JP2006333121A - 超指向性スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】 放射器から発生する超音波の放射効率を向上させることにより、超音波帯域の変換効率を向上させることが可能な超指向性スピーカを提供する。
【解決手段】 音源１０と、変調器２０と、増幅器３０と、放射器４０とを備えた超指向性スピーカにおいて、放射器４０は、以下の１）、２）を備える。１）異なる磁極が一定の間隔を置いてストライプ状に交互に着磁された平板状の後面磁気回路構造体４３および前面磁気回路構造体４７。２）前面および後面磁気回路構造体４３および４７に挟まれる振動板４５。この振動板４５はフレキシブル基板４５ａ全面に蛇行形状の導体からなるコイルパターン４５ｂを形成しており、コイルパターン４５ｂは、その長手方向の直線部分のそれぞれが、異なる磁極同士の間隙の中心線ｍに対向して配置されている。そして、前面磁気回路構造体４７は、上述の直線部分と対向する、異なる磁極同士の間隙部分を一つの棒状に開口させた超音波放射用開口部４７ａを備えている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、可聴音を特定領域にのみ指向性放射する、超指向性スピーカに関するものである。

可聴音を限られた領域に指向性放射する超指向性スピーカにおいては、様々な技術が提案されている。
例えば、可聴音信号を生成する音源と、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部と、音源が生成した可聴音信号に搬送波を加算する加算部と、搬送波を利用して可聴音信号の音響放射特性を制御する音響放射制御器等とを備え、一枚のプリント基板上に、複数の超音波振動子を配列して固定し、並列または直列に電気的に結合するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような構成の超指向性スピーカは、圧電効果によって振動する超音波振動子の共振周波数に、超音波帯域に属する搬送波を生成する搬送波生成部が出力する信号の周波数を一致させることにより、高レベルの超音波の再生を可能にしている。

また、可聴音波を示す信号を生成する音源と、音源から入力された信号を変調する変調器と、変調された信号を増幅する増幅器と、増幅器によって増幅された信号に応じた超音波を放射する放射器とで構成される超指向性スピーカも知られている。このような構成の超指向性スピーカは、上述の放射器により、超音波が空気中を伝播するときに発生する歪み成分を利用して、可聴帯域の音波を伝えるものである。

上述の放射器の一例として、全面駆動型スピーカが挙げられる。全面型スピーカは、磁気回路と振動板とを組み合わせた平板構造のスピーカであり、例えば以下の１）、２）を備えて構成されている。
１）異なる磁極が一定の間隔を置いてストライプ状に交互に着磁された平板状の磁気回路構造体。
２）磁気回路構造体に対向して配置され、かつ磁気回路構造体の磁極同士の間隙部分に対向する位置に、蛇行形状の導体からなるコイルパターン（以下、コイルパターンともいう。）を全面に形成した振動板。

振動板は、コイルパターンの長手方向の直線部分のそれぞれが、磁気回路構造体の異なる磁極同士の間隙に対向する位置に配置されている。振動板の周辺部は支持部材により、磁気回路構造体に支持してある。
また、磁気回路構造体の、異なる磁極同士の間隙には、振動板のコイルパターンから放射される超音波を外部に放射するための、超音波放射用開口部（以下、開口部ともいう。）が設けられている。この開口部は、超音波を外部に放射し易くなる程度の大きさの径を有する円形状の穴（以下、丸穴）が複数形成されたものである。

特開２００３−４７０８５号公報

従来の超指向性スピーカを構成する全面駆動型スピーカは、超音波放射用開口部が、振動板のコイルパターンの長手方向の直線部分に対向する位置であって、磁気回路構造体の異なる磁極同士の間隙に、複数の丸穴として設けられている。超指向性スピーカで使用する４０ｋｈｚ付近の超音波は直進性が強いため、振動板のコイルパターンから発生した超音波信号は、開口部を通過して空気中に放射される。一方、振動板のコイルパターンから発生した超音波のうち、開口部に対向していない箇所から放射されたものは、外部の空気中に放射されずに磁気回路に反射されることになる。このため、放射効率が悪く、高い周波数を減衰させるローパスフィルターを構成してしまう。その結果、超指向性スピーカのデバイスとして重要な、超音波帯域の変換効率を向上させることが困難であるという課題があった。

