の使用に実質的に制限されたという事実に現れている。バイモルフ変換器をパ
ラメトリック・スピーカ内で優先的に使用することは、音響産業における同様の
歴史の当然に結果であったと思われる。音響産業では、ダイナミック・スピーカ
ー(高出力装置としての特徴もある)が静電スピーカーよりも著しく好まれた。
つまり、磁気的に駆動するコーン(バイモルフドライバと付属の空気連結コーン
の性質に類似している)が人気があり、一般的に受け入れられていることは、開
発努力がバイモルフに有利にまたフィルム・エミッタなどの低出力エミッタ構造
からは離れたパラメトリック分野内に向けられてきたと思われる。
[0008] In addition to the poor results in parametric systems with bimorph converters, the present invention has recognized other traditional perceptions from conventional audio systems that early researchers in the field of parametric loudspeakers have. It leads to the wrong direction, which is a disappointing result that no parametric speaker was developed. This is reflected in the fact that early researcher efforts were substantially limited to the use of bimorph transducers, which are generally classified as high power devices. The preferential use of bimorph transducers in parametric loudspeakers seems to have been a natural consequence of a similar history in the audio industry. In the audio industry, dynamic speakers (also characterized as high power devices) were significantly preferred over electrostatic speakers.
That is, magnetically driven cones (similar in nature to bimorph drivers and associated air-coupled cones) are popular and generally accepted, as development efforts favor bimorphs and film It seems that it has been aimed within the parametric field away from low power emitter structures such as emitters.

【0009】 例えば、ダイナミック・スピーカーの分類に入る世界中で販売される音響シス
テムの99パーセントは、コーン又は類似の音響ドライバに機械的に結合する磁
気駆動ユニットで代表される。ダイナミック・スピーカーは2種類の概念に基づ
いて操作される。まず1つめは、オーディオ信号の電圧信号を機械的な運動に変
換する電気機械的なプロセスに関わる。これは、磁石とコイルの結合などの磁気
駆動装置によって行われる。2つめの概念は、圧縮波のずれのためにコーンの運
動を伴うように、機械的運動が音響結合装置と結合される1つめの概念に付随す
る。これは概念的には2段階スピーカーと呼ばれる。
For example, 99% of the sound systems sold worldwide that fall into the dynamic speaker category are represented by magnetic drive units that are mechanically coupled to a cone or similar sound driver. Dynamic speakers operate based on two concepts. The first involves an electromechanical process that converts the voltage signal of the audio signal into mechanical motion. This is done by a magnetic drive, such as a combination of magnets and coils. The second concept pertains to the first concept in which mechanical movement is combined with an acoustic coupling device so as to involve movement of the cone due to compression wave displacement. This is conceptually called a two-stage speaker.

【0010】 このようなダイナミック・スピーカーは、特に低周波数では、駆動システムの
強さに基づいて、大音量を発生することができるため、高出力装置と呼ばれる。
また、小さな部屋、自動車などの小さな空間内に置くのにかなり適している。ダ
イナミックスピーカーの用途の広さと操作の簡単さ(コーンの移動)が有利に働
いて、静電スピーカーや他の音声再生システムより常にかなり優位な立場にあっ
た。さらに、ミキシング、クロスオーバー、等化、及び参照によりこれに組込ま
れる米国特許出願第08/684,311号で列挙されるような関連する問題の
ための高価で複雑なオーディオ制御システムの必要性にも関わらず、このような
開発が行われた。
[0010] Such a dynamic speaker is called a high-power device because it can generate a large volume based on the strength of the drive system, especially at low frequencies.
It is also well suited for placement in small rooms, small spaces such as cars. The versatility and simplicity of operation (moving the cone) of the dynamic loudspeaker has been advantageous, and has always been a significant advantage over electrostatic loudspeakers and other audio reproduction systems. Further, the need for expensive and complex audio control systems for mixing, crossover, equalization, and related problems as enumerated in US patent application Ser. No. 08 / 684,311 incorporated herein by reference. Nevertheless, such development took place.

【0011】 ダイナミック・スピーカーの市場での堅調さにも関わらず、静電スピーカー業
界は著しい商業的な利益の可能性を示してきた。しかしながら、低電力出力、サ
イズが大きくなることと構造上の制限のために、静電スピーカーは著しい市場の
シェアを獲得するには至っていない。1%未満である。音響業界内でのダイナミ
ック・スピーカーに勝る静電スピーカーの明確な利点にも関わらず、商業的な開
発研究は依然として高出力の磁気的に駆動されるダイナミックシステムに集中し
ている。
[0011] Despite the robustness of the dynamic speaker market, the electrostatic speaker industry has shown significant commercial potential. However, due to low power output, large size and structural limitations, electrostatic speakers have not gained significant market share. Less than 1%. Despite the clear advantages of electrostatic loudspeakers over dynamic loudspeakers within the audio industry, commercial development research still focuses on high power, magnetically driven dynamic systems.

【0012】 現在では、音響世界でのこの傾向がサウンド再生のパラメトリック分野内の研
究の方向性にも影響を与えているように思われる。具体的には、本発明者以前の
実質的にすべてのパラメトリック研究は、高出力操作を伴うダイナミックスピー
カーと構成上類似した、バイモルフ変換器の使用に関わるものであった。前述し
たように、バイモルフ・システムはパラメトリック・スピーカシステムの市販化
に必要な成果を実現していない。超音波エミッタの「高出力」型(バイモルフ変
換器)に必要な音量及び品質が実現されていないため、当業者には、静電又は低
出力フィルム型のエミッタはパラメトリックサウンド分野では実行できないであ
ろうと明らかに考えられてきた。そのため、広幅フィルム振動板及び類似の1段
階の静電音響変換システムを使用することが、パラメトリック研究に適する変換
器として考えられてこなかった。
At present, this trend in the acoustic world seems to have influenced the direction of research within the parametric field of sound reproduction. In particular, virtually all parametric studies before the present inventors have involved the use of bimorph transducers, which are similar in construction to dynamic speakers with high power operation. As mentioned above, bimorph systems have not achieved the results needed to commercialize parametric loudspeaker systems. Due to the lack of volume and quality required for the "high power" type of ultrasonic emitter (bimorph transducer), those skilled in the art will recognize that electrostatic or low power film type emitters cannot be performed in the parametric sound field. It was obviously thought to be. Thus, the use of wide film diaphragms and similar one-stage electrostatic-acoustic conversion systems has not been considered as a suitable transducer for parametric studies.

【0013】 音響科学では長い間、スピーカー及び/又はマイクロホン装置としての固定子
又はドライバ部材に連動及び分離する可動静電フィルム又はフィルムの利用性が
知られてきた。このような装置の典型的な構成は、金属被覆と関連する導体を有
する伸縮性マイラー(tm)又はkapton(tm)フィルム、エアギャップ
あるいは絶縁材料により分離する剛直なプレートから構成される。音波又は超音
波信号を含む印加電圧が、この容量性アセンブリに伝送されて、所望の超音波又
は音波圧縮波を伝播するために伸縮性エミッタフィルムを移動するよう操作する
Acoustic science has long known the use of a movable electrostatic film or film that interlocks with and separates a stator or driver member as a speaker and / or microphone device. A typical configuration of such a device consists of a stretchable mylar (tm) or kapton (tm) film with a metal coating and associated conductors, air gaps or rigid plates separated by an insulating material. An applied voltage, including an acoustic or ultrasonic signal, is transmitted to the capacitive assembly and operates to move the stretchable emitter film to propagate the desired ultrasonic or acoustic compression waves.

【0014】 静電スピーカーには主に2つに分類される。単終段スピーカーは、典型的には
サウンドが通過できる穴を有する1枚のプレートからなる。フィルムをプレート
の前又は後ろに吊り下げて、スペーサによりプレートと接触しないよう移動する
ことができる。超音波エミッタでは、フィルムがプレートの不定形面と直接接触
して片寄り、フィルムがポケット又は空洞で振動できるようになっている。空気
、プラスチックフィルム、又は類似の非導電性材料のいずれかの絶縁バリアがフ
ィルムとプレートの間にはさみこまれて、電気接触とアークを防止する。典型的
には、プレートと振動板がDC電源に結合して、金属被覆とプレートの各導電面
で反対の極性を確立する。
The electrostatic speakers are mainly classified into two types. A single end speaker typically consists of a single plate with holes through which sound can pass. The film can be hung in front of or behind the plate and moved away from the plate by spacers. In an ultrasonic emitter, the film is in direct contact with the irregular surface of the plate and is biased so that the film can vibrate in a pocket or cavity. An insulating barrier, either air, plastic film, or similar non-conductive material, is sandwiched between the film and the plate to prevent electrical contact and arcing. Typically, the plate and diaphragm couple to a DC power supply to establish opposite polarity at the metallization and each conductive surface of the plate.

【0015】 静電スピーカーの2つめの主な分類は、プッシュプル構成によって表される。
この場合、スピーカーは、導電フィルムの各側に対称に配設される2枚の剛直な
プレートを有する。電圧が印加されると、一方のプレートがフィルムに対して負
の電荷になり、反対のプレートが正の電荷になる。可変電圧(例、AC)が変換
器に伝達すると、フィルム上のプッシュプル効果が補強され、それによって電力
出力が高まる。共通の静電エミッタ設計の理論及び構造は、Ronald Wa
gner著、静電スピーカー、オーディオ・アーマチュア・プレス、1993年
に詳細に論じられている。
The second main category of electrostatic speakers is represented by a push-pull configuration.
In this case, the loudspeaker has two rigid plates arranged symmetrically on each side of the conductive film. When a voltage is applied, one plate has a negative charge on the film and the opposite plate has a positive charge. When a variable voltage (eg, AC) is transmitted to the converter, the push-pull effect on the film is reinforced, thereby increasing the power output. The theory and structure of a common electrostatic emitter design is Ronald Wa
Gner, Electrostatic Speaker, Audio Armature Press, 1993, discussed in detail.

【0016】 長年これに向けて行われた研究により、この基本システムには多数の技術的改
良が開発されてきたが、コンポーネントの定義は実質的には同じままである。驚
くべきことに、本発明者は、圧電フィルム、静電フィルム、及び他の類似のフィ
ルム・エミッタなどの低出力変換器を使用する1段階の変換プロセスが、パラメ
トリック・スピーカに著しい利点を与えることを発見した。以下の開示は、参照
する親出願で以前に引用したこれら概念と実施形態をさらに改善する。
[0016] Research conducted for many years has resulted in the development of a number of technical improvements to this basic system, but the definition of the components remains substantially the same. Surprisingly, the inventor has found that a one-step conversion process using low power converters such as piezoelectric films, electrostatic films, and other similar film emitters provides significant advantages to parametric speakers. Was found. The following disclosure further refines these concepts and embodiments previously cited in the referenced parent application.

【0017】 発明の目的及び概要 そのため、本発明の目的は、サウンド再生のパラメトリック分野にフィルム変
換器を応用することである。
[0017] For that purpose and summary of the invention, the object of the present invention is to apply a film converter parametric field of sound reproduction.

【0018】 本発明の別の目的は、電気的な刺激に反応して高い振幅の圧縮波を発生できる
改良型スピーカー振動板を提供することであり、これにより従来のオーディオ・
スピーカー又は超音波変換器の剛直な振動板構造が必要なくなる。
It is another object of the present invention to provide an improved speaker diaphragm that can generate a high amplitude compression wave in response to an electrical stimulus, thereby providing a conventional audio diaphragm.
Eliminates the need for a rigid diaphragm structure for the speaker or ultrasonic transducer.

【0019】 本発明のさらに別の目的は、所定のシステムの合計出力量に対してより少ない
空気の各部分を駆動するために、実質的に連続する振動板を提供することである
It is yet another object of the present invention to provide a substantially continuous diaphragm to drive less portions of air for a given system's total output.

【0020】 本発明のさらに別の目的は、ひずみ、位相のずれ、及び高調波共鳴を最小限に
抑えながら、高出力を出せる変換器を提供することである。 本発明のさらに別の目的は、ビーム幅が変換器システムの直径以上に膨張でき
るように、一次周波数の指向性パターンを制御するように構成される変換器を提
供することである。
Yet another object of the present invention is to provide a transducer that can provide high power while minimizing distortion, phase shift, and harmonic resonance. It is yet another object of the present invention to provide a transducer configured to control the directivity pattern of the primary frequency such that the beam width can expand beyond the diameter of the transducer system.

【0021】 さらに、本発明の別の目的は、スピーカーシステムの固定子素子として発泡材
料を利用することにより、重量及び剛性の要求事項を低減できることである。 本発明の別の目的は、単終段又はプッシュプル構成で操作できるプレート又は
支持部材を提供することである。
Yet another object of the present invention is to reduce the weight and rigidity requirements by utilizing a foamed material for the stator elements of the speaker system. Another object of the present invention is to provide a plate or support member that can be operated in a single-end or push-pull configuration.

【0022】 別の目的は、磁気的に駆動する薄いフィルムエミッタを使用することによって
、商業的に受入可能な音量をもつ少なくとも1つの新しい音波又は亜音波を間接
的に発生することであり、これによって少なくとも1つの新しい音波又は亜音波
と等しい異なる周波数をもつ少なくとも2つの超音波信号の間の干渉を提供する
Another object is to indirectly generate at least one new acoustic or subsonic wave having a commercially acceptable volume by using a magnetically driven thin film emitter. Provides interference between at least two ultrasound signals having different frequencies equal to at least one new sound wave or sub-sonic wave.

【0023】 本発明の別の目的は、相で操作する低出力の共通のエミッタ部分のアレイを有
するフィルム変換器を提供することである。 本発明の特別な目的は、パラメトリック信号源により1つの接点を介して共通
に通電される弧状のエミッタ部分を有する圧電フィルムを提供することである。
It is another object of the present invention to provide a film converter having an array of low power, common emitter sections that operate in phase. A particular object of the present invention is to provide a piezoelectric film having an arcuate emitter portion that is commonly energized through a single contact by a parametric signal source.

【0024】 本発明のさらに別の目的は、一般的には飽和にならないレベルであるが、シス
テム出力の合計を最大限とする制御された方法で、周囲の空気である隣接する領
域を駆動する弧状のエミッタ部分のアレイを有する実質的に連続する振動板を提
供することである。
Yet another object of the present invention is to drive adjacent areas of ambient air in a controlled manner, typically at levels that do not saturate, but maximize the total system output. It is to provide a substantially continuous diaphragm having an array of arcuate emitter portions.

【0025】 これら目的及び他の目的は、非線形媒体として空気内の複数の超音波周波数の
相互関係に基づいたパラメトリック・オーディオ信号を発生するための方法で実
現され、前記方法は、 a)オーディオ周波数範囲内にある異なる値を有する少なくとも2つの超音波信
号からなる電子信号を発生するためのステップと、 b)1段階のエネルギ変換プロセスの一部として、電子信号を空気と直接結合す
る電子音響フィルム変換器振動板に伝達するためのステップと、 c)信号板の電子信号をパラメトリック・スピーカのドライバ部材としての機械
的な移動に直接変換するためのステップと、 d)超音波圧縮波として、振動板から空気に少なくとも2つの超音波信号を機械
的に放出するためのステップと、 e)空気内の超音波圧縮波を相互作用させて、パラメトリックオーディオ出力を
発生するためのステップと、 からなる。
These and other objects are realized in a method for generating a parametric audio signal based on the correlation of a plurality of ultrasonic frequencies in air as a non-linear medium, said method comprising: Generating an electronic signal consisting of at least two ultrasonic signals having different values within a range; b) an electroacoustic film that couples the electronic signal directly with air as part of a one-stage energy conversion process. C) a step of transmitting the electronic signal of the signal plate directly to mechanical movement as a driver member of a parametric speaker; and d) a vibration as an ultrasonic compression wave. E) mechanically emitting at least two ultrasonic signals from the plate into the air; and e) generating ultrasonic compression waves in the air. Each other by the action, a step for generating a parametric audio output consists.

【0026】 発明の別の実施形態は、複数の開口又は空洞をもつ外面を有する剛直なエミッ
タプレートと、フィルムを空洞に広げて、圧電フィルムで印加される電気入力の
変化に反応して伸縮できる弧状のエミッタ構成のアレイを形成することによって
、周囲環境に圧縮波を生み出す、エミッタプレートの開口に配設される圧電薄い
フィルムと、印加される電気入力を提供するために圧電フィルムに結合される電
気接触手段とを有するスピーカー装置である。弧状のエミッタ構成のアレイは予
め成形するか、又は正又は負の圧力によってこの位置に広げることができる。
Another embodiment of the invention is a rigid emitter plate having an outer surface with a plurality of apertures or cavities, and the film can be expanded into the cavities and stretched in response to changes in the electrical input applied at the piezoelectric film. A piezoelectric thin film disposed at the aperture of the emitter plate and producing a compression wave in the surrounding environment by forming an array of arcuate emitter configurations and coupled to the piezoelectric film to provide an applied electrical input A speaker device having electric contact means. The array of arcuate emitter configurations can be preformed or spread to this position by positive or negative pressure.

【0027】 本発明の別の実施形態は、パラメトリック・オーディオ出力を改善するための
方法で、その方法が、(a)オーディオ周波数範囲内にある値の異なる少なくと
も2つの超音波信号からなる電子信号を発生するためのステップと、(b)電子
信号を、フィルム内に形成される弧状のエミッタ部分のアレイを有するエミッタ
フィルム変換器振動板に伝送するためのステップと、(c)パラメトリック・ス
ピーカのドライバ部材として、弧状のエミッタ部分のアレイの相を電気機械的に
移動ためのステップと、(d)超音波圧縮波として、振動板から空気に少なくと
も2つの超音波信号を放出するためのステップと、(e)空気内で超音波圧縮波
を相互作用させて、パラメトリックオーディオ出力を発生するためのステップと
、からなることを特徴とする。
Another embodiment of the invention is a method for improving parametric audio output, the method comprising: (a) an electronic signal comprising at least two ultrasound signals of different values within an audio frequency range. (B) transmitting the electronic signal to an emitter film transducer diaphragm having an array of arcuate emitter portions formed in the film; and (c) transmitting the electronic signal to the parametric speaker. (D) emitting at least two ultrasonic signals from the diaphragm to the air as ultrasonic compression waves, as a driver member; (E) interacting the ultrasonic compression waves in air to generate a parametric audio output. It is characterized by that.

【0028】 本発明は、またパラメトリックオーディオ出力を改善するための方法で、その
方法が、(a)オーディオ周波数範囲内にある値の異なる少なくとも2つの超音
波信号からなる電子信号を発生するためのステップと、(b)電子信号を、共通
の電子音響変換器振動板内に形成される弧状のエミッタ部分のアレイに同時に伝
送するためのステップと、(c)周囲の空気の飽和を最小限に抑えるために制御
された方法でエミッタ部分を移動するためのステップと、(d)パラメトリック
・スピーカのドライバ部材として、弧状のエミッタ部分のアレイの相を電気機械
的に移動するためのステップと、(e)超音波圧縮波として、振動板から空気に
少なくとも2つの超音波信号を放出するためのステップと、(f)超音波圧縮波
を空気内で相互作用させて、パラメトリック・オーディオ出力を発生するための
ステップと、からなる方法によって表される。
The present invention also provides a method for improving parametric audio output, the method comprising: (a) generating an electronic signal comprising at least two ultrasonic signals of different values within an audio frequency range. (B) simultaneously transmitting an electronic signal to an array of arcuate emitter portions formed in a common electroacoustic transducer diaphragm; and (c) minimizing ambient air saturation. (D) electromechanically moving the phase of the array of arcuate emitter portions as a driver member of a parametric loudspeaker; e) emitting at least two ultrasonic signals from the diaphragm to the air as ultrasonic compression waves; and (f) converting the ultrasonic compression waves into air. And generating a parametric audio output.

【0029】 本発明の別の実施形態は、パラメトリック・オーディオ出力を改善するための
方法として、(a)超音波搬送信号と少なくとも1つの補助超音波信号を含み、
オーディオ周波数内にある搬送信号とは値の異なる少なくとも2つの超音波信号
からなる電子信号を発生するためのステップと、(b)伝播の一次軸をもつ共通
電子音響フィルム変換器振動板内に形成される弧状のエミッタ部分のアレイに電
子信号を伝送するためのステップと、(c)少なくとも1つのアレイの外周から
伝播の一次軸に対して所定の集束角で放出される超音波ビームの集束を提供する
ために、一般的には凹状にエミッタ部分のアレイを構成するためのステップと、
(d)パラメトリック・スピーカのドライバ部材として、弧状のエミッタ部分の
アレイの相を電気機械的に移動するためのステップと、(e)超音波圧縮波とし
て、少なくとも2つの超音波信号を振動板から空気に放出するためのステップと
、(f)超音波圧縮波を空気内で相互作用させて、パラメトリックオーディオ出
力を発生するためのステップと、に基づいて記述される。
Another embodiment of the present invention provides a method for improving parametric audio output, comprising: (a) an ultrasonic carrier signal and at least one auxiliary ultrasonic signal;
Generating an electronic signal consisting of at least two ultrasonic signals having different values from the carrier signal in the audio frequency; and (b) forming in a common electroacoustic film transducer diaphragm having a primary axis of propagation. Transmitting an electronic signal to an array of arcuate emitter portions to be transmitted; and (c) focusing the ultrasound beam emitted from the outer periphery of the at least one array at a predetermined focusing angle with respect to a primary axis of propagation. Providing an array of emitter portions, generally concave, to provide;
(D) electromechanically moving the phases of the array of arcuate emitter portions as a driver member of a parametric speaker; and (e) transmitting at least two ultrasonic signals from the diaphragm as ultrasonic compression waves. It is described based on the steps of emitting into air and (f) interacting the ultrasonic compression waves in air to produce a parametric audio output.

【0030】 発明の別の実施形態は、典型的な静電振動板の動きに対して比較的大きな振動
板の変位量をもつ広い周波数範囲の性能を有する超音波エミッタ装置のための方
法と機器により実現される。この装置は、第1磁場を確立できるコア部材からな
る。可動振動板はコア部材に沿って伸び、コア部材とは短い分離距離でずれてい
るため、振動板をコア部材に対して対角上にずらし、磁場の強力な部分内の意図
する範囲にすることができる。少なくとも1つの質量の小さい平面形の導電コイ
ルが可動振動板上に配設されて、電流をコイルに流すことができるように第1及
び第2接点を有する。第1磁場と可変に相互作用して、その間で変調されるオー
ディオ信号を有する超音波周波数範囲を含む一連の圧縮波の展開のために、所望
の周波数で振動板を引き寄せたり離したりするために、可変電流をコイルに印加
する。
Another embodiment of the invention is a method and apparatus for an ultrasonic emitter device having a wide frequency range with relatively large diaphragm displacement relative to typical electrostatic diaphragm movement. Is realized by: The device comprises a core member capable of establishing a first magnetic field. Because the movable diaphragm extends along the core member and is offset by a short separation distance from the core member, the diaphragm is displaced diagonally with respect to the core member to an intended range within the strong portion of the magnetic field. be able to. At least one low mass planar conductive coil is disposed on the movable diaphragm and has first and second contacts to allow current to flow through the coil. To draw and move the diaphragm at the desired frequency for the development of a series of compression waves including an ultrasonic frequency range having an audio signal variably interacting with the first magnetic field. , A variable current is applied to the coil.

【0031】 発明の別の側面では、パラメトリック・スピーカのエミッタは、それに複数の
開口を有する共通のエミッタ面の上に配設される1つのエミッタフィルムからな
るドラムから構成され、そこで開口はそれから平行軸に沿って発生するすべての
周波数を発生できるように配列され、付近の真空がドラム内且つエミッタフィル
ムの背後に作られて、それによって間隔波の発生を除去する。
In another aspect of the invention, the emitter of the parametric loudspeaker comprises a drum consisting of a single emitter film disposed on a common emitter surface having a plurality of apertures, where the apertures are then parallel. Arranged to generate all frequencies that occur along the axis, a nearby vacuum is created in the drum and behind the emitter film, thereby eliminating the generation of spacing waves.

【0032】 発明の別の側面では、エミッタは、それに複数の開口をもつ共通のエミッタ面
の上に配設される1つのエミッタフィルムからなるドラムから構成されるが、そ
こでドラムはここでは加圧されない。
In another aspect of the invention, the emitter is comprised of a drum consisting of a single emitter film disposed on a common emitter surface having a plurality of apertures therein, wherein the drum is pressurized here. Not done.

【0033】 発明のさらに別の側面では、エミッタフィルムとしての圧電フィルムを有し、
それに開口を有するセンサ面で伸びるドラムが、圧電フィルムに対する圧縮波の
衝撃から発生する電子信号を検出することにより、圧縮波を感知できる。
In still another aspect of the invention, the piezoelectric device has a piezoelectric film as an emitter film,
A drum extending on a sensor surface having an opening can detect a compression wave by detecting an electronic signal generated from the impact of the compression wave on the piezoelectric film.

【0034】 本発明の他の目的及び特徴は、以下の図面と組合わせて、以下の好適な実施形
態の詳細な説明に基づいて考えれば、当業者には明らかであろう。 本発明の開示 ここで、本発明の様々な要素に数字による識別が付与され、技術に精通する熟
練技術者による本発明の製作および使用を可能にするため、本発明を説明する図
面を参照する。以下の説明は、本発明の一例にすぎず、以下の請求範囲を制限す
るものと見なさないこと。
[0034] Other objects and features of the present invention will be apparent to those of ordinary skill in the art in view of the following detailed description of the preferred embodiments in conjunction with the following drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Reference will now be made to the drawings, which illustrate the present invention, in order to provide that various elements of the invention may be numerically identified and made and used by the skilled artisan. . The following description is merely an example of the present invention, and should not be deemed to limit the following claims.

