JP2003520002A

JP2003520002A - 圧電フィルム音波エミッタ

Info

Publication number: JP2003520002A
Application number: JP2001551061A
Authority: JP
Inventors: 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; セルフリッジ，アラン・ロバート; クーリ−ヤクブ，ピエーリ
Original assignee: アメリカン・テクノロジー・コーポレーション
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2003-06-24
Also published as: KR20020079767A; EP1247421A1; CN1190107C; CA2396347A1; EP1247421A4; CN1433661A; WO2001050810A1; HK1050102A1; AU2719000A

Abstract

(57)【要約】亜音波、音波又は超音波圧縮波を放出するためのスピーカー装置はほぼ中空のドラムと、ドラム（１００）に取り付けられた剛直なエミッタ板（１０８）と、板内に形成され、エミッタ板（１０８）を横切って位置する薄い圧電フィルムにより覆われた複数の開口（１１２）とを有する。圧力源はドラム（１００）に結合されて、圧電フィルムでの加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び膨張できる湾曲状のエミッタ形状へとフィルム（１０４）を膨張させて、周囲の環境内に圧縮波を発生させるように、開口（１１２）で薄いフィルム（１０４）に関して偏倚圧力を発生させる。パラメトリック超音波周波数は圧電フィルム（１０４）に供給され、所望の亜音波、音波又は超音波周波数範囲に対応する異なる成分を有する多数の超音波周波数を伝播する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

【０００２】

【発明の分野】

本発明は圧縮波発生に関する。特に、本発明は、音波及び超音波圧縮波を直接
的に発生させるための、及び、値の違いが所望の新たな音波又は超音波圧縮波の
周波数に相当する周波数を有する２つの超音波圧縮波の相互作用により新たな音
波又は超音波圧縮波を間接的に発生させるための装置及び方法に関する。

【０００３】

【技術の状態】

純粋な形で音を再生させるために多くの試みがなされてきた。関連する特許出
願番号０８／６８４，３１１号明細書においては、放射素子を有する普通のスピ
ーカーを使用するスピーカー工学についての従来技術の詳細な背景が吟味され、
これを参照としてここに組み込む。このような従来のスピーカーの欠点は運動す
るダイアフラム又は他の放射素子の質量に由来する歪みである。関連する問題は
低範囲、中間範囲及び高範囲の周波数のスペクトルを横切る放射素子の不適当な
組み合わせにより現れる歪みから生じる。問題はウーファー、中間音スピーカー
及びツイーターの組み合わせを使用することにより部分的に解決される。

【０００４】超音波トランスデューサにより可聴の音を再生する試みは、パラメトリックス
ピーカー、音響ヘテロダイン、ビート周波数干渉、及び新たな周波数を発生させ
るための複数の周波数の変調の他の形として具体化される技術を含む。理論的に
は、音は、値の差が可聴周波範囲内にある２つの超音波周波数の（非線形媒体と
しての）空気における相互作用により現れる。理想的には、結果として生じる圧
縮波は非線形媒体としての空気内で伝えられ、純粋な音として聞こえる。この方
法を使用するにも拘わらず、実践的な応用のための音の一般的な生成は１００年
にもわたって産業を避けてきた。特に、普通のスピーカー装置のような方法で一
般的な用途に適用できる基本的なパラメトリック又はヘテロダインスピーカーは
開発されなかった。

【０００５】理論的なパラメトリックスピーカー列の発展の短い歴史は青木、鎌寺及び熊本
著による電子工学及び通信、第３部、第７４巻、Ｎｏ．９（１９９１年３月）の
「パラメトリック拡声器；音響場の特徴及びキャリヤ超音波の適切な変調」に記
載されている。技術的な要素及び２つの干渉する超音波周波数間の異なる信号か
らの音の発生の原理が述べられているが、商業用の音響装置の実践的な実現は明
らかに不成功であった。４２ｃｍのスピーカー直径を生じさせる１４１０個もの
圧電トランスデューサからなるパラメトリックスピーカー列の装置にも拘わらず
、従来技術におけるこの弱点が存在することに留意すべきである。実質的には、
パラメトリック音響の分野におけるすべての従来の研究は、典型的にはバイモル
フ特性の普通の超音波トランスデューサの使用を基礎としてきた。

【０００６】１９９４年１０月に発行された米国特許第５，３５７，５７８号明細書は運転
できるパラメトリックスピーカー装置の開発におけるジレンマに対する別の解決
策を紹介している。そこでは、提案された装置は所望の可聴周波差信号を発生さ
せるために二重の超音波周波数を放射するトランスデューサを有する。しかし、
ここでは、二重周波数超音波信号はトランスデューサの面上のゲル媒体から伝播
される。この媒体２０は「周波数ｆ１、ｆ２間の差に相当する周波数を有する差
トーン２３を生じさせる実質的な音響源として作用する。」（第４欄、５４−６
０行）。換言すれば、この１９９４年の文献はトランスデューサの面からの空気
での差可聴周波信号の直接的な発生を捨て、音を生成するためにゲル媒体の非線
形性に頼っている。トランスデューサと空気との接面からゲル媒体の提案された
使用へのこの急激なシフトは、少なくとも実践的なスピーカーの応用に対して、
従来技術の開示の明白な不作動性の認識を強める。

【０００７】

【発明の目的及び概要】

本発明の目的は、超音波周波数源のような従来のトランスデューサを使用する
ことなく空気の領域から許容できるボリュームレベルで新たな可聴音響波を間接
的に発生させる方法及び装置を提供することである。

【０００８】別の目的は、少なくとも１つの新たな音波又は亜音波の波に等しい異なる周波
数を有する少なくとも２つの超音波信号間の干渉を提供する薄いフィルムエミッ
タを使用することにより、商業的に許容できるボリュームレベルを有する少なく
とも１つの新たな音波又は亜音波の波を間接的に発生させることである。

【０００９】更に別の目的は、広い超音波エミッタ表面を横切る均一な波面(wave front)を
発展させることのできる薄いフィルムのスピーカーダイアフラムを提供すること
である。本発明の更に別の目的は、電気的刺激に応答して圧縮波を発生させるこ
とができるが、剛直なダイアフラム構造体を必要としない改善されたスピーカー
ダイアフラムを提供することである。

【００１０】これらの目的は、複数の開口を有する共通のエミッタ面の上方に位置する薄い
圧電膜を含むスピーカーにより実現される。開口は、平行な軸線に沿って膜から
圧縮波を放出させて、均一な波面を発展させるように、整合する。膜は湾曲形状
に延伸され、エミッタ膜の背後のドラム空洞内で発生する近真空により開口を横
切って張力状態に維持される。圧電膜は加えられた電圧に応答して直線的に膨張
又は収縮し、開口にわたって膜の湾曲度を修正し、普通のスピーカーダイアフラ
ムのものと一層よく似た圧縮波を生じさせる。この形状は圧縮波の発生を可能に
するのみならず、与えられた真空のため好ましくない逆波即ち戻り波の形成を排
除する。

【００１１】本発明の別の態様においては、エミッタは共通のエミッタ面において複数の開
口の上方に位置する単一のエミッタ膜からなるドラムを有する。しかし、この実
施の形態においては、膜はドラム空洞から加えられる正の圧力により開口内で湾
曲状に膨張する。膜の同様の音波動作は加えられる電圧に応答して生じるが、こ
の場合、戻り波の発生を考慮しなければならない。

【００１２】本発明の別の態様はフィルムのシール及びガス漏洩の回避を補助するために圧
電フィルムの上方に位置するポリマーフィルムである。本発明の更に別の態様においては、エミッタは、圧電フィルムの個別の領域を
制御し、フィルム内でのビーム操縦及び複数のチャンネルを可能にするために、
複数の電極を有する。

【００１３】当業者にとっては、本発明の他の目的、特徴、利点及び別の態様は添付図面と
組み合わせた以下の詳細な説明の考察から明らかとなろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】

スピーカー部材としてのパラメトリック列となった圧電トランスデューサの伝
統的な使用は、可聴周波及び超音波音発生産業内でのトランスデューサの多くの
実践的な用途を思いとどまらせると思われている多数の制限を具現化する。この
ような制限は個々のトランスデューサの大きな列を横切る位相及び周波数応答の
均一性の欠如を含む。しばしば、トランスデューサの共鳴周波数の小さな変化、
及び幅広い周波数スペクトル内での異なる周波数に対する可変応答のため、歪み
、減少出力及び不本意なビーム操縦が生じる。これらの制限の多くは、典型的な
スピーカー列が共通の信号源にそれぞれ結線された多くの個々の不均一なトラン
スデューサから形成されるために、生じる。各トランスデューサは幾分ユニーク
であり、並列又は直列形状で他のトランスデューサに関して自主的に作動する。

【００１５】本発明は、エミッタの全面を横切って、加えられた信号に対する応答に関し予
測できる圧電材料の単一のフィルムを提供することにより、列を横切って一致性
及び均一性を発展させる。好ましい実施の形態においては、これは、大いに、エ
ミッタが実際共通の寸法の複数の開口を横切って支持された同じ組成の単一のフ
ィルムであるために、結果として生じる。更に、材料がエミッタ板即ちディスク
を横切って単に配置され、単一の組の電気接点により作動されるため、エミッタ
の全面は物理的に一体化される。それ故、エミッタ板内のそれぞれの開口により
代表される個々の放出位置の列は、１つの材料からなり、同じ電気的な入力によ
り作動される単一のフィルムとして実際に作動する。湾曲状の膨張は各開口にお
いて均一である。その理由は、ドラム空洞内からの（正又は負の）共通の圧力に
より同じ材料が同じ寸法を横切って張力状態に偏倚されているからである。それ
故、倍音及び相の歪みは最小となり、作動できる帯域幅を横切る均一な波面を容
易にする。

