JP2011234248A

JP2011234248A - パラメトリックスピーカ

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Publication number: JP2011234248A
Application number: JP2010104417A
Authority: JP
Inventors: Takenori Kunimi; 武伯国見
Original assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Current assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-11-17
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP5555537B2

Abstract

【課題】安価な構成でもって、超音波指向性の広狭制御を容易に行うことができるパラメトリックスピーカを提供すること。
【解決手段】本パラメトリックスピーカは、指向性切替手段７により、指向特性を狭くするときは各段の超音波振動子における超音波放射方向前方の可動電極に同極性の電気信号をそれぞれ印加する接続に切り替え、指向特性を広くするときは隣接段の超音波振動子それぞれの可動電極に異なる極性の電気信号を印加する接続に切り替え可能とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、パラメトリックスピーカに関するものである。

パラメトリックスピーカは、電気信号を超音波に変換して放射する超音波振動子を備えており、音声信号に応じて振幅変調した超音波をこの超音波振動子から放射し、この超音波が空中を伝播する間に音波の非線形現象によって自己復調されることによって可聴音を発生させることができるようになっている。

パラメトリックスピーカは、指向性が高い超音波を放射することによって上記のように可聴音を発生するものであり、音を向ける方向に関して高い超音波指向性を有するが、超音波指向性を広狭に簡単に操作制御できるようなものはなかった。

そのため、超音波指向性を広狭制御するためには、超音波指向性が広いパラメトリックスピーカと、超音波指向性が狭いパラメトリックスピーカとを共用したり、あるいは機械的にパラメトリックスピーカを指向方向に駆動したりしていた。

しかしながら、このような指向性の広狭制御は複雑でコストアップするなど、課題がある。

特開２００４−３４９８１６号公報

本発明においては、パラメトリックスピーカそれ自体の姿勢を変えたり、あるいは別のパラメトリックスピーカを装備したりする必要がない安価な構成でもって、超音波指向性の広狭制御を容易に行うことができるパラメトリックスピーカを提供することを解決すべき課題としている。

本発明によるパラメトリックスピーカは、
超音波放射方向前後で対向配置された２つ一対の電極を具備する超音波振動子を少なくとも指向性制御方向に所定間隔を隔てて複数段で配置してなる振動子ユニットと、
各段の超音波振動子それぞれの超音波放射方向で対向する２つ一対の電極に電気信号を印加する信号印加手段と、
超音波の指向特性の広狭制御に際して操作されて、上記信号印加手段の電気信号を上記各段の超音波振動子それぞれの上記一対の電極に極性を切り替えて印加する指向性切替手段と、
を具備し、
上記指向性切替手段は、指向性制御方向で隣り合う複数の超音波振動子に対して指向特性を狭くするときは超音波放射方向前方に配置の電極（可動電極）に同極性の電気信号をそれぞれ印加する接続に切り替え、指向特性を広くするときは前記各可動電極に異なる極性の電気信号をそれぞれ印加する接続に切り替え可能とした、ことを特徴とする。

本発明によれば、指向性を狭くするときは、指向性切替手段により、各段の超音波振動子それぞれの可動電極に同極性の電気信号を印加するよう接続を切り替え、また、指向性を広くするときは、指向性切替手段により、各段の超音波振動子それぞれの可動電極に異なる極性の電気信号を印加するよう接続を切り替え操作するだけであるので、簡単な操作にて容易に超音波指向性を広狭に制御できるようになる。

好ましくは、上記振動子ユニットは、複数の超音波振動子を、超音波放射方向に対して垂直な面状に行／列状に配置した構成とする。

好ましくは、上記振動子ユニットは、複数の超音波振動子を、超音波放射方向に対して垂直な面状に同心円状に配置した構成とする。

本発明による電動車両は、電動モータを駆動源としてもしくは駆動源の１つとして走行する電動車両であって、上記本発明のパラメトリックスピーカを超音波放射可能に設けた、ことを特徴とする。

本発明のパラメトリックスピーカによれば、簡単な切り替え操作で超音波指向性を広狭に切り替えることができる。そして、本発明のパラメトリックスピーカを電動車両に組み込んだ場合、より車両進行方向の歩行者等に、その超音波から復調した可聴音を車両接近報知音として確実に認識させることができる。