【0035】 図1aおよび1bは、複数の圧電バイモルフ変換器11を使用する従来技術の
パラメトリック・スピーカ10を示す図面である。これらは、500から150
0個以上のバイモルフ変換器と共に使用されている。パラメトリック・スピーカ
に付随する課題の1つとして、二次合成周波数における合理的な変換効率および
ラウドネスを供給するために超音波レベルで空気を駆動する場合、基本周波数が
ラウダーを得ることができず、歪み成分レベルだけが増大する衝撃限界まで空気
を駆動することが挙げられる。この衝撃限界は、空気スペースの個々のスモール
ポイントを駆動する場合に一層悪化する。閉じ込められる強度が大きくなるほど
、衝撃も発生しやすくなる。
FIGS. 1 a and 1 b show a prior art parametric speaker 10 using a plurality of piezoelectric bimorph transducers 11. These are between 500 and 150
Used with zero or more bimorph converters. One of the challenges associated with parametric loudspeakers is that when driving air at ultrasonic levels to provide a reasonable conversion efficiency and loudness at the secondary synthesized frequency, the fundamental frequency cannot obtain a louder, Driving air to the shock limit where only the strain component level increases. This impact limit is exacerbated when driving individual small points in the air space. The greater the confined strength, the more likely the impact will occur.

【0036】 図1cは、一連のバイモルフ変換器の図面であり、各バイモルフ変換器は、ス
ペース12内のスモールポイントの空気を駆動し、衝撃を引き起こす。図1dは
、ドライブ14を分散し、衝撃を削減する均等な方法で空気を駆動する本発明の
フィルム変換器13の図面である。図1eは、衝撃レベル15および衝撃レベル
16以下の一次周波数の波形を示す図である。大規模フィルム変換器の1つの実
施形態は、静電駆動原理に基づいている。静電タイプの変換器は、バックプレー
トに近接する導電性フィルムを有する導電性バックプレートを使用している。フ
ィルムまたはバックプレートのいずれかにバイアスがかけられ、フィルムおよび
バックプレートは、両方とも駆動信号の2つの極性により駆動される。図2は、
環状V溝付きバックプレート21を有する大規模静電変換器の平面図である。バ
ックプレートの設計は、二者択一的に凹形または凸形にしてもよい。図2aは、
静電バックプレート23と振動板フィルム22の断面図である。
FIG. 1 c is a drawing of a series of bimorph transducers, each driving air at a small point in space 12 and causing an impact. FIG. 1d is a drawing of the film converter 13 of the present invention that drives the air in a uniform manner with distributed drives 14 and reduced shock. FIG. 1e is a diagram showing the waveform of the primary frequency below the shock level 15 and the shock level 16. One embodiment of a large-scale film converter is based on the electrostatic drive principle. Electrostatic type transducers use a conductive backplate having a conductive film proximate to the backplate. Either the film or the backplate is biased, and both the film and the backplate are driven by two polarities of the drive signal. FIG.
It is a top view of the large-scale electrostatic converter which has the back plate 21 with an annular V groove. The design of the backplate may alternatively be concave or convex. FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrostatic back plate and a diaphragm film.

【0037】 当該周波数の波長と比較すると、高周波数を比較的大きな振動板から発射する
場合、音波ビームは、高周波数がタイトビームに絞られるような高指向性を達成
できる。これは、小さな空気スペース内で絞られる高強度により音波の過度に集
中した指向性と早期衝撃形成を発生する。振動板を曲げることにより、衝撃制限
波形を最小限にするため、幅において変換器のサイズに相当する指向性ウィンド
ウを有するか、あるいは多少広く拡大するサウンドを有するように放射パターン
を広げることができる。
As compared with the wavelength of the frequency, when a high frequency is emitted from a relatively large diaphragm, the sound wave beam can achieve high directivity such that the high frequency is narrowed down to a tight beam. This produces excessively concentrated directivity and early impact formation of sound waves due to the high intensity constricted in the small air space. By bending the diaphragm, the radiation pattern can be broadened to have a directional window that corresponds to the size of the transducer in width, or to have a sound that expands somewhat wider, to minimize shock-limiting waveforms .

【0038】 図2bは、この問題を解決する曲げられたバックプレート23と補完的な形状
のフィルム振動板22を含めた静電フィルム変換器を示す。 本発明の別の実施形態は、圧電フィルム(PVDF)を利用するものである。こ
のフィルムは、電気的に励振されると拡大および収縮し、それゆえ、音響出力を
達成するように形成されなければならない。これらの大面積変換器は、必ずしも
限定されないが、静電フィルム、エレクトレットフィルムと、PVDF、電熱機
械フィルムおよびプレーナー磁気形状のような圧電フィルムを含んでいることを
認識する必要がある。修正正弦形のような圧電フィルム30の実施形状は、図3
に示されている。図3aは、圧電フィルム30の修正正弦形の図であり、圧電フ
ィルム30は、4/1波によりバックプレート31から一定間隔に維持されてい
る。フィルムから波長の1/4でバックプレートを分離することにより、エミッ
タの出力は、波長がフィルムからバックプレートの間隔の4倍である周波数にお
いて3dBまで増大する。図3bは、圧電フィルム32の浅い修正正弦形の図を
示している。図3cは、バックプレート31を含めた圧電フィルム32の浅い修
正正弦形の図を示している。
FIG. 2 b shows an electrostatic film converter including a bent back plate 23 and a complementary shaped film diaphragm 22 that solves this problem. Another embodiment of the present invention utilizes a piezoelectric film (PVDF). This film expands and contracts when electrically excited, and therefore must be formed to achieve acoustic output. It should be recognized that these large area transducers include, but are not necessarily limited to, electrostatic films, electret films, and piezoelectric films, such as PVDF, electro-mechanical films and planar magnetic features. An implementation shape of the piezoelectric film 30, such as a modified sine shape, is shown in FIG.
Is shown in FIG. 3a is a modified sinusoidal view of the piezoelectric film 30, which is maintained at a fixed distance from the back plate 31 by 4/1 waves. By separating the backplate from the film by 1/4 of the wavelength, the output of the emitter is increased to 3dB at frequencies where the wavelength is four times the film to backplate spacing. FIG. 3 b shows a shallow modified sinusoidal view of the piezoelectric film 32. FIG. 3 c shows a shallow modified sinusoidal view of the piezoelectric film 32 including the back plate 31.

【0039】 図4は、正弦波形状の圧電フィルムの図を示している。この形状は、フィルム
のすべてを利用することにおいて効率的であると思われる。高さ1/2WL以上
またはそれ未満の正弦形状の場合、ピークと谷は、相互に位相外れになる可能性
がある。この場合、ピークを谷から逆位相に電気駆動するというような補正手段
が要求される可能性もある。図4aは、間隔がとられたバックプレート31を含
めた正弦波形状の圧電フィルム33の図を示している。図4bは、一次周波数の
指向性角度を広げるようなバックプレートおよび曲率を含めた正弦波形状の圧電
フィルムの図を示している。この構成は、衝撃形成を最小限に抑え、上記の静電
の例のように分散ウィンドウを広げる。
FIG. 4 shows a diagram of a sine wave shaped piezoelectric film. This shape appears to be efficient in utilizing all of the film. For a sine shape with a height equal to or greater than 1/2 WL, the peaks and valleys can be out of phase with each other. In this case, there is a possibility that a correction means for electrically driving the peak from the valley to the opposite phase is required. FIG. 4a shows a view of a sinusoidal piezoelectric film 33 including a spaced back plate 31. FIG. FIG. 4b shows a diagram of a piezoelectric film in a sinusoidal shape including a back plate and a curvature to increase the directivity angle of the primary frequency. This configuration minimizes impact formation and widens the dispersion window as in the electrostatic example above.

【0040】 大半の超音波エミッタおよびパラメトリック・スピーカは、放射パターンにお
いて本質的に単極である。バイポーラーパラメトリック・スピーカは、PVDF
、図4のようなバックプレートなしのオープンフィルムを使用することによって
本発明で実現可能であり、一次周波数範囲においてバイポーラー位相外れ放射パ
ターンで放射し、同時にすべての二次パラメトリック誘導信号に対してバイポー
ラー同相形式で作動する。これは、高度の指向性を有する同相サウンドを相対す
る2方向に発射したい場合に使用できる可能性がある。この場合、従来技術デバ
イスにより実施することは実際的ではない。図4cは、バイポーラー一次周波数
/バイポーラー二次周波数モードに使用される正弦波形状の圧電フィルムの図を
示している。圧電フィルムの別の振動板形状は、凹型または凸型くぼみ構造のい
ずれかである。この形状は、フィルムを熱成形するか、あるいはこの形状にフィ
ルムを押し込むためにフォームサポート構造を利用することにより達成できる。
曲がったエミッタセクションにフィルムを成形する場合、正圧または負圧により
フィルムをキャビティに押し込むか、あるいは引き込むことにより達成できる。
加えて、フォームまたはプラスチックサポート構造を利用することによりフィル
ムを希望の形状に押し込むことができる。
Most ultrasonic emitters and parametric loudspeakers are monopolar in nature in the radiation pattern. Bipolar parametric speaker is PVDF
Can be realized in the present invention by using an open film without a back plate as in FIG. 4, which radiates in a bipolar out-of-phase radiation pattern in the primary frequency range and at the same time for all secondary parametric induction signals. Operates in bipolar common mode. This could be used if one wanted to launch a highly directional in-phase sound in two opposite directions. In this case, implementation with prior art devices is not practical. FIG. 4c shows a diagram of a sinusoidal shaped piezoelectric film used in the bipolar primary frequency / bipolar secondary frequency mode. Another diaphragm shape for a piezoelectric film is either a concave or convex depression structure. This shape can be achieved by thermoforming the film or utilizing a foam support structure to push the film into this shape.
Molding the film into a bent emitter section can be accomplished by pushing or pulling the film into the cavity with positive or negative pressure.
In addition, the film can be pressed into the desired shape by utilizing a foam or plastic support structure.

【0041】 図5は、凹型または凸型のいずれかを形成しているバックプレート52を含め
た圧電フィルム51の図を示している。図5aは、凹型エクステンションを有す
るくぼみ形状に使用される圧電フィルム51の図を示している。図5bは、凸型
特性を有するくぼみ形状に使用される圧電フィルム51bの図を示している。本
発明のコンセプトに基づいて圧電フィルムの希望の曲率を開発するために多くの
バリエーションを応用できることは熟練技術者にとって明白である。さらに、特
に一次超音波エミッションからの二次エミッションとしてオーディオサウンドの
パラメトリック出力の開発に適用されるようなこれらの希望の曲率を圧電フィル
ムに供給するために多数のサポートメカニズムを開発することも可能である。
FIG. 5 shows a diagram of a piezoelectric film 51 including a back plate 52 forming either a concave or a convex shape. FIG. 5a shows a view of a piezoelectric film 51 used for a recessed shape with a concave extension. FIG. 5b shows a diagram of a piezoelectric film 51b used for a concave shape having convex characteristics. It will be apparent to the skilled artisan that many variations can be applied to develop the desired curvature of the piezoelectric film based on the concepts of the present invention. In addition, it is also possible to develop a number of support mechanisms to supply these desired curvatures to the piezoelectric film, such as those applied to the development of parametric output of audio sounds as secondary emissions from primary ultrasonic emissions. is there.

【0042】 フレキシブルフィルム振動板の適応性は、従来のリジッドバイモルフデバイス
を上回る多数の長所を提供することにある。これらの利点の一部は、図6と7に
おいて詳細に説明されている。図6は、複数の圧電バイモルフ変換器62を使用
する従来技術のパラメトリック・スピーカ60を示す図である。上述したように
、これらは、効果的なパラメトリック出力を生成するように500から1500
個のバイモルフ変換器が使用されている。本開示は、すでにバイモルフ・エミッ
タの使用において、変換器表面の真正面の局所的なエミッション領域における空
気の飽和に起因する1つの欠陥を確認している。図7は、位相周波数歪みおよび
不整合による従来技術のパラメトリックアレイ60に起因するような他の欠陥は
言うまでもなく、この歪みの原因を図を使用して明確に説明している。基準位相
異常のようなこれらの矛盾は、図7の70、71および72に示されている。
The flexibility of flexible film diaphragms is to provide a number of advantages over conventional rigid bimorph devices. Some of these advantages are described in detail in FIGS. FIG. 6 shows a prior art parametric loudspeaker 60 using a plurality of piezoelectric bimorph transducers 62. As mentioned above, these are between 500 and 1500 to produce an effective parametric output.
Bimorph converters are used. The present disclosure has already identified one deficiency in the use of bimorph emitters due to air saturation in the local emission region directly in front of the transducer surface. FIG. 7 graphically illustrates the cause of this distortion, as well as other defects such as those caused by the prior art parametric array 60 due to phase frequency distortion and mismatch. These inconsistencies, such as the reference phase anomaly, are shown in FIG. 7 at 70, 71 and 72.

【0043】 これらのバイモルフ・エミッタは、異なる物理的および電気的特性を有する独
立構造体であることに注目する必要がある。実際、このようなバイモルフ変換器
は、異なる組立環境の異なる材料バッチから製造される可能性もある。一般的に
これらのバイモルフ変換器は、共通のビンに入れられ、顧客の指定する特定の設
計仕様に応じて無作為選択により供給される。結果として、伝搬超音波66の位
相の不整合は、位相の消滅および破線76と78により示されるその他の形態の
サウンドおよび指向性歪みを発生する。番号78は、各エミッタからの各周波数
の位相が外れるような隣接超音波ビームのベンディング効果を示す。例えば、エ
ミッタ70は、エミッタ71からの波66bと少し位相が外れた波66aを伝搬
している。破線78は、位相不整合から発生するパラメトリック・スピーカから
のオーディオ出力の指向性シフトを説明している。エミッタ72は、マウンティ
ングサポートプレートに関して垂直軸77からわずかに分岐する鋭角69により
示されるように斜めに取り付けられている。もう一度繰り返すが、視準されず、
適切に位相整合されないエミッタから伝搬されるビームは、エネルギーの損失お
よび歪みを発生する可能性がある。これらの要素は、従来のパラメトリックアレ
イを形成するために結合される500から1500個のエミッタにより増大され
るため、悪影響が顕著になる可能性がある。加えて、これらのデバイスは、パラ
メトリック・スピーカの復調オーディオ成分においてさらに歪まされる多くの調
波共振およびアンチ共振を有する傾向もある。
It should be noted that these bimorph emitters are stand-alone structures having different physical and electrical properties. In fact, such bimorph transducers may be manufactured from different material batches in different assembly environments. Typically, these bimorph transducers are placed in a common bin and supplied by random selection according to the particular design specifications specified by the customer. As a result, the phase mismatch of the propagating ultrasound 66 causes the disappearance of the phase and other forms of sound and directional distortion indicated by dashed lines 76 and 78. Numeral 78 indicates the bending effect of adjacent ultrasound beams such that the phases of each frequency from each emitter are out of phase. For example, the emitter 70 propagates a wave 66a slightly out of phase with the wave 66b from the emitter 71. Dashed line 78 illustrates the directional shift of the audio output from the parametric loudspeaker resulting from the phase mismatch. The emitter 72 is mounted diagonally as indicated by an acute angle 69 that branches slightly from the vertical axis 77 with respect to the mounting support plate. Repeat again, but not collimated,
Beams propagating from emitters that are not properly phase matched can cause energy loss and distortion. As these factors are augmented by 500 to 1500 emitters combined to form a conventional parametric array, the adverse effects can be significant. In addition, these devices also tend to have many harmonic and anti-resonances that are further distorted in the demodulated audio component of the parametric speaker.

【0044】 上記で識別される位相異常に加えて、図7は、上記の空気飽和問題63を示し
ている。したがって、パラメトリック・スピーカに付随する課題の1つとして、
合理的な変換効率およびラウドネスを供給するために超音波レベルにおいて空気
を駆動する場合、基本周波数がラウダーを得ることができず、歪み成分レベルだ
けが増大するような衝撃限界まで空気を駆動することが挙げられる。この衝撃限
界は、バイモルフ変換器73により発生するような空気スペースの小さい個々の
ポイントを駆動する場合に増大する。閉じ込められる強度が大きくなるほど、衝
撃も発生しやすくなる。これは、特に従来のバイモルフのような高強度デバイス
に該当する。
In addition to the phase anomalies identified above, FIG. 7 illustrates the air saturation problem 63 described above. Therefore, one of the problems associated with parametric speakers is:
When driving air at the ultrasonic level to provide reasonable conversion efficiency and loudness, drive the air to an impact limit where the fundamental frequency cannot obtain a louder and only the distortion component level increases. Is mentioned. This shock limit increases when driving small points of air space, such as those generated by the bimorph transducer 73. The greater the confined strength, the more likely the impact will occur. This is especially true for high strength devices such as conventional bimorphs.

【0045】 本発明は、フィルムの広い表面積上に高レベルのエネルギーを分散することに
より、バイモルフアレイ変換器の局所エミッタ要素と対照的に衝撃の管理が制御
されることを示している。小さなバイモルフエミッタのアレイが130dBをエ
ミッタに加えると、希望のSPLを生成すると思われる場合、希望SPLが短く
なり、歪みが大きく拡大される。本発明の原理に基づいて、幅の広いエミッタフ
ィルムは、120db未満で供給される。しかし、エネルギーをフィルムの多数
の小さいエミッタセクション上に分散することにより、空気は、変換器の正面の
局所ポイントで飽和または衝撃を発生するまで駆動されない。フィルムエミッタ
により生成されるパラメトリック出力の変換効率は非常に高く、歪みは、実質的
に削減される。このプロセスは、バイモルフファミリーのような高強度エミッタ
からの高db出力の焦点を合わせることによりボリュームを大きくしようと試み
る従来技術のテクニックと相違している。
The present invention shows that by distributing high levels of energy over a large surface area of the film, the management of bombardment is controlled in contrast to the local emitter elements of a bimorph array transducer. If an array of small bimorph emitters would add 130 dB to the emitters and produce the desired SPL, the desired SPL would be shortened and distortion would be greatly magnified. In accordance with the principles of the present invention, wide emitter films are provided at less than 120 db. However, by distributing the energy over the many small emitter sections of the film, the air is not driven until saturation or impact occurs at a local point in front of the transducer. The conversion efficiency of the parametric output generated by the film emitter is very high and the distortion is substantially reduced. This process differs from prior art techniques that attempt to increase volume by focusing high db output from high intensity emitters such as the bimorph family.

【0046】 一般的に、これらの様々な概念は、非線形媒体のような空気内の複数の超音波
周波数の相互作用に基づいてパラメトリックオーディオ出力を高めるための方法
を示しており、この場合、以下の基本ステップは、1つまたはそれ以上の従来技
術の構造タイプを通して実施されるものである。これらのステップを以下に示す
: a) オーディオ周波数範囲内に含まれ、値の相違する最低2つの超音波信号
で構成される電子信号を生成する。
In general, these various concepts describe a method for enhancing parametric audio output based on the interaction of multiple ultrasonic frequencies in air, such as a non-linear medium, where: Are performed through one or more prior art construction types. These steps are as follows: a) Generate an electronic signal comprised of at least two ultrasound signals that fall within the audio frequency range and differ in value.

【0047】 b) フィルム上に形成される弧状エミッタセクションのアレイを有するエミ
ッタフィルム変換器振動板に電子信号を送信する。 c) パラメトリック・スピーカのドライバー部材として同相で弧状エミッタ
セクションのアレイを電子−機械的に置換する。
B) Send an electronic signal to an emitter film transducer diaphragm having an array of arcuate emitter sections formed on the film. c) Electro-mechanical replacement of an array of in-phase arcuate emitter sections as driver elements for parametric loudspeakers.

【0048】 d) パラメトリックオーディオ出力を生成するために空気中で相互に作用す
る超音波圧縮波として最低2つの超音波信号を振動板から空気中に機械的に発射
する。
D) mechanically launching at least two ultrasonic signals from the diaphragm into the air as ultrasonic compression waves interacting in the air to produce a parametric audio output.

【0049】 従来技術のテクニックは、バイモルフ・エミッタ表面でdbレベルを大きくす
ることによりSPL出力を増大しようとしたが、本発明は、エネルギーを大きな
表面積に広げるものである。これは、スペース内のポイントで伝搬される圧縮波
のdbレベルを減少させるが、全体的な効果として、大きな面積によりSPLを
増加する。その上、歪みが最小限に抑えられるため、SPLを一層効果的なレベ
ルまで増大できる。これは、個々の弧状エミッタセクションにおける周囲空気の
飽和を最小限に抑えるような最大強さレベルを有する電子信号を制限するという
概念的なステップを示す。以下の幾何学的配置および相関dbレベルは、フィル
ムエミッタのdbエミッションレベルと幅広い幾何学的配置の適切なバランスを
示す。
While prior art techniques have attempted to increase the SPL output by increasing the db level at the bimorph emitter surface, the present invention extends the energy over a large surface area. This reduces the db level of the compressed wave propagating at points in the space, but increases the SPL due to the large area as an overall effect. In addition, SPL can be increased to a more effective level because distortion is minimized. This represents a conceptual step of limiting the electronic signal with the highest intensity level such that ambient air saturation in the individual arcuate emitter sections is minimized. The following geometries and correlated db levels show a good balance between db emitter levels for film emitters and a wide range of geometries.

【0050】 本発明の概念に基づいて容易に実施される付加的なステップは、フィルムエミ
ッタセクションのそれぞれから伝搬される超音波エネルギーの各ビームの改善さ
れた視準を提供することを含む。超音波エネルギーの向きは、バックプレートの
支持構造により制御可能である。特に単一の共通プレート構造は、高精度でエミ
ッタセクションのアレイの物理的な位置決めを供給する。バイモルフデバイスの
事前位置決めは、各エミッタの個々の位置決めを必要とするため、不整合につな
がる。すべてのエミッタセクションが正しく整合されると、超音波エミッション
が視準される。非視準エミッションから生じる位相外れ相互作用による干渉損失
は、著しく削減される。また、超音波エネルギーの一層タイトな発射は、超音波
エミッションからのオーディオ信号の変調のバーチャル縦型アレイ列の点から一
層効率的な変換も供給する。特に一層タイトなビームパターンは、エネルギー変
調に対する一層大きな集中を供給するため、超音波ビームの長さに沿ってオーデ
ィオSPLを増大する。
Additional steps that are readily implemented in accordance with the concepts of the present invention include providing improved collimation of each beam of ultrasonic energy transmitted from each of the film emitter sections. The direction of the ultrasonic energy can be controlled by the support structure of the back plate. In particular, a single common plate structure provides a high degree of physical positioning of the array of emitter sections. Pre-positioning of the bimorph device requires misalignment of each emitter, leading to misalignment. When all emitter sections are correctly aligned, the ultrasonic emission is collimated. Interference loss due to out-of-phase interactions resulting from non-collimated emissions is significantly reduced. Also, a tighter launch of the ultrasonic energy also provides a more efficient conversion in terms of a virtual vertical array of modulations of the audio signal from the ultrasonic emission. Particularly tighter beam patterns increase the audio SPL along the length of the ultrasound beam to provide a greater concentration for energy modulation.

【0051】 本発明の別の実施形態は、超音波エミッタの一層効率的な実施形態を示す図8
がある。この垂直図(orthogonal view)に示される実施形態に
おいて、エミッタドラム変換器100は、一般に円筒形の物体である。エミッタ
ドラム変換器100の側壁106は、望ましくは金属または金属合金である。し
かし、エミッタドラム変換器100の頂部面から圧縮波を生成するエミッタの表
面102は、最低2つの材料から構成される。エミッタの表面102の外面は、
圧電フィルム104で構成される。圧電フィルム104は、フィルムに印加され
る電子信号により刺激され、これによって、希望周波数において振動を発生し、
圧縮波を生成する。圧電フィルム104上およびエミッタの表面102の周囲に
は、導電性リング114が配置される。導電性リング114は、圧電フィルム1
14に電圧を印加するために使用される。圧電フィルム104の下には、この後
で説明される好ましくは金属クッキー108(以後、ディスクと言う、図8を参
照)が配置される。
Another embodiment of the present invention shows a more efficient embodiment of the ultrasonic emitter, FIG.
There is. In the embodiment shown in this orthographic view, the emitter drum transducer 100 is a generally cylindrical object. The sidewall 106 of the emitter drum transducer 100 is desirably a metal or metal alloy. However, the emitter surface 102 that generates the compression waves from the top surface of the emitter drum converter 100 is composed of at least two materials. The outer surface of the emitter surface 102 is
It is composed of a piezoelectric film 104. The piezoelectric film 104 is stimulated by an electronic signal applied to the film, thereby generating a vibration at a desired frequency,
Generate compression waves. A conductive ring 114 is disposed on the piezoelectric film 104 and around the emitter surface 102. The conductive ring 114 is used for the piezoelectric film 1.
14 is used to apply a voltage. Below the piezoelectric film 104, a metal cookie 108 (hereinafter referred to as a disc, see FIG. 8), which will be described later, is preferably arranged.

