JP2003102084A

JP2003102084A - 音源構成装置

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Publication number: JP2003102084A
Application number: JP2001285330A
Authority: JP
Inventors: Yoshimichi Yonezawa; 義道米沢
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】指向性のある音波を発生する音源構成装置で
あって奥行きが小さく且つ反射波の干渉やトランスジュ
ーサの進路妨害が起こり難い装置の提供。【解決手段】可聴音域の周波数で振幅変調した超音波
信号６１を発信するトランスジューサ１０と超音波６１
を聴者の側に向かって反射させる反射面を備えた終端音
響反射部材２１とを有する音源構成装置１であって、上
記反射面は円錐形の内面を構成する曲面からなる。反射
波６２はその進路前方又は後方の有限遠又は無限遠の位
置において収束する進行波となる。トランスジューサ１
０と終端音響反射部材２１との間に中継音響反射手段を
配置してもよい。上記可聴音波と関連づけられた可視光
線の光学的信号を超音波６２と並進させる映像発信機を
設けても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、振幅変調された超音波から人間
が聴取可能な音域の音信号を復調、生成する音源装置に
関するものであり、特に、鋭い指向性のある無形の音源
を空中に構成したり、ビーム状の音波を生成して特定の
聴者に限定して聴取可能とするエリア限定通信用音源装
置に適した音源装置に関する。

【０００２】

【従来技術】空間を媒介とする音響による交信は人類が
始まって以来行っているものであるが、例えば人間の口
を音源という観点から見れば指向性の悪いスピーカであ
り、秘話性に乏しく傍受が容易であり、且つ周囲の第三
者に対しては騒音として影響を与えるなど通常の音響交
信は交信目的によっては欠点の多いコミュニケーション
方式である。現代社会における音響による交信の現況を
考えるとプライバシーを保護したい場面もあり、逆の観
点からすれば聞きたくない他人同士の情報が一般の場所
に不必要に溢れている場合も多い。

【０００３】例えば、視覚障害者等が現金自動受払機
（ATM）を操作しようとする場合に、健常者の場合はス
クリーンに示す情報や次操作の指示等によりATM操作を
行えばよいが、視覚障害者が一人で操作を行うには通常
のスピーカを用いての情報伝達手段をとれば、順番待ち
の後続者や周囲の人にも同時に情報が聞かれてしまうと
いう不具合がある。また、最近のコンピュータ機器で
は、音声のやり取りにより対話式に操作を進めるものも
可能になってきているが、操作者の周りの人に内容が聞
き取られればプライバシイの保護に欠けることになり、
聞きたくない人に取っては上記音声情報は不必要な雑音
でしかない。

【０００４】このような問題点に鑑み、従来から特定の
空間領域にのみ音を伝達する方法が様々に検討されてき
た。例えば、一つの方式は、平面上に超音波トランスジ
ューサを配列して所謂２次元のトランスジューサアレイ
を構成し、可聴音波により振幅変調した超音波をビーム
状に発射する方式がある。この方式は、可聴音により振
幅変調された超音波が空間を伝播する間に復調されて可
聴音成分が派生するパラメトリックアレイ効果を利用す
るものである。

【０００５】しかし、以前から良くあるこの方式では、
個々のトランスジューサから放射される超音波を収束さ
せておらず、平行に進むビーム状の超音波が放射され
る。即ち、同じ方向に超音波を放射するトランスジュー
サユニットを平面上に多数集積しただけのトランスジュ
ーサアレイであり、放射された超音波が進行過程で復調
されて発生する可聴音波もビーム状になる。そして、個
々のトランスジューサユニットの音波エネルギーは、隣
接するトランスジューサユニットとの干渉によりビーム
に寄与する音波のエネルギーは個々のトランスジューサ
の中心部の音波が主力でありはなはだ効率が悪いもので
ある。

【０００６】聴者を限定することを意図した他の方式
は、通常のスピーカを用いる方式であり、例えば、可聴
音源（スピーカ）を平面的あるいは線状に配列すると共
にその音波（可聴音）の放射方向を整え、且つそのエッ
ジ部分の音源の位相を反転させるなどして可聴音の聞こ
える範囲を限定的にしたり局所的に音を強めたりするも
のである。