【００１６】図１、２、３ａ及び３ｂは斜視図及び部分破断図として示された本発明の好ま
しい実施の形態を示す。エミッタドラムトランスデューサ１００は中空で、ほぼ
円筒状の物体である。エミッタドラムトランスデューサ１００の側壁１０６は金
属又は金属合金である。エミッタ面１０２はエミッタドラムトランスデューサ１
００の頂表面から圧縮波を発生させ、少なくとも２つの素子、すなわち、エミッ
タフィルム１０４及びエミッタ板即ちディスク１０８からなる。

【００１７】エミッタ面１０２の外表面は薄い圧電フィルム１０４により形成される。この
フィルム１０４は小さな湾曲状のエミッタ素子へのフィルムの膨張を可能にする
ための複数の開口を含む剛直なエミッタ板１０８により支持される。上述のよう
に、これらのエミッタ素子はすべての点、すなわちち、寸法、湾曲度及び組成に
おいて均一である。この共通性が、あたかも単一のエミッタ素子であるかのよう
なエミッタフィルムの面を横切る共通の出力を生じさせる。

【００１８】圧電フィルム１０４は適当な接点１２０を介して加えられる電気信号により刺
激を受け、それによって、圧縮波を発生させるように所望の周波数で振動させら
れる。これは、ドラムヘッドと同様の方法でエミッタ板即ちディスク１０８を横
切って薄いフィルムを張力状態に拘束する導電性リング１１４により容易化され
る。それ故、導電性リングは圧電フィルム１０４の上方で位置決めされ、エミッ
タ面１０２の周辺のまわりに配置され、クランプ及び圧電材料のための電気信号
源の双方として作動する。典型的には、この導電性リング１１４は真鍮で作られ
るが、他の電気的に導電性の材料を利用することができる。圧力シール１２９は
導電性リング１１４の下に設定され、圧電フィルム１０４とドラムの側壁１０６
との間のジョイントをシールするのに役立つ。更に、圧力シール１２９は導電性
リング１１４無しに圧電フィルムの縁部のまわりで電気接点として使用すること
ができる。本質的には、圧力シール１２９は導電性又は部分的に導電性のリング
となる。

【００１９】エミッタドラムトランスデューサ１００はほぼ中空の内部を有し、バックカバ
ー１１０により底表面で閉じられる。この構造体は実質上気密の囲い即ちドラム
空洞を可能にするようにシールされる。近真空（以下、真空と呼ぶ）又は加圧状
態が後に説明する理由のためにエミッタドラムトランスデューサ１００内で存在
することができる。近真空はミリＴｏｒｒでの測定を必要とするのに十分な小さ
さの圧力として定義される。

【００２０】エミッタドラムトランスデューサ１００の構造を良好に理解するため、図２は
圧電フィルム１０４（図１）の下方に通常配置される隔離されたエミッタディス
ク１０８の外側に向いた面１２６の頂面図を提供する。好ましい実施の形態にお
いては、ディスク１０８は金属であり、ほぼ均一の寸法の複数の開口１１２によ
り穿孔されている。開口１１２は内方に向いた側１２８（図３参照）から外方に
向いた側１２６までディスク１０８の厚さを完全に貫通する。性能における予測
可能性及び最大効率を提供するため、開口１１２は円筒状の形に形成される。

【００２１】円筒状の開口１１２の上方で湾曲状の張力状態として懸架された場合の圧電フ
ィルム１０４の変化についての予測可能性は、円形板の対称的な曲げに関して開
発されたかなりの量の知識の結果である。これは、他の開口形状を使用できない
ことを意味するものと解釈すべきではない。それにも拘わらず、好ましい実施の
形態は予測可能な形状として円筒状の開口１１２を採用した。

【００２２】図２のディスク１０８上に示す開口１１２のパターンは、この場合、これが最
大数の開口１１２を一定の領域内に位置させることを可能にするため、選択され
る。このパターンは典型的には「ハニカム」パターンとして述べる。ハニカムパ
ターンは、これが音響ヘテロダインの特徴故に平行な軸線を備えた多数の開口１
１２を有するのに望ましいため、選択される。

【００２３】特に超音波周波数を発生させる場合は、基本周波数とインテリジェンスを搬送
する周波数との間にヘテロダイン干渉を生じさせて、インテリジェンスからなる
新たな音波又は亜音波の周波数を発生させるのが望ましい。その結果、互いに相
互作用させられる一層多数の基本及びインテリジェンス搬送波面は、一般に単一
の対の基本及びインテリジェンス搬送周波数に比べて、一層大きなボリュームの
新たな音波又は亜音波周波数を発生させる効果を有する。換言すれば、本発明は
、共通の組成、統合性及び振動応答の利益を損なうことなく、干渉周波数を搬送
するための多数のエミッタ素子を開発する重要な利点を提供する。明らかに、こ
れは商業的に実行可能になるのに十分大きいボリュームを発生させる重要な因子
である。周波数放出の軸線の平行な方位が更に許容できるボリュームレベルの発
展を向上させる。

【００２４】図３ａはエミッタドラムトランスデューサ１００への電気的接続に関する更な
る詳細を含む本発明の好ましい実施の形態の補助的な輪郭及び破断斜視図を提供
する。エミッタドラムトランスデューサ１００の側壁１０６は貫通する複数の開
口１１２を備えたディスク１０８のための囲いを提供する。圧電フィルム１０４
はディスク１０８と接触した状態で示されている。圧電フィルム１０４が接触す
るディスク１０８の全体の露出表面に圧電フィルム１０４を接着しない方が好ま
しいことを決定するために実験を行った。圧電フィルム１０４と開口１１２との
間の種々の寸法のにかわ（接着剤）フィレットは、均一な開口１１２によってさ
え均一でない共鳴周波数を発生させてしまう。それ故、好ましい実施の形態はデ
ィスク１０８に対して圧電フィルム１０４の外縁のみを接着することを教示する
。

【００２５】バックカバー１１０はエミッタドラムトランスデューサ１００内で真空を許容
するために設けられる。この真空は、開口１１２を横切ってほぼ均一な方法で、
圧電フィルム１０４をディスク１０８に対して引き付ける。開口１１２の上方で
懸架された圧電フィルム１０４の張力の均一性は各エミッタ素子において圧電フ
ィルム１０４により発生される共鳴周波数の均一性を保証するために重要である
。実際、圧電フィルム１０４及び開口１１２の各組み合わせは小型のエミッタ素
子即ちセル１２４を形成する。ディスク１０８を横切る圧電フィルム１０４の張
力を制御することにより、セル１２４はほぼ均一に有利に応答する。

【００２６】真空の付加的な利点は望ましくない「戻り波」歪みのいかなる可能性をも排除
することである。本発明における戻り波の排除はシールされたドラム空洞内での
真空の存在に由来する。定義によれば、圧縮波は、これがその中を進行できる圧
縮可能な媒体の存在を必要とする。圧電フィルム１０４がエミッタドラムトラン
スデューサ１００から矢印１３０で示す方向において「外方に」超音波圧縮波を
発生させることができる場合は、矢印１３２で示す方向にエミッタドラムトラン
スデューサ１００内へ戻るように反対方向に進行する超音波圧縮波もまた発生す
ることが唯一論理的である。

【００２７】真空状態が存在しない場合は、これらの戻り方向に進行する波即ち戻り波歪み
波は所望の周波数を発生させる圧電フィルム１０４の能力と抵触することがある
。この抵触は、戻り波が開口１１２を通って再び前進し、圧電フィルム１０４で
反射してその振動を変更するまで戻り波がエミッタドラムトランスデューサ１０
０内の表面で反射するときに生じる。それ故、エミッタドラムトランスデューサ
１００内での圧縮波（空気）の進行のための媒体を排除することにより、圧電フ
ィルム１０４の反射性振動が排除される。

【００２８】図３ａはまた、圧電フィルム１０４に電気的に結合され、エミッタドラムトラ
ンスデューサ１００の各セル１２４から伝達されるべき周波数の電気的な表示を
搬送する電気リード線１２０が存在することを示す。従って、これらの電気リー
ド線１２０は必然的に図示のようにある信号源１２２に電気的に結合される。

【００２９】加圧されたときのドラム１００からの又はドラム内への圧力漏洩の可能性のた
め、圧力漏洩を回避する工程をとることが重要である。圧力漏洩を減少させる１
つの方法はドラム１００を加圧するために希ガスを使用することである。例えば
、漏洩を減少させるために窒素、ネオン又はアルゴンの如き重希ガスを使用する
ことができる。希ガスは軽いガスよりも一層大きな分子を有し、従って、ドラム
１００からの又は圧電フィルム１０４を通る漏洩を減少させる。

