JP2003513576A - 位相特性を改善したパラメトリック・ラウドスピーカ - Google Patents

位相特性を改善したパラメトリック・ラウドスピーカ

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JP2003513576A
JP2003513576A JP2001534922A JP2001534922A JP2003513576A JP 2003513576 A JP2003513576 A JP 2003513576A JP 2001534922 A JP2001534922 A JP 2001534922A JP 2001534922 A JP2001534922 A JP 2001534922A JP 2003513576 A JP2003513576 A JP 2003513576A
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ノリス，エルウッド・ジー
ノリス，ジョセフ・オー
クロフト，ジェイムス・ジェイ・ザ・サード
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アメリカン・テクノロジー・コーポレーション
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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Abstract

(57)【要約】 複数の圧電バイモルフ変換器を使用するパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。これらの複数の圧電バイモルフは、個々のユニットごとに異なる共振周波数を有する。共振周波数とその近傍における位相応答は、わずかな周波数変化でも極めて急速に変化する。関連づけられた変調電子部品は、パラメトリック出力を最大にするように最適化された１次搬送周波数を有する。この最適化は、複数のデバイスの間で最大限の位相整合となるように、搬送周波数を位相曲線の最も平坦な部分に位置合わせすることによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】技術分野 本発明は、一般にはパラメトリック・ラウドスピーカの分野に関する。さらに
詳細には、本発明は、パラメトリック・ラウドスピーカの変換器の位相エラーを
補償するための位相訂正および位相合わせの技術に関する。
【０００２】 背景技術 パラメトリック・ラウドスピーカは、超音波周波数を空気などの媒体中に直接
発生させる音声放出システムである。空気中のパラメトリック・アレイは、十分
な強度の音声変調された超音波信号を空気柱に導入した結果として生じる。この
空気柱に沿って自己復調または下方変換が起こり、可聴音響信号を生じる。この
プロセスは、周波数の異なる２つの音波が同一媒体中に同時に放射されると、２
つの音波の非線形相互作用（パラメトリック相互作用）によって２つの周波数の
和および差を含む波形を有する音波が生成されるという既知の物理的原理によっ
て起こる。
【０００３】 例えば、元の２つの音波が超音波であり、それらの差が可聴周波数となるよう
に選択されている場合には、パラメトリック相互作用によって可聴音が生成され
る。その結果、事実上仮想縦型アンテナ列となる指向性の高いラウドスピーカと
なる。従来は、こうしたデバイスは、いくつかの理由から高性能を実現すること
ができなかったが、その理由の多くは変換器の性能によるものとすることができ
る。従来技術では、圧電ベンダとも呼ばれる圧電バイモルフデバイスを使用した
デバイスが開示されている。従来技術のシステムでは、どこで数えても５００か
ら１４００超のバイモルフ・ユニットがある圧電バイモルフのクラスタを使用し
ている。この多数のバイモルフは、パラメトリック・ラウドスピーカでは非常に
高い超音波出力が必要とされることによる。これらのバイモルフ・デバイスから
の出力性能は、従来技術のシステムでは適当なものではなかった。
【０００４】 従来技術の一例が、参照により本明細書に組み込む、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ
ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、Ｖｏ
ｌｕｍｅ７３、１９８３年の、ＹｏｎｅｙａｍａおよびＦｕｊｉｍｏｔｏによる
「音響スポットライト（Ｔｈｅ ａｕｄｉｏ ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ）： 新型ラ
ウドスピーカ設計への音波の非線形相互作用の適用（Ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉ
ｏｎ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｕｎｄ
ｗａｖｅｓ ｔｏ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ
ｄｅｓｉｇｎ）」と題する記事に記載されている。彼らは５４７個の圧電バイモ
ルフ型変換器からなるアレイを使用したが、これがそれ以前およびその後の従来
技術のパラメトリック・ラウドスピーカの典型的な特徴である。
【０００５】 その他の従来技術のパラメトリック・ラウドスピーカと同様に、Ｙｏｎｅｙａ
ｍａは、１次の搬送周波数または搬送信号を、単一の変換器では最大振幅の周波
数である変換器の共振周波数に設定することを教示している。これは、振幅が最
も大きくなる領域であり、最高の変換器アレイの性能をもたらすと考えられてい
た。さらに、Ｙｏｎｅｙａｍａは、複数の変換器を全て同一平面内に取り付ける
ことも教示している。しかし、このような従来技術のアレイには全て、変換器数
の増加に不釣り合いな音圧レベル（ＳＰＬ）の損失があると考えられる。
【０００６】 したがって、パラメトリック・ラウドスピーカに関して、複数の変換デバイス
を使用し、改善した位相整合で動作し、出力の増大をもたらす新しい装置および
方法を提供すれば、現況技術に優る改善となるであろう。
【０００７】 発明の目的および概要 本発明の目的は、複数の変換デバイスを使用し、改善された位相整合で動作す
るパラメトリック・ラウドスピーカを提供することである。
【０００８】 本発明の目的は、改善されたパラメトリック変換効率で動作する、複数の変換
デバイスを備えたパラメトリック・ラウドスピーカを提供することである。 本発明の別の目的は、複数の変換デバイスを使用し、必要とされる超音波パワ
ーを低減させるパラメトリック・ラウドスピーカを提供することである。
【０００９】 本発明のさらに別の目的は、複数の変換デバイスを使用する、指向性が高めら
れたパラメトリック・ラウドスピーカを提供することである。 本発明の現在好ましい実施形態は、可聴信号を受信するようになされた電子変
調器を備えたパラメトリック・ラウドスピーカ・システムである。電子変調器は
また、可聴信号で変調されると変調信号を生成する搬送周波数を生成する。パラ
メトリック・ラウドスピーカ・システムは、電子変調器に結合されて変調信号を
再生する少なくとも１つの超音波変換器も有する。複数の変換器を変調器に結合
し、これらの変換器を、位相のコヒーレンスおよび整合が最大限となるように慎
重に位置決めし、制御する。変換器の調整不良および不整合を意図的に補正し、
出力の超音波段および可聴段の両方で出力の位相キャンセルを軽減する。
【００１０】 本発明の好ましい１実施形態では、超音波変換器は共振周波数を有し、搬送周
波数を共振周波数から意図的にオフセットさせ、これにより驚くほどパラメトリ
ック出力を増大させ、位相キャンセルを回避する。
【００１１】 本発明の代替実施形態は、非平面基部または湾曲プレートに取り付けたパラメ
トリック・ラウドスピーカ・システムである。少なくとも２つの圧電バイモルフ
変換器のアレイを、非平面基部より前方で、かつその中心に合わせた位置にある
点までほぼ等距離となるように個々に調整する。これにより、各変換器の出力を
同相に保つことができる。
【００１２】 本発明の別の実施形態は、パラメトリック・ラウドスピーカ・システムのパラ
メトリック出力を増大させる方法である。第１のステップは、電子変調器内で搬
送周波数を生成することである。次いで、少なくとも１つの超音波変換器を電子
変調器に接続する。超音波変調器も、共振周波数を有する。もう１つのステップ
は、搬送周波数を意図的に共振周波数からオフセットさせることである。その後
、電子変調器で受信した可聴信号で搬送周波数を変調し、変調信号を生成する。
最後に、オフセット搬送周波数を使用して変調信号を再生し、パラメトリック出
力を増大させる。
【００１３】 本発明の以上その他の目的、特徴、利点および代替態様は、以下の詳細な説明
を添付の図面と併せて考慮すれば当業者には明らかになるであろう。 発明の開示 本発明の様々な要素に番号を付けた図面を参照し、この図面において、当業者
が本発明を作製して使用することができるように本発明について述べる。以下の
記述は、本発明の特定の実施形態の単なる例示であり、頭記の特許請求の範囲を
狭めるものとして見なすべきではないことを理解されたい。
【００１４】 図１は、パラメトリック・ラウドスピーカで使用する選択した圧電バイモルフ
の性能曲線を示している。位相応答は曲線１０で表す。振幅曲線２０およびイン
ピーダンス曲線３０も示してある。振幅曲線２０のピーク４０に、このデバイス
の共振周波数がある。従来技術の教示にあるように、これは搬送周波数に好まし
い点である。従来のパラメトリック・スピーカの設計では、搬送波出力を最大に