【０００７】例えば、天井部から放射される可聴音波を
一定のエリア内でのみ聴取できるようにしたり、TVを受
聴する場合において軽度の難聴者の居る付近だけを付加
的に音量を高めた環境となるようにする等の目的に使用
されている。例えば、松下電器社製の商品名「エンハン
ススピーカ」は、難聴者が家族内にいる場合に難聴者が
家族と一緒にテレビを聴取できることを目的とする局所
的な音圧強化用のスピーカである。しかしながらこれら
の方式では、スピーカが発生する音波は最初から波長の
長い可聴音波であるのでこれをビーム状に絞り込むため
には、例えば数メートルの横幅のスピーカアレイを構成
する必要があり装置が大型になる。更に、本発明が課題
としているような個人単位の聴取を可能とするナローパ
スの可聴音波を生成することは出来ない。

【０００８】そこで出願人は、パラメトリックアレイ効
果を効率よくするために、原音である超音波を特殊な曲
面を介して反射させることにより収束し、しかる後にパ
ラメトリックアレイ効果により可聴音を発生させる方式
を既に提案した（特開平７−１０７５８８号公報）。こ
の方式によれば、可聴音信号によって振幅変調した超音
波を例えば回転楕円体の内面の一方の焦点から同回転楕
円体内面の一部に向けて放射し、その音波が反射しても
う一つの焦点に収束し、再び発散する音波の進行過程を
利用する。

【０００９】この方法は、可聴音により振幅変調された
超音波が空間を伝播中に復調されて可聴音成分が派生す
るパラメトリックアレイ効果と、転楕円体の内面におい
て一方の焦点から発射された波は同内面で反射後もう一
方の焦点を通るという原理とを用いている。この方式で
は、トランスジューサの放射する超音波を効率よく収束
させうるのでパラメトリックアレイ効果によって復調し
た可聴音を比較的高い音圧レベルで聴くことができる。
しかも物理的に何もない空間の一点（超音波の収束点近
傍）が、聴者にとっては音の発信源と聞こえる所謂感覚
的な音源となる。そして、上記の感覚的な音源は無形の
空間的な存在であるために、聞く人の顔や耳の近傍に自
由に設定でき、個人的に限定して音響情報を聴取するた
めの音源構成装置として非常に優れた方式である。

【００１０】即ち、上記方式では、反射波が収束した後
の発散領域で音を聴取する事によってあたかも上記収束
点が感覚的に音源として聞えると共に、単一のトランス
ジューサから出る音波を曲面により再び収束させること
で音波エネルギーを有効に利用できるようになり、パラ
メトリックアレイ効果を利用した従来の音源装置におけ
る電気エネルギーから音響エネルギーへの変換効率が悪
いという欠点を克服するものである。

【００１１】なお、この場合において、適用する反射曲
面を回転放物面として、可聴音信号によって振幅変調し
た超音波の音源を上記放物面の焦点の位置に置けば、そ
の反射波は超音波のビームを形成するようになる。そし
て、この超音波ビームから派生する可聴音は、ビーム状
の可聴音となる（前記特開平７−１０７５８８号公
報）。

【００１２】

【解決しようとする課題】しかしながら、上記出願（特
開平７−１０７５８８号公報）による方式において、次
の様な課題が残されている。（１）回転楕円体の反射面を用いて超音波を収束させる
第一の方式では、その反射収束効率を高めるためには、
反射面の真正面から超音波を放射して当てる方法が好適
である（前記特開平７−１０７５８８号公報、図１参
照）。一方、大きな音圧を得るためには放射音源のトラ
ンスジューサを多数集積したものを使用する必要があ
り、放射音源の断面積が大きくなる。その結果、反射面
の真正面から超音波を放射すると、このトランスジュー
サが反射収束する超音波の進行経路にあるために反射音
波の進行に対して大きな障害物となるという問題があ
る。

【００１３】この場合、超音波放射音源が障害物となる
事を防ぐという観点からは回転楕円体の中心軸に対して
外れた位置に反射面を設定しその反射波を収束する方法
がある。しかしながら、このようにすると放射音源と反
射面とからなる超音波の放射収束部が非対称な構成とな
り、放射音源を包む筐体自体がバランスの良い形状にな
らず組み立てや調整も難しくなる。また、回転楕円体の
中心軸に対して外れた位置に反射面を置くと、位相の不
揃いや干渉により効率の良い反射収束とはならない場合
が多い。

