JPH0474097A - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、１次音波の非線形パラメトリック作用により
可聴音である２次音波を発生させる電気音響変換装置に
関するものである。

【従来の技術】

従来より、電気音響変換装置としては、動電形のスピー
カが多く採用されている。ところで、動電形のスピーカ
は指向性が比較的弱いものであるから、音場を限定する
必要がある場合には指向性を高める必要がある。たとえ
ば、目覚まし時計において、アラーム音や音声等の報知
音をスピーカから送出することによって時刻を報知する
場合に、従来のスピーカでは時刻の報知を希望している
人Ｕ外にも報知音が聞こえるから、起床のために時刻報
知をすると他人の睡眠を妨害するという問題が生じる。 このような問題を解決するには、スピーカの指向性を強
めて希望者にのみ報知音が聞こえるようにする必要があ
る。動電形のスピーカの指向性を強める手段としては、
口径を大きくしたり、ホーンを装着することが知られて
いる。 しかしながら、いずれの手段によっても大形化するわり
には指向性の改善効果が少ないという問題がある。 一方、指向性のよい電気音ｅ変換装置としては、１次音
波の非線形パラメトリック作用により可聴音である２次
音波を生成する、いわゆるパラメトリックスピーカが知
られている。 パラメトリックスピーカは、以下のような原理によって
１次音波より可聴音である２次音波を生成する。すなわ
ち、第２図のように、互いに異なる２つの周波数（Ｆｌ
、Ｆ２）でスピーカや超音波振動子のような音源１を駆
動すると、音源１より出力された１次音波（実線で示す
）が空気により干渉し、１次音波の周波数の差成分（Ｆ
２−Ｆｌ、＞と和成分（Ｆ２＋Ｆ１）とが２次音波（破
線で示す）として生成される。このような現象によって
生成される２次音波の音圧は、１次音波として指向性の
強い超音波を用いて非常に強い音場を形成すれば、実用
に耐えるレベルになる。また、第３図に示すように、１
次音波（Ｆｌ、Ｆ２）の周波数差が可聴周波数（ＡＦ）
になるようにすれば、差成分として可聴周波数の２次音
波（Ｆ２−Ｆｌ）が生じることになる。このような現象
を非線形パラメトリック作用と称しており、生成された
２次音波の指向性は、１次音波の指向性よりは弱くなる
が２次音波に比較的近いパターンを示す（第２図中の楕
円パターン）。したがって、１次音波として指向性の強
い超音波を用いれば、２次音波として生成される可聴周
波数においても指向性を強くすることができるのである
。 音源１の駆動方式としては、上述した原理ように２周波
数で駆動する２周波駆動方式と、第４図および第５図に
示すように、振幅変調した信号により駆動する振幅変調
波駆動方式とが知られている。振幅変調波駆動方式では
、マイク等の可聴信号発生部１１の出力を増幅回路など
を含む音声周波数回路１２を通して変調Ｑａ路１４に入
力し、搬送波発振回路１３から出力される基本周波数Ｆ
０の搬送波信号を振幅変調した信号を増幅回路１５を通
して音源１に入力する。このように振幅変調された信号
により音源１を駆動すれば、第５図に示すように、搬送
波信号の基本周波数Ｆ０を中心として両側波成分を含ん
だ１次音波が出力され、１次音波の干渉によって両側波
成分の周波数差に相当するビート成分として可聴周波数
（ＡＦ）の２次音波が発生するのである。 上述した原理で動作するパラメトリックスピーカは、可
聴周波数の低域まで強い指向性が得られるという利点が
あるものの、１次音波から２次音波への変換効率が低い
という問題があり、実用に耐える音圧レベルを得るには
、１次音波のエネルギーを大きくすることが必要である
。しかしながら、１次音波のエネルギーを大きくすると
、１次音波である超音波が人体に悪影響を与えるから、
１次音波を抑圧して２次音波のみを有効に取り出す構成
が必要になる。 一方、２次音波が生成される空間をパラメトリック・ア
コスティック・アレイと称し、パラメトリック・アコス
ティック・アレイの音源からの長さを実効アレイ長と祢
している。１次音波から２次音波が有効に生成されるに
は、実効アレイ長の範囲内では１次音波が減衰しないよ
うにするのが望ましい、そこで、第６図に示すように、
パラメトリック・アコスティック・アレイを囲む周壁を
有した筒体２を設け、筒体２の一端部に２次音波を送出
する開口部３を形成するとともに、開口部３に音響フィ
ルタ４を配設した構成が考えられている。音響フィルタ
４は、合成樹脂発泡体等を用いて、１次音波を抑圧し２
次音波を透過させるように形成されている。このように
、パラメトリック・アコスティック・アレイを筒体２の
周壁で囲むことにより、１次音波の伝達される空間を限
定し、かつ、音響フィルタ４によって２次音波のみを筒
体２の外部に取り出せるようにすることで１次音波の人
体への影響を抑制するのである。 上述したように、効率よく２次音波を生成するには音源
１から音響フィルタ４までの距離が実効アレイ長より長
いほうがよいのであるが、実効アレイ長を確保しようと
すると、筒体２が長くなり大形化するという問題が生じ
る。逆に、小形化しようとすれば、筒体２の中の空間で
は実効アレイ長が確保できなくなり、サイドローブが発
生して指向性が弱くなるという問題が生じる。 そこで、第７図に示すように、音源１から送出された１
次音波をほぼ一点に収束させる構成が考えられている。 このような構成を採用すれば、１次音波の収束点付近で
の音圧レベルを高くすることができ、実効アレイ長を短
縮できるのである。 すなわち、第８１！Ｉに示すように、２次音波の音圧レ
ベルは１次音波の収束点を越えても増大するが、最終的
には飽和するのであって、飽和点は、１次音波音波を収
束させた場合（実線で示す）のほうが、収束させない場
合（破線で示す）に比較して音源１に近い位置になるの
である。このように、１次音波を収束させる構成とすれ
ば、筒体２の長さを短縮して小形化することができるの
である。ここに、１次音波を収束させる構成としては、
第７図に示すように、音源１の出射面を凹面状に形成す
る方法や、複数の音源１を用いて各音源１から送出され
る１次音波の位相を制御する方法が考えられている。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、上記構成では、１次音波の収束点と２次音波
の収束点とがほぼ同じ位置に設定されている。この場合
、音響フィルタ４を収束点付近に配置すれば、第９図に
破線で示すように、指向性が従来（第９図に実線で示す
）よりも向上し、音響フィルタ４を収束点よりも音源１
から離して配置すれば、第９図に二点鎖線で示すように
、指向性が従来よりも低下する。 上述したように２次音波の音圧レベルは１次音波の収束
点を越えて飽和点まで増大するから、変換効率を高くし
ようとすれば、音響フィルタ４は飽和点よりも音源１か
ら離れた位置に配置するのが望ましいのであるが、強い
指向性を得るとともに小形化しようとすれば、音響フィ
ルタ４を収束点付近に配置するほうが望ましいのであっ
て、強権向性および小形化と変換効率とを同時に満たす
ことができないというジレンマがあった。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、１
次音波から２次音波への変換効率が高く、しかも小形で
指向性の強い電気音響変換装置を提供しようとするもの
である。