【0052】 エミッタドラム変換器100は、一般的に内部が中空で、バックカバー110
により底面において閉じられる。エミッタドラム変換器100は、近真空(以後
、真空という)または加圧状態をエミッタドラム変換器100の内部に維持する
ために一般的に気密になるようにシールされる。振動板がリアプレートから選択
周波数の波長の1/4分離されたドラム変換器100内の正圧は、有益なバック
ウェーブを生成する。もちろん、リアプレートは、ファイバーグラス、フォーム
またはその他の音波吸収材によりバックウェーブを吸収するために使用すること
もできる。
The emitter drum converter 100 is generally hollow inside and has a back cover 110.
Is closed at the bottom. The emitter drum transducer 100 is generally hermetically sealed to maintain a near vacuum (hereinafter, vacuum) or pressurized state inside the emitter drum transducer 100. Positive pressure in the drum transducer 100, where the diaphragm is separated from the rear plate by 1/4 of the wavelength of the selected frequency, creates a useful backwave. Of course, the rear plate can also be used to absorb the backwave with fiberglass, foam or other sound absorbing material.

【0053】 エミッタドラム変換器100の構造の理解を深めるため、図9は、圧電フィル
ム104の下に配置されるディスク108の外側を向いた側面126の平面図を
供給する(図8を参照)。実施形態において、ディスク108は、金属であり、
一般的に均一寸法を有する複数の穴112により穿孔される。穴112は、内側
を向いた側面128(図10を参照)から外側を向いた側面126までディスク
108の厚さを貫通する。性能の予測および最大効率を供給するため、両指向性
圧電フィルムが使用される場合、穴112は、円筒形に形成される。単一指向性
フィルムが適用される場合は、図16に示されるような長方形が好ましい。
To provide a better understanding of the structure of the emitter drum transducer 100, FIG. 9 provides a plan view of the outwardly facing side 126 of the disk 108 located below the piezoelectric film 104 (see FIG. 8). . In an embodiment, the disk 108 is metal,
Generally, a plurality of holes 112 having uniform dimensions are drilled. The hole 112 extends through the thickness of the disk 108 from an inward facing side 128 (see FIG. 10) to an outward facing side 126. If a bidirectional piezoelectric film is used to provide performance prediction and maximum efficiency, the holes 112 are formed in a cylindrical shape. When a unidirectional film is applied, a rectangle as shown in FIG. 16 is preferred.

【0054】 図8のディスク108上に示される穴パターン112は、多数の穴112を一
定領域内に配置可能にしているため、この場合に選択される。穴パターンは、一
般的に"ハニカム"パターンとして説明される。ハニカムパターンは、音響ヘテロ
ダインの特性により平行軸を有する多数の穴112を持つことが好ましいことに
より選択される。特に超オーディオ周波数を生成する場合、基本周波数と、情報
を搬送することにより情報を含む新しい音波または亜音速周波数を生成する周波
数間にヘテロダイン干渉を起こすことが好ましい。結果的に、相互に近接して干
渉を生じる多数の基本および情報搬送信号は、基本および情報搬送周波数の単一
ペアが干渉する場合より大量の新しい音波または亜音速周波数を生成する効果を
有する。換言すれば、本発明は、商業的に実行可能な十分な音量のボリュームを
生成する著しい利点を供給する。周波数放射の平行軸は、新しい音波または亜音
波が生成される場合の大きな予測を供給する。
The hole pattern 112 shown on the disk 108 in FIG. 8 is selected in this case because many holes 112 can be arranged in a certain area. Hole patterns are commonly described as "honeycomb" patterns. The honeycomb pattern is selected because it preferably has a number of holes 112 with parallel axes due to the properties of the acoustic heterodyne. Particularly when generating super-audio frequencies, it is preferable to cause heterodyne interference between the fundamental frequency and the frequency that generates the new sound or subsonic frequency containing the information by carrying the information. Consequently, a large number of fundamental and information-bearing signals that are in close proximity to each other and have the effect of generating a larger amount of new acoustic or subsonic frequencies than if a single pair of fundamental and information-bearing frequencies interfere. In other words, the present invention provides the significant advantage of producing a sufficiently loud volume that is commercially viable. The parallel axis of the frequency emission provides a large prediction when a new sound wave or sub-sound wave is generated.

【0055】 図10は、本発明の実施形態の有用な側面および切取り斜視図を提供しており
、エミッタドラム変換器100に対する電気接続に関する詳細を含んでいる。エ
ミッタドラム変換器100の側壁106は、ディスク108を貫通する複数の穴
112を有するディスク108のエンクロージャーを供給する。圧電フィルム1
04は、ディスク108と接触して示されている。圧電フィルム104が接触す
るディスク108の露出面全体に圧電フィルム104を接着しないことが望まし
いと判断するために実験が実施された。圧電フィルム104と穴112間の接着
剤のフィレットに様々なサイズが存在すると、均等な穴112が不均等な周波数
を生成することになる。したがって、実施形態は、圧電フィルム104の外縁を
ディスク108に接着することだけを示している。
FIG. 10 provides a useful side and cutaway perspective view of an embodiment of the present invention, including details regarding electrical connections to the emitter drum transducer 100. The sidewall 106 of the emitter drum transducer 100 provides an enclosure for the disk 108 having a plurality of holes 112 therethrough. Piezoelectric film 1
04 is shown in contact with the disk 108. An experiment was performed to determine that it is desirable not to bond the piezoelectric film 104 to the entire exposed surface of the disk 108 with which the piezoelectric film 104 contacts. The various sizes of the fillet of adhesive between the piezoelectric film 104 and the holes 112 will result in the uniform holes 112 producing unequal frequencies. Thus, embodiments only show bonding the outer edge of the piezoelectric film 104 to the disk 108.

【0056】 バックカバー110は、実施形態において、エミッタドラム変換器100内に
真空または近真空を生成できるように供給される。近真空は、ミリトン(mil
liton)単位の測定に適する小さな圧力として定義される。エミッタドラム
変換器100内に近真空を生成することについては、複数の理由がある。まず、
第1に、真空は、圧電フィルム104を穴112上において均等にディスク10
8に引きつける。穴112上に配置される圧電フィルム104のテンションの均
等性は、各穴112上に配置される圧電フィルム104により生成される共振周
波数の均等性を保証するのに重要である。事実上、各圧電フィルム104と穴1
12の組合わせは、ミニチュアのエミッタエレメントまたはセル124を形成す
る。ディスク108上に配置される圧電フィルム104のテンションを制御する
ことにより、セル124は、一般的に均等に応答する。
The back cover 110 is, in embodiments, provided so that a vacuum or near vacuum can be created within the emitter drum converter 100. Near vacuum is a milliton
is defined as a small pressure suitable for measurement in units of litons. There are several reasons for creating a near vacuum in the emitter drum converter 100. First,
First, the vacuum causes the piezoelectric film 104 to be evenly distributed over the holes 112 on the disk 10.
Attract to 8. The uniformity of the tension of the piezoelectric film 104 disposed on the holes 112 is important to ensure the uniformity of the resonance frequency generated by the piezoelectric film 104 disposed on each hole 112. In effect, each piezoelectric film 104 and hole 1
The twelve combinations form a miniature emitter element or cell 124. By controlling the tension of the piezoelectric film 104 disposed on the disk 108, the cells 124 generally respond uniformly.

【0057】 真空を必要とする第2の理由は、予期しない"バックウェーブ"歪みの生成を排
除することにある。換言すれば、定義上、圧縮波は、圧縮波が移動する圧縮媒体
の存在を必要とすることである。圧電フィルム104がエミッタドラム変換器1
00から矢印130により示される方向に超圧縮波を"外部方向"に生成する可能
性がある場合、超圧縮波が圧電フィルム104からも生成され、それらの超圧縮
波が矢印132により示されるようにエミッタドラム変換器100内に逆戻りす
ることは論理的である。結果として、これらの後方移動またはバックウェーブ歪
波は、圧電フィルム104の希望周波数を生成する能力を妨害する。この干渉は
、バックウェーブが穴112を通して再び上方に移動し、圧電フィルム104か
ら反射するまで、バックウェーブがエミッタドラム変換器100内の表面から反
射する際に発生するため、その振動を変更することになる。それゆえ、エミッタ
ドラム変換器100内において圧縮波が移動する媒体を排除することにより、圧
電フィルム104の振動は、干渉を受けることがない。
A second reason for requiring a vacuum is to eliminate the generation of unexpected “backwave” distortion. In other words, by definition, a compression wave requires the presence of a compression medium in which the compression wave travels. The piezoelectric film 104 is the emitter drum converter 1
If it is possible to generate super-compressive waves in the direction “outward” from 00 in the direction indicated by arrow 130, super-compressive waves will also be generated from piezoelectric film 104, and those super-compressive waves will be as indicated by arrow 132. It is logical to go back into the emitter drum converter 100. As a result, these backwards or backwave distortions interfere with the ability of the piezoelectric film 104 to generate the desired frequency. This interference occurs as the back wave reflects upward from the surface in the emitter drum transducer 100 until the back wave moves upward again through the hole 112 and reflects off the piezoelectric film 104, thus altering its vibration. become. Therefore, by eliminating the medium in which the compression wave moves in the emitter drum converter 100, the vibration of the piezoelectric film 104 is not interfered.

【0058】 また、図10は、圧電フィルム104に電気接続され、エミッタドラム変換器
100の各セル124から送信される周波数の電気的要素(electrica
l representation)を搬送する電気リード120の存在も示し
ている。これらの電気リード120は、当然、図に示されるようにいくつかの信
号源122に電気的に結合されている。
FIG. 10 also shows an electrical element of the frequency electrically connected to the piezoelectric film 104 and transmitted from each cell 124 of the emitter drum converter 100.
It also shows the presence of electrical leads 120 carrying the l presentation. These electrical leads 120 are, of course, electrically coupled to several signal sources 122 as shown.

【0059】 図11Aは、図10に示される2つのセル128(2個の穴112上の圧電フ
ィルム104で構成される)の拡大側面図である。圧電フィルム104は、説明
を容易にするために大げさな振動によりエミッタドラム変換器100の内側に膨
張した状態を示している。図11Bと比較することにより、圧電フィルム104
の内側への膨張後、圧電フィルムがエミッタドラム変換器100の外側へ膨張す
ることがわかる。この場合も、理解しやすくするため、圧電フィルム104の膨
張量が大げさに表現されている。実際の膨張量は、後で説明される。
FIG. 11A is an enlarged side view of the two cells 128 (consisting of the piezoelectric film 104 on the two holes 112) shown in FIG. The piezoelectric film 104 is in a state of being expanded inside the emitter drum converter 100 due to excessive vibration for easy explanation. By comparing with FIG. 11B, the piezoelectric film 104
It can be seen that the piezoelectric film expands out of the emitter drum transducer 100 after inward expansion. Also in this case, the amount of expansion of the piezoelectric film 104 is exaggerated for easy understanding. The actual amount of expansion will be described later.

【0060】 図12は、(印加電圧RMSの関数として)圧電フィルム104の移動量と比
較され、実施形態の原理にしたがって生成されるエミッタドラム変換器100の
周波数レスポンスを示すグラフである。図11のグラフが典型的な結果の一例で
あることを条件として、エミッタドラム変換器100は、エミッタドラム変換器
100の内部に近真空を有していた。本実施形態に使用されるメンブレン(圧電
フィルム104)は、厚さ、約28mmの二フッ化ビニリデン樹脂(PVDF)
である。実験上、この特定のエミッタドラム変換器100の共振周波数は、約1
1.66%の帯域幅を有し、73.6Vppの駆動電圧を使用する場合、約37.
23kHzになるように示されている(この場合、上方および下方6dB周波数
は、それぞれ35.55kHzと39.89kHzである)。圧電フィルム10
4の移動の最大振幅は、ちょうど約1μmを超えることも明らかになった。この
移動量は、125.4dBの音圧レベル(以後、SPL)に対応する。
FIG. 12 is a graph showing the frequency response of the emitter drum transducer 100 generated according to the principles of the embodiment, compared to the amount of movement of the piezoelectric film 104 (as a function of the applied voltage RMS). The emitter drum converter 100 had a near vacuum inside the emitter drum converter 100, provided that the graph of FIG. 11 is an example of a typical result. The membrane (piezoelectric film 104) used in the present embodiment is a vinylidene difluoride resin (PVDF) having a thickness of about 28 mm.
It is. Experimentally, the resonant frequency of this particular emitter drum converter 100 is about 1
With a bandwidth of 1.66% and using a driving voltage of 73.6 V pp , about 37.
It is shown to be 23 kHz (in this case, the upper and lower 6 dB frequencies are 35.55 kHz and 39.89 kHz, respectively). Piezoelectric film 10
It was also found that the maximum amplitude of the movement of 4 just exceeded about 1 μm. This moving amount corresponds to a sound pressure level (hereinafter, SPL) of 125.4 dB.

【0061】 この大きなSPLは、理論上、1680Vまたは印加電圧の22.8倍の駆動
電圧に耐えると仮定されるPVDFを使用しているエミッタドラム変換器100
から生成されたことは驚くべきことである。結果として、エミッタドラム変換器
100に使用されるこれらの特定材料の理論限界は、152.6の驚くほど大き
なSPLを生じることになる。
This large SPL is an emitter drum converter 100 using PVDF, which in theory is assumed to withstand a drive voltage of 1680 V or 22.8 times the applied voltage.
It is surprising that was generated from. As a result, the theoretical limits of these particular materials used in the emitter drum transducer 100 will result in a surprisingly large SPL of 152.6.

【0062】 ここに示される実施形態の共振周波数がエミッタドラム変換器100の多様な
特性の関数であることに注目することが重要である。これらの特性は、数ある中
でも、エミッタの表面102上に張り渡される圧電フィルム104の厚さとエミ
ッタディスク108内の穴112の直径を含む。例えば、より薄い圧電フィルム
104を使用すると、特定の印加電圧に対して圧電フィルム104の一層速い振
動を生じることになる。結果として、エミッタドラム変換器100の共振周波数
は、高くなる。
It is important to note that the resonant frequency of the embodiment shown here is a function of various characteristics of the emitter drum converter 100. These properties include, among other things, the thickness of the piezoelectric film 104 stretched over the emitter surface 102 and the diameter of the holes 112 in the emitter disk 108. For example, using a thinner piezoelectric film 104 will result in faster vibration of the piezoelectric film 104 for a particular applied voltage. As a result, the resonance frequency of the emitter drum converter 100 increases.

【0063】 高い共振周波数の長所は、帯域幅のパーセンテージが約10%に維持されるか
、あるいは実験結果により示されるように増大する場合、希望周波数範囲を容易
に生成できることにある。換言すれば、人間の聴力範囲は、約20から20,0
00Hzである。したがって、帯域幅が最低20,000Hzをカバーするのに
十分広い場合、音響ヘテロダインの結果、新しい音波として人間の聴力範囲全体
を容易に生成できる。結果として、変調されたサウンド情報を有し、適切な搬送
波と干渉する信号は、人間の聴力の全体的な可聴スペクトルをカバーする可聴サ
ウンドを生成できる新しい音波信号を発生する。
The advantage of a high resonant frequency is that the desired frequency range can be easily generated if the bandwidth percentage is maintained at about 10% or increased as shown by experimental results. In other words, the human hearing range is about 20 to 20,000.
00 Hz. Therefore, if the bandwidth is wide enough to cover at least 20,000 Hz, acoustic heterodyne can easily generate the entire human hearing range as new sound waves. As a result, a signal having modulated sound information and interfering with the appropriate carrier generates a new sound signal capable of producing an audible sound covering the entire audible spectrum of human hearing.

【0064】 共振周波数を増大するために薄い圧電フィルム104を使用することに加えて
、これを達成可能にする別の方法もある。例えば、代替的な実施形態において、
本発明は、一層小さい直径の穴112を有するセル124を使用する。小さい穴
は、特定の印加駆動電圧に対して高い共振周波数も発生する。
In addition to using a thin piezoelectric film 104 to increase the resonance frequency, there are other ways that this can be achieved. For example, in an alternative embodiment,
The present invention uses cells 124 having smaller diameter holes 112. Small holes also generate a high resonance frequency for a particular applied drive voltage.

【0065】 図13は、現時点で本発明の実施形態より長所が少ないが、本発明の実施形態
とほぼ同一構造を有するエミッタドラム変換器116から周波数を生成する代替
実施形態も示す。本質的な相違は、エミッタドラム変換器116内部で真空を生
成する代わりに内部が加圧されていることにある。
FIG. 13 also illustrates an alternative embodiment for generating frequencies from an emitter drum transducer 116 that has less advantages than embodiments of the present invention, but has substantially the same structure as embodiments of the present invention. The essential difference is that instead of creating a vacuum inside the emitter drum transducer 116, the inside is pressurized.

【0066】 エミッタドラム変換器116内に生成される圧力を変更することにより、共振
周波数を変更できる。しかし、圧電フィルム104の厚さは、加圧可能な程度を
決定する際の重要な要素である。これは、実施形態に使用されるPVDFのよう
な両指向性フィルムの代わりに相当な異方性を有するいくつかの共重合体から製
造される圧電フィルムに一部帰属するものである。異方性圧電フィルムの好まし
くない副作用は、事実上、フィルムの振動を全方向に阻止し、そこから生成され
る信号の不要な歪みの原因となる非対称性を生じる可能性があることである。結
果として、PVDFは、共重合体より相当高い降伏強度だけでなく、相当低い異
方性により圧電フィルム用に好ましい材料と言える。
By changing the pressure generated in the emitter drum converter 116, the resonance frequency can be changed. However, the thickness of the piezoelectric film 104 is an important factor in determining the degree to which pressure can be applied. This is due in part to piezoelectric films made from some copolymers with considerable anisotropy instead of the bidirectional films like PVDF used in the embodiments. An undesired side effect of anisotropic piezoelectric films is that they effectively block vibrations of the film in all directions and can cause asymmetries that cause unwanted distortion of the signals generated therefrom. As a result, PVDF is a preferred material for piezoelectric films because of its significantly lower anisotropy, as well as its much higher yield strength than copolymers.

【0067】 加圧型エミッタドラム変換器116の1つの欠点には、不要な周波数共振また
は軌跡がある。これらの周波数軌跡は、真空の代わりにエミッタドラム変換器1
16内部に弾性媒質が存在することにより、エミッタドラム変換器116内部の
バックウェーブの生成に帰属する可能性がある。しかし、エミッタドラム変換器
116内部にバックウェーブを吸収する物質を配置することによりバックウェー
ブを除去可能であると判断された。例えば、泡ゴム134、あるいはその他の音
響吸収材または音響減衰材は、すべての周波数軌跡を除去できる。
One drawback of the pressurized emitter drum transducer 116 is unwanted frequency resonances or trajectories. These frequency trajectories are replaced by an emitter drum transducer 1 instead of a vacuum.
The presence of the elastic medium inside 16 may result in the generation of a back wave inside the emitter drum converter 116. However, it was determined that the backwave could be removed by placing a substance that absorbs the backwave inside the emitter drum converter 116. For example, foam rubber 134 or other sound absorbing or attenuating material can remove all frequency trajectories.

【0068】 加圧型エミッタドラム変換器116を使用する実験結果は、典型的な選択圧力
および駆動電圧において、エミッタドラム変換器116が実質的に線形領域で作
動することを示している。例えば、厚さ28mmのPVDFを使用し、10ps
i(1平方インチ当たり10ポンド)の内部圧力を有するエミッタドラム変換器
116は、5psiの内部圧力を有するエミッタドラム変換器116より約43
%大きい共振周波数を生成できると判断された。代替的に、駆動振幅を2倍にす
ると、PVDFの移動量も2倍になると判断された時点で、一般的な線形作動領
域を発見したことが確認された。
Experimental results using a pressurized emitter drum transducer 116 show that at typical selection pressures and drive voltages, the emitter drum transducer 116 operates in a substantially linear region. For example, using PVDF with a thickness of 28 mm, 10 ps
An emitter drum transducer 116 having an internal pressure of i (10 pounds per square inch) is about 43 times less than an emitter drum transducer 116 having an internal pressure of 5 psi.
It was determined that a% higher resonance frequency could be generated. Alternatively, when it was determined that doubling the drive amplitude would also double the amount of PVDF movement, it was confirmed that a general linear operating region was found.

【0069】 また、加圧型エミッタドラム変換器116が約20%の帯域幅を獲得可能なこ
とも実験により判断された。したがって、100KHz専用の共振周波数を有す
るエミッタドラム変換器116を構成することにより、人間の聴力範囲全体を生
成するのに十分な約20KHzの帯域幅を発生する。バックウェーブ歪みまたは
低周波数共振を阻止するためにエミッタドラム変換器116の内部を音響減衰す
ることにより、また、加圧型実施形態も本発明の実施形態の商業的に実施可能な
ボリュームレベルを有する印象的な結果を達成することができる。
Also, experiments have determined that the pressurized emitter drum converter 116 can achieve a bandwidth of about 20%. Thus, configuring the emitter drum transducer 116 with a resonance frequency dedicated to 100 KHz generates a bandwidth of about 20 KHz sufficient to generate the entire human hearing range. By acoustically attenuating the interior of the emitter drum transducer 116 to prevent backwave distortion or low frequency resonance, the impression of pressurized embodiments also has commercially viable volume levels of embodiments of the present invention. Results can be achieved.

【0070】 実際的な方法として本発明の実施形態の具体的な実施を見ると、エミッタドラ
ム変換器100を、例えば、図14に示されるシステムに含めることができる。
このシステムは、基本または搬送波221を供給するために発信器またはデジタ
ル超音波源220を含んでいる。この搬送波221は、一般的に第一超音波また
は第一次波と呼ばれる。振幅変調構成部品222は、超音波発生器220の出力
に結合され、音波または亜音波入力信号223を混合するために基本周波数22
1を受信する。音波または亜音波信号は、アナログまたはデジタル形式で供給さ
れ、従来の信号源224またはその他のサウンド形式からの音楽になる可能性が
ある。入力信号223が上方および下方側波帯を含む場合、フィルター構成部品
は、変調搬送周波数上に単一側波帯出力を生成するためにモジュレーターに含ま
れる。
Looking at a specific implementation of an embodiment of the present invention as a practical method, the emitter drum converter 100 can be included, for example, in the system shown in FIG.
This system includes a transmitter or digital ultrasound source 220 to provide a base or carrier wave 221. This carrier 221 is generally called a first ultrasonic wave or a primary wave. The amplitude modulation component 222 is coupled to the output of the ultrasonic generator 220 and is coupled to the fundamental frequency 22 to mix the acoustic or subsonic input signal 223.
1 is received. The acoustic or subsonic signals are provided in analog or digital form and can be music from a conventional signal source 224 or other sound form. If the input signal 223 includes upper and lower sidebands, the filter components are included in the modulator to produce a single sideband output on the modulation carrier frequency.

【0071】 エミッタドラム変換器は、変換器225aの表面において伝搬される新しい波
形として超音波周波数f1およびf2を発射する部品225として示されている
。この新しい波形は、新しい音波または亜音波として異なる周波数226を生成
するために空気の非線形媒体内で相互作用する。
The emitter drum transducer is shown as a component 225 that emits ultrasonic frequencies f1 and f2 as a new waveform propagated at the surface of transducer 225a. This new waveform interacts in a non-linear medium of air to generate a different frequency 226 as a new sound wave or sub-sonic wave.

【0072】 本発明は、f1とf2に対応する圧縮波が、音響ヘテロダイン作用の原則に従
って空気中で干渉するので、説明通り機能することができる。音響ヘテロダイン
作用は、非線形回路に発生する電気的ヘテロダイン作用効果を機械的に起こさせ
ることだといえる。たとえば、電気回路中の振幅変調は、ヘテロダイン作用プロ
セスである。ヘテロダイン作用プロセスそのものは、単に2つの新しい波を作る
ことであり、この新しい波とは、2つの基本波の和と差である。
The present invention can work as described because the compression waves corresponding to f1 and f2 interfere in air according to the principle of acoustic heterodyne action. It can be said that the acoustic heterodyne effect mechanically causes an electric heterodyne effect generated in a nonlinear circuit. For example, amplitude modulation in electrical circuits is a heterodyne process. The heterodyne process itself is simply creating two new waves, which are the sum and difference of the two fundamental waves.

【0073】 音響ヘテロダイン作用においては、基本波の和と差に等しい新しい波は、少な
くとも2つの超音波圧縮波が、空気中で相互作用するか、干渉しあう場合に発生
することが観察されている。本発明の好適伝送媒体は、空気であるが、その理由
は、空気は、異なる条件下で、非線形で応答し、高度に圧縮可能な媒体であるか
らである。おそらく、この空気の非線形性こそが、ヘテロダイン作用プロセスの
発生に電気回路を必要としなくなった理由である。圧縮可能な媒体であれば、ど
んなものでも、利用する気になれば、伝送媒体として機能することができること
はいうまでもない。
In acoustic heterodyne action, it has been observed that a new wave equal to the sum and difference of the fundamental waves occurs when at least two ultrasonic compression waves interact or interfere in air. I have. The preferred transmission medium of the present invention is air, since air is a non-linearly responsive, highly compressible medium under different conditions. Presumably, this non-linearity of the air is the reason why no electrical circuit is required to generate the heterodyne process. It goes without saying that any compressible medium can function as a transmission medium if the user is willing to use it.