【００１４】（２）一方、反射用の曲面を放物面とし、
超音波の音源を放物面の焦点に置くことによりビームの
反射波を形成し、これより派生する可聴音をビーム状に
する方式では、トランスジューサが進路を妨害するとい
う上記問題に加えて次のような欠点を有している。即
ち、上記音源構成装置は反射手段としての回転放物面を
用いその焦点位置に超音波音源を置くことになるが、こ
の構成は前後（軸方向）に距離を持つ奥行きの長い形状
になり、装置を薄型に出来ないという問題がある（前記
特開平７−１０７５８８号公報、図２参照）。このこと
は、上記音源構成装置を車内の天井など頭上に近いとこ
ろに設置したり、例えば通行人に聞かせる目的で奥行き
の少ない壁面に埋め込んだりする用途には不向きであ
る。更に、他の装置に上記音源構成装置を内蔵させて一
体の装置とする用途にも不向きである。

【００１５】本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、指
向性のある音波の発生装置であって、装置の奥行きを少
なくしてコンパクトにすることができると共に超音波の
進行路における干渉や進路妨害が起こり難く、且つ製造
加工がし易く波路の設計や調整の容易な音源構成装置を
提供しようとするものである。

【００１６】

【課題の解決手段】本願の発明は、可聴音域の周波数の
電気信号により超音波音域の周波数の電気信号を振幅変
調してなる電気信号を機械的振動に変換し音波を発信す
るトランスジューサと、上記トランスジューサから発信
された超音波を聴者の側に向かって反射させる終端音響
反射手段とを有する音源構成装置であって、上記終端音
響反射手段の反射面は、円錐形の内面を構成する単一又
は複数の曲面からなり、上記トランスジューサから放射
され上記反射面で反射された超音波の反射波はその進路
前方又は後方の有限遠又は無限遠の位置において収束す
る進行波の波面を有していることを特徴とする音源構成
装置にある。

【００１７】本発明にかかる音源構成装置は、可聴音域
の周波数の電気信号により超音波音域の周波数の電気信
号を振幅変調してなる電気信号を機械的振動に変換し超
音波を発信するトランスジューサと上記トランスジュー
サから発信された超音波を聴者の側に向かって反射させ
る終端音響反射手段とを有する。上記トランスジューサ
は、１個の超音波放射ユニットからなり単一の方向に超
音波を放射する単ユニットトランスジューサの他、上記
超音波放射ユニットを複数有し広角度に超音波を放射で
きるトランスジューサアレイがある。また、上記トラン
スジューサアレイには、放射ユニットを一線状にに並べ
た線状アレイや、面状に並べた二次元アレイ、更に奥行
き方向に段差を設けた三次元アレイ等がある。

【００１８】そして、本発明において特に注目すべき点
は、上記終端音響反射手段の反射面は、円錐形の内面を
構成する単一又は複数の曲面からなることである。上記
反射面は、円錐面の全体としても良いが、音波の当たら
ない部分は無駄な部分となるので通常は円錐面の一部分
で充分である（例えば図1に示すように円錐頂部を除い
たロート形状等）。

【００１９】円錐面は、幾何学的に単純な形状であるの
で反射波を所望の方向にするための超音波の進路の設計
が容易である。反射波の出射方向を変えるには、例えば
入射波の方向を固定（例えば入射波を常に円錐軸と垂直
の方向に取る）して円錐面の傾斜角を変えることにより
行うことができる。また、円錐面を一定の傾斜角に固定
した場合には入射波の円錐軸となす角度を調整すること
により反射波を任意の出射方向に変えることができる
（図９参照）。

【００２０】即ち、図９に示すように、反射面２０を４
５度の傾きにした場合には、符号イの様に入射波６１１
を円錐軸と直角に水平の方向から入射（入射角４５度）
させれば反射波６２１は円錐軸と平行方向に向かい、符
号ロの様に入射波６１２の入射角を４５度よりも小さく
すれば反射波６２２は収束する方向に向かう。そして、
符号ハの様に入射波６１３の入射角を４５度よりも大き
くすれば反射波６２３は発散する。いずれにしても、超
音波は横方向から反射面に入射し縦方向へ反射するか
ら、超音波が出射する方向に対して奥行きの小さい構成
とするすることができ、装置全体を薄型のコンパクトな
ものにすることができる。

