WO1999035881A1

WO1999035881A1 - Haut-parleur et procede de commande correspondant, et emetteur/recepteur de signaux audio

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Publication number: WO1999035881A1
Application number: PCT/JP1998/006008
Authority: WO
Inventors: Toru Sasaki; Kaoru Gyotoku; Kohei Asada
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 1999-07-15
Also published as: KR20000075951A; JP4221792B2; JPH11262084A; US6807281B1; KR100561094B1

Description

明細 ^: スピーカ装置及びその駆動方法、オーディオ信号送受信装置技術分野本発明は、超音波発生素子を用いてオーディオ信号の再生を行うスピーカ装置及びその駆動方法並びに超音波発生素子を用いたォーディォ信号送信装置に関する。景技従来、スピーカ装置として、振動板を振動させ、この振動板から空気中に放出される音を聴取するように構成されたものが広く用いられている。この種のスピーカ装置は、 2 0 H z〜 2 0 K H z程度の可聴帯域のオーディオ信号によって振動板を振動させ、この振動板から直接空気中に音波を放出するように構成されている。

ところで、振動板を可聴帯域のオーディォ信号で駆動するようにしたスピーカ装置は、振動板を中心として空気中に拡がりを持って音が放出される。この種のスピーカ装置は、広い空間に音を放出する場合に用いて有用である。

しかし、この種のスピーカ装置にあっては、特定の聴取者のみに向かって音を放出することができない。

また、再生音を個人のみが聴取可能とするため、頭部や耳介に装着するへッドホンやイヤホンが用いられている。この種のへッドホ 9/35881

ンゃイヤホンも振動板を可聴帯域のオーディオ信号により駆動するものであり、振動板を中心として空気中に拡がりを持って音が放出される。ヘッドホンやイヤホンは、秘話性を確保するため、スビ一カュ二、ソトを密閉した状態で頭部や耳介に装着する必要がある。発明の開示本発明の目的は、新規な駆動方式を用い超指向性を持って音の放出を可能となすスピー力装置及びその駆動方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、秘話機能を持って音の放出を行うことができるスピーカ装置及びその駆動方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、同時に複数の位置で異なる音を聴取することを可能となすスピー力装置及びその駆動方法を提供すること ·- i) ¾ o

本発明の更に他の目的は、自在な位置に音像定位を設定することができるスピーカ装置大その駆動方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、秘話機能の向上を図ってオーディオ信号の送受信を行うことができるオーディオ信号送受信装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係るスピーカ装置は、オーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号に周波数変調する変調器と、この変調器からの出力信号によつて駆動される少なくとも一つの超音波発生素子と備えてなる。変調器は、オーディオ信号を第 1の周波数に基づいて周波数変調された第 1の信号と上記オーディオ信号を第 1の周波数とは異なる周波数の第 2の周波数に基づいて周波数変調された第 2の信号とに変調する。

また、本発明に係るスピーカ装置は、複数の超音波発生素子を備え、これら複数の超音波発生素子のうちの一部の超音波素子には第 1の信号が供給されると共に残りの超音波発生素子には第 2の信号が供給される。

更に、本発明に係るスピーカ装置は、更にオーディオ信号を微分する微分処理部を備えている。ここで、変調器は、第 1及び第 2の変調部を備え、第 1及び第 2の変調部のいずれか一方の変調部には微分処理部からの出力信号が供給されると共に他方の変調部には微分処理部からの出力信号の極性を反転させた信号が供給される。更にまた、本発明に係るスピーカ装置は、更に第 1及び第 2の変調部のうちのいずれか一方の変調部に微分処理部からの出力信号の直流レベルをシフ卜させた信号を供給する第 1の回路部と、他方の変調部に微分処理部からの出力信号の極性を反転させ且つ直流レべルをシフトさせた信号を供給する第 2の回路部を備えている。更にまた、本発明に係るスピーカ装置は、更にオーディオ信号に前処理を施す前処理回路を備えている。ここで、変調器は、更に第 1の変調部からの出力信号を搬送波とし前処理回路からの出力信号を振幅変調する第 1の振幅変調部と上記第 2の変調部からの出力信号を搬送波とし前処理回路からの出力信号を振幅変調する第 2の振幅変調部とを備えている。

本発明に係るスピーカ装置は、更に変調器と超音波発生素子との間に配される補正フィル夕を備えている。この補正フィル夕は、変調器から出力される出力信号のうち超音波発生素子の共振周波数成分を抑圧する。

また、本発明に係るスピーカ装置は、第 1及び第 2の変調部を備え、第 1及び第 2の変調部のいずれか一方の変調部にはオーディォ信号が供給されるとともに他方の変調にはオーディォ信号を反転させた信号が供給され、オーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数の信号に周波数変調する変調器と、この変調器からの出力信号によって駆動される超音波発生部とを備える。超音波発生部は、第 1の変調部からの出力信号に基づいて駆動される複数の超音波発生素子からなる第 1の発生部と、第 2の変調部からの出力信号に基づいて駆動される複数の超音波発生素子からなる第 2の発生部とを有している。

また、本発明に係るオーディオ信号送受信装置は、オーディオ信号を微分した信号で搬送波を周波数変調する変調器と、この変調器からの出力信号に基づいて駆動される超音波発生部と、この超音波発生部から出力される音波を検出するマイクロホンと、このマイク口ホンからの出力信号に逆コサイン関数処理を施す演算部とを備えている。

このオーディオ信号送受信装置を構成するマイクロホンは、超音波発生部から出力される可聴周波数帯域の音波を検出する。

更に、本発明に係る超音波発生素子を有するスピーカ装置の駆動方法は、入力されたオーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号に周波数変調し、次いで、周波数変調された信号によって超音波発生素子を駆動する。

この駆動方法においては、オーディオ信号を第 1の周波数に基づいて周波数変調された第 1の信号と、オーディオ信号を第 1の周波数とは異なる第 2の周波数に基づいて周波数変調された第 2の信号とに変調する。

本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下'に説明される実施例の説明から一層明らかにされるであろう。図面の簡単な説明図 1は、本発明に係るスピーカ装置の基本的な構成を示す回路図である。

図 2は、本発明に係るスピーカ装置の回路図である。

図 3は、本発明に係るスピーカ装置を構成する超音波発生器の配列の一例を示す平面図である。

図 4は、本発明に係るスピーカ装置を構成する超音波発生器の配列の他の例を示す平面図である。

図 5は、図 4に示すスピ一力装置の指向特性を示す特性図である c 図 6は、本発明に係るスピーカ装置の他の例を示す回路図である c 図 7は、本発明に係るスピーカ装置の更に他の例を示す回路図である。

図 8は、本発明に係るスピーカ装置を用いたオーディオ信号送信装置を示す回路図である。

図 9は、前処理回路を構成する D S Pの機能を示すプロック図である。

図 1 0は、前処理回路を構成する D S Pの機能を示すブロック図である。 6 図 1 1は、前処理回路を構成する D S Pの機能を示すブロック図である。

図 1 2は、補正フィルタを具備するスピーカ装置の回路構成を示すブロック図である。

図 1 3は、補正フィル夕を具備するスピーカ装置の回路構成を示すプロック図である。

図 1 4は、オーディオ帯域でのスピーカ特性の補正原理を説明するための図である。

図 1 5は、本発明に係るスピーカ装置を自動車内のルームミラ一に取り付け、ハンズフリー方式の通信装置の音声入出力装置を構成した例を示す斜視図である。

図 1 6は、本発明に係るスピーカ装置を会議システムに適用した例を示す斜視図である。

図 1 7は、本発明に係るスピーカ装置をテレビジョン型電話装置に適用した例を示す斜視図である。

図 1 8は、本発明に係るスピーカ装置を乗り物に組み込まれる音響装置に適用した例を示す斜視図である。

図 1 9は、本発明に係るスピーカ装置を投写型のビデオプロジェクタに適用した例を示す斜視図である。

図 2 0は、本発明に係るスピーカ装置を映像音響装置に適用した例を示す斜視図である。

図 2 1は、本発明に係るスピーカ装置をオーバ一へッドプロジェクタの指標装置に適用した例を示す斜視図である。

図 2 2は、本発明に係るスピーカ装置を多言語の情報が記録された情報記録媒体を再生する再生機に適用した例を示す斜視図である, 図 2 3は、本発明に係るスピーカ装置を 2画面型のテレビジョン受像機に適用した例を示す斜視図である。