【００３０】本発明の別の実施の形態においては、圧電フィルムを被覆するために薄いポリ
マー層が使用される。図３ｂは分極工程後に圧電フィルム１０４上に被覆された
ポリマー層１４０を示す。分極工程中、圧電フィルムは引き伸ばされかつチャー
ジを受け、圧電フィルムのガス保持特性が弱化する。ポリマー層のコーティング
は、ドラムが近真空になったときに大気ガスがドラム１００内へ漏洩できないよ
うに、圧電フィルムをシールする。このコーティングはまたドラム１００を加圧
するために使用されるガスの逃避を阻止するように圧電フィルムをシールする。
ポリマーは圧電フィルムの性能に影響を及ぼさないのに十分なほど薄くなければ
ならないことに留意することは重要である。プラスチックコーティングのこの余
分の層を使用すると、極めて薄い圧電フィルムを使用した場合でさえ、ドラム１
００内の圧力を一層信頼あるものにできる。プラスチックコーティングは圧力漏
洩を減少させるためにドラムの側壁１０６及びバックカバー１１０上でも使用で
きることを了解すべきである。圧電フィルム又はドラム１００に対するシールは
エミッタの使用寿命を延ばす助けとなる。この実施の形態に示されたエミッタの
圧力範囲は平方インチ当りほぼ０ポンド（近真空）ないし平方インチ当りほぼ２
０ポンドである。

【００３１】図３ｃはエミッタドラム及びエミッタ面の破断輪郭図を示す。この形状におい
ては、圧電フィルムはエミッタ面の内側にある。室１４２は図４ｂに示すように
圧電フィルム１０４を湾曲形状へと押し込むように加圧される。ポリマーコーテ
ィング層１４０は上述のように圧電フィルムのシールを補助するために使用され
る。この図面に示すエミッタ面１２８は比較的大きなセル深さを有する実施の形
態である。図３ｄは、エミッタ板１２８の厚さが図３ｃにおけるエミッタ板１２
８の深さよりも実質上浅い点を除いて、図３ｃと同様の実施の形態を示す。室１
４２はまた、図４ｂに示すように圧電フィルム１０４を湾曲形状へと押し込むよ
うに加圧される。

【００３２】図３ｅはエミッタ面１２８及び第２のクランプ１４３を備えたエミッタドラム
１００の破断側面図を示す。圧電フィルム１０４はエミッタ面１２８とエミッタ
面１２８の開口形状に合致する第２のクランプ１４３との間でクランプされる。
圧電フィルム１０４は波発生を強化するためにドラムのバック板１１０からの波
長の１／４（１／４波長）である。ドラム１００が加圧されたとき、湾曲状のエ
ミッタ素子を生じさせる。更に、小さな開口を備えたセル１２４に接続する細長
い室１４２を設ける。セル１２４はまたバック板１１０に取り付けることができ
、次いで、セル１２４内の他の地点での開口は各セル内の圧力を等しくするよう
に配置されることを了解すべきである。第２のクランプ１４３は必要ではないが
、このクランプは圧電フィルム１０４に対する安定性を付加する。

【００３３】図４Ａは好ましい実施の形態の（２つの開口１１２の上方の圧電フィルム１０
４からなる）セル１２４の２つを示す拡大輪郭図である。圧電フィルム１０４は
図示のみの目的で示した誇張振動においてエミッタドラムトランスデューサ１０
０の内部の方へ内方に膨張された状態で示す。図４Ｂとの比較から、圧電フィル
ム１０４の内方への膨張に続き、加えられる信号の解除により、エミッタドラム
トランスデューサ１００の内部から遠ざかるような外方への膨張が生じる。圧電
フィルム１０４の膨張の量は図示のみの目的で誇張して再度示される。膨張の実
際の量は後に説明する。

【００３４】図５は、（加えられる電圧ＲＭＳの関数として）圧電フィルム１０４の変位と
比較した、好ましい実施の形態の原理に従って製造されたエミッタドラムトラン
スデューサ１００の周波数応答を示すグラフである。図５のグラフを提供したエ
ミッタドラムトランスデューサ１００は、エミッタドラムトランスデューサ１０
０の内部での近真空による生じた典型的な結果の例示である。

【００３５】この実施の形態に使用される膜（圧電フィルム１０４）は厚さが約２８μｍの
２フッ化ポリビニリジエン（ＰＶＤＦ）フィルムである。実験から、この特定の
エミッタドラムトランスデューサ１００の共鳴周波数はほぼ１１．６６％の帯域
幅で７３．６Ｖｐｐの駆動電圧を使用した場合にほぼ３７．２３ｋＨｚとなるも
のとして示されており、この場合、上方及び下方の６ｄＢの周波数はそれぞれ３
５．５５ｋＨｚ及び３９．８９ｋＨｚである。圧電フィルム１０４の変位の最大
振幅はまたピークからピークまで１μｍをほぼちょうど越えることが分かった。
この変位は１２５．４ｄＢの音圧力レベル（以下ＳＰＬと呼ぶ）に相当する。

【００３６】驚いたことには、この大きなＳＰＬは理論的には１６８０Ｖｐｐの又は加えら
れたものよりも２２．８倍大きい駆動電圧に耐えると思われるＰＶＤＦを使用す
るエミッタドラムトランスデューサ１００から発生した。このため、エミッタド
ラムトランスデューサ１００に使用されるこれらの特定の材料の理論的な限界が
１５２．６の驚くべき大きなＳＰＬをもたらす。

【００３７】ここに示す好ましい実施の形態の共鳴周波数がエミッタドラムトランスデュー
サ１００の種々の特性の関数であることを覚えておくことは重要である。これら
の特性は、数ある中で、エミッタ面１０２を横切って引き伸ばされる圧電フィル
ム１０４の厚さ、及び、エミッタディスク１０８内の開口１１２の直径を含む。
例えば、一層薄い圧電フィルム１０４を使用すると、一定の加えられた電圧に対
して圧電フィルム１０４の一層急激な振動が生じる。その結果、エミッタドラム
トランスデューサ１００の共鳴周波数は一層高くなる。

【００３８】一層高い共鳴周波数の利点は、帯域幅の百分率がほぼ１０％に留まるか又は実
験結果として示すように増大する場合に、所望の範囲の周波数を容易に発生させ
ることができることである。換言すれば、人間が聞こえる範囲はほぼ２０ないし
２０，０００Ｈｚである。それ故、帯域幅が少なくとも２０，０００Ｈｚを包含
するのに十分なほど広い場合、人間が聞こえる全体の範囲を、音響ヘテロダイン
の結果としての新たな音波波として容易に発生させることができる。このため、
その上で変調された音波インテリジェンスを備え、適当なキャリヤ波と干渉する
信号は、人間が聞こえる全体の可聴スペクトルにわたる可聴音を発生させること
のできる新たな音波信号を生じさせる。

【００３９】共鳴周波数を増大させるための一層薄い圧電フィルムの使用に加え、周波数範
囲を延ばす他の方法がある。例えば、別の実施の形態においては、本発明は一層
小さな直径の開口１１２を有するセル１２４を使用する。一層小さな開口はまた
、加えられた駆動電圧に対して一層高い共鳴周波数を生じさせる。

【００４０】結果のいくつかを説明したが、本発明の力学を表すことのできるいくつかの等
式を調べることも有用である。フィルム張力及び共鳴周波数の理論的な分析につ
いては、公開文献である振動装置及びその等価回路(Vibration Systems and the
ir Equivalent Circuits) （ゼニーケ・スクバー(Zdenek Skvor)著；１９９１年
エルサーバ社(Elservier) ）、機械エンジニアのためのマーク標準ハンドブック (Marks Standard Handbook for Mechanical Engineers)（アイゲン・エー・アバ
ロン(Eugene A. Avallone)及びセオドール・ボイメイスター三世(Theodore Baum
eister III) 著による第９版）（以下、「マーク文献」という）、及び、板及びシェルの理論 (Theory of Plates and Shells) （ステファン・チモシェンコ(Ste
phen Timoshenko)著；第２版）を参照されたい。マーク文献は膜の張力を共鳴周
波数に関連づける極めて有用な等式（５．４．３４）を与える。共鳴周波数は開
口の形状、開口の寸法、逆圧力、フィルムのコンプライアンス及びフィルムの密
度の関数である。これらの値間の関係は複雑であり、この文献の範囲を越えてい
る。

【００４１】図６は本発明の別の実施の形態を示すが、この実施の形態はまたエミッタドラ
ムトランスデューサ１１６から周波数を発生させ、好ましい実施の形態と殆ど同
一に構成される。本質的な差異は、エミッタドラムトランスデューサ１１６の内
部に真空を発生させる代わりに、この場合内部が加圧されることである。圧電フ
ィルム１０４はエミッタ面の内側にあり、ドラム内の圧力により部分的に適所に
保持される。

【００４２】エミッタドラムトランスデューサ１１６内に導入される圧力は共鳴周波数を変
更するために変化させることができる。しかし、圧電フィルム１０４の厚さは、
どのような大きさの圧力を加えることができるかを決定する際の主要因子となる
。これは、好ましい実施の形態に使用される二方向に引き伸ばされるＰＶＤＦの
代わりに、かなりの異方性を有するある共重合体から作られた圧電フィルムに部
分的に帰することができる。異方性の圧電フィルムの望ましくない側効果は、す
べての方向におけるフィルムの振動を実際に阻止し、そこから発生する信号の望
ましくない歪みを生じさせる非対称性を生むことがあることである。このため、
ＰＶＤＦは圧電フィルムにとって好ましい材料である。その理由は、これが共重
合体よりもかなり大きな降伏強さを有するからであり、しかも、これが著しく低
い異方性を有するからである。