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、請求項１の構成では、音源
より出力された１次音波の非線形パラメトリック作用に
より可聴音である２次音波を発生させる電気音響変換装
置において、２次音波が生成される空間を囲む周壁を有
し生成された２次音波を外部に送出する開口部が要所に
形成された筒体を設け、筒体の開口部に少なくとも１次
音波を抑圧する音響フィルタを配設し、音源を複数個の
超音波振動子により構成するとともに１次音波と２次音
波とを個別に収束させるように駆動するのである。 請求項２の構成では、請求項１の構成に加えて、２次音
波の収束点を音響フィルタよりも音源から遠い位置に設
定し、１次音波の収束点を２次音波の収束点よりも音源
に近い位置に設定するのである。

【作用】

請求項１の構成によれば、音源を複数個の超音波振動子
により構成して１次音波と２次音波とを個別に収束させ
るように駆動するから、１次音波の収束によって１次音
波のエネルギー密度を高めて２次音波への変換効率を高
めることができるとともに、実効アレイ長を短縮して小
形化することができるのである。才な、１次音波の収束
点と２次音波の収束点とを個別に設定しているから、１
次音波を音響フィルタによって効率よく遮断しながらも
、２次音波の指向性を弱めないように設定して、強い指
向性を得ることができる。 請求項２の構成は、１次音波と２次音波との収束点の！
ｉｉ！ｔしい設定例である。

