JP2012216898A - 音声出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音孔から所望の距離において可聴音の音圧が最大となるようにすることが可能な音声出力装置を提供する。
【解決手段】音声出力装置１００は、圧電振動子１０と、圧電振動子１０から出力される超音波を放射する音孔２０と、を有するパラメトリックスピーカを有する。音声出力装置１００は、更に、目標距離の入力操作を受け付ける操作部（例えば、操作部兼表示部４０）と、操作部に入力された距離に応じて音孔２０の開口面積を調節する開口面積調節部（例えば、音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂ、アクチュエータ、及び制御部により構成される）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音声出力装置に関する。

パラメトリックスピーカは、超音波搬送波を可聴音信号によりＡＭ・ＦＭなどの方式を用いて変調し、空気中に超音波のまま高指向性を保持して放射し、空気中における音波の非線形現象により可聴音を復調するものである。ゆえに、パラメトリックスピーカの音孔からある距離において、復調される可聴音の音圧が最大となるが、その距離は、変調方式・変調度・超音波搬送波音圧などにより固定的に決定されてしまう。
パラメトリックスピーカについては、例えば、特許文献１、２に記載されている。

特開２００７−２２８４０２号公報 特開２００８−１３１０５５号公報

上述のように、パラメトリックスピーカにおいては、その音孔からある距離において復調される可聴音の音圧が最大となる。このため、音孔から所望の距離において可聴音の音圧が最大となるようにすることが可能な技術が求められている。

本発明の目的は、音孔から所望の距離において可聴音の音圧が最大となるようにすることが可能な音声出力装置を提供することにある。

本発明は、圧電振動子を有する発振装置と、
前記発振装置にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力するスピーカ制御部と、
前記圧電振動子から出力される超音波を放射する音孔と、
目標距離を示す情報を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記情報に応じて前記音孔の開口面積を調節する開口面積調節部と、
を有することを特徴とする音声出力装置を提供する。

本発明によれば、音孔から所望の距離において可聴音の音圧が最大となるようにすることができる。

実施形態に係る音声出力装置の要部断面図である。 圧電振動子の周辺の構造を示す断面図である。 実施形態に係る音声出力装置のブロック図である。 音孔の開口面積と可聴音の音圧が最大となる距離との関係を示す図である。 実施形態に係る音声出力装置の動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る音声出力装置の操作画面の例を示す図である。 実施形態に係る音声出力装置の操作画面の例を示す図である。 実施形態に係る音声出力装置の操作画面の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

図１は実施形態に係る音声出力装置１００の要部断面図、図２は圧電振動子１０の周辺の構造を示す断面図、図３は音声出力装置１００のブロック図、図４は音孔２０の開口面積と可聴音の音圧が最大となる距離（音孔２０からの距離）との関係を示す図、図５は音声出力装置１００の動作の流れを示すフローチャート、図６乃至図８は音声出力装置１００の操作画面の例を示す図である。

本実施形態に係る音声出力装置１００は、圧電振動子１０を有する発振装置７０と、発振装置７０にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力するスピーカ制御部（例えば、制御部５０により構成される）と、圧電振動子１０から出力される超音波を放射する音孔２０と、目標距離を示す情報を取得する取得部（例えば、操作部兼表示部４０）と、取得部が取得した情報に応じて音孔２０の開口面積を調節する開口面積調節部（例えば、音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂ、アクチュエータ３２ａ、３２ｂ、及び制御部５０により構成される）と、を有する。ここで、パラメトリックスピーカ（超音波スピーカ）は、スピーカ制御部及び圧電振動子１０を含んで構成される。音声出力装置１００は、例えば、携帯電話機或いはその他の携帯通信端末装置、携帯電話機或いはその他の携帯情報端末装置、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、或いは小型ゲーム機器などの電子機器であることが挙げられる。以下、詳細に説明する。