【００４３】加圧式のエミッタドラムトランスデューサ１１６の別の実施の形態の１つの態
様は周波数共鳴即ち刺激の発生とすることができる。これは、エミッタドラムト
ランスデューサ１１６内のガス内での波発生に由来するエミッタドラムトランス
デューサ１１６内での戻り波の発生のためである。しかし、戻り波を吸収するた
めの材料をエミッタドラムトランスデューサ１１６内に配置することにより、戻
り波を除去できることが分かった。例えば、エミッタドラムトランスデューサ１
１６内に挿入された一片の発泡ゴム１３４又は他の音吸収剤又は緩和材料はすべ
ての周波数刺激を実質上除去できる。代わりに、圧電フィルムに対して問題の特
定の範囲内での波の発生を実質上排除するのに十分な近さでバック板を配置する
ことができる。

【００４４】加圧式のエミッタドラムトランスデューサ１１６を使用する実験結果は、典型
的な選択された圧力及び駆動電圧で、エミッタドラムトランスデューサ１１６が
実質上直線的な領域内で作動したことを示した。例えば、エミッタドラムトラン
スデューサ１１６の内部の平方インチ当り１０ポンド（ｐｓｉ）の圧力で２８μ
ｍの厚さのＰＶＤＦを使用するエミッタドラムトランスデューサ１１６は５ｐｓ
ｉの内圧を有するエミッタドラムトランスデューサ１１６よりもほぼ４３％大き
い共鳴周波数を発生させることが分かった。代わりに、駆動振幅が２倍ならＰＶ
ＤＦの変位もほぼ２倍になると分かった場合は、ほぼ直線的な作動領域が発見さ
れることが確認された。

【００４５】また、実験から、加圧式のエミッタドラムトランスデューサ１１６がほぼ２０
％の帯域幅を実質上得ることができることが分かった。それ故、たった１００ｋ
Ｈｚの共鳴周波数を有するエミッタドラムトランスデューサ１１６を構成すれば
、人間が聞こえる全体の範囲を発生させるのに十分なものよりも大きいほぼ２０
ｋＨｚの帯域幅が得られる。戻り波即ち内部の後方への波共鳴の導入を阻止する
ためにエミッタドラムトランスデューサ１１６の内部を音響的に緩和することに
より、加圧式の実施の形態はまた、本発明の好ましい実施の形態の商業的に実行
可能なボリュームレベルの目を見張る結果を達成することができる。

【００４６】ここで、圧電フィルムの好ましい厚さ、開口の寸法及びドラムの圧力について
述べる。圧力が増大したとき、圧力はスピーカーの共鳴周波数を増大させる。共
鳴周波数はまた、開口の寸法を減少させるか又は圧電フィルムの厚さを増大させ
ることにより、増大させることができる。次の表は３５ｋＨｚの共鳴周波数を提
供するための好ましいフィルム厚さ、開口寸法及び圧力を示す。これらの特定な
パラメータは本発明のための最大出力を提供する。これらの範囲内又は範囲近傍
の多数の組み合わせを使用できることは明らかである。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１は選択された開口寸法を列挙するが、好ましい開口寸法は０．０５０イン
チないし０．６００インチ（約１．２７ないし１５．２４ｍｍ）の範囲にある。
表１で列挙されたパラメータは超音波トランシデューサに主として焦点を合わせ
てある。フィルムの実際の性能は、フィルムが二方向性であるか、一方向性であ
るか又は被覆されているか等の如き異なる因子に依存する。例えば、５ＰＳＩで
使用される９μｍのフィルムは０．１６０インチ（約４．０７ｍｍ）の開口で３
５ｋＨｚの共鳴周波数を発生させる。これに対し、ＰＶＤＣのコーティングで被
覆された別の９μｍのフィルムは同じ３５ｋＨｚの共鳴周波数を生じさせるため
に５ＰＳＩで０．６００インチ（約１５．２４ｍｍ）の開口を有しなければなら
ない。開口寸法の先の例は本発明の超音波についての実施の形態に関するが、有
用な音波周波数を直接的に生じさせるために一層大きな穴を使用することができ
る。

【００４９】開口の中心間の間隔は最大出力にとっての目標である周波数波長の１／４ない
し１／２（１／４ないし１／２ｗＬ）の間とするのが好ましい。開口の中心間の
好ましい間隔は最大出力が望まれる周波数波長の１／３である。

【００５０】本発明の更に好ましい態様は特定の応用に対する音波エミッタの形状の適合性
である。例えば、圧電フィルムがディスク面を横切る均一の張力に維持できる場
合は、任意の形のドラムを形状づけることができる。このデザインの特徴は室又
は他の調度品にユニークな装飾を提供するデザイナー形状としてスピーカー形状
を形成することを可能にする。公称の空間要求のため、高度に原物そっくりの支
持設備等の壁ユニットの一部として柱間で隅部にぴったり合う周辺形状を使用し
て、厚さ１インチ（約２５．４ｍｍ）以下のスピーカーを製造することができる
。等方的な方法で平面内でフィルムを引き伸ばし、次いでディスク面の周辺でフ
ィルムを接着することにより、不規則な形状を横切るエミッタフィルムの張力の
均一性を達成することができる。次に、余分なフィルム材料を切断するか又は折
り畳み、次いで前後壁及び中間ドラム壁を一体のパッケージとして縛るために周
辺バンドで包むことができる。このようなスピーカーは重量が少なく、信号を受
け取るために圧電材料で結合されたワイヤ接点及びフィルムを湾曲状に膨張させ
るための真空又は正圧を加えるための圧力ラインのみを必要とする。

【００５１】本発明の好ましい実施の形態の一層特定の実施に戻ると、エミッタドラムトラ
ンスデューサ１００は図７に示す装置に含ませることができる。この応用はこの
薄いフィルム構造体にとって特に適するパラメトリック又はヘテロダイン技術を
利用する。薄い圧電フィルムはパラメトリックスピーカー理論に従って高超音波
周波数での作動にとって十分に適する。

【００５２】基本的な装置は基本波即ちキャリヤ波２１を提供するための発振器即ちデジタ
ル超音波波源２０を有する。この波２１は一般に第１の超音波波又は主波と呼ば
れる。振幅変調素子２２は超音波発生器２０の出力に結合され、音波又は亜音波
入力信号２３と混合されるようになった基本周波数２１を受け取る。音波又は亜
音波信号はアナログ又はデジタル形のいずれかで加えることができ、任意の普通
の信号源２４からの音楽又は他の音の形となることができる。入力信号２３が上
方及び下方の側帯域を含む場合は、選択された帯域幅のための変調されたキャリ
ヤ周波数上に単一の側帯域出力を生じさせるように、フィルタ素子を変調器内に
含ませることができる。

【００５３】エミッタドラムトランスデューサは、薄いフィルムトランスデューサ２５ａの
面で伝播される新たな波形として超音波周波数ｆ１、ｆ２を放出するようにさせ
られる品目２５として示されている。この新たな波形は空気の非線形媒体内で相
互作用を行い、新たな音波又は亜細音波の波として異なる周波数２６を発生させ
る。エミッタディスク内に形成される多量のエミッタ素子を有する能力は、品質
可聴周波出力及び有意義なボリュームを伝播することのできる均一な波面の発生
にとって特に十分に適する。

【００５４】本発明は上述のように機能することができる。その理由は、ｆ１、ｆ２に対応
する圧縮波が音響ヘテロダインの原理に従って空気内で相互作用を行うからであ
る。音響ヘテロダインは非線形回路内で生じる電気的なヘテロダイン効果に対す
る機械的な対応部に相当するようなところがある。例えば、電気回路における振
幅変調はヘテロダイン処理である。ヘテロダイン処理自体は２つの新たな波の単
なる生成である。新たな波は２つの基本波の合計及び差である。

【００５５】音響ヘテロダインにおいては、少なくとも２つの超音波圧縮波が空気内で相互
作用即ち干渉するときに、基本波の合計及び差に等しい新たな波の発生が観察さ
れる。本発明の好ましい伝達媒体は空気である。その理由は、空気が異なる条件
の下で非線形的に応答する高度に圧縮可能な媒体だからである。空気のこの非線
形性はヘテロダイン処理の発生を可能にし、差信号を超音波出力から切り離す。
しかし、必要なら、任意の圧縮可能な流体が伝達媒体として機能できることを覚
えておくべきである。

【００５６】従来技術におけるパラメトリック差波の首尾よい発生は名目的なボリュームの
みを有するように思えるが、本発明の形状は全量音を発生させる。ＡＭ変調基本
周波数を搬送する単一のトランスデューサはかなりの距離及び目を見張るボリュ
ームレベルで音を発射することができたが、複数の共線形信号の組み合わせがボ
リュームを大幅に増大させた。壁又は他の反射性表面に向けられたとき、壁が音
発生のまさに源であるかの如くに反射されるように、ボリュームが実質的で方向
性のものとなった。

