JP4060404B2 - パラメトリックスピーカー - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、パラメトリックアレイ効果により可聴音信号などで振幅変調された超音波を媒体（例えば空気中）に放射した際、音波の非線形伝搬特性の結果、超音波伝搬路に沿って変調信号が可聴音として復調される現象を利用したパラメトリックスピーカーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
可聴域信号で振幅変調された超音波を超音波振動子などのトランスデューサから放射し、空気中における音波の非線形伝搬特性の結果、超音波伝搬路に沿って変調信号が自己復調されるパラメトリックアレイ効果を利用した従来技術として、特開平７−１０７５８８等がある。この従来技術は、可聴域信号で振幅変調された超音波を回転楕円体内面あるいは回転放物面内面で反射し、回転楕円体内面であればその焦点で収束させたのち再び発散させ、回転放物面内面であれば平面波面のビーム状進行波を聞き手に向けて放射することにより、その反射波の伝播領域空間内でのみ可聴信号を伝達するものである。また、別の従来技術として、特公平５−７６８３９に開示されているパラメトリックスピーカーがある。このパラメトリックスピーカーでは、超音波トランスデューサアレイと、所定の間隔をもち放物面もしくは回転楕円体面を有した反射板をスピーカーボックスの中に組み込んで構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、回転楕円体や回転放物面を反射板として用いたパラメトリックスピーカーでは、特公平５−７６８３９のように超音波トランスデューサアレイと、所定の間隔をもち凹状の放物面もしくは回転楕円体面を有する反射板とをスピーカボックスの中に組み込んで構成している。そのため、反射板の裏側に余分なスペースが生じスピーカー全体のサイズが必要以上に大型化してしまうと共に、その分、余計な組立コスト・材料コストがかかってしまう。また、スピーカーからの可聴音波放射方向は超音波トランスデューサと反射板との位置関係で決定されるものであるが、反射板をスピーカーボックス内の所定の位置に正しく確実に取り付けた上で超音波トランスデューサの角度調節を行う必要があり、この点においても組立コストのアップにつながる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記のような問題を解決するために本発明では、スピーカー筐体内に設けられ可聴音信号で変調された超音波を放射する超音波振動子と、回転楕円面あるいは回転放物面から成り超音波振動子から放射される超音波を反射する反射板とを備えるパラメトリックスピーカーにおいて、前記スピーカー筐体の外壁そのものを前記反射板として構成した。
【０００５】
また、スピーカー筐体の背面外壁そのものを前記反射板とし、前記反射板は回転楕円面あるいは回転放物面の一部分で形成され、前記反射板たる前記スピーカー筐体の背面外壁から前方へ連なる側面外壁および底面外壁を一体に形成し、スピーカー筐体を前面開放の箱形に構成した。
【０００６】
また、前記反射板の前記スピーカー筐体内面側に向けた前記超音波振動子の超音波放射方向および前記反射板の焦点に対する距離を調節可能とした。
【０００７】
【作用】
従って、スピーカー筐体内に反射板を組み込む作業が必要なく、筐体内に超音波トランスデューサを配設し、該超音波トランスデューサの角度調節だけでスピーカーからの可聴音波放射方向を調節できる。このことにより、組立コスト・材料コストが大幅に低減する。
【０００８】
また、回転楕円面あるいは回転放物面の一部分を切り出して反射板を形成し、スピーカー筐体の外壁そのものとするので、スピーカー全体のサイズが小型化される。更に、筐体背面部が丸みを持ったラウンド形状となるので、重心が下側に位置して据置型スピーカーとして用いた場合に高い安定性が得られる。
【０００９】
