JP6268909B2

JP6268909B2 - 音響システムおよび超音波フィルタ

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Publication number: JP6268909B2
Application number: JP2013218408A
Authority: JP
Inventors: 享草田; 稲垣　光夫; 稲垣　　光夫; 哲也百武; 後藤　友幸; 友幸後藤; 悦郎吉野; 利明中山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2013-10-21
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-10-21
Also published as: JP2015082689A

Description

本発明は、音響システムおよび超音波フィルタに関するものである。

従来、所定の周波数の超音波を搬送波として用い、可聴音でこの搬送波を変調して得られた超音波を、パラメトリックスピーカから出力すると、出力された超音波が空気の非線形特性によって復調され、変調に用いられた可聴音が聞こえることが知られている。このようにしてパラメトリックスピーカから出力された超音波は、強い指向性を有する。

これを利用した技術として、特許文献１には、複数の利用者の位置を認識し、各利用者の位置に向けて、利用者毎に設定された音量または音質の可聴音で変調された超音波を出力する技術が開示されている。

特開２０１３−５８８９６号公報

しかし、特許文献１のような技術では、ある利用者に特定の可聴音を聴かせたり聴かせなかったりするために、その利用者の位置を計測したり、超音波の出力方向をその利用者の位置に合わせて制御する必要があり、その分、構成が複雑になってしまう。

本発明は上記点に鑑み、可聴音で変調された超音波を出力することで当該可聴音を人に聴かせる技術において、簡易な構成で利用者に特定の可聴音を聴かせたり聴かせなかったりすることができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、超音波を出力する超音波出力装置（２、３、２’ａ、２’ｂ）と、第１の超音波周波数の搬送波が第１の可聴音で変調された超音波（３１、９３、９５）を前記超音波出力装置に出力させる音響制御装置（１、１’ａ、１’ｂ）と、主に前記第１の超音波周波数の超音波を減衰させるフィルタであって、耳に取り付けられる用途に用いられる第１の超音波フィルタ（４ａ、４ｂ、６、７）と、を備え、前記第１の超音波フィルタは、可動部（６２２）を有し、前記可動部が移動することで、前記可動部と他の部材（６２３）との間の長さが変化し、その結果、主に減衰させる超音波の周波数が変化することを特徴とする音響システムである。

このようになっていることで、第１の超音波フィルタを付けない人には、第１の可聴音が聞こえるようになり、第１の超音波フィルタを両耳に付ける人には、第１の可聴音が聞こえなくなるか聞こえ難くなる。したがって、簡易な構成で利用者に特定の可聴音を聴かせたり聴かせなかったりすることができる。

また、請求項３に記載の発明は、主に超音波を減衰させるフィルタであって、人の耳に取り付けられる用途に用いられ、主に減衰させる超音波の周波数を変更可能な構造を有し、可動部（６２２）を有し、前記可動部が移動することで、前記可動部と他の部材（６２３）との間の長さが変化し、その結果、主に減衰させる超音波の周波数が変化することを特徴とする超音波フィルタである。

このような超音波フィルタを用いることで、超音波フィルタを付けない人には、超音波に含まれる可聴音が聞こえるようになり、超音波フィルタを両耳に付ける人には、超音波に含まれる可聴音が聞こえなくなるか聞こえ難くなる。したがって、簡易な構成である利用者に特定の可聴音を聴かせたり聴かせなかったりすることができる。

なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る音響システムの構成図である。音響制御装置１の構成を示すブロック図である。パラメトリックスピーカの動作原理を表す図である。超音波フィルタ４ａ、４ｂの斜視図である。図４のＶ−Ｖ断面図である。超音波フィルタ５ａ、５ｂの斜視図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂのサイズおよび共鳴周波数を示す図表である。超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの耳６０への挿入例を示す図である。超音波フィルタ４ａ、４ｂによるフィルタリングを表す図である。超音波フィルタ５ａ、５ｂによるフィルタリングを表す図である。本発明の第２実施形態に係る超音波フィルタ６の斜視図である。図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面図である。本発明の第２実施形態に係る超音波フィルタ６の斜視図である。図１２のＸＶ−ＸＶ断面図である。本発明の第２実施形態に係る超音波フィルタ７の斜視図である。図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ断面図である。本発明の第２実施形態に係る超音波フィルタ８の斜視図である。図１８のＸＩＸ−ＸＩＸ断面図である。超音波フィルタ７、８のサイズおよび周波数を示す図表である。本発明の第４実施形態に係る音響システムの構成図である。音響制御装置４の構成を示すブロック図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示す通り、本実施形態に係る音響システムは、博物館内または美術館内に設置され、展示物（例えば絵画）４０の説明を、当該展示物４０の前にいる聴衆４、５のみに聴かせるために用いられる。