【００５７】本発明の重要な特徴は、基本周波数及び単一又は二重の側帯域が同じトランス
デューサ面から伝播されることである。それ故、成分波は好ましくはコリメート
される。更に、位相整合は最大となり、２つの異なる超音波周波数間で可能な最
大レベルの干渉を提供する。これらの波間で最大の干渉が保証されるので、空気
分子への最大のエネルギ伝達を達成し、これが有効に、パラメトリックスピーカ
ーにおける「スピーカー」放射素子となる。従って、本発明者らは、本発明にお
いて提供されるような薄いフィルム式の超音波エミッタ列内でのこれらのファク
ターの向上が可聴周波出力信号についてボリュームを著しく増大させたものと信
じる。パラメトリックスピーカーにおける全ボリューム能力の発展は従来のス
ピーカー装置に比べて著しい利点を提供する。最も重要なのは、音が比較的質量
の小さい放射素子から再生されるという事実である。特に、可聴周波範囲内で作
動する放射素子は無い。その理由は、圧電フィルムが超音波周波数で振動してい
るからである。音響ヘテロダインによる音発生のこの特徴は、その大半が普通の
スピーカーの放射素子により生じるような従来の歪み効果を実質的に排除するこ
とができる。例えば、拡声器の円錐体上の逆倍音及び定在波、円錐体のオーバー
シュート、並びに、円錐体のアンダーシュートは実質的に除去される。その理由
は、低質量の薄いフィルムが数μｍの距離を横断するからである。

【００５８】本発明の更に別の実施の形態を図８に示す。好ましい実施の形態において本発
明がエミッタとしていかに作動するかを理解した後なら、本発明をレシーバ又は
センサとして同様に使用できることは明らかである。これは、圧電フィルムが電
気エネルギを機械エネルギに変換できるのみならず、逆に機械エネルギを電気エ
ネルギに同様に変換できるという結果である。それ故、好ましい実施の形態の装
置は、信号源１２２がエミッタドラムトランスデューサ１００に結合される代わ
りに、感知ドラムがオッシロスコープの如き感知器具に接続されるように、修正
されるだけである。次いで、トランスデューサ１１８は、感知ドラムトランスデ
ューサ１１８の圧電フィルム１０４上に衝突する圧縮波を、フィルム１０４を有
効なマイクロフォンとして実質的に作用させる電気信号に変換する。

【００５９】図９は剛直なエミッタ板１５２の背後に戻り波補強構造体を備えたスピーカー
装置を示す。戻り波補強体は図９に１／４ｗＬ（波長）として示す圧電フィルム
からの選択された波長の距離の１／４に位置するのが好ましい。この補強構造体
は生成される実際の音波又は超音波の波の発生を補助する。その理由は、戻り波
補強体が位相ずれ戻り波を反射して、周囲に生成された主波と位相の合った波に
するからである。戻り波補強体がバックカバー１１０でない場合は、補強体はま
た圧力の均等化を許容するために小さな開口１５４を含む。図１０は、戻り波補
強構造体がバックカバー１１０であるようなこの実施の形態の別の構成を示す。
圧電フィルムからの波長の１／４の距離は強化すべき所望の周波数波長に依存す
る。強化される最も普通の波長はキャリヤ周波数即ち共鳴周波数である。補強が
圧電フィルムからの波長の１／４で生じる場合、エミッタの最終出力は３ｄＢま
で増大することができる。強化したい周波数の波長に応じて、圧電フィルムから
の異なる距離に戻り波補強構造体を配置できることを付け加えておくことは重要
である。２つの他の望ましい補強体距離は圧電フィルムから１／２波長及び１波
長である。

【００６０】本発明の別の実施の形態は丸くない開口の装置を使用する。丸い開口の装置は
その対称的な形状のため有効であるが、他の対称的な形状を使用することができ
る。図１１は矩形形状の開口１５８を使用する剛直なエミッタ板１５６を示す。
図１２は楕円６１２形状の開口を有する剛直なエミッタ板１６０を示す。矩形及
び楕円形状は異方性又は一軸フィルムにとって特に有効である。その理由は、圧
電フィルムが矩形又は楕円の長手軸線に垂直に収縮又は膨張するときに有効な波
を発生させることができるからである。

【００６１】図１３は凸状のエミッタ板を備えたスピーカーの実施の形態を示す。エミッタ
の凸形状は、平坦な面の実施の形態よりも一層広い領域にわたって発生音を分散
させることができる。エミッタ面の湾曲度が増大すると、分散度も増大する。こ
れとは逆し、図１４はスピーカーの方向性に焦点をおいた凹状のエミッタ板を示
す。

【００６２】図１５はエミッタセル１８２により発生された音を分散させるための湾曲エミ
ッタ板１８０を示す。圧電フィルム１８４はエミッタ板１８０の下方に位置し、
室１８６は湾曲状の素子を形成するように加圧される。交流可聴周波信号は室の
壁１９２とエミッタ板１８０との間で下方に延びる電気接点１９０に接続された
ワイヤ１８８を介して供給される。室のバックカバー１９４はまた湾曲しており
、圧電フィルムからの選択された周波数の１／４の距離にセットされる。選択さ
れた周波数は戻り波により強化される周波数である。図１６は凹状の圧電フィル
ム２０４の形状を生じさせるために平坦な面及び湾曲底部分を備えたエミッタ板
２００を示す。バックカバー２０６は平坦であり、ドラムにより形成される室２
０８は先に述べたような湾曲状のエミッタ区分を形成するように加圧される。こ
の開示に基づき、必要なら、バックカバー２０６又はエミッタ板２００の面はま
た凸状又は凹状に湾曲できることは明らかであろう。

【００６３】本発明の更に別の実施の形態においては、エミッタ板上の電極は完全なリング
ではない。図１７は半円形の２つの電気接点を備えたエミッタ面１７０を示す。
第１の電気接点１７１及び第２の電気接点１７２はこれらに加えられる別個の信
号を有することができる。これは、圧電フィルムの区域（複数）を独立に制御す
ることを可能にする。異なる電気接点に加えられる信号は位相シフトでき、位相
シフトされた対応する波を空気内に生じさせる。これらの隣接する位相シフトし
た波が超音波レベルで相互作用したとき、波の方向経路を変更する。適正な位相
関係を提供することにより、スピーカーを物理的に移動させることなく、音ビー
ムを「操縦」できる。これは、使用者に対して運動の効果を提供する。更に、別
個の電気接点１７４、１７６を介して複数のチャンネルをも適用できる。

【００６４】図１８は４つの電気接点１８２、１８４、１８６、１８８を備えたエミッタ面
１７０を示す。４つの接点のみを示すが、接点の数は制御したい区域の数によっ
てのみ制限される。エミッタ面上に製造される電気接点が多いほど、別個の圧電
区域の制御が一層多くなる。各別個のセルでさえそれ自身の電気接点を有するこ
とができる。また、普通の電極スパッタリング又はフローイング技術に基づき、
ほぼ制限されない数の接点配列が可能であることを了解すべきである。

【００６５】圧電フィルム上で空間的に配置された電気接点を使用する２つの他の重要な実
施の形態を図１９、２０に示す。図１９は２つの同心の電気接点リング２１２、
２１４を備えた圧電フィルム２１０を示す。好ましい実施においては、中央のリ
ング２１４は全円形領域のほぼ１／２を含み、第２の電気接点は全体の円２１４
を囲む。２つの電気リングは各々ワイヤ２１８、２１６からの別個の電気信号を
受け取ることができる。信号はビーム操縦及び空間的な音方位づけを生じさせる
ために位相シフトできる。更に、各電極に対して別個のチャンネルを使用するこ
とができる。例えば、声チャンネルの如き１つのチャンネルは中央のリングへ送
ることができ、そして、周囲の背景音の如き第２のチャンネルは第２のリングへ
送ることができる。本質的には、この例における声チャンネル及び背景チャンネ
ルは圧電フィルム上で空間的に混合される。図２０は３つの電気接点２２０、２
２２、２２４を備えた電気接点の実施の形態の別の構成を示す。付加的な接点は
圧電フィルム上で用いることのできる制御を増大させる。

【００６６】圧電フィルムを製造する従来の方法は全体のフィルムを金属コーティングでス
パッタリングすることである。圧電フィルムの全表面上に金属コーティングを使
用する欠点は、電圧を加えたときに、フィルムのある領域が駆動されて、動けな
くなるか又は容易に動かすことができなくなることである。例えば、フィルムの
ある部分はクランプ止め状態、ボルト止め状態又は他の方法でエミッタ面に取り
付けられた状態となることがある。領域が駆動されて動けなくなったとき、望ま
しくない熱が発生する。本発明は、必要な領域にのみ金属コーティングをスパッ
タリング又は適用することにより、この問題を解決する。駆動すべきではなく、
適所に締結又はクランプすべき領域は、金属被覆されない。ここで図２８を参照
すると、この図は、圧電フィルムがエミッタ面の開口２５０と調和するように選
択的にスパッタリング２５２され、フィルムを動かすべきでない領域を回避する
ことを示す。もちろん、各金属被覆された領域は他の金属被覆された領域に電気
的に接続しなければならず、これは、必要な場所に金属化されたブリッジ接点２
５４を使用することにより行われる。

【００６７】別の問題は、ボルトの下又は接点領域に近い金属領域がアークを起こすことが
あることである。いかなる電気的に導電性のハウジング素子によるアークを回避
するようなパターンで、選択的なスパッタリングをフィルムの周辺に施すことが
できる。活動領域のみの金属化はまた、増幅器を駆動するのに必要なキャパシタ
ンスを減少させる。周知のマスク技術を使用して、選択的なスパッタリングを有
効に施すことができる。

