WO2013121489A1 - 電気音響変換器及び電子機器 - Google Patents

Abstract

　電気音響変換器（１００）は、超音波を放射する放射装置（１０）と、放射装置（１０）にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する入力部（２０）を有する。放射装置（１０）は、一方の面が放射装置（１０）の表側を向くように配置され、両面から超音波を発振する振動板（３１）と、振動板（３１）の他方の面から発振される超音波を放射装置（１０）の表側へ導く音道（４１）を有する。入力部（２０）は、振動板（３１）に変調信号を入力することによって、振動板（３１）より超音波を発振させる。音道（４１）を通して放射装置（１０）の表側へ放射される超音波（５２）の位相と、振動板（３１）の一方の面から発振されて放射装置（１０）の表側へ放射される超音波（５１）の位相と、が同相となるように、音道（４１）の長さ（Ｌ１）が設定されている。

Description

電気音響変換器及び電子機器

　本発明は、電気音響変換器及び電子機器に関する。

　ＡＭ変調、ＦＭ変調などの変調方式で変調した超音波を搬送波として放射し、空気の疎密現象を利用して搬送波を復調して可聴音（復調音）を再生（生成）する、パラメトリックスピーカが開発されている。

　パラメトリックスピーカは、超音波を利用するため高い指向性をもつ音響デバイスである。その応用例としては、ユーザーのみに音を伝播するプライバシー音源の実現などがある。

　パラメトリックスピーカでは、空気の非線形現象を利用し復調音を生成するため、搬送波から可聴音へ変換する際に音圧レベルが著しく低下する。すなわちパラメトリックスピーカでは搬送波から可聴音への変換効率が低い。一般的には、搬送波から可聴音へ変換する際における音圧レベルの減衰量は４０ｄＢといわれている。

　なお、特許文献１乃至３には、可聴音の低音域を拡大するバスレフスピーカについて記載されているが、パラメトリックスピーカに関する記載は無い。

特開２００３－２９９１６８号公報 特開平０６－０３８２８４号公報 特開平１１－１５０７７９号公報

　上記のようにパラメトリックスピーカでは搬送波から可聴音への変換効率が低い。したがって、パラメトリックスピーカにおいて十分な音圧レベルの可聴音を再生するためには、超音波を放射する放射装置の高効率化が望まれる。

　放射装置の音圧レベルは、超音波を発振する振動板の体積排除量と正の相関がある。このため、音圧レベルを向上させる方策としては、振動板の放射面積もしくは振幅を増大させることが挙げられる。

　しかし、振動板の放射面積の増大は、パラメトリックスピーカの体積増大を伴うため、電子機器の大型化を招く。特に携帯端末装置などの小型の電子機器にパラメトリックスピーカを搭載する場合には大きな問題となる。
　また、振動板の振幅の増大は、パラメトリックスピーカの消費電力増大を伴う。

　本発明の目的は、振動板の放射面積もしくは振幅を増大しない場合においても、放射する音波の音圧レベルを向上することが可能な、電気音響変換器及び電子機器を提供することにある。

　本発明は、超音波を放射する放射装置と、
　前記放射装置にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する入力部と、
　を有し、
　前記放射装置は、
　一方の面が前記放射装置の表側を向くように配置され、両面から超音波を発振する振動板と、
　前記振動板の他方の面から発振される超音波を前記放射装置の表側へ導く音道と、
　を有し、
　前記入力部は、前記振動板に前記変調信号を入力することによって、前記振動板より超音波を発振させ、
　前記音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、前記振動板の前記一方の面から発振されて前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、が同相となるように、前記音道の長さが設定されていることを特徴とする電気音響変換器を提供する。

　また、本発明は、電気音響変換器を有し、
　前記電気音響変換器は、
　超音波を放射する放射装置と、
　前記放射装置にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する入力部と、
　を有し、
　前記放射装置は、
　一方の面が前記放射装置の表側を向くように配置され、両面から超音波を発振する振動板と、
　前記振動板の他方の面から発振される超音波を前記放射装置の表側へ導く音道と、
　を有し、
　前記入力部は、前記振動板に前記変調信号を入力することによって、前記振動板より超音波を発振させ、
　前記音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、前記振動板の前記一方の面から発振されて前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、が同相となるように、前記音道の長さが設定されていることを特徴とする電子機器を提供する。