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あり、放射器に相当する全面駆動型スピーカから発生する超音波の放射効率を向上させることにより、ひいては超音波帯域の変換効率を向上させることが可能な超指向性スピーカを得ることを目的とする。

この発明に係る超指向性スピーカは、音源と、音源から入力された信号を変調する変調器と、変調器により変調された信号を増幅する増幅器と、増幅器によって増幅された信号に応じた超音波を放射する放射器とを備えた超指向性スピーカにおいて、上述の放射器は、以下の１）、２）を備えたものである。
１）異なる磁極が一定の間隔を置いてストライプ状に交互に着磁された平板状の磁気回路構造体。
２）磁気回路構造体に対向して配置され、蛇行形状の導体からなるコイルパターンが全面に形成された振動板であって、コイルパターンは、その長手方向の直線部分のそれぞれが、異なる磁極同士の間隙の中心線に対向して配置されている振動板。
上述の磁気回路構造体は、上述の直線部分と対向する、異なる磁極同士の間隙部分を、一つの棒状に開口させた超音波放射用開口部を備えたものである。

ここでいう直線部分とは、蛇行形状の導体からなるコイルパターンのうち、一定の間隔を持って互いに平行に配置されている、長い直線部分のことを指す。
また、異なる磁極同士の間隙の中心線とは、異なる磁極同士の間隙の中心点の集まりのことを便宜的に称するものである。

この発明によれば、放射器を構成する磁気回路構造体が、振動板のコイルパターンにおける長手方向の直線部分と対向する、異なる磁極同士の間隙部分を、一つの棒状に開口させた超音波放射用開口部を備えるように超指向性スピーカを構成した。このため、従来複数の丸穴で構成されていた開口部と比較して、開口部の開口面積が大きくなっており、よって、発生した超音波のうち、開口部から空気中に放射されずに磁気回路に反射する割合を最小限に抑えることができ、開口部で構成されるローパスフィルターのカットオフ周波数を高く取ることができる。したがって、放射器である全面駆動型スピーカの超音波帯域の変換効率を向上させることが可能な超指向性スピーカを得ることができる。

以下、この発明の実施の様々な形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による、超指向性スピーカの構成を示すブロック図である。音源１０は、可聴音波を示す信号を生成し、変調器２０は音源１０から入力された可聴音波を示す信号を変調する。増幅器３０は、変調器２０によって変調された信号を増幅し、放射器４０は、増幅器３によって増幅された信号に応じた超音波を、限られた領域に指向性放射する。放射器４０は、全面駆動型スピーカとする。

図２は、この発明の実施の形態１による超指向性スピーカを構成する、全面駆動型スピーカ（放射器）４０の構成を示す概略的な説明図であり、平面図および二方向から見た断面図で示してある。詳細には、平面図と、その正面側に平面図をＸ−Ｘ線に沿って切断し、矢印の方向に見たときの断面図と、同様に側面側には平面図をＹ−Ｙ線に沿って切断し、矢印の方向に見たときの断面図を示した。平面図において、蛇行形状の導体からなるコイルパターンは、開口部から見えない部分については透視して示してある。断面図において、断面を示すハッチングは一部省略した。また、図中の矢印は放射される超音波を模式的に示すものである。

全面駆動型スピーカ４０は、実施の形態１では一枚の振動板を二枚の磁気回路構造体により上下から挟むような構成の放射器となっている。
図において、後面プレート４１は、後面磁気回路構造体４３の下側に敷く形で、後面磁気回路構造体４３を固定している。後面磁気回路構造体４３は、異なる磁極（Ｓ極，Ｎ極）が一定の間隔を置いてストライプ状に交互に着磁された平板状の構造体である。

