JPS62289095A - 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】 ３、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用いて音声信
号全再生させるバラ７］・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、音の指向性全スポットライ
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、
駅ボ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
られてきたが、ホーンスピーカの指向性はその長さと口
径に強く依存し、特に音声の様に低音域で鋭い指向性を
得るには、長さ、■」径共に極めて大きなものになると
言う欠点があった。

一方、近年超音波に対する空気の非線形性を利用したス
ピーカ（以下パラメトリックスピーカという）が従来に
比べはるかに鋭い指向性を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（例えば特開昭５８−１１９２９３号公報）。

第５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６図において、１は超音波振動子、２は超
音波振動子１を蜂の巣状に並べて構成した超音波源であ
る。３は音声信号源てあり、この出力を変調器４に入力
する。ここで音声信号は搬送波を４０　ＫＨｚとして振
幅変調され、パワーアンプ６を経て超音波源２に入力さ
れる。７は超音波を吸収するための音響フィルタであり
、超音波源２と受聴者８の間に設置されている。

上述したパラメトリックスピーカにおいて、超音波源２
から放射さｎ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、鋭い指向性を有す
る変調波が発生する。ここでパラメトリックスピーカか
ら出た振幅変調超音波のことを１次波、１次波の非線形
相互作用の結果として生じた元の音声信号（変調波）の
ことを２次波と称する。

ところでパラメトリックスピーカでは１次波から２次波
への変換効率が極めて低い（１％以下）ために、実用レ
ベルの２次波を発生させるためには強力な超音波が必要
となる。例えば９０ｄＢの２次波音圧を得るためには１
４０ｄＢ或いはそれ以上の１次波音圧が必要である。

又、空気中での音波の吸収係数や変換効率の点から使用
できる周波数は３ｏ〜７０ＫＨｚ程度に限られ、音声信
号で変調するためには帯域も数ＫＨｚ必要である。以上
のような要求を満たすために、バイモルフ形の圧電セラ
ミックを用いた超音波振動子を数百側から数十個並べた
ものが超音波源として用いられている。

次に駆動系について説明する。各振動子は同位相で駆動
するために全て並列接続されている。ところで１つ１つ
の振動子のインピーダンス特性は第２図ａに示すように
共振点で数百オーム、反共振点で数にΩである。そのた
め多数の振動子を並列接続するとインピーダンスが低下
し、通常のアンプでは駆動できなくなる。そのために通
常は振動子全体全多数のチャンネルに分割し、１つ１つ
のチャンネルのインピーダンスをアンプの出力インピー
ダンスに合わせるようにしていた。

ところで振動子には振幅を拡大し、音圧レベルを向上さ
せるとともに共振のＱ　ｖ、下げ帯域を広くするために
コーン状の共振子がバイモルフの中心に接着固定されて
いる。そのため振動子の音圧周波数特性は第２図すに示
すようにインピーダンス特性に比較して緩やかに変化す
る。

この点に注目して、超音波振動子６５２ケを並列接続し
た超音波源を用い一定の２次波音圧レベル（７６ｄＢ／
２ｍ）を発生するのに必要な電力を測定したところ第３
図に示すようになった。この結果から最適駆動周波数は
反共振周波数付近にあることがわかる。

ところが超音波振動子のインピーダンスは共振点付近で
周波数に対して犬きく変化するばかりでなく温度によっ
ても大きく変化する。例えば室温時に４０ＫＨｚであっ
た共振周波数が６５℃では３８ＫＨｚ位まで低下する。

このため超音波振動子に大きな入力を加える時には除々
に入力を上げていく必要がある。その理由を第４図と共
に説明する。第４図において、ａは超音波振動子５５０
ケを並列接続した超音波源の室温におけるインピーダン
ス特性である。ｂは同じ超音波源に２００Ｗの入力を入
れて２時間後のインピーダンス特性を示すものであり、
この時、振動子の温度は約６６°Ｃに上昇していた。と
ころで２００Ｗ人カ時の最適駆動周波数は４ｏＫＨｚで
ありその時のインピーダンスＢは約８Ωである。ところ
が室温の時の４０ＫＨｚにおけるインピーダンスＡは約
２Ωしかないため、急に大きな入力を入れるとアンプを
破壊することになる。そのため、従来は、除々に入力を
」こげていくか、最初は４２　ＫＨ２付近で駆動し、除
々に周波数を下げていくかしていた。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の様な方法では手間がかかるばかりで
なく入力を変化させるたびに、駆動周波数も変化させな
ければならず、しかも入力を変化させてから温度変化に
よってインピーダンスが変化する捷でには、かなりの時
間を要し、常に最適周波数で駆動すると言うのは困難で
あった。しかも上記のような駆動方法ではチャンネル数
即ちアンプの台数が増えるために不経済なばかりでなく
、アンプや振動子の発熱と言った問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み、低消費電力で高い音圧レベ
ルを得ることのできるパラメトリ、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 この目的全達成するために本発明のパラメトリックスピ
ーカは音声信号源と、超音波帯の搬送波発振器と、搬送
波発振器の出力を音声信号源の出力で変調するための変
調器と、変調器の出力によって駆動され被変調超音波を
空中に放射し、空気の非線形性によって音声信号を再生
させるための１個又は複数個の超音波振動子からなる超
音波源と、超音波源への入力電力を測定する電力計と、
電力計の出力が最低となるように搬送波発振器の搬送波
周波数を制御する制御器とを具備した構成となっている
。