　本発明によれば、振動板の放射面積もしくは振幅を増大しない場合においても、電気音響変換器から放射する音波の音圧レベルを向上することができる。

　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

第１の実施形態に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る電気音響変換器のより具体的な構成の一例を示す模式的な断面図である。 第１の実施形態のメカニズムを説明するための模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る電気音響変換器が有する個々の振動板の模式的な断面図である。 圧電振動子の層構造を示す模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る電子機器の模式図である。 第２の実施形態に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。 第３の実施形態に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。 第４の実施形態に係る電気音響変換器の模式的な断面図である。 第５の実施形態に係る電気音響変換器のメカニズムを説明するための図である。

　以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。

　〔第１の実施形態〕
　図１は第１の実施形態に係る電気音響変換器１００の模式的な断面図である。

　本実施形態に係る電気音響変換器１００は、超音波を放射する放射装置１０と、放射装置１０にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する入力部２０と、を有している。放射装置１０は、振動板３１と音道４１とを有している。振動板３１は、その一方の面（表面）が放射装置１０の表側を向くように配置され、振動板３１の両面から超音波を発振する。音道４１は、振動板３１の他方の面（裏面）から発振される超音波を放射装置１０の表側へ導く。入力部２０は、振動板３１に変調信号を入力することによって、振動板３１より超音波を発振させる。音道４１を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５２の位相と、振動板３１の一方の面から発振されて放射装置１０の表側へ放射される超音波５１の位相と、が同相となるように、音道４１の長さＬ１が設定されている。

　よって、放射装置１０の表側からは、互いに同相の超音波５１と超音波５２とが合成された超音波が放射される。すなわち、互いに同相の超音波５１と超音波５２とが干渉することにより音圧レベルが強まる。このため、超音波５１のみを放射装置１０の表側から放射する場合と比べて、放射装置１０の表側から放射される超音波の音圧レベルを向上させることができる。すなわち、振動板３１の放射面積もしくは振幅を増大しない場合においても、放射装置１０の表側から放射する音波の音圧レベルを向上することができる。単純モデルでは、超音波５１のみを放射装置１０の表側から放射する場合と比べて、放射装置１０の表側から放射される超音波の音圧を２倍にすることができる。

　従って、放射装置１０の表側から放射される超音波が復調されて可聴音に変換される際に、音圧レベルが減衰しても、その復調後の可聴音の音圧レベルを十分なものとすることができる。

　振動板３１が発振する超音波の波長をλとすると、音道４１の長さＬ１は｛ｎ_１＋（１／２）｝×λ（ｎ_１は０を含む自然数）である。

　放射装置１０は、振動板３１の縁を支持する支持部７０を有している。

　音道４１は、支持部７０に形成されている。すなわち、音道４１は、支持部７０の内壁により画定された通音孔である。

　振動板３１は、例えば、固定部材８０を介して支持部７０に取り付けられている。

　音道４１は、振動板３１の面直方向と平行な方向に延在している。支持部７０には、振動板３１が配置される開口７１が形成されている。例えば、振動板３１の面直方向において、開口７１の端部（開口端７１ａ）の位置と、音道４１の端部４１ａの位置は、互いに等しい。

　以下、より詳細に説明する。

　図２は第１の実施形態に係る電気音響変換器１００のより具体的な構成の一例を示す模式的な断面図である。

　図２の例では、放射装置１０は、第２振動板３２を更に有している。第２振動板３２は、振動板３１の他方の面に対して一方の面（表面）が対向するように配置されている。すなわち、振動板３１と第２振動板３２とは、所定間隔で重ねて配置されている。

　例えば、振動板３１と第２振動板３２との間の空間９１に音道４１が連通している。なお、音道４１は、空間９１を含んで構成されていても良い。

　入力部２０は、第２振動板３２が振動板３１に対して反転した位相で振動して超音波を発振するように、第２振動板３２に変調信号を入力する。

　図３は空間９１において高い音圧レベルが得られるメカニズムを説明するための模式的な断面図であり、放射装置１０の要部を示す。

　上記のように、第２振動板３２は、振動板３１に対して反転した位相で振動して超音波を発振する。このため、振動板３１及び第２振動板３２は、時系列的に、例えば、図３（ａ）の状態、図３（ｂ）の状態、図３（ａ）の状態、図３（ｃ）の状態の順に、繰り返し動作する。つまり、振動板３１と第２振動板３２とが同位相で振動する場合等、第２振動板３２の振動の位相が振動板３１に対して反転していない場合と比べて、空間９１の体積排除量を増大させることができる。