図 2 4は、本発明に係るスピーカ装置をテレビジョン受像機に適用した例を示す斜視図である。

図 2 5は、本発明に係るスピーカ装置を美術館や博物館の展示室に適用した例を示す斜視図である。

図 2 6は、本発明に係るスピーカ装置の他の構成例を示す斜視図である。

図 2 7は、本発明に係るスピーカ装置に追尾機能を付与してテレビジョン受像機に配設した例を示す斜視図である。

図 2 8は、本発明に係るスピーカ装置に追尾機能を付与してテレビジョン受像機に配設した他の例を示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明に係るスピーカ装置及びこのスピーカ装置の駆動方法、並びにこのスピーカ装置を用いたオーディオ信号送信装置を説明する。

本発明に係るスピ一力装置の基本的な構成を図 1を参照して説明する。

このスピーカ装置は、図 1に示すように、一定周波数の搬送波を出力する搬送波発振器 1 と、オーディオ信号を出力するオーディオ信号源 2と、搬送波発振器 1からの搬送波をオーディオ信号源 2からのオーディオ信号で周波数変調する周波数変調器 3と、周波数変調器 3から出力される周波数変調された搬送波（以下、周波数変調信号という。）で駆動される超音波発生器 5を備える。

搬送波発振器 1は、一定周波数の搬送波、例えば 4 0 K H zの搬送波を周波数変調器 3に供給する。オーディオ信号源 2は、例えば光ディスクプレーヤやテープレコーダ等からなり、オーディォ信号を変調信号として周波数変調器 3に供給する。周波数変調器 3は、オーディオ信号源 2からの変調信号で搬送波発振器 1から入力される搬送波を周波数変調する。この周波数変調信号は、増幅器 4を介して超音波発生器 5に入力される。超音波発生器 5は、例えば少なくとも 1個の超音波発生素子からなり、非常に高い指向性（以下、超指向性という。）を有し、増幅器 4で増幅された周波数変調信号によって駆動されることにより、周波数変調信号に基づいた超音波を、超音波発生器 5を向けた方向に超指向性を持って放出する。そして、利用者は、超音波発生器 5が向けられると、オーディオ信号源 2からのオーディォ信号に対応した音を聞くことができる。また、利用者は、例えば超音波発生器 5が壁に向けられると、あたかも壁から音が出ているように感じすることができる。

ここで、オーディオ信号源 2からのオーディオ信号で周波数変調された周波数変調信号に基づいて超音波を放出すると、元のオーディォ信号に対応した音が聞こえる基本的な原理について簡単に説明する。

第 1式に示すように、系に偶数次の非直線性が存在し、その系に第 2式に示すような 2つの周波数、W I / 2 K , W 2/ 2 ΤΓ ) 成分を含む信号を入力すると、第 3式に示すように、混変調歪みの一種である差周波数歪みが生ずる。

y = Α χ + Β χ ² 第 1式ここで、 xは系の入力信号であり、 yは系の出力信号である。

X = f i C O S W i t + f 2 C O S Ct)2 t 第 2式

上記第 1式に第 2式を入力すると、次に示す第 3式が得られる。 y = A(f i c o s <D i t + f 2 C o s oj 2 t )

+ B/2 ( f i²+ f ₂ ²)

+ B/2 ( f ₁ ² c o s 2 w ₁ t + f ₂ ² c o s 2 w₂ t )

+ B ( f l f 2 C O S ( W l— W 2 ) t )

+ B(f i f 2 C o s (wi+w₂) t ) 第 3式

ここで、第 1項は基本波成分であり、第 2項は直流成分であり、第 3項は第 2高調波成分であり、第 4項は差周波数成分であり、第 5項は和周波数成分である。第 4項の差周波数成分が差周波数歪みであり、系の出力には、周波数の差（ν\η— ν₂) に相当する周波数成分（差音）が現れる。具体的には、例えば 2台の搬送波発振器から出力される 4 0 ΚΗ ζと 4 1 ΚΗ ζの正弦波信号を混合して超音波発生器を駆動すると、その差周波数歪みに相当する 1 ΚΗ ζの差音が聞こえる。

ところで、広く知られているように、周波数変調では、周波数変調信号に搬送波を中心として無数の側帯波が含まれる。したがって、空気が超音波に対して上述したような偶数次の非直線性を有すると、元のオーディオ信号が再生され、利用者がそれに対応した音を聞くことができる。

次に、上述したような基本的な構成を備える本発明に係るスピー力装置の具体的な構成を図 2を参照しながら説明する。

なお、図 1に示すスピーカ装置を構成する回路と同じ機能を有する回路には同じ符号を付して、それらの詳細については説明を省略する。

このスピーカ装置は、図 2に示すように、一定周波数の搬送波をそれぞれ出力する第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a， l bと、ォーディォ信号を出力するオーディオ信号源 2と、第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a, 1 bからの搬送波をそれぞれ音源 1からのオーディォ信号と反転されたオーディオ信号とでそれぞれ周波数変調する第 1及び第 2の周波数変調器 3 a, 3 bと、第 1及び第 2の周波数変調器 3 a， 3 bから出力される周波数変調信号でそれぞれ駆動される第 1及び第 2の超音波発生器 5 a， 5 bを備える。

第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a , l bは、それぞれ例えば 40 KH zの搬送波を第 1及び第 2の周波数変調器 3 a, 3 bに供給する。オーディオ信号源 2は、オーディオ信号を変調信号とし、第 1 の増幅器 1 2 aを介して周波数変調器 3 aに供給するとともに、反転回路 1 1に供給する。反転回路 1 1は、オーディオ信号源 2からのオーディオ信号の振幅を反転させ、第 2の増幅器 1 2 bを介して第 2の周波数変調器 3 bに供給する。第 1及び第 2の周波数変調器 3 a, 3 bは、第 1及び第 2の増幅器 3 a , 3 bで増幅された変調信号で第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a, 1 bから入力される搬送波をそれぞれ周波数変調する。得られる周波数変調信号は、例えばカツトオフ周波数が 20 KH zの第 1及び第 2のハイパスフィル夕 1 3 a, 1 3 bに入力され、そこで 2 0 KH z以下の成分が除去され、第 1及び第 2の増幅器 4 a, 4 bを介して第 1及び第 2の超音波発生器 5 a, 5 bに入力される。第 1及び第 2の超音波発生器 5 a, 5 bは、例えば少なくとも 1個の超音波発生素子からなり、第 1及び第 2の増幅器 4 a, 4 bでそれぞれ増幅された周波数変調信 35881

11 号によって駆動されることにより、周波数変調信号に基づいた超音波を、第 1及び第 2の超音波発生器 5 a， 5 bを向けた方向に超指向性を持って放出する。

ここで、第 1及び第 2の超音波発生器 5 a , 5 bの具体的な構造について説明する。

第 1及び第 2の超音波発生器 5 a , 5 bはそれぞれ複数、例えば 3 7個ずつの超音波発生素子である圧電素子 5 0から構成され、例えば図 3に示すように、支持基板 5 1上に第 1の超音波発生器 5 a の圧電素子 5 0を内周側にリング状に配設し、これら第 1の超音波発生器 5 aの圧電素子 5 0を囲むようにリング状に、第 2の超音波発生器 5 bの圧電素子 5 0を配設する。このとき、内周側にリング状に配設される第 1の超音波発生器 5 aの圧電素子 5 0群と外周側にリング状に配設される第 2の超音波発生器 5 bの圧電素子 5 0群は、同軸をなすように配設される。