することが最も重要である。これは、最大の搬送波出力によって最大の音響出力
が発生するからである。最大搬送波出力を生成するために、従来は、変換器の最
大共振振幅を搬送周波数として使用していた。したがって、従来の設計の研究で
は、変換器の共振周波数に比べて、変換器の位相変化には注目していなかった。
位相曲線１０上の点１１も、最大振幅４０と同じ周波数である共振周波数である
。位相点１１は、位相曲線１０において最も急峻な位相遷移点であることは分か
るであろう。これは、デバイスを１つしか使用しないときには問題にならない。
【００１５】 これに対して、パラメトリック・ラウドスピーカでは、十分なボリュームを生
じるために複数の変換デバイスが必要となることが極めて多い。複数の変換器を
使用するときには、こうした急峻な位相遷移により、同じ周波数で動作する任意
の２つの変換器（特にバイモルフ）の間で著しい位相差が生じる可能性がある。
従来技術のシステムでは、これら複数のデバイスの出力性能は不適切であった。
これは、デバイス間のばらつきによって引き起こされる位相整合エラーによるも
のである。
【００１６】 バイモルフ・デバイスでは、個々のデバイスがかなりの音響出力を有する。複
数のバイモルフ・デバイスを用いることはパラメトリック変換器にとって良い選
択のように見えるが、こうした別個のバイモルフ・デバイスの位相関係は、クラ
スタとして使用されるこれら多くのデバイスの全出力が全てのデバイスの理論上
の合計から予測される大きさに満たないようなものとなる。この位相ロスおよび
位相整合の欠如により、全てのデバイスの出力の理論上の合計から予測される潜
在的な出力が低下する。こうした位相エラーによって、意図しないビーム・ステ
アリングが引き起こされる恐れもあり、これにより出力および指向性はさらに低
下する。
【００１７】 図２は、パラメトリック・ラウドスピーカで使用される圧電バイモルフの性能
曲線を示している。位相応答は曲線１０で表す。振幅曲線２０およびインピーダ
ンス曲線３０も示してある。振幅曲線２０のピーク４０に、このデバイスの共振
周波数がある。この場合もやはり、従来技術の教示にあるように、これは好まし
い搬送周波数であり、この最大振幅共振を搬送周波数として使用する。位相曲線
１０上の点１１も、最大振幅４０と同じ周波数である共振周波数である。位相点
１１は、位相曲線１０において最も急峻な位相遷移点であることは分かるであろ
う。これは、デバイスを１つしか使用しないときには、位相の問題が生じないの
で問題にならない。言うまでもなく、パラメトリック・ラウドスピーカでは、許
容できるボリュームを生じるために複数のデバイスを使用する必要があることが
極めて多い。したがって、これらの急峻な位相遷移によって、周波数の差が最も
小さい任意の２つのバイモルフの間に著しい位相差が生じる。各バイモルフまた
は変換デバイスには、若干の製造状態からの変化、材料の違い、軽欠陥、および
その他の制御できない可変要素がある。同じ周波数に同調されるように設計され
た２つのバイモルフでも、実際には、それらが発生させる実際の周波数にいくら
かのばらつきがある。こうしたばらつきは、搬送周波数を最大振幅２０に設定し
たときに、搬送周波数と変換器の位相１０の関係によって強調される。換言すれ
ば、搬送周波数（または搬送波信号）を最大振幅に設定したときには、バイモル
フでわずかに周波数が変化しただけで大きな位相変化が生じる。
【００１８】 本発明では、より振幅の小さな領域４２に搬送周波数を移動させる。この領域
では、位相応答曲線の対応領域４１は、点１１よりはるかに平坦である。このよ
うに搬送周波数を変化させることで、基本的に同じ周波数で動作するデバイス間
の著しい位相差は軽減される。搬送周波数がウィンドウ４２の適当な範囲内に設
定されている限り、この位相選択は最大音響出力を増大させるのに有効である。
好ましいウィンドウの範囲は、最大共振周波数４０の１％から５％をその最大周
波数に加算することによって求められる。搬送周波数のウィンドウは５％より大
きくすることもできるが、ウィンドウが大きくなりすぎると、位相が急激に変化
する領域に入るので、この搬送周波数の設定でも同じ問題が生じることになる。
搬送周波数に加算するのに好ましい周波数の大きさは、概算で４００ヘルツから
２０００ヘルツの間である。搬送周波数を設定する点の位相変化率が低ければ、
このオフセットを２０００ヘルツより大きくすることもできる。好ましい位相変
化は、２と１／２パーセントの周波数変化に対して２０度未満である。好ましい
範囲はこのようになるが、実行可能な移相の量は、周波数が２と１／２パーセン
ト変化するごとに１０度から４０度の間のシフトである。
【００１９】 より小さな振幅を生じる周波数に搬送周波数を移動させることは、搬送周波数
が最大出力から外れることを意味しているので、驚くべき変化である。この搬送