　従って、振動板３１と第２振動板３２との間の空間９１における音圧が高効率となる。単純モデルでは、空間９１における音圧は、振動板３１の一方の面から発振される超音波の音圧（第２振動板３２の他方の面から発振される超音波の音圧）の２倍となる。空間９１における音圧は、音道４１を通して放射される超音波５２の音圧と同等である。

　図２に示すように、放射装置１０は、第２振動板３２の他方の面から発振される超音波を放射装置１０の表側へ導く第２音道４２を有している。第２音道４２を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５３の位相と、音道４１を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５２の位相と、が同相となるように、第２音道４２の長さＬ２が設定されている。すなわち、超音波５１、５２及び５３の位相が何れも同相となるようになっている。

　よって、放射装置１０の表側からは、互いに同相の超音波５１、５２、５３が合成された超音波が放射される。すなわち、互いに同相の超音波５１、５２、５３が合成領域５において干渉することにより音圧レベルが強まる。

　このため、振動板３１の放射面積もしくは振幅を増大しない場合においても、放射装置１０の表側から放射する音波の音圧レベルを向上することができる。単純モデルでは、超音波５１のみを放射装置１０の表側から放射する場合と比べて、放射装置１０の表側から放射される超音波の音圧を４倍にすることができる。

　例えば、第２振動板３２の他方の面（裏面）と支持部７０との間の空間９２に第２音道４２が連通している。なお、第２音道４２は、空間９２を含んで構成されていても良い。

　第２振動板３２が発振する超音波の波長は、振動板３１が発振する超音波の波長に等しい。

　振動板３１及び第２振動板３２が発振する超音波の波長をλとすると、第２音道４２の長さＬ２はｎ_２×λ（ｎ_２は０を含む自然数）である。

　具体的な一例としては、振動板３１及び第２振動板３２が発振する超音波の周波数を５０ｋＨｚとすると、波長λは７ｍｍとなる。この場合、例えば、音道４１の長さＬ１は３．５ｍｍ、第２音道４２の長さＬ２は７ｍｍとすることができる。

　第２音道４２は、支持部７０に形成されている。すなわち、第２音道４２は、支持部７０の内壁により画定された通音孔である。

　第２振動板３２は、例えば、固定部材８０を介して支持部７０に取り付けられている。

　第２音道４２は、振動板３１及び第２振動板３２の面直方向と平行な方向に延在している。例えば、振動板３１及び第２振動板３２の面直方向において、開口端７１ａの位置と、音道４１の端部４１ａの位置と、第２音道４２の端部４２ａの位置は、互いに等しい。

　図４は電気音響変換器１００が有する個々の振動板３０の模式的な断面図である。振動板３０は、振動板３１及び第２振動板３２の各々に相当する。

　振動板３０は、例えば、シート状の振動部材６２と、振動子６３と、を備えている。

　振動子６３は例えば圧電振動子である。振動子６３は、振動部材６２の一方の面に取り付けられている。

　振動部材６２は、振動子６３から発生した振動によって振動し、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。振動子６３も、自身が振動することによって、例えば周波数が２０ｋＨｚ以上の音波を発振する。

　振動部材６２は、振動子６３の基本共振周波数を調整する。機械振動子の基本共振周波数は、負荷重量と、コンプライアンスに依存する。コンプライアンスは振動子の機械剛性であるため、振動部材６２の剛性を制御することにより、振動子６３の基本共振周波数を制御することができる。振動部材６２の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。振動部材６２は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材６２を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である振動子６３に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。

　振動子６３の平面形状は、例えば円形である。ただし振動子６３の平面形状は円形に限定されない。振動子６３は、振動部材６２に対向する面の全面が接着剤によって振動部材６２に固定されている。これにより、振動子６３の片面の全面が振動部材６２によって拘束されている。

　入力部２０は、振動子６３に入力する電気信号、すなわちパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する。変調信号の輸送波は、例えば、周波数が２０ｋＨｚ以上の超音波であり、具体的には、例えば１００ｋＨｚの超音波である。入力部２０は、所定の発振出力となるように振動板３０を制御する。

　ここで、例えば、図３に示すように、振動板３１の振動部材６２に対して振動子６３を貼り付ける面と、第２振動板３２の振動部材６２に対して振動子６３を貼り付ける面とを互いに反対側の面とすることが挙げられる。この場合、振動板３１の振動子６３と第２振動板３２の振動子６３とに対して、同一の変調信号を入力することにより、振動板３１と第２振動板３２とを互いに反転した位相で振動させることができる。