【００２１】また、超音波の入射角と出射角の角度を９
０度に取れば、入射波と出射波相互の干渉が起こりにく
く超音波を効率良く出射させることができるが、入射角
と出射角の角度を９０度に設定することは極めて容易な
ことである。そして、円錐面を用いた場合は放物面や回
転楕円面を用いた場合に比べて超音波の入射方向と出射
方向が重なり合ったり接近したりすることがなく、トラ
ンスジューサが反射波（出射波）の進路を妨害するとい
ったことを回避できる。それ故、構成部材の配置が容易
となり組立や調整のやり易い構成にすることができる。
更に、円錐面は回転楕円面や放物面に比べて幾何学的に
単純で工作のし易い形状であり精度の高い加工や製造が
できる。

【００２２】そして、本発明にかかる音源構成装置は、
上記反射面で反射された超音波の反射波はその進路前方
又は後方の有限遠又は無限遠の位置において収束する進
行波を形成する。即ち、円錐面に入射した超音波の反射
波は、例えば前記図９の符号ロで示したように入射する
波６１２は、図１０に示すように反射後にその進路前方
の地点８１で一旦収束した後発散する進行波とすること
が出来る（リアルな収束点８１）。また、例えば前記図
９の符号ハに示す様に入射する波６１３は、図１１に示
すように反射点Ｂ，Ｂ’の後方の有限の距離に収束点
（虚の収束点）８２を有する発散進行波となる（なお、
図１０，図１１において符号１０は超音波を放射するト
ランスジューサである）。また、図９の符号イに示すよ
うに反射波６２１が円錐軸と平行となる場合は、無限遠
の位置に収束点を有する進行波となり、所謂ビーム波と
なる。

【００２３】そして、超音波の進行に伴いパラメトリッ
クアレイ効果による復調がなされ、これにより指向性の
ある可聴音波が発生する。即ち、超音波トランスジュー
サからの音波が空中を伝播し、伝播中に空気の音波に対
する非線形特性により可聴音波が復調され、復調された
可聴音波はキャリアである超音波信号と同じ方向の成分
が強め合って指向性を有するようになる。

【００２４】また、反射後の進路前方の地点で超音波が
収束する場合は、その近傍で音圧が高まるからパラメト
リックアレイ効果による復調が効率的に行われ可聴音波
が復調、生成される。そして、聴者にとっては超音波の
収束点近傍が、音の発信源と聞こえる所謂感覚的な音源
となる。そして、上記の感覚的な音源は無形の空間的な
存在であるために、聞く人の顔や耳の近傍にも自由に設
定でき、個人的に限定して音響情報を聴取するための音
源構成装置とすることも容易である。

【００２５】例えば、請求項８に記載のように、超音波
の反射波がその進路前方の有限遠の円錐軸上において収
束する進行波を形成する場合には、上記反射波から派生
して生ずる可聴音波（パラメトリックアレイ効果による
復調波）を感知した聴者には、聴者前方の有限遠の地点
にある上記円錐軸上の収束点に音源があるように聞こえ
るようになる。

【００２６】一方、請求項９に記載のように、超音波の
反射波が無限遠の位置において収束する進行波である場
合には、超音波は円錐形の軸と平行方向に進むビームを
形成し、超音波から派生して生ずる可聴音波を感知した
聴者は、遠くから音が聞える（無限遠の前方に音源があ
る）ように感ずる。

【００２７】なお、本発明にかかる音源構成装置は、請
求項２に記載のように、上記トランスジューサと終端音
響反射手段との間に、上記トランスジューサから放射さ
れた超音波を上記終端音響反射手段に対して中継する中
継音響反射手段を配置してもよい。中継音響反射手段を
用いる事により、超音波の放射源であるトランスジュー
サを、反射面に対向させる必要がなくなり上記反射面と
全く離れた位置又は方向に置くことも可能となる（図
参照）。中継反射面は波の方向を変えるだけのものであ
るが、これにより超音波の波路の構成の自由度が大幅に
増え機器の配置の自由度が大きくなる。

