JP2005286584A - Parametric speaker - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、可聴音を指向性放射するパラメトリックスピーカに関するものである。 The present invention relates to a parametric speaker that radiates audible sound in a directional manner.
従来より、指向性音源として、空気の非線形現象を利用して可聴音を得るパラメトリックスピーカが知られている。このようなパラメトリックスピーカとして、例えば、音源部を多層円環状に配列された複数の超音波振動子で構成し、この音源部の実質的な直径を変化させることにより、パラメトリックスピーカとしての指向性を制御するようにしたものがあった(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a directional sound source, a parametric speaker that obtains an audible sound by using a nonlinear phenomenon of air is known. As such a parametric speaker, for example, the sound source unit is composed of a plurality of ultrasonic transducers arranged in a multilayered annular shape, and the directivity as the parametric speaker is improved by changing the substantial diameter of the sound source unit. There was what was made to control (for example, refer to patent documents 1).
従来のパラメトリックスピーカは、上記のように音源部の直径を変化させることにより指向性を制御していた。即ち、円形の音源の外形を変化させることにより指向性を制御するようにしていた。しかしながら、このような円形の音源による外形変化の構成では、直径の変化に対する指向性の制御範囲が小さいという問題があった。 The conventional parametric speaker controls the directivity by changing the diameter of the sound source section as described above. That is, the directivity is controlled by changing the outer shape of the circular sound source. However, in the configuration of the outer shape change by such a circular sound source, there is a problem that the directivity control range with respect to the diameter change is small.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a parametric speaker in which changes in acoustic characteristics or audibility are significant.
この発明に係るパラメトリックスピーカは、音響放射する電気音響変換器を、発音部としての面積が可変でかつリング状に形成されたリング状発音部を備えたものである。 The parametric speaker according to the present invention includes an electroacoustic transducer that radiates sound, and includes a ring-like sound generating portion having a variable area as a sound generating portion and formed in a ring shape.
この発明のパラメトリックスピーカは、リング状発音部を備え、かつ、発音部の面積を可変としたので、音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得ることができる。 Since the parametric speaker according to the present invention includes a ring-like sound generating portion and the area of the sound generating portion is variable, a parametric speaker having a remarkable change in acoustic characteristics or audibility can be obtained.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるパラメトリックスピーカを示す構成図である。
図において、パラメトリックスピーカは、電気音響変換器100、駆動信号生成手段200、制御手段300、距離検知手段400からなる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a parametric speaker according to Embodiment 1 of the present invention.
In the figure, the parametric speaker includes an
電気音響変換器100は、リング状に形成されたリング状発音部101と、このリング状発音部101の内側に位置し、同心状で円形に形成された円形発音部102とからなる音源部であり、制御手段300で制御された駆動信号生成手段200からの駆動信号が供給されるよう構成されている。また、これらリング状発音部101および円形発音部102は、例えば、超音波振動子をアレイ化した構成や、導電型や圧電型、静電型等の膜状振動板を有する電気音響変換方式等によって構成され、音響放射を行う発音部の面積が可変となるよう構成されている。尚、この電気音響変換器100の詳細については後述する。
The
駆動信号生成手段200は、音声生成器201、振幅変調器202、増幅器203、高周波生成器204からなる。音声生成器201は、可聴音を生成する機能部である。振幅変調器202は、高周波生成器204からの超音波にするための超音波キャリア信号と掛け算することで振幅変調を行う機能部である。増幅器203は、振幅変調器202から出力された変調信号を増幅するための増幅器である。高周波生成器204は、パラメトリックスピーカとして使用するための高周波の超音波キャリア信号を生成するための機能部である。
The drive
制御手段300は、スイッチ301と制御器302からなる。スイッチ301は、制御器302によって制御されるスイッチであり、駆動信号生成手段200から出力された駆動信号を電気音響変換器100のリング状発音部101と円形発音部102とに選択して供給する機能を有している。制御器302は、距離検知手段400によって検知される距離検知信号に基づいてスイッチ301の切替制御を行うと共に、リング状発音部101と円形発音部102における発音部の面積制御を行うための制御部である。
The control means 300 includes a
また、距離検知手段400は、聴取者の聴取位置を検知する既知の距離検知センサ、あるいは手動で距離を入力する入力部といった構成からなる手段である。 The distance detection means 400 is a means having a configuration such as a known distance detection sensor that detects the listening position of the listener or an input unit that manually inputs the distance.