この音響システムは、音響制御装置１、パラメトリックスピーカ２、３、および、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを有している。

音響制御装置１は、パラメトリックスピーカ２、３に音（超音波）を出力させるために、パラメトリックスピーカ２、３に電気信号を出力する装置である。

パラメトリックスピーカ２、３（超音波出力装置の一例に相当する）は、音響制御装置１から各々に出力された電気信号に応じた超音波３１、３２を出力する装置である。パラメトリックスピーカ２、３の各々は、複数個の超音波発振装置（超音波トランスデューサ）をアレイ状に配列して構成されている。このように、超音波振装置をアレイ状に複数個配列することで、出力の増大化と鋭い指向性を実現することができる。

図１に示す通り、展示物４０に向かって左側にパラメトリックスピーカ２が配置され、展示物４０に向かって右側にパラメトリックスピーカ３が配置されている。パラメトリックスピーカ２が出力した超音波３１が届く範囲と、パラメトリックスピーカ３が出力した超音波３２が届く範囲は、それぞれ、パラメトリックスピーカの高い指向性により、展示物４０の前の範囲に限られる。また、超音波３１が届く範囲と、超音波３２が届く範囲とは、展示物４０の前の交差領域５０（所定の位置範囲の一例に相当する）で交差している。

図２に示すように、音響制御装置１は、音データ記憶部１０、制御部１１、第１変調部１２、および第２変調部１３を有している。

音データ記憶部１０は、聴衆４、５に聴かせる可聴音の波形情報を含む音データを記憶している。音データのフォーマットは、例えば、ＷＡＶフォーマットもよいし、ＭＰ３フォーマットでもよい。本実施形態では、音データ記憶部１０に記憶されている音データとして、展示物４０を説明するための第１の情報を表す第１の可聴音の波形情報を含む第１の音データと、同じ展示物４０を説明するための第２の情報を表す第２の可聴音の波形情報を含む第２の音データとを有している。第１の情報と第２の情報は異なっている。例えば、第１の情報および第１の可聴音は、日本語による情報および可聴音とし、第２の情報および第２の可聴音は、英語による情報および可聴音としてもよい。

制御部１１は、例えば、周知のマイクロコンピュータによって構成され、音データ記憶部１０から第１の音データと第２の音データを読み取る。そして、読み取った第１の音データに基づいて、第１の可聴音の波形信号（電気信号である）を生成し、第１変調部１２に繰り返し出力する。それと共に、読み取った第２の音データに基づいて、第２の可聴音の波形信号（電気信号である）を生成し、第２変調部１３に繰り返し出力する。第１の可聴音の波形信号の出力と、第２の可聴音の波形信号の出力は、制御部１１によって同時に並行して行われる。

第１変調部１２は、第１の超音波周波数の搬送波信号（電気信号である）を生成する発振器（図示せず）を有し、この発振器が生成した搬送波信号を、制御部１１から出力された第１の可聴音の波形信号で変調する。変調方式は、ＡＭ変調、ＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調のうちいずれか１つを用いる。本実施形態では、第１の超音波周波数を２０ｋＨｚとする。

そして第１変調部１２は、この変調の結果得られた変調後信号を、パラメトリックスピーカ２に出力する。この変調後信号は、第１の超音波周波数の搬送波が第１の可聴音で変調された第１の超音波を表す電気信号となる。

第２変調部１３は、第１の超音波周波数とは異なる第２の超音波周波数の搬送波信号（電気信号である）を生成する発振器（図示せず）を有し、この発振器が生成した搬送波信号を、制御部１１から出力された第２の可聴音の波形信号で変調する。変調方式は、ＡＭ変調、ＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調のうちいずれか１つを用いるが、第１変調部１２で用いられた変調方式と同じ変調方式を採用してもよいし、異なる変調方式を採用してもよい。本実施形態では、第２の超音波周波数を４０ｋＨｚとする。

そして第２変調部１３は、この変調の結果得られた変調後信号を、パラメトリックスピーカ３に出力する。この変調後信号は、第２の超音波周波数の搬送波が第２の可聴音で変調された第２の超音波を表す電気信号となる。

パラメトリックスピーカ２は、音響制御装置１の第１変調部１２から出力された上記電気信号に応じた第１の超音波３１を出力する。また、パラメトリックスピーカ３は、音響制御装置１の第２変調部１３から出力された上記電気信号に応じた第２の超音波３２を出力する。

パラメトリックスピーカ２、３の動作原理は周知であるが、概略を図３を参照して説明する。パラメトリックスピーカ２、３は、超音波周波数の搬送波が可聴音で（ＡＭ変調、ＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調のうちいずれかの変調方式を用いて）変調された超音波２１を空気中に放射する。例えばＡＭ変調の場合、この超音波２１の包絡線２２が、変調に用いられた可聴音を表している。この超音波２１が空気中に伝播する際、空気の非線形特性により、可聴音２２が出現して聴衆４、５に聞こえるようになる。