利用者は、このように構成され、超指向性を有する第 1及び第 2 の超音波発生器 5 a， 5 bが向けられると、オーディオ信号源 2からのオーディオ信号に対応した音を聞くことができる。ところで、このスピーカ装置では、オーディオ信号と極性が反転されたオーディォ信号とでそれぞれ周波数変調した 2つの周波数変調信号で第 1 及び第 2の超音波発生器 5 a , 5 bを駆動していることから、すなわち差動的に超音波を放出していることから、利用者は、図 1に示すスピーカ装置よりも大きな音を聞くことができる。更に、複数の圧電素子 5 0群を用いることにより、音圧レベルを上げることがでぎる。

なお、上述のスピーカ装置では、それそれ 2群の圧電素子 5 0を用いているが、周波数変調信号を混合器を用いて混合した後、この混合された信号で 1群の圧電素子 5 0を駆動するようにしてもよい, この場合、円筒状をなす圧電素子 5 0を複数、例えば 7 3個用い、これらの圧電素子 5 0を、例えば図 4に示すように、互いに密接するように集中して配設する。この複数の圧電素子 5 0を集中して配列した構成の超音波発生器 5を用いたスピーカ装置では、スピー力装置から 0 . 5 m離れた位置での指向特性は、例えば図 5中の Aで示すような特性を示し、 1 m離れた位置での指向特性は図 5中の; B で示すような特性を示し、 2 m離れた位置での指向特性は図 5中の Cで示すような特性を示し、スピ一力装置の正面方向に極めて高い指向性を有する。

なお、図 4に示す超音波発生器 5は、複数の超音波発生素子（圧電素子 5 0 ) をいくつかのグループとして組み合わせ、各グループの超音波発生素子毎に周波数変調信号を入力して駆動するようにしてもよい。この場合、複数の超音波発生素子を 2つのグループに組み合わせることにより、上述した図 2に示すスピーカ装置の超音波発生器 5 a， 5 bとして用いることができる。

次に、本発明を適用したスピーカ装置の他の具体例を、図 6を参照しながら説明する。なお、前述した図 2に示すスピーカ装置を構成する回路と同じ機能を有する回路には同じ符号を付して、それらの詳細については説明を省略する。

このスピーカ装置は、図 6に示すように、一定周波数の搬送波をそれぞれ出力する第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a， l bと、ォーディォ信号を出力するオーディオ信号源 2と、オーディオ信号源 2 から出力されるオーディオ信号を微分する微分器 2 2と、微分器 2 2から出力される微分信号にオフセット電圧を加える増幅器 2 3 a と、微分器 2 2から出力される微分信号の極性を反転するとともに、オフセット電圧を加える反転増幅器 2 3 bと、第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a， 1 bからの搬送波をそれぞれ増幅器 2 3 aからの微分信号と反転増幅器 2 3 bからの微分信号とで周波数変調する第 1 及び第 2の周波数変調器 3 a， 3 bと、これら第 1及び第 2の周波数変調器 3 a , 3 bから出力される周波数変調信号を混合する混合器 2 4と、混合器 2 4からの混合された周波数変調信号の所定の周波数成分を抑圧する補正フィル夕 2 6と、この補正フィル夕 2 6から出力される周波数変調信号で駆動される超音波発生器 5を備える ( 第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a， l bは、それぞれ例えば 4 0 K H zの搬送波を第 1及び第 2の周波数変調器 3 a , 3 bに供給する。オーディオ信号源 2は、オーディオ信号を増幅器 2 1を介して微分器 2 2に供給する。微分器 2 2は、増幅器 2 1で増幅されたォ一ディォ信号を微分し、得られる微分信号を増幅器 2 3 aと反転増幅器 2 3 bに供給する。増幅器 2 3 aは、微分器 2 2からの微分信号の直流レベルをシフ卜するためにオフセット電圧を加え、変調信号として第 1の周波数変調器 3 aに供給する。一方、反転増幅器 2 3 bは、微分器 2 2からの微分信号の極性を反転するとともに、直流レベルをシフトするためにオフセット電圧を加え、変調信号として第 2の周波数変調器 3 bに供給する。第 1及び第 2の周波数変調器 3 a , 3 bは、増幅器 2 3 a及び反転増幅器 2 3 bで直流レベルがシフ卜された変調信号で第 1及び第 2の搬送波発振器 1 a， l b から入力される搬送波をそれぞれ周波数変調する。得られる周波数変調信号は、混合器 2 4に入力される。混合器 2 4は、これら 2つの周波数変調信号を混合して、例えばカツトオフ周波数が 20 KH zのハイパスフィル夕 2 5に供給する。ハイパスフィル夕 2 5は、混合器 24から出力される混合信号の 2 0 KH z以下の成分を除去して、補正フィル夕 2 6に供給する。

ところで、超音波発生器 5は、例えば 40 KH z近辺に機械的な共振の周波数を有し、その周波数特性が平坦ではない。そこで、補正フィル夕 26は、ハイパスフィル夕 2 5からの周波数変調信号の所定の周波数成分、すなわち 40 K H z付近の成分を抑圧し、共振周波数成分が抑圧された周波数変調信号を増幅器 2 7を介して超音波発生器 5に供給する。超音波発生器 5は、例えば少なくとも 1個の超音波発生素子からなり、増幅器 2 7で増幅された周波数変調信号によって駆動されることにより、周波数変調信号に基づいた超音波を、超音波発生器 5を向けた方向に超指向性を持って放出する。ここで、このスピー力装置で音が聞こえる原理を簡単に説明する < 2つ周波数変調信号を混合した信号 0(t )は、以下に示す第 4式で表される。

〇（ t ) = A_cc o s (o _ct + 0 _c + k S h(t )d t )

+ B c c o s (w_c' t + 0 c' + k' S h(t )d t ) 第 4式この信号 0( t )の 2次の歪みは、以下に示す第 5式で表される。〇（ t ) ² = A c²c o s ² ( W c t +6>_c + k S h( t ) d t )

+ B c ² c 0 s ²(ωο' t + 0 c' + k' S h( t )d t )

+ A c B c c o s (( w c + W c' )t + ( 0 c + 0 c ' )

+ (k + k' ) S ( t )d t )

+ A c B c c o s ((ωο-ω_Γ' )t + ( 0 c - Θ c' )

+ (k-k' ) S h( t )d t ) 第 5式 „。。，

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15 この第 5式の第 1項乃至第 3項は、直流， 2 ω。, 2 ωο' , (w_c + ω '）を中心とした側帯波である。第 4項は、（ .— ω。'）を中心とした側帯波であり、この側帯波は可聴帯域に存在し、すなわち人間が聞くことが信号である。したがって、この第 4項が元のオーディォ信号 s (t)と等しいときに、すなわち、次に示す第 6式が成立するときに、オーディオ信号を聞くことができる。

AcB c C o s (Ao c t + A 6l e + A k S h( t ) d t )二 s ( t )

第 6式ただし、 I s ( t ) I ^ 1，厶 ω。 = ω '— ω _c，， Α Θ _c = 6 - Θ _c' , △ k二 k— k，である。第 6式を簡単にするために、これ以降、 s ( t )を A c B cで正規化したものを、新たに s ( t )とする。

この第 6式を h( t )について解くと、次に示す第 7式が得られる。 h( t )= [d/d t { c o s— i s i t )}— A w_c]/A k 第 7式この第 7式に従って得られた信号 h( t )で搬送波を周波数変調すればよく、すなわちオーディオ信号源 2からのオーディオ信号を逆コサイン関数処理した後、直流オフセットを与え、得られる信号を微分して、この微分信号で搬送波を周波数変調することにより、元のオーディオ信号に対応した音を聞くことができる。