【0074】 上記の通り、音響ヘテロダイン作用効果により、f1とf2という超音波の和と
差に対応する2つの新しい圧縮波が発生する。和は、不可聴超音波であり、あま
り面白みが無いので、ここには示さないが、一方、差は、音波或いは亜音波にな
りえて、圧縮波226として示しているが、干渉域から一般的に全方向的に発生
する波である。
As described above, two new compression waves corresponding to the sum and difference of the ultrasonic waves f 1 and f 2 are generated by the acoustic heterodyne effect. The sum is an inaudible ultrasonic wave and is not shown here because it is not very interesting. On the other hand, the difference can be a sound wave or a sub sound wave and is shown as a compressed wave 226. Is a wave generated in all directions.

【0075】 従来技術において、差の波がうまく発生しているが、これは、公称音量に限ら
れているようである。本発明による構造では、全音量を発生する。基本周波数と
変調された単側波帯周波数を伝送する単一変換器は、かなりの距離で、印象的な
音量で音を投射できたが、共直線信号を複数合わせると、かなり音量が増大する
。これらを壁その他の反射面に向けると、音量が大きくなり、壁が、音の発生源
自体であるかのように反響した。
In the prior art, difference waves have been successfully generated, but this appears to be limited to nominal volume. In the structure according to the invention, a full volume is generated. A single transducer transmitting a fundamental frequency and a modulated single sideband frequency could project sound at a significant distance and at an impressive volume, but combining multiple co-linear signals would significantly increase the volume . Pointing them at a wall or other reflective surface increased the volume and echoed the wall as if it were the source of the sound itself.

【0076】 本発明の重要な特徴は、基本周波数と単側波帯とは、同じ変換器面から伝搬さ
れるため、構成波が完全に平行になることである。更に、位相アライメントが最
大となり、2つの異なる超音波周波数間で可能な最大レベルの干渉が生じる。こ
うした波間で最大の干渉が確実に発生すれば、空気分子に対して最大のエネルギ
ー移動が可能となり、パラメトリック・スピーカの「スピーカ」放射エレメント
となる。従って、発明者としては、本発明により、オーディオ出力信号に対する
驚異的な音量増加になったかも知れないと考えている。
An important feature of the present invention is that the fundamental frequency and the single sideband propagate from the same transducer face, so that the constituent waves are perfectly parallel. Furthermore, the phase alignment is maximized, producing the highest possible level of interference between two different ultrasonic frequencies. Ensuring maximum interference between these waves would allow maximum energy transfer to air molecules and would be the "speaker" radiating element of a parametric speaker. Therefore, the inventor believes that the present invention may have resulted in a surprising volume increase for the audio output signal.

【0077】 第14図の実施形態は、単一フィルム振動板上にエミッタ部を配列しているが
、いろいろの理由からこれが好適実施形態である。たとえば、このシステムでは
、バイモルフ装置をそれぞれに取り付ける必要が無く、従って、生産費が安い。
この単一フィルム変換器は、実際に複数の平行な信号を発生させる。また、同シ
ステムは、軽量、小型であり、更に、最大効率を有する点が最も重要である。従
来技術による装置と比較して、本発明を実施すれば、常に最大の効率を有する新
しい圧縮波を発生させることになる。それは、2つの異なる超音波変換器の定位
が、同じ超音波変換器225を使用して、新しい超音波形227を放出し、両方
の超音波圧縮波を実現する時に得られる完全な同軸関係と、一致するか、それを
超えることは無いからである。エミッタドラム変換器100の単一口径からこの
ように同軸で伝搬することにより、最大の干渉パターンと最も効率の良い圧縮波
が発生する。
In the embodiment shown in FIG. 14, the emitters are arranged on a single film diaphragm, but this is a preferred embodiment for various reasons. For example, in this system, there is no need to attach a bimorph device to each, and thus the production cost is low.
This single film converter actually produces a plurality of parallel signals. Most importantly, the system is lightweight, compact and has maximum efficiency. The implementation of the present invention, as compared to prior art devices, will always generate a new compression wave with maximum efficiency. It is based on the perfect coaxial relationship obtained when the localization of two different ultrasonic transducers emits a new ultrasonic shape 227 using the same ultrasonic transducer 225 and realizes both ultrasonic compression waves. Because they do not match or exceed it. Propagating coaxially from a single aperture of the emitter drum converter 100 in this manner produces a maximum interference pattern and the most efficient compression wave.

【0078】 従来のスピーカシステムに比べ、パラメトリック・スピーカで全音量容量が出
せることが重要な利点となる。最も重要な点は、音が、比較的質量の無い放射エ
レメントから再生されるという事実である。干渉域には、直接放射エレメントは
無く、従って、新しい圧縮波発生の個所にも同エレメントは無い。音響ヘテロダ
イン作用により音を発生するこの特徴により、大部分従来のスピーカの放射エレ
メントによって生じていたひずみ効果をかなり除去することができる。たとえば
、コーンの行過ぎ量と負の行過ぎ量により、ラウドスピーカコーンにおいて高調
波や定常波があって純粋でなくなっている音の再生信号を修正することができる
It is an important advantage that a full volume capacity can be obtained with a parametric speaker as compared with a conventional speaker system. Most important is the fact that sound is reproduced from a relatively massless radiating element. There are no direct radiating elements in the interference zone, and therefore no new compression wave generation. This feature of generating sound by acoustic heterodyne effects can substantially eliminate the distortion effects caused by the radiating elements of most conventional loudspeakers. For example, a cone overshoot and a negative overshoot can correct a reproduced signal of a loudspeaker cone that is not pure due to the presence of harmonics or standing waves.

【0079】 今回のこの改良は、従来技術によるスピーカ振動板の限界と比べて非常に意義
深い。たとえば、物理的に直接放射するエレメントは、周波数応答が、本当の意
味では均一ではない。周波数応答は、周波数の種類(低音、中間、高音)と相関
関係にあり、本来放出に最適である。スピーカの形状、形状寸法、構成が直接、
スピーカ固有の特性に影響を及ぼす一方で、音響ヘテロダイン波発生では、自然
な空気の反応を利用して形状寸法や構成の問題を解決し、真に均一な周波数応答
が得られ、音を発生することができる。パラメトリックシステムは、音の許容可
能振幅レベルを達成することができ、従来のスピーカと直接商業的に競合するこ
とが可能となる。これは、従来技術によるパラメトリック、または、ビートミキ
シング装置では実現できなかった結果である。
This improvement is very significant compared to the limitations of the conventional speaker diaphragm. For example, elements that radiate physically directly do not have a truly uniform frequency response. The frequency response is correlated with the type of frequency (bass, middle, treble) and is inherently optimal for emission. The shape, shape and dimensions of the speaker are directly
While affecting the inherent characteristics of the loudspeaker, acoustic heterodyne wave generation uses natural air reactions to solve geometric and configuration problems, resulting in a truly uniform frequency response and sound generation be able to. Parametric systems can achieve acceptable amplitude levels of sound, and can compete directly with conventional speakers directly and commercially. This is a result that cannot be realized by the conventional parametric or beat mixing apparatus.

【0080】 ひずみの無い音とは、本発明による実施形態では、最初に録音した音に対する
位相干渉性を維持していることを意味している。従来のスピーカシステムにはこ
の能力が無い。最適スピーカエレメント(ウーファー、ミッドレインジ、ツイー
タ)による伝搬のため、クロスオーバ・ネットワークによって周波数スペクトラ
ムがばらばらに壊れているからである。この放射エレメントを無くすることによ
り、本発明は、従来のクロスオーバ・ネットワークの周波数・位相制御装置を無
用のものにし、音の仮想或いは近点源が実現できる。
The sound without distortion means that in the embodiment according to the present invention, the phase coherence with the initially recorded sound is maintained. Conventional speaker systems do not have this capability. This is because the frequency spectrum is broken apart by the crossover network due to propagation by the optimum speaker element (woofer, midrange, tweeter). By eliminating this radiating element, the present invention eliminates the need for a conventional crossover network frequency and phase controller and provides a virtual or near point source of sound.

【0081】 更に、この超音波フィルム変換器225の独特な特質が直接関係する別の利点
も発生する。この種の変換器は、小型で低質量であるため、一般的には、ラウド
スピーカに用いられている従来の放射エレメントの多くの限界や欠点とは無縁で
ある。更に、超音波変換器は極端に高い周波数で使用するので、周波数の低、中
、高範囲で直接音を再生しなければならない直接放射エレメントに見られるひず
み、高調波、その他の望ましくない特徴を避けることができる。結果的に、比較
的ひずみの無い超音波変換器システムが持っているたくさんの音響面での好まし
い特質を、間接的に音波および亜音波の副産物に変えることができる。
Further, another advantage arises that is directly related to the unique characteristics of the ultrasonic film converter 225. Due to their small size and low mass, such transducers are generally free of many of the limitations and disadvantages of conventional radiating elements used in loudspeakers. Further, since ultrasonic transducers are used at extremely high frequencies, the distortion, harmonics, and other undesirable features found in direct radiating elements that must reproduce sound directly in low, medium, and high frequency ranges. Can be avoided. As a result, many of the acoustically desirable attributes of a relatively distortion-free ultrasonic transducer system can be indirectly converted into sonic and subsonic by-products.

【0082】 第15図と第16図では、圧力の印加や、ドラムの使用を必要としない圧電フ
ィルム振動板と支持プレートの別の実施形態を開示している。図示した変換器1
60は、ベースプレート161と圧電材製の被支持フィルム振動板162を含む
。フィルム上の電気接点で、前記の電圧を印加することができる。弧状エミッタ
部165は、型成形、または、熱成形して安定した構造にしている。支持プレー
ト161の上面にある対応するくぼみや開口部は、フィルムの局面部を受けるよ
うに整合している。これらのくぼみは、十分な深くして、エミッタが、自由に移
動でき、くぼみの壁167に干渉して接触することが無いようにしている。支持
プレートの中間面168が、フィルムの平坦部162aに接触して、フィルムと
エミッタ部を安定させ、図示した通り、平行な伝搬軸170と正しくアライメン
トが取れるようにしている。フィルムが、印加電圧に均一に応答して、同位相で
正しくアライメントが取れている圧縮波172を発生する単体構造なので、同位
相動作が発生する。
FIGS. 15 and 16 disclose another embodiment of a piezoelectric film diaphragm and support plate that do not require the application of pressure or the use of a drum. Transducer 1 shown
60 includes a base plate 161 and a supported film diaphragm 162 made of a piezoelectric material. The aforementioned voltage can be applied at electrical contacts on the film. The arc-shaped emitter section 165 is formed into a stable structure by molding or thermoforming. Corresponding depressions and openings in the upper surface of the support plate 161 are aligned to receive the face of the film. These indentations are deep enough so that the emitter is free to move and does not interfere with and contact the indentation walls 167. An intermediate surface 168 of the support plate contacts the flat portion 162a of the film to stabilize the film and the emitter and to properly align with the parallel propagation axis 170 as shown. Since the film has a single structure that uniformly responds to the applied voltage and generates a compression wave 172 that is correctly aligned in phase, an in-phase operation occurs.

【0083】 支持プレート161の材料は、エミッタフィルム162を安定させ、正しい動
作ができる能力を与えるものなら、どんな剛性材料でも良い。接点163の代わ
りに導電性プレートを使用し、圧電フィルムに信号電圧を印加することもできる
。図示した圧電フィルムは、コポリマーフィルムであり、線174で図示した通
り、細長いエミッタ部を横切る方向の単向性応答をする。これは、PVDFのよ
うな双方向フィルムと対照的である。単向性フィルムは、横行方向174に沿っ
て、約80%の形状膨張を起こしていて、そのため、応答が優れている。弧状エ
ミッタ165を大きくすると、表面積が大きくなり、好ましいSPL出力が与え
られる。
The material of the support plate 161 can be any rigid material that provides the ability to stabilize the emitter film 162 and operate properly. A conductive plate can be used instead of the contact 163, and a signal voltage can be applied to the piezoelectric film. The illustrated piezoelectric film is a copolymer film and has a unidirectional response across the elongated emitter section, as illustrated by line 174. This is in contrast to interactive films such as PVDF. The unidirectional film has about 80% shape expansion along the transverse direction 174, and therefore has a good response. Increasing the arc emitter 165 increases the surface area and provides a desirable SPL output.

【0084】 第17図は、エミッタ部180を形成する別の方法で、本発明を実施するため
の1つの方法を図示している。この方法は、圧電材料製の単体フラットシートを
、好ましいエミッタ形状をしたこぶ184を有する支持プレート183により、
弧状に変位することを主とする。図示の通り、こぶの上に合わせてフィルムを変
形していくために、力Fを加える。この力は、こぶに対してフィルムを引っ張る
ため、フィルムの外周から加える引張り力でも良いし、別の適当な方法をとって
も良い。このこぶは、印加電圧に応じて圧電フィルムが振動できるように、発泡
材であることが望ましい。
FIG. 17 illustrates another method of implementing the present invention in another method of forming the emitter section 180. In this method, a single flat sheet made of a piezoelectric material is formed by a support plate 183 having a knob 184 having a preferable emitter shape.
Mainly displaces in an arc. As shown, a force F is applied to deform the film in accordance with the bump. This force may be a pulling force applied from the outer periphery of the film to pull the film against the bumps, or another appropriate method may be used. The bumps are preferably made of a foam material so that the piezoelectric film can vibrate according to the applied voltage.

【0085】 本発明の更に別の実施形態では、静電形の振動板を有する発泡ステータを使用
して、超音波パラメトリック圧縮波を作る。第18図は、超音波出力311を順
方向312へ伝搬する単端スピーカ装置310を示す。このスピーカは、前述の
通り、希望の信号を与えるためのいろいろな電子回路支持エレメントを提供する
超音波駆動装置313に連結することも可能である。
In yet another embodiment of the present invention, an ultrasonic parametric compression wave is created using a foamed stator having an electrostatic diaphragm. FIG. 18 shows a single-ended speaker device 310 that propagates an ultrasonic output 311 in a forward direction 312. The loudspeaker may be coupled to an ultrasonic drive 313 which provides various electronic circuit support elements for providing the desired signal, as described above.

【0086】 この装置には、超音波出力を放出するため印加される可変電圧に応答する静電
エミッタフィルム315を含む。このエミッタフィルムは、プラスチックシート
と薄い金属製コーティング、または他の導電性表面で構成される。静電エミッタ
フィルムは、周知のものであり、多くの容量性あるいは成層充電システムにも応
用されており、こうしたものを、以後、一般的に静電装置と呼ぶ。通常、プラス
チックシートは、マイラー(tm)、カプロン(tm)、または他の非導電性組
成であり、金属層とステータ部材320間の絶縁材として役立つ。部分的に導電
性を有する表面やコーティングを使用して、振動板表面に渡って均一に帯電させ
ることができる。抵抗性の好適範囲は、10Kオームより大きく、これで電荷の
移動が減り、アーキングにいたる静電荷のビルドアップが防げる。100Mオー
ムのような高いインピーダンスは、この用途では珍しくない。これを選択するこ
とは、2つのプレート間のキャパシタンスにも影響を与えることは明らかである
The apparatus includes an electrostatic emitter film 315 responsive to a variable voltage applied to emit an ultrasonic output. This emitter film consists of a plastic sheet and a thin metal coating or other conductive surface. Electrostatic emitter films are well known and have been applied to many capacitive or stratified charging systems, and are hereinafter generally referred to as electrostatic devices. Typically, the plastic sheet is mylar (tm), capron (tm), or other non-conductive composition and serves as an insulator between the metal layer and the stator member 320. A partially conductive surface or coating can be used to uniformly charge the diaphragm surface. The preferred range of resistance is greater than 10K ohms, which reduces charge transfer and prevents build-up of static charge up to arcing. High impedances, such as 100 Mohm, are not uncommon in this application. Obviously, choosing this also affects the capacitance between the two plates.

【0087】 本発明実施形態の主な特徴の1つは、発泡部材をステータ320として使用す
ることである。ステータは、軽量で柔軟性にとんだエミッタフィルム315に対
して慣性を与えるベース部材または剛性構成要素の役割をする。このステータは
、コンデンサーコンビネーションに1つの極性を与える導電性エレメントである
。静電式システムに固有なアーキングやその他の悪影響を避けるために均一な電
荷移動を助けるようなこの構成要素の抵抗性を選択する。効果的な特質を示す好
適組成は、コンピュータやその他の電荷感応性内容物の包装材料として使用され
る(一般に「導電性フォーム」として周知)従来の静的包装用発泡材料である。
この材料は、感応し易い構成要素から、静電気を放電するように働く。この材料
は、悪影響を与える放電や電気的暴露から構成要素を保護するだけでなく、軽量
で、安価である。同材料は、どんな形状、密度、寸法でも、従来の発泡材型成形
装置で通常成形される。
One of the main features of the embodiment of the present invention is that a foam member is used as the stator 320. The stator acts as a base or rigid component that provides inertia to the lightweight and flexible emitter film 315. This stator is a conductive element that gives the capacitor combination one polarity. The resistance of this component is chosen to help uniform charge transfer to avoid arcing and other adverse effects inherent in electrostatic systems. Preferred compositions exhibiting effective characteristics are conventional static packaging foam materials used as packaging materials for computers and other charge-sensitive contents (commonly known as "conductive foams").
This material acts to discharge static electricity from sensitive components. This material is lightweight and inexpensive, as well as protects components from adverse electrical and electrical exposure. The material is usually molded in conventional foam molding equipment of any shape, density and size.

【0088】 この材料は、従来技術では、一般的に消極的な役割(包装材料)に限定して使
用されており、その目的は、感応し易い構成要素を保護することだけである。他
の包装材料同様、カートンやコンテナ内部の空間を埋めるために一時的に入れる
など利用が限られていたから、独立した価値を持たないものとしてコンテナとい
っしょに廃棄されることがほとんどである。電子関連市場にこの材料があること
は当たり前のことであって、世界中の埋立地に大量に捨てられていることでも証
明される。
This material is used in the prior art in a generally limited role (packaging material), whose sole purpose is to protect sensitive components. Like other packaging materials, their use is limited, such as temporary filling to fill the space inside a carton or container, and they are often discarded together with the container as having no independent value. The availability of this material in the electronics market is commonplace, and is evidenced by its massive disposal in landfills worldwide.

【0089】 これらの図面は、ランダムポケットやキャビティの発泡成分を示している。利
用できる技術を使用しても、プラスチックマトリックス内の空隙をより均一な大
きさにできる。従って、ステータ構成要素は、特定の周波数用途、共振、関連特
質に合わせて、同調調整し、最適化することができる。発泡材の剛さや剛性は、
個々の空隙やポケットを形成するポケット密度や壁厚みはもちろん、材料特質の
相関関係にある。従って、ランダム空隙対均一空隙サイジングの制御に加えて、
ステータ音響応答の制御装置を、多数の物理的パラメータの変数により管理する
ことが可能である。ステータエレメント内の剛性の重要性は周知のことであり、
発泡組成の独自性に関連した新しい設計係数により部分的に影響を受けることも
ありうる。
These figures show the foaming components of random pockets and cavities. Using available techniques, the voids in the plastic matrix can be made more uniform. Thus, the stator components can be tuned and optimized for specific frequency applications, resonances, and related attributes. The stiffness and rigidity of the foam
The pocket density and wall thickness forming individual voids and pockets are of course correlated with the material properties. Thus, in addition to controlling random versus uniform void sizing,
The control of the stator acoustic response can be governed by a number of physical parameter variables. The importance of rigidity within a stator element is well known,
It may be partially affected by new design factors related to the uniqueness of the foam composition.

【0090】 図示した発泡部材は、連続気泡構造だけれども、連続気泡と独立気泡構造の組
み合わせも利用可能である。連続気泡構造の利点は、音を双方向に伝搬すること
である。この双方向性は、第18図の実施形態では、発泡部材の後面に無孔フィ
ルム335を取り付けて減衰している。このフィルムは、プラスチックその他の
剛性材料製の補強部材と交換することも可能である。希望のスピーカの構造にあ
わせて補強部材を取り付けることもできる。
Although the foam member shown has an open cell structure, a combination of open cell and closed cell structures can also be used. The advantage of the open cell structure is that sound propagates in both directions. In the embodiment of FIG. 18, this bidirectionality is attenuated by attaching a non-porous film 335 to the rear surface of the foam member. The film can be replaced with a reinforcing member made of plastic or other rigid material. A reinforcing member can be attached according to the desired speaker structure.

【0091】 たとえば、従来の静電式スピーカは、振動板がステータと接触していないので
、通常、平面構造であるが、ステータの前に懸架されている。従って、振動板に
曲面をつけて曲げようとすると、どうしてもステータとフィルム間の隙間をゆが
めてしまう。しかし、本発明では、発泡材の面にエミッタフィルムが直接接触し
ているので、平面構造と同じくらい簡単に曲面構造を作ることができる。実際、
曲面であれば、フィルムに対して望ましい抵抗を示し、バイアス機能の一部とな
って接触を強める働きをする。発泡材で事実上どんな形でも型成形することがで
きる能力は、スピーカ面に合わせてさまざまな形を作る上でも、同程度の許容度
が可能であるということである。たとえば、スピーカは、第19図に示すような
曲面にして、音の分散を良くすることもできる。また、第20図に示すように、
円筒形と(図示してない)球のように円形にすることも可能である。これら実施
形態は、それぞれ、独特な分散パターンを取るので、特にオーディオ出力の場合
、静電式スピーカシステム内に組み込むことは非常に困難だった。
For example, a conventional electrostatic loudspeaker usually has a planar structure because the diaphragm is not in contact with the stator, but is suspended before the stator. Therefore, if the diaphragm is bent with a curved surface, the gap between the stator and the film is necessarily distorted. However, in the present invention, since the emitter film is in direct contact with the surface of the foam material, a curved surface structure can be formed as easily as a planar structure. In fact,
A curved surface provides the desired resistance to the film and acts as part of the bias function to enhance contact. The ability to mold virtually any shape with foam means that the same degree of tolerance is possible in forming various shapes to match the speaker surface. For example, the speaker may have a curved surface as shown in FIG. 19 to improve sound dispersion. Also, as shown in FIG.
It is also possible to have a circular shape, such as a cylindrical shape and a sphere (not shown). Each of these embodiments has a unique distribution pattern, making it very difficult to incorporate into an electrostatic loudspeaker system, especially for audio output.

【0092】 本発明の更に別の実施形態では、第21図に図示する通り、プッシュプル動作
ができる。これには、1つの発泡部材359ともう1つの発泡部材360を含み
、後者は、前面361、中間コア部分362、後面363で構成されている。第
2の発泡部材の前面(「第2前面」と呼ぶ)は、最初の発泡部材から見て静電エ
ミッタフィルム365の反対側に位置している。第2前面は、静電フィルムを支
持するに足る十分な剛さを有し、第2前面に対し、希望の超音波信号を与えるに
足る十分な可変電圧を印加できる導電特質を備えた組成でできている。第2前面
の表面には、上述の小さいくぼみがあり、周囲の壁構造で各くぼみが生成され、
その周囲の壁構造は、ほぼ発泡部材の前面と同じである接触縁で終わる構造にな
っている。静電フィルムを第2の発泡部材の前面に貼付するためのフィルム貼付
手段(図示していない)は、上述単端実施形態と同じフォーマットに従う。上述
の通り、バイアス装置を、第2前面接触縁に直接接触しているフィルムをバイア
スさせる第2発泡部材に連結して、フィルムを直接第2前面で支持するようにす
る。信号源も、可変電圧で、第2前面に印加する。
In still another embodiment of the present invention, a push-pull operation can be performed as shown in FIG. It includes one foam member 359 and another foam member 360, the latter comprising a front surface 361, an intermediate core portion 362, and a rear surface 363. The front surface of the second foam member (referred to as the "second front surface") is located on the opposite side of the electrostatic foam film 365 from the first foam member. The second front surface has a composition having sufficient rigidity to support the electrostatic film and a conductive property capable of applying a variable voltage sufficient to give a desired ultrasonic signal to the second front surface. is made of. On the surface of the second front surface, there are small depressions as described above, and each depression is created in the surrounding wall structure,
The surrounding wall structure terminates at a contact edge that is substantially the same as the front surface of the foam member. The film sticking means (not shown) for sticking the electrostatic film to the front surface of the second foam member follows the same format as in the above-described single-ended embodiment. As described above, the biasing device is connected to the second foam member that biases the film in direct contact with the second front contact edge so as to directly support the film on the second front surface. A signal source is also applied to the second front with a variable voltage.

【0093】 静電エミッタフィルム365は、それぞれ第1と第2の発泡部材と非接触関係
にある導電層を含み、フィルムが、プッシュプル関係において、第1と第2発泡
部材とともに、可変電圧に容量性的に応答できるようにする必要がある。第2発
泡部材に対して絶縁部材が必要となる場合もある。
The electrostatic emitter film 365 includes a conductive layer in a non-contacting relationship with the first and second foam members, respectively, such that the film, together with the first and second foam members, in a push-pull relationship, has a variable voltage. It must be able to respond capacitively. An insulating member may be required for the second foamed member.