【００２８】例えば、請求項６に記載のように、トラン
スジューサを終端音響反射手段の反射面を包含する円錐
形の外側に配置し、中継音響反射手段だけを上記円錐形
の内側に配置するようにすることができる。このような
配置によって、例えばトランスジューサを上記円錐形の
内側に配置したのと同様の効果を生むことができる。よ
り具体的には、請求項７に記載のように、終端音響反射
手段の反射面を包含する円錐形の軸と同一の軸を有する
多角錐の外面を中継反射面とする。そうすると、例えば
トランスジューサを円錐体の外側に置き軸方向に向けて
超音波を放射することにより、トランスジューサを上記
円錐形の内側に配置したのと同様の効果を生むことがで
きる（図３，図７参照）。

【００２９】また、中継音響反射手段を用いない場合に
は、例えば請求項３に記載のように、トランスジューサ
を終端音響反射手段の反射面を包含する円錐形の内側に
配置し終端音響反射手段の反射面に向けて直接超音波を
放射するようにする。すると波路が短く単純となり、装
置もコンパクトにすることができる（図１，図６参
照）。

【００３０】トランスジューサの配置の方法では、例え
ば請求項４に記載のように、トランスジューサを、前記
円錐形の円錐軸に直交する平面上の円錐軸を中心とした
円に沿って等間隔に複数の放射ユニットを配置してなる
放射状トランスジューサアレイとする。このように、ほ
ぼ３６０度の全方向に向けて超音波を放射することによ
り収束点の音響エネルギーを大きくし、音圧の高い可聴
音波の出力を得ることができるようになる。

【００３１】更に、請求項５に記載のように、トランス
ジューサを、上記放射状トランスジューサアレイを円錐
軸の方向に複数段重ねてなる多段放射状トランスジュー
サアレイとすることにより、一段と音圧の高い可聴音波
の出力を得ることができるようになる。

【００３２】なお、上記音源構成装置において、請求項
１０に記載のように、更に、可視光線の光学的信号を発
する映像発信機を設け、上記光学的信号を前記電気信号
における変調信号と関連づけると共に前記トランスジュ
ーサから放射される超音波と同一の方向に上記光学的信
号を放射する音源構成装置とすることにより、以下に述
べるような興味のある装置の実現が可能になる。光と超
音波とは、同様に直進性と可逆性を有し反射の法則に従
うから、トランスジューサと映像発信機とを併設し両信
号を同一の方向に放射すれば、放射された光信号は音信
号と同様に進行し聴者のもとに達するからである。

【００３３】同様に、上記音源構成装置において、請求
項１１に記載のように、終端音響反射手段及び中継音響
反射手段がある場合には更に中継音響反射手段を透明な
部材により構成すると共に上記音響反射手段の後方に可
視光線の光学的信号を発する映像発信機を設置し、上記
光学的信号を前記電信号における変調信号と関連づける
と共に上記光学的信号を聴者側に発する音源構成装置と
することにより、下記に述べるような興味のある装置の
実現が可能になる。

【００３４】即ち、上記請求項１０，１１の音源構成装
置を用いれば、次のような装置を実現することができ
る。例えば、単純な応用としては、上記光学的信号は音
源の方向を視覚的に示すポインターとしての役割を果た
すことができる（これにより聾者でも音信号の存在を知
ることができる）。また、例えば特定の音と色彩や図形
とを１：１にリンクし、同じメッセージを音と映像の両
方の手段により発信してもよい（これにより盲者は音信
号により聾者は光信号によって健常者と共通の認識を持
つことができるようになる）。また、また更に複雑な応
用としては、音と映像が一体となったＡＶコンテンツの
提供も可能である。

【００３５】上記のように、本発明によれば、指向性の
ある音波の発生装置であって、装置の奥行きを少なくし
てコンパクトにすることができると共に超音波の進行路
における干渉や進路妨害が起こり難く、且つ製造加工が
し易く波路の設計や調整の容易な音源構成装置を提供す
ることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】実施形態例１本例は、図１、図２に示すように、可聴音域の周波数の
電気信号により超音波音域の周波数の電気信号を振幅変
調する変調装置４１と、上記変調装置４１の電気信号４
２を機械的振動に変換し音波を発信するトランスジュー
サ１０と、トランスジューサ１０から発信された超音波
６１を聴者の側に向かって反射させる終端音響反射部材
２１とを有する音源構成装置１である。そして、終端音
響反射部材２１の反射面は、円錐の上部を取り除いてな
るロート形の形状の内面である。また、トランスジュー
サ１０は、ロート形の終端音響反射部材２１の内側に配
置されており、終端音響反射部材２１の内側の反射面に
向けて直接超音波を放射する。