作用 本発明は、上記した構成により、まず超音波源への人力
電力を測定し、次に制御器で駆動周波数を少しずつ変化
させて、その時の電力を前と比較し、次々とこのプロセ
スを繰り返すことによって、最低電力の周波数に収束さ
せる。そして常にこの最適周波数で駆動することにより
変換効率の高いパラメトリックスピーカを実現するもの
である。

尚、実際にはこのような電気的な帰還だけではなく、電
気音響変換効率を最大にすると言うことから２次波音圧
を測定することにより、２次波音圧一定のもとての電力
を測定するべきであるが、パワーアンプの出力電圧を一
定にして周波数を変えて実験した結果、２次波音圧レベ
ルはほぼ一定であった。又、２次波音圧を測定するとし
ても音声信号のレベルは常に変化するわけであるから、
２次波音圧が一定であるかどうかを判断するのは現実に
は困難である。従って、上記したような方法で十分最適
周波数における駆動を実現できるものである。

実施例 以下本発明の実施例について第１図と共に説明する。第
１図は本発明の一実施例におけるパラメトリックスピー
カの構成を示すものであるが、第６図に示す従来例にお
いて超音波振動子１．超音波源２．変調器４．パワーア
ンプ６は、同実施例のものと同じであるから、本実施例
では、第１図には駆動部のみを示す。

第１図において、Ｒ１，Ｒ２は超音波振動子１のインピ
ーダンスに比べて十分大きく、Ｒ３は十分小さな抵抗で
あり、超音波振動子１への入力電圧及び電流を測定する
。それらの出力を乗算器９に入力し電力を求める。次に
乗算器９の出力を搬送波周波数制御器（以下制御器と称
す）１ｏに人力する。制御器１ｏではまず乗算器９の出
力を、乗算器９のメモリに記憶された基準値と比較し、
小さい方の値を新たにメモリに格納すると共に、正又は
負のパルスを搬送波発振器６に送る。搬送波発振器６の
発振周波数は、正又は負のパルスがはいるごとに、±０
．Ｉ　ＫＨｚずつ標化するようになっている。

本実施例では、以上のプロセスを繰り返すことにより、
常に最も効率のよい周波数で駆動することが可能となる
。先にも述べたように最適周波数は温度によって大きく
影響を受るため、増幅器の増幅度を変えるなどによって
超音波振動子１の温度が変わると、±Ｉ　ＫＨｚ程度も
変化するが、このような構成によれば増幅度を変化させ
ても常に最適周波数で駆動できる。

発明の効果 以上のように本発明は、超音波振動子への入力電力が最
小となるように発振周波数を設定できる制御器を設けた
ことにより、常に電気音響変換効率が最大の状態で駆動
できるパラメトリックスピーカ全実現できる。その結果
アンプは従来に比べ小出力のもので済み安価となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるパラメトリックスピ
ーカの構成を示すブロック図、第２図は超音波振動子の
音圧周波数とインピーダンスとの関係を示す特性図、第
３図は超音波振動子の駆動周波数と入力電圧、電流、電
力の関係を示す特性図、第４図は入力によるインピーダ
ンスの違いを示す特性図、第６図は従来のパラメトリッ
クスピーカの構成を示すブロック図である。 １・・・・・・超音波振動子、２・川・・超音波源、３
・・白・音声信号源、４・・・・・・変調器、５・・・
・・・搬送波発振器、６・・・・・パワーアンプ、７・
・・・・・音響フィルタ、８・・・・・受聴者、９・・
・・・・乗算器、１ｏ・・・・・・制御器１、代理人の
氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｖ−三　＠り
Ｒλ 味　　　！・）も→φビｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　音声信号源と、超音波帯の搬送波発振器と、前記搬送
   波発振器の出力を前記音声信号源の出力で変調するため
   の変調器と、前記変調器の出力によって駆動され被変調
   超音波を空中に放射し、空気の非線形性によって音声信
   号を再生させるための１個又は複数個の超音波振動子か
   らなる超音波源と、前記超音波源への入力電力を測定す
   る電力計と、前記電力計の出力が最低となるように前記
   搬送波発振器の搬送波周波数を制御する制御器とを具備
   してなるパラメトリックスピーカ。