図１は本発明の実施形態に係るパラメトリックスピーカの回路構成を示す図である。図２は図１のパラメトリックスピーカにおける振動子ユニットの外観構成を示す図である。図３は図１のパラメトリックスピーカの振動子ユニットにおける各超音波振動子に対する電気信号の印加、指向性切り替えのための回路構成を示す図である。図４は図１のパラメトリックスピーカの超音波の指向方向を上下方向とした場合の超音波指向性を説明するための図である。図５は図１のパラメトリックスピーカの超音波の指向方向を左右方向とした場合の超音波指向性を説明するための図である。図６は図１のパラメトリックスピーカの振動子ユニットの変形例を示す図である。図７は図６の振動子ユニットによる超音波放射の指向性を説明するための図である。図８は本発明の実施形態のパラメトリックスピーカを電動車両に組み込んだ場合の当該電動車両からの超音波の放射状態を示す平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態にかかるパラメトリックスピーカを詳細に説明する。

図１に、本発明の実施形態に係るパラメトリックスピーカの回路構成を示す。符号において、１は所定の可聴音に対応した電気信号を生成する音源、２は超音波に対応して電気信号を生成する超音波生成部、３は音源１からの電気信号により超音波生成部２が生成した超音波対応電気信号を振幅変調（ＡＭ変調）する変調部、４は変調部３の出力を電力増幅する増幅部である。

以上の回路により、超音波対応の電気信号を出力して後述する振動子ユニットに印加する信号印加手段５を構成する。

６は、前記振動子ユニットであり、この振動子ユニット６は増幅部４からの電気信号を超音波に変換して放射する。

７は、超音波指向性の広狭制御に際してユーザーにより切り替え操作される指向性切替手段である。

振動子ユニット６は、図２で示すように、図中左右方向ｎに６個ずつで上下方向（指向性制御方向）ｍで４段になって複数の超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４が所定間隔を隔てて行列状に配列されている。

詳しくは各段６１−６４は上記したように左右方向ｎにおいてそれぞれ並んで配置された６個の超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ６，ＳＰ７−ＳＰ１２，ＳＰ１３−ＳＰ１８，ＳＰ１９−ＳＰ２４で構成される。

各超音波振動子ＳＰｉ（ｉは１−２４のうちの任意の数）は、後述するように、超音波放射方向ｒに対して前後に対向配置された、２つ一対の電極から構成される。そして、任意の超音波振動子ＳＰｉを円Ａに拡大して示すように、ユニット基板Ｂ上に超音波放射方向ｒに対して後方に位置する一方の電極ｎｉを固定電極とし、超音波放射方向ｒに対して前方側に位置する他方の電極ｐｉを可動電極とし、上記両電極ｎｉ，ｐｉ間に圧電体ｓｉを挟み、可動電極ｐｉ上に平面視円形の超音波の放音板ｑｉを貼着して構成される。上記電極の材料としては、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ／Ｐｄなどが用いられる。上記圧電体の材料は、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する材料であり、代表的なものとして、チタン酸ジルコン酸鉛や、このチタン酸ジルコン酸鉛にマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどがある。なお、各図において、上記円Ａ内を除いて放音板ｑｉは図示を略する。また、電極ｐｉ，ｎｉは図面上、平面視矩形形状、放音板ｑｉは平面視円形であるが、これに限定されない。

図３を参照して、振動子ユニット６を、信号印加手段５および指向性切替手段７と共により詳しく説明する。

信号印加手段５は、信号線７１、７５にプラス電圧、信号線７２、７６にマイナス電圧を出力する。このプラス電圧、マイナス電圧は、超音波対応電気信号である。

指向性切替手段７は、信号印加手段５からのプラス信号線７１に接続される接点ＳＷ１ａ、マイナス信号線７２に接続される接点ＳＷ２ａを具備する。

接点ＳＷ１ａとＳＷ２ａは連動接点であり、接点ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａが接点ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ｂにそれぞれ導通するときは、信号線７３、７５、７７にプラス電圧、信号線７４、７８にマイナス電圧をそれぞれ印加する。接点ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａが接点ＳＷ１ｃ、ＳＷ２ｃにそれぞれ導通するときは、信号線７３、７５、７７にマイナス電圧、信号線７４、７８にプラス電圧をそれぞれ印加する。