次に、電気音響変換器100の詳細について説明する。
パラメトリックスピーカによって得られる可聴音の音響特性は、おおよそ次のような傾向を示す。ある聴取点での音圧レベルは、従来のスピーカと同様に、発音部の面積にほぼ比例する。これは、例えば、面積が2倍、2分の1になれば、それぞれ6dB、−6dBの変化となることを意味する。指向性に関しては、従来のように全面が発音部となる円形の電気音響変換器では、口径の依存性は少なく、リング状などにして発音部の構成を変えることにより変化が大きくなり、更には、音源からの距離にも依存する。
Next, details of the
The acoustic characteristic of the audible sound obtained by the parametric speaker shows the following tendency. The sound pressure level at a certain listening point is almost proportional to the area of the sound generation part, as in the conventional speaker. This means that, for example, if the area is doubled and halved, the changes are 6 dB and −6 dB, respectively. With regard to directivity, the circular electroacoustic transducer with the entire surface serving as a sounding part as in the past has little dependency on the aperture, and the change becomes larger by changing the structure of the sounding part in a ring shape, etc. Depends on the distance from the sound source.
図2は、電気音響変換器100の駆動状態を示す説明図である。
図中、(a)は、リング状発音部101の内側に円形発音部102が同心状に配置された電気音響変換器100のうち、リング状発音部101のみが駆動され、円形発音部102は駆動されていない状態を示しており、(b)は、リング状発音部101と円形発音部102の双方が駆動されている状態を示している。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a driving state of the
In the figure, (a) shows that only the ring-shaped
図3は、電気音響変換器100の指向角の特性図である。
この特性図は、図2の(a)と(b)の状態の発音部総面積に対する半減全角(以下、指向角という)の関係を示している。図中、特性103aは、リング状発音部101のみを駆動しているとき(図2(a))のリング状発音部101の内径を変化させた場合の特性であり、音源からの聴取位置が遠い(例えば、リング状発音部101の外径の10倍以上)ときのものである。尚、図3では、横軸に電気音響変換器100の音源面積(駆動されている発音部の全面積)を採っている。その理由は、上記のように、音圧レベルは、ほぼ音源面積に比例し、音源の構成にそれほど依存しないからである。
FIG. 3 is a characteristic diagram of the directivity angle of the
This characteristic diagram shows the relationship between the half-full angle (hereinafter referred to as the directivity angle) with respect to the total area of the sounding portions in the states of FIGS. In the figure, a characteristic 103a is a characteristic when the inner diameter of the ring-like sounding
特性103bは、特性103aと同様に、リング状発音部101のみを駆動しているとき(図2(a))のリング状発音部101の内径を変化させた場合の特性であるが、音源からの聴取位置が近いとき(例えば、リング状発音部101の外径の10倍未満)の特性である、尚、特性103aと特性103bの右端は、リング状発音部101の内径が0、即ち、全面が駆動されている円形の発音部の状態である。
Similarly to the characteristic 103a, the characteristic 103b is a characteristic when the inner diameter of the ring-like sounding