ここで、図１に示すように、パラメトリックスピーカ２から超音波３１が出力され、それと同時に、パラメトリックスピーカ３から超音波３２が出力されている状態で、交差領域５０に聴衆４、５がいる場合について説明する。

この場合、聴衆４、５は、耳に何も取り付けていなければ、超音波３１に含まれる第１の可聴音と超音波３２に含まれる第２の可聴音の両方が、同時に聞こえる。しかしながら、本実施形態では、図１に示すように、聴取者４（利用者）は、左右の耳にそれぞれ超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着していることにより、第１の可聴音は聞こえず第２の可聴音が聞こえるようになっている。また、聴取者４は、左右の耳にそれぞれ超音波フィルタ５ａ、５ｂを装着していることにより、第２の可聴音は聞こえず第１の可聴音が聞こえるようになっている。

ここで、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの構成について説明する。超音波フィルタ４ａと超音波フィルタ４ｂは、全く同じ構造を有しており、図４および図５に示すように、円筒形状の内管４１と、当該内管４１の外部において内管４１と同軸に形成される円筒形状の外管４２とを有している。超音波フィルタ４ａ、４ｂが、第１の超音波フィルタの一例に相当する。

外管４２は、軸方向両端に固定された蓋部４２ａ、４２ｂを有している。これら蓋部４２ａ、４２ｂは、中心部が円形に切り取られた円盤の形状を有している。内管４１は、外管４２の内部を外管４２と同軸に貫通するように形成されており、軸方向両端は開放されている。このような構成により、内管４１と外管４２で囲まれる空ろな共鳴室４３が形成されている。

また、内管４１の共鳴室４３に面する部分には、内管４１の内部と共鳴室４３を連通させる円形孔が複数個形成されている。これら円形孔のうち図示されているのは円形孔４１ａ、４１ｂ、４１ｃのみであるが、本実施形態では、共鳴室４３の軸方向両端から軸方向に沿って等距離の位置において、内管４１に、４つの円形孔が、周方向に等距離に並んで、形成されている。このような構成により、超音波フィルタ４ａ、４ｂは、周知の共鳴型消音器として作用する。

超音波フィルタ５ａと超音波フィルタ５ｂは、全く同じ構造を有しており、図６および図７に示すように、円筒形状の内管５１と、当該内管５１の外部において内管５１と同軸に形成される円筒形状の外管５２とを有している。超音波フィルタ５ａ、５ｂが、第２の超音波フィルタの一例に相当する。

外管５２は、軸方向両端に蓋部５２ａ、５２ｂを有している。内管５１は、外管５２の内部を外管５２と同軸に貫通するように形成されており、軸方向両端は開放されている。このような構成により、内管５１と外管５２で囲まれる空ろな共鳴室５３が形成されている。

また、内管５１の共鳴室５３に面する部分には、内管５１の内部と共鳴室５３を連通させる円形孔が複数個形成されている。これら円形孔のうち図示されているのは円形孔５１ａ、５１ｂ、５１ｃのみであるが、本実施形態では、共鳴室５３の軸方向両端から軸方向に沿って等距離の位置において、内管５１に、４つの円形孔が、周方向に等距離に並んで、形成されている。このような構成により、超音波フィルタ５ａ、５ｂは、周知の共鳴型消音器として作用する。

これら超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの特徴的な点は、人の耳に取り付け可能なサイズとなっていることである。以下、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂのサイズについて説明する。

内管４１、５１の内側面の直径をＤ１とし、外管４２、５２の蓋部でない部分の内側面の直径をＤ２とし、外管４２、５２の一方の蓋部４１ａ、５１ａの共鳴室４３側面から他方の蓋部４１ｂ、５１ｂの共鳴室４３側面までの軸に沿った距離をＬとする。また、内管４１、５１に設けられて内管４１、５１の内部と共鳴室４３、５３を連通させる円形孔の個々の直径をＤ３とし、それら円形孔の数をｎとする。

本実施形態では、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂのサイズは、図８に表で示す通りである。この表に示す通り、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは、軸に垂直な方向の長さＤ２が、共通して４．６ｍｍとなっている。このサイズは、図９に示すように、外管４２、５２の一部を人の耳６０の外耳道に挿入することができると同時に、外管４２、５２が外耳道および外耳道の周囲の耳介（例えば耳珠６１）に支持されて位置決めされるようなサイズである。

また、図８の表には、これら超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの共鳴周波数も表している。この表に示す通り、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの共鳴周波数（２０ｋＨｚ＝第１の超音波周波数、４０ｋＨｚ＝第２の超音波周波数）は、超音波周波数に属する。超音波フィルタ４ａ、４ｂの共鳴周波数が超音波フィルタ５ａ、５ｂの共鳴周波数の半分になっているのは、超音波フィルタ４ａ、４ｂの長さＬが、超音波フィルタ５ａ、５ｂの長さＬに比べて４倍になっているからである。なお、共鳴周波数に影響するＬ以外の量（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、ｎ）は、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂで同じになっている。

