JPH0474099A - 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強める必要がある。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。とく
に、可聴周波数の低域では指向性を得るのが難しいもの
である。 一方、指向性のよい電気音響変換装置としては、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）、シたがって、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、上述した原理のように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を通して変調回路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
。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Ｆ。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。１１次音波の抑圧には、音響フィルタが
一般に用いられている。 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称
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。 上述のような構成のパラメトリックスピーカを他の機器
に組み込む際には、パラメトリックスピーカを小形化す
るのが望ましく、そのために、筒体２を短くすることが
考えられている。筒体２を短くする構成としては、音源
１の出射面を凹面状として音波をほぼ一点に収束させる
ことが考えられる。 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
くすることができるのである。すなわち、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。

【発明が解決しようとする課題】

上述のような形状に音源１を形成した場合に、音波の波
面が平面波状ではないから、吸音率が均−な音響フィル
タ４を用いると、２次音波にサイドローブが多く発生す
るという問題が生じる。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、実
効アレイ長を小さくして筒体の全長を短縮するとともに
、２次音波のサイドローブを低減させて強い指向性が得
られるようにした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】

本発明では、上記目的を達成するために、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次音波を送出する開口部が音源の前方に形成され
た筒体を設け、開口部には少なくとも１次音波を抑圧す
る音響フィルタを配設し、音源を音波がほぼ一点に収束
される形状に形成するとともに、音響フィルタを中心部
よりも周部での吸音量が大きくなるように形成している
のである。

【作用】

上記構成によれば、音源を音波がほぼ一点に収束される
形状に形成しているので、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て、１次音波から２次音
波への変換効率を高めることができるのであって、実効
アレイ長を短くすることができるのである。その結果、
筒体の全長を短縮して小形化することができるのである
。また、音源の前方に配置した音響フィルタを中心部よ
りも周部での吸音量が大きくなるように形成しているか
ら、音源が上述のような形状であるにもかかわらずサイ
ドローブを低減する効果が高くなり、強い指向性を得る
ことができるのである。

【実施例】

本実施例の基本構成は、第１図のようなものであって、
音源１および音響フィルタ４の形状を除けば、第６図と
同様の構成を有している。音源１は、複数個の超音波振
動子１ａを配列した振動子アレイにより構成され、１次
音波のエネルギーが大きくなるようにしである。音源１
を構成する超音波振動子１ａは、音源１としての音波の
出射面が凹面をなすように配列され、各超音波振動子１
ａからの１次音波がほぼ一点に収束されるようにしであ
る。音源１の駆動方式は、第４図および第５図に示した
振幅変調波駆動方式としである。音響フィルタ４は、左
右両端部の吸音量が中央部の吸音量よりも大きくなるよ
うに形成してあり（肉厚を変えている）、サイドローブ
の発生を抑制して強い指向性が得られるようにしである
。ここに、音響フィルタ４は、合成樹脂発泡体などによ
り形成された３個の部分フィルタ４ａ、４ｂを組み合わ
せて構成してあり、主として１次音波を抑圧し２次音波
を透過させる透過形フィルタとなっている。 上述したような形状の音源１を用いれば、実効アレイ長
が短縮されて筒体２を短くすることができるのであって
、全体に小形化することができるのである。また、上述
のような形状の音響フィルタ４を用いることによって、
音源１が上述のような形状であるにもかかわらず、サイ
ドローブを低減して強い指向性のある２次音波を得るこ
とができるのである。なお、音響フィルタ４における吸
音量は、肉厚の変化ではなく材料を変えることで制御し
てもよい。

【発明の効果】

本発明は上述のように、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次音波を送
出する開口部が音源の前方に形成された筒体を設け、開
口部には少なくとも１次音波を抑圧する音響フィルタを
配設し、音源を音波がほぼ一点に収束される形状に形成
するとともに、音響フィルタを中心部よりも周部での吸
音量が大きくなるように形成しているものであり、音源
を音波がほぼ一点に収束される形状に形成しているので
、１次音波の収束点付近での音圧レベルを高くすること
ができて、１次音波から２次音波への変換効率を高める
ことができるのであって、実効アレイ長を短くすること
ができるのである。その結果、筒体の全長を短縮して小
形化することができるという利点を有するのである。 また、音源の前方に配置した音響フィルタを中心部より
も周部での吸音量が大きくなるように形成しているから
、音源が上述のような形状であるにもかかわらずサイド
ローブを低減する効果が高くなり、強い指向性を得るこ
とができるという効果を奏するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略構成図、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
す概略構成図である。 １・・・音源、２・・・筒体、３・・・開口部、４・・
・音響フィルタ。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第１図 〕・・−音源 ２　筒体 ３・開口部 ・１　音響フｔｔＬ々

Claims (1)

【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次音波を送出する開口部が音
   源の前方に形成された筒体を設け、開口部には少なくと
   も１次音波を抑圧する音響フィルタを配設し、音源を音
   波がほぼ一点に収束される形状に形成するとともに、音
   響フィルタを中心部よりも周部での吸音量が大きくなる
   ように形成して成ることを特徴とする電気音響変換装置
   。