以下、図面を基に、本発明の実施例について説明する。図１（ｂ）は本発明実施例によるパラメトリックスピーカーの原理を示す説明図である。変調部において発振回路で発生した超音波搬送波を可聴音信号で振幅変調し、増幅回路で増幅した後に超音波振動子１から空中に放射する。２は回転放物面あるいは回転楕円面から成る反射板で、超音波振動子１から放射される超音波をその内面で反射する。この反射板は、超音波振動子から放射される超音波の反射方向を左右し可聴音場を決定するもので、形状が回転放物面であればその焦点が１カ所決まり、図示するように焦点位置Ｆから回転放物面内面に超音波を放射すれば、反射波は互いに交差することなく一定の幅で平行に進む。図１（ａ）に示すように超音波振動子の位置を焦点Ｆから離れた位置に配置すると反射波に収束点が生じ、一旦収束した反射波は交差して広がる。この場合の収束点位置は超音波振動子の配置位置により変化するもので、焦点Ｆよりも曲面に対して遠い距離で調節することで可聴音場を調節することができる。つまり、パラメトリックアレイ効果による可聴音は超音波の進行方向に沿って生じるので、反射した超音波の収束点を適宜調節することで人の存在する位置における超音波の広がり幅を調節し、発生した可聴音を聞き取ることができる範囲を設定することができる。一方、反射板形状が回転楕円面であればその焦点は２カ所決まり、第一の焦点位置から回転楕円面内面に超音波を放射すれば、反射波は第二の焦点で収束しその後広がりつつ進行する。回転放物面，回転楕円面のどちらを採用しても良いが、収束点の調節という点での自由度の高さから本実施例では回転放物面形状の反射板を用いた場合について説明をする。
【００１０】
第２図は、本発明実施例の外観を示す説明図である。（ａ）は前方より見た説明図で、３はスピーカー筐体、１は超音波振動子、４は超音波振動子１を反射板の焦点付近に支持する支持具である。スピーカー筐体３の内部には超音波領域の音波を吸収するポリウレタン等の吸音材５を敷設している。支持具４は超音波振動子１の超音波放射面が反射板の反射面に対して適宜角度で固定できるよう回動可能に支持し、かつ、スピーカー筐体３への取付ベース部に設けた長穴４ａと取付ネジ６とで超音波振動子１と反射板との距離を調節可能にスピーカー筐体に固定される。次に第２図（ｂ）は本発明実施例を後方より見た説明図である。スピーカー筐体３の背面部は回転放物面形状の凸面をなしており、筐体内部には回転放物面の凹面すなわち内面が形成され、超音波振動子１に対する反射板２を構成している。７は安定リブであり、据置した際にスピーカー筐体が後方へ転倒するのを防ぎ安定性を高める。
【００１１】
次に第３図は上記実施例によるパラメトリックスピーカーを駆動した状態を示す断面説明図である。超音波振動子１から可聴音信号で変調された超音波を反射板２に向けて放射すると、反射板２と超音波振動子１との距離に対応した方向へ反射し、スピーカーの外に向かって放射される。図に示した例では、超音波振動子の位置が反射板の焦点位置よりも反射板に対して遠い位置にセットされた例を示しているので、反射波に収束点が生じ、一旦収束したのち交差して広がっている。反射板２で反射した超音波のうち、超音波振動子や支持具などのスピーカー内の部品等によって乱反射する成分は吸音材５で吸収し、スピーカーの外に放射されるのを最小限に抑える。また、超音波振動子の角度および位置の調節はスピーカーの特性として予め設定したり、希望とする可聴範囲を得るようユーザーによって任意に調節する方式のどちらを採用することも可能である。なお第２図には図示しないが、通常パラメトリックスピーカーとして使用する際には、スピーカー筐体の開口部に超音波の放射に影響を与えない素材の例えばメッシュ状の布カバー８が取り付けられる。
【００１２】