一方、特性104a,104bは、リング状発音部101と円形発音部102の双方が駆動されているときの状態(図2(b)の状態)である。これらの特性104a,104bは、リング状発音部101の内径を一定とし、円形発音部102の口径を変えた場合の特性であり、特性104aが音源からの聴取位置が遠い場合、特性104bが音源からの聴取位置が近い場合である。また、これら特性104a,104bは、内径を固定したリング状発音部101の面積の起点105a,105bから立ち上がる。
On the other hand, the
次に、これら発音部101,102の動作と特性との関係について説明する。
リング状発音部101だけの特性103a,103bの比較により、音源に近い方では指向角の変化は少なく、遠方では変化が大きくなることが分かる。遠方の特性103aから、円形の状態の指向角(右端)に対して音源面積の2分の1付近(音源面積350付近)で変曲点があり、それ以下になると指向角は約2分の1、角度にして約8゜の変化となることが分かる。音源の面積が2分の1になることは、上述したように、音圧の変化は6dB減少することになる。
Next, the relationship between the operation and characteristics of the
By comparing the
次に、図2(b)に示すように、円形発音部102を駆動した場合には、リング状発音部101の面積を、その内径を0とした円形の発音部の半分以下にした起点105a,105bから、内部に円形発音部102を入れて駆動すると、指向角は変化する。遠方の特性104aの場合、音源近くの特性104bに対して変化が大きく、リング状発音部101のみの場合と同様に、指向角は約2倍の変化、角度にして約8゜の変化となることが分かる。
Next, as shown in FIG. 2 (b), when the circular
また、音源(電気音響変換器100)からの距離と音源の口径との関係を別途調べた結果、上述した指向角の大きな変化は、リング状発音部101の外径に対する距離の比で10以上の状態で起こることが分かった。
Further, as a result of separately examining the relationship between the distance from the sound source (electroacoustic transducer 100) and the diameter of the sound source, the above-described large change in the directivity angle is 10 or more in the ratio of the distance to the outer diameter of the ring-shaped
このような特性に基づいて、本実施の形態では、電気音響変換器100の特性として、リング状発音部101の面積を、リング状発音部101の外径と等しい外径を持つ全面発音部の面積の1/2以下とし、かつ、目標とする聴取者への距離をリング状発音部101外径の10倍以上の位置とすると共に、発音部としての総面積は、2倍以上または1/2倍以下の変化が生じるよう制御されるか、あるいは半減全角5゜以上の変化が生じるよう制御される特性とした。
Based on such characteristics, in the present embodiment, as the characteristics of the
また、発音部の総面積としては、リング状発音部101と円形発音部102の双方の面積の合計であり、この総面積を変化させる構成としては、リング状発音部101か円形発音部102のいずれか一方の面積を変化させるか、あるいは、双方の面積を変化させてもよい。
In addition, the total area of the sound generation unit is the sum of the areas of both the ring-like
また、本実施の形態では、このようなデータ、即ち、図3に示したようなリング状発音部101のみを駆動した場合や、リング状発音部101と円形発音部102の双方を駆動した場合のそれぞれの音源面積と指向角との関係および音源と聴取位置との距離との関係を示すデータを制御器302が保持しているものとする。
In the present embodiment, such data, that is, when only the ring-like
次に、図1に示すパラメトリックスピーカの動作について説明する。
先ず、図示しない聴取者の位置が距離検知手段400によって検出され、これが制御器302に入力される。一方、音声生成器201で生成された音声信号は、振幅変調器202において高周波生成器204からの超音波キャリア信号と掛け算される。この掛け算処理により振幅変調が行われ変調信号が得られる。この振幅変調器202の出力信号は増幅器203によって増幅され、制御手段300に入力される。尚、これらの駆動信号生成手段200の動作は従来と同様である。
Next, the operation of the parametric speaker shown in FIG. 1 will be described.
