JP2013165329A - Oscillation apparatus and oscillation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パラメトリックスピーカとして機能する発振装置及び発振方法に関する。 The present invention relates to an oscillation device and an oscillation method that function as a parametric speaker.
スピーカの一つにパラメトリックスピーカがある。パラメトリックスピーカは、例えば特許文献1に記載されているように、音声信号を、超音波帯域の変調信号に変調し、この変調信号を大気中で可聴音に復調させるものである。
One of the speakers is a parametric speaker. For example, as described in
パラメトリックスピーカの特徴は、高い指向性を有することにある。しかし、可聴音が復調する領域を細かく制御することは難しかった。 The characteristic of the parametric speaker is that it has high directivity. However, it has been difficult to finely control the region where the audible sound is demodulated.
本発明の目的は、パラメトリックスピーカとして機能し、かつ可聴音が復調する領域を細かく制御することができる発振装置及び発振方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an oscillation device and an oscillation method that function as a parametric speaker and can finely control a region where audible sound is demodulated.
本発明によれば、並べて配置された複数の振動子と、
前記複数の振動子に発振信号を入力して発振させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記複数の振動子に、パラメトリックスピーカ用の変調信号、又は前記変調信号と同一周波数を有する搬送信号のいずれかを前記発振信号として入力し、
少なくとも1つの前記振動子に対して、前記変調信号及び前記搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替える発振装置が提供される。
According to the present invention, a plurality of vibrators arranged side by side;
Control means for inputting an oscillation signal to the plurality of vibrators to oscillate;
With
The control means includes
Either a modulation signal for a parametric speaker or a carrier signal having the same frequency as the modulation signal is input as the oscillation signal to the plurality of vibrators.
An oscillation device is provided that switches whether at least one of the modulation signal and the carrier signal is input to the at least one vibrator, or which signal is not input.
本発明によれば、並べて配置された複数の振動子に、パラメトリックスピーカ用の変調信号、又は前記変調信号と同一周波数を有する搬送信号のいずれかを入力し、
かつ、少なくとも1つの前記振動子に対して、前記変調信号及び前記搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替えることにより、可聴音の発生エリアを制御する発振方法が提供される。
According to the present invention, a parametric speaker modulation signal or a carrier signal having the same frequency as the modulation signal is input to a plurality of vibrators arranged side by side,
An oscillation method for controlling an audible sound generation area by switching whether at least one of the modulation signal and the carrier signal is input or not input to at least one of the vibrators. Provided.
本発明によれば、パラメトリックスピーカにおいて、可聴音が復調する領域を細かく制御することができる。 According to the present invention, it is possible to finely control a region where an audible sound is demodulated in a parametric speaker.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。この発振装置は、パラメトリックスピーカとして使用される。具体的には、この発振装置は、例えば電子機器(例えば、携帯電話機、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、小型ゲーム機器など)の音源として使用される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the oscillation device according to the first embodiment. This oscillation device is used as a parametric speaker. Specifically, the oscillation device is used as a sound source of an electronic device (for example, a mobile phone, a laptop personal computer, a small game device, etc.).
この発振装置は、スピーカアレイ10及び制御部20を備えている。スピーカアレイ10は、複数の振動子100をアレイ状(2次元)に並べた構成を有している。ただし複数の振動子100は、1次元的に並べられていても良い。制御部20は、複数の振動子100それぞれに、発振信号を入力し、複数の振動子100それぞれから音波を出力させる。発振信号は、パラメトリックスピーカ用の変調信号、又は変調信号と同一周波数を有する搬送信号のいずれかである。そして制御部20は、少なくとも1つの振動子100に対して、変調信号及び搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替える。これにより、詳細を後述するように、可聴音が復調する領域(後述する可聴音発生エリア30)を細かく制御することができる。