【００６８】図２１はエミッタ板に取り付けられた圧電フィルムの多角形部片を示す。フィ
ルムの多角形部片はフィルムの大きな円形部片よりも製造及び冷却が一層容易で
ある。一層小さな幾何学形状を使用することにより得られる別の利点は、１つの
大きなエミッタダイアフラムを作る際に生じる問題（即ち張力付与問題）を減少
させるために多くのこれらの形状を一緒に組み合わせることができることである
。図２２は１つの長いエミッタ面を形成するために一緒に結合されたフィルムの
３つの多角形部片を示す。任意の一層小さな規則的な幾何学形状を選択すること
ができ、次いで１つの一層大きなエミッタ表面を形成するように切りばめ細工す
ることができることは明らかであろう。

【００６９】図２３はエミッタを形成するために六角形リングとして一緒に結合された圧電
フィルムの６個の多角形部片を示す。リング２４０の中心はエミッタの活動領域
ではなく、空空間又はある他の非圧電材料とすることができる。図２３に示す形
状の驚くべき結果は、中心の活動領域を有する六角形スピーカーの出力の８０％
ないし９０％もの出力を生じさせることができることである。図２３に示す形状
は、中心の活動領域を備えた六角形に比べて、ほんの５０％の圧電フィルム領域
しか有しないが、出力の減少はたった１０％ないし２０％である。

【００７０】図２４、２５は一層大きなエミッタ形状を形成するために一層小さな矩形の圧
電フィルム区分を使用する本発明の２つの実施の形態を示す。図２４は開いた中
心を備えた正方形形状として一緒に組み合わされた４つの矩形区分を示す。この
形状は六角形リングについて述べたものと同じ利点を有する。図２４は柱として
組み合わされた４つの矩形区分を示す。一層多くの又は一層少ない圧電フィルム
区分を使用すること及び一層大きな出力を生じさせる幾何学配列としてこれらを
一緒に組み合わせることも望ましい。

【００７１】図２６は多数の圧電フィルムセル２３４から遠く離れた小さな圧力室２３２を
備えた圧電フィルムエミッタ２３０を示す。圧力室２３２は単一のプレナム室と
等価であり、細い圧力チューブにより圧電フィルムセル２３４に接続される。加
圧チューブ２３６は各セル２３４上の圧電フィルムを湾曲状のエミッタ形状に形
成するために圧力室２３２から圧力を移送させる。各圧電フィルムセルは圧電フ
ィルムをその湾曲形状に形成するのに十分な圧力を有しなければならない。チュ
ーブ２３６を備えた圧力室２３２を使用する利点は、細いチューブに沿った圧力
勾配損失が回避されることである。チューブの総面積が比較的小さいため、チュ
ーブの使用は圧力を減少させず、圧力をそれぞれのエミッタセル２３４の各々に
分配する。更に、圧力室２３２の寸法ははまた比較的小さい。その理由は、チュ
ーブ内の小さな体積のみが小さな圧力室源を必要とするからである。代わりに、
圧力室又は特殊な源無しに、相互接続チューブを直接的に加圧することができる
。更に、圧電フィルムセル２３４及びチューブ２３６の数及び配列は実践的な拘
束によってのみ制限される。ここで、図３ｃ、３ｄに示すようなシーラントコー
ティングの一層詳細な説明を行い、圧電フィルムをシールする方法をも述べる。
ここで図２７を参照すると、シールされた圧電フィルムの構造が示されている。
中央の層は圧電フィルム２４０である。フィルムは典型的にはＰＶＤＦフィルム
又は同様の圧電共重合体である。シール材料２４６はＰＶＤＦに施される。シー
ル材料は高ガスバリヤ特性を有するＰＶＤＣ（塩化ポリビニリデン）である。Ｐ
ＶＤＣはブラッシング、エアブラッシング又はＰＶＤＣの槽内へのＰＶＤＦの浸
漬により圧電フィルムに施すことができる。更に、フィルムが電気的にチャージ
される前又は後に、ＰＶＤＣを圧電フィルムに施すことができる。ＰＶＤＣは圧
電フィルムの構造体に接着し、ガスがフィルム２４０を通過するのを阻止する有
効なバリヤを提供する。ＰＶＤＣが圧電フィルムに施された後、電極２４２、２
４４がフィルム２４０上にスパッタリング又は蒸着される。シール材料（ＰＶＤ
Ｃ）はまた、電極がフィルムに施された後に、施すこともできる。

【００７２】上述の説明から、好ましい実施の形態及び代わりの実施の形態が、先に述べた
音響ヘテロダイン処理の頼りを必要とせずに、音波周波数を直接放出できること
は明らかであろう。しかし、本発明が中間範囲の周波数及び上方周波数において
最も有効なので、可聴スペクトル内の周波数の範囲はほぼ一層高い周波数に必然
的に限定される。それ故、上述のような音響ヘテロダインを使用して全範囲の可
聴周波数を間接的に発生させるために本発明を使用したときに、本発明の最大の
利点が実現される。

【００７３】上述の実施の形態は本発明の原理の応用の単なる例示であることを理解すべき
である。当業者なら、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの修正
及び代替えの構成を工夫できる。特許請求の範囲はこのような修正およぼ構成を
カバーするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従って作られたエミッタドラムトランスデューサの斜視図であ
る。

【図２】本発明の原理に従って作られたエミッタドラムトランスデューサのエミッタ面
内の複数の開口を示す頂面図である。

【図３】図３ａはエミッタ面内の開口の上方に位置する膜を示す、エミッタドラムトラ
ンスデューサ及びエミッタ面の破断輪郭図であり、図３ｂは圧電フィルム上に接
着されたポリマーフィルムを示す、エミッタドラムトランスデューサ及びエミッ
タ面の破断輪郭図であり、図３ｃはエミッタ板の内側の圧電フィルムを示す、エ
ミッタドラム及びエミッタ板の破断輪郭図であり、図３ｄはエミッタ板の内側の
圧電フィルムを示す、エミッタドラム及び薄いエミッタ板の破断輪郭図であり、
図３ｅはエミッタドラム及び薄いエミッタ板及び圧電フィルムの反対側の第２の
クランプの破断輪郭図である。

【図４】図４ａ及び４ｂはエミッタ面内の複数の開口にわたって伸ばされた状態で振動
する膜の拡大輪郭図である。

【図５】好ましい実施の形態における膜（圧電フィルム）の変位対周波数の例を示すグ
ラフである。このグラフは共鳴周波数及びそこから発生する典型的な帯域幅を示
す。

【図６】エミッタドラムトランスデューサが加圧されるような別の実施の形態のエミッ
タドラムトランスデューサの破断輪郭図である。

【図７】新たな音波又は亜音波周波数を発生させるために音響的にヘテロダインする超
音波インテリジェンス搬送周波数及び超音波基本周波数を伝達する本発明の一層
特定な実施を示す図である。