後面磁気回路構造体４３の上側に、これに対向させて振動板４５が設けられている。振動板４５は、フレキシブル基板４５ａの表面に蛇行形状の導体からなるコイルパターン（以下、コイルパターンともいう。）４５ｂを全面に形成して構成されている。振動板４５は、コイルパターン４５ｂの長手方向の直線部分のそれぞれが、後面磁気回路構造体４３の、異なる磁極（Ｓ極、Ｎ極）同士の間隙の中心線ｍに対向する位置に配置されている。
直線部分とは、ここではコイルパターン４５ｂのうち、一定の間隔を持って互いに平行に配置されている、長い直線部分のことを指す。また、中心線ｍは、異なる磁極（Ｓ極、Ｎ極）同士の間隙の中心点の集まりを示す。
振動板４５の周縁は、後述する前面磁気回路４７側の前面パッキン４６ａと、後面磁気回路４３側の後面パッキン４６ｂとで支持されている。

前面磁気回路構造体４７は、異なる磁極（Ｓ極，Ｎ極）が一定の間隔を置いてストライプ状に交互に着磁された平板状の構造体であり、異なる磁極（Ｓ極、Ｎ極）同士の間隙の、振動板４５のコイルパターン４５ｂに対向する部分を、一つの棒状に開口させた超音波放射用開口部（以下、開口部ともいう。）４７ａを備えている。開口部４７ａは、ここではその平面形状が長円形となるように形成されており、この形状は例えば刃物による打ち抜き等の方法により容易に形成することができる。ここでは示されていないが、平面形状が矩形状となるように開口部４７ａを形成した場合においても、同様の方法で容易に形成することができる。その他、一つの棒状に開口された開口部であって、かつ同様の大きさを満足するものであれば、開口部の詳細な形状はこれらに限定されるものではない
このような形状を有する開口部４７ａは、コイルパターン４５ｂの長手方向の直線部分である方向にすべて開口させた長い開口部となっているため、従来複数の丸穴で構成されていた超音波放射用の穴と比較して、開口面積が大きくなっている。よって、その分外部に放射されずに反射してしまう部分が減り、コイルパターン４５ｂから発生した超音波を効率よく外部に放射することができる。

開口部４７ａの幅は、少なくともコイルパターン４５ｂと同じ幅程度を有するように形成するのがよい。この幅を確保すると、コイルパターン４５ｂから発生した超音波を、より無駄なく外部に放射できるといえる。
また、開口部４７ａの幅はコイルパターン４５ｂのピッチの２分の１を超えないようにする。ここでは、開口部４７ａの幅を、コイルパターン４５ｂのピッチの２分の１程度としている。この幅を限度とすることにより、前面磁気回路４７の磁気を弱めることなく、放射された超音波の通りをより良くすることができる。
また、開口部４７ａの長さは、ここではコイルパターン４５ｂの長手方向の直線部分とほぼ同程度の長さとしている。図２の平面図から理解できるように、振動板４５の場合、コイルパターン４５ａの直線部分の両端は、他の直線部分と比較して長めになっているが、ここでは他の直線部分の長さに合わせて、すべての開口部４７ａを同じ長さにしてある。開口部４７ａの両端の長さを、直線部分の両端の長さに合わせても良い。

前面磁気回路構造体４７の上側には、この前面磁気回路構造体４７と同じ形状の前面プレート４９が重ねて配置されており、前面磁気回路構造体４７を固定している。したがって、超音波放射用開口部４７ａと重なる部分の前面プレート４９には、開口部４７ａと同形状の開口部４９ａが設けられ、同様に振動板４５から放射された超音波を通過させる。