　図５は、振動子６３の厚さ方向の層構造を示す模式的な断面図である。振動子６３は、圧電体６３１、上面電極６３２及び下面電極６３３を有している。

　圧電体６３１は厚さ方向に分極している。圧電体６３１を構成する材料は、圧電効果を有する材料であれば、無機材料及び有機材料のいずれであってもよい。ただし、電気機械変換効率が高い材料、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）であるのが好ましい。圧電体６３１の厚さは、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下である。

　上面電極６３２及び下面電極６３３を構成する材料は特に限定されないが、例えば、銀や銀／パラジウムを使用することができる。銀は低抵抗で汎用的な電極材料として使用されているため、製造プロセスやコストなどに利点がある。銀／パラジウムは耐酸化に優れた低抵抗材料であるため、信頼性の観点から利点がある。また、上面電極６３２及び下面電極６３３の厚さは特に限定されないが、１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましい。

　入力部２０は、例えば、振動板３０の上面電極６３２及び下面電極６３３に対し、パラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する。

　パラメトリックスピーカは、複数の発振源それぞれからＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調をかけた超音波（輸送波）を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音を出現させるものである。ここでの非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することを示す。音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波周波数帯では音波の非線形性が容易に観察できる。そして超音波を空気中に放射した場合、音波の非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中において分子密度に濃淡が生じる疎密状態である。そして空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じる。この衝撃波により可聴音が発生する。

　例えば、電気音響変換器１００を複数個設ける。そして、それら電気音響変換器１００から互いに異なる位相で超音波を発振させ、複数の電気音響変換器１００から放射された超音波を互いに干渉させる。これにより、超音波の指向性を絞り込むことができる。
　ただし、単一の電気音響変換器１００から超音波を放射することによっても、超音波を復調して可聴音を再生することができる。

　図６は本実施形態に係る電子機器の一例としての携帯端末装置１５０の模式図である。

　図６に示すように、携帯端末装置１５０は、筐体１５１と、筐体１５１内に設けられた電気音響変換器１００と、を有している。筐体１５１には、電気音響変換器１００から出力される音波を放音する放音孔（図示略）が形成されている。支持部７０は、例えば、携帯端末装置１５０の回路基板（図示略）又は筐体１５１に固定されている。

　携帯端末装置１５０は、例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、小型ゲーム機器、ラップトップ型パーソナルコンピュータなどである。

　第１の実施形態によれば、音道４１を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５２の位相と、振動板３１の一方の面から発振されて放射装置１０の表側へ放射される超音波５１の位相と、が同相となるように、音道４１の長さＬ１が設定されている。よって、放射装置１０の表側からは、互いに同相の超音波５１と超音波５２とが合成された超音波が放射される。このため、超音波５１のみを放射装置１０の表側から放射する場合と比べて、放射装置１０の表側から放射される超音波の音圧レベルを向上させることができる。すなわち、振動板３１の放射面積もしくは振幅を増大しない場合においても、放射装置１０の表側から放射する音波の音圧レベルを向上することができる。従って、放射装置１０の表側から放射される超音波が復調されて可聴音に変換される際に、音圧レベルが減衰しても、その復調後の可聴音の音圧レベルを十分なものとすることができる。

　ここで、特許文献１乃至３に記載されたような、可聴音の低音域を拡大するバスレフスピーカと、本実施形態に係る電気音響変換器１００との比較を行う。可聴音の低音域を拡大するバスレフスピーカでは、出力される音波どうしの位相のずれにより、音波の打ち消し合いが生じるため、音波の効率的な増幅が困難である。
　これに対し、パラメトリックスピーカである電気音響変換器１００では、一定の周波数の超音波を用いるため、位相のずれによる打ち消し合いの影響が実質的に無く、想定どおりに音波を増幅することができる。

　また、放射装置１０は、振動板３１の他方の面に対して一方の面が対向するように配置された第２振動板３２を有し、振動板３１と第２振動板３２との間の空間９１に音道４１が連通しているか又は音道４１が空間９１を含んで構成されている。入力部２０は、第２振動板３２が振動板３１に対して反転した位相で振動して超音波を発振するように、第２振動板３２に変調信号を入力する。このため、第２振動板３２は、振動板３１に対して反転した位相で振動して超音波を発振するので、空間９１における体積排除量を増大できる。よって、空間９１において高い音圧レベルが得られる

　また、放射装置１０は、第２振動板３２の他方の面から発振される超音波を放射装置１０の表側へ導く第２音道４２を有している。そして、第２音道４２を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５３の位相と、音道４１を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５２の位相と、が同相となるように、第２音道４２の長さＬ２が設定されている。よって、放射装置１０の表側から、互いに同相の超音波５１、５２、５３が合成された超音波が放射される。このため、放射装置１０の表側から放射する音波の音圧レベルを一層向上することができる。