This oscillation device includes a
制御部20は、外部から入力された可聴音の音声信号を変調することにより、パラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する。この変調信号は、例えばAM(Amplitude Modulation)変調、DSB(Double Side Band)変調、SSB(Single Side Band)変調、又はFM(Frequency Modulation)変調により生成される。また制御部20は、搬送信号も生成する。
The
図2〜図7は、図1に示した発振装置が可聴音が復調する領域を制御することができることを説明するための図である。パラメトリックスピーカは、空気中に2つの周波数の音波が伝播した場合、空気における音波の粒子速度の非線形性に伴い2つの周波数の差周波が新たに発生することを利用するものである。このため、図1に示した発振装置をパラメトリックスピーカとして機能させる場合、いずれかの振動子100に変調信号を入力して変調波を発振させ、かつ別の振動子100から搬送信号を入力して搬送波を発振させる必要がある。これらの変調波及び搬送波は、いずれも周波数が超音波領域(例えば20kHz以上、好ましくは40kHz以上)を有しているため、指向性を有している。そして、これら変調波及び搬送波が重なる領域のうち、発振装置からの距離が一定の距離にある領域(図中復調可能エリアと記載)で可聴音が出現する。
2 to 7 are diagrams for explaining that the region in which the audible sound is demodulated can be controlled by the oscillation device shown in FIG. The parametric speaker utilizes the fact that when a sound wave of two frequencies propagates in the air, a difference frequency between the two frequencies is newly generated due to the nonlinearity of the particle velocity of the sound wave in the air. For this reason, when the oscillation device shown in FIG. 1 is functioned as a parametric speaker, a modulation signal is input to one of the
本実施形態において、制御部20は、全ての振動子100に対して、全ての変調信号及び搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替えることができる。
In the present embodiment, the
例えば図2に示す例では、制御部20は、9個並べられた振動子100のうち、左端の3つを搬送波発振用発振素子104として機能させ、右側の3つを変調信号用発振素子102として機能させている。なお、制御部20は、いずれの搬送波発振用発振素子104にも同一出力の搬送信号を入力しており、かついずれの変調信号用発振素子102にも同一出力の変調信号を入力している。そして搬送波発振用発振素子104から出力された搬送波と、変調信号用発振素子102から出力された変調波が重なる領域が、可聴音発生エリア30となる。
For example, in the example illustrated in FIG. 2, the
これに対して図3に示す例では、制御部20は、9個並べられた振動子100のうち、左端の4つを搬送波発振用発振素子104として機能させ、右側の4つを変調信号用発振素子102として機能させている。この場合、図2に示した例と比較して、変調波及び搬送波の音圧は高くなるため、搬送波が伝わる領域の幅(すなわち指向角)、及び変調波が伝わる領域の幅(すなわち指向角)は、いずれも図2に示す例と比較し狭くなる。このため、可聴音発生エリア30は、図2に示す例と比較して、スピーカアレイ10と平行な方向において狭くなりやすい。一方、可聴音発生エリア30は、スピーカアレイ10からの距離方向では、図2に示す例と比較して広くなる。
On the other hand, in the example shown in FIG. 3, the
また図4に示す例では、制御部20は、図2と比較して搬送波発振用発振素子104の数を一つ減らしている。この場合、可聴音発生エリア30は、図2に示す例と比較して、スピーカアレイ10からの距離、及びスピーカアレイ10と平行な方向の双方において狭くなっている。
In the example shown in FIG. 4, the
さらに図5に示す例では、制御部20は、図2と比較して変調信号用発振素子102として機能している振動子100を、一つ左側にずらしている(すなわち搬送波発振用発振素子104に近づけている)。この場合、可聴音発生エリア30は、図2に示す例と比較して、スピーカアレイ10からの距離、及びスピーカアレイ10と平行な方向の双方において広くなっている。
Further, in the example shown in FIG. 5, the
また制御部20は、変調信号及び搬送信号の振幅を制御すること(すなわち信号の増幅率を制御すること)により、復調可能エリアの広さを制御することができる。
Further, the
例えば図6に示す例では、図3に示す例と比較して変調信号及び搬送信号の振幅を小さくした場合を示している。この場合、復調可能エリアは、スピーカアレイ10に近づく方向及び離れる方向それぞれで狭くなる。
For example, the example shown in FIG. 6 shows a case where the amplitudes of the modulation signal and the carrier signal are reduced compared to the example shown in FIG. In this case, the demodulatable area becomes narrow in each of the direction approaching the
また図7に示す例では、図3に示す例と比較して変調信号及び搬送信号の振幅を大きくした場合を示している。この場合、復調可能エリアは、スピーカアレイ10に近づく方向及び離れる方向それぞれで広がる。
In the example shown in FIG. 7, the amplitude of the modulation signal and the carrier signal is increased as compared with the example shown in FIG. In this case, the demodulatable area expands in each of the directions approaching and separating from the
以上、本実施形態によれば、制御部20は、少なくとも1つの振動子100に対して、変調信号及び搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替えることにより、可聴音の発生エリアを細かく制御することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
また制御部20は、変調信号を入力する振動子100の位置及び数、及び搬送信号を入力する振動子100の位置及び数を制御することにより、可聴音の発生エリアを細かく制御することができる。