次に動作について、図２のＸ−Ｘ断面図を用いて説明する。以下の説明は、全面駆動型スピーカ（放射器）４０の動作の説明である。
前面磁気回路構造体４７および後面磁気回路構造体４３は、異なる磁極（Ｓ極、Ｎ極）同士の間隙の中心線に対向する、振動板４５のコイルパターン４５ｂの長手方向の直線部分に対し、最も強い磁界を形成する。磁束はＮ極からＳ極へ向かうため、Ｎ極とＳ極の中間に位置するコイルパターン４５ｂに電流を流すことによってローレンツ力が発生する。この力により振動板４５が変位し、超音波を発生させるしくみとなっている。

発生した超音波は、矢印で示すように開口部４７ａおよび４９ａを通過して外部に指向性放射される。このとき、開口部４７ａは、一つの棒状（ここでは長円形状）となっており、従来の複数の丸穴で構成される開口部と比較して開口面積が大きいため、コイルパターン４５ｂから発生した超音波はより無駄なく外部に放射されることとなり、前面磁気回路構造体４７および前面プレート４９に反射する場合に生じる、逆位相による相殺を、最小限に食い止めることができる。

この実施の形態１の超指向性スピーカによれば、全面駆動型スピーカ（放射器）４０を構成する前面磁気回路構造体４７の超音波放射用の開口部４７ａを、一つの棒状（ここでは長円形状）に開口させてある。このように、コイルパターン４５ｂの長手方向の部分に対向する部分を一つの開口部４７ａとして構成しているため、従来複数の丸穴で構成されていた開口部と比較して、開口面積が大きくなっている。よって、コイルパターン４５ｂから発生した超音波がより無駄なく外部に放射されることとなり、前面磁気回路構造体４７や前面プレート４９に反射した場合に生じる、逆位相による相殺を、最小限に食い止めることができるため、開口部４７ａで構成されるローパスフィルターのカットオフ周波数を高く取ることができる。
したがって、放射器に相当する全面駆動型スピーカから発生する超音波の放射効率を向上させることができ、ひいては超音波帯域の変換効率を向上させることが可能な超指向性スピーカを得ることができる。

実施の形態１の超指向性スピーカの構成を示すブロック図である。 実施の形態１の超指向性スピーカにおける、放射器の構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ 音源、２０ 変調器、３０ 増幅器、４０ 放射器、４１ 後面プレート、４３、後面磁気回路構造体、４５ 振動板、４５ａ フレキシブル基板、４５ｂ コイルパターン、４６ａ 全面パッキン、４６ｂ 後面パッキン、４７ 前面磁気回路構造体、４７ａ 超音波放射用開口部、４９ 全面プレート、４９ａ 開口部、ｍ 異なる磁極同士の間隙の中心線。

Claims (4)

1. 音源と、該音源から入力された信号を変調する変調器と、該変調器により変調された信号を増幅する増幅器と、該増幅器によって増幅された信号に応じた超音波を放射する放射器とを備えた超指向性スピーカにおいて、
   上記放射器は、異なる磁極が一定の間隔を置いてストライプ状に交互に着磁された平板状の磁気回路構造体と、上記磁気回路構造体に対向して配置され、蛇行形状の導体からなるコイルパターンが全面に形成された振動板であって、上記コイルパターンは、その長手方向の直線部分のそれぞれが、上記磁極同士の間隙の中心線に対向して配置されている振動板とを備え、
   上記磁気回路構造体は、上記直線部分と対向する上記間隙部分を一つの棒状に開口させた超音波放射用開口部を備えたことを特徴とする超指向性スピーカ。
2. 超音波放射用開口部は、その平面形状を長円形または矩形状としたことを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカ。
3. 超音波放射用開口部は、その幅を上記長手方向の直線部分のピッチの２分の１の大きさを超えない寸法としたことを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカ。
4. 超音波放射用開口部は、その幅を上記コイルパターンの幅と同じ寸法にしたことを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカ。

Images