　〔第２の実施形態〕
　図７は第２の実施形態に係る電気音響変換器２００の模式的な断面図である。

　第２の実施形態に係る電気音響変換器２００は、以下に説明する点でのみ、上記の第１の実施形態に係る電気音響変換器１００と相違し、その他の点では、電気音響変換器１００と同様に構成されている。

　電気音響変換器２００においては、振動板３１と第２振動板３２との間の空間９１は、前気室を構成しており、この前気室に音道４１が連通している。

　支持部７０は、空間９１と音道４１との間を部分的に仕切る仕切壁部７３を有している。仕切壁部７３は、支持部７０において振動板３１の縁を支持している部分から、振動板３１の他方の面側に延びている（図７では垂下している）。これにより、空間９１と音道４１との連通部が、第１の実施形態と比べて振動板３１から遠ざかっている（図７では下に移動している）。その結果、空間９１が前気室として形成されている。

　更に、本実施形態の場合、第２振動板３２の他方の面と支持部７０との間の空間９２は、第２前気室を構成している。すなわち、放射装置１０は、第２振動板３２の他方の面側に形成された第２前気室を更に有している。この第２前気室に第２音道４２が連通している。

　支持部７０は、空間９２と第２音道４２との間を部分的に仕切る第２仕切壁部７４を有している。第２仕切壁部７４は、支持部７０において第２振動板３２の縁を支持している部分から、第２振動板３２の他方の面側に延びている（図７では垂下している）。これにより、空間９２と第２音道４２との連通部が、第１の実施形態と比べて第２振動板３２から遠ざかっている（図７では下に移動している）。その結果、空間９２が前気室として形成されている。

　第２の実施形態に係る電子機器は、電気音響変換器１００の代わりに電気音響変換器２００を有する点でのみ、上記の第１の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置１５０）と相違し、その他の点では、第１の実施形態に係る電子機器と同様である。

　以上のような第２の実施形態によれば、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる他に、以下の効果が得られる。

　第２の実施形態では、振動板３１と第２振動板３２との間の空間９１は、前気室を構成している。このため、前気室をインダクタ成分、音道４１をキャパシタンス成分としたＬＣ共振回路が電気音響変換器２００に形成される。また、電気音響変換器２００は、第２振動板３２の他方の面側に形成された第２前気室を有している。このため、第２前気室をインダクタ成分、第２音道４２をキャパシタンス成分としたＬＣ共振回路が電気音響変換器２００に形成される。よって、前気室および音道４１、並びに、第２前気室及び第２音道４２を最適化することにより、スピーカである電気音響変換器２００の共振周波数を変更することが可能となる。
　例えば、スピーカ振動面積（例えば振動板３１及び第２振動板３２の面積）が互いに異なる、すなわち共振周波数が互いに異なる複数の電気音響変換器２００を準備する。そして、これら電気音響変換器２００の前気室および音道４１、並びに、第２前気室及び第２音道４２を最適化する。これにより、これら電気音響変換器２００の共振周波数を同一にすることが可能であり、その結果、複数の電気音響変換器２００による音圧の増幅効果が得られる。よって、電気音響変換器２００の設計の自由度が向上する。
　なお、第２の実施形態では、振動板３１と第２振動板３２との間の空間９１は、前気室を構成しているので、振動板３１が大きく振動することを許容できる。よって、振動板３１の体積排除量を大きく設定することができる。
　また、放射装置１０は、第２振動板３２の他方の面側に形成された第２前気室を更に有しているので、第２振動板３２が大きく振動することを許容できる。よって、第２振動板３２の体積排除量を大きく設定することができる。

　なお、本実施形態の場合、放射装置１０は、後述する第３の実施形態における前気室９５及び覆い７５を有していない。このため、第３の実施形態と比べて放射装置１０の厚みを低減することができる。

　〔第３の実施形態〕
　図８は第３の実施形態に係る電気音響変換器３００の模式的な断面図である。

　第３の実施形態に係る電気音響変換器３００は、以下に説明する点でのみ、上記の第２の実施形態に係る電気音響変換器２００と相違し、その他の点では、電気音響変換器２００と同様に構成されている。

