JP3298947B2 - 超指向性音波出力装置 - Google Patents

超指向性音波出力装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超指向性音波出力装置
に関し、詳しくは、音波を出力する信号系のインタフェ
ースとして人間と情報機器との間で機能する特に超指向
性のある超指向性音波出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、人と情報機器との間での信号授受
のためのインタフェースの一つとして、音や音声を出力
する手段であるスピーカやイヤホンなどの音波出力装置
が他種のインタフェースと共に情報機器に装備される形
で用いられてきた。かかる音波出力装置は電気系から音
響系にエネルギを変換し、音を放射するように構成され
ており、その用途や種類によってそれぞれ異なる指向係
数を有している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のように
かかるスピーカを単に情報機器に装備するだけではその
情報機器の操作者に音を信号として供与するという便宜
が与えられるものの、その情報機器の近傍で他の作業を
している操作者以外のものにとっては音声がかえって耳
障りな雑音あるいは騒音として受取られるだけで、迷惑
であり好ましいことではない。また、イヤホンのように
耳に直接装備するものを情報機器の操作者が用いたので
は他の音が操作者に聞き取れないという不都合が生じ
る。
【0004】そこで、かかる問題を解消すべく、超指向
性のスピーカとしての従来発想によるパラメトリックス
ピーカを情報機器に装備することが考えられるが、かか
る別体のパラメトリックスピーカを情報機器に単に装備
したのでは装置全体の大型化を招くのみならず、仮に情
報機器に組込むにしてもどのように組込んで使用するの
かその具体的な実現性が示されていなかった。
【0005】本発明の目的は、かかる従来の問題に着目
し、その解決を図るべく、情報機器の大型化を招くこと
なく、情報機器と一体化することが可能であり、パラメ
トリックスピーカの有する超指向性を具現化することの
できる超指向性音波出力装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、音源から超音波として放射された周波
数の異なる2つの超音波を媒質内に導いて非線形相互作
用を誘起させ、ビート周波数に対応する2次音波の出力
が可能な音波出力装置であって、少なくとも2つ以上の
前記超音波を発生する平板状の音源部と、該音源部から
導かれた超音波により前記非線形相互作用を誘起させる
媒質からなる伝播部と、該伝播部を介して形成された前
記2次音波以外の超音波要素を吸収可能な吸収部とによ
り三層に積層し、透明とするとともに、前記伝播部と前
記吸音部との積層面が前記音源部に対して凸面に形成さ
れることを特徴とするものである。
【0007】
【作用】本発明によれば、基本波を発生する平板状の音
源部と、2つの基本波により非線形相互作用を誘起させ
る媒質からなる伝播部と、2次音波以外の基本波要素を
吸収可能な吸収部とをいずれも透明体で三層に積層して
形成したので、発生する2次音波を平板状の音源部に直
交する方向に規制することができ、特に情報機器の表示
部と重ね合わせて構成するに好適な超指向性を有する音
波出力装置を提供することができる。
【0008】
【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳
細かつ具体的に説明するが、それに先立ち本発明に適用
するパラメトリックスピーカの構成原理について図2を
参照して説明する。
【0009】いま、この図に示すように、音源10から
異なる周波数f1 およびf2 をそれぞれ有する2つの音
波SW1およびSW2が特定の伝播媒質に向けて放射さ
れたとすると、これら2つの音波SW1とSW2とは互
いに干渉し合うことにより周期的に振動が強弱に変化す
る所謂うなり21が発生する。なお、この場合の合成さ
れた搬送波の周波数は(f1 +f2 )/2であり、うな
りに相当する振幅変調波22の周波数は(f1 −f2
/2(但しf1 >f2 )で表わされる。そこで、この場
合の成分波形が双方共十分に大きい大振幅音波である
と、この図2の2次波音源域20に合成2次波形として
示すように次第にひずんで最後は(f1 −f2 )に相当
する周波数の音波(以下で差音という)23を発生しつ
つ消滅する。
【0010】かかる現象は、音源10から放射された2
つの大振幅を有する音波SW1およびSW2が2次波音
源域20を構成している媒質20A内を伝播される間に
その媒質20Aの非線形物質によって誘起される非線形
相互作用によるもので、かくして周波数f1 とf2 との
差に相当する周波数の差音23形成の仮想音源となる。
いま、音波SW1およびSW2を1次波,差音23を2
次波と呼ぶこととすると、1次波SW1,SW2間で上
記の非線形相互作用の影響が継続される限り、1次波S
W1およびSW2の振幅が無限小振幅の線形波動に減衰
するまで2次波音源域20は差音23の仮想音源として
機能する。すなわち、非常に長い伝播距離の仮想音源、