超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを人の耳６０へ着脱可能に装着する方法は、図９に示す通りである。すなわち、外管４２、５２の一部を人の耳６０の外耳道に挿入して、外耳道および外耳道の周囲の耳介（例えば耳珠６１）に外管４２、５２を支持させた状態で、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを位置決めする。外耳道および外耳道の周囲の耳介に外管４２、５２を支持させることで、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの位置および姿勢が安定する。このとき、内管４１、５１の軸方向の一方側の端部は、外耳道の奥方向を向くようにし、他方側の端部は、耳の外側方向を向くようにする。

図１に示すように、交差領域５０にいる聴取者４は、左右の耳にそれぞれ超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着している。この場合、図１０に示すように、パラメトリックスピーカ２、３から聴取者４の左右の耳に届いた超音波３１、３２は、超音波フィルタ４ａ、４ｂの内管４１の軸方向の端部のうち、耳の外側方向を向いている端部から、内管４１内に入る。

そして、共鳴室４３の共鳴作用により、内管４１内に入った音波のうち、超音波フィルタ４ａ、４ｂの共鳴周波数（２０ｋＨｚ＝第１の超音波周波数）およびその近傍の周波数の超音波が主に減衰される。したがって、超音波３１、３２のうち、超音波３１が大きく減衰され（ほとんど遮断され）、超音波３２はほとんど減衰されない。その結果、超音波３１、３２のうち、実質的に超音波３２のみが、超音波フィルタ４ａ、４ｂの内管４１の軸方向の端部のうち、外耳道の奥方向を向いている端部から、外耳内に出て、鼓膜に到達する。したがって、聴取者４は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波３２に含まれている第２の可聴音のみを聴くことができる。つまり、第１の情報、第２の情報のうち、第２の情報のみが聴取者４に通知される。

また、図１に示すように、交差領域５０にいる聴取者５（利用者）は、左右の耳にそれぞれ超音波フィルタ５ａ、５ｂを装着している。この場合、図１１に示すように、パラメトリックスピーカ２、３から聴取者５の左右の耳に届いた超音波３１、３２は、超音波フィルタ５ａ、５ｂの内管５１の軸方向の端部のうち、耳の外側方向を向いている端部から、内管５１内に入る。

そして、共鳴室５３の共鳴作用により、内管５１内に入った音波のうち、超音波フィルタ５ａ、５ｂの共鳴周波数（４０ｋＨｚ＝第２の超音波周波数）およびその近傍の周波数の超音波が主に減衰される。したがって、超音波３１、３２のうち、超音波３２が大きく減衰され（ほとんど遮断され）、超音波３１はほとんど減衰されない。その結果、超音波３１、３２のうち、実質的に超音波３１のみが、超音波フィルタ５ａ、５ｂの内管５１の軸方向の端部のうち、外耳道の奥方向を向いている端部から、外耳内に出て、鼓膜に到達する。したがって、聴取者５は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波３１に含まれている第１の可聴音のみを聴くことができる。つまり、第１の情報、第２の情報のうち、第１の情報のみが聴取者５に通知される。

このように、本実施形態では、音響制御装置１の制御により、第１の超音波周波数の搬送波を第１の可聴音で変調した超音波３１がパラメトリックスピーカ２に出力される。したがって、超音波３１の届く領域では、超音波フィルタ４ａ、４ｂを付けない人には、第１の可聴音が聞こえるようになり、超音波フィルタ４ａ、４ｂを両耳に付ける人には、第１の可聴音が聞こえなくなるか聞こえ難くなる。また同様に、音響制御装置１の制御により、第２の超音波周波数の搬送波を第２の可聴音で変調した超音波３２がパラメトリックスピーカ３に出力される。したがって、超音波３２の届く領域では、超音波フィルタ５ａ、５ｂを付けない人には、第２の可聴音が聞こえるようになり、超音波フィルタ５ａ、５ｂを両耳に付ける人には、第２の可聴音が聞こえなくなるか聞こえ難くなる。このように、簡易な構成である利用者に特定の可聴音を聴かせたり聴かせなかったりすることができる。

また、交差領域５０では、超音波フィルタ５ａ、５ｂを付ける人には、第２の可聴音よりも第１の可聴音がはっきり聞こえるようになる。更に言えば、第１の可聴音と第２の可聴音のうち実質的に第１の可聴音のみが聞こえるようになる。また交差領域５０では、超音波フィルタ４ａ、４ｂを付ける人には、第１の可聴音よりも第２の可聴音がはっきり聞こえるようになる。更に言えば、第１の可聴音と第２の可聴音のうち実質的に第２の可聴音のみが聞こえるようになる。したがって、簡易な構成で聴取者毎に異なる可聴音を聴かせることができる。