【0094】 エミッタフィルムも、いくつか異なる構造が可能である。たとえば、第22図
は、第1と第2の発泡部材370と371が、フィルム部材をはさんでいる様子
を示している。この場合、静電エミッタフィルムは非導電性エミッタフィルムの
少なくとも2枚のシートから成り、それぞれが導電性表面374と375を含ん
でいる。この非導電性エミッタフィルムは、導電層とそれぞれ第1と第2の前面
との間を絶縁する。導電性表面374と375は、接合され、一体の導電層を形
成している。
The emitter film can also have several different structures. For example, FIG. 22 shows the first and second foam members 370 and 371 sandwiching a film member. In this case, the electrostatic emitter film consists of at least two sheets of non-conductive emitter film, each including conductive surfaces 374 and 375. The non-conductive emitter film insulates between the conductive layer and the first and second front surfaces, respectively. The conductive surfaces 374 and 375 are joined to form an integral conductive layer.

【0095】 第23図と第24図は、複数のエミッタフィルム332と342が、発泡支持
部材または一般の支持部材330、331、340、341の間にはさまれてい
る様子を図示している。各追加エミッタフィルムにより、放出される超音波信号
に約3デシベルの出力を追加することになる。この複数の組み合わせパターン内
で数限りないさまざまな構造を採択することができる。
FIGS. 23 and 24 illustrate a plurality of emitter films 332 and 342 sandwiched between foamed or general support members 330, 331, 340 and 341. . Each additional emitter film will add about 3 dB of power to the emitted ultrasound signal. Infinite numbers of various structures can be adopted in the plurality of combination patterns.

【0096】 本発明の更に別の実施形態は、磁力を使ってパラメトリック変換器を作る平面
磁気フィルム振動板に関係しており、第25図に本発明による1つの構造を図示
している。特に、この実施形態は、典型的な静電振動板の公称運動に比較して、
比較的振動板変位が大きく、周波数範囲能力が広い超音波エミッタから成る。実
際、直交変位(振動板の全伸張位置から全収縮位置までのピークからピーク運動
)は、1〜2mmと大きい。剛性変換器エミッタ面に関する0.1〜3μmとい
う運動範囲と比較すれば、この事実は、好ましいことである。
[0096] Yet another embodiment of the present invention relates to a planar magnetic film diaphragm that uses magnetic force to make a parametric transducer, and FIG. 25 illustrates one structure according to the present invention. In particular, this embodiment, compared to the nominal movement of a typical electrostatic diaphragm,
It consists of an ultrasonic emitter with relatively large diaphragm displacement and wide frequency range capability. In fact, the orthogonal displacement (peak to peak movement from the full extension position to the full contraction position of the diaphragm) is as large as 1 to 2 mm. This fact is favorable when compared to the 0.1 to 3 μm range of motion for the rigid transducer emitter surface.

【0097】 本発明による磁気振動板の伸張運動の利点には、パラメトリック・アレイのた
めの音波出力はもちろん、超音波出力の振幅がかなり増大することが含まれる。
本発明の音波出力は、磁気コア部材426により発生する磁界を用いて強化する
ことができる。このコアは、永久磁石でも電磁用に調整した組成のものでも良い
。そうした材料は、スピーカアレイ構造次第で、柔軟にも剛性にもなり得るから
である。たとえば、平面プレートは、長距離に渡って驚異的な投射容量を有する
1列の音を発生する。電気製品などに取り付ける取り外し可能磁石と同様のフレ
キシブル磁気材製の曲面支持コアにより、曲面エミッタ振動板が形成され支持で
きる。この曲面構造により、投射音の分散パターンが大きくなり、放出音に対す
る方向性移動を感じることが可能になる。このことは、振動板434に沿って線
形に並べられているエミッタエレメント(または導電性コイル)430に沿って
、音を順次伝送させることで実施可能である。これらのエレメントが分散型構造
をとって外側へ放射されれば、聞く者は、音源がその方向に沿った物理的運動エ
レメントを有すると認知する。
The advantages of the stretching motion of the magnetic diaphragm according to the invention include that the amplitude of the ultrasound output, as well as the sound output for the parametric array, is significantly increased.
The sound output of the present invention can be enhanced using a magnetic field generated by the magnetic core member 426. The core may be a permanent magnet or a composition adjusted for electromagnetic use. Such materials can be either flexible or rigid, depending on the speaker array structure. For example, a planar plate produces a row of sounds with a stunning projection capacity over long distances. A curved emitter diaphragm is formed and supported by a curved support core made of a flexible magnetic material similar to a removable magnet attached to an electric product or the like. With this curved surface structure, the dispersion pattern of the projection sound becomes large, and it becomes possible to feel the directional movement with respect to the emission sound. This can be accomplished by sequentially transmitting sound along emitter elements (or conductive coils) 430 that are linearly arranged along diaphragm 434. If these elements are radiated outward in a distributed structure, the listener perceives that the sound source has physical motion elements along its direction.

【0098】 第25図の基本実施形態に戻って、永久剛性磁気コアまたはプレート426を
、フレキシブル・エミッタ・振動板434の支持体として使用している点に注目
しよう。この永久磁石426は、音響スピーカの永久磁石と同様に、コア部材に
隣接して1つの磁界を確立する主な手段として機能する。しかしながら、この場
合、ステータエレメントを受ける伸縮コアや凹みが無く、コア426は、平面体
であって、その長さ方向に沿って均一な磁界を確立し、これによって、振動板4
34にできる可変磁界に必要なつりあい力を与える。
Returning to the basic embodiment of FIG. 25, note that a permanent rigid magnetic core or plate 426 is used as a support for the flexible emitter diaphragm 434. The permanent magnet 426 functions as a main means for establishing one magnetic field adjacent to the core member, like the permanent magnet of the acoustic speaker. However, in this case, there are no telescoping cores or dents to receive the stator element, and the core 426 is a flat body and establishes a uniform magnetic field along its length, whereby the diaphragm 4
The necessary balancing force is applied to the variable magnetic field that can be achieved.

【0099】 図示した可動振動板434は、コア部材426に沿って伸び、同コア部材から
少し離れて変位し、磁界の強い部分内で、同コア部材に対して振動板の意図され
た範囲の直交変位を可能にする。典型的に、この振動板434は、マイラーその
他の強くて軽量ポリマーの薄いフィルムでできている。こうした材料の多くは、
既に、静電スピーカや超音波エミッタ業界で使用されている。
The illustrated movable diaphragm 434 extends along the core member 426, displaces slightly away from the core member 426, and within a strong magnetic field, within the intended range of the diaphragm with respect to the core member. Enables orthogonal displacement. Typically, the diaphragm 434 is made of a thin film of Mylar or other strong, lightweight polymer. Many of these materials are
Already used in the electrostatic speaker and ultrasonic emitter industries.

【0100】 可動振動板上に少なくとも1本の低質量、平面構造、導電性コイル(またはエ
ミッタエレメント430)を配置することで、振動板434の変位を強化するこ
とができる。この薄い導電性コイル430により、電流が流れる時磁界が発生す
る。本発明者は、平面フィルム上にボイスコイルを置けば、磁界のパワーを実施
でき、従来技術による静電式スピーカシステムに比べ、振動板434変位が大き
くなる利点が生まれることを発見した。この電流は、動力源に連結されている第
1と第2の接点438と442により、コイル430に供給される。第1の接点
438は、コイル430の片端、普通コイル自体と共通した側に連結されている
。第2の接点442は、コイル430の反対側に配置され、それにより第1の接
点438から電気的に分離される。図示した実施形態では、第2の接点442が
、フィルム(または振動板434)を貫通し、同フィルムの反対面に沿ってピッ
クアップ点まで伸びて、電流回路を遮断するようになっている。それぞれ第1と
第2の接点を電気的に分離する他の方法については、本技術に熟練した人には自
明である。
By disposing at least one low-mass, planar structure, and conductive coil (or emitter element 430) on the movable diaphragm, the displacement of the diaphragm 434 can be enhanced. The thin conductive coil 430 generates a magnetic field when current flows. The present inventor has found that placing a voice coil on a flat film can implement the power of a magnetic field, and has the advantage of increasing the displacement of the diaphragm 434 compared to an electrostatic speaker system according to the prior art. This current is supplied to coil 430 by first and second contacts 438 and 442 that are connected to a power source. The first contact 438 is connected to one end of the coil 430, a side common to the normal coil itself. The second contact 442 is located on the opposite side of the coil 430, and is thereby electrically isolated from the first contact 438. In the illustrated embodiment, a second contact 442 extends through the film (or diaphragm 434) and extends along the opposite surface of the film to the pick-up point to interrupt the current circuit. Other methods of electrically isolating the first and second contacts, respectively, will be apparent to those skilled in the art.

【0101】 第26図に示す通り、コア部材426の更に別の実施形態は、非磁性組成の剛
性プレート446にすることも可能で、その1つの表面には、上記振動する振動
板について説明した導電性コイル430に設計が似ている少なくとも1本の相対
する導電性コイル450を含む。そうしたコイルには、第1と第2の接点454
と458を含み、相対する導電コイル450を通過する電流が、必要な第2の磁
界を作ることができるようになる。この少なくとも1本の相対する導電コイル4
50を、振動する可動振動板434上の少なくとも1本の導電コイル430に併
置した位置にある剛性プレート上に位置することで、その少なくとも1本の導電
コイル430と、少なくとも1本の相対する導電コイル450が、各コイルから
のそれぞれの磁界を相互作用させて、振動板から圧縮波を放出させるようにする
ことができる。
As shown in FIG. 26, yet another embodiment of the core member 426 can be a rigid plate 446 having a non-magnetic composition, and the vibrating plate described above is provided on one surface. It includes at least one opposing conductive coil 450 similar in design to the conductive coil 430. Such a coil has first and second contacts 454.
And 458 so that the current passing through the opposing conductive coil 450 can create the required second magnetic field. The at least one opposing conductive coil 4
Positioning the at least one conductive coil 430 on at least one conductive coil 430 by locating the at least one conductive coil 430 on at least one conductive coil 430 on the vibrating movable diaphragm 434 The coils 450 can interact with respective magnetic fields from each coil to cause the diaphragm to emit compression waves.

【0102】 繰り返すが、第1接点454を振動板の片側に、第2接点458をその振動板
の反対側に位置決めする。これが、第26図に図示している単体コイルの形を取
るか、第25図に示す振動板に沿って等間隔に並べた複数の導電コイルの形をと
っても良い。理想的には、導電コイル430と450と複数列に併置して配置し
、使用するコイルの量だけでなく、磁界の均一性を最大にすることが望ましい。
Again, the first contact 454 is positioned on one side of the diaphragm and the second contact 458 is positioned on the opposite side of the diaphragm. This may take the form of a single coil shown in FIG. 26, or a plurality of conductive coils arranged at equal intervals along the diaphragm shown in FIG. Ideally, it is desirable to place the conductive coils 430 and 450 side by side in multiple rows to maximize the uniformity of the magnetic field as well as the amount of coils used.

【0103】 第27図は、パラメトリック・スピーカの別の平面磁性構造を示す。具体的に
は、このスピーカは、強い支持体となるコア部材460、コアに連結した少なく
とも1本の導電コイル462、その導電コイルによってできる磁界に応答する導
電リング466を含む振動板468から成る。この構造の動作原理は、磁界を通
る電流を発生する導電リングの性質に基づいている。特に、導電リングが、磁界
勾配を感知する時、電流が、そのリングを通って、コイルにより発生する磁力に
対する磁性モーメントカウンタ力を作る方向に流れる。この現象により、コイル
と導電リング間に斥力が発生する。多くの物理学研究者が、空気中、20〜30
フィートまでアルミニウムリングを打ち出す教室でのデモンストレーションで、
この斥力のパワーを観察している。コイル462とリング466の間の相互作用
は、ファラデーの誘導法則とレンツの法則として一般に知られている物理学の2
つの原理により部分的に説明される。HallidayとResnickによる
「物理学の基礎」第2版第34章を参照してください。
FIG. 27 shows another planar magnetic structure of a parametric loudspeaker. Specifically, the speaker comprises a core member 460 serving as a strong support, at least one conductive coil 462 connected to the core, and a diaphragm 468 including a conductive ring 466 responsive to a magnetic field generated by the conductive coil. The principle of operation of this structure is based on the nature of the conductive ring that generates a current through the magnetic field. In particular, when the conductive ring senses a magnetic field gradient, current flows through the ring in a direction that creates a magnetic moment counter force to the magnetic force generated by the coil. This phenomenon causes a repulsion between the coil and the conductive ring. Many physicists say that in the air, 20-30
In a classroom demonstration that launches an aluminum ring to the feet,
We observe the power of this repulsion. The interaction between the coil 462 and the ring 466 is a physics element commonly known as Faraday's law of induction and Lenz's law.
It is partially explained by two principles. See "Basics of Physics," Second Edition, Chapter 34, by Halliday and Resnick.

【0104】 本発明者は、これらの原則を応用して、伸びたり縮んだりして希望の一連の圧
縮波を発生させるスピーカ振動板を作った。きちんと配列した導電リングを、マ
イラーTMやカプトンTMのような弾性的で、フレキシブルなフィルムに貼付し、こ
のフィルムを対応する導電コイルのアレイの上に重畳することにより、フィルム
をバイアスした張力状態に反発させ、コイルを通る電流の振幅を変調することに
より、振動板の揺動を制御することが可能である。フィルムの弾性により、バイ
アスした静止位置まで引っ込み、そこで、そのフィルムには少し応力がかかり、
伸びた状態になる。このバイアスした静止位置が、交流のベースまたは搬送波信
号で作られ、コイルとリング間の最低レベルの斥力を維持する。
The present inventor has applied these principles to create a speaker diaphragm that expands and contracts to generate a desired series of compression waves. The neat sequence with conductive rings, resilient, such as Mylar TM or Kapton TM, affixed to a flexible film, by superimposing the film onto a corresponding array of conductive coils, the tension that biases the film By repulsing and modulating the amplitude of the current through the coil, it is possible to control the oscillation of the diaphragm. Due to the elasticity of the film, it retracts to a biased rest position, where the film is slightly stressed,
It will be in a stretched state. This biased rest position is created with an alternating base or carrier signal to maintain the lowest level of repulsion between the coil and the ring.

【0105】 インテリジェンスで変調される可変交流を連続して入力することで、インテリ
ジェンスを表す周波数と振幅を、音を表す物理的圧縮波に変換できる。従って、
正弦波のような従来の変調搬送波を用いて、説明した磁性フィルムエミッタへの
希望のオーディオ出力信号を供給し、有効なスピーカシステムを開発することが
できる。
By continuously inputting a variable AC modulated by intelligence, a frequency and an amplitude representing intelligence can be converted into a physical compression wave representing sound. Therefore,
Using a conventional modulated carrier such as a sine wave to provide the desired audio output signal to the described magnetic film emitter, an effective loudspeaker system can be developed.

【0106】 このシステムは、また、典型的な静電振動板の公称運動と比較して、幾分大き
い振動板変位を有し、周波数範囲容量が広い超音波エミッタとして使用するため
の独特な能力を与える。(超音波についてはμメータ範囲)静電振動板の限定さ
れた範囲の運動が、高振幅出力発生の主な障害であることは長年認められている
。しかし、本発明の実施形態の磁気的に反発するフィルムは、直交変位(いっぱ
いに伸びた位置からバイアスした静止位置まで振動板のピークからピークへの運
動)を与え、それは、数ミリメートルに達することもある。従って、剛性変換器
エミッタ面や、従来の静電エミッタのフレキシブル振動板のかなり小さい運動範
囲と比べて、本発明の振動板変位は、大変好ましいことである。
This system also has a somewhat larger diaphragm displacement compared to the nominal motion of a typical electrostatic diaphragm, and a unique ability to be used as an ultrasonic emitter with a wider frequency range capacity. give. (Micrometer range for ultrasound) It has long been recognized that limited range motion of an electrostatic diaphragm is a major obstacle to high amplitude output generation. However, the magnetically repelling film of embodiments of the present invention provides orthogonal displacement (peak-to-peak movement of the diaphragm from a fully extended position to a biased rest position), which can reach several millimeters. There is also. Thus, the diaphragm displacement of the present invention is highly favorable compared to the relatively small range of motion of the rigid transducer emitter surface and the flexible diaphragm of conventional electrostatic emitters.

【0107】 静電界に関連した短い範囲の力に比べて、磁界の有効範囲が広くなるから、そ
うした強化変位が可能となる。従って、静電エミッタの有効力が、マイクロメー
タ範囲に限り伸びるのに対して、本発明の磁性振動板は、百分の一より大きい係
数分だけ、範囲が広くなる点に注意するべきである。そのため、磁気力を使用す
れば、非常に大きな路に渡って、エミッタ振動板に反発したり、同振動板をひき
つけたりする。
Such an enhanced displacement is possible because the effective range of the magnetic field is wider than the short range forces associated with the electrostatic field. Thus, it should be noted that the effective force of the electrostatic emitter extends only in the micrometer range, whereas the magnetic diaphragm of the present invention extends the range by a factor greater than one-hundredth. . Therefore, if a magnetic force is used, it repels or attracts the emitter diaphragm over a very large road.

【0108】 本発明の大きな磁性振動板の伸張運動の利点には、匹敵するバイモルフ変換器
のシステムと比較して、パラメトリックまたは音響ヘテロダイン・アレイのため
の音速出力の振幅がかなり増大することを含む。更に、近線形応答が、剛性変換
器に比較してフィルムエミッタの方が強い。これらは、パラメトリック・スピー
カの分野が、商業的に広く利用できるようになってきている重要な要因であり、
そうした利用は、これまでのところ限定されている。
The advantages of the stretching motion of the large magnetic diaphragm of the present invention include a significant increase in the amplitude of the sonic output for a parametric or acoustic heterodyne array compared to a comparable bimorph transducer system. . Furthermore, the near-linear response is stronger for film emitters than for rigid transducers. These are important factors in the field of parametric loudspeakers becoming more widely available commercially.
Their use has been limited to date.

【0109】 本発明のもう1つの実施形態を第28図に図示し、静電エミッタ510を示す
。特に、エミッタは、電圧を搬送することができる剛性基板511、その基板の
上に垂れ下がっている薄いフィルム誘電材料512、誘電フィルム512を覆っ
ている導電層513から成る。普通、誘電材料12(マイラーなど)を、その上
面に直接導電フィルム513でコーティングするので、基本エミッタ510は、
基板と金属コートしたマイラーフィルムで作動可能である。
Another embodiment of the present invention is illustrated in FIG. 28, which shows an electrostatic emitter 510. In particular, the emitter comprises a rigid substrate 511 capable of carrying a voltage, a thin film dielectric material 512 hanging over the substrate, and a conductive layer 513 over the dielectric film 512. Since the dielectric material 12 (such as Mylar) is usually coated directly on top of it with a conductive film 513, the elementary emitter 510 is
Operable with substrate and metal coated mylar film.

【0110】 第29図に示す通り、好適実施形態も、基板の下に配置されている空気室51
4を含み、その室と、基板の上面に形成されている小さなくぼみ516との間に
空気が流れるように小さい通路530を設けている。
As shown in FIG. 29, the preferred embodiment also has an air chamber 51 located below the substrate.
4 and a small passage 530 for allowing air to flow between the chamber and a small recess 516 formed in the upper surface of the substrate.

【0111】 第28図と第29図の両方に関連して、剛性基板511は、一般的に従来技術
において静電エミッタに使用する材料で形成しても良い。これらの材料には、型
成形プラスチック、木材、上側に導電表面をコーティングしたシリコンウエファ
ー、上側を簡単に処理して必要なくぼみができるようにした導電材料を含む。第
29図が、この構造の横断面図である。剛性基板511には、空気室514から
基板上面に形成されている各くぼみ516に通じている小型コンジット515が
あるのが見える。空気室514は、共通の圧力室として機能し、この空気室およ
びそれと連絡している各くぼみ516の圧力が共通しているため、誘電フィルム
512全体の張力がより均一になる。空気室514には、また、負の圧力をかけ
て、第28図に示す通り、薄いフィルム512を凹んだカップ520に機械的に
バイアスさせることも可能である。バイアス圧力をこのように利用することで、
バイアス電圧の使用に関連した周知の問題を避けることができる。
Referring to both FIGS. 28 and 29, the rigid substrate 511 may generally be formed of materials used in prior art electrostatic emitters. These materials include molded plastic, wood, silicon wafers coated with a conductive surface on the top, and conductive materials that have been easily treated on the top to create unnecessary depressions. FIG. 29 is a cross-sectional view of this structure. It can be seen that the rigid substrate 511 has small conduits 515 that lead from the air chamber 514 to each of the depressions 516 formed on the upper surface of the substrate. The air chamber 514 functions as a common pressure chamber. Since the pressure of the air chamber and each of the depressions 516 communicating therewith is common, the tension of the entire dielectric film 512 becomes more uniform. The air chamber 514 can also be negatively pressured to mechanically bias the thin film 512 against the recessed cup 520, as shown in FIG. By using the bias pressure in this way,
Known problems associated with the use of bias voltages can be avoided.

【0112】 この凹んだカップ520こそ、可変信号入力521に応答して、ヘテロダイン
効果を起こして1列のオーディオ・サウンド525を発生させる側波帯を有する
超音波搬送波信号を伝搬させることができる振動エミッタエレメントになる。本
発明では、エミッタエレメントと呼ばれる均一な凹型カップが設けられ、隣接エ
ミッタエレメントの影響をほとんど受けないで独立して、念入りに同調調整され
た均一な値の共振周波数を発生させる。基板511に形成されるくぼみ516は
、均一なサイズと構造に精密型成形されるのが望ましい。それぞれのくぼみ51
6間の均一性が更に精密なものとなり、一層細かく同調調整された共振周波数が
できるからである。
This recessed cup 520 is the only vibration capable of propagating an ultrasonic carrier signal having sidebands that, in response to the variable signal input 521, causes a heterodyne effect to generate a row of audio sounds 525. Becomes an emitter element. In the present invention, a uniform concave cup, referred to as an emitter element, is provided to independently and carefully tune and tune a uniform valued resonant frequency with little effect from adjacent emitter elements. The depression 516 formed in the substrate 511 is preferably precision molded into a uniform size and structure. Each hollow 51
This is because the uniformity between 6 becomes more precise, and a more finely tuned resonance frequency can be obtained.

【0113】 本発明の上述実施形態は、パラメトリック・スピーカ装置として驚異的な結果
を生む。この装置は、くぼみが、それぞれ、間接的に、放出された超音波コラム
内にオーディオ出力を発生するように配列されている。同調調整されたエミッタ
エレメントから放出されるこれら各コラム内に超音波ヘテロダイン効果が発生し
、実際、エミッタ510から或る距離での音圧レベル(SPL)を強化する。第
29図に示す通り、各エミッタ部520が、非常に方向性の高い1列のサウンド
525を伝搬させる。希望の共振周波数に合わせて均一に同調調整した多くのエ
ミッティングセクタ520のアレイを提供することで、単一電圧源で機能する単
一フィルムから成る静電振動板よりも、より振幅の大きい、均一波面のシミュレ
ーションができる。均一なくぼみを用いることは、製造上も複製可能であり、従
って、予想可能なので、従来技術に比べて有利である。従来技術では、ピット孔
やくぼみの動作可能表面ができているか確認するため、エミッタ基板毎に念入り
に検査することを含む品質管理が必要だった。機械的・化学的エッチング法では
、環境の差、使用する材料、プロセスの任意性などによりさまざまな結果が生ま
れるので、品質管理は欠かせなかった。これに対して、本発明による実施形態で
は、従来の型成形法や機械加工法で実施できる。
The above embodiments of the present invention produce surprising results for a parametric speaker device. The device is arranged such that the recesses each, indirectly, generate an audio output in the emitted ultrasound column. An ultrasonic heterodyne effect occurs in each of these columns emitted from the tuned emitter element, which actually enhances the sound pressure level (SPL) at some distance from the emitter 510. As shown in FIG. 29, each emitter section 520 propagates a row of sounds 525 with very high directivity. By providing an array of many emitting sectors 520 that are uniformly tuned to a desired resonant frequency, the amplitude of the amplitude is greater than a single film electrostatic diaphragm that works with a single voltage source. Simulate a uniform wavefront. The use of uniform indentations is advantageous over the prior art because it is duplicated and therefore predictable in manufacturing. The prior art required quality control, including careful inspection of each emitter substrate, to ensure that operable surfaces of pit holes and depressions were formed. Since mechanical and chemical etching methods produce various results due to differences in environment, materials used, and process volatility, quality control was indispensable. On the other hand, the embodiment according to the present invention can be implemented by a conventional molding method or machining method.

【0114】 超音波静電変換器のもう1つの実施形態を第30図に示す。半球形静電変換器
551の横断面図を、ベース552に固定した状態で示している。2つの円筒形
波打ちステータ556で半球形が生まれ、この2つの相対するステータの間に非
平面振動板560を配している。更に、支持構造物553が、この半球形の内側
または半球形の長軸に沿って走っている。これらステータには孔や口径があって
、音響的には、透過性があり、超音波が通過することができる点を理解していた
だきたい。振動板は、バイアス電圧550によりバイアスされ、オーディオ信号
554を加えて、超音波圧縮波を発生させる。ステータ内に、緩衝層または絶縁
層558が含まれていて、振動板が、ステータの導電層に直接触れるのを防ぎ、
その他、ステータにゆがんで接触することを防いでいる。
Another embodiment of the ultrasonic electrostatic transducer is shown in FIG. A cross-sectional view of the hemispherical electrostatic converter 551 is shown as being fixed to the base 552. A hemisphere is created by two cylindrical wavy stators 556, with a non-planar diaphragm 560 disposed between the two opposing stators. In addition, a support structure 553 runs inside the hemisphere or along the long axis of the hemisphere. It should be understood that these stators have holes and apertures, are acoustically permeable, and can pass ultrasonic waves. The diaphragm is biased by a bias voltage 550 and adds an audio signal 554 to generate an ultrasonic compression wave. A buffer or insulating layer 558 is included within the stator to prevent the diaphragm from directly touching the conductive layers of the stator,
In addition, the contact with the stator is prevented from being distorted.