ところで、第 7式中の c o s— ¹ s ( t )は、 s ( t )が十分小さいときには、級数展開により、 Γ/2— s ( t )と近似することができ、信号 h(t )は、次に示す第 8式で表すことができる。

h( t ) = [d/d t {- s ( t )}- A wc]/A k 第 8式

そして、このスピーカ装置では、第 8式に対応する信号処理を、微分器 2 2、増幅器 2 3 a、反転増幅器 2 3 bで行っている。

次に、本発明を適用したスピーカ装置の更に他の具体例を、図 7 を参照しながら説明する。

このスピーカ装置は、図 7に示すように、上述した図 6に示すスピ一力装置の搬送波発振器 1 a, 1 bを 1個とするとともに、周波数変調器 3 a、 3 bの後段に振幅変調器 2 8 a, 28 bを、その前段に前処理回路 3 0を追加したものである。そこで、図 6に示すスピー力装置を構成する回路と同じ機能を有する回路には同じ符号を付して、それらの詳細については説明を省略する。

これらの追加した振幅変調器 28 a， 2 8 bは、前処理回路 3 0 で後述する信号処理が施されたオーディォ信号を変調信号とし、周波数変調器 3 a , 3 bからの周波数変調信号を搬送波として、これらの搬送波を変調信号で振幅変調し、得られる振幅変調信号を混合器 2 4に供給する。

ここで、このスピーカ装置で音が聞こえる原理を簡単に説明する。上述した第 4式に、 A_c = Bc = A_c，/ 2 , Aωc = ω_c-ω_c ^, = 0 , △ 0。= θ。一 0 _C， = O， k，二 0なる条件を加えると、前述した第 4 式は、以下に示す第 9式に変形することができる。

0(t ) = [Ac' +Ac'{- l + c o s ((k/2 ) S h(t )d t )}] x c o s (W c t + 0c + (k/2 ) S h( t )d t )

第 9式ところで、 7? ( t )を変調信号とする振幅変調は、以下に示す第 1

0式で表される。

[y(t )]_AM=(A_c + 7?(t ))c o s ( 6)_ct +6>_c) 第 1 0式第 1 0式において、第 1 1式が成立するときに第 9式と同じ信号が得られる。

77(t ) = Ac'{- l + c o s ((k/2 ) S h(t )d t )} = Ac'{- l + c o s (( l/2 )c o s-¹ s ( t ))}

第 1 1式したがって、このスピーカ装置では、前処理回路 3 0は、例えばディジタルシグナルプロセヅサ（D S P) と、 D S Pを動作させるインストラクションゃデ一夕を記憶したメモリからなり、この D S Pは、例えば図 9に示すように、オーディオ信号の逆コサイン値を求める逆コサイン関数演算部 3 1と、逆コサイン関数演算部 3 1の出力を 1/2倍する乗算部 32と、乗算部 3 2の出力のコサイン値を求めるコサイン関数演算部 33を備え、第 1 1式に対応した信号処理を実行する。すなわち、逆コサイン関数演算部 3 1は、オーディォ信号源 2からのオーディオ信号に逆コサイン関数処理を施し、乗算部 3 2は、得られる結果を 1/2倍し、コサイン関数演算部 3 3は、乗算器 3 2の出力のコサイン値を求める。

ところで、第 1 1式の第 2項のは、次に示す第 1 2式に示すように変形することができる。

c o s (( l/2 )c o s~¹s (t )) = (( l + s (t ))/2 )^1/2

第 1 2式したがって、前処理回路 30は、例えば図 1 0に示すように、ォ一ディォ信号に直流オフセットを与える直流オフセット付加部 34 と、直流オフセット付加部 34の出力を 1/2倍する乗算部 3 5と、乗算部 3 5の出力の 2乗根を求める 2乗根演算部 36から構成することができる。このように前処理回路 3 0を構成することにより、 D S Pでは、コサイン関数及び逆コサイン関数を求める演算処理をする必要がなく、 1つの 2乗根を演算する処理を行えば良く、その処理時間及びメモリ容量を少なくすることができる。また、これら /35881

18 の演算処理をハ一ドウエアで行う場合には、回路規模を小さくすることができる。

また、 1 / 2倍する演算は、変調出力の振幅を変化させる作用しかないので、省略することができ、すなわち前処理回路 3 0は、例えば図 1 1に示すように、オーディオ信号に直流オフセ、ソトを与える直流オフセット付加部 3 4と、直流オフセット付加部 3 4の出力の 2乗根を求める 2乗根演算部 3 6から構成することができる。このように前処理回路 3 0を構成することにより、 D S Pでは、コサィン関数及び逆コサイン関数を求める演算処理をする必要がなく、 1つの 2乗根を演算する処理を行えば良く、その処理時間及びメモリ容量を少なくすることができる。また、これらの演算処理をハードウエアで行う場合には、回路規模を小さくすることができる。また、ところで、上述した具体的なスピーカ装置では、搬送波をオーディオ信号で周波数変調して得られる周波数変調信号で超音波発生器 5を駆動するようにしているが、超音波発生器 5は、上述したように、例えば複数の圧電素子からなる。そこで、各圧電素子の前段に補正フィル夕 2 6をそれぞれ設け、超音波発生器全体として、所望の周波数特性及び指向性が得られるようにしてもよい。更に、図 1及び図 2に示す増幅器 4、図 6及び図 7に示す増幅器 2 7を含めて、所望の周波数特性及び指向性が得られるようにしてもよい。また、さらには、この所望の周波数特性が得られるようにする補正処理を、オーディオ信号の段階で行うようにしてもよい。

更に、上述したスピーカ装置を 2台設け、各スビ一力装置に別々のオーディオ信号を入力するとともに、各スピーカ装置の圧電素子の前段に、周波数特性及び位相特性が異なるフィル夕を設けるよう /35881

19 にしてもよい。この場合、例えば同じ位置から互いに異なる指向性を持って音を出すことができ、聴取者の位置によって、聞こえる音を異ならしめることができる。

本発明に係るスピーカ装置は、極めて高い指向性を有するので、特定の位置に向けてオーディォ情報の提供を行うことができる。そこで、オーディォ信号の伝送用接続線等を用いることなく秘話機能を備えたオーディオ信号送信装置を構成することができる。

このオーディオ信号送信装置は、例えば図 8に示すように、ォ一ディォ信号を出力するオーディオ信号源 4 1と、オーディオ信号を微分して得られる信号で搬送波を周波数変調するプリプロセッサ 4 2と、プリプロセッサ 42からの周波数変調信号によって駆動される超音波発生器 44と、可聴帯域のマイクロホン 45と、マイクロホン 45からの信号に逆コサイン関数処理を施すポストプロセッサ 46を備える。

プリプロセッサ 42は、例えば前述した図 6に示すスピーカ装置を構成している増幅器 2 1乃至補正フィル夕 26からなり、搬送波をオーディオ信号で周波数変調して得られる周波数変調信号で、増幅器 43を介して超音波発生器 44を駆動する。したがって、超音波発生器 44から放出される音波のうちで差周波数歪みによって人間が聞くことができる音は、前述した第 5式の第 4項、すなわち以下に示す第 13式で表される。

y(t )=c o s(Aw_ct +Ae_c + Ak S h(t )d t ) 第 13式マイクロホン 45は、可聴帯域の音を検出するものであるので、この第 13式で表される信号 y ( t ) を出力する。ポストプロセヅサ 46は、第 14式に対応した信号処理を行い、元のオーディオ信 /35881

20 号 h( t )を復元する。

k h(t ) = [d/d t { c o s -¹y( t )}-Ao _t] 第 1 4式そして、利用者は、例えばヘッドホンを用いて、ポストプロセッサ 4 6から出力される信号を再生すると、元のオーディオ信号に対応した音を聞くことができる。ところで、超音波発生器 44とマイクロホン 4 5の間にいる第三者は、歪みが大きく、音の内容を理解することができない。また、超音波発生器 44が向けられていない、すなわち指向性の範囲外の第三者も音を聞くことができない。したがって、このオーディオ信号送信装置では、オーディオ信号の内容を第三者に傍受されることがない。