なお、これら超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは、通常の可聴音周波数の音波は殆ど減衰させないので、これらを装着したとしても、他の人との会話や警報音の認知に悪影響を及ぼすことはない。

ここで、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂのサイズについて、以下に補足する。超音波フィルタ４ａ、４ｂの内管４１の全長（図５の左右方向の長さ）は、１０ｍｍである。また、超音波フィルタ５ａ、５ｂの内管５１の全長（図７の左右方向の長さ）は、５ｍｍである。また、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの内管４１、５２、外管４２、５２に用いられる部材の板厚は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

このようなサイズになっていることで、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂは、その一部を人の耳の外耳道に着脱可能に挿入することができる。そしてそれと同時に、超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂが外耳道および外耳道の周囲の耳介（例えば耳珠６１）に支持されて位置決め可能となっている。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の超音波フィルタ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂの各々を、図１２〜図１５に示す超音波フィルタ６に置き換えたものである。

以下、本実施形態の超音波フィルタ６（第１の超音波フィルタの一例であり、第２の超音波フィルタの一例でもある）について、第１実施形態の超音波フィルタ４ａと比較しながら説明する。

超音波フィルタ６は、超音波フィルタ４ａと同じ内管４１を有している。更に超音波フィルタ６は、超音波フィルタ４ａの外管４２に変えて、外管６２を有している。外管６２は、内管４１の外部において内管４１と同軸に形成される円筒形状の物体である。

外管６２は、側壁を形成する外管本体６２１を有している。この外管本体６２１は、第１実施形態の外管４２から蓋部４２ａ、４２ｂを取り除いたものと同じである。外管６２は更に、外管本体６２１内に圧入される蓋部６２２、６２３を有している。これら蓋部６２２、６２３は、中心部が円形に切り取られた円盤の形状を有している。この蓋部６２２、６２３は、外管本体６２１の内面に対して摺動可能に外管本体６２内に圧入されており、蓋部６２２、６２３の板面に垂直な方向と、外管本体６２の軸方向とが一致している。

図１２、図１３に示すように、蓋部６２２、６２３が外管本体６２１の軸方向の両端部に位置している場合、超音波フィルタ６の形状は、超音波フィルタ４ａの形状と全く同じになる。したがってこの場合、超音波フィルタ６による音波の周波数フィルタリング特性も、超音波フィルタ４ａと同じである。本実施形態では、聴取者４は、図１２、図１３に表した状態の超音波フィルタ６を、両耳に装着する。装着方法は、第１実施形態において図９を参照して説明したものと同様である。

ここで、人が治具等を用いて、蓋部６２２、６２３を摺動させ、図１３、図１４に示すように、蓋部６２２、６２３が外管本体６２１の軸方向の両端部よりも、外管本体６２１の軸方向中央部に近い位置に配置したとする。このとき、蓋部６２２、６２３間の間隙の長さ（図１５の左右方向の長さ）は、第１実施形態の超音波フィルタ５ａのＬと同じになるように調整したとする。この場合、超音波フィルタ６による音波の周波数フィルタリング特性も、超音波フィルタ５ａと同じである。本実施形態では、聴取者５は、図１４、図１５に表した状態の超音波フィルタ６を、両耳に装着する。装着方法は、第１実施形態において図９を参照して説明したものと同様である。

したがって、第１実施形態と同様、交差領域５０にいる聴取者４は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波３２に含まれている第２の可聴音のみを聴くことができる。また、交差領域５０にいる聴取者５は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波３１に含まれている第１の可聴音のみを聴くことができる。したがって、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

このように、本実施形態の超音波フィルタ６は、蓋部６２２、６２３の位置を人が調整することで、主に減衰させる超音波の周波数を変更可能な構造となっている。このようにすることで、聴取者に聴かせたくない可聴音がある場合、その可聴音が含まれる超音波の周波数に合わせて超音波フィルタの周波数特性（より具体的には共鳴周波数）を調整することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態の超音波フィルタ４ａ、４ｂを、図１６、図１７に示す超音波フィルタ７に置き換え、第１実施形態の超音波フィルタ５ａ、５ｂを、図１８、図１９に示す超音波フィルタ８に置き換えたものである。超音波フィルタ７、８は、いずれも空洞型（あるいは膨張型または拡張型ともいう）消音器である。

超音波フィルタ７（第１の超音波フィルタの一例に想到する）は、図１６、図１７に示すように、入口管７１、出口間７２、および、ケース７３を有しており、それぞれが円筒形状を有している。これら入口管７１、出口間７２、および、ケース７３は、同軸に配置され、入口管７１と出口間７２の内径Ｄ１が同じであり、ケース７３の内径Ｄ２は、Ｄ１よりも大きい。