【００３７】トランスジューサ１０は、上記円錐の円錐
軸に直交する平面上の円錐軸を中心とした円に沿って等
間隔に６個の放射ユニット１５を配置してなる放射状ト
ランスジューサアレイである。そして、終端音響反射部
材２１の反射面で反射された超音波６１の反射波６２
は、上記円錐の軸と平行方向に進むビームを形成する。

【００３８】上記のように本例の終端音響反射部材２１
は円錐形の上部をカットしてなるロート形の形状であ
り、円錐軸方向の奥行きが３０ｍｍ、上方の狭い口の直
径が９０ｍｍ、音波６２の放射口である下方の広い方の
直径が１５０ｍｍであり、真鍮製（厚さ０．５ｍｍ）で
反射面は円錐の軸に対して４５度傾いている。トランス
ジューサアレイ１０は、図２に示すように、円錐の軸の
周りに超音波トランスジューサユニット１５（筒型形状
で円形の音波放射口を有しその直径は１０ｍｍで筒の長
さ７ｍｍ）を超音波放射面を外側にして放射状に６個配
列し、電気的に並列接続して変調装置４１の出力端子に
接続し、平面円盤（図示略）上に接着固定したものであ
る。そして、トランスジューサ１０は、その中心が前記
の円錐の軸と同一となるように調整して、反射部材２１
の円錐軸方向の長さの中心位置に固定してある。その結
果、トランスジューサ１０から放射される超音波６１
は、ほぼ円錐の中心軸から放射されたのに近くなる。

【００３９】上記のように反射面は円錐の中心軸に対し
て４５度の傾斜を持ち（円錐の広がり角９０度）、トラ
ンスジューサ１０の超音波６１の放射方向は円錐の中心
軸に対して直角の方向である。その結果、上記反射面で
反射した音波６２は円錐の中心軸と同方向に進行する。
上記超音波ビーム６２の外径は超音波が反射する位置の
円２１１の直径で決まる。そして、この超音波６２は可
聴音信号で振幅変調されているから、媒体である空気に
おける音圧に対する非線形特性から、空気中を進行中に
復調が起きて、上記可聴音が発生する。そして、この可
聴音は、その母体である超音波６２の進行方向に向かっ
て連続的に発生するから、細い線状の可聴音源の配列が
あるのと同じ状態となり、配列の方向に向かう鋭い指向
性を持つビーム状音波となる。

【００４０】具体的な観測結果として、１ｋHzの正弦波
で１００％振幅変調した超音波（４０KHｚ）信号（最大
振幅５０V）をトランスジューサアレイ１０に入力した
ところ、円錐の中心軸上トランスジューサの位置から１
０００mmの地点で８０ｄBの音圧レベルの１KHｚ音を観
測することができた。この可聴音は、同地点で中心軸か
ら１００ｍｍ離れるとー６ｄBの減衰を示し、ビーム状
の可聴音波の形成を確認することができた。

【００４１】本例では、反射部材２１の反射面を４５度
傾いたロート形とすることにより、源音源（トランスジ
ューサ１０）の放射方向と目的とする放射方向とが直角
になる。その結果、装置１の奥行きを少なくし、且つト
ランスジューサ１０の集積の効率を上げることが可能で
あり、装置１はコンパクトになる。また、トランスジュ
ーサ１０の放射波６１と反射後の波６２は互いに直交す
る波面を持つために相互に干渉が起こりにくく、放射さ
れた音波６１の利用効率が良好となる。

【００４２】また、円錐形の一部である反射部材２１は
製造加工が容易である。また、空間的な構成が４５度、
９０度を中心としたものからなる進行波の進路構成であ
り、それに伴う各部材２１，１５の空間的配置は、組
立、調整、検査が容易となる。上記のように、本例によ
れば、奥行きを少なくしてコンパクトにすることができ
ると共に超音波６１，６２の進行路における干渉や進路
妨害が起こり難く、且つ製造加工、組立がし易く波路の
設計や調整の容易な音源構成装置１を得ることができ
る。