ここで、上述した所望の周波数特性を得るための補正処理の具体的な例について説明する。

例えば図 7に示すスピー力装置では、オーディオ信号で周波数変調した後、その信号を前処理回路 3 0の出力で振幅変調していることから、変調度を同じ大きさとすると、周波数変調器 3 a , 3 bの出力（以下、単に変調器出力という。） h(t)は、以下に示す第 1 5 式で表すことができ、振幅変調器 2 8 a , 2 813の出カ（ 1: )は第 1 6式で表すことができる。

h( t )二 c o s (( l/2 )c o s— ' s (t )) 第 1 5式 g( t )=h( t )c ο 8 (ω ο ΐ +Θ ) 第 1 6式

なお、第 1 5式において、変調度を同じとすると、変調度の和は 0となることから余弦関数の中の周波数変調項はなくなり、第 1 6 式全体としては振幅変調のみとなる。

前処理回路 3 0の出力である h( t )のフーリエ変換を以下に示す第 1 7式に示すように Η(ω)とすると、第 1 6式で表される変調出 /35881

21 力 g ( t )は、 Η(ω )を用いて以下に示す第 1 8式のようになる。

Η(ω) = I h(t)e^^jffltdt 第 1フ式

G(w )二（Η(ω + η)+ Η(ω— coc)) 第 1 8式

更に、信号 g( t )の 2乗歪み g₂( t )とそのフーリエ変換は、以下に示す第 1 9式、第 2 0式で表される。

g ₂( t )二（g( t ))² 第 1 9式

G(ro) =— f G(k)G(co - k)

1 1

―'丁 (H(k + ω (ω一 k + + H(k一 &M&— k一 ω。）

2π 4 ^J-

+ H(k +ω.)Η(ω - k - ω,) + H(k - ω=)Η(ω— k + o。)}dk 第 20式ここで、以下に示す第 2 1式及び第 2 2式に示すように、 Η(ω ) が角周波数 ω₃で帯域制限され、主にオーディォ帯域に分布するともとし、また、変調の中心周波数は、 w_sの 2倍以上の超音波帯域であるとすると、

Η(ω)= 0 第 2 1式

ω ο> 2 ω_Β 第 2 2式

第 2 0式の 4つの項について、

Η( · )Η( · )≠ 0 第 2 3式

第 2 3式となる条件は、以下のようになる。

— 2 ω_Ε- 2 ω₃≤ω≤— 2 ω_ΰ+ 2 ω_Β H(k -W c) Η(ω- k— ω。）

H(k + w_c)H(w-k— Wc) - 2 ω₅≤ω≤ + 2 ω₃ H(k— ω。）Η(ω- k + o _c) - 2 ω₅≤ω≤ + 2 ω_Β そして、ここで扱う対象は、 2乗歪みのオーディオ帯域成分（差周波数）であるから、第 2 0式において、超音波帯域（± 2 ω。一 2 ω₃≤ω^± 2 ω。+ 2 ω₃) に成分が分布している最初の 2項を無視し、可聴帯域（一 2 ω₃≤ω≤ + 2 ω₅) 近辺に成分が分布している最後の 2項だけに注目すると、以下に示す第 24式が得られる。

G co) =——'丁 I {H(k +ω。)Η(ω一 k一 ω H(k— ω (ω— k + co。)}dk

2π 4.

丄丄

f H(k +ωο)Η(ω - k -©_c)dk + Γ H(k— _ω.)Η(ω - k 2π 4 Lf-∞ J- (o 1 -k - ro dk + | H(k— ω)Η(ω -- k +■ ω )dk

2π 4 If H(k +ω=)Η(ω - k)dk + ΗΜ ίω一 k)dk

— -Γ H(k)H(_W -k)dk 第 24式

2π 2^-<*

振幅変調器 2 8 a , 2 81)の出カ（セ）が、そのままの特性で超音波発生器 5から放出され、空気中で発生したその 2乗歪みの差周波数成分が基づいてのオーディオ信号と一致することが理想的であるが、実際には超音波発生器 5やその前段の増幅器 2 7の特性により、信号 g( t )に対応した音が発生されない。ここで、信号 g(t ) の特性を変化させる特性をスピーカ特性 a( t )とする。

スピーカ出力、すなわち超音波発生器 5の出力 x( t )は、以下に示す第 2 5式及び第 2 6式に示すように、信号 g( t )とスピーカ特性 a ( t )の畳み込みで表される。

x(t )= a(t )* g( t ) 第 2 5式

Χ(ω) = Α(ω)σ(ω) 第 2 6式 _Λ„,„₀₀, PCT/JP98/06008 99/35881

23 なお、第 2 5式において、 *は畳み込み演算を表す。

第 2 6式のスピーカ出力 Χ(ω)においてスピーカ特性 a ( t )の影響をなくすには、少なくとも変調器出力 G(w)が分布する帯域においてスピーカ特性 a(t )とは逆の特性を有するフィル夕を、スピ一力の前段に付加すればよい。具体的には、例えば図 1 2に示すように、振幅変調器 28の出力に、超音波発生器 5の特性とは逆の特性を有する補正フィルタ 1 2 6を挿入し、超音波発生器 5に対して、以下に示す第 2 7式で示す信号を入力する。

G_a(w) = A— '(w)G(w) 第 2 7式

また、ここで、所望の周波数特性が得られるようにする補正処理を、オーディオ信号の段階で行う具体例について説明する。

上記第 20式に示した G"w)の展開と同様に、 I ω I ≤ 2 ω₃等の条件を用いながら、 2乗歪み χ ₂( t )のオーディォ帯域の成分を求めると、以下に示す第 2 9式が得られる。

χ ₂( t ) = (χ ₂( t ))² 第 2 8式

Χ,(ω) =丄厂 X(k)X(© -k)dk

2π

ニ丄厂 A(k)A(ro - k)-G(k)G(ro― k)dk

•{H(k +ωο)Η(ω - k - ω H(k - ω (ω一 k +cajdk

1 1 r«¾

ニ .丁 I (A(k一 ωο)Α(ω -k + ω₅) +A(k + ακ)Α(ω— k—

2π 4 J

■H(k +ω»)Η(ω -k)dk 第 29式第 2 8式の展開の流れを簡単に述べると、「信号 H(k)で ω。を中心に変調した効果をスピーカ特性 A(k)の式に移動させた」こととなる。第 29式におけるスピーカ特性の A(k— ω。）、 A(k + ωο) が変調効果を有するスピーカ特性に相当する。

このスピーカ特性は、図 1 4 (C) に示すように、変調角周波数 ±ω。にピークがある平坦でないパワー特性を有する。しかも、その特性は、ピークの両側で異なったカーブを有する。図 1 4 ( C) に示す特性は、一般的な超音波圧電素子の特性を簡単に模擬したものであるが、パワーをデシベル表示した場合、近似的には直線的な傾斜を有する。

このような非対称的なスピーカ特性を、オーディオ帯域、すなわち例えば図 1 3に示すように前処理回路 3 0の出力において補正するためには、図 14 (D) に示すように、同時に 2種類の特性を補正する必要がある。これを簡単に実現するには、

• 変調周波数（搬送波の周波数）の両側で対照的なパワーカーブを冇する圧電素子を選択する。

• 変調処理又はその後に、対称性を確保する補正を行う。

などの方法が考えられる。

変調処理又はその後段での対称性を確保する補正は、次に示す第 30式を満たすことであり、以下に示す第 3 1式が成立する。

A(k -ωο) = A(k + ω_ε) 第 3 0式

A(k— ω。)Α(ω— k + )_c) + A(k + 6 _c)A(o;— k— W e)

= 2 A(k + w_c)A(w— k + Wc) 第 3 1式そして、スピーカ出力の 2乗歪みを示す上述の第 29式は、第 3 2式に変形することができ、スピーカ特性 A(k)を振幅変調器 2 8 の入力信号 H(k)とまとめて処理することができる。 Χ_?(ω) =— · Γ 2A(k +ω=)Α(ω - k + ω.) · H(k)H(ro -k)dk