ケース７３は、軸方向両端に固定された円盤形状の蓋部７３ａ、７３ｂを有している。入口管７１は、軸方向両端が開放されており、蓋部７３ａを貫通するようにケース７３に固定されることで、軸方向の一端でケース７３内の空洞７４と連通し、他端でケース７３外と連通する。出口管７２は、軸方向両端が開放されており、蓋部７３ｂを貫通するようにケース７３に固定されることで、軸方向の一端で空洞７４と連通し、他端でケース７３外と連通する。

なお、空洞７４の蓋部７３ａ側端から蓋部７３ｂ側端までの軸に沿った距離をＬとすると、入口管７１が蓋部７３ａから空洞７４内に突出する長さはＬ／２であり、出口管７２が蓋部７３ｂから空洞７４内に突出する長さはＬ／４である。

超音波フィルタ８（第２の超音波フィルタの一例に想到する）は、図１８、図１９に示すように、入口管８１、出口間８２、および、ケース８３を有しており、それぞれが円筒形状を有している。これら入口管８１、出口間８２、および、ケース８３は、同軸に配置され、入口管８１と出口間８２の内径Ｄ１が同じであり、ケース８３の内径Ｄ２は、Ｄ１よりも大きい。

ケース８３は、軸方向両端に固定された円盤形状の蓋部８３ａ、８３ｂを有している。入口管８１は、軸方向両端が開放されており、蓋部８３ａを貫通するようにケース８３に固定されることで、軸方向の一端でケース８３内の空洞８４と連通し、他端でケース８３外と連通する。出口管８２は、軸方向両端が開放されており、蓋部８３ｂを貫通するようにケース８３に固定されることで、軸方向の一端で空洞８４と連通し、他端でケース８３外と連通する。

なお、空洞８４の蓋部８３ａ側端から蓋部８３ｂ側端までの軸に沿った距離をＬとすると、入口管８１が蓋部８３ａから空洞８４内に突出する長さはＬ／２であり、出口管８２が蓋部８３ｂから空洞８４内に突出する長さはＬ／４である。

このような構成により、超音波フィルタ７、８は、入口管７１、８１から入射した音波が空洞７４、８４の断面積の変化部で反射されることによって、当該音波が減衰される。最も大きく減衰される周波数は、超音波フィルタ７、８のサイズＤ１、Ｄ２、Ｌによって決まる。

本実施形態では、超音波フィルタ７、８のサイズは、図２０に表で示す通りである。この表に示す通り、超音波フィルタ７、８は、軸に垂直な方向の長さＤ２が、共通して１０ｍｍとなっている。このサイズは、ケース７３、８３の一部を人の耳の外耳道に挿入することができると同時に、ケース７３、８３が外耳道および外耳道の周囲の耳介（例えば耳珠６１）に支持されて位置決めされるようなサイズである。

また、図２０の表には、これら超音波フィルタ７、８によって最も大きく減衰される周波数（以下、ピーク周波数）も表している。この表に示す通り、超音波フィルタ７、８のピーク周波数（２０ｋＨｚ＝第１の超音波周波数、４０ｋＨｚ＝第２の超音波周波数）は、超音波周波数に属する。超音波フィルタ７のピーク周波数が超音波フィルタ８のピーク周波数の半分になっているのは、超音波フィルタ７の長さＬが、超音波フィルタ８の長さＬに比べて２倍になっているからである。なお、ピーク周波数に影響するＬ以外の量（Ｄ１、Ｄ２）は、超音波フィルタ７、８で同じになっている。

本実施形態では、聴取者４は超音波フィルタ７を両耳に装着し、聴取者５は超音波フィルタ８を両耳に装着する。装着方法は、第１実施形態において図９を参照して説明したものと同様である。

ここで、超音波フィルタ７、８のサイズについて、以下に補足する。超音波フィルタ７の全長（図１７の左右方向の全長）、すなわち、入口管７１の反ケース７３側端部から、出口管７２の反ケース７３側端部までの、軸に沿った距離は、３６ｍｍである。また、超音波フィルタ８の全長（図１９の左右方向の全長）は、２０ｍｍである。また、超音波フィルタ７、８の入口管７１、８１、出口管７２、８２、ケース７３、８３に用いられる部材の板厚は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

このようなサイズになっていることで、超音波フィルタ７、８は、その一部を人の耳の外耳道に着脱可能に挿入することができる。そしてそれと同時に、超音波フィルタ７、８が外耳道および外耳道の周囲の耳介（例えば耳珠）に支持されて位置決め可能となっている。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。図２１に示すように、本実施形態に係る音響システムは、博物館内または美術館内に設置され、複数の展示物９１、９２の各々について、当該展示物の説明を行うための音響制御装置とパラメトリックスピーカの組を、１つ有する。具体的には、音響システムは、展示物９１の説明を行うための１つの音響制御装置１’ａと１つのパラメトリックスピーカ２’ａの組を有すると共に、展示物９２の説明を行うための１つの音響制御装置１’ｂと１つのパラメトリックスピーカ２’ｂの組を有する。