In addition, the
(第2の実施形態)
本実施形態は、第1の実施形態に対して、振動子100及び制御部20の構成をさらに具体的にしたものである。
(Second Embodiment)
The present embodiment is a more specific configuration of the
図8は、振動子100の構成の一例を示す断面図である。本実施形態に係る振動子100は圧電素子150を有している。制御部20は、圧電素子150を屈曲振動させることにより、振動子100から音波を発振させている。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of the
詳細には、第1振動部材140、圧電素子150、第2振動部材130、弾性材120、及び支持部110を有している。
Specifically, the
第1振動部材140はシート状であり、圧電素子150から発生した振動によって振動する。また第1振動部材140は、圧電素子150の基本共振周波数を調整する。第1振動部材140の厚みは5μm以上500μm以下であることが好ましい。また、第1振動部材140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。第1振動部材140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、第1振動部材140を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子150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。
The first vibrating
圧電素子150は、例えばPZTなどの圧電セラミックスにより形成されている。ただし圧電素子150は、他の圧電材料により形成されていても良い。圧電素子150の平面形状は、第1振動部材140の平面形状よりも小さい。
The
第2振動部材130はシート状であり、第1振動部材140よりも剛性が低い材料により形成されている。第1振動部材140が金属により形成されている場合、第2振動部材130は、樹脂により形成されている。第2振動部材130の平面形状は、第1振動部材140の平面形状よりも大きい。第2振動部材130の縁は、全周にわたって第1振動部材140からはみ出ている。
The second vibrating
圧電素子150、第1振動部材140、及び第2振動部材130の積層体は、弾性材120を介して支持部110に支持されている。支持部110は枠状の部材であり、平面視でその内側に圧電素子150、第1振動部材140、及び第2振動部材130の積層体を保持している。具体的には、支持部110の内周面には全周にわたって凹部が形成されており、この凹部内に弾性材120が埋め込まれている。弾性材120は、例えば樹脂である。第2振動部材130の縁は、弾性材120に埋め込まれている。圧電素子150、第1振動部材140、及び第2振動部材130の積層体は、圧電素子150が支持部110の上面側を向くように配置されている。すなわち振動子100は、支持部110の上面側に音波を発振する。
The laminated body of the
支持部110の底面は塞がれている、このため、第2振動部材130と支持部110によって、閉空間が形成されている。この閉空間は、支持部110の底面に形成された貫通孔112を介して外部と繋がっている。
The bottom surface of the
また、支持部110の底面には、端子172,174が設けられている。端子172は、配線を介して圧電素子150の裏面電極に接続している。本図に示す例では、第1振動部材140が圧電素子150の裏面電極を兼ねている。また端子174は、配線を介して圧電素子150の表面電極に接続している。端子172,174は、制御部20に接続している。
Further,
圧電素子150の上面には、接着層162を介してコーン160が固定されている。コーン160は、例えば金属製であり、振動子100が出力する音波を大きくするために設けられている。
A
図9は、制御部20の機能構成を示す図である。制御部20は、変調信号生成部22、搬送信号生成部24、複数のスイッチ26、及び切替制御部28を有している。
FIG. 9 is a diagram illustrating a functional configuration of the
変調信号生成部22は、外部から入力された音声信号に基づいて変調信号を生成する。搬送信号生成部24は、搬送信号を生成する。なお、変調信号及び搬送波は圧電素子150、第1振動部材140及び第2振動部材130からなる振動子の共振周波数、例えば基本共振周波数であるのが好ましい。
The modulation
複数のスイッチ26は、それぞれ互いに異なる振動子100に接続している。そしてスイッチ26が切り替わることにより、振動子100に搬送信号が入力されるか、変調信号が入力されるか、又は何も入力されないかが切り替わる。切替制御部28は、スイッチ26を制御している。スイッチ26は、機械的なスイッチであっても良いし、トランジスタであっても良い。
The plurality of
本実施形態によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、振動子100の振動源として圧電素子150を有している。圧電素子150は機械品質係数Qが高いため、変調信号及び搬送波を高効率で出力することができる。
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. In addition, a
(第3の実施形態)
図10は、第3の実施形態に係る発振装置の構成を示す図である。本図に示す例は、変調信号用発振素子102となる振動子100と、搬送波発振用発振素子104となる振動子100とが別のスピーカアレイになっている点を除いて、第1又は第2の実施形態に示した発振装置と同様の構成である。
本実施形態によっても、第1又は第2の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(Third embodiment)
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the oscillation device according to the third embodiment. The example shown in this figure is the first or the second, except that the
According to this embodiment, the same effect as that of the first or second embodiment can be obtained.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
10 スピーカアレイ
20 制御部
30 可聴音発生エリア
22 変調信号生成部
24 搬送信号生成部
26 スイッチ
28 切替制御部
100 振動子
102 変調信号用発振素子
104 搬送波発振用発振素子
110 支持部
112 貫通孔
120 弾性材
130 第2振動部材
140 第1振動部材
150 圧電素子
160 コーン
162 接着層
172 端子
174 端子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数の振動子に発振信号を入力して発振させる制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記複数の振動子に、パラメトリックスピーカ用の変調信号、又は前記変調信号と同一周波数を有する搬送信号のいずれかを前記発振信号として入力し、