2π 4

=— ·τ 2A(k )H(k)-A(ro -k + ω_Ε)·Η(ω -k)dk 第 32式

2π 4 ^J—

これにより、オーディォ帯域に分布するように変換されたスピ一力特性 A(k + w(.)の I k I ≤ω₃の帯域における逆特性 A '(k + ω _c)を Η(ω)に掛け、以下に示す第 3 2式で得られる新たな Η"ω)を振幅変調器 2 8の入力とする。具体的には、例えば図 1 3に示すように、上述した逆特性 A k + ω。）の補正フィル夕 2 2 6を、前処理回路 3 0と振幅変調器 2 8の間に設けるようにする。

次に、上述した本発明に係るスピーカ装置が適用されるいくつかの例を挙げて説明する。

図 1 5は、自動車内に取り付けられたルームミラ一 6 0に本発明に係るスピーカ装置の複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 6 1を取り付けたものである。このとき、超音波発生器 6 1は、複数の圧電素子 50をルームミラ一 6 0の下側縁に沿って 2列に配列したものである。

自動車のルームミラ一6 0は、一般に運転者 62の方向に向けられているので、超音波発生器 6 1を運転者 6 2に向けておくことができ、超音波発生器 6 1から放出される超音波を運転者 6 2に集中させ、運転者 6 2のみに音の聴取を行わせることができる。したがつて、必要なオーディオ情報を運転者 6 2のみに聴取させるスピ一力装置とすることができる。

また、超音波発生器 6 1から放出される超音波は指向性が高いので、ルームミラ一 6 0の一部にマイクロホン 63を設けることにより、ハンズフリー方式の通信装置の音声入出力装置を構成することができる。このとき、超音波発生器 6 1から放出される超音波は指向性が極めて高いので、超音波発生器 6 1の近傍にマイクロホン 6 3を配置しても、超音波発生器 6 1から放出された超音波音がマイクロホン 6 3に入力されることがなくノ、ゥリングを発生させるようなことがない。また、超音波発生器 6 1から放出される超音波は運転者 6 2に集中されるので、オーディオ情報を同乗者 6 4に聴取されることを防止することができ、少なくとも受信側のオーディォ情報の秘話性を確保できる。

また、超音波発生器 6 1を構成する各圧電素子 5 0を例えば複数の組を構成するように組み合わせるとともに、各組を構成する圧電素子 5 0の前段にフィル夕を設け、各組の圧電素子 5 0の周波数特性及び位相特性を異なるようにすることにより、各組の圧電素子 5 0から放出される超音波の波面を特定方向に合わせることができ、運転者 6 2と同乗者 6 4にそれぞれ異なる音声や楽音を聴取させることができる。

また、図 1 6は、本発明に係るスピーカ装置を会議システムに適用した例を示す。この会議システムは、会議用テ一ブル 7 1上に複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 7 2とマイクロホン 7 3を 1組として一定間隔を隔て複数組み配置したものである。このように複数の超音波発生器 7 2を配置することにより、各超音波発生器 7 2から放出されるオーディオ情報を各超音波発生器 7 2に対向する受聴者 7 4に集中させることができ、各受聴者 7 4にそれそれ異なった情報、例えば受聴者の母国語が異なるような場合、それぞれ異なった言語の情報を互いに隣席する受聴者 7 4に提供することができる。 9/35881

27 更に、図 1 7は、本発明に係るスピーカ装置をテレビジョン型電話装置に適用した例を示す。このテレビジョン型電話装置は、受像機 8 1の上部に、複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 8 2 とマイクロホン 8 3を配置したものである。超音波発生器 8 2 から放出される超音波は指向性が極めて高いので、超音波発生器 8 2を使用者 8 4に向け、この超音波発生器 8 2の近傍にマイクロホン 8 3を配置しても、超音波発生器 8 2から放出された超音波音がマイクロホン 8 3に入力されることがなくハウリングを発生させるようなことがなく、ハンズフリー方式の音声入出力装置を構成することができる。

更にまた、図 1 8は、本発明に係るスピーカ装置を飛行機やバスなどの乗り物に組み込まれる音響装置に適用した例を示す。この音響装置を構成するスピーカ装置の複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 9 1は、各座席 9 2に座る受聴者 9 3に向かうように配置されている。このように超音波発生器 9 1を配置することにより、秘話型のへッドホン等を用いることなく所望の受聴者 9 3のみにオーディオ情報を提供することができる。

次に、図 1 9は、本発明に係るスピーカ装置を投写型のビデオプロジェク夕に適用した例を示す。このビデオプロジェクタは、プロジェク夕本体 1 0 1内に、複数の圧電素子 5 0を組み合わせた複数組の超音波発生器 1 0 2を配置したものである。このとき、プロジェク夕本体 1 0 1内に配置された各超音波発生器 1 0 2は、ビデオプロジェクタの投射面となるスクリーン面 1 0 3やその他の壁面に向けられている。各超音波発生器 1 0 2からスクリーン面 1 0 3や壁面に向けて超音波を放出すると、これら超音波発生器 1 0 2から放出された超音波が反射する箇所に可聴音の音像を定位させることができる。

そこで、各超音波発生器 1 0 2からマルチチャンネル音源の右チヤンネル用、左チャンネル用、中央チャンネル用、サラウンド用の右チヤンネル用、サラウンド用の左チヤンネル用の各オーディォ信号に応じた超音波を放出するようにすることにより、視聴者 1 0 4 にマルチチャンネル音源の再生音響を提供できる。

更に次ぎに、図 2 0は、本発明に係るスピーカ装置を液晶表示装置やプラズマディスプレイ等の薄型の映像表示装置 1 1 0を用いた映像音響装置に適用した例を示す。この映像音響装置を構成するスピ一力装置は、照明具 1 1 1を備え天井から吊り下げられる照明機器 1 1 2の照明反射板 1 1 3に複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 1 4を取り付けたものである。超音波発生器 1 1 4 を構成する各圧電素子 5 0は一定の方向を向けて照明反射板 1 1 3 に取り付けられている。このとき、超音波発生器 1 1 4を構成する各圧電素子 5 0を例えば複数の組を構成するように組み合わせるとともに、各組を構成する圧電素子 5 0の前段にフィル夕を設け、各組の圧電素子 5 0の周波数特性及び位相特性を異なるようにすることにより、各組の圧電素子 5 0の指向性を正面以外の方向に向かせるようにしている。

このように、各圧電素子 5 0から放出される超音波の指向方向を変更することにより、複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 1 4から、マルチチャンネル音源の右チャンネル用、左チヤンネル用、中央チャンネル用、サラウンド用の右チャンネル用、サラウンド用の左チャンネル用の各オーディオ信号に応じた超音波を放出するようにすることにより、視聴者 1 1 5にマルチチヤンネル音源の再生音響を提供できる。

そして、図 2 1は、本発明に係るスピーカ装置をオーバーヘッドプロジヱク夕の指標装置 1 2 1に適用した例を示す。この指標装置 1 2 1は、レーザ光 1 2 2を出射し、レーザ光 1 2 2によって表示面 1 2 3の所定位置を指標するものであって、この指標装置 1 2 1 のレーザ光の出射面側に複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 2 4を配置したものである。このように、指標装置 1 2 1 に超音波発生器 1 2 4を組み込むことにより、説明者 1 2 5がレーザ光 1 2 2で指標する位置 1 2 2 aに超音波を放出して指標位置で反射させることで指標位置 1 2 2 aに音像を定位させることができ, レーザ光の指標に音を組み合わせ効果的な情報提供を行うことができる。

次に、図 2 2は、本発明に係るスピーカ装置を多言語の情報が記録された情報記録媒体を再生する再生機 1 3 1に適用したものである。この再生機 1 3 1は、受像部 1 3 2を備えた機器本体 1 3 3の上縁に沿って複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 3 4を配置したものである。この超音波発生器 1 3 4は、複数の圧電素子 5 0を 2組の超音波発生器群 1 3 4 a， 1 3 4 bとして構成し、各超音波発生器群 1 3 4 a , 1 3 4 bを異なる例えば各言語に応じたオーディオ信号により変調された？変調信号によって駆動することにより、複数の視聴者 1 3 5に所望の言語の音声をそれぞれ独立して聴取させることができる。