【0115】 第31図は、半球形静電スピーカの透視図である。本実施形態の半球形の性質
上、556を通って発せられる音は、多軸になって180度放射される。本発明
の全球実施形態を第32図に示す。この図は、第31図に示す2つの半球を合わ
せた球形実施形態580の一部破壊図である。この球形構造により、超音波音波
590があらゆる可能な方向に発生される。(破壊図で示しているが)電気的ア
センブリ584が2つの半球のベースになりうる。この電気的アセンブリは、ま
た、半球内に含まれる小さいサイズにすることも可能である。入力588を通し
て、半球内に含まれる振動板にバイアスをかけ、次いで、586を通って、オー
ディオ信号を送る。
FIG. 31 is a perspective view of a hemispherical electrostatic speaker. Due to the hemispherical nature of the present embodiment, the sound emitted through 556 is radiated 180 degrees in multi-axes. FIG. 32 shows a global embodiment of the present invention. This figure is a partially broken view of the spherical embodiment 580 combining the two hemispheres shown in FIG. With this spherical structure, ultrasonic waves 590 are generated in all possible directions. The electrical assembly 584 (as shown in the destruction view) can be the base of the two hemispheres. The electrical assembly can also be of a small size contained within a hemisphere. Via input 588, the diaphragm contained within the hemisphere is biased, and then through 586, an audio signal is sent.

【0116】 前述した本発明の実施形態に基づいて、この技術の熟練者により、さまざまな
変形や組み合わせが開発される可能性があることは明らかである。従って、本発
明を下記請求項により定義し、上述の具体例に限定しないものとする:
It is clear that various modifications and combinations may be developed by those skilled in the art based on the above-described embodiments of the present invention. Accordingly, the invention is to be defined by the following claims, and is not limited to the above examples.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 図1aは、複数のバイモルフ圧電変換器を使用する従来技術のパ
ラメトリック・スピーカを表す図である。 図1bは、複数のバイモルフ圧電変換器を使用するパラメトリック・スピーカ
の別の実施形態を表す図である。 図1cは、空間内の小さな点で空気を駆動し、衝撃を生じさせるバイモルフ変
換器の図である。 図1dは、ドライブを配分し衝撃を低減する一様な方法で空気を駆動する本発
明のフィルム変換器の図である。 図1eは、衝撃レベル未満及び衝撃レベルの一次周波数の波形図である。
FIG. 1a is a diagram illustrating a prior art parametric speaker using a plurality of bimorph piezoelectric transducers. FIG. 1b is a diagram representing another embodiment of a parametric speaker using a plurality of bimorph piezoelectric transducers. FIG. 1c is a diagram of a bimorph transducer that drives air at a small point in space and creates an impact. FIG. 1d is an illustration of a film converter of the present invention driving air in a uniform manner to distribute drives and reduce shock. FIG. 1e is a waveform diagram of the primary frequency below the impact level and the primary frequency of the impact level.

【図2】 図2は、大型静電フィルム変換器の円形V溝付き背板の代表例で
ある。 図2aは、線2a−2aに沿って切断した、図2の静電背板と振動板の断面図
である。 図2bは、弧状背板と振動板のついた静電変換器の図である。
FIG. 2 is a representative example of a back plate with a circular V-groove for a large electrostatic film converter. FIG. 2a is a cross-sectional view of the electrostatic back plate and the diaphragm of FIG. 2 taken along line 2a-2a. FIG. 2b is a diagram of an electrostatic converter with an arc-shaped back plate and a diaphragm.

【図3】 図3は、圧電フィルムの整流正弦波形の図である。 図3aは、四分の一波長の間隔のあいた圧電フィルムの整流正弦波形の図であ
る。 図3bは、圧電フィルムの浅い整流正弦波形の図である。 図3cは、背板付きの圧電フィルムの浅い整流正弦波形の図である。
FIG. 3 is a diagram of a rectified sine waveform of a piezoelectric film. FIG. 3a is a diagram of a rectified sinusoidal waveform of a piezoelectric film spaced by a quarter wavelength. FIG. 3b is a diagram of a shallow rectified sinusoidal waveform of a piezoelectric film. FIG. 3c is a diagram of a shallow rectified sinusoidal waveform of a backed piezoelectric film.

【図4】 図4は、正弦波形状の圧電フィルムの図である。 図4aは、背板付きの正弦波形状の圧電フィルムの図である。 図4bは、背板と一次周波数の指向性角に開いた湾曲のある正弦波形状の圧電
フィルムの図である。 図4cは、二極一次周波数/二極二次周波数モードで使用する正弦波形状の圧
電フィルムの図である。
FIG. 4 is a diagram of a piezoelectric film having a sine wave shape. FIG. 4a is a diagram of a sinusoidal piezoelectric film with a back plate. FIG. 4b is a diagram of a sinusoidal piezoelectric film with a back plate and a curved open directional angle of primary frequency. FIG. 4c is a diagram of a sinusoidal piezoelectric film used in a bipolar primary frequency / bipolar secondary frequency mode.

【図5】 図5は、凹状又は凸状のいずれかのくぼみ形状で使用する背板付
き圧電フィルムの図である。 図5aは、くぼみ形状の凸面で使用する圧電フィルムの図である。 図5bは、くぼみ形状の凹面で使用する圧電フィルムの図である。
FIG. 5 is a diagram of a backed piezoelectric film used in either a concave or convex hollow shape. FIG. 5a is a diagram of a piezoelectric film used in a concave convex surface. FIG. 5b is a diagram of a piezoelectric film used with a concave concave surface.

【図6】 図6は、超音波放出源として複数のバイモルフ圧電変換器を使用
する従来技術のパラメトリック・スピーカを表す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a prior art parametric speaker using a plurality of bimorph piezoelectric transducers as an ultrasonic emission source.

【図7】 図7は、複数のバイモルフ圧電変換器を使用し、スピーカーの性
能における様々な欠陥を表す別の従来技術のパラメトリック・スピーカの実施形
態を表す図である。
FIG. 7 illustrates another prior art parametric loudspeaker embodiment using multiple bimorph piezoelectric transducers and representing various imperfections in speaker performance.

【図8】 図8は、本発明の原理に従って作成したエミッタドラム変換器の
斜視図である。
FIG. 8 is a perspective view of an emitter drum converter made in accordance with the principles of the present invention.

【図9】 図9は、エミッタドラム変換器のエミッタ面の複数の開口を示す
上面図である。
FIG. 9 is a top view showing a plurality of openings in the emitter surface of the emitter drum converter.

【図10】 図10は、エミッタ面の開口の上に配設されるフィルムを示す
、エミッタドラム変換器とエミッタ面の切断側面図である。
FIG. 10 is a cut-away side view of the emitter drum converter and the emitter surface, showing the film disposed over the aperture in the emitter surface.

【図11】 図11A〜Bは、エミッタ面の複数の開口の上に伸びながら振
動するフィルムの拡大側面図である。
11A and 11B are enlarged side views of a film that vibrates while extending over a plurality of openings in an emitter surface.

【図12】 図12は、好適な実施形態のフィルム(圧電フィルム)の変位
対周波数の例を示すグラフである。このグラフは共鳴振動数と発生する典型的な
帯域幅を示す。
FIG. 12 is a graph showing an example of displacement versus frequency of a film (piezoelectric film) according to a preferred embodiment. This graph shows the resonance frequency and the typical bandwidth generated.

【図13】 図13は、エミッタドラム変換器が加圧される別の実施形態の
エミッタドラム変換器の切断側面図である。
FIG. 13 is a cut-away side view of another embodiment of an emitter drum converter where the emitter drum converter is pressurized.

【図14】 図14は、新しい音波又は亜音波周波数を発生するために音響
的にヘテロダインである超音波基本周波数と超音波情報搬送周波数を伝送する本
発明のより具体的な実施形態である。
FIG. 14 is a more specific embodiment of the present invention for transmitting an acoustically heterodyne ultrasound fundamental frequency and an ultrasound information carrier frequency to generate a new acoustic or subsonic frequency.

【図15】 図15は、センサ面の開口の上に配設される感知フィルムを示
す、センサドラム変換器とセンサ面の切断側面図を示す別の実施形態である。
FIG. 15 is another embodiment showing a cutaway side view of the sensor drum transducer and the sensor surface showing the sensing film disposed over the opening in the sensor surface.

【図16】 図16は、予め成形した凹状の楕円形をした振動板をもつ変換
器の斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view of a transducer having a preformed concave elliptical diaphragm.

【図17】 図17は、超音波を発生するために振動する予め成形したフィ
ルムをもつ変換器を示す図16の断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view of FIG. 16 showing a transducer with a preformed film that vibrates to generate ultrasonic waves.

【図18】 図18は、シングルエンド静電スピーカーの側断面図を表す。FIG. 18 shows a side sectional view of a single-ended electrostatic speaker.

【図19】 図19は、本スピーカー装置の曲面構成を表す弧状を示す。FIG. 19 shows an arc shape representing a curved surface configuration of the present speaker device.

【図20】 図20は、スピーカー装置の考えられる構成を表す円筒形状を
示す。
FIG. 20 shows a cylindrical shape representing a possible configuration of the speaker device.

【図21】 図21は、プッシュプル構成でのスピーカー装置の発泡固定子
スピーカーの実施形態の基本形態の概略図である。
FIG. 21 is a schematic diagram of a basic form of an embodiment of a foam stator speaker of a speaker device in a push-pull configuration.

【図22】 図22は、フィルムが相対する発泡固定子の間にはさまれるス
ピーカー装置の実施形態を図示する。
FIG. 22 illustrates an embodiment of a speaker device in which a film is sandwiched between opposing foam stators.

【図23】 図23、スピーカー装置の複数のフィルムの実施形態を示す。FIG. 23 shows an embodiment of a plurality of films of the speaker device.

【図24】 図24、スピーカー装置の複数のフィルムの実施形態を示す。FIG. 24 shows an embodiment of a plurality of films of the speaker device.

【図25】 図25は、エミッタ振動板上に配設され、磁気コア素子の上に
吊り下げられる複数の磁気コイルをもつ薄いフィルム振動板を示す上斜視図であ
る。
FIG. 25 is a top perspective view showing a thin film diaphragm having a plurality of magnetic coils disposed on an emitter diaphragm and suspended above a magnetic core element.

【図26】 図26は、エミッタ振動板とコアの上に相対する磁気コイルを
示す別の実施形態の分解図である。
FIG. 26 is an exploded view of another embodiment showing the emitter diaphragm and the magnetic coil facing above the core.

【図27】 図27は、エミッタ振動板上に配設され、コア素子の上に吊り
下げられる複数のリングを有する薄いフィルム振動板を示す切断上斜視図である
FIG. 27 is a cut-away perspective view showing a thin film diaphragm having a plurality of rings disposed on an emitter diaphragm and suspended above a core element.

【図28】 図28は、共鳴調整した静電エミッタの立斜視図である。FIG. 28 is a standing perspective view of the electrostatically-tuned electrostatic emitter.

【図29】 図29は、図28のエミッタの断面図である。FIG. 29 is a cross-sectional view of the emitter of FIG. 28.

【図30】 図30は、半球形の静電スピーカーの側断面図である。FIG. 30 is a side sectional view of a hemispherical electrostatic speaker.

【図31】 図31は、半球形の静電スピーカーの斜視図である。FIG. 31 is a perspective view of a hemispherical electrostatic speaker.

【図32】 図32は、球形の静電スピーカーの側斜視図である。FIG. 32 is a side perspective view of a spherical electrostatic speaker.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW (72)発明者 ノーリス,エルウッド・ジー アメリカ合衆国カリフォルニア州92064, ポーウェイ,サン・セバスチャン・ウェイ 13824 (72)発明者 クロフト,ジェイムス・ジェイ・サード アメリカ合衆国カリフォルニア州92064, ポーウェイ,クワイエット・ヒルズ・ドラ イブ 13633 Fターム(参考) 5D004 BB01 CC07 CC09 CC10 5D016 AA01 BA01 BA05 DA00 EC01 EC21 EC22 5D019 FF01 5D020 AC11 5D021 CC02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR , BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Norris, Elwood G. California, United States of America 13824 (72) Inventor Croft, James Jay Sard, California United States 92064, Poway, Quiet Hills Drive 13633 F-term (reference) 5D004 BB01 CC07 CC09 CC10 5D016 AA01 BA01 BA05 DA00 EC01 EC21 EC22 5D019 FF01 5D020 AC11 5D021 CC02