図１に示すように、音声出力装置１００は、圧電振動子１０を含む発振装置７０（図２）を収容する第１筐体１と、第１筐体１の周囲を覆う第２筐体２と、を有している。
第１筐体１において圧電振動子１０と対向する位置には、第１筐体１の内外を連通させる第１開口１ａが形成されている。
第２筐体２において第１開口１ａと対向する位置には、第２筐体２の内外を連通させる第２開口２ａが形成されている。
音孔２０は、第１及び第２開口１ａ、２ａを含んで構成されている。

図２に示すように、発振装置７０は、シート状の振動部材７１と、圧電振動子１０と、支持部７２と、を備えている。圧電振動子１０は、振動部材７１の一方の面に取り付けられている。支持部７２は、振動部材７１の縁を支持している。

振動部材７１は、圧電振動子１０から発生した振動によって振動し、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。圧電振動子１０も、自身が振動することによって、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。振動部材７１は、圧電振動子１０の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。コンプライアンスは圧電振動子１０の機械剛性であるため、振動部材７１の剛性を制御することで、圧電振動子１０の基本共振周波数を制御できる。なお、振動部材７１の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材７１は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材７１の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材７１を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電振動子１０に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。

圧電振動子１０の平面形状は、例えば円形であるが、圧電振動子１０の平面形状は円形に限定されない。圧電振動子１０は、例えば、振動部材７１に対向する面の全面が接着剤によって振動部材７１に固定されている。これにより、圧電振動子１０の片面の全面が振動部材７１によって拘束される。

支持部７２は、例えば、金属により構成され、筒状（例えば円筒状）に形成されている。支持部７２は、その一端側が接着部３を介して第１筐体１に対して接着されている。接着部３は、例えば、接着材、或いは、両面テープなどである。

圧電振動子１０に対し、後述する制御部５０から発振信号を入力することによって、圧電振動子１０を振動させて、圧電振動子１０より音波を発振させる。制御部５０は、圧電振動子１０に入力する変調信号（パラメトリックスピーカ用の変調信号）を生成する。変調信号の輸送波は、例えば、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波であり、具体的には、例えば１００ｋＨｚの超音波である。制御部５０は、外部から入力された情報に応じて、圧電振動子１０を制御する。

パラメトリックスピーカは、超音波搬送波を可聴音信号によりＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調などの変調方式を用いて変調し、空気中に超音波のまま高指向性を保持して放射し、空気中における音波の非線形現象により可聴音を復調するものである。ゆえに、音孔２０からある距離において、復調される可聴音の音圧が最大となる。

音孔２０の数は任意である。音孔２０は１つであっても良いし、複数であっても良い。

第１筐体１と第２筐体２との間隔の領域には、一対の音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂが配置されている。これら音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂは、平板状に形成されている。
これら音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂは、音孔２０の開口面積を狭める方向（例えば、互いに近づく方向）及び広げる方向（例えば、互いに遠ざかる方向）に、それぞれの板面と平行な方向に移動可能に設けられている。例えば、音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂは、第１筐体１における第２筐体２側の面と、第２筐体２における第１筐体１側の面と、に接しており、これら双方の面に対して摺動する。
一方の音孔シャッター部材３１ａが矢印Ａ方向に移動するとともに、他方の音孔シャッター部材３１ｂが矢印Ｂ方向に移動することにより、音孔２０の開口面積が減少するようになっている。
また、一方の音孔シャッター部材３１ａが矢印Ｃ方向（矢印Ａ方向の反対方向）に移動するとともに、他方の音孔シャッター部材３１ｂが矢印Ｄ方向（矢印Ｂ方向の反対方向）に移動することにより、音孔２０の開口面積が増大するようになっている。

音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂは、超音波を減衰させるか、又は遮断する材質のものであり、例えば、樹脂或いは金属により構成することができる。
音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂを移動させて、音孔２０の開口面積を調節することにより、音孔２０内において生じる非線形歪を制御することができる。すなわち、音孔２０の開口面積を小さくするほど音孔２０における空気の摩擦係数が増大し、非線形歪は大きくなる。このため、可聴音の音圧が最大となる距離（音孔２０からの距離）は、音孔２０の面積が大きくなるほど長くなる傾向がある（図４参照）。