パラメトリックスピーカ２’ａ、２’ｂの構成は、第１実施形態に示したパラメトリックスピーカ２と同じである。音響制御装置１’ａ、１’ｂは、同じ構成となっている。具体的には図２２に示す通り、音響制御装置１’ａ、１’ｂは、音データ記憶部１０、制御部１１、第１変調部１２、第２変調部１３、および合成部１４を有している。

音データ記憶部１０、制御部１１、第１変調部１２、第２変調部１３の構成および作動は、第１実施形態の音響制御装置１の音データ記憶部１０、制御部１１、第１変調部１２、第２変調部１３と同じである。ただし、本実施形態では、第１変調部１２、第２変調部１３から出力された変調後信号は、合成部１４に入力される。

なお、音響制御装置１’ａの音データ記憶部１０に記憶される第１の音データが表す第１の情報は、音響制御装置１’ｂの音データ記憶部１０に記憶される第１の音データが表す第１の情報とは異なる。同様に、音響制御装置１’ａの音データ記憶部１０に記憶される第２の音データが表す第２の情報は、音響制御装置１’ｂの音データ記憶部１０に記憶される第２の音データが表す第２の情報とは異なる。このようになるのは、説明する対象の展示物が異なるからである。

合成部１４は、第１変調部１２から出力された変調後信号（第１の超音波を表す電気信号）と、第２変調部１３から出力された変調後信号（第２の超音波を表す電気信号）を合成し、その結果得られた合成信号を、同じ組のパラメトリックスピーカ（２’ａまたは２’ｂ）に出力する。

すると、パラメトリックスピーカ２’ａからは、展示物９１を説明するための第１の可聴音を含む第１の超音波９３（第１の超音波周波数）と、展示物９１を説明するための第２の可聴音を含む第２の超音波９４（第２の超音波周波数）との合成超音波が出力される。

また、パラメトリックスピーカ２’ｂからは、展示物９２を説明するための第１の可聴音を含む第１の超音波９５（第１の超音波周波数）と、展示物９２を説明するための第２の可聴音を含む第２の超音波９６（第２の超音波周波数）との合成超音波が出力される。

したがって、パラメトリックスピーカ２’ａから出力される超音波が届く所定の位置範囲９７（所定の位置範囲の一例に相当する）には、第１の超音波９３と第２の超音波９４の両方が届く。また、パラメトリックスピーカ２’ｂから出力される超音波が届く所定の位置範囲９８（所定の位置範囲の一例に相当する）には、第１の超音波９５と第２の超音波９６の両方が届く。なお、位置範囲９７は展示物９１の前に限定され、位置範囲９８は展示物９２の前に限定されるので、位置範囲９７と位置範囲９８は交差しない。

この場合、聴衆４、５は、耳に何も取り付けていなければ、超音波９３に含まれる第１の可聴音と超音波９４に含まれる第２の可聴音の両方が、同時に聞こえる。しかしながら、本実施形態では、図１に示すように、聴取者４は、左右の耳にそれぞれ超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着していることにより、第１の可聴音は聞こえず第２の可聴音が聞こえるようになっている。また、聴取者５は、左右の耳にそれぞれ超音波フィルタ５ａ、５ｂを装着していることにより、第２の可聴音は聞こえず第１の可聴音が聞こえるようになっている。

ここで、第１実施形態と同じく左右の耳に超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着している聴取者４と、第１実施形態と同じく左右の耳に超音波フィルタ５ａ、５ｂを装着している聴取者５の両方が、図２１に示すように、位置範囲９７内にいる場合について説明する。この場合は、第１実施形態において同条件の聴取者４、５が共に交差領域５０内にいる場合と同等である。

したがって、位置範囲９７にいる聴取者４は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波９４に含まれている第２の可聴音のみを聴くことができる。また、位置範囲９７にいる聴取者５は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波９３に含まれている第１の可聴音のみを聴くことができる。したがって、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

また同様に、第１実施形態と同じく左右の耳に超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着している聴取者４と、第１実施形態と同じく左右の耳に超音波フィルタ５ａ、５ｂを装着している聴取者５の両方が、図示しないが、位置範囲９８内にいる場合について説明する。この場合も、第１実施形態において同条件の聴取者４、５が共に交差領域５０内にいる場合と同等である。

