JPS61253996A - パラメトリツクスピ−カ - 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 本発明は超音波に対する空気の非線形性を利用したパラ
メトリックスピーカに関するものである。

従来の技術 従来から拡声装置において、音の指向特性をスポットラ
イトの様に鋭くして、周囲騒音の影響を受けずにある特
定の範囲の人々にだけ聞かせたいと言う要求は展示会な
どで個々の出品物ごとに別々の説明を行ないたい時や、
駅ホームでの案内放送などの用途で強いものがあった。

この様な用途には従来ホーンスピーカが主として用いら
れて来たが、ホーンスピーカの指向特性はその長さと口
径に強く依存し、特に音声の様に低音域で鋭い指向特性
を得るには、長さ、口径ともに極めて大きなものになる
という欠点があった。

一方近年超音波の非線形相互作用の一種であるパラメト
リック効果を用いたスピーカ（パラメトリックスピーカ
）が従来に比べてはるかに鋭い指向特性が得られること
から注目されている。まず従来のパラメトリックスピー
カについて説明する。

第１０図は従来のパラメトリックスピーカの構成を示す
ものである。第１０図において、１はバイモルフ圧電振
動子を用いた超音波トランスデユーサで、直径は１１．
６雪中心周波数４０＆、能率は軸上１１ｒＬで１０ｖ入
力時１１３ｄＢ　である。

このトランスデユーサを６４７個、第１０図のように蜂
の巣状に並べてアレイ化し超音波トランスデユーサアレ
イ３ａを構成した。信号源４からの信号は変調器６に入
力される。ここで音声信号は搬送波を４０ｋ）ｈとして
振幅変調されパワーアンプ６を経て超音波トランスデユ
ーサアレイ３ａに入力される。超音波トランスデユーサ
アレイ３から放射された振幅変調超音波の搬送波と上下
の側帯波とは空中で非線形相互作用を起こし、鋭い指向
特性を有する変調波が発生する。ここで超音波トランス
デユーサアレイ３ａから出た振幅変調波のことを１次波
、その１次波の非線形相互作用の結果として生じたもと
の変調波（音声信号）を２次波と称する。第１１図に本
パラメトリックスピーカの２次波の指向特性を示す。実
線ａは２次波が１ｋ）！！、点線すは５ｋｌｋの指向特
性を示すものである。

ところで、このパラメトリックスピーカで実用レベルの
２次波を発生させるためには１４０ｄＢ或いはそれ以上
の極めて強い１次波を空中に放射しなければならず、そ
のために上述したように多数の超音波トランスデユーサ
を蜂の巣状に並べて全体が六角形、丸形あるいは略長方
形になるように全体を一体になるように固定してアレイ
化していた。

また略長方形において長辺の音波放射面を円弧状に配置
することによシ焦点付近において指向特性がさらに鋭く
なるように配列していた。（％願昭５９−１４８８２３
号） 発明が解決しようとする問題点 しかしながらパラメトリックスピーカの２次波の指向特
性は非常に鋭く、特定の範囲しか聞こえないという受聴
範囲を容易に作シ出せる反面、従来のスピーカのように
過去からのデータやサンプルが少ないため、展示場など
現場に設置した後く受聴範囲が狭すぎるというような問
題が発生する要因が十分にあった。特に音楽など高域を
含む信号源では著しく受聴範囲が限定されるためなおさ
らである。そこで展示物の大きさ、会場の広さなどに応
じて受聴範囲をコントロールできるようなものが望まれ
ていたが、従来の全ての構成では配列した超音波トラン
スデユーサが一体に固定されているために不可能であっ
た〇 また、超音波トランスデユーサアレイの取付位置や角度
で受聴点が大きくずれたりするために設置については精
度が要求されていた。例えば第１２図に示すように超音
波トランスデユーサアレイを上方に設置して展示品の説
明を行うような場合、超音波トランスデユーサアレイの
取付けが床面に対して斜めになるようにずれると第１２
図点線で示すように、受聴点と展示品の位置が合わない
という不都合が生じる。これは超音波トランスデユーサ
アレイの形状が略長方形で、しかも音波放射面を円弧状
にした場合その構成上、さらにずれが生じ易く、特に超
音波トランスデユーサアレイと受聴位置との距離が大き
い程、超音波トランスデユーサアレイのノＪ・さなずれ
でも受聴範囲がずれるという問題があった。

本発明は上記、問題点に鑑みパラメトリックアレイの音
波放射面の角度を可変できる構成にして、受聴点もしく
は受聴範囲のコントロールが可能なパラメトリックスピ
ーカを提供するものである。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明のパラメトリックス
ピーカは超音波トランスデユーサアレイを分割してユニ
ット化し、各々のユニットの音波放射面の角度が個別に
可変できるという構成を備えたものである。