図３に示すように、音声出力装置１００は、音孔シャッター部材３１ａを音孔２０の開口面積を狭める方向（矢印Ａ方向）及び広げる方向（矢印Ｃ方向）に移動させるアクチュエータ３２ａと、音孔シャッター部材３１ｂを音孔２０の開口面積を狭める方向（矢印Ｂ方向）及び広げる方向（矢印Ｄ方向）に移動させるアクチュエータ３２ｂと、を有する。
アクチュエータ３２ａ、３２ｂは、例えば、電磁駆動方式、圧電駆動方式、或いはその他の駆動方式により、音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂを移動させる。

音声出力装置１００は、更に、各種の表示動作を行うとともに、ユーザによる入力操作を受け付ける操作部としても機能する操作部兼表示部４０を有している。すなわち、操作部兼表示部４０は、例えば、タッチパネル式の液晶表示装置などにより構成することができ、単なる表示動作を行うだけでなく、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）としても機能する。

音声出力装置１００は、更に、圧電振動子１０、アクチュエータ３２ａ、３２ｂ、及び、操作部兼表示部４０の動作制御を行う制御部５０を有している。制御部５０は、制御・演算部と、記憶部と、を有し、この記憶部には、テーブル５１が記憶保持されている。

このテーブル５１は、音孔２０から放射される超音波が復調されることにより再生される可聴音が最大となる音孔２０からの距離（以下、可聴音音圧最大距離）と、アクチュエータ３２ａ、３２ｂの制御用パラメータと、の対応関係を示す情報を含む。

音声出力装置１００は、復調される可聴音の音圧が最大となる距離（音孔２０からの距離）を、ユーザが必要に応じて変更できるようになっている。
操作部兼表示部４０に対し、ユーザが所望の距離（目標距離）を入力操作すると、制御部５０は、この入力された距離に応じてアクチュエータ３２ａ、３２ｂを制御することにより、音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂの位置をこの入力された距離に応じた最適な位置に調節する。すなわち、音孔２０の開口面積を、入力された距離に応じた最適な面積に調節する。この結果、ユーザに入力された距離だけ音孔２０から離間した位置において、復調される可聴音の音圧が最大になるように、音声を出力することができる。
このように、音声出力装置１００は、距離の入力操作を受け付ける操作部（操作部兼表示部４０）を有し、開口面積調節部は、音孔２０から放射される超音波が復調されることにより再生される可聴音が、操作部に入力された距離だけ音孔２０から離れた位置において最大となるように、開口面積を調節する。

また、制御部５０は、アクチュエータ３２ａ、３２ｂの動作制御に際しては、ユーザにより入力された距離と対応するアクチュエータ３２ａ、３２ｂの制御用パラメータをテーブル５１より取得し、当該取得した制御用パラメータを用いて、開口面積を調節（音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂの位置を調節）する。

音声出力装置１００は、例えば、携帯通信端末装置であることが挙げられ、その場合、通信機能を実現するための通信部（図示略）を有している。また、音声出力装置１００は、通信機能として、通話機能を実現するものであっても良い。更に、音声出力装置１００は、音声再生機能の一例として、音楽再生機能を有していても良い。

次に、図５乃至図８を参照して一連の動作を説明する。

先ず、通常状態（例えば、音楽を再生しつつ、着信待ち受けをしている状態など）では、例えば、図６に示すように、各種の機能選択ボタンを含む機能選択ボタン群４２が、操作部兼表示部４０の表示画面４１に表示されている。機能選択ボタン群４２には、距離選択モードへの移行の要求操作を行うための距離選択ボタン４２ａが含まれる。
この状態において、制御部５０は、距離選択ボタン４２ａに対する操作の有無を監視している（図５のステップＳ１１）。距離選択ボタン４２ａへの操作がなされない限り、この監視状態が継続する（ステップＳ１１の判定でＮとなった場合、ステップＳ１１の判定が繰り返し実行される）。