First, the position of a listener (not shown) is detected by the
制御器302は、距離検知手段400によって検知された聴取者の位置(電気音響変換器100と聴取者間の距離)に基づいてスイッチ301を制御する。即ち、制御器302には上述したように、図3に示すような音源面積に対する指向角のデータが格納されているため、制御器302は所望する指向角等に基づいてスイッチ301を選択制御する。例えば、リング状発音部101のみに駆動信号を供給するようにしたり、あるいは、リング状発音部101と円形発音部102の双方に駆動信号を供給するといった選択制御を行う。また、リング状発音部101と円形発音部102の面積制御は制御器302によって別途行われる。
The
また、以上の説明では、リング状発音部101と円形発音部102の駆動条件は、同じ信号で駆動すること(同相)を前提としているが、例えば、振幅変調器202と増幅器203を追加し、二つの増幅器203からの駆動信号を、それぞれリング状発音部101と円形発音部102に選択的に供給するようにしてもよい。このような構成により、例えば、二つの増幅器203に異なる周波数依存性(周波数によって増幅率を変化させる特性)を持たせることもでき、また、異なる位相(例えば逆相等)となるようにし、これらの信号をリング状発音部101と円形発音部102のそれぞれに供給するといった構成を付加することもできる。そして、このように別信号での駆動とすれば、より指向性と音圧レベルの変化を大きく制御することができる。
In the above description, the driving conditions of the ring-like
以上のように、実施の形態1によれば、可聴音を超音波に変換して電気音響変換器100より音響放射し、ビーム状の音場を形成して可聴音として再現するパラメトリックスピーカにおいて、電気音響変換器100は、音響放射を行う発音部としての面積が可変でかつリング状に形成されたリング状発音部101を備えたので、指向角の制御範囲を大きくとることができ、その結果、音響特性、あるいは、聴感上の変化が顕著なパラメトリックスピーカを得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, in the parametric speaker that converts an audible sound into an ultrasonic wave, radiates acoustically from the
また、実施の形態1によれば、可聴音を超音波に変換して電気音響変換器100より音響放射し、ビーム状の音場を形成して可聴音として再現するパラメトリックスピーカにおいて、電気音響変換器100を、リング状に形成されたリング状発音部101と、リング状発音部の内側に位置し、かつ、リング状発音部101と同心状に配置された円形発音部102とを備え、これら発音部の少なくともいずれか一方は、音響放射を行う発音部としての面積を可変に構成するようにしたので、指向角の制御範囲を大きくとることができると共に、リング状発音部101と円形発音部102とを組み合わせることによって、同一の音源面積で異なる指向角の特性や、同一の指向角で異なる音源面積の特性を実現することもでき、その結果、指向角と音圧レベルの選択範囲を大きくとることができる。
Further, according to the first embodiment, electroacoustic conversion is performed in a parametric speaker that converts an audible sound into an ultrasonic wave, radiates acoustically from the
また、実施の形態1によれば、電気音響変換器100は、リング状発音部101の面積が、リング状発音部101の外径と等しい外径を持つ全面発音部の面積の1/2以下とし、かつ、目標とする聴取者への距離をリング状発音部101外径の10倍以上の位置とすると共に、発音部としての総面積は、2倍以上または1/2倍以下の変化が生じるよう制御されるか、あるいは半減全角5゜以上の変化が生じるよう制御される構成としたので、音圧レベルの変化に対する指向角の制御範囲を大きくとることができる。
Further, according to the first embodiment, the
実施の形態2.
実施の形態1では、リング状発音部101と円形発音部102とによって電気音響変換器100を構成する例を説明したが、リング状発音部101と円形発音部102との間にもう一つの発音部を配置するようにしてもよく、これを実施の形態2として次に説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the example in which the
図4は、実施の形態2における電気音響変換器100aを示す説明図である。
図示のように、実施の形態2の電気音響変換器100aは、外側リング状発音部101a、内側リング状発音部101b、円形発音部102からなる。ここで、内側リング状発音部101bは、最外周に位置する外側リング状発音部101aと、中心部に位置する円形発音部102との間に配置され、これら発音部と同心状となった中間部に位置するリング状発音部である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating the
As illustrated, the
このように構成された電気音響変換器100aに対して、図1に示した構成と同様に、それぞれの外側リング状発音部101a,内側リング状発音部101bおよび円形発音部102に駆動信号を選択供給するためのスイッチ(図示せず)を設け、このスイッチによってこれら3種類の発音部を選択制御する。この選択制御としては、例えば、内側リング状発音部101bのみ駆動するといった制御や、外側リング状発音部101aと内側リング状発音部101bのいずれか一方と円形発音部102との駆動、あるいは全ての発音部の駆動といった制御を行うことができる。
For the
これにより、より詳細な音圧レベルや指向性の設定が可能となる。また、この実施の形態2においても、振幅変調器や増幅器を、これら3種類の発音部に対応する数だけ設け、それぞれの発音部に対して、周波数依存性を有する信号や逆相信号といった異なる信号を供給するようにしてもよい。このようにすれば、更に、詳細な音圧レベルや指向性の設定が可能となると共に、その制御範囲を大きくとることができる。 As a result, more detailed sound pressure level and directivity can be set. Also in the second embodiment, the same number of amplitude modulators and amplifiers as those corresponding to these three types of sound generation units are provided, and different signals such as frequency-dependent signals and anti-phase signals are provided for the respective sound generation units. A signal may be supplied. In this way, it is possible to set the sound pressure level and directivity in detail and to increase the control range.