【図８】センサ面内の開口の上方に位置する感知膜を示す、センサドラムトランスデュ
ーサ及びセンサ面の破断輪郭図を示す別の実施の形態の図である。

【図９】エミッタ面からの波長の１／４での戻り波補強構造体を示すエミッタの破断輪
郭図である。

【図１０】エミッタ面からの波長の１／４での戻り波補強構造体としてのバックカバーを
示すエミッタの破断輪郭図である。

【図１１】矩形のセル開口を備えたエミッタ面の頂面図である。

【図１２】楕円形のセル開口を備えたエミッタ面の頂面図である。

【図１３】凸状のエミッタ面を備えたエミッタの破断輪郭図である。

【図１４】凹状のエミッタ面を備えたエミッタの破断輪郭図である。

【図１５】凸状のエミッタ面、エミッタ面の内側の圧電フィルム及び凸状のバックプレー
トを備えたエミッタの破断輪郭図である。

【図１６】エミッタ板の内側の凸状の圧電フィルムを備えたエミッタの破断輪郭図である
。

【図１７】２つの半円形電気接点を備えたエミッタ面の頂面図である。

【図１８】４つの電気接点を備えたエミッタ面の頂面図である。

【図１９】２つの同心の電気接点リングを備えたエミッタ面の頂面図である。

【図２０】３つの同心の電気接点リングを備えたエミッタ面の頂面図である。

【図２１】フィルムの下方の多角形のエミッタ面を備えた圧電フィルムのための多角形区
分を示す図である。

【図２２】フィルムの下方の対応するエミッタ面を備えた圧電フィルムの３つの多角形区
分を示す図である。

【図２３】リング形状を形成する六角形状としての圧電フィルムの６つの多角形区分を示
す図である。

【図２４】箱形状としての圧電フィルムの４つの矩形区分を示す図である。

【図２５】柱としての圧電フィルムの４つの矩形区分を示す図である。

【図２６】多数の圧電フィルムエミッタセルに接続された加圧室を示す図である。

【図２７】ＰＶＤＣでシールされた圧電フィルムを示す図である。

【図２８】金属メッキされたブリッジ接点により接続された面板開口上の選択的なスパッ
タリングを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，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，ＴＺ，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，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，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，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (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 (72)発明者セルフリッジ，アラン・ロバートアメリカ合衆国カリフォルニア州95030，ロス・ガトス，オーシャン・ビュー・ロード 50 (72)発明者クーリ−ヤクブ，ピエーリアメリカ合衆国カリフォルニア州94306− 3823，パロ・アルト，ドナルド・ドライブ 4151 Ｆターム(参考） 5D004 AA00 CD01 CD07 CD10 DD01 5D019 AA00 5D020 AC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピーカ
ー装置において、外方に指向した外面及び内面を有し、上記外面と上記内面との間を延びる複数
の開口を有する剛直なエミッタ板と；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルムと；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される電気
接点手段と；上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して偏倚
圧力を発生させるために上記エミッタ板に結合される圧力手段と；を有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項２】上記圧電フィルム上の薄いポリマーコーティングを更に有し
、上記薄いポリマーコーティングが当該圧電フィルムをシールし、圧力漏洩を阻
止することを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項３】上記薄いポリマーコーティングが塩化ポリビニリデレンであ
ることを特徴とする請求項２に記載のスピーカー装置。
【請求項４】上記圧力手段内の重不活性ガスを更に含み、上記重不活性ガ
スが上記圧電フィルムを通してのガス漏洩を減少させることを特徴とする請求項
１に記載のスピーカー装置。
【請求項５】上記重不活性ガスが窒素であることを特徴とする請求項４に
記載のスピーカー装置。
【請求項６】上記開口が中心を有し、当該開口が、開口中心から開口中心
まで、選択された周波数の波長の１／４ないし１／２だけ離間していることを特
徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項７】上記剛直なエミッタ板が波出力を分散させるために凸状とな
っていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項８】上記剛直なエミッタ板が波出力を合焦させるために凹状とな
っていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項９】上記開口が０．０５０及び０．６００インチ（約１．２７及
び約１５．２４ｍｍ）の間の直径を有することを特徴とする請求項１に記載のス
ピーカー装置。
【請求項１０】上記圧力手段内の上記偏倚圧力が平方インチ当りほぼ０及
び２０ポンドの間であることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項１１】上記圧電フィルムの周辺のまわりの圧力シールを更に有し
、上記圧力シールが当該圧電フィルムを駆動するための上記電気接点手段として
使用されることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項１２】上記圧電フィルムの厚さがほぼ９ミクロンであり、上記開
口の直径がほぼ０．１６０インチ（約４．０６ｍｍ）であり、上記偏倚圧力が平
方インチ当りほぼ５ポンドであり、ほぼ３５ｋＨｚの共鳴周波数が生じることを
特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項１３】上記圧電フィルムの厚さがほぼ１２ミクロンであり、上記
開口の直径がほぼ０．１６８インチ（約４．２７ｍｍ）であり、上記偏倚圧力が
平方インチ当りほぼ６ポンドであり、ほぼ３５ｋＨｚの共鳴周波数が生じること
を特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項１４】上記圧電フィルムの厚さが２５ミクロンよりも小さく、上
記開口の直径が０．２００インチ（約５．０８ｍｍ）よりも小さく、上記偏倚圧
力が平方インチ当り１２ポンドよりも小さく、ほぼ３５ｋＨｚないし６０ｋＨｚ
の共鳴周波数が生じることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項１５】上記圧電フィルムを上記剛直なエミッタ板にクランプする
ためのクランプ部材を更に有し、上記クランプ部材が上記エミッタ面内の上記複
数の開口に対応する複数のクランプ開口を有することを特徴とする請求項１に記
載のスピーカー装置。
【請求項１６】側壁と第１及び第２の対向手段とを有するほぼ中空のドラ
ムを更に有し、上記剛直なエミッタ板が上記ドラムの第１の端部に取り付けられ
、上記内面が当該ドラムの内部空洞に向いて位置することを特徴とする請求項１
に記載のスピーカー装置。
【請求項１７】上記圧力手段が上記開口で上記薄いフィルムに関して正の
偏倚圧力を発生させるために上記ドラムに結合されることを特徴とする請求項１
６に記載のスピーカー装置。
【請求項１８】上記圧電フィルムに超音波信号を供給するための超音波周
波数発生手段と；上記超音波信号上で変調されるべき音波信号を供給するための音波周波数発生
手段と；変調された音波波を伴った超音波キャリヤ波を発生させるように上記超音波周
波数発生手段及び上記音波周波数発生手段に結合される変調手段と；上記エミッタ板での対応する圧縮波の刺激発生のために上記キャリヤ波及び上
記変調された音波波を上記圧電フィルムへ供給するように上記変調手段に結合さ
れる伝達手段と；を更に有することを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
【請求項１９】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピー
カー装置において、側壁と、第１及び第２の対向端部とを有するほぼ中空のドラム；上記ドラムの上記第１の端部に取り付けられ、当該ドラムから離れるように指
向した外面と、該ドラムの内部空洞に向いて位置する内面とを有し、上記外面と
上記内面との間を延びる複数の開口を有する剛直なエミッタ板；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルム；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される電気
接点手段；上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して偏倚
圧力を発達させるために上記ドラムに結合される圧力手段；及び上記ドラムの上記内部空洞の内側に位置し、選択された周波数を高めるように
上記圧電フィルムからある距離だけ離れた波補強構造体；を有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項２０】上記波補強構造体が上記ドラムの上記第２の対向端部に位
置することを特徴とする請求項１９に記載のスピーカー装置。
【請求項２１】上記波補強構造体が上記圧電フィルムから上記選択された
周波数の１／４、１／２及び１波長からなる距離のグループから選択された、当
該圧電フィルムからの距離に位置することを特徴とする請求項１９に記載のスピ
ーカー装置。
【請求項２２】上記波補強構造体が上記圧電フィルムからキャリヤ周波数
の１／４、１／２及び１波長からなる距離のグループから選択された、当該圧電
フィルムからの距離に位置することを特徴とする請求項１９に記載のスピーカー
装置。
【請求項２３】上記波補強構造体が上記圧電フィルムから共鳴周波数の１
／４、１／２及び１波長からなる距離のグループから選択された、当該圧電フィ
ルムからの距離に位置することを特徴とする請求項１９に記載のスピーカー装置
。
【請求項２４】上記波補強構造体が湾曲していることを特徴とする請求項
１９に記載のスピーカー装置。
【請求項２５】上記圧電フィルムに超音波信号を供給するための超音波周
波数発生手段と；上記超音波信号上で変調されるべき音波信号を供給するための音波周波数発生
手段と；変調された音波波を伴った超音波キャリヤ波を発生させるように上記超音波周
波数発生手段及び上記音波周波数発生手段に結合される変調手段と；上記エミッタ板での対応する圧縮波の刺激発生のために上記キャリヤ波及び上
記変調された音波波を上記圧電フィルムへ供給するように上記変調手段に結合さ
れる伝達手段と；を更に有することを特徴とする請求項１９に記載のスピーカー装置。
【請求項２６】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピー
カー装置において、外方に指向した外面及び内面を有し、上記外面と上記内面との間を延び、形状
を有する複数の開口を有する剛直なエミッタ板を備え；上記開口の形状が矩形及び楕円形からなり、長手軸線を有するグループから選
択され；機械的な応力の軸線が上記開口の形状の長手軸線に垂直となるように、上記エ
ミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い等方性の圧電フィルムと；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される電気
接点手段と；上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して偏倚
圧力を発生させるために上記エミッタ板に結合される圧力手段と；を更に有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項２７】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピー
カー装置において、外方に指向した外面及び内面を有し、上記外面と上記内面との間を延びる複数
の開口を有する剛直なエミッタ板と；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルムと；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される少な
くとも２つの電極と；上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して偏倚
圧力を発生させるために上記エミッタ板に結合される圧力手段と；を有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項２８】上記少なくとも２つの電極が上記圧電フィルムの別個の縁
