JP2005142667A - 指向性音響システム - Google Patents

Abstract

【課題】 超指向性スピーカの放射音波により形成される音を限られた一定空間に収斂させることが可能な指向性音響システムを得る。
【解決手段】 可聴音信号により超音波のキャリア信号を変調した信号が与えられることにより超音波を放射する放射器１を、空間を挟んで対向する２面のうち一方の面１０に設置し、放射器１を中心軸とする球面ドーム２を、放射器１を含む一方の面１０または他方の面１１に形成し、球面ドーム２は、放射器１の一次音波３が他方の面で反射した二次音波４または一次音波３の入射角と反射角が同角度となる球面２１を備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は超指向性スピーカを天井や壁面に配置した指向性音響システムに関するものである。

限られた範囲に対して音声情報を拡声するためのスピーカとして超指向性スピーカがある。この超指向性スピーカは、可聴音信号により超音波のキャリア信号を変調し、得られた変調信号を増幅して与えられる放射器で構成される。この放射器により、超音波の有限振幅音波の非線形性によるパラメトリック作用、すなわち放射された強力な超音波が空気を伝搬する過程で発生するひずみ成分を利用して可聴帯域の音を得ることができる（例えば、特許文献１参照）。
放射器１を天井面に設置した指向性音響システムの例を図５に示す。放射器１からの一次音波３が床面に向かって２０度の範囲にて放射される。この一次音波３は床面にて反射されると二次音波４となる。その際、入射角と同角度にて反射するため、その後の天井面での反射による三次音波５の発生する範囲が拡がっていく。

特開２００２−２０４４９２号公報

図５のように放射器を天井面に設置した場合、床面と天井面とにより反射音波波が発生するため、一定空間にだけ音を提供するという本来の超指向性スピーカによる音響システムの特徴が損なわれてしまうという問題があった。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、超指向性スピーカの放射音波により形成される音を限られた一定空間に収斂させることが可能な指向性音響システムを得ることを目的とする。

この発明に係る指向性音響システムは、可聴音信号により超音波のキャリア信号を変調した信号が与えられることにより超音波を放射する放射器を、空間を挟んで対向する２面のうち一方の面に設置し、放射器を中心軸とする球面ドームを、放射器を含む一方の面または他方の面に形成し、球面ドームは、放射器の一次音波が他方の面で反射した二次音波または一次音波の入射角と反射角が同角度となる球面を備えたものである。

この発明によれば、音波を収斂させるので、超指向性スピーカが放射する音波を一定空間だけに提供でき、指向性音響システムの機能を高めることができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による指向性音響システムの構成を示す正面図、図２乃至図４は指向性音響システムの動作を示す説明図である。
図において、空間を挟んで対向する天井面１０と床面１１があり、その２面のうち天井面１０には放射器１が設置されている。放射器１は、可聴音信号により超音波のキャリア信号を変調した信号が与えられることにより超音波を放射する超指向性スピーカである。天井面１０には、球面ドーム２が取り付けられており、その中心に放射器１が位置するようになっている。球面ドーム２は、放射器１を中心軸２２とした球面となっており、音波の入射角と反射角が同角度となるように球面２１を形成している。

次に動作について説明する。
図２に示すように、放射器１からは例えば２０度の角度にて一次音波３が放射され、床面１１に到達する。図３に示すように、一次音波３は床面１１に当たり、入射角と同角度にて反射し二次音波４となる。この二次音波４は、図４に示すように、球面ドーム２に向かう。球面ドーム２の開口部は、入射する音波のすべてを捉える開口面積を有しており、二次音波４はすべて球面２１に到達する。球面ドーム２は、放射器１を中心軸２２とした球面で、音波の入射角と反射角が同角度となるように球面２１を形成しているので、反射して発生する三次音波５は球面ドーム２の中心軸方向に向かう。三次音波５以降については、同様な反射動作を繰返しながら減衰していく。すなわち、一次音波３から拡散することがない。
１例として、一次音波の放射角度θ＝２０度、天井の高さＨ＝４０００ｍｍ、球面ドームの開口面直径Ｄ＝４０００ｍｍ、球面の半径Ｒ＝８０００ｍｍとしたとき、一次音波の床面の反射領域（円）の直径ｄは１７００ｍｍとなり、球面ドームにより良好な収斂結果が得られた。

以上のように、実施の形態１によれば、天井面１０に超指向性スピーカを構成する放射器１を設置し、放射器１を中心軸とし、放射器１からの音波の反射波または直接波の入射角と反射角が同角度となる球面２１を有する球面ドーム２を天井面１０に形成したので、超指向性スピーカが放射する音波を一定空間だけに提供でき、指向性音響システムの機能を高めることができる効果が得られる。

なお、上記実施の形態１では、天井面と床面との関係において放射器と同じ天井面に球面ドームを設置した例について示したが、床面（対向面）に設置して最初に一次音波に対応するようにしても同様な効果を奏する。また、放射器から水平方向に音波を放射する場合、球面ドームを、空間を挟んで対向する２壁面の一方に設けるようにしても同様である。さらに、球面ドーム２は、天井面に対して別体として示したが、天井面や壁面の一部を球面状に成形してもよい。

この発明の実施形態１による指向性音響システムの構成を示す正面図である。 この発明の実施形態１に係る一次音波の状態を示す説明図である。 この発明の実施形態１に係る二次音波の状態を示す説明図である。 この発明の実施形態１に係る三次音波の状態を示す説明図である。 放射器を天井に設置した状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 放射器、２ 球面ドーム、３ 一次音波、４ 二次音波、５ 三次音波、１０ 天井面、１１ 床面、２１ 球面、２２ 中心軸。

Claims (3)

1. 可聴音信号により超音波のキャリア信号を変調した信号が与えられることにより超音波を放射する放射器を、空間を挟んで対向する２面のうち一方の面に設置し、
   前記放射器を中心軸とする球面ドームを、前記放射器を含む一方の面または他方の面に形成し、
   前記球面ドームは、前記放射器の一次音波が前記他方の面で反射した二次音波または前記一次音波の入射角と反射角が同角度となる球面を備えた指向性音響システム。
2. 球面ドームは、入射する音波のすべてを捉える開口面積を有することを特徴とする請求項１記載の指向性音響システム。
3. ２面は天井面と床面または２つの壁面としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の指向性音響システム。

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