以上のように、実施の形態2によれば、電気音響変換器100aを、外側リング状発音部101a、内側リング状発音部101bおよび円形発音部102によって構成するようにしたので、より詳細な音圧レベルや指向性の設定が可能となる。
As described above, according to the second embodiment, the
尚、上記実施の形態1,2では、電気音響変換器100(100a)として、リング状発音部101と円形発音部102、あるいは外側リング状発音部101a,内側リング状発音部101bと円形発音部102の構成としたが、リング状発音部101のみ、または、外側リング状発音部101aと内側リング状発音部101bのみといった円形発音部102が存在しない構成であってもよい。即ち、リング状発音部の面積が、円形状態の発音部の面積の1/2以下であり、かつ、その外形が聴取者への距離の1/10以下であり、更に、駆動されるリング状発音部の面積が2倍以上あるいは1/2以下の変化、または聴取者の位置で半減全角5゜以上の変化が生じるよう面積を制御する条件を満たす構成であれば、リング状発音部のみの駆動面積の制御であってもよい。
In the first and second embodiments, as the electroacoustic transducer 100 (100a), the ring-like sounding
また、上記実施の形態1,2では、電気音響変換器100(100a)は円形(円環状)としたが、この形状に限定されるものではなく、楕円や矩形、六角形等の多角形であってもよい。このような場合、種々の多角形等の形状は、同一面積の円形や円環形として同様に考えることができる。 Moreover, in the said Embodiment 1, 2, although the electroacoustic transducer 100 (100a) was circular (annular), it is not limited to this shape, It is polygonal, such as an ellipse, a rectangle, and a hexagon. There may be. In such a case, various polygonal shapes and the like can be considered in the same manner as circular shapes or circular shapes having the same area.
更に、上記実施の形態2では、リング状発音部を2種類としたが、更に多くのリング状発音部に分割するようにしてもよい。 Furthermore, in Embodiment 2 described above, two types of ring-like sound generating portions are used, but it may be divided into more ring-like sound generating portions.
100、100a 電気音響変換器、101 リング状発音部、101a 外側リング状発音部、101b 内側リング状発音部、102 円形発音部、200 駆動信号生成手段、300 制御手段、400 距離検知手段。 100, 100a Electroacoustic transducer, 101 ring-shaped sound generation unit, 101a outer ring-shaped sound generation unit, 101b inner ring-shaped sound generation unit, 102 circular sound generation unit, 200 drive signal generation means, 300 control means, 400 distance detection means.
Claims (4)
前記電気音響変換器は、前記音響放射を行う発音部としての面積が可変でかつリング状に形成されたリング状発音部を備えたことを特徴とするパラメトリックスピーカ。 In a parametric speaker that converts audible sound into ultrasonic waves and radiates sound from an electroacoustic transducer, forms a beam-like sound field and reproduces it as audible sound,
The electroacoustic transducer includes a ring-like sound generating portion having a variable area as a sound generating portion that performs the acoustic radiation and formed in a ring shape.
前記電気音響変換器は、リング状に形成されたリング状発音部と、前記リング状発音部の内側に位置し、かつ、当該リング状発音部と同心状に配置された円形発音部とを備え、これら発音部の少なくともいずれか一方は、前記音響放射を行う発音部としての面積が可変に構成されたパラメトリックスピーカ。 In a parametric speaker that converts audible sound into ultrasonic waves and radiates sound from an electroacoustic transducer, forms a beam-like sound field and reproduces it as audible sound,
The electroacoustic transducer includes a ring-shaped sound generating portion formed in a ring shape, and a circular sound generating portion located inside the ring-shaped sound generating portion and disposed concentrically with the ring-shaped sound generating portion. A parametric speaker in which at least one of the sound generation units is configured to have a variable area as a sound generation unit that performs the acoustic radiation.
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JP2008245218A (en) * | 2007-03-29 | 2008-10-09 | Yamaha Corp | Speaker system |
JP2012217015A (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-08 | Nec Casio Mobile Communications Ltd | Loudspeaker device and electronic apparatus |
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