実施形態の超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４は、圧電型であり、固定、可動の両電極にピエゾ等の圧電素子を使用しており、その共振周波数帯域を利用して可動電極を駆動して超音波振動させるタイプの共振型である。

本発明は超音波振動子をこのタイプに限定するものではなく、静電型の超音波振動子等の他のタイプの超音波振動子にも適用することができる。

各段６１−６４の超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４はそれぞれ超音波放射方向ｒに対しその前後に相対向する２つ一対の電極ｐ１；ｎ１−ｐ２４；ｎ２４から構成される。

これら電極のうち、上記したように、電極ｎ１−ｎ２４はユニット基板Ｂに固定された固定電極となり、電極ｐ１−ｐ２４は超音波放射方向ｒ前後に振動可能な可動電極となる。

各段６１−６４それぞれの超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４において、第１段６１と第３段６３それぞれの超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ６；ＳＰ１３−ＳＰ１８では、可動電極ｐ１−ｐ６およびｐ１３−ｐ１８は信号線７１、７５に、固定電極ｎ１−ｎ６およびｎ１３−ｎ１８は信号線７２、７６に、それぞれ共通接続され、これにより並列接続されている。
第２段６２それぞれの超音波振動子ＳＰ７−ＳＰ１２では、可動電極ｐ７−ｐ１２は、信号線７３を介して、指向性切替手段７の接点ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｃに、固定電極ｎ７−ｎ１２は、信号線７４を介して、指向性切替手段７の接点ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｂに接続される。

第４段６４それぞれの超音波振動子ＳＰ１９−ＳＰ２４では、可動電極ｐ１９−ｐ２４は、信号線７３、７７を介して、指向性切替手段７の接点ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｃに、固定電極ｎ１９−ｎ２４は、信号線７４、７８を介して、指向性切替手段７の接点ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｂに接続される。

以上の構成を有するパラメトリックスピーカの超音波放射特性を説明する。

指向性切替手段７の接点ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａが、接点ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ｂに切り替わっているときは、各段６１−６４それぞれの超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４における超音波放射方向前方側の可動電極ｐ１−ｐ２４全体にプラス電圧、後方側の固定電極ｎ１−ｎ２４全体にマイナス電圧が印加される。すなわち、超音波放射方向ｒの前後で隣接する超音波振動子それぞれの可動電極に同一のプラス電圧、固定電極に同一のマイナス電圧が印加される。

そして、上記電圧印加では、図４で示すように、各段６１−６４それぞれの超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４から超音波放射方向ｒに放射される超音波は、指向方向ｍに対して狭い指向性を持つ。

その理由は全ての超音波素子から放射される超音波が同位相で放射され到達点に同位相で達するためである。

次に、指向性切替手段７の接点ＳＷ１ａ，ＳＷ２ａが、接点ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃに切り替わっているときは、各段６１−６４それぞれの超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４のうち、第１段目の超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ６と第３段目の超音波振動子ＳＰ１３−ＳＰ１８それぞれの可動電極ｐ１−ｐ６，ｐ１３−ｐ１８と、固定電極ｎ１−ｎ６，ｎ１３−ｎ１８が、信号線７１，７２に対して接続される関係は変わらず、第２段目の超音波振動子ＳＰ７−ＳＰ１２と第４段目の超音波振動子ＳＰ１９−ＳＰ２４は、信号線７１，７２に対しての接続が逆となり、可動電極ｐ７−ｐ１２；ｐ１９−ｐ２４は信号線７２に、固定電極ｎ７−ｎ１２；ｎ１９−ｎ２４は信号線７１に接続される関係となる。

そして、上記電圧印加では、図４で示すように、各段６１−６４それぞれの超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４から超音波放射方向ｒに放射される超音波は、その指向方向ｍに対して広い指向性を持つ。