作　　　用 本発明は上記した構成によって従来は超音波トランスデ
ユーサを一体になるように配列した大形状の超音波トラ
ンスデユーサアレイ全体の取付位置、すなわち音波放射
面の角度を変えて受聴点の位置を設定していたが、分割
された小形状の超音波トランスデユーサアレイユニット
各々の音波放射面の角度を個別に変えて受聴点の位置の
設定が可能になる。従って略長方形の超音波トランスデ
ユーサアレイが傾斜して受聴点に対してずれた場合など
、従来よりも簡単にかつ精度よく受聴点の設定ができる
。特に音波放射面が焦点を結ぶような略円弧状の凹型に
配置した超音波トランスデュ−サアレイではさらに超音
波トランスデユーサの配列精度が要求されていたが超音
波トランスデユーサアレイユニット毎に角度調整が可能
であるために超音波トランスデユーサの配列は簡素化さ
れる。

又超音波トランスデユーサアレイをユニット化した時、
分割された個々のユニットにおいてもパラメトリックス
ピーカ特有の鋭い指向特性を有しているためにアレイ形
状、音波放射面の角度を変えることで受聴範囲のコント
ロールが容易になるものである。

実施例 以下本発明のパラメトリックスピーカについて、図面を
参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における構成を示す。第
１図において１は圧電振動子聾の超音波トランスデユー
サで直径９．７露、中心周波数は４０ｋｌｂ、能率は軸
上０．３ｍで１ｏｖ入力の時で最大１２３ｄＢ　である
。このトランスデユーサ１を大きさ１３０鰭Ｘ１０Ｃ１
ａ＋の基板上に１２０個蜂０巣状に取付けて１個の超音
波トランスデユーサアレイユニット２を作製し、それぞ
れの音波放射面の角度が個別に可変できるように、横８
列たて６列全体で４８個のトランスデユーサアレイユニ
ット２を連結して超音波トランスデユーサアレイ３を構
成した。

この構成の要部平面図を第２図、第３図に、第３図の要
部斜視図を第４図に示す。第２図において、基板７に取
付けたフレーム８には支持棒９が固定されている。支持
棒９の各々の間は連結アーム１０で、フレーム８間に連
結ビン１１で接続されて、超音波トランスデユーサアレ
イユニット２個々が連結されている。

連結アーム１０はターンバックルのように中心部に右ネ
ジと左ネジの両方が切ってあり、その中心部を回転する
ことで長さが可変できるものである。又連結ピン１１は
ゴム製であシ伸縮が自在である。

今第２図に示すように超音波トランスデユーサ・アレイ
ユニット２の放射面を平面状から第３図の凹面状にしよ
うとする時、連結アーム１ｏの中心部を回転させて全長
が長くなるようにすれば両端の支持棒９を伝わり超音波
トランスデユーサアレイ３は折れ曲がり、各々を繰シ返
すことで全体として凹面形状が形成される。

この超音波トランスデユーサアレイ３は４８個の超音波
トランスデユーサアレイユニット２の全てが焦点を結ぶ
様に略円弧状の凹形に設定した。

焦点距離は２ｍである。その他の構成は第１０図に示す
従来例と同様である。このパラメトリックスピーカの２
次波の周波数１是、距離２ｍにおける指向特性を第５図
の実線ａに示す。点線すは上述した４８個のトランスデ
ユーサアレイユニット２の音波放射面全部がフラットに
なるように平面状の超音波トランスデユーサアレイにし
た時の周波数１ｋ）ｔＩの指向特性である。音圧が軸上
ｏ０から一１ｏｄＢになる角度を比較した場合、超音波
トランスデユーサアレイ３の音波放射面を平面上にした
時では２ｏ０であるものが音波放射面を焦点距離２ｍに
なるように略円弧状の凹型にしたものでは８°程度であ
る。

以上のように本実施例によれば、音波放射面を平面状に
した超音波トランスデユーサアレイと比較して超音波ト
ランスデユーサアレイ３の音波放射面が、焦点を結ぶよ
うに超音波トランスデユーサアレイユニット２を個別に
角度を調整して略円弧状の凹型の超音波トランスデユー
サアレイ３を構成したことによシ、２次波の指向特性が
さらに鋭くなシ、受聴範囲を狭くすることができる。又
この場合軸上での音圧レベルは向上するという効果も得
られる。