周波数の調整によって、実際に個々の変換器の最大出力が低下することに留意す
ることは非常に重要である。全体的な出力が悪化することが予想されるので、搬
送周波数を低下させることは実際に普通では考えられないことである。しかし実
際には、反対のことが起こり、一群の変換器の全体的な出力は増大する。その搬
送周波数による出力が低下しているにもかかわらず、圧電変換器の集合からの出
力が増大しているのであるから、これは驚くべきことである。この効果の理由は
、変換器の相対的な位相干渉性が大幅に高められていることによる。
【００２０】 上述の搬送周波数を移動させる方式は、上側および下側の側波帯を有する両側
波帯信号、ならびに周知の同様の信号構成とともに使用しても有効である。代替
実施形態のスピーカでは、単側波帯信号または切頭両側波帯信号を使用する。単
側波帯信号を使用するときには、搬送周波数は、振幅曲線２０の低周波数側で動
作するように設定することができる。単側波帯信号の場合、搬送周波数は、位相
曲線１０上の点４４に対応する点４３におおよそ設定することができる。搬送周
波数をおおよそ点４３に設定することの利点は、この点が位相曲線１０の変化率
の低い領域に対応していることである。位相曲線１０が、ウィンドウ領域４２と
同様の点４４の領域でより平坦になることは分かるであろう。最適な位相応答お
よび出力のウィンドウは、ウィンドウ４２と類似しているがこれよりわずかに幅
が狭い点４３の周囲に設定することもできる。この場合、ウィンドウは、最大共
振周波数から最大共振周波数の３％〜５％を引くことによって、点４３の周囲に
決定される。
【００２１】 最適化した位相がパラメトリック・ラウドスピーカ・システムと関係している
ことをよりよく理解するために、移相搬送周波数の使用について次に述べる。移
相搬送周波数を使用する際の第１のステップは、電子変調器で搬送周波数を生成
することである。この搬送波信号は、２０ｋＨｚの可聴範囲より十分に高い超音
波搬送周波数となり、好ましくは約３５〜４５ｋＨｚである。次いで、少なくと
も１つの超音波変換器を電子変調器に接続する。超音波変調器も、共振周波数を
有する。もう１つのステップは、搬送周波数を共振周波数からオフセットさせる
ことである。搬送周波数は、約１％から５％オフセットすることになり、これに
より位相変化の少ない領域に入る。その後、電子変調器で受信した可聴信号で搬
送周波数を変調し、変調信号を生成する。最後に、オフセット搬送周波数を使用
して変調信号を再生し、パラメトリック出力を増大させる。
【００２２】 図３は、従来の方法で整相したバイモルフと改善した位相特性を有するバイモ
ルフのパラメトリック出力を比較した表である。この表の一行目は、単一の圧電
バイモルフが、１２０ｄＢの超音波出力および５０ｄＢのパラメトリック出力を
送出することを示している。パラメトリック出力は、パラメトリック相互作用に
よって生成される可聴音である。上述の位相問題により、各デバイスが少しずつ
異なる共振周波数を有することがあるので、予測した累積性能が正比例的に複数
のデバイスと一致するわけではない。表の４行目は、１００個の同じデバイスの
理論上の理想合計出力が１４０ｄＢの超音波出力および９０ｄＢのパラメトリッ
ク出力となることを示している。この表の第２の項目は、位相最適化を行わない
変換器アレイが１３４ｄＢの超音波出力および７８ｄＢのパラメトリック出力を
送出することを示す。これは、デバイスが１００個の場合には、理論出力と比較
して６ｄＢおよび１２ｄＢの損失である。
【００２３】 表の３行目は、本発明の位相最適化構成を使用した１００個の変換器の場合を
示している。本発明の技法を用いて位相を最適化したシステムは、１３９ｄＢの
超音波出力および８８ｄＢのパラメトリック出力を送出する。これは、従来技術
より大幅に改善されており、理論上の損失のない理想値に近い。
【００２４】 パラメトリック・スピーカに使用される変換器は、最適な物理的配列を使用す
ることによって、別個のデバイス間の移相を軽減するように最適化することもで
きる。効果的な配列とは、各変換器の出力が空間内の同一点に向くようにように
、各変換器をある程度湾曲した形に配列したものである。図４ａは、個々の変換
器５１を段付きプレート５０に取り付けて構成したエミッタの側面図である。変
換器は、全ての面をほぼ所定の共通点５３に向け、点５３までの等長経路５２を
形成して、ほぼ前方に向いている。各経路の長さが等しいので、点５３に到達す
る可聴波の各波面は、同位相となる。これに対して、一群のエミッタを平坦な表
面に取り付けたときには、一部のエミッタで、個々の点に到達するまで距離が長
くなる。距離の差は、波の移相または位相外れを引き起こすことになる。超音波
システムでは従来の音響システムに比べて元の波長が比較的短いので、これが特
に顕著になる。距離の差が十分に大きい場合には、波長同士が実際に打ち消し合