【００４３】実施形態例２本例は、実施形態例１において、図５に示すようにトラ
ンスジューサ１０は円錐軸を中心とした円に沿って等間
隔に並べた８個の放射ユニット１６と中心に配置した１
個の放射ユニット１６の合計９個の放射ユニット１６と
からなるトランスジューサアレイとすると共に、図３、
図４に示すように、トランスジューサ１０と終端音響反
射部材２１との間に、トランスジューサ１０から放射さ
れた超音波６１を終端音響反射部材２１に対して中継す
る中継音響反射部材３１を配置したもう一つの実施形態
例である。即ち、トランスジューサ１０を終端音響反射
部材２１の上部に配置すると共に中継音響反射部材３１
を終端音響反射部材２１のロート形の反射面の内側の真
中の位置に配置し、中継音響反射部材３１を上記円錐形
の軸と同一の軸を有する八角錐とする。上記八角錐の側
面を構成する三角平面３２（図４）は各放射ユニット１
６の真下に配置する。

【００４４】トランスジューサ１０から放射された超音
波６１は、トランスジューサ１０の直下に４５度に傾斜
して配置されている八角錐の三角平面３２によって９０
度変向されて、水平方向に終端音響反射部材２１の円錐
内面に向かう。そして、終端音響反射部材２１で反射し
収束して、その反射波６２は円錐の中心軸に平行な音波
ビームとして進行する。そして、超音波６１，６２が進
行する間に超音波６１，６２から復調派生した可聴音も
同様に円錐の中心軸と平行に進む。実施形態例１との大
きな差異は、所望の平行ビームを得るための音波成分が
相対的に多くなり、超音波の利用効率が高くなることで
ある。

【００４５】即ち、実施形態例１では放射ユニット１５
を放射状に配置したといっても円錐の中心軸からの音波
の放射と等価とならないために、円錐面で目的とする正
規な反射を行って所望の平行ビームを得るための音波成
分が本例よりも相対的に少ないのに対して、本例では八
角錐の反射面３２により、終端音響反射部材３１の反射
面からみた等価的なトランスジューサ１０の音源位置を
円錐の中心軸上に集中することが出来る。そのために、
放射された超音波６１は、所望の平行ビームを得るため
の効率的な反射、収束が行われる。その他については実
施形態例１と同様である。

【００４６】実施形態例３本例は、図６、図７に示すように、実施形態例１，２に
おいて、終端音響反射部材２１の円錐の頂角を小さくし
て反射面の傾きを急峻にし、反射波６２が一旦収束しそ
の後再び発散するようにしたもう一つの実施形態例であ
る。その結果、上記反射波６２の収束点にバーチャルな
音源６５，６６が形成され、聴者にはそこに復調された
可聴音の発信源があるように聞こえるようになる。

【００４７】また、反射波６２が収束することにより、
その収束点６５，６６の近傍で音圧が高まりパラメトリ
ックアレイ効果による復調が効率的に行われる。そし
て、上記の感覚的な音源６５，６６は無形の空間的な存
在であるために、聞く人の顔の近傍や耳の近傍にも自由
に設定でき、個人的に限定して音響情報を聴取する音源
構成装置１とすることができる。その他については、実
施形態例１，２と同様である。

【００４８】実施形態例４本例は、図8に示すように、実施形態例１において、更
に、可視光線の光学的信号６９を発する映像発信機４５
をトランスジューサ１０に併設し、上記光学的信号６９
を変調装置４１の電気信号４２における変調信号と密接
に関連づけると共にトランスジューサ１０から放射され
る超音波６１と同一の方向に放射する音源構成装置１で
ある。聴者は、上記光学的信号６９により、音源の方向
を視覚的に知ることが出来ると共に音と映像の両方の信
号によりメッセージを受信することになる。その他につ
いては実施形態例１と同様である。

【００４９】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、指向性
のある可聴音波の発生装置であって、装置の奥行きを少
なくしてコンパクトにすることができると共に超音波の
進行路における干渉や進路妨害が起こり難く、且つ製造
加工がし易く波路の設計や調整の容易な音源構成装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１の音源構成装置の断面正面図（図
２のＸ−Ｘ断面図）。