以下本発明の第２の実施例について図面を参照しながら
説明する。第６図は第２の実施例における構成を示す。

同図においては第１図の構成と同様なものである。第１
図の構成と異なるのは超音波トランスデユーサアレイ３
の音波放射面が略円弧状の凸型になるように第２図に示
す状態から、連結アーム１ｏの中心部を全長が短くなる
ように回転させ超音波トランスデユーサアレイユニット
２を配列した点である。このパラメトリックスピ−カの
２次波の周波数１凸の指向特性を第７図の実線ａに示す
。点線すは実施例１で説明した時と同様に４８個のトラ
ンスデユーサアレイユニット２の音波放射面全部がフラ
ットになるように平面状の超音波トランスデユーサアレ
イにした時の周波数１ｋ）Ｉ！の指向特性である。音圧
が軸上０°から−１０ｄＢになる角度を比較した場合、
平面状の超音波トランスデユーサアレイでは２ｏ０であ
シ一方、凸型の略円弧状に配列した超音波トランスデユ
ーサアレイでは音圧レベルは多少減少するものの４０°
にもなシ、受聴範囲は２倍に広がっている。この場合、
音波放射面を凸型円弧状に配列したことによって、超音
波トランスデユーサアレイ３の外周部の超音波トランス
デユーサは中心軸上の音圧に寄与しなくなり、１次波が
拡散された状態となり指向特性が広がる。これは、パラ
メトリックスピーカでは２次波の指向特性は１次波のメ
インローブの形状で決まることから説明がつく。

以上のように音波放射面を平面状にした超音波トランス
デユーサアレイと比較して、超音波トランスデユーサア
レイ３の音波放射面が略円弧状の凸型になるように超音
波トランスデユーサアレイユニット２を個別に角度を可
変し、かつ設定したことによって、２次波の指向特性は
特定の範囲内で平坦でしかもその範囲内からはずれると
急激に減衰するというようになり、受聴範囲を限定して
広げることが可能となる。

なお第１．第２の実施例とも超音波トランスデユーサア
レイ３を凸型あるいは凹型の略円弧状にを 設定して受聴範囲を可変するととＶ説明したが、第１の
実施例のように受聴範囲が非常に狭くした時に発生しゃ
すい受聴点のずれについては、超音波トランスデユーサ
アレイユニット２の音波放射面が個別に調整できること
から、ずれの修正については容易である。

なお第１．第２の実施例とも超音波トランスデユーサア
レイ３の音波放射面を略円弧状としたが特定の連結アー
ム１ｏを選択し、調節することにより第８図、第９図で
示すよう断面が角型形状でもよい。

又、超音波トランスデユーサアレイユニット２を基板に
取付けたフレームと支持連結棒によって配列して個別に
角度調整が可能な構成としたが針金を用いて支持固定す
る方法やその他の方法を用いてもよいのはいうまでもな
い。

発明の効果 以上のように本発明は超音波トランスデユーサアレイを
分割してユニット化し、各々の超音波トランスデユーサ
アレイユニットの音波放射面、の角度が個別に可変でき
る構成にすることで以下に記すような効果を有する。

（１）超音波トランスデユーサアレイの音波放射面の形
状を変えることで、受聴範囲の変更及び受聴点の微調が
可能になる。特に従来のスピーカでは困難とされていた
受聴範囲のコントロールが容易になる。

（２）従来のように多数一体型の超音波トランスデユー
サアレイと比較して、小数に分割したユニット化にする
ことで製造面で標準化でき、コストダウンが可能になシ
、かつ修理、補修が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるパラメトリック
スピーカの構成図、第２図及び第３図は第１の実施例の
パラメトリックスピーカの要部平面図、第４図は同要部
斜視図、第５図は第１の実施例における超音波トランス
デユーサアレイと平面状の超音波トランスデユーサアレ
イの指向特性図、第６図は同第２の実施例におけるパラ
メトリックスピーカの構成図、第７図は第２の実施例に
おける超音波トランスデユーサアレイと平面状の超音波
トランスデユーサアレイの指向特性図、第８図、第９図
はその他の超音波トランスデユーサアレイ形状の概略を
示す側面図、第１０図は従来のパラメトリックスピーカ
の構成図、第１１図は従来のパラメトリックスピーカの
指向特性図、第１２図はパラメ）ＩＪソックピーカの設
置例を示す構成図である。 １・・・・・・超音波トランスデユーサ、２・・・・・
・超音波トランスデューサアレイユニッ）、３．−１２
．１３・・・・・・超音波トランスデユーサアレイ、４
・・・・・・信号源、６・・・・・・変調器、６・・・
・・・パワーアンプ、７・・・・・・基板、８・・・・
・・フレーム、９・・・・・・支持棒、１０・・・・・
・連結アーム、１１・・・・・・連結ピン。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第　２　図 第３図 第４図 第６図 第１０図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　媒質の非線形パラメトリック効果により有限振幅超音
   波から可聴周波を再生するように、複数個の超音波トラ
   ンスデューサを１単位ごとに、区分してなる超音波トラ
   ンスデューサアレイユニットと、前記超音波トランスデ
   ューサアレイユニットを複数個を配列して形成した超音
   波トランスデューサアレイを具備し、前記複数個の超音
   波トランスデューサアレイユニットの音波放射面の角度
   が個別に可変設定が可能であることを特徴とするパラメ
   トリックスピーカ。