い、出力が低下する可能性がある。各変換器の目標点からの距離が異なる場合の
もう１つの問題は、移相によってビーム・ステアリングが発生し、これを聴取者
が聴くことになることがあることである。その他の何らかの取付け手段を使用し
て変換器を構成し、移相歪みを回避することもできることは、本開示より分かる
であろう。例えば、バイモルフ変換器を平面にならないように接着剤で貼り合わ
せる、または各変換器ごとに異なる長さのピンを有するピン付きデバイスに取り
付けることもできる。
【００２５】 図４ｂは、個々の変換器６２を湾曲した凹型のプレート６０または基部に取り
付け、全ての面６４を所定遠隔点６８までの経路の長さが等しくなるように角度
をつけてほぼ内側に向けて構成したエミッタの側面図である。凸型プレートを使
用してパラメトリック出力を散乱させることもできることも理解されたい。図４
ｃは、バック・プレート７０に取り付けられた個々の変換器７２を示す、図４ａ
および図４ｂの正面図である。所定遠隔点６８は、パラメトリック相互作用が起
こるように、変換器から十分に離れていなければならない。エミッタを収束させ
る有効最小距離は、０．３３メートルである。遠隔点６８は、エミッタから０．
３３メートルと３メートルの間にあることが好ましい。これは、スピーカの音を
聞く人が、おおよそ０．３３メートルから３メートルの位置にいるからである。
もちろん、使用する距離はこれより若干短くすることも、多少大きくすることも
できる。
【００２６】 図５ａは、図４ａと同様の構成であるが、中心部８０に開口領域を設け、複数
の変換器８２でオープン・リングを形成している。個々の変換器８２は、段付き
プレート８４に取り付けられ、全ての面８６をほぼ平行にして所定空間点９０ま
での等長経路８８を形成してほぼ前方に向いている。図５ｂは、図５ａのデバイ
スの正面図であり、変換器がオープン・リング構造を形成するように開いた中心
部８０を有するバック・プレート８４に取り付けられた個々の変換器８２を示し
ている。この構成は、ある点までの経路の長さが等しいので、図４ａ〜図４ｃと
同じ利点を有する。もう１つの図５ａに示す構成に特有の利点は、有効な中心領
域を有するスピーカの８０％から９０％の出力を生じることができることである
。図５ａに示す構成では、バイモルフ変換器の数を有効な中心領域を有するリン
グに比べて４０％から５０％少なくすることができるが、それでも出力は１０％
から２０％しか低下しない。実際の出力は、リングのサイズおよび開いた中心部
分のサイズによって決まる。
【００２７】 以上、圧電バイモルフ変換要素に関連して本発明について述べた。上記の本発
明の各要素は、圧電フィルムなどその他のパラメトリック変換デバイスに適用す
ることもできる。搬送周波数のシフトは、変換器の共振周波数で変化率が高くな
る位相特性を有する任意のパラメトリック変換デバイスで有利である。
【００２８】 上述の構成は、本発明の原理の適用例の単なる例示であることを理解されたい
。本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、当業者なら多数の修正形態およ
び代替形態を考案することができるであろう。添付の特許請求の範囲は、それら
の修正形態および構成もカバーするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、従来の搬送周波数の点を有する通常のバイモルフ変換器のインピーダ
ンス、位相、および振幅の曲線を示す図である。
【図２】 図２は、本発明の改善した搬送周波数の点を示す図である。
【図３】 図３は、従来技術に対する本発明のパラメトリック出力を示す図である。
【図４】 図４ａは、階段構成を使用した、改善した複数の変換器の配列を示す図である
。 図４ｂは、曲面を使用した、改善した複数の変換器の配列を示す図である。 図４ｃは、図４ａおよび図４ｂの正面図である。
【図５】 図５ａは、階段構成を使用し、開口中心部を備えた、改善した複数の変換器の
配列を示す図である。 図５ｂは、図５ａの正面図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年５月７日（２００２．５．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ノリス，ジョセフ・オー アメリカ合衆国カリフォルニア州92065， ラモナ，ドン・ピコス・パーク・ロード 17966 (72)発明者 クロフト，ジェイムス・ジェイ・ザ・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） 5D019 BB13 BB17 5D020 AC11

Claims (50)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可聴信号を受信するようになされた電子変調器であり、可聴