その理由は超音波素子から放射される超音波が部分的に１８０度異なった位相で放射されて到達点に達するため、打消し合い、指向特性が先鋭にならずに乱れるからである。

以上説明したように本実施形態では、指向性を狭くするときは、指向性切替手段７により、信号印加手段５から印加する電気信号のうち、一方の極性の電気信号を振動子ユニット６内の各段６１−６４の超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４の可動電極ｐ１−ｐ２４に、他方極性の電気信号を固定電極ｎ１−ｎ２４に印加するよう接続を切り替え、また、指向性を広くするときは、指向性切替手段７により、指向方向ｍで隣り合う超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４の可動電極ｐ１−ｐ２４への電気信号の極性と固定電極ｎ１−ｎ２４への電気信号の極性とが異なるよう接続を切り替えるだけであるので、簡単な操作にて容易に超音波指向性を広狭に制御できるようになる。

図４では振動子ユニット６をその指向方向ｍが紙面上下（垂直）方向に向け、超音波振動子を紙面垂直方向ｎに配列した形態である。この形態では各超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４の可動電極ｐ１−ｐ２４は超音波放射方向ｒの前方側に位置し、超音波を超音波放射方向ｒに放射すると共に、指向方向ｍが上下方向（垂直方向）広狭に制御される。また、図５で示すように指向方向ｍを紙面左右（水平）方向に向け、超音波振動子を紙面垂直方向ｎに配列した形態でもよく、各超音波振動子ＳＰ１−ＳＰ２４の可動電極ｐ１−ｐ２４は超音波放射方向ｒの前方側に位置し、超音波を超音波放射方向ｒに放射すると共に、指向方向ｍが左右方向（水平方向）広狭に制御される。

また、上記実施形態では振動子ユニット６は超音波振動子を行列（マトリクス）配置したが、図６で示すように同心円状に超音波振動子を配置した振動子ユニット６ａとしてもよい。この振動子ユニット６ａにおいて各段の超音波振動子は、同心円半径方向内側から外側へ第１段目６１、第２段目６２、第３段目６３、第４段目６４としている。この図６の振動子ユニット６ａでは、指向性切替手段により、超音波放射の指向性を広狭に制御した場合、図７で示すように狭い指向性では円Ｃ１で示す指向性になり、また、広い指向性では円Ｃ２で示す指向性となる。

以上のパラメトリックスピーカは、図８で示すように、電動車両８に適用することができる。このパラメトリックスピーカでは、超音波を例えばエンジン擬似音や警告音等の走行音等の車両接近報知音に対応した電気信号に基づいて放射するものであり、電動車両８の前面部に本実施形態のパラメトリックスピーカの振動子ユニット６，６ａを配置する。

５信号印加手段
６振動子ユニット
７指向性切替手段

Claims

超音波放射方向前後で対向配置された２つ一対の電極を具備する超音波振動子を少なくとも指向性制御方向に所定間隔を隔てて複数段で配置してなる振動子ユニットと、
各段の超音波振動子それぞれの上記２つ一対の電極に電気信号を印加する信号印加手段と、
超音波の指向特性の広狭制御に際して操作されて、上記信号印加手段の電気信号を上記各段の超音波振動子それぞれの上記一対の電極に極性を切り替えて印加する指向性切替手段と、
を具備し、
上記指向性切替手段は、指向性制御方向で隣り合う複数の超音波振動子に対して指向特性を狭くするときは超音波放射方向前方に配置の電極（可動電極）に同極性の電気信号をそれぞれ印加する接続に切り替え、指向特性を広くするときは前記各可動電極に異なる極性の電気信号をそれぞれ印加する接続に切り替え可能とした、
ことを特徴とするパラメトリックスピーカ。
上記振動子ユニットは、複数の超音波振動子を、超音波放射方向に対して垂直な面状に行／列状に配置したものである、請求項１に記載のパラメトリックスピーカ。
上記振動子ユニットは、複数の超音波振動子を、超音波放射方向に対して垂直な面状に同心円状に配置したものである、請求項１に記載のパラメトリックスピーカ。
電動モータを駆動源としてもしくは駆動源の１つとして走行する電動車両であって、請求項１ないし３のいずれかに記載のパラメトリックスピーカを超音波放射可能に設けた、ことを特徴とする電動車両。