その後、機能選択ボタン群４５の距離選択ボタン４２ａがタッチ操作されたとする。この操作は、タッチパネル式の操作部兼表示部４０により検出され、該検出された旨を示す検出信号が操作部兼表示部４０から制御部５０に入力される。

すると、制御部５０は、距離選択モードへの移行を要求する操作がなされたと判定する（ステップＳ１１のＹ）。
続いて、制御部５０は、音声出力装置１００の動作モードを、距離選択モードへ移行させる。この際、操作部兼表示部４０は、制御部５０の制御下で、例えば、図７に示すような目標距離選択ウィンドウ４３を表示画面４１に表示する（目標距離選択画面を表示する）（ステップＳ１２）。

図７に示すように、目標距離選択ウィンドウ４３には、目標距離の選択操作を促すメッセージ（例えば、「目標距離を選択して下さい。」といった文字列）とともに、目標距離の選択候補４４が表示される。例えば、５〜１０ｃｍ、１０〜１５ｃｍ、１５〜２０ｃｍ、・・・、９０〜９５ｃｍ、９５〜１００ｃｍといったように、５ｃｍ刻みで目標距離を選択できるように、それら目標距離が選択候補４４として目標距離選択ウィンドウ４３に表示される。更に、目標距離選択ウィンドウ４３には、例えば、目標距離の選択に用いられるカーソル４５が表示される。

この状態において、制御部５０は、目標距離のいずれかの選択候補４４に対する選択操作の有無を監視している（図５のステップＳ１３）。目標距離のいずれかの選択候補４４に対する選択操作がなされない限り、この監視状態が継続する（ステップＳ１３の判定でＮとなった場合、ステップＳ１３の判定が繰り返し実行される）。

例えば、ユーザが、表示画面４１における１５〜２０ｃｍとの表示箇所に対してタッチ操作を行うと、この操作が、タッチパネル式の操作部兼表示部４０により検出され、該検出された旨を示す検出信号が操作部兼表示部４０から制御部５０に入力される。
すると、制御部５０は、カーソル４５を１５〜２０ｃｍとの表示箇所に移動させる表示制御を操作部兼表示部４０に対して指令するとともに、目標距離として１５〜２０ｃｍが選択された（入力された）と判定する（ステップＳ１３のＹ）。

続いて、制御部５０は、選択された目標距離に応じた制御用パラメータをテーブル５１より取得し（ステップＳ１４）、例えば図８に示すように、目標距離の切り替えの確認ウィンドウ４６を表示画面４１に表示する（目標距離の切替の確認画面を表示する）（ステップＳ１５）。

図８に示すように、確認ウィンドウ４６には、例えば、「目標距離として１５〜２０ｃｍの範囲が選択されました。超音波スピーカの設定を変更してよろしいですか？」というメッセージとともに、「はい」及び「いいえ」の選択ボタン群４７と、その何れかの選択ボタンの選択用のカーソル４８が表示される。

この状態において、制御部５０は、「はい」又は「いいえ」の選択ボタンに対する選択操作の有無を監視している（図５のステップＳ１６）。「いいえ」が選択された場合（ステップＳ１６のＮ）、ステップＳ１２からの処理を繰り返す。「はい」が選択された場合（ステップＳ１６のＹ）、制御部５０は、目標距離の設定変更の要否を判断する（ステップＳ１７）。すなわち、これまで設定されていた目標距離と対応する制御用パラメータと、今回選択された目標距離と対応する制御用パラメータとが一致するか否かを判定する。

その判定の結果、これまで設定されていた目標距離と対応する制御用パラメータと、今回選択された目標距離と対応する制御用パラメータとが同一の場合、制御部５０は、設定変更が不要である（ステップＳ１８のＮ）、すなわちこれまでの設定を継続すれば良いと判定し、図５の処理を終了する。