【実施例】

音源１は、第１図に示すように、複数個（３個）の超音
波振動子１ａ〜１ｃを、出射面が球面の一部あるいは放
物面に沿う凹面をなすように配列して構成されている。 すなわち、各超音波振動子１ａ〜ｌｃから送出された１
次音波が、第１図に実線で示すように伝播して、はぼ−
点に収束されるようにしである。１次音波は強い指向性
を有しているから、１次音波の収束点ｆ、は音源１の幾
何学的な焦点付近になるのであって、音響フィルタ４よ
りも音源１に近い位置に設定される。 各超音波振動子１ａ〜ＩＣは、それぞれ第４図および第
５図に示した振幅変調波駆動方式によって駆動される。 ここに、音声周波数回路１２の出力は、個別に位相をず
らすことができる３個の移相回路１６ａ〜１６ｃを通し
てそれぞれ変調回路１４ａ〜１４ｃに入力される。各変
調回路１４ａ〜１４ｃでは、１つの搬送波発信回路１３
から出力される搬送波信号を各移相回路１６ａ〜１６ｃ
の出力によって振幅変調し、各超音波振動子１ａ〜ＩＣ
に入力する。このようにして搬送波を振幅変調する信号
の位相を互いにずらしていることによって、１次音波か
ら生成される２次音波の収束点ｆ２を調節することがで
きるのであって、２次音波は第１図に破線で示すように
伝播される。２次音波の収束点ｆ２は、音響フィルタ４
よりも音源１から遠くに位置するように設定される。 上記構成によれば、１次音波の収束点ｆ、は音響フィル
タ４よりも音源１に近いから、１次音波のエネルギーを
集中させて実効アレイ長を短くすることができるのであ
り、比較的短い筒体２を用いて小形化することができる
のである。また、１次音波の収束点ｆ１よりも２次音波
の収束点で２を音源１から遠い位置に設定し、しかも、
再収束点ｆ１．ｆ２の間に音響フィルタ４を配置してい
るので、１次音波の収束点ｆ１よりも前方に音響フィル
タ４を配置したことによって、２次音波の音圧レベルを
ほぼ飽和させた後に音響フィルタ４によって〕次音波を
抑圧することができるのであって、１次音波から２次音
波への変換効率が高くなるのである。また、２次音波の
収束点ｆ２が音響フィルタ４よりも音源１から遠くに位
置しているから、２次音波は強い指向性を有するのであ
って、従来構成で問題となっていた変換効率と指向性と
のジレンマが解消されるのである。

【発明の効果】

本発明は上述のように、音源を複数個の超音波振動子に
より構成して１次音波と２次音波とを個別に収束させる
ように駆動するから、１次音波の収束によって１次音波
のエネルギー密度を高めて２次音波への変換効率を高め
ることができるとともに、実効アレイ長を短縮して小形
化することができるという利点がある。また、１次音波
の収束点と２次音波の収束点とを個別に設定しているか
ら、１次音波を音響フィルタによって効率よく遮断しな
がらも、２次音波の指向性を弱めないように設定して、
強い指向性を得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略構成図、第２図は本発明
に係る電気音響変換装置の原理説明図、第３図は同上の
動作説明図、第４図は同上の駆動回路を示すブロック図
、第５図は同上の動作説明図、第６図は従来例を示す概
略構成図、第７図は他の従来例を示す概略構成図、第８
図および第９図は同上の動作説明図である。 １・・音源、１ａ〜ＩＣ・・・超音波振動子、２・・・
筒体、３・・・開口部、４・・・音響フィルタ、１２・
・・音声周波数回路、１３・・・搬送波発振回路、１４
ａ〜１４ｃ・・・変調回路、１６ａ〜１６ｃ・・・移相
回路。 代理人　弁理士　石　１）長　七 ２・・筒体 ３・・・開口部 ４・　音響フィルタ １２　音声周波数回銘 ＠７図 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）音源より出力された１次音波の非線形パラメトリ
   ック作用により可聴音である２次音波を発生させる電気
   音響変換装置において、２次音波が生成される空間を囲
   む周壁を有し生成された２次音波を外部に送出する開口
   部が要所に形成された筒体を設け、筒体の開口部に少な
   くとも１次音波を抑圧する音響フィルタを配設し、音源
   を複数個の超音波振動子により構成するとともに１次音
   波と２次音波とを個別に収束させるように駆動すること
   を特徴とする電気音響変換装置。
2. （２）２次音波の収束点を音響フィルタよりも音源から
   遠い位置に設定し、１次音波の収束点を２次音波の収束
   点よりも音源に近い位置に設定することを特徴とする請
   求項１記載の電気音響変換装置。