    信号で変調されて変調信号を生成する搬送周波数を生成する電子変調器と、 電子変調器に結合されて変調信号を再生する、少なくとも１つの共振周波数を
    有する少なくとも１つの超音波変換器とを含み、搬送周波数を共振周波数からオ
    フセットさせてパラメトリック出力を増大させる、パラメトリック・ラウドスピ
    ーカ・システム。
  2. 【請求項２】 搬送周波数は、変換器の共振周波数から少なくとも１％ずれ
    た周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・シ
    ステム。
  3. 【請求項３】 搬送周波数は、１％から３％だけ変換器の共振周波数からず
    れた周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・
    システム。
  4. 【請求項４】 搬送周波数は、２％から４％だけ変換器の共振周波数からず
    れた周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・
    システム。
  5. 【請求項５】 搬送周波数は、変換器の共振周波数から５％未満だけずれた
    周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・シス
    テム。
  6. 【請求項６】 搬送周波数は、変換器の共振周波数から少なくとも４００ヘ
    ルツずれた周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピ
    ーカ・システム。
  7. 【請求項７】 搬送周波数は、変換器の共振周波数から２０００ヘルツ未満
    だけずれた周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピ
    ーカ・システム。
  8. 【請求項８】 搬送周波数は、変換器の共振周波数から４００から２０００
    ヘルツずれた周波数に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドス
    ピーカ・システム。
  9. 【請求項９】 搬送周波数は、バイモルフ変換器の位相変化率が２と１／２
    パーセントの周波数変化に対して移相が４０度未満となるような周波数に設定さ
    れる、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  10. 【請求項１０】 搬送周波数は、バイモルフ変換器の位相変化率が２と１／
    ２パーセントの周波数変化に対して移相が２０度未満となるような周波数に設定
    される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  11. 【請求項１１】 搬送周波数は、バイモルフ変換器の位相変化率が２（１／
    ２）パーセントの周波数変化に対して移相が１０から４０度となるような周波数
    に設定される、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  12. 【請求項１２】 搬送周波数は、変換器の位相変化率が２と１／２パーセン
    トの周波数変化に対して移相が４０度未満となるような周波数に設定される、請
    求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  13. 【請求項１３】 搬送周波数は、変換器の位相変化率が２と１／２パーセン
    トの周波数変化に対して移相が２０度未満となるような周波数に設定される、請
    求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  14. 【請求項１４】 搬送周波数は、変換器の位相変化率が２と１／２パーセン
    トの周波数変化に対して移相が１０から４０度となるような周波数に設定される
    、請求項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  15. 【請求項１５】 パラメトリック・ラウドスピーカ・システムのパラメトリ
    ック出力を増大させる方法であって、 （ａ）複数のパラメトリック・エミッタを提供するステップと、 （ｂ）各パラメトリック・エミッタ間の位相関係を相互に関連づけ、パラメト
    リック出力を最大にするよう制御するステップと、 （ｃ）パラメトリック・エミッタから超音波エネルギーを放出するステップと
    を含み、相互に関連づけた位相関係によってパラメトリック出力が増大する方法
    。
  16. 【請求項１６】 パラメトリック・ラウドスピーカ・システムのパラメトリ