更に、図 2 3は、本発明に係るスピーカ装置を 2画面型のテレビジョン受像機 1 4 1に適用したものである。このテレビジョン受像 9/35881

30 機 1 4 1は、受像機本体 1 4 2の上縁に沿って複数の圧電素子 5 0 を組み合わせた超音波発生器 1 4 4を配置したものである。この超音波発生器 1 4 4を構成する複数の圧電素子 5 0を各受像画面 1 4 l a , 1 4 1 bに対応して 2組の超音波発生器群 1 4 4 a , 1 4 4 bとして組み合わせる。そして、各超音波発生器群 1 4 4 a , 1 4 4 bから各受像画面 1 4 1 a， 1 4 1 bに対応するオーディオ信号により変調された？変調信号により駆動することにより、各受像画面 1 4 1 a， 1 4 1 bに表示される映像に対応する音声を各視聴者 1 4 5に相互に影響を与えることなく提供することができる。

更にまた、図 2 4は、本発明に係るスピーカ装置をテレビジョン受像機 1 5 1に適用したものである。このテレビジョン受像機 1 5 1は、受像機本体 1 5 2の上縁に沿って複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 5 4を配置したものである。ここで、超音波発生器 1 5 4の各圧電素子 5 0の指向性を聴取者 1 5 5の左右の耳にそれぞれ向けるようにし、バイノーラルで収録したォ一ディォ信号を上述したように周波数変調した？変調信号により各圧電素子 5 0を駆動することによりへヅドホンを用いることなく立体音響の聴取が可能となる。

前述した図 2 2及び図 2 3に示す再生機 1 3 1又はテレビジョン受像機 1 4 1に適用したスピーカ装置においても、同様に、各圧電素子 5 0の指向性を聴取者の左右の耳にそれぞれ向けるようにし、バイノ一ラルで収録したオーディオ信号を上述したように周波数変調した変調信号により各圧電素子 5 0を駆動することによりヘッドホンを用いることなく立体音響の聴取が可能となる。

そして、図 2 5は、本発明に係るスピーカ装置を美術館や博物館 /35881

31 の展示室に適用したものであり、展示物 1 6 1が展示される位置の天井に複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 6 2を配置している。このとき、超音波発生器 1 6 2の指向性を展示物の前面に向けることにより、当該展示物 1 6 1を鑑賞する鑑賞者 1 6 3 のみが再生音を聴取することができ、その他の場所を静粛にし、展示室の音響環境を良好にすることができる。

次に、図 2 6に示すスピーカ装置は、複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 7 1からの超音波を離間した位置に配置した振動板 1 7 2 , 1 7 3に向けて放出し、これら振動板 1 7 2， 1 7 3で超音波を反射させることによって可聴帯域の再生音響を得るようにしたものである。各振動板 1 7 2 , 1 7 3は、枠体 1 7 2 a : 1 7 3 aにフイルム等を一定の張力を与えて張ったものである。このように構成することにより、振動板 1 7 2 , 1 7 3側に電源や駆動部を設ける必要がなくなり、設置場所の選択を広げることができる。

この振動板 1 7 2， 1 7 3に意匠を施すことにより、室内の建具等として利用することが可能となる。

更に、図 2 7は、本発明に係るスピーカ装置をテレビジョン受像機 1 8 1に適用し、視聴者 1 8 2を追尾し、視聴者 1 8 2の位置に合わせ指向性を可変するようにしたものである。このテレビジョン受像機 1 8 1は、受像機本体 1 8 3の上縁に沿って複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 8 4を配置し、更に超音波発生器 1 8 4の上縁に沿って視聴者 1 8 2の位置を検出する位置検出手段 1 8 5を配置したものである。位置検出手段 1 8 5の検出出力に応じて超音波発生器 1 8 4の指向性を可変することにより視聴者 1 8 2の位置に合わせて超音波を放出するようにしたものである。このとき、複数の圧電素子 5 0は、受像機本体 1 8 3の上縁に沿って 2列に配置されている。

更にまた、図 2 8は、本発明に係るスピ一力装置をテレビジョン受像機 1 9 1に適用した他の例を示すものであって、回動若しくは移動する手段を持ち、画像処理によって特定のものを認識し、その特定のものに追従するようにした撮像追尾機構 1 9 2を受像機本体 1 9 3の上面に設置し、この撮像追尾機構 1 9 2の一部に複数の圧電素子 5 0を組み合わせた超音波発生器 1 9 4を取り付けたものである。

なお、超音波発生器 1 9 4を構成する複数の圧電素？ 5 0は、撮像追尾機構 1 9 2の両側に 1組ずつ配置される。

このように特定のものに追従するようにした撮像追尾機構 1 9 2 と一体に回動若しくは移動するように超音波発生器 1 9 4を取り付けることにより、視聴者 1 9 5のみにオーディオ情報を提供することが可能となる。産業上の利用可能性本発明に係るスピーカ装置は、音源から出力されるオーディオ信号を変調手段により少なくとも可聴帯域より高い周波数帯域の信号に周波数変調し、変調手段からの周波数変調された信号によって超音波発生素子を駆動し、この超音波発生素子からの超音波を空間若しくは振動面に反射させて可聴音を得るようにしているので、極めて高い指向性が得られ、音像定位を所望する位置に自在に設定することができる。

このスピーカ装置を用いたオーディオ信号送受信装置は、極めて高い指向性が得られるので、良好な秘話特性をもってオーディオ信号の送受信を行うことができる。

Claims

34 請求の範囲

1 . オーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の信^に周波数変調する変調手段と、

上記変調手段からの出力信号によって駆動される少なくとも一つの超音波発生素子と備えてなるスピーカ装置。

2 . 上記変調手段は、上記オーディオ信号を第 1の周波数に基づいて周波数変調された第 1の信号と上記オーディオ信号を上記第 1の周波数とは異なる周波数の第 2の周波数に基づいて周波数変調された第 2の信号とに変調する請求の範囲第 1項記載のスピ一力装置。

3 . 上記装置は、複数の超音波発生素子を備え、上記複数の超音波発生素子のうちの一部の超音波素子には上記第 1の信号が供給されると共に残りの超音波発生素子には上記第 2の信号が供給される請求の範囲第 1項記載のスピーカ装置。

4 . 上記装置は、更に上記オーディオ信号を微分する微分処理部を備えていると共に、上記変調手段は第 1及び第 2の変調部を備え、上記第 1及び第 2の変調部のいずれか一方の変調部には上記微分処理部からの出力信号が供給されると共に他方の変調部には上記微分処理部からの出力信号の極性を反転させた信号が供給される請求の範囲第 1項記載のスピーカ装置。

5 . 上記装置は、更に上記第 1及び第 2の変調部のうちのいずれか一方の変調部に上記微分処理部からの出力信号の直流レベルをシフ卜させた信号を供給する第 1の回路部と上記他方の変調部に上記微分処理部からの出力信号の極性を反転させ、且つ直流レベルをシフ卜させた信号を供給する第 2の回路部を備えている請求の範囲第 4 項記載のスピーカ装置。

6 . 上記装置は、更にオーディオ信号に前処理を施す前処理手段を備えていると共に、上記変調手段は更にヒ記第 1の変調部からの出力信号を搬送波とし上記前処理手段からの出力^ を振幅変調する第 1の振幅変調部と上記第 2の変調部からの出力信号を搬送波とし上記前処理手段からの出力信号を振幅変調する第 2の振幅変調部とを備えている請求の範囲第 5項記載のスピー力装置。

7 . 上記前処理手段は、上記オーディオ信号の逆コサイン値を求める第 1の信号処理部と上記第 1の信号処理部からの出力を 1 / 2倍する第 2の信号処理部と上記第 2の信号処理部からの出力のコサイン値を求める第 3の信号処理部とを備えている請求の範囲第 6項記載のスピーカ装置。