【図２】図１の底面図（音波の放射口に向かった正面
図）。

【図３】実施形態例２の音源構成装置の断面正面図（変
調装置は図示略）。

【図４】図３の底面図（音波の放射口に向かった正面
図）。

【図５】図３のトランスジューサの平面配置図。

【図６】実施形態例３の音源構成装置の断面正面図（変
調装置は図示略）。

【図７】実施形態例３の他の音源構成装置の断面正面図
（変調装置は図示略）。

【図８】実施形態例４の音源構成装置の断面正面図（変
調装置は図示略）。

【図９】円錐を反射面とする超音波の反射の三つのパタ
ーン、イ、ロ、ハを示す図。

【図１０】リアルな収束点８１を有する反射波の波路の
一例を示す図。

【図１１】バーチャルな収束点８２を有する反射波の波
路の一例を示す図。

【符号の説明】

１音源構成装置１０トランスジューサ、トランスジューサアレイ１５、１６トランスジューサユニット２１終端音響反射部材３１中継音響反射部材３２（角錐の）三角平面４１変調装置４２電気信号４５映像発信機６２反射波６５，６６感覚的な音源６９光学的信号８１収束点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可聴音域の周波数の電気信号により超音
波音域の周波数の電気信号を振幅変調してなる電気信号
を機械的振動に変換し音波を発信するトランスジューサ
と、上記トランスジューサから発信された超音波を聴者
の側に向かって反射させる終端音響反射手段とを有する
音源構成装置であって、上記終端音響反射手段の反射面は、円錐形の内面を構成
する単一又は複数の曲面からなり、上記トランスジュー
サから放射され上記反射面で反射された超音波の反射波
はその進路前方又は後方の有限遠又は無限遠の位置にお
いて収束する進行波の波面を有していることを特徴とす
る音源構成装置。
【請求項２】請求項１において、前記トランスジュー
サと終端音響反射手段との間には上記トランスジューサ
から放射された超音波を上記終端音響反射手段に対して
中継する中継音響反射手段が配置されていることを特徴
とする音源構成装置。
【請求項３】請求項１において、前記トランスジュー
サは、前記終端音響反射手段の反射面を包含する円錐形
の内側に配置されており、上記終端音響反射手段の反射
面に向けて直接超音波を放射することを特徴とする音源
構成装置。
【請求項４】請求項３において、前記トランスジュー
サは、前記円錐形の円錐軸に直交する平面上の円錐軸を
中心とした円に沿って等間隔に複数の放射ユニットを配
置してなる放射状トランスジューサアレイであることを
特徴とする音源構成装置。
【請求項５】請求項４において、前記トランスジュー
サは、前記放射状トランスジューサアレイを円錐軸の方
向に複数段重ねてなる多段放射状トランスジューサアレ
イであることを特徴とする音源構成装置。
【請求項６】請求項２において、前記トランスジュー
サは前記終端音響反射手段の反射面を包含する円錐形の
外側に配置されており、前記中継音響反射手段は上記円
錐形の内側に配置されていることを特徴とする音源構成
装置。
【請求項７】請求項６において、前記中継音響反射手
段の反射面は、前記円錐形の軸と同一の軸を有する多角
錐の外面を構成する単一又は複数の平面又は曲面からな
ることを特徴とする音源構成装置。
【請求項８】請求項１から請求項７のいずれか１項に
おいて、前記終端音響反射手段の反射面で反射された超
音波の反射波はその進路前方の有限遠の円錐軸上におい
て収束する進行波を形成することを特徴とする音源構成
装置。
【請求項９】請求項１から請求項７のいずれか１項に
おいて、前記終端音響反射手段の反射面で反射された超
音波の反射波は、前記円錐形の軸と平行方向に進むビー
ムを形成することを特徴とする音源構成装置。
【請求項１０】請求項１から請求項９のいずれか１項
において、更に、可視光線の光学的信号を発する映像発
信機を設け、上記光学的信号を前記電気信号における変
調信号と関連づけると共に前記トランスジューサから放
射される超音波と同一の方向に上記光学的信号を放射す
ることを特徴とする音源構成装置。
【請求項１１】請求項１から請求項９のいずれか１項
において、前記終端音響反射手段及び中継音響反射手段
を透明な部材により構成すると共に上記終端音響反射手
段の後方に可視光線の光学的信号を発する映像発信機を
設置し、上記光学的信号を前記電気信号における変調信
号と関連づけると共に上記光学的信号を聴者側に発する
ことを特徴とする音源構成装置。