　図８に示すように、電気音響変換器３００は、振動板３１の一方の面側に形成された前気室９５を更に有している。前気室９５を形成するために、支持部７０は、振動板３１の一方の面側を覆う半筐体状の覆い７５を有している。この覆い７５において、振動板３１の中央部と対向する位置には、放音孔７６が形成されている。振動板３１の一方の面から発振された超音波は、前気室９５及び放音孔７６を介して、放射装置１０の表側へ放射される。

　第３の実施形態に係る電子機器は、電気音響変換器１００の代わりに電気音響変換器３００を有する点でのみ、上記の第１の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置１５０）と相違し、その他の点では、第１の実施形態に係る電子機器と同様である。

　以上のような第３の実施形態によれば、上記の第２の実施形態と同様の効果が得られる他に、以下の効果が得られる。

　すなわち、本実施形態の場合、放射装置１０は、前気室９５を形成するための覆い７５を有しているので、第２の実施形態と比べて構造的な強度が高い。このため、電子機器に対する電気音響変換器３００の実装をより容易に行うことができる。

　〔第４の実施形態〕
　図９は第４の実施形態に係る電気音響変換器４００の模式的な断面図である。

　第４の実施形態に係る電気音響変換器４００は、以下に説明する点でのみ、上記の第１の実施形態に係る電気音響変換器１００と相違し、その他の点では、電気音響変換器１００と同様に構成されている。

　本実施形態の場合、放射装置１０は、第２振動板３２の他方の面側に順次に配置され、第２振動板３２と対向する第ｍ乃至第ｎ（ｍは３以上の自然数、ｎはｍ以上の自然数）振動板３０を有している。すなわち、振動板３１、第２振動板３２及び第ｍ乃至第ｎ振動板３０は、所定間隔で重ねて配置されている。なお、第４以降の振動板３０は、他の振動板３０を介して第２振動板３２と対向する。すなわち、第４振動板（図示略）の場合、第３振動板３３（図９）を介して第２振動板３２と対向する。

　更に、放射装置１０は、第ｍ乃至第ｎ振動板３０における第２振動板３２とは反対側の面（裏面）から発振される超音波を放射装置１０の表側へ導く第ｍ乃至第ｎ音道を有している。

　また、入力部２０は、第２振動板３２及び第ｍ乃至第ｎ振動板３０のうち隣り合う振動板３０の振動の位相が互いに反転するように、第ｍ乃至第ｎ振動板３０のそれぞれに変調信号を入力する。

　第ｍ乃至第ｎ音道を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波の位相と、振動板３１の一方の面から発振されて放射装置１０の表側へ放射される超音波５１の位相と、が同相となるように、第ｍ乃至第ｎ音道の長さが設定されている。

　図９の例では、放射装置１０は、合計で３つの振動板３０、すなわち振動板３１、第２振動板３２及び第３振動板３３を有している。つまり、図９には、上記ｍが３であり、且つ、上記ｎも３の例を示している。

　この場合、入力部２０は、第２振動板３２と第３振動板３３の振動の位相が互いに反転するように、第３振動板３３に変調信号を入力する。

　また、この場合、放射装置１０は、第３振動板３３の裏面（第２振動板３２とは反対側の面）から発振される超音波を放射装置１０の表側へ導く第３音道４３を有している。第３音道４３は、支持部７０に形成されている。すなわち、第３音道４３は、支持部７０の内壁により画定された通音孔である。

　この場合、第３音道４３を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波５４の位相と、振動板３１の一方の面から発振されて放射装置１０の表側へ放射される超音波５１の位相と、が同相となるように、第３音道４３の長さＬ３が設定されている。

　よって、放射装置１０の表側からは、互いに同相の超音波５１、５２、５３、５４が合成された超音波が放射される。

　このため、振動板３１の放射面積もしくは振幅を増大しない場合においても、放射装置１０の表側から放射する音波の音圧レベルを向上することができる。単純モデルでは、超音波５１のみを放射装置１０の表側から放射する場合と比べて、放射装置１０の表側から放射される超音波の音圧を６倍にすることができる。

　例えば、第３振動板３３の他方の面（裏面）と支持部７０との間の空間９３に第３音道４３が連通している。なお、第３音道４３は、空間９３を含んで構成されていても良い。

　第３振動板３３が発振する超音波の波長は、振動板３１が発振する超音波の波長に等しい。

　第３振動板３３が発振する超音波の波長をλとすると、第３音道４３の長さＬ３は｛ｎ_３＋（１／２）｝×λ（ｎ_３は０を含む自然数）である。

　上記の各実施形態では、音道４１と第２音道４２とは、振動板３０及び第２振動板３２の配置領域を挟んで反対側の領域に配置されている例を示した。これに対し、本実施形態の場合、音道４１と第２音道４２とは互いに隣接している。すなわち、音道４１と第２音道４２とは、支持部７０を構成する一枚の壁状部により相互に仕切られている。