8 . 上記前処理手段は、上記オーディオ信号に直流オフセットを与える第 1の信号処理部と上記第 2の信号処理部からの出力のコサイン値を求める第 3の信号処理部とを備えている請求の範囲第 6項記載のスピーカ装置。

9 . 上記前処理手段は、上記オーディオ信号に直流オフセットを与える第 1の信号処理部と上記第 1の信号処理部からの出力の二乗根を求める第 2の信号処理部とを備えている請求の範囲第 6項記載のスビーカ装置。

1 0 . 上記装置は、更に上記変調手段と上記超音波発生素子との間に配される補正フィル夕を備えている請求の範囲第 6項記載のスビ一力装置。

1 1 . 上記補正フィル夕は、上記変調手段から出力される出力信号のうち上記超音波発生素子の共振周波数成分を抑圧するものである請求の範囲第 1 0項記載のスピーカ装置。

1 2 . 上記補正フィル夕は、少なくとも上記第 1及び第 2の振幅変調部からの出力が分布する周波数帯域で上記スピー力装置の逆の特性を有するフィル夕である請求の範囲第 1 0項記載のスピーカ装置,

1 3 . 上記装置は、更に上記変調手段と上記超音波発生素子との間に配されるハイパスフィル夕を備えている請求の範囲第 1項記載のスピー力装置。

1 4 . 上記装置は、更に上記変調手段と上記ハイパスフィル夕との間に配される補正フィル夕を備えている請求の範囲第 1 3項記載のスピー力装置。

1 5 . 上記補正フィル夕は、上記変調手段から出力される出力信号のうち上記超音波発生素子の共振周波数成分を抑圧するものである請求の範囲第 1 4項記載のスピーカ装置。

1 6 . オーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号に周波数変調する変調手段と、

上記変調手段からの出力信号によって駆動される少なくとも一つの超音波発生素子と

上記変調手段と上記超音波発生素子との間に配される補正手段とを備えてなるスピーカ装置。

1 7 . 上記補正手段は、上記変調手段から出力される出力信号のうち上記超音波発生素子の共振周波数成分を抑圧するフィル夕から構成されてなる請求の範囲第 1 6項記載のスピーカ装置。

1 8 . 第 1及び第 2の変調部を備え、上記第 1及び第 2の変調部のいずれか一方の変調部にはオーディオ信号が供給されるとともに他 „,，'₀₀， PCT/JP98/060089/35881

37 方の変調部には上記オーディオ信号を反転させた信号が供給され、上記オーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数の信号に周波数変調する変調手段と、

上記変調手段からの出力信号によって駆動される超音波発生部とを備え、

上記超音波発生部は、上記第 1の変調部からの出力信号に基づいて駆動される複数の超音波発生素子からなる第 1の発生部と上記第 2の変調部からの出力信号に基づいて駆動される複数の超音波発生素子からなる第 2の発生部とを有してなるスピーカ装置。

超音波発生部とを備えてなる、

1 9 . 上記装置は、更に上記変調手段と上記超音波発生素子との間に配されるハイパスフィル夕手段を備えている請求の範囲第 1 8項記載のスピー力装置。

2 0 . 上記装置は、更に上記オーディオ信号の振幅を反転させる反転回路部を備えている請求の範囲第 1 9項記載のスピーカ装置。

2 1 . 上記第 1及び第 2の変調部は、同一の搬送波に基づいて周波数変調を行う請求の範囲第 1 8項記載のスピーカ装置。

2 2 . 上記超音波発生素子は、圧電素子から構成されている請求の範囲第 1 8項記載のスピーカ装置。

2 3 . オーディオ信号を微分した信号で搬送波を周波数変調する変調手段と、

上記変調手段からの出力信号に基づいて駆動される超音波発生部と、

上記超音波発生部から出力される音波を検出するマイクロホンと、上記マイクロホンからの出力信号に逆コサイン関数処理を施す演算部とを備えてなるオーディオ信号送受信装置。

2 4 . 上記マイクロホンは、上記超音波発生部から出力される可聴周波数帯域の音波を検出する請求の範囲第 2 3項記載のオーディオ信号送受信装置。

2 5 . 少なくとも一つの超音波発生素子を有するスピー装置の駆動方法において、

入力されたオーディオ信号を少なくとも可聴周波数帯域よりも高い周波数帯域の信号に周波数変調し、

次いで、上記周波数変調された信号によって上記超音波発生素子を駆動するスピー装置の駆動方法。

2 6 . 上記オーディオ信号を第 1の周波数に基づいて周波数変調された第 1の信号と上記オーディオ信号を第 1の周波数とは異なる第 2の周波数に基づいて周波数変調された第 2の信号とに変調する請求の範囲第 2 5項記載のスピ一装置の駆動方法。

2 7 . 上記スピー装置は、複数の超音波発生素子を備え、上記スピ一装置の上記複数の超音波発生素子のうちの一部の超音波発生素子に上記第 1の信号が供給され、残りの超音波発生素子には上記第 2 の信号が供給される請求の範囲第 2 6項記載のスピー装置の駆動方法。

2 8 . 上記オーディオ信号を微分し、上記微分した信号に周波数変調を施した第 1の信号と、上記微分した信号の極性を反転させた信号に周波数変調を施した第 2の信号とに基づいて上記超音波発生素子を駆動する請求の範囲第 2 5項記載のスピ一装置の駆動方法。

2 9 . 上記オーディオ信号を微分し、上記微分した信号の直流レべルがシフ卜された信号に周波数変調を施した第 1の信号と、上記微 /35881

39 分した信号の極性を反転させ且つ直流レベルがシフトされた信号に周波数変調を施した第 2の信号とに基づいて上記超音波発生素子を駆動する請求の範囲第 2 5項記載のスピー装置の駆動方法。

3 0 . 更に上記第 1の信号を搬送波とし、上記オーディオ信号に前処理が施された信号を振幅変調した第 1の振幅変調信号と、上記第 2の信号を搬送波とし、上記オーディオ信号に前処理が施された信号を振幅変調した第 2の振幅変調信号とに基づいて上記超音波発生素子を駆動する請求の範囲第 2 5項記載のスピー装置の駆動方法。

3 1 . 上記オーディオ信号の逆コサイン値を求め、上記求められた逆コサイン値を 1 / 2倍し、上記 1 / 2倍された逆コサイン値からコサイン値を求めることによって上記オーディオ信号に前処理を施す請求の範囲第 3 0項記載のスピ一装置の駆動方法。

3 2 . 上記オーディオ信号に直流オフセットを与え、上記直流オフセッ卜が与えられた出力を 1 / 2倍し、上記 1 / 2倍された逆コサィン値からコサイン値を求めることによって上記オーディオ信号に前処理を施す請求の範囲第 3 0項記載のスピー装置の駆動方法。

3 3 . 上記前処理手段は、上記オーディオ信号に直流オフセットを与え、上記直流オフセッ卜が与えられた出力の二乗根を求めることによって上記オーディオ信号に前処理を施す請求の範囲第 3 0項記載のスピ一装置の駆動方法。

3 4 . 更に上記第 1及び第 2の振幅変調信号のうち上記超音波発生素子の共振周波数成分を抑圧する請求の範囲第 3 0項記載のスピ一装置の駆動方法。

3 5 . 少なくとも上記第 1及び第 2の振幅変調信号が分布する周波数帯域で上記スピ一装置の逆の特性を有するフィル夕で上記第 1及び第 2の振幅変調信号を補正する請求の範囲第 3 0項記載のスピー装置の駆動方法。

3 6 . 更に上記周波数変調された信号をハイパスフィル夕を介して t記超音波発生素子に供給する請求の範囲第 2 5項記載のスピ一装置の駆動方法。

3 7 . 更に上記周波数変調された信号のうち上記上記超音波発生素子の共振周波数成分を抑圧するものである請求の範囲第 3 6項記載のスピー装置の駆動方法。