少なくとも1つの前記振動子に対して、前記変調信号及び前記搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替える発振装置。 A plurality of vibrators arranged side by side;
Control means for inputting an oscillation signal to the plurality of vibrators to oscillate;
With
The control means includes
Either a modulation signal for a parametric speaker or a carrier signal having the same frequency as the modulation signal is input as the oscillation signal to the plurality of vibrators.
An oscillation device that switches whether at least one of the modulation signal and the carrier signal is input to the at least one vibrator or not.
前記制御手段は、全ての前記振動子に対して、前記変調信号及び前記搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替えることができる発振装置。 The oscillation device according to claim 1,
The oscillation device capable of switching whether the control means inputs any of the modulation signal and the carrier signal or does not input any signal to all the vibrators.
前記振動子は振動源として圧電素子を有する発振装置。 The oscillation device according to claim 1 or 2,
The oscillator has a piezoelectric element as a vibration source.
前記制御手段は、前記少なくとも1つの振動子に対して、前記変調信号及び前記搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替えることにより、可聴音の発生エリアを制御する発振装置。 In the oscillation device according to any one of claims 1 to 3,
The control means controls an audible sound generation area by switching whether the modulation signal or the carrier signal is input to the at least one vibrator or not to input any signal. Oscillator.
前記制御手段は、さらに前記変調信号及び前記搬送信号の振幅を制御することにより、可聴音の発生エリアを制御する発振装置。 The oscillation device according to claim 4,
The control device further controls an audible sound generation area by controlling amplitudes of the modulation signal and the carrier signal.
前記制御手段は、さらに前記変調信号を入力する前記振動子の位置及び数、及び前記搬送信号を入力する前記振動子の位置及び数を制御することにより、可聴音の発生エリアを制御する発振装置。 The oscillation device according to claim 4 or 5, wherein the control means further controls the position and number of the vibrator that inputs the modulation signal and the position and number of the vibrator that inputs the carrier signal. An oscillating device that controls the audible sound generation area.
かつ、少なくとも1つの前記振動子に対して、前記変調信号及び前記搬送信号のいずれを入力するか、またはいずれの信号も入力しないかを切り替えることにより、可聴音の発生エリアを制御する発振方法。 To a plurality of vibrators arranged side by side, either a modulation signal for a parametric speaker or a carrier signal having the same frequency as the modulation signal is input,
An oscillation method for controlling an audible sound generation area by switching whether at least one of the modulation signal and the carrier signal is input or not to be input to at least one of the vibrators.
前記振動子は振動源として圧電素子を有する発振方法。 The oscillation method according to claim 7,
An oscillation method in which the vibrator has a piezoelectric element as a vibration source.
前記制御手段は、さらに前記変調信号及び前記搬送信号の振幅を制御することにより、可聴音の発生エリアを制御する発振方法。 The oscillation method according to claim 7 or 8,
The oscillation method in which the control means further controls an audible sound generation area by controlling amplitudes of the modulation signal and the carrier signal.
さらに前記変調信号を入力する前記振動子の位置及び数、及び前記搬送信号を入力する前記振動子の位置及び数を制御することにより、可聴音の発生エリアを制御する発振方法。 10. The oscillation method according to claim 7, further comprising controlling the position and number of the vibrator that inputs the modulation signal and the position and number of the vibrator that inputs the carrier signal. An oscillation method that controls the audible sound generation area.
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