Claims (116)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非リニア媒体としての空気中の複数の超音波周波数の相互作
用に基いてパラメトリック・オーディオ出力を生成する方法であって、 a)オーディオ周波数範囲内に該当する値の差を持つ少なくとも2つの超音波
信号を含む電子信号を生成するステップと、 b)1段のエネルギ変換プロセスの一部として空気と直接結合する電子音響フ
ィルムトランスジューサ振動板へ電子信号を伝送するステップと、 c)前記振動板における電子信号を、パラメトリック・スピーカの駆動部材と
して機械的変位へ直接変換するステップと、 d)少なくとも2つの超音波信号を、前記振動板から、空気中で相互作用して
パラメトリック・オーディオ出力を生じる超音波圧縮波としての空気へ機械的に
放出するステップと、 を含む方法。
1. A method for generating a parametric audio output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies in air as a non-linear medium, the method comprising: a) having a value difference corresponding to an audio frequency range. Generating an electronic signal comprising at least two ultrasonic signals; b) transmitting the electronic signal to an electroacoustic film transducer diaphragm that couples directly to air as part of a one-stage energy conversion process; c). Converting the electronic signal at the diaphragm directly into mechanical displacement as a driving member of a parametric loudspeaker; d) interacting at least two ultrasonic signals from the diaphragm in air to generate parametric audio. Mechanically emitting into the air as an ultrasonic compression wave that produces an output.
【請求項2】 前記ステップb)が、電子信号を静電フィルムトランスジュ
ーサへ伝達する更に特定のステップを含む請求項1記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein step b) includes the further step of transmitting an electronic signal to an electrostatic film transducer.
【請求項3】 前記ステップb)が、前記電子信号を電子音響トランスジュ
ーサ振動板としての圧電フィルム振動板へ伝達する更に特定のステップを含む請
求項1記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein said step b) includes transmitting said electronic signal to a piezoelectric film diaphragm as an electroacoustic transducer diaphragm.
【請求項4】 前記ステップb)が、電子信号を電子音響トランスジューサ
振動板としての電子熱機械フィルム振動板へ伝達する更に特定のステップを含む
請求項1記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein step b) includes transmitting the electronic signal to an electro-thermo-mechanical film diaphragm as an electro-acoustic transducer diaphragm.
【請求項5】 前記ステップb)が、電子音響トランスジューサ振動板とし
ての平坦な磁気フィルムへ伝達する更に特定のステップを含む請求項1記載の方
法。
5. The method of claim 1, wherein step b) includes transmitting to a flat magnetic film as an electroacoustic transducer diaphragm.
【請求項6】 前記ステップb)が、前記振動板に関してステータ部材とし
て動作可能な円形のV溝を含む表面形態を持つ静電後部プレートへ電子信号を伝
達する更に特定のステップを含む請求項2記載の方法。
6. The method of claim 2, wherein said step b) includes transmitting an electronic signal to an electrostatic rear plate having a surface configuration including a circular V-groove operable as a stator member with respect to said diaphragm. The described method.
【請求項7】 前記ステップb)が、整流された正弦波形の形態を持つ圧電
フィルム振動板へ電子信号を伝達する更に特定のステップを含む請求項3記載の
方法。
7. The method of claim 3, wherein step b) includes transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having a rectified sinusoidal waveform.
【請求項8】 前記ステップb)が、整流された正弦波形の形態を持つ後部
プレートにより支持される圧電フィルム振動板へ電子信号を伝達する更に特定の
ステップを含む請求項7記載の方法。
8. The method of claim 7, wherein said step b) comprises the further step of transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm supported by a back plate having the form of a rectified sinusoidal waveform.
【請求項9】 前記ステップb)が、正弦波形の形態を持つ圧電フィルム振
動板へ電子信号を伝達する更に特定のステップを含む請求項3記載の方法。
9. The method of claim 3, wherein step b) includes transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having a sinusoidal waveform.
【請求項10】 前記ステップb)が、正弦波形の形態を持つ後部プレート
により支持される圧電フィルム振動板へ電子信号を伝達する更に特定のステップ
を含む請求項9記載の方法。
10. The method according to claim 9, wherein step b) comprises the further step of transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm supported by a back plate having the form of a sinusoidal waveform.
【請求項11】 最低周波数の波長値における超音波周波数の波長より大き
い大きさを持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含む請求項1
記載の方法。
11. The method of claim 1, further comprising selecting a transducer diaphragm having a magnitude greater than the wavelength of the ultrasonic frequency at the wavelength value of the lowest frequency.
The described method.
【請求項12】 最低値における超音波周波数の波長の10倍より大きい大
きさを持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含む請求項1記載
の方法。
12. The method of claim 1, further comprising the step of selecting a transducer diaphragm having a magnitude greater than ten times the wavelength of the ultrasonic frequency at the lowest value.
【請求項13】 パラメトリック出力の放出のための散漫放射パターンを生
じる凸状の曲率を持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含む請
求項3記載の方法。
13. The method of claim 3, further comprising selecting a transducer diaphragm having a convex curvature that produces a diffuse radiation pattern for emission of a parametric output.
【請求項14】 パラメトリック出力の放出のための集束放射パターンを生
じる凹状の曲率を持つトランスジューサを選択するステップを更に含む請求項3
記載の方法。
14. The method of claim 3, further comprising selecting a transducer having a concave curvature that produces a focused radiation pattern for emission of the parametric output.
The described method.
【請求項15】 パラメトリック出力の放出のための散漫放射パターンを生
じる双極伝搬モードを持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含
む請求項3記載の方法。
15. The method of claim 3, further comprising the step of selecting a transducer diaphragm having a dipole propagation mode that produces a diffuse radiation pattern for emission of a parametric output.
【請求項16】 支持用後部プレートから選択された周波数の4分の1波長
の距離だけトランスジューサ振動板を離間するステップを更に含む請求項3記載
の方法。
16. The method of claim 3, further comprising the step of spacing the transducer diaphragm from the supporting back plate a distance of a quarter wavelength of the selected frequency.
【請求項17】 フィルムの溝を用いてフィルムのピークを位相外に電子的
に駆動する補償手段を更に含む請求項16記載の方法。
17. The method of claim 16, further comprising compensating means for electronically driving the film peak out of phase using the film grooves.
【請求項18】 前記振動板の表面にわたるパラメトリック出力の放出のた
め実質的に均一かつ均等な放射パターンを生じる、狭い間隔の並列アレイ状の狭
い間隔の凹点を持つモノリシック・シートを含む凹点付きトランスジューサ振動
板を提供するステップを更に含む請求項3記載の方法。
18. A recess comprising a monolithic sheet with closely spaced recesses in a closely spaced parallel array that produces a substantially uniform and uniform radiation pattern for emission of parametric output across the surface of the diaphragm. 4. The method of claim 3, further comprising the step of providing an attached transducer diaphragm.
【請求項19】 非リニア媒体としての空気中の複数の超音波周波数の相互
作用に基いてパラメトリック・オーディオ出力を生じるスピーカ装置であって、 a)超音波信号源と、オーディオ信号源と、該超音波信号源およびオーディオ
信号源に結合されてオーディオ周波数範囲内に該当する値の差を持つ少なくとも
2つの超音波信号を含む電子信号を結果として生じるよう前記超音波信号および
オーディオ信号を混合する変調装置とを含むパラメトリック信号生成システムと
、 b)1段のエネルギ変換プロセスの一部として空気と直接結合するパラメトリ
ック信号生成システムに結合された電子音響フィルムトランスジューサ振動板と
、 c)パラメトリック・スピーカの駆動部材として前記振動板の機械的変位を可
能にするよう振動板を配置し安定化する支持構造と、 を備えるスピーカ装置。
19. A loudspeaker device for producing a parametric audio output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies in air as a non-linear medium, comprising: a) an ultrasonic signal source; an audio signal source; A modulation coupled to an ultrasound signal source and an audio signal source to mix the ultrasound signal and the audio signal to result in an electronic signal comprising at least two ultrasound signals having a value difference within an audio frequency range. B) an electroacoustic film transducer diaphragm coupled to the parametric signal generation system that couples directly to air as part of a one-stage energy conversion process; c) driving a parametric speaker. A diaphragm is arranged as a member to enable mechanical displacement of the diaphragm. And a supporting structure that stabilizes the speaker.
【請求項20】 前記トランスジューサが静電トランスジューサを含む請求
項19記載の方法。
20. The method of claim 19, wherein said transducer comprises an electrostatic transducer.
【請求項21】 前記トランスジューサが、電子音響トランスジューサ振動
板として圧電フィルム振動板を含む請求項19記載の方法。
21. The method of claim 19, wherein said transducer comprises a piezoelectric film diaphragm as the electroacoustic transducer diaphragm.
【請求項22】 前記トランスジューサが、電子音響トランスジューサ振動
板として電子熱機械フィルム振動板を含む請求項19記載の方法。
22. The method of claim 19, wherein said transducer comprises an electro-thermo-mechanical film diaphragm as the electro-acoustic transducer diaphragm.
【請求項23】 前記トランスジューサが、電子音響トランスジューサ振動
板として磁気フィルム振動板を含む請求項19記載の方法。
23. The method of claim 19, wherein said transducer comprises a magnetic film diaphragm as the electroacoustic transducer diaphragm.
【請求項24】 非リニア媒体としての空気中の複数の超音波周波数の相互
作用に基いてパラメトリック出力を強調する方法であって、 a)オーディオ周波数範囲内に該当する値の差を持つ少なくとも2つの超音波
信号を含む電子信号を生成するステップと、 b)エミッタフィルム内に形成された弧状エミッタ部のアレイを持つエミッタ
フィルムトランスジューサ振動板へ電子信号を伝送するステップと、 c)パラメトリック・スピーカの駆動部材として弧状エミッタ部の前記アレイ
を同位相に電気機械的に変位させるステップと、 d)少なくとも2つの超音波信号を、前記振動板から空気中へ、前記パラメト
リック出力を生じるように空気中で相互作用する超音波圧縮波として放出するス
テップと、 を含む方法。
24. A method for enhancing a parametric output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies in air as a non-linear medium, the method comprising: a) at least two values having a value difference within an audio frequency range. Generating an electronic signal including two ultrasonic signals; b) transmitting the electronic signal to an emitter film transducer diaphragm having an array of arcuate emitter portions formed in the emitter film; Electromechanically displacing said array of arcuate emitters in phase as a driving member; and d) transmitting at least two ultrasonic signals from said diaphragm into air and into said air to produce said parametric output. Emitting as an interacting ultrasonic compression wave.
【請求項25】 前記ステップc)が、パラメトリック・スピーカの歪み低
減の一部として各弧状エミッタ部における周囲の空気の飽和を最小化するように
制御された方法で前記エミッタ部を変位させる更に特定のステップを含む請求項
24記載の方法。
25. The method of claim 25, wherein said step c) includes displacing said emitter sections in a controlled manner to minimize saturation of ambient air at each arcuate emitter section as part of a parametric speaker distortion reduction. The method according to claim 24, comprising the step of:
【請求項26】 前記ステップd)が、超音波周波数を前記エミッタ部から
コリメートされた形態で放出する更に特定のステップを含む請求項24記載の方
法。
26. The method of claim 24, wherein step d) comprises the further step of emitting an ultrasonic frequency from the emitter section in a collimated form.
【請求項27】 前記ステップb)が、電子信号を圧電フィルム振動板に対
して伝送する更に特定のステップを含む請求項24記載の方法。
27. The method according to claim 24, wherein step b) includes transmitting a further electronic signal to the piezoelectric film diaphragm.
【請求項28】 前記ステップb)が、円形の弧状エミッタ部のアレイを有
する圧電フィルム振動板へ電子信号を伝送する更に特定のステップを含む請求項
27記載の方法。
28. The method according to claim 27, wherein step b) includes transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having an array of circular arcuate emitters.
【請求項29】 前記ステップb)が、長形の弧状エミッタ部のアレイを有
する圧電フィルム振動板へ電子信号を伝送する更に特定のステップを含む請求項
27記載の方法。
29. The method of claim 27, wherein step b) includes transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having an array of elongated arcuate emitters.
【請求項30】 前記ステップb)が、実質的に並列関係に配置された長形
のチャネル状のくぼみのアレイを有する圧電フィルム振動板へ電子信号を伝送す
る更に特定のステップを含む請求項27記載の方法。
30. The step b) further comprising the step of transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having an array of elongated channel-like depressions arranged in a substantially parallel relationship. The described method.
【請求項31】 前記ステップb)が、整流された正弦波形の形態を有する
圧電フィルム振動板へ電子信号を伝送する更に特定のステップを含む請求項27
記載の方法。
31. The method of claim 27, wherein step b) includes transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having a rectified sinusoidal shape.
The described method.
【請求項32】 前記ステップb)が、実質的に平坦な形態を有する後部プ
レートにより支持される圧電フィルム振動板へ電子信号を伝送する更に特定のス
テップを含む請求項27記載の方法。
32. The method of claim 27, wherein step b) includes transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm supported by a back plate having a substantially flat configuration.
【請求項33】 前記ステップb)が、前記平坦な形態から僅かに延長する
弧状エミッタ部を除いて、実質的に平坦な形態を有する圧電フィルム振動板へ電
子信号を伝送する更に特定のステップを含む請求項27記載の方法。
33. The step b) further comprises the step of transmitting an electronic signal to a piezoelectric film diaphragm having a substantially flat configuration, except for an arcuate emitter portion extending slightly from the flat configuration. 28. The method of claim 27, comprising:
【請求項34】 最低値における超音波周波数の波長より大きな大きさを持
つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含む請求項24記載の方法
34. The method of claim 24, further comprising selecting a transducer diaphragm having a magnitude greater than a wavelength of the ultrasonic frequency at the lowest value.
【請求項35】 最低値における超音波周波数の波長の10倍より大きな大
きさを持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含む請求項24記
載の方法。
35. The method of claim 24, further comprising selecting a transducer diaphragm having a magnitude greater than ten times the wavelength of the ultrasonic frequency at the lowest value.
【請求項36】 パラメトリック出力の放出のため散漫放射パターンを生じ
る全体的に凸の曲率を持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含
む請求項24記載の方法。
36. The method of claim 24, further comprising selecting a transducer diaphragm having a generally convex curvature that produces a diffuse radiation pattern for emission of a parametric output.
【請求項37】 パラメトリック出力の放出のため集束放射パターンを生じ
る全体的に凹の曲率を持つトランスジューサ振動板を選択するステップを更に含
む請求項24記載の方法。
37. The method of claim 24, further comprising selecting a transducer diaphragm having a generally concave curvature to produce a focused radiation pattern for emission of a parametric output.
【請求項38】 周波数の値に基く空気中の超音波エネルギの吸収の結果生
じる超音波放出の減衰率を、前記振動板の凹の曲率に対する半径と関連付けるス
テップを更に含み、前記半径が、超音波放出を集束する超音波ビームへ集束させ
ることにより超音波エネルギ損失を少なくとも補償するよう選択される請求項3
7記載の方法。
38. The method of claim 31, further comprising the step of: associating a rate of attenuation of the ultrasonic emission resulting from absorption of the ultrasonic energy in air based on the value of the frequency with a radius for the concave curvature of the diaphragm, wherein the radius is 4. The method of claim 3, wherein the acoustic emission is selected to focus at least on the focused ultrasonic beam, thereby at least compensating for the ultrasonic energy loss.
7. The method according to 7.
【請求項39】 前記トランスジューサ振動板を支持用後部プレートからの
選択された周波数の4分の1波長の距離だけ離間するステップを更に含む請求項
24記載の方法。
39. The method of claim 24, further comprising the step of spacing the transducer diaphragm from the supporting rear plate by a distance of a quarter wavelength of the selected frequency.
【請求項40】 前記選択された周波数がキャリア周波数である請求項39
記載の方法。
40. The selected frequency is a carrier frequency.
The described method.
【請求項41】 前記振動板の表面にわたるパラメトリック出力の放出のた
め実質的に均一かつ均等な線パターンを生じる狭い間隔の並列アレイで狭い間隔
の凹点を持つモノリシックフィルムシートを含む凹点付きトランスジューサ振動
板を提供するステップを更に含む請求項27記載の方法。
41. A recessed transducer comprising a monolithic film sheet having closely spaced recesses in a closely spaced parallel array that produces a substantially uniform and uniform line pattern for emission of parametric output across the surface of the diaphragm. 28. The method of claim 27, further comprising providing a diaphragm.
【請求項42】 前記ステップb)が、前記弧状エミッタ部と整合された開
口を含む形態を有し、かつ前記振動板の弧状エミッタ部の自由振動を許容する充
分な深さを有する後部プレートへ電子信号を伝送する更に特定のステップを含む
請求項27記載の方法。
42. The method according to claim 42, wherein the step b) includes a step including an opening aligned with the arc-shaped emitter section, and having a sufficient depth to allow free oscillation of the arc-shaped emitter section of the diaphragm. 28. The method of claim 27, further comprising the step of transmitting an electronic signal.
【請求項43】 非リニア媒体としての空気中の複数の超音波周波数の相互
作用に基いてパラメトリック出力を強調する方法であって、 a)オーディオ周波数範囲内に該当する値の差を持つ少なくとも2つの超音波
信号を含む電子信号を生成するステップと、 b)共通の電子音響フィルムトランスジューサ振動板内に形成された弧状エミ
ッタ部のアレイへ電子信号を同時に伝送するステップと、 c)パラメトリック・スピーカに対する歪み低下の一部として前記各弧状エミ
ッタ部における周囲の空気の飽和を最小化するため、制御された方法で前記エミ
ッタ部を変位させるステップと、 d)パラメトリック・スピーカの駆動部材として弧状エミッタ部のアレイを位
相において電気機械的に変位させるステップと、 e)超音波圧縮波として少なくとも2つの前記超音波信号を前記振動板から空
気中へ放出するステップと、 f)パラメトリック出力を生じるように空気中の超音波圧縮波を相互作用させ
るステップと、 を含む方法。
43. A method for enhancing a parametric output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies in air as a non-linear medium, the method comprising: a) at least two values having a value difference within an audio frequency range. Generating an electronic signal comprising two ultrasonic signals; b) simultaneously transmitting the electronic signal to an array of arcuate emitters formed in a common electroacoustic film transducer diaphragm; c) for a parametric speaker. Displacing the emitters in a controlled manner to minimize saturation of ambient air at each of the arcuate emitters as part of the distortion reduction; and d) displacing the arcuate emitters as a driving member of a parametric speaker. Electromechanically displacing the array in phase; e) reducing the number of ultrasonic compression waves; Method comprising the steps of releasing into the air Kutomo two of said ultrasound signal from the diaphragm, the method comprising interacting the ultrasonic compression wave in the air to yield f) parametric output, a.
【請求項44】 前記ステップc)が、前記エミッタ部の音圧レベルと超音
波周波数と大きさとの間の重みづけした関係に基いて電子信号を制限し、最大の
電子信号の制限が各弧状エミッタ部における周囲の空気の飽和を最小化すること
によりオーディオ出力の連続的な歪みを防止する更に特定のステップを含む請求
項43記載の方法。
44. The step c) limiting the electronic signal based on a weighted relationship between the sound pressure level of the emitter section, the ultrasonic frequency and the magnitude, wherein the maximum electronic signal is limited to each arc. 44. The method of claim 43, further comprising the step of preventing continuous distortion of the audio output by minimizing ambient air saturation at the emitter section.
【請求項45】 前記ステップc)が、全てのエミッタ部に対する音圧レベ
ルを140dBより低く制限する更に特定のステップを含む請求項44記載の方
法。
45. The method of claim 44, wherein step c) includes a more specific step of limiting the sound pressure level for all emitter sections to less than 140 dB.
【請求項46】 非リニア媒体として空気中の複数の超音波周波数の相互作
用に基いてパラメトリック出力を生成するスピーカ装置であって、 a)オーディオ周波数範囲内に該当する値の差を持つ少なくとも2つの超音波
信号を含む電子信号を結果として生じるために、超音波信号源と、オーディオ信
号源と、超音波信号とオーディオ信号とを混合するための超音波およびオーディ
オ信号源に結合された変調装置とを含むパラメトリック信号生成システムと、 b)前記パラメトリック信号生成システムに結合された弧状エミッタ部のアレ
イを有する電子音響フィルムトランスジューサ振動板と、 c)前記振動板に結合され、パラメトリック・スピーカの駆動部材として前記
弧状エミッタ部の位相における機械的変位を可能にするように弧状エミッタ部を
配置して安定化するための弧状エミッタ部アレイとキャビティを整合させた支持
構造と、 を備えるスピーカ装置。
46. A loudspeaker device for producing a parametric output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies in air as a non-linear medium, comprising: a) at least two speakers having a value difference within an audio frequency range. An ultrasonic signal source, an audio signal source, and a modulator coupled to the ultrasonic and audio signal sources for mixing the ultrasonic and audio signals to result in an electronic signal comprising two ultrasonic signals B) an electroacoustic film transducer diaphragm having an array of arcuate emitters coupled to the parametric signal generation system; and c) a drive member for a parametric speaker coupled to the diaphragm. As an arc-shaped emitter to allow mechanical displacement in phase of the arc-shaped emitter section. A speaker device comprising: an arc-shaped emitter array for arranging and stabilizing a mitter unit; and a support structure in which a cavity is aligned.
【請求項47】 前記弧状エミッタ部アレイが、パラメトリック出力の強調
された生成のため超音波放射のコリメートされたビームを伝搬させるよう整合さ
れ支持される請求項46記載の装置。
47. The apparatus of claim 46, wherein the arcuate emitter section array is aligned and supported to propagate a collimated beam of ultrasonic radiation for enhanced generation of a parametric output.
【請求項48】 前記トランスジューサが、電子音響トランスジューサ振動
板として圧電フィルム振動板を含む請求項46記載の装置。
48. The apparatus of claim 46, wherein said transducer comprises a piezoelectric film diaphragm as the electroacoustic transducer diaphragm.
【請求項49】 前記弧状エミッタ部が円形の形態を有する請求項46記載
の装置。
49. The apparatus of claim 46, wherein said arcuate emitter has a circular configuration.
【請求項50】 前記圧電フィルム振動板が、前記弧状エミッタ部全体にお
ける均一な電子機械的応答を生じる等方性特性を含む請求項49記載の装置。
50. The apparatus of claim 49, wherein said piezoelectric film diaphragm includes an isotropic characteristic that produces a uniform electromechanical response across said arcuate emitter.
【請求項51】 前記弧状エミッタ部が長い軸心を持つ長形の形態を有する
請求項46記載の装置。
51. The apparatus of claim 46, wherein said arcuate emitter has an elongated configuration with a long axis.
【請求項52】 前記圧電フィルム振動板が、前記弧状エミッタ部の長い軸
心と直角をなす大きな電子機械的応答を生じる非等方性特性を含む請求項51記
載の装置。
52. The apparatus of claim 51, wherein the piezoelectric film diaphragm includes an anisotropic characteristic that produces a large electromechanical response perpendicular to the long axis of the arcuate emitter.
【請求項53】 周囲圧力と異なる所望の圧力に保持され、前記振動板を前
記エミッタ部としての曲率へ変位するに充分な強さを持つ、エミッタ部に結合さ
れたコンパートメントを更に備える請求項51記載の装置。
53. The apparatus according to claim 51, further comprising a compartment coupled to the emitter section, the compartment maintained at a desired pressure different from an ambient pressure and having sufficient strength to displace the diaphragm to a curvature as the emitter section. The described device.
【請求項54】 前記所望の圧力が、周囲の圧力に比較して負圧レベルであ
ることにより、該振動板を整合されたキャビティへ引込む請求項53記載の装置
54. The apparatus of claim 53, wherein the desired pressure is at a negative pressure level relative to ambient pressure to draw the diaphragm into the aligned cavity.
【請求項55】 前記所望の圧力による前記コンパートメントの恒久的スケ
ーリングを生じるように該コンパートメントに結合された手段を更に含む請求項
53記載の装置。
55. The apparatus of claim 53, further comprising means coupled to the compartment to cause permanent scaling of the compartment with the desired pressure.
【請求項56】 非リニア媒体として空気中の複数の超音波周波数の相互作
用に基いてパラメトリック出力を強調する方法であって、 a)超音波キャリア信号と少なくとも1つの別の超音波信号とを含み、かつ音
響周波数範囲内に該当するキャリア信号に関して値の差を持つ少なくとも2つの
超音波信号を含む電子信号を生成するステップと、 b)主伝播軸を持つ共通の電子音響フィルムトランスジューサ振動板内に形成
された弧状エミッタ部のアレイへ電子信号を伝送するステップと、 c)前記アレイの少なくとも外周部から放出された超音波ビームの、前記主伝
播軸に関する予め定めた集束角度で集束を提供するため略々凹状の形態に前記エ
ミッタ部のアレイを構成するステップと、 d)パラメトリック・スピーカの駆動部材として弧状エミッタ部の前記アレイ
を位相において電気機械的に変位させるステップと、 e)超音波圧縮波として空気中へ少なくとも2つの前記超音波信号を振動板か
ら放出させるステップと、 f)パラメトリック出力を生じるように空気中の超音波圧縮波を相互作用させ
るステップと、 を含む方法。
56. A method for enhancing a parametric output based on the interaction of a plurality of ultrasound frequencies in air as a non-linear medium, comprising: a) combining an ultrasound carrier signal and at least one other ultrasound signal. Generating an electronic signal including at least two ultrasonic signals having a difference in value with respect to a carrier signal falling within an acoustic frequency range; and b) in a common electroacoustic film transducer diaphragm having a main propagation axis. Transmitting an electronic signal to an array of arcuate emitters formed in the array; and c) providing a focus of an ultrasonic beam emitted from at least an outer periphery of the array at a predetermined focus angle with respect to the main propagation axis. Constructing said array of emitter portions in a generally concave configuration for d. Electromechanically displacing said array of emitter portions in phase; e) emitting at least two of said ultrasonic signals from the diaphragm into the air as ultrasonic compression waves; f) producing a parametric output. Interacting an ultrasonic compression wave in air with the method.
【請求項57】 前記アレイを構成する前記ステップが、空気中に吸収され
た超音波エネルギによるエネルギ損失を補償する必要に基いて集束角度を選択す
ることを含む請求項56記載の方法。
57. The method of claim 56, wherein said step of configuring said array comprises selecting a focusing angle based on a need to compensate for energy loss due to ultrasound energy absorbed into the air.
【請求項58】 前記アレイを構成する前記ステップが、空気による超音波
エネルギの吸収の結果生じるエネルギ損失と略々一致する1次伝播軸に沿って超
音波エネルギを付加する集束角度を選択することを含む請求項56記載の方法。
58. The step of configuring the array comprises selecting a focusing angle at which the ultrasonic energy is applied along a primary propagation axis substantially coincident with an energy loss resulting from absorption of the ultrasonic energy by air. 57. The method of claim 56, comprising:
【請求項59】 前記アレイを構成する前記ステップが、選択された空間領
域における計算されたエネルギ損失と略々一致するように集束角度を選択するこ
とに基いて吸収による超音波エネルギ損失を計算する更なるステップを含む請求
項58記載の方法。
59. The step of constructing the array calculates ultrasound energy loss due to absorption based on selecting a focusing angle to approximately match the calculated energy loss in a selected spatial domain. 59. The method of claim 58, comprising the further step.
【請求項60】 前記主伝搬軸に関して0.1ないし5度の範囲内の集束角
度を選択する更に特定のステップを含む請求項58記載の方法。
60. The method of claim 58, further comprising the step of selecting a convergence angle within a range of 0.1 to 5 degrees with respect to said main propagation axis.
【請求項61】 前記主伝搬軸に関して約3度の集束角度を選択する更に特
定のステップを含む請求項58記載の方法。
61. The method of claim 58, further comprising the step of selecting a convergence angle of about 3 degrees with respect to said main propagation axis.
【請求項62】 オーディオ出力または亜音波出力の生成のため周囲の空気
中へパラメータ的すなわち超音波圧縮波を放出するトランスジューサ・スピーカ
構成装置であって、 側壁面と、第1および第2の対向する端部を持つ略々中空のドラムと、 前記ドラムの第1の端部に取付けられ、該ドラムから遠い方向に配向された外
面と前記ドラムの内部キャビティに向けて配置された内面とを持ち、該外面と内
面との間に延長する複数の開口を持つ中実のエミッタ・プレートと、 前記エミッタ・プレートの開口に跨がって配置された薄い圧電フィルムと、 前記圧電フィルムに結合されて印加される電気的入力を生じる電気的接点と、 前記ドラムに結合され、前記圧電フィルムにおいて印加される電気的入力にお
ける変化に応答して伸縮可能な弧状のエミッタ形態へ前記フィルムを拡張させる
ため、前記開口における薄いフィルムに関して偏倚圧力を生じることにより、周
囲の環境に圧縮波を生じる圧力手段と、 を備える装置。
62. A transducer and loudspeaker arrangement for emitting parametric or ultrasonic compression waves into ambient air to produce an audio or subsonic output, comprising: a side wall surface and first and second opposed ends. A substantially hollow drum having an end that defines an outer surface facing the first end of the drum and oriented in a direction remote from the drum; and an inner surface disposed toward an interior cavity of the drum. A solid emitter plate having a plurality of openings extending between the outer surface and the inner surface; a thin piezoelectric film disposed across the openings in the emitter plate; and An electrical contact for providing an applied electrical input; an arc coupled to the drum and extensible in response to a change in the applied electrical input at the piezoelectric film. For expanding the film to the emitter forms, causing the biasing pressure with respect to a thin film in the opening, the device comprising a pressure means for producing a compression wave in the surrounding environment.
【請求項63】 前記エミッタ・プレートを貫通して延在する丸い開口を備
え、前記圧力手段が、弧状のエミッタ形態における前記開口内の薄いフィルムを
拡張するよう動作可能である請求項62記載の装置。
63. The method of claim 62, further comprising a round opening extending through the emitter plate, wherein the pressure means is operable to expand a thin film in the opening in an arcuate emitter configuration. apparatus.
【請求項64】 前記圧力手段が、前記薄いフィルムを前記ドラムの内部キ
ャビティへ向けて弧状のエミッタ形態になるよう該薄いフィルムを引込むように
薄いフィルムに負圧を生じるための内部キャビティ内の真空手段を含む請求項6
3記載の装置。
64. A vacuum means in the internal cavity for creating a negative pressure in the thin film such that the pressure means draws the thin film into an arcuate emitter configuration toward the internal cavity of the drum. Claim 6.
3. The device according to 3.
【請求項65】 前記支持手段が、前記エミッタ・プレートの開口と共に整
合状態にある開口を持つマスク・プレートを含み、前記フィルムが前記エミッタ
・プレートと前記マスク・プレートとの間に挟持される請求項64記載の装置。
65. The support means includes a mask plate having an opening aligned with the opening of the emitter plate, the film being sandwiched between the emitter plate and the mask plate. Item 64. The apparatus according to Item 64.
【請求項66】 前記圧力手段が、前記薄いフィルムを前記エミッタ・プレ
ートから遠ざかる方向へ前記弧状のエミッタ形態へ押入れるように該薄いフィル
ムに正圧を生じる手段を含む請求項62記載の装置。
66. The apparatus of claim 62, wherein said pressure means includes means for creating a positive pressure on said thin film to push said thin film away from said emitter plate into said arcuate emitter configuration.
【請求項67】 前記ドラムの第2の端部に結合された底部プレートと、該
ドラムの内部と周囲の環境との間の圧力差を生じることを可能にするようドラム
の内部キャビティを封止するスケーリング手段とを更に備える請求項63記載の
装置。