　同様に、第２音道４２と第３音道４３とは、互いに隣接し、支持部７０を構成する一枚の壁状部により相互に仕切られている。

　第３振動板３３は、例えば、固定部材８０を介して支持部７０に取り付けられている。

　第３音道４３は、振動板３１、第２振動板３２及び第３振動板３３の面直方向と平行な方向に延在している。例えば、振動板３１、第２振動板３２及び第３振動板３３の面直方向において、開口端７１ａの位置と、音道４１の端部４１ａの位置と、第２音道４２の端部４２ａの位置と、第３音道４３の端部４３ａの位置とは、互いに等しい。

　第４の実施形態に係る電子機器は、電気音響変換器１００の代わりに電気音響変換器４００を有する点でのみ、上記の第１の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置１５０）と相違し、その他の点では、第１の実施形態に係る電子機器と同様である。

　以上のような第４の実施形態によれば、放射装置１０は、第２振動板３２の他方の面側に順次に配置され、第２振動板３２と対向する第ｍ乃至第ｎ（ｍは３以上の自然数、ｎはｍ以上の自然数）振動板３０を有している。更に、放射装置１０は、第ｍ乃至第ｎ振動板３０における第２振動板３２とは反対側の面（裏面）から発振される超音波を放射装置１０の表側へ導く第ｍ乃至第ｎ音道を有している。また、入力部２０は、第２振動板３２及び第ｍ乃至第ｎ振動板３０のうち隣り合う振動板３０の振動の位相が互いに反転するように、第ｍ乃至第ｎ振動板３０のそれぞれに変調信号を入力する。そして、第ｍ乃至第ｎ音道を通して放射装置１０の表側へ放射される超音波の位相と、振動板３１の一方の面から発振されて放射装置１０の表側へ放射される超音波５１の位相と、が同相となるように、第ｍ乃至第ｎ音道の長さが設定されている。よって、上記の各実施形態よりも更に、放射装置１０の表側から放射する音波の音圧レベルを向上することができる。

　〔第５の実施形態〕
　第５の実施形態に係る電気音響変換器は、以下に説明する点でのみ、上記の第１乃至第３の実施形態に係る電気音響変換器１００、２００、３００、４００と相違し、その他の点では、電気音響変換器１００、２００、３００、４００と同様に構成されている。

　なお、説明を簡単にするために、以下では、第１の実施形態に係る電気音響変換器１００（図２）の構造を元に、第５の実施形態を説明する。

　本実施形態の場合、振動板３１のキャリア周波数をａ、音道４１の共振周波数をｂとすると、ｂ＝ａ×ｘ（ｘは２以上の自然数）を満たすように、音道４１の長さＬ１が設定されている。つまり、共振周波数ｂがキャリア周波数ａの倍数になるように、音道４１の長さＬ１が設定されている。

　より具体的には、例えば、ｘは２とする。すなわち、共振周波数ｂがキャリア周波数ａの２倍になるように、音道４１の長さＬ１が設定されている。

　これにより、電気音響変換器から出力されるノイズの主な原因となる倍波成分（共振周波数ｂの倍数の周波数成分）を低減し、この倍波成分が電気音響変換器から出力されることを抑制することができる。

　図１０は第５の実施形態に係る電気音響変換器のメカニズムを説明するための図であり、振動板３１の共振周波数の特性を示す。図１０（ａ）に示すように、振動板３１は、キャリア周波数ａにおいて最も大きなピークを呈する。キャリア周波数ａの２倍の周波数の倍波周波数ａ２においては、キャリア周波数ａでのピークよりも小さいピークを呈する。キャリア周波数ａの３倍の周波数の３倍波周波数ａ３においては、倍波周波数ａ２でのピークよりも更に小さいピークを呈する。

　本実施形態の場合、例えば、音道４１の共振周波数ｂがキャリア周波数ａの２倍になるように、音道４１の長さＬ１が設定されているため、倍波周波数ａ２の超音波の節を音道４１の端部４１ａに位置させることができる。よって、倍波周波数ａ２の超音波が音道４１から放射されることを抑制し、電気音響変換器から出力されるノイズを低減することができる（図１０（ｂ）参照）。