換言すれば非常に長い伝播方向の波形列が媒質20A内
に形成されるので、差音23の周波数が仮に低いような
ことがあっても非常に鋭い指向性を持つことになる。
【0011】図1は上述の原理を適用した本発明に係る
音波出力部の基本構成例を示す。ここで、1は異なる複
数の周波数の音波を発生する平坦な板状に形成された音
源部、2は音源部1から放射された音波に対して上述の
非線形相互作用を誘起させるための2次音源域20に相
当する領域(以下で伝播部という)、3は音源部から放
射された音波のうち、2次波発生に関与しない1次波を
吸収可能な吸音部である。
【0012】なおここで、音源部1には有機高分子圧電
材料として知られているフッ化ビニリデン樹脂PVDF
(ポリフッ化ビニリデン)系共重合体などの透明でかつ
圧電性を有する材料によって形成した。また、伝播部2
には音波に対して非線形相互作用を誘起する特性を有
し、かつ、透明である、例えばシリコンゲルなどを媒質
とすることが好適である。さらにまた、吸音部3は1次
波を十分吸音可能な特性を有すると共に透明な、例えば
アクリル系樹脂などで形成することができる。
【0013】そこで、図1に示すような音波出力部にお
いて、その音源部1から周波数f1,f2 に相当する1
次波の音波を放射させるにあたり、これら周波数の差
(f1−f2 )が可聴域にあるように設定する。例えば
1 を50KHzf2 を45KHzとした場合、(f1
−f2 )の2次波は5KHzとなる。いま、音源部1か
ら1次波の音波が放射されると、かかる1次波は基本的
には角度360°の広がりをもって伝播部2内に伝播さ
れるが、その際差音の2次波発生に寄与しないでそのま
ま伝播部2内に残存する1次波は吸音部3で吸音され
る。従って、吸音部3から外には余分な音が伝播される
ことはない。
【0014】図3は本発明にかかる回路構成を示し、こ
こで、100は図1に示す音源部1、伝播部2および吸
音部3の3層からなる超指向性を具えた音波出力部であ
る。また、110は音波出力部100を駆動する駆動回
路、120は駆動回路110に駆動電力を供給する電源
部、130は音波を発生するための発振器である。
【0015】図4の(A)および(B)は本発明の実施
例であって、音波出力部の構成例をそれぞれ示す。これ
らの(A)および(B)において、12は伝播部であ
り、いずれの場合もその伝播部12が凸レンズ型に形成
されている。すなわち、伝播部12の吸音部側中央部分
を滑らかに凸出させた凸レンズ形状とすることにより伝
播部12内を伝播する音波が効率よく中央部分に集中す
るように放射され、指向性をより一層高める効果が得ら
れる。なお、吸音部13の方は図4の(A)に示すよう
に均一な厚さで伝播部12を覆うようにしてもよいし、
あるいは図の(B)に示すようにその外側の面を平坦に
してもよい。
【0016】図5は本発明のさらに他の実施例による音
源部の構成を示す。本例は、全体が透明かつ圧電性を有
するPVDF系重合体などで形成される音源部11に対
し、その一方の面および他方の面に例えばプラス電極お
よびマイナス電極あるいはアース電極をそれぞれ千鳥型
に配置したもので、これによって、対向する電極間同士
の間に本例の場合であれば異なる周波数の2種類の音波
を発生させることができる。なおここで、21Aおよび
21Bは音源部11の一方の面、たとえば伝播部側に互
いに所定の間隔を保つようにして千鳥格子型に配設され
た2つのプラス電極、31Aおよび31Bは他方の面に
同様にして千鳥格子型に配設された2つのマイナス電極
である。
【0017】図6は本発明音波出力装置を適用した情報
機器の一例を示す。ここで、100は音波出力部、14
0は音波出力部100と重ね合わせた形で一体に構成さ
れたCRTあるいは液晶などによる表示部、150はデ
ータ処理およびデータ操作を行う情報処理部である。ま
た、160は情報処理部150からの処理信号に従って
音波出力部100に可聴信号(オーディオ信号)を送給
するオーディオ信号処理装置、170は情報処理部15
0からの処理信号に従って表示部140上に表示する画
像信号を供給するビデオ信号処理装置である。
【0018】かくして、表示部140と対峠する位置を
占める操作者に向けて、音波出力部100から極めて方
向の限られた超指向性の音波が出力されることになり、
操作者とは異なる位置を占める他人には音波出力部10
0からの音や音声がほとんど到達せず、迷惑をかけるよ
うなことがなく、操作者と情報機器との間でのみ交流可
能な音のインタフェースを提供することができる。な
お、音量等については従来と同様にボリューム等で調整
可能であるが、音の到達距離としては明視距離ないしそ
のほぼ2倍位に調整されることが望ましい。
【0019】また、以上に述べた実施例では周波数の異
なる2つの音波を音源部から発生させる場合について述
べたがかかる基本周波数の数は2つに限られるものでは
なく、2つ以上の複数であっても同様にして非線形相互
作用により2次波音源を生起させ、超指向性を持たせた
音波をそれぞれ空間に出力させることが可能であること
はいうまでもない。
【0020】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、音源から超音波として放射された周波数の異なる2