次に、第４図に本発明別実施例によるパラメトリックスピーカーの外観説明図を示す。この実施例では、反射板２に回転放物面より切り出した一部分を用い、スピーカー筐体の背面をなしている。スピーカー筐体内部には、前記実施例同様超音波振動子１および支持具４、吸音材５が取り付けられるが、反射板による超音波の反射特性は第５図（ａ）のようになる。つまり、超音波振動子１の位置が反射板の焦点位置よりも反射板に対して遠い位置にセットされた場合、スピーカーの外へ放射される超音波は一旦収束した後に交差して広がるが、回転放物面の下半分がカットされているのでその分の反射波が放射されず、結果としてスピーカー正面から下側へ向けて可聴範囲が設定される。従って、スピーカーが聞き手の頭上より高い位置に取り付けられる場合に都合が良い。また、第５図（ｂ）に示すように超音波振動子１を反射板の焦点にセットすると、スピーカーの外へ放射される超音波は収束点の無い平行な状態でスピーカー正面に対して進行する。また、この実施例ではスピーカー筐体全体の大きさが回転放物面全面を反射板としたものに比べてコンパクトに構成できると共に、スピーカーの重心が下寄りに位置する。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、スピーカー筐体内に設けられ可聴音信号で変調された超音波を放射する超音波振動子と、回転楕円面あるいは回転放物面から成り超音波振動子から放射される超音波を反射する反射板とを備えるパラメトリックスピーカーにおいて、スピーカー筐体の外壁そのものを反射板として構成すると共に、超音波振動子の超音波放射方向および反射板の焦点に対する距離を調節可能としたものである。
【００１４】
これにより、スピーカー内部に独立した部品の反射板を組み込んで取り付ける必要がなくなり、従って、スピーカー筐体内部に余分なスペースが生じることなく、スピーカー全体のサイズをコンパクトにすることができる。それと共に、組立コスト・材料コストを低減させることができる。また、スピーカーからの可聴音波放射方向は超音波トランスデューサと反射板との位置関係で決定されるものであるが、本発明ではスピーカー筐体の外壁そのものを反射板としているので、従来のように独立した部品の反射板をスピーカー筐体内の所定の位置に正しく確実に取り付ける作業が不要であり、調節するのは超音波振動子だけで済む。従って、この点においても組立コストの低減につながる。
【００１５】
また、スピーカー筐体の背面外壁そのものを反射板とし、反射板は回転楕円面あるいは回転放物面の一部分で形成され、反射板たるスピーカー筐体の背面外壁から前方へ連なる側面外壁および底面外壁を一体に形成し、スピーカー筐体を前面開放の箱形に構成したので、スピーカー全体のサイズを更に小型化できる。また、スピーカー筐体背面部が丸みを持ち、筐体下側に行くにつれて奥行きを増すラウンド形状となるので、重心が下側に位置して据置型スピーカーとして用いた場合に高い安定性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例によるパラメトリックスピーカーの原理を示す説明図である。
【図２】本発明実施例の外観を示す説明図である。
【図３】本発明実施例を駆動した状態を示す断面説明図である。
【図４】本発明別実施例の外観を示す説明図である。
【図５】本発明別実施例を駆動した状態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１ 超音波振動子
２ 反射板
３ スピーカー筐体
４ 支持具
５ 吸音材

Claims (3)

1. スピーカー筐体内に設けられ可聴音信号で変調された超音波を放射する超音波振動子と、回転楕円面あるいは回転放物面から成り超音波振動子から放射される超音波を反射する反射板とを備えるパラメトリックスピーカーにおいて、前記スピーカー筐体の外壁そのものを前記反射板にしたことを特徴とするパラメトリックスピーカー。
2. 請求項１記載のパラメトリックスピーカーにおいて、前記スピーカー筐体の背面外壁そのものを前記反射板とし、前記反射板は回転楕円面あるいは回転放物面の一部分で形成され、前記反射板たる前記スピーカー筐体の背面外壁から前方へ連なる側面外壁および底面外壁を一体に形成し、スピーカー筐体を前面開放の箱形に構成したことを特徴とするパラメトリックスピーカー。
3. 請求項１記載のパラメトリックスピーカーにおいて、前記反射板の前記スピーカー筐体内面側に向けた前記超音波振動子の超音波放射方向および前記反射板の焦点に対する距離を調節可能にしたことを特徴とするパラメトリックスピーカー。

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