    ック出力を増大させる方法であって、 （ａ）電子変調器内で搬送周波数を生成するステップと、 （ｂ）電子変調器に接続された、共振周波数を有する少なくとも１つの超音波
    変換器を提供するステップと、 （ｃ）搬送周波数を共振周波数からオフセットさせるステップと、 （ｄ）電子変調器で受信した可聴信号で搬送周波数を変調して、変調信号を生
    成するステップと、 （ｅ）オフセット搬送周波数を使用して変調信号を再生して、パラメトリック
    出力を増大させるステップとを含む方法。
  17. 【請求項１７】 ステップ（ｃ）は、搬送周波数を共振周波数から少なくと
    も１％オフセットさせるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 ステップ（ｃ）は、搬送周波数を共振周波数から５％未満
    だけオフセットさせるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 ステップ（ｃ）は、２％から４％だけ搬送周波数を共振周
    波数からオフセットさせるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 ステップ（ｃ）は、搬送周波数を共振周波数から少なくと
    も４００ヘルツオフセットさせるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 ステップ（ｃ）は、搬送周波数を共振周波数から２０００
    ヘルツ未満だけオフセットさせるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方
    法。
  22. 【請求項２２】 ステップ（ｃ）は、４００から２０００ヘルツだけ搬送周
    波数を共振周波数からオフセットさせるステップをさらに含む、請求項１６に記
    載の方法。
  23. 【請求項２３】 （ａ）非平面基部と、 （ｂ）非平面基部に取り付けられた少なくとも２つの圧電バイモルフ変換器と
    を含み、少なくとも２つの圧電バイモルフ変換器が、非平面基部より前方で、か
    つその中心に合わせた位置にある点までほぼ等距離となるように個々に調整され
    た、パラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  24. 【請求項２４】 非平面基部より前方で、かつその中心に合わせた位置にあ
    る点が、０．３３メートルを超える距離だけ離れている、請求項２３に記載のパ
    ラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  25. 【請求項２５】 非平面基部より前方で、かつその中心に合わせた位置にあ
    る点が、３．０メートル未満の距離だけ離れている、請求項２３に記載のパラメ
    トリック・ラウドスピーカ・システム。
  26. 【請求項２６】 非平面基部より前方で、かつその中心に合わせた位置にあ
    る点が、０．３３から３．０メートルの間の距離だけ離れている、請求項２３に
    記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  27. 【請求項２７】 非平面基部と、 非平面基部に取り付けられたパラメトリック音声放出領域のアレイとを含み、
    音声放出領域のアレイは、音声放出領域のアレイより前方で、かつその中心に合
    わせた位置にある点までほぼ等距離となるように個々に調整されている、パラメ
    トリック・ラウドスピーカ・システム。
  28. 【請求項２８】 音声放出領域のアレイより前方で、かつその中心に合わせ
    た位置にある点が、０．３３メートルを超える距離だけ離れている、請求項２７
    に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  29. 【請求項２９】 音声放出領域のアレイより前方で、かつその中心に合わせ
    た位置にある点が、１．０メートルを超える距離だけ離れている、請求項２７に
    記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  30. 【請求項３０】 音声放出領域のアレイより前方で、かつその中心に合わせ
    た位置にある点が、３．０メートルを超える距離だけ離れている、請求項２７に
    記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  31. 【請求項３１】 音声放出領域のアレイより前方で、かつその中心に合わせ
    た位置にある点が、０．３３から３．０メートルの間の距離だけ離れている、請