67. A bottom plate coupled to the second end of the drum and sealing the internal cavity of the drum to enable a pressure differential between the interior of the drum and the surrounding environment to occur. 64. The apparatus of claim 63, further comprising scaling means.
【請求項68】 前記電気的接点手段が、前記薄いフィルムの周部の上方に
これと電気的な接触状態で配置された導電性周部リングを含み、該リングが印加
電気的入力のため供給源に結合される請求項62記載の装置。
68. The electrical contact means includes a conductive peripheral ring disposed above and in electrical contact with the periphery of the thin film, the ring providing a supply for applied electrical input. 63. The device of claim 62, wherein the device is coupled to a source.
【請求項69】 前記薄いフィルムがニフッ化ビニリデン樹脂材料を含む請
求項63記載の装置。
69. The apparatus of claim 63, wherein said thin film comprises a vinylidene difluoride resin material.
【請求項70】 前記エミッタ・プレートは、狭い均一な間隔で隔てられた
少なくとも10個の開口を略々中心領域に持つディスクを含む請求項62記載の
装置。
70. The apparatus of claim 62, wherein the emitter plate comprises a disk having at least ten closely spaced openings in a generally central region.
【請求項71】 前記開口が最大密度となるように蜂の巣状パターンで配置
される請求項68記載の装置。
71. The apparatus of claim 68, wherein said openings are arranged in a honeycomb pattern for maximum density.
【請求項72】 前記ディスク内で受取られる逆方向波の衝撃を減じるため
前記ドラムの内部キャビティ内に配置された音響吸収材料を更に備える請求項6
6記載の装置。
72. The apparatus of claim 6, further comprising a sound absorbing material disposed within an interior cavity of the drum to reduce the impact of reverse waves received within the disk.
7. The apparatus according to 6.
【請求項73】 支持用後部プレートからの選択された周波数の4分の1波
長の距離だけ前記トランスジューサフィルムを隔てるステップを更に含む請求項
62記載の装置。
73. The apparatus of claim 62, further comprising the step of separating the transducer film from the supporting back plate by a distance of a quarter wavelength of the selected frequency.
【請求項74】 選択された前記周波数がキャリア周波数である請求項73
記載の装置。
74. The selected frequency is a carrier frequency.
The described device.
【請求項75】 超音波信号を前記圧電フィルムへ供給する超音波周波数生
成手段と、 超音波信号へ変調されるべきオーディオ信号を供給する音波周波数生成手段と
、 前記超音波周波数生成手段と前記音波周波数生成手段とに結合されて、変調音
波波と共に超音波キャリア波を生じる変調手段と、 前記変調手段に結合されて、前記エミッタ・プレートにおける対応圧縮波の生
成をシミュレートするため前記圧電フィルムへ前記キャリア波と変調音波波とを
供給する伝送手段と、 を更に備える請求項62記載の装置。
75. An ultrasonic frequency generator for supplying an ultrasonic signal to the piezoelectric film, an acoustic frequency generator for supplying an audio signal to be modulated into an ultrasonic signal, the ultrasonic frequency generator and the sound wave A modulating means coupled to the frequency generating means to produce an ultrasonic carrier wave with the modulated sound wave; and a modulating means coupled to the modulating means to the piezoelectric film to simulate the generation of a corresponding compression wave at the emitter plate. 63. The apparatus of claim 62, further comprising: transmission means for providing the carrier wave and the modulated acoustic wave.
【請求項76】 前記変調手段が振幅変調装置を含む請求項71記載の装置
76. The apparatus according to claim 71, wherein said modulating means comprises an amplitude modulator.
【請求項77】 異なる値の少なくとも2つの超音波周波数から少なくとも
1つの新たな音波周波数または亜音波周波数を間接的に生成するシステムであっ
て、 第1の端部と第2の端部と中間の側壁面とを持つ略々中空のドラムと、 前記ドラムの第1の端部に結合され、外面と内面とを持ち、該内面から前記外
面へ延在する複数の開口を含むエミッタ・プレートと、 前記ドラムの前記第2の端部に結合され、前記中空のドラムの第2の端部を封
止するように配置される後部カバーと、 複数の前記開口の上方で前記エミッタ・プレートに載置された電気的に応答す
る隔フィルムと、 前記エミッタ・プレートと前記隔フィルムとに塗布されて、前記開口における
隔フィルムを、印加電気的入力に応答して超音波周波数範囲内の圧縮波を生じる
ことが可能な弧状のエミッタ形態へ拡張する圧力手段と、 前記隔フィルムに結合されて、複数の前記開口および関連する弧状のエミッタ
形態において、(i)第1の超音波と(ii)該第1の超音波周波数と圧縮可能な
伝送媒体内で相互作用して音響帯域幅内の差の周波数を伝搬する第2の超音波周
波数とを同時に伝搬するように、超音波周波数エミッタとして働く振動応答を生
じる電気的入力手段と、 を備えるシステム。
77. A system for indirectly generating at least one new acoustic or subsonic frequency from at least two ultrasonic frequencies of different values, the system comprising a first end, a second end, and a middle end. A substantially hollow drum having a sidewall surface; and an emitter plate coupled to the first end of the drum and having an outer surface and an inner surface, the emitter plate including a plurality of openings extending from the inner surface to the outer surface. A rear cover coupled to the second end of the drum and arranged to seal a second end of the hollow drum; and a rear cover mounted on the emitter plate above the plurality of openings. An electrically responsive diaphragm film disposed on the emitter plate and the diaphragm film, wherein the diaphragm film at the aperture is subjected to compression waves within an ultrasonic frequency range in response to an applied electrical input. Arising Pressure means extending to an arcuate emitter configuration that is capable of being coupled to said barrier film, wherein said plurality of apertures and associated arcuate emitter configuration comprises: (i) a first ultrasonic wave; and (ii) said first ultrasonic wave. The ultrasonic response acting as an ultrasonic frequency emitter so as to simultaneously propagate the ultrasonic frequency of the second and the second ultrasonic frequency that propagates the difference frequency within the acoustic bandwidth by interacting in the compressible transmission medium. And a resulting electrical input means.
【請求項78】 電気的入力手段が前記隔フィルムに結合された変調手段を
含み、これにより入力の超音波周波数と音波周波数の変調出力として第1および
第2の超音波周波数を生じるように前記電子信号を供給し、前記第1および第2
の超音波周波数が少なくとも1つの新たな音波周波数または亜音波周波数に等し
い値の差を持つ請求項77記載のシステム。
78. An electrical input means including a modulating means coupled to said barrier film, such that said input ultrasonic frequency and said modulated ultrasonic wave frequency output produce first and second ultrasonic frequencies. Providing an electronic signal, wherein said first and second
78. The system of claim 77, wherein the ultrasonic frequencies of the plurality have a difference equal to at least one new acoustic or subsonic frequency.
【請求項79】 超音波放射からオーディオ出力を空気中へ生成するエミッ
タであって、前記隔フィルムの表面に跨がって配置され、超音波周波数に対応す
る電子信号に応答して超音波圧縮波を空気中へ生じるよう構成された複数の弧状
のエミッタ形態を有するエミッタ。
79. An emitter for producing audio output into the air from ultrasonic radiation, the emitter being disposed over a surface of the barrier film, and being ultrasonically responsive to an electronic signal corresponding to an ultrasonic frequency. An emitter having a plurality of arcuate emitter configurations configured to generate waves into the air.
【請求項80】 前記隔フィルムに結合されて、該隔フィルムを前記弧状の
エミッタ形態で支持して超音波圧縮波を空気中へ放出する支持プレートを更に備
える請求項79記載のエミッタ。
80. The emitter of claim 79, further comprising a support plate coupled to said barrier film for supporting said barrier film in said arcuate emitter configuration and emitting ultrasonic compression waves into air.
【請求項81】 前記支持プレートが、弧状のエミッタ形態が印加電圧に応
答して開口上の前記隔フィルムの曲率を変更するよう収縮することを許容する、
前記エミッタ形態と整合された開口を含む請求項79記載のエミッタ。
81. The support plate allows the arcuate emitter configuration to contract to change the curvature of the barrier film over the aperture in response to an applied voltage.
80. The emitter of claim 79, including an aperture aligned with the emitter configuration.
【請求項82】 前記支持プレートと隔フィルムとが、超音波圧縮波の均一
な波面を生じるように構成される請求項80記載のエミッタ。
82. The emitter of claim 80, wherein the support plate and the barrier film are configured to create a uniform wavefront of the ultrasonic compression wave.
【請求項83】 前記隔フィルムの弧状形態が該隔フィルムから平行軸に沿
って圧縮波を放出するように整合される請求項82記載のエミッタ。
83. The emitter of claim 82, wherein the arcuate features of said barrier film are matched to emit compression waves from said barrier film along a parallel axis.
【請求項84】 前記開口が、支持プレートに支持された隔フィルムのエミ
ッタ形態と整合される共通の大きさで構成される請求項81記載のエミッタ。
84. The emitter of claim 81, wherein said openings are of a common size that is matched to the emitter configuration of the barrier film supported on the support plate.
【請求項85】 前記圧電隔フィルムが、前記隔フィルムのエミッタ形態の
全てに印加される1つの信号を受取るための電気的接点を含み、これにより超音
波放出内の調波および位相の歪みを最小化する請求項79記載のエミッタ。
85. The piezoelectric diaphragm includes electrical contacts for receiving one signal applied to all of the emitter forms of the diaphragm, thereby reducing harmonic and phase distortion in the ultrasonic emission. 80. The emitter of claim 79, wherein said emitter is minimized.
【請求項86】 前記隔フィルムのエミッタ形態は、大きさ、曲率および組
成が均等である請求項79記載のエミッタ。
86. The emitter of claim 79, wherein the emitter configuration of the barrier film is uniform in size, curvature, and composition.
【請求項87】 前記エミッタ形態が、蜂の巣形態における前記隔フィルム
の表面に跨がって配置される請求項79記載のエミッタ。
87. The emitter of claim 79, wherein said emitter configuration is disposed over a surface of said barrier film in a honeycomb configuration.
【請求項88】 前記開口が前記隔フィルムの運動を許容する請求項80記
載のエミッタ。
88. The emitter of claim 80, wherein said aperture allows movement of said barrier film.
【請求項89】 前記圧電隔フィルムが、等方性特性を持つニフッ化ビニリ
デン樹脂組成から作られる請求項79記載のエミッタ。
89. The emitter of claim 79, wherein said piezoelectric barrier film is made from a vinylidene difluoride resin composition having isotropic properties.
【請求項90】 前記圧電隔フィルムが、非等方性特性を持つ組成から作ら
れる請求項79記載のエミッタ。
90. The emitter of claim 79, wherein said piezoelectric barrier film is made from a composition having anisotropic properties.
【請求項91】 支持プレートと、非リニア空気媒体に対する超音波圧縮波
の放出のための超音波エミッタ・アレイを持つ圧電薄いフィルムとを含むパラメ
トリック・スピーカ。
91. A parametric loudspeaker comprising a support plate and a piezoelectric thin film having an array of ultrasonic emitters for emitting ultrasonic compression waves to a non-linear air medium.
【請求項92】 前記超音波エミッタ・アレイが、前記圧電フィルムに跨が
って配置された弧状エミッタ・セルのアレイを含む請求項91記載のパラメトリ
ック・スピーカ。
92. The parametric loudspeaker of claim 91, wherein said ultrasonic emitter array comprises an array of arcuate emitter cells disposed across said piezoelectric film.
【請求項93】 前記圧電フィルムがニフッ化ビニリデン樹脂を含む請求項
92記載のパラメトリック・スピーカ。
93. The parametric speaker according to claim 92, wherein the piezoelectric film includes a vinylidene difluoride resin.
【請求項94】 パラメトリック・スピーカであって、 印加された可変電圧に応答して超音波信号へ変調される所望の音波信号を含む
超音波信号を放出する静電エミッタフィルムと、 前面と中間心部と後面とを持つ第1の発泡部材と、 を備え、 少なくとも前記前面が、前記静電フィルムを支持するのに充分な硬度を持ち、
かつ所望のオーディオ信号を供給するため前記前面への可変電圧の印加を可能に
する導電性特性を含む組成からなり、 前記前面が、各キャビティを画定する周囲の壁面構造を持つ小さなキャビティ
を含む表面を含み、前記周囲の壁面構造が前記発泡部材の前面と略々一致する接
触縁部で終わり、 前記静電フィルムを前記発泡部材の前面に対して塗布するフィルム塗布手段と
、 前記フィルムが前記前面により直接支持されるように、前記フィルムを該前面
の接触縁部と直接的な接触状態に偏倚させる偏倚手段と、 音波信号を含む超音波信号を前記エミッタフィルムへ供給する信号源と、 音波信号を含む可変電圧を供給するため前記信号源をスピーカ装置に結合する
結合手段と、 を備えるパラメトリック・スピーカ。
94. A parametric loudspeaker, comprising: an electrostatic emitter film that emits an ultrasonic signal including a desired sound signal that is modulated into an ultrasonic signal in response to an applied variable voltage; A first foam member having a portion and a rear surface, wherein at least the front surface has a hardness sufficient to support the electrostatic film;
And a surface comprising a small cavity having a peripheral wall structure defining each cavity, said surface comprising a composition including conductive properties that allow a variable voltage to be applied to said front surface to provide a desired audio signal. A film application means for applying the electrostatic film to the front surface of the foam member, wherein the film is formed on the front surface of the foam member. Biasing means for biasing the film into direct contact with the contact edge of the front surface so as to be directly supported by the signal source; a signal source for supplying an ultrasonic signal including a sound signal to the emitter film; Coupling means for coupling the signal source to a loudspeaker device to supply a variable voltage comprising: a parametric loudspeaker.
【請求項95】 前面と中間心部と後面とを持つ第2の発泡部材を更に備え
、前記第2の発泡部材の前記前面(第2の前面と呼ぶ)が、前記第1の発泡部材
から静電エミッタフィルムの反対側へ配置され、 前記第2の前面が、前面静電フィルムを支持するのに充分な硬度を持ち、かつ
前記第2の前面への可変電圧の印加を可能にして所望の音波信号を供給する導電
性特性を含む組成からなり、 前記第2の前面が、各キャビティを画定する周囲の壁面構造をもつ小さなキャ
ビティを含む表面を含み、前面周囲の壁面構造が、前記発泡部材の前面と略々一
致する接触縁部で終わり、 静電フィルムを前記第2の発泡部材の前面へ塗布するフィルム塗布手段を備え
、 前記偏倚手段が、前記第2の発泡部材に結合されて、該フィルムが前記第2の
前面により直接支持されるように、前記第2の前面の接触縁部と直接接触する状
態に前記フィルムを偏倚させ、 前記結合手段が、前記信号源を前記音波信号を含む可変電圧を持つ前記第2の
前面に結合する手段を含み、 前記静電エミッタフィルムが、該フィルムがプッシュプル関係に可変電圧に対
する前記第1および第2の前面と容量的に応答することを可能にするために、前
記第1および第2の各発泡部材と接触しない関係の導電性層を含む 請求項94記載の装置。
95. A second foam member having a front surface, an intermediate portion, and a rear surface, wherein the front surface (referred to as a second front surface) of the second foam member is separated from the first foam member. The second front surface is located opposite the electrostatic emitter film, the second front surface having sufficient hardness to support the front electrostatic film, and capable of applying a variable voltage to the second front surface; Wherein the second front surface includes a surface including a small cavity having a peripheral wall structure defining each cavity, and the wall structure surrounding the front surface includes the foaming member. Ending at a contact edge substantially coincident with the front surface of the member, comprising film application means for applying an electrostatic film to the front surface of the second foam member, wherein the biasing means is coupled to the second foam member. The film is the second front surface Biasing the film in direct contact with the contact edge of the second front surface so as to be more directly supported, wherein the coupling means directs the signal source to a second voltage having a variable voltage including the acoustic signal; Means for coupling to the front surface of the device, wherein the electrostatic emitter film is capacitively responsive to the first and second front surfaces to a variable voltage in a push-pull relationship. 95. The apparatus of claim 94, further comprising a conductive layer in non-contact with the first and second foam members.
【請求項96】 前面と中間心部と後面とをもつ第2の発泡部材を更に備え
、該第2の発泡部材の前記前面(第2の前面と呼ぶ)が、前記第1の発泡部材か
らの静電エミッタフィルムの反対側に配置され、 前記第2の発泡部材が、前記静電フィルムを支持するのに充分な硬度を持ち、
かつ所望の音波信号を供給するように可変電圧の印加を可能にする導電性特性を
含む組成からなり、 前記第2の前面が、各キャビティを画定する周囲の壁面構造を持つ小さなキャ
ビティを含む表面を含み、該周囲の壁面構造が、前記発泡部材の前面と略々一致
する接触縁部で終わり、 静電フィルムを前記第2の発泡部材の前面へ印加するフィルム印加手段を更に
備え、 前記偏倚手段が、前記第2の発泡部材に結合されて、前記フィルムが前記第2
の前面により直接支持されるように、該第2の前面の接触縁部と直接接触状態に
前記フィルムを偏倚させ、 前記結合手段が、音波信号を含む可変電圧を持つ前記第2の発泡部材に対して
信号源を結合する手段を含む 請求項94記載の装置。
96. The apparatus further comprises a second foam member having a front surface, an intermediate portion, and a rear surface, wherein the front surface (referred to as a second front surface) of the second foam member is separated from the first foam member. Wherein the second foamed member has a hardness sufficient to support the electrostatic film,
And a surface comprising a small cavity having a peripheral wall structure defining each cavity, wherein the second front surface comprises a composition including conductive properties that enable the application of a variable voltage to provide a desired acoustic signal. And a film application means for applying an electrostatic film to the front surface of the second foam member, wherein the peripheral wall structure terminates at a contact edge substantially coincident with the front surface of the foam member. Means are coupled to the second foam member so that the film is
Biasing the film in direct contact with a contact edge of the second front surface so as to be directly supported by the front surface of the second foam member having a variable voltage including a sound signal. 95. The apparatus of claim 94, further comprising means for coupling a signal source thereto.
【請求項97】 前記静電エミッタフィルムが、該フィルムがプッシュプル
関係において前記可変電圧に対する前記第1および第2の前面と容量的に応答す
ることを可能にするために、前記第1および第2の各発泡部材と接触関係に偏倚
された導電性層を含む請求項96記載の装置。
97. The first and second electrostatic emitter films to allow the film to respond capacitively with the first and second front surfaces to the variable voltage in a push-pull relationship. 97. The apparatus of claim 96, further comprising a conductive layer biased in contact with each of the two foam members.
【請求項98】 非リニア媒体として空気中に音波信号または亜音波信号を
生じるため複数の超音波周波数の相互作用に基いてパラメトリック出力を生成す
るエミッタ装置であって、 前記心部材に隣接して第1の磁界を確保する手段を持つ心部材と、 前記心部材に沿って延在し、前記心部材に関して前記第1の磁界の強い部分内
での振動板の意図された範囲の直角方向の変位を許容するよう心部材から短い分
離距離だけ変位された可動フィルム振動板と、 前記可動振動板に載置された少なくとも1つの小質量の平坦な導通コイルであ
って、該コイルの両端に電流が流れることを可能にするため第1および第2の接
点を含む導通コイルと、 少なくとも1つの前記コイルへ可変電流を供給して、超音波周波数範囲を含む
ように調整される一連の圧縮波を生じるために、前記第1の磁界と可変に相互作
用して所望の周波数で前記振動板を吸引排斥する第2の磁界を生じる手段と、 を備える装置。
98. An emitter device for producing a parametric output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies to produce an acoustic or subsonic signal in air as a non-linear medium, wherein the emitter device is adjacent to the core member. A core member having means for securing a first magnetic field; extending along the core member and perpendicular to an intended area of the diaphragm within the strong portion of the first magnetic field with respect to the core member; A movable film diaphragm displaced by a short separation distance from a core member to allow displacement, and at least one small mass flat conducting coil mounted on the movable diaphragm, wherein current is applied to both ends of the coil. A conductive coil including first and second contacts to allow the flow of a current, and a variable series of current supplied to at least one said coil to be adjusted to include an ultrasonic frequency range. To produce Chijimiha, the first magnetic field and variably interact with desired and means to produce a second magnetic field for sucking reject the diaphragm at the frequency.
【請求項99】 永久磁石が、前記エミッタ装置の活性状態の放出面の大き
さより僅かに大きい大きさを持つ堅牢な磁性体のプレートを含む請求項98記載
の装置。
99. The apparatus of claim 98, wherein the permanent magnet comprises a rigid magnetic plate having a size slightly greater than the size of the active emission surface of the emitter device.
【請求項100】 前記心部材が、非磁性組成から形成された堅牢なプレー
トを含み、該プレートの片面が、対向する導通コイルへの電流の流れを可能にす
るため第1および第2の接点を持つ少なくとも1つの対向導通コイルを含む請求
項98記載の装置。
100. The core member includes a rigid plate formed of a non-magnetic composition, one side of the plate having first and second contacts to allow current flow to opposing conducting coils. 100. The apparatus of claim 98, comprising at least one opposed conducting coil having
【請求項101】 少なくとも1つの前記対向導通コイルが、前記可動振動
板上の少なくとも1つの前記導通コイルに対して並置されて、圧縮波を生じるよ
うに少なくとも1つの前記導通コイルと少なくとも1つの前記対向導通コイルが
その各々から各磁界を生じることを可能にする堅牢なプレートの場所に配置され
る請求項100記載の装置。
101. The at least one opposing conducting coil is juxtaposed to the at least one conducting coil on the movable diaphragm to produce a compression wave with the at least one conducting coil and at least one of the at least one conducting coil. 110. The apparatus of claim 100, wherein the opposing conducting coils are located at a location of a rigid plate that allows each to generate a respective magnetic field from each.
【請求項102】 前記振動板が薄いフィルムを含み、少なくとも1つの前
記コイルが前記フィルムの片面に載置される請求項98記載の装置。
102. The apparatus of claim 98, wherein said diaphragm comprises a thin film and at least one said coil is mounted on one side of said film.
【請求項103】 前記フィルムがその面に等方性特性を持つポリマーを含
み、印加された張力に対する均一な応答を生じる請求項102記載の装置。
103. The apparatus of claim 102, wherein said film comprises a polymer having isotropic properties on its surface, resulting in a uniform response to applied tension.
【請求項104】 少なくとも1つの前記導通コイルが複数のボイスコイル
を含み、各ボイスコイルが、前記振動板と接触状態の支持周部を含み、隣接コイ
ルから各コイルにおける振動板の変位を実質的に隔離する手段を提供する請求項
98記載の装置。
104. The at least one conductive coil includes a plurality of voice coils, each voice coil includes a support periphery in contact with the diaphragm, and substantially displaces the diaphragm in each coil from an adjacent coil. 100. The apparatus of claim 98, wherein the apparatus provides means for isolating the device.
【請求項105】 前記コイルを隔離する支持周部が、前記振動板に隣接す
る心部材の表面に複数の開口した変位キャビティを画定する格子形態を含み、各
キャビティが前記導通コイルの1つと整合される請求項104記載の装置。
105. The support perimeter isolating the coil includes a grid configuration defining a plurality of open displacement cavities on a surface of a core member adjacent the diaphragm, each cavity aligned with one of the conductive coils. 105. The apparatus of claim 104, wherein
【請求項106】 前記第1の磁界を提供する前記手段が、前記第2の磁界
を生じるよう印加された可変電流と逆位相の関係で前記心部材の少なくとも1つ
のコイルへの可変電流を持つことにより、超音波周波数範囲を含むよう調整され
る一連の圧縮波を生じるために前記振動板の吸引排斥を強化する請求項105記
載の装置。
106. The means for providing the first magnetic field has a variable current to at least one coil of the core member in anti-phase relationship with a variable current applied to produce the second magnetic field. 106. The apparatus of claim 105, wherein the apparatus enhances suction rejection of the diaphragm to produce a series of compression waves tuned to include an ultrasonic frequency range.
【請求項107】 非リニア媒体として空気中に音波信号または亜音波信号
を生じるように、複数の超音波周波数の相互作用に基いてパラメトリック出力を
生成するが、典型的な静電振動板運動の比較的小さな運動に比較して比較的大き
な振動板の変位の能力を有する方法であって、 (a)支持用心部材に隣接して第1の磁界を提供するステップと、 (b)少なくとも1つの導通コイルを、前記心部材に沿って延在して心部材に
関して可動振動板の意図された直角方向の変位範囲を許容するよう該心部材から
短い分離距離だけ前記第1の磁界の強い部分内で変位される可動振動板へ添付す
るステップと、 (c)超音波周波数範囲を含むよう調整される一連の圧縮波を生じるために、
前記振動板を所望の周波数で吸引排斥するよう前記第1の磁界と可変に相互作用
する第2の磁界を生じるために可変電流を少なくとも1つのコイルへ供給するス
テップと、 を含む方法。
107. Produce a parametric output based on the interaction of multiple ultrasonic frequencies to produce an acoustic or subsonic signal in air as a non-linear medium, but with a typical electrostatic diaphragm motion. A method having a relatively large diaphragm displacement capability as compared to a relatively small motion, comprising: (a) providing a first magnetic field adjacent a support core; and (b) at least one A conducting coil extends along the core member within a strong portion of the first magnetic field a short separation distance from the core member to allow an intended orthogonal displacement range of the movable diaphragm with respect to the core member. Attaching to a movable diaphragm that is displaced by: (c) to produce a series of compression waves that are adjusted to include an ultrasonic frequency range;
Supplying a variable current to at least one coil to produce a second magnetic field variably interacting with the first magnetic field to attract and reject the diaphragm at a desired frequency.
【請求項108】 非リニア媒体として空気中に音波信号または亜音波信号
を生じるよう複数の超音波周波数の相互作用に基いてパラメトリック出力を生成
するが、典型的な静電振動板運動と比較して比較的大きな振動板の変位で広い周
波数範囲の容量を有する超音波エミッタ装置であって、 前記心部材に隣接して可変磁界を確保するための手段を有する心部材と、 前記心部材に沿って緊張状態で配置され、前記心部材に関して前記可変磁界の
強い部分内で意図された範囲の直角方向の変位を許容するように、該心部材から
短い分離距離だけ変位される可動振動板と、 超音波周波数範囲を含むよう調整される一連の圧縮波の生成のために所望の周
波数における前記心部材の可変磁界により排斥される反対方向の対抗磁気作用力
を生じる方向に電流の流れを可能にするため可動振動板に載置された少なくとも
1つの導電性リングと、 を備える装置。
108. A method for generating a parametric output based on the interaction of a plurality of ultrasonic frequencies to produce an acoustic or subsonic signal in air as a non-linear medium, but comparing to typical electrostatic diaphragm motion. An ultrasonic emitter device having a displacement of a relatively large diaphragm and having a capacitance in a wide frequency range, comprising: a core member having means for securing a variable magnetic field adjacent to the core member; A movable diaphragm disposed in a tensioned position and displaced a short separation distance from the core member to allow for an intended range of orthogonal displacements within the strong portion of the variable magnetic field with respect to the core member; In a direction to produce opposing opposing magnetic forces rejected by the variable magnetic field of the core member at the desired frequency for the generation of a series of compression waves tuned to include the ultrasonic frequency range. At least one conductive ring mounted on the movable diaphragm to allow current flow.
【請求項109】 前記心部材が電磁石を含む請求項108記載の装置。109. The apparatus of claim 108, wherein said core member comprises an electromagnet. 【請求項110】 前記堅牢なプレートが、前記可動振動板に最も隣接した
プレート表面に沿って均一な可変磁界を持つ平坦なプレートを含む請求項109
記載の装置。
110. The rigid plate includes a flat plate having a uniform variable magnetic field along a plate surface closest to the movable diaphragm.
The described device.
【請求項111】 前記心部材が非磁性体で形成された堅牢なプレートを含
み、該プレートの片面が、前記導通コイルにおける電流の流れを可能にするため
第1および第2の接点を持つ少なくとも1つの対向する導通コイルを含む請求項
108記載の装置。
111. The core member includes a rigid plate formed of a non-magnetic material, at least one side of the plate having first and second contacts to allow current flow in the conducting coil. 111. The device of claim 108, comprising one opposed conducting coil.
【請求項112】 少なくとも1つの前記導通コイルが、前記可動振動板に
おける少なくとも1つの導電性リングに並置される前記堅牢なプレートの場所に
載置され、少なくとも1つの前記導通コイルと少なくとも1つの前記対向する導
電性リングとが前記圧縮波を生じるよう相互作用する逆の磁界を生じることを可
能にする請求項111記載の装置。
112. At least one said conducting coil is mounted at a location of said rigid plate juxtaposed with at least one conductive ring on said movable diaphragm, wherein at least one said conducting coil and at least one said 112. The apparatus of claim 111, wherein the apparatus allows for generating an opposing magnetic field that interacts with an opposing conductive ring to generate the compression wave.
【請求項113】 前記振動板が薄いフィルムを含み、少なくとも1つの前
記リングが前記薄いフィルムの片側に載置される請求項108記載の装置。
113. The apparatus of claim 108, wherein said diaphragm comprises a thin film and at least one said ring rests on one side of said thin film.
【請求項114】 前記薄いフィルムがその表面に、印加される張力に対す
る均一な応答を生じる等方性の弾性特性を持つポリマーを含む請求項111記載
の装置。
114. The apparatus of claim 111, wherein the thin film comprises a polymer having isotropic elastic properties on its surface that produces a uniform response to applied tension.
【請求項115】 超音波放出の音響ヘテロダイン作用により電子信号をオ
ーディオ出力へ変換する超音波エミッタ装置であって、 予め定めた大きさのキャビティ列を含む頂面を有し、超音波周波数範囲内のキ
ャリア周波数として動作可能な少なくとも1つの共振周波数の強調のための手段
を含む堅牢な心部材と、 前記心部材の頂面に静電界を生じる手段と、 前記頂面に沿って前記心部材のキャビティに跨がって緊張状態で配置され、前
記心部材のキャビティ上で磁界の強い部分内に配置される前記振動板の放出セク
タの意図された範囲すなわち直角方向の変位を許容する弾性を有する誘電性振動
板と、 前記振動板の1つの面に印加され、前記心部材から電気的に絶縁された導電性
媒体と、 前記導電性媒体に結合されて、前記心部材の電界と相互作用する可変電界を前
記振動板へ印加することを可能にし、オーディオ出力を生じるように非リニア空
気媒体内に復調される一連の前記超音波圧縮波を伝搬する、所望の超音波周波数
内で前記振動板の放出セクターから出る一連の超音波圧縮波を生じる変調手段と
、 を備える装置。
115. An ultrasonic emitter device for converting an electronic signal into an audio output by an acoustic heterodyne effect of ultrasonic emission, having a top surface including a row of cavities of a predetermined size, and within an ultrasonic frequency range. A stiff core member including means for enhancing at least one resonance frequency operable as a carrier frequency of the core member; a means for generating an electrostatic field on a top surface of the core member; It is arranged in tension over the cavity and has resilience to allow the intended range of the emission sector of the diaphragm, i.e., a right angle displacement, which is arranged in a strong magnetic field above the cavity of the core member. A dielectric diaphragm; a conductive medium applied to one surface of the diaphragm and electrically insulated from the core member; and an electric field of the core member coupled to the conductive medium. Within a desired ultrasonic frequency, which allows a variable interacting electric field to be applied to the diaphragm, propagating a series of said ultrasonic compression waves that are demodulated into a non-linear air medium to produce an audio output. A modulating means for producing a series of ultrasonic compression waves emerging from the emission sector of the diaphragm.
【請求項116】 前記心部材が、共通の共振周波数に略々同調される均一
な凹状の形態を持つキャビティ列を含む請求項115記載の装置。
116. The apparatus of claim 115, wherein the core member includes a row of cavities having a uniform concave configuration substantially tuned to a common resonance frequency.
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