一方、これまで設定されていた目標距離と対応する制御用パラメータと、今回選択された目標距離と対応する制御用パラメータとが異なる場合、制御部５０は、設定変更が必要である（ステップＳ１８のＹ）と判定し、先のステップＳ１４にて取得した制御用パラメータに従って、アクチュエータ３２ａ、３２ｂを制御することにより、音孔２０の開口面積を目標距離に応じた開口面積に調節する（ステップＳ１９）。
これにより、音孔２０から放射される超音波が復調されることにより再生される可聴音が、ユーザにより選択された目標距離だけ音孔２０から離れた位置において最大となるように、音孔２０の開口面積を調節することができる。

以上のような実施形態によれば、音声出力装置１００は、圧電振動子１０を有する発振装置７０と、発振装置７０にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力するスピーカ制御部と、圧電振動子１０から出力される超音波を放射する音孔２０と、目標距離を示す情報を取得する操作部兼表示部４０と、操作部兼表示部４０が取得した情報に応じて音孔２０の開口面積を調節する開口面積調節部（例えば、音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂ、アクチュエータ３２ａ、３２ｂ、及び制御部５０）を有するので、音孔２０から放射される超音波が復調されることにより再生される可聴音が、ユーザにより選択された目標距離だけ音孔２０から離れた位置において最大となるように、音孔２０の開口面積を調節することができる。

上記の実施形態では、一対の音孔シャッター部材３１ａ、３１ｂを有する例を説明したが、シャッター部材の数は１つでも良いし、或いは、３つ以上であっても良い。

上記の実施形態では、ユーザが操作部兼表示部４０に対して目標距離の入力（例えば選択）操作を行うことにより、音声出力装置１００が目標距離を示す情報を取得する例を説明したが、目標距離を示す情報を、音声出力装置１００の外部の装置から取得するようにしても良い。

１ 第１筐体
１ａ 第１開口
２ 第２筐体
２ａ 第２開口
３ 接着部
１０ 圧電振動子
２０ 音孔
３１ａ 音孔シャッター部材
３１ｂ 音孔シャッター部材
３２ａ アクチュエータ
３２ｂ アクチュエータ
４０ 操作部兼表示部
４１ 表示画面
４２ａ 距離選択ボタン
４２ 機能選択ボタン群
４３ 目標距離選択ウィンドウ
４５ カーソル
４６ 確認ウィンドウ
４７ 選択ボタン群
４８ カーソル
５０ 制御部
５１ テーブル
７０ 発振装置
７１ 振動部材
７２ 支持部
１００ 音声出力装置

Claims (5)

1. 圧電振動子を有する発振装置と、
   前記発振装置にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力するスピーカ制御部と、
   前記圧電振動子から出力される超音波を放射する音孔と、
   目標距離を示す情報を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記情報に応じて前記音孔の開口面積を調節する開口面積調節部と、
   を有することを特徴とする音声出力装置。
2. 前記開口面積調節部は、
   前記開口面積を狭める方向及び広げる方向に移動可能に設けられた音孔シャッター部材と、
   前記音孔シャッター部材を前記開口面積を狭める方向及び広げる方向に移動させるアクチュエータと、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の音声出力装置。
3. 前記発振装置を収容する第１筐体と、
   前記第１筐体の周囲を覆う第２筐体と、
   を有し、
   前記第１筐体において前記圧電振動子と対向する位置には、前記第１筐体内外を連通させる第１開口が形成され、
   前記第２筐体において前記第１開口と対向する位置には、前記第２筐体内外を連通させる第２開口が形成され、
   前記音孔は、前記第１及び第２開口を含んで構成され、
   前記音孔シャッター部材は、前記第１筐体と前記第２筐体との間隔の領域に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声出力装置。
4. 前記音孔から放射される超音波が復調されることにより再生される可聴音が最大となる前記音孔からの距離と、前記開口面積調節部の制御用パラメータと、の対応関係を示すテーブルを記憶した記憶部を有し、
   前記開口面積調節部は、前記取得部が取得した前記情報と対応する前記制御用パラメータを前記テーブルより取得し、当該取得した制御用パラメータを用いて前記音孔の前記開口面積を調節することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の音声出力装置。
5. 前記取得部は、前記目標距離の入力操作を受け付ける操作部であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の音声出力装置。

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