したがって、位置範囲９８にいる聴取者４は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波９６に含まれている第２の可聴音のみを聴くことができる。また、位置範囲９８にいる聴取者５は、第１の可聴音および第２の可聴音のうち、超音波９５に含まれている第１の可聴音のみを聴くことができる。したがって、第１実施形態と同等の効果を得ることができる。

なお、第１〜第３実施形態では、パラメトリックスピーカ２、３が、合わせて１つの超音波出力装置として機能し、第４実施形態では、パラメトリックスピーカ２’ａ、２’ｂの各々が、単独で１つの超音波出力装置として機能する。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。例えば、以下のような変形例も許容される。なお、以下の変形例は、それぞれ独立に、上記実施形態に適用および不適用を選択できる。すなわち、以下の変形例のうち任意の組み合わせを、上記実施形態に適用することができる。

（変形例１）
上記各実施形態の音響システムは、異なる２つの超音波周波数の搬送波を異なる２つの可聴音で変調した超音波を出力している。しかし、本発明に係る音響システムは、このようなものに限らず、異なるＮ個（ただしＮは３以上）の超音波周波数の搬送波をそれぞれ異なるＮ個の可聴音で変調した超音波を出力するようになっていてもよい。

あるいは逆に、単一の超音波周波数の搬送波を単一の可聴音で変調した超音波を出力するだけでもよい。例えば、第１実施形態において、パラメトリックスピーカ３を廃し、更に、音響制御装置１において、第２変調部１３を廃し、更に、超音波フィルタ５ａ、５ｂを廃してもよい。

この場合、図１に示した展示物４０の前には、超音波３１のみが出力される。そして、左右の耳に超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着している聴取者４は、この超音波３１に含まれる第１の可聴音を聴くことはできないが、超音波フィルタ４ａ、４ｂを装着していない聴取者５は、第１の可聴音を聴くことができる。

このようになっていることで、超音波フィルタ４ａ、４ｂを付けない人には、第１の可聴音が聞こえるようになり、超音波フィルタ４ａ、４ｂを両耳に付ける人には、第１の可聴音が聞こえなくなるか聞こえ難くなる。したがって、簡易な構成である利用者に特定の可聴音を聴かせたり聴かせなかったりすることができる。

（変形例２）
また、上記実施形態では、主に超音波を減衰させる超音波フィルタとして、共鳴型、空洞型の超音波フィルタを用いているが、本発明の超音波フィルタは、共鳴型、空洞型に限るわけではない。本発明の超音波フィルタは、主に超音波を減衰させる周波数特性を有し、さらに、耳に取り付けられるようなサイズになっていれば、どのようなものでもよい。

（変形例３）
また、上記各実施形態において、第１の超音波周波数、第２の超音波周波数は、それぞれ２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚとなっているが、第１の超音波周波数、第２の超音波周波数は、互いに異なっていさえすれば、２０ｋＨｚ、４０ｋＨｚに限らない。

１、１’ａ、１’ｂ音響制御装置
２、３、２’ａ、２’ｂパラメトリックスピーカ（超音波出力装置）
４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６超音波フィルタ
５０交差領域（所定の位置範囲）
９７、９８位置範囲（所定の位置範囲）

Claims

超音波を出力する超音波出力装置（２、３、２’ａ、２’ｂ）と、
第１の超音波周波数の搬送波が第１の可聴音で変調された超音波（３１、９３、９５）を前記超音波出力装置に出力させる音響制御装置（１、１’ａ、１’ｂ）と、
主に前記第１の超音波周波数の超音波を減衰させるフィルタであって、耳に取り付けられる用途に用いられる第１の超音波フィルタ（４ａ、４ｂ、６、７）と、を備え、
前記第１の超音波フィルタは、可動部（６２２）を有し、前記可動部が移動することで、前記可動部と他の部材（６２３）との間の長さが変化し、その結果、主に減衰させる超音波の周波数が変化することを特徴とする音響システム。
前記音響制御装置は更に、前記第１の超音波周波数とは異なる第２の超音波周波数の搬送波が第２の可聴音で変調された超音波（３２、９４、９６）を前記超音波出力装置に出力させ、
前記第１の超音波フィルタは、前記第１の超音波周波数の超音波を、前記第２の超音波周波数の超音波よりも減衰させるフィルタであり、
当該音響システムは更に、前記第２の超音波周波数の超音波を、前記第１の超音波周波数の超音波よりも減衰させるフィルタであって、人の耳に取り付けられる用途に用いられる第２の超音波フィルタ（５ａ、５ｂ、６、８）を備えたことを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
主に超音波を減衰させるフィルタであって、人の耳に取り付けられる用途に用いられ、主に減衰させる超音波の周波数を変更可能な構造を有し、可動部（６２２）を有し、前記可動部が移動することで、前記可動部と他の部材（６２３）との間の長さが変化し、その結果、主に減衰させる超音波の周波数が変化することを特徴とする超音波フィルタ。