部上に位置し、当該電極が当該圧電フィルムの別個の区域を独立的に制御するた
めに使用できることを特徴とする請求項２７に記載のスピーカー装置。
【請求項２９】上記少なくとも２つの電極が少なくとも２つの同心のリン
グであることを特徴とする請求項２７に記載のスピーカー装置。
【請求項３０】側壁と、第１及び第２の対向端部とを備えたほぼ中空のド
ラムを更に有し、上記剛直なエミッタ板が上記ドラムの上記第１の端部に取り付
けられ、上記内面が当該ドラムの内部空洞に向いて位置することを特徴とする請
求項２７に記載のスピーカー装置。
【請求項３１】上記圧力手段が上記開口で上記薄いフィルムに関して正の
偏倚圧力を発生させるように上記ドラムに結合されることを特徴とする請求項２
７に記載のスピーカー装置。
【請求項３２】上記圧電フィルムに超音波信号を供給するための超音波周
波数発生手段と；上記超音波信号上で変調されるべき音波信号を供給するための音波周波数発生
手段と；変調された音波波を伴った超音波キャリヤ波を発生させるように上記超音波周
波数発生手段及び上記音波周波数発生手段に結合される変調手段と；上記エミッタ板での対応する圧縮波の刺激発生のために上記キャリヤ波及び上
記変調された音波波を上記圧電フィルムへ供給するように上記変調手段に結合さ
れる伝達手段と；を更に有することを特徴とする請求項２７に記載のスピーカー装置。
【請求項３３】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピー
カー装置において、剛直なエミッタ板であって、外面及び上記エミッタ板内に形成された複数のエ
ミッタセルを有し、各上記エミッタセルが別個の圧力空洞と、上記外面を通る開
口とを有する剛直なエミッタ板と；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルムと；上記エミッタセルを相互接続する複数のチューブと；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される電気
接点手段と；上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄い圧電フィルムに関して
偏倚圧力を発生させるために上記複数のチューブに結合される圧力室手段と；を有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項３４】圧電フィルムを通してのガス移送を回避するために圧電フ
ィルムをシールする方法において、（ａ）圧電フィルムを提供する工程と；（ｂ）上記圧電フィルムをシールし、ガスが当該フィルムを通過するのを阻止
するために、該圧電フィルムの少なくとも１側上に薄いポリマーコーティングを
接着する工程と；を有することを特徴とする方法。
【請求項３５】上記薄いポリマーコーティング及び上記圧電フィルム上に
電極を施す工程を更に有することを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】上記薄いポリマーコーティングを接着する前に、上記圧電
フィルム上に電極を施す工程を更に有することを特徴とする請求項３４に記載の
方法。
【請求項３７】上記薄いポリマーが塩化ポリビニリデン（ＰＶＤＣ）層で
あることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】上記圧電フィルムが２フッ化ポリビニリジエン（ＰＶＤＦ
）であることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】塩化ポリビニリデン（ＰＶＤＣ）を施す工程が更に、ブラ
ッシング、エアブラッシング及び浸漬からなるグループから選択される工程を使
用する工程を有することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】工程（ｃ）が更に、電気的に駆動すべきでない領域を避け
るようにＰＶＤＣ層及び上記圧電フィルム上に電極を施す工程を有することを特
徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピー
カー装置において、外方に指向した外面及び内面を有し、上記外面と上記内面との間を延びる複数
の開口を有する剛直なエミッタ板と；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルムと；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される電気
接点手段と；上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して正の
偏倚圧力を発生させるために上記剛直なエミッタ板に結合される圧力手段と；を有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項４２】上記薄い圧電フィルムが上記エミッタ板の上記開口の下で
上記内面上に位置することを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項４３】上記圧電フィルム上の薄いポリマーコーティングを更に有
し、上記薄いポリマーコーティングが当該圧電フィルムをシールし、圧力漏洩を
阻止することを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項４４】上記薄いポリマーコーティングが塩化ポリビニリデレン（
ＰＶＤＣ）であることを特徴とする請求項４３に記載のスピーカー装置。
【請求項４５】上記圧力手段内の重不活性ガスを更に含み、上記重不活性
ガスが上記圧電フィルムを通してのガス漏洩を減少させることを特徴とする請求
項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項４６】上記重不活性ガスが窒素であることを特徴とする請求項４
５に記載のスピーカー装置。
【請求項４７】上記開口が中心を有し、当該開口が、開口中心から開口中
心まで、選択された周波数の波長の１／４ないし１／２だけ離間していることを
特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項４８】上記剛直なエミッタ板が波出力を分散させるために凸状と
なっていることを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項４９】上記剛直なエミッタ板が波出力を合焦させるために凹状と
なっていることを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項５０】上記開口が０．０５０及び０．６００インチ（約１．２７
及び約１５．２４ｍｍ）の間の直径を有することを特徴とする請求項４１に記載
のスピーカー装置。
【請求項５１】上記圧力手段内の上記正の偏倚圧力が平方インチ当りほぼ
０及び２０ポンドの間であることを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装
置。
【請求項５２】上記圧電フィルムの厚さがほぼ９ミクロンであり、上記開
口の直径がほぼ０．１６０インチ（約４．０６ｍｍ）であり、上記正の偏倚圧力
が平方インチ当りほぼ５ポンドであり、ほぼ３５ｋＨｚの共鳴周波数が生じるこ
とを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項５３】上記圧電フィルムの厚さがほぼ１２ミクロンであり、上記
開口の直径がほぼ０．１６８インチ（約４．２７ｍｍ）であり、上記正の偏倚圧
力が平方インチ当りほぼ６ポンドであり、ほぼ３５ｋＨｚの共鳴周波数が生じる
ことを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項５４】上記圧電フィルムの厚さが２５ミクロンよりも小さく、上
記開口の直径が０．６００インチ（約１５．２４ｍｍ）よりも小さく、上記偏倚
圧力が平方インチ当り１２ポンドよりも小さく、ほぼ３５ｋＨｚないし６０ｋＨ
ｚの共鳴周波数が生じることを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項５５】上記圧電フィルムを上記剛直なエミッタ板にクランプする
ためのクランプ部材を更に有し、上記クランプ部材が上記エミッタ面内の上記複
数の開口に対応する複数のクランプ開口を有することを特徴とする請求項４１に
記載のスピーカー装置。
【請求項５６】上記ドラムの内部空洞内に位置し、選択された周波数を向
上させるために上記圧電フィルムからある距離だけ離れた波補強構造体を更に有
することを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項５７】上記波補強構造体が上記ドラムの上記第２の対向端部に位
置することを特徴とする請求項５６に記載のスピーカー装置。
【請求項５８】上記波補強構造体が上記圧電フィルムから上記選択された
周波数の１／４、１／２及び１波長からなる距離のグループから選択された、当
該圧電フィルムからの距離に位置することを特徴とする請求項５６に記載のスピ
ーカー装置。
【請求項５９】上記波補強構造体が上記圧電フィルムからキャリヤ周波数
の１／４、１／２及び１波長からなる距離のグループから選択された、当該圧電
フィルムからの距離に位置することを特徴とする請求項５６に記載のスピーカー
装置。
【請求項６０】上記波補強構造体が上記圧電フィルムからキャリヤ周波数
の波長の１／４に位置することを特徴とする請求項５６に記載のスピーカー装置
。
【請求項６１】上記波補強構造体が上記圧電フィルムから共鳴周波数の１
／４、１／２及び１波長からなる距離のグループから選択された、当該圧電フィ
ルムからの距離に位置することを特徴とする請求項５６に記載のスピーカー装置
。
【請求項６２】上記波補強構造体が上記圧電フィルムから共鳴周波数の波
長の１／４に位置することを特徴とする請求項５６に記載のスピーカー装置。
【請求項６３】上記波補強構造体が湾曲していることを特徴とする請求項
５６に記載のスピーカー装置。
【請求項６４】上記圧電フィルムに超音波信号を供給するための超音波周
波数発生手段と；上記超音波信号上で変調されるべき音波信号を供給するための音波周波数発生
手段と；変調された音波波を伴った超音波キャリヤ波を発生させるように上記超音波周
波数発生手段及び上記音波周波数発生手段に結合される変調手段と；上記エミッタ板での対応する圧縮波の刺激発生のために上記キャリヤ波及び上
記変調された音波波を上記圧電フィルムへ供給するように上記変調手段に結合さ
れる伝達手段と；を更に有することを特徴とする請求項４１に記載のスピーカー装置。
【請求項６５】亜音波、音波又は超音波の圧縮波を放出するためのスピー
カー装置において、側壁と、第１及び第２の対向端部とを有するほぼ中空のドラム；上記ドラムの上記第１の端部に取り付けられ、当該ドラムから離れるように指
向した外面と、該ドラムの内部空洞に向いて位置する内面とを有し、上記外面と
上記内面との間を延びる複数の開口を有する剛直なエミッタ板；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルム；加えられる電気的な入力を提供するように上記圧電フィルムに結合される電気
接点手段；及び上記圧電フィルムでの上記加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び
膨張できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内
に圧縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して負の
偏倚圧力を発達させるために上記ドラムに結合される圧力手段；を有することを特徴とするスピーカー装置。
【請求項６６】上記薄い圧電フィルムが上記エミッタ板の上記開口の上方
で上記外面上に位置することを特徴とする請求項６５に記載のスピーカー装置。
【請求項６７】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つの新たな音波又は亜音波周波数を間接的に発生させる装置において、外方に指向した外面及び内面を有し、上記外面と上記内面との間を延びる複数
の開口を有する剛直なエミッタ板と；上記エミッタ板の上記開口を横切って位置する薄い圧電フィルムと；上記圧電フィルムでの加えられる電気的な入力の変化に応答して収縮及び膨張
できる湾曲状のエミッタ形状へと上記フィルムを膨張させて、周囲の環境内に圧
縮波を発生させるように、上記開口において上記薄いフィルムに関して偏倚圧力
を発生させるために上記エミッタ板に結合される圧力手段と；上記複数の開口及び関連する湾曲状のエミッタ素子において振動応答を発生さ
せるように上記圧電フィルムに結合される電気接点手段と；を有し、上記振動が、（i）第１の超音波周波数、及び、（ii）音波帯域幅内で
差周波数を伝播するように上記第１の超音波周波数と相互作用を行う第２の超音
波周波数を同時に伝播するための超音波周波数エミッタとして作動することを特
徴とする装置。
【請求項６８】上記電気接点手段が入力超音波周波数及び音波周波数の変
調された出力として上記第１及び第２の超音波周波数を発生させるための電気信
号を供給するように膜に結合される変調手段を有し、当該第１及び第２の超音波
周波数が上記少なくとも１つの新たな音波又は亜音波周波数に等しい値の差を有
することを特徴とする請求項６７に記載の装置。