    求項２７に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  32. 【請求項３２】 （ａ）パラメトリック・ラウドスピーカ・システムより前
    方で、かつその中心に合わせた位置にある点と、 （ｂ）非平面状に構成された少なくとも２つの圧電バイモルフ変換器とを含み
    、少なくとも２つの圧電バイモルフ変換器を、該点からほぼ等距離となるように
    個々に調整して、変換器出力の位相ひずみを防止する、パラメトリック・ラウド
    スピーカ・システム。
  33. 【請求項３３】 非平面基部より前方で、かつその中心に合わせた位置にあ
    る点が、０．３３から３．０メートルの間の距離だけ離れている、請求項３２に
    記載のパラメトリック・ラウドスピーカ・システム。
  34. 【請求項３４】 少なくとも２つの圧電バイモルフ・スピーカを取り付ける
    非平面取付け手段をさらに含む、請求項３２に記載のパラメトリック・ラウドス
    ピーカ・システム。
  35. 【請求項３５】 少なくとも１つの側波帯を有する可聴信号を受信するよう
    になされた電子変調器であり、可聴信号で変調されて変調信号を生成する搬送周
    波数を生成する電子変調器と、 電子変調器に結合されて変調信号を再生する、少なくとも１つの共振周波数を
    有する少なくとも１つの超音波変換器とを含み、搬送周波数を共振周波数からオ
    フセットさせてパラメトリック出力を増大させる、パラメトリック・ラウドスピ
    ーカ・システム。
  36. 【請求項３６】 可聴信号は両側波帯信号である、請求項３５に記載のパラ
    メトリック・ラウドスピーカ。
  37. 【請求項３７】 可聴信号は切頭両側波帯信号である、請求項３５に記載の
    パラメトリック・ラウドスピーカ。
  38. 【請求項３８】 可聴信号は単側波帯信号である、請求項３５に記載のパラ
    メトリック・ラウドスピーカ。
  39. 【請求項３９】 可聴信号は上側側波帯信号である、請求項３８に記載のパ
    ラメトリック・ラウドスピーカ。
  40. 【請求項４０】 可聴信号は下側側波帯信号である、請求項３８に記載のパ
    ラメトリック・ラウドスピーカ。
  41. 【請求項４１】 パラメトリック・ラウドスピーカ・システムのパラメトリ
    ック出力を増大させる方法であって、 （ａ）電子変調器内で搬送周波数を生成するステップと、 （ｂ）電子変調器に接続された、共振周波数を有する少なくとも１つの超音波
    変換器を提供するステップと、 （ｃ）搬送周波数を共振周波数からオフセットさせるステップと、 （ｄ）電子変調器で受信した搬送周波数少なくとも１つの側波帯を有する可聴
    信号で変調して、変調信号を生成するステップと、 （ｅ）オフセット搬送周波数を使用して変調信号を再生して、パラメトリック
    出力を増大させるステップとを含む方法。
  42. 【請求項４２】 ステップ（ｄ）は、両側波帯信号である可聴信号を使用す
    ることをさらに含む、請求項４１に記載のパラメトリック出力を増大させる方法
    。
  43. 【請求項４３】 ステップ（ｄ）は、切頭両側波帯信号である可聴信号を使
    用することをさらに含む、請求項４１に記載のパラメトリック出力を増大させる
    方法。
  44. 【請求項４４】 ステップ（ｄ）は、単側波帯信号である可聴信号を使用す
    ることをさらに含む、請求項４１に記載のパラメトリック出力を増大させる方法
    。
  45. 【請求項４５】 ステップ（ｄ）は、上側側波帯信号である可聴信号を使用
    することをさらに含む、請求項４４に記載のパラメトリック出力を増大させる方
    法。
  46. 【請求項４６】 ステップ（ｄ）は、下側側波帯信号である可聴信号を使用
    することをさらに含む、請求項４４に記載のパラメトリック出力を増大させる方
    法。
  47. 【請求項４７】 少なくとも１つの超音波変換器が薄膜変換器である、請求
    項１に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ。
  48. 【請求項４８】 少なくとも１つの超音波変換器が圧電薄膜変換器である、
    請求項４７に記載のパラメトリック・ラウドスピーカ。
  49. 【請求項４９】 ステップ（ｅ）は、薄膜変換器を使用して変調信号を再生
    するステップをさらに含む、請求項１６に記載のパラメトリック出力を増大させ
    る方法。
  50. 【請求項５０】 ステップ（ｅ）は、圧電薄膜変換器を使用して変調信号を
    再生するステップをさらに含む、請求項４９に記載のパラメトリック出力を増大
    させる方法。
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