つの超音波を媒質内に導いて非線形相互作用を誘起さ
せ、ビート周波数に対応する2次音波の出力が可能な音
波出力装置であって、少なくとも2つ以上の前記超音波
を発生する平板状の音源部と、該音源部から導かれた超
音波により前記非線形相互作用を誘起させる媒質からな
る伝播部と、該伝播部を介して形成された前記2次音波
以外の超音波要素を吸収可能な吸収部とにより三層に積
層し、透明としたので、情報機器の大型化を招くことな
く、情報機器と一体化することが可能な超指向性音波出
力装置を提供することができる。さらに、伝播部と吸音
部との積層面が音源部に対して凸面に形成されるように
したので、伝播部内を伝播する音波が効率よく中央部分
に集中するように放射され、指向性をより一層高める効
果が得られる。 また、表示部を具えた情報機器の前記表
示部上に一体に形成されるようにしたので、表示部と対
峙する位置を占める操作者に向けて、音波出力部から極
めて方向の限られた超指向性の音波が出力されることに
なり、操作者とは異なる位置を占める他人には音波出力
部からの音や音声がほとんど到達せず、迷惑をかけるよ
うなことがなく、操作者と情報機器との間でのみ交流可
能な音のインターフェースを提供することができる。
らに、音源部は、その両面に少なくとも2つ以上の超音
波を発生させるための電極が互いに千鳥格子状に配置さ
れるようにしたので、対向する電極間同士の間に異なる
周波数の2種類の音波を発生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる音波出力部の構成の一例を示す
斜視図である。
【図2】本発明に適用するパラメトリックスピーカの構
成原理の説明図である。
【図3】本発明による回路の構成を示すブロック図であ
る。
【図4】本発明にかかる音波出力部の他の構成例を
(A)および(B)として示す斜視図である。
【図5】本発明にかかる音源部の構成例を模式的に示す
斜視図である。
【図6】本発明の情報機器への適用例の構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
1,11 音源部 2,12 伝播部 3,13 吸音部 10 音源 20 2次波音源域 20A 媒質 21 うなり 22 振幅変調波 23 差音 21A,21B,31A,31B 電極 100 音波出力部 110 駆動回路 120 電源部 130 発振部 140 表示部 150 情報処理部 160 オーディオ信号処理装置 170 ビデオ信号処理装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G10K 11/26 H04R 1/32 310 H04R 3/00 310 H04R 3/00 330

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音源から超音波として放射された周波数
    の異なる2つの超音波を媒質内に導いて非線形相互作用
    を誘起させ、ビート周波数に対応する2次音波の出力が
    可能な音波出力装置であって、 少なくとも2つ以上の前記超音波を発生する平板状の音
    源部と、 該音源部から導かれた超音波により前記非線形相互作用
    を誘起させる媒質からなる伝播部と、 該伝播部を介して形成された前記2次音波以外の超音波
    要素を吸収可能な吸収部とにより三層に積層し、透明と
    するとともに、 前記伝播部と前記吸音部との積層面が前記音源部に対し
    て凸面に形成されることを特徴とする超指向性音波出力
    装置。
  2. 【請求項2】 音源から超音波として放射された周波数
    の異なる2つの超音波を媒質内に導いて非線形相互作用
    を誘起させ、ビート周波数に対応する2次音波の出力が
    可能な音波出力装置であって、 少なくとも2つ以上の前記超音波を発生する平板状の音
    源部と、 該音源部から導かれた超音波により前記非線形相互作用
    を誘起させる媒質からなる伝播部と、 該伝播部を介して形成された前記2次音波以外の超音波
    要素を吸収可能な吸収部とにより三層に積層し、透明と
    するとともに、 表示部を具えた情報機器の前記表示部上に一体に形成さ
    れることを特徴とする超指向性音波出力装置。
  3. 【請求項3】 音源から超音波として放射された周波数
    の異なる2つの超音波を媒質内に導いて非線形相互作用
    を誘起させ、ビート周波数に対応する2次音波の出力が
    可能な音波出力装置であって、 少なくとも2つ以上の前記超音波を発生する平板状の音
    源部と、 該音源部から導かれた超音波により前記非線形相互作用
    を誘起させる媒質からなる伝播部と、 該伝播部を介して形成された前記2次音波以外の超音波
    要素を吸収可能な吸収部とにより三層に積層し、透明と
    するとともに、 前記音源部は、その両面に少なくとも2つ以上の前記超
    音波を発生させるための電極が互いに千鳥格子状に配置
    されることを特徴とする超指向性音波出力装置。
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