　また、第２振動板３２のキャリア周波数をａ、第２音道４２の共振周波数をｂとすると、ｂ＝ａ×ｘ（ｘは２以上の自然数）を満たすように、第２音道４２の長さＬ２が設定されていても良い。この場合、倍波周波数ａ２の超音波の節を第２音道４２の端部４２ａに位置させることができる。よって、倍波周波数ａ２の超音波が第２音道４２から放射されることを抑制し、電気音響変換器から出力されるノイズを低減することができる。

　なお、上記ｘは３以上に設定しても良い。この場合、３倍波周波数ａ３の超音波、或いは４倍波周波数以上の倍波の超音波が、電気音響変換器から出力されることを抑制することができる。

　第５の実施形態に係る電子機器は、電気音響変換器１００の代わりに電気音響変換器５００を有する点でのみ、上記の第１の実施形態に係る電子機器（例えば携帯端末装置１５０）と相違し、その他の点では、第１の実施形態に係る電子機器と同様である。

　上記の各実施形態では、振動部材６２の片面にのみ振動子６３が設けられている例を説明したが、振動部材６２の両面にそれぞれ振動子６３が設けられ、両面の振動子６３の各々に対して入力部２０から変調信号が入力されるようになっていても良い。すなわち、各実施形態の振動板３０は、バイモルフ構造であっても良い。

　この出願は、２０１２年２月１６日に出願された日本出願特願２０１２－３１２６１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (8)

1. 　超音波を放射する放射装置と、
   　前記放射装置にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する入力部と、
   　を有し、
   　前記放射装置は、
   　一方の面が前記放射装置の表側を向くように配置され、両面から超音波を発振する振動板と、
   　前記振動板の他方の面から発振される超音波を前記放射装置の表側へ導く音道と、
   　を有し、
   　前記入力部は、前記振動板に前記変調信号を入力することによって、前記振動板より超音波を発振させ、
   　前記音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、前記振動板の前記一方の面から発振されて前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、が同相となるように、前記音道の長さが設定されていることを特徴とする電気音響変換器。
2. 　前記放射装置は、前記振動板の前記他方の面に対して一方の面が対向するように配置された第２振動板を有し、
   　前記振動板と前記第２振動板との間の空間に前記音道が連通しているか、又は、前記音道が前記空間を含んで構成され、
   　前記入力部は、前記第２振動板が前記振動板に対して反転した位相で振動して超音波を発振するように、前記第２振動板に前記変調信号を入力することを特徴とする請求項１に記載の電気音響変換器。
3. 　前記放射装置は、
   　前記第２振動板の他方の面から発振される超音波を前記放射装置の表側へ導く第２音道を有し、
   　前記第２音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、前記音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、が同相となるように、前記第２音道の長さが設定されていることを特徴とする請求項２に記載の電気音響変換器。
4. 　前記振動板と前記第２振動板との間の前記空間は、前気室を構成し、
   　前記前気室に前記音道が連通していることを特徴とする請求項２又は３に記載の電気音響変換器。
5. 　前記放射装置は、前記第２振動板の前記他方の面側に形成された第２前気室を更に有し、
   　前記第２前気室に前記第２音道が連通していることを特徴とする請求項３に記載の電気音響変換器。
6. 　前記放射装置は、
   　前記第２振動板の前記他方の面側に順次に配置され、前記第２振動板と対向する第ｍ乃至第ｎ（ｍは３以上の自然数、ｎはｍ以上の自然数）振動板と、
   　前記第ｍ乃至第ｎ振動板における前記第２振動板とは反対側の面から発振される超音波を前記放射装置の表側へ導く第ｍ乃至第ｎ音道と、
   　を有し、
   　前記入力部は、前記第２振動板及び前記第ｍ乃至第ｎ振動板のうち隣り合う振動板の振動の位相が互いに反転するように、前記第ｍ乃至第ｎ振動板のそれぞれに前記変調信号を入力し、
   　前記第ｍ乃至第ｎ音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、前記振動板の前記一方の面から発振されて前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、が同相となるように、前記第ｍ乃至第ｎ音道の長さが設定されていることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の電気音響変換器。
7. 　前記振動板のキャリア周波数をａ、前記音道の共振周波数をｂとすると、
   　ｂ＝ａ×ｘ（ｘは２以上の自然数）を満たすように、前記音道の長さが設定されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電気音響変換器。
8. 　電気音響変換器を有し、
   　前記電気音響変換器は、
   　超音波を放射する放射装置と、
   　前記放射装置にパラメトリックスピーカ用の変調信号を入力する入力部と、
   　を有し、
   　前記放射装置は、
   　一方の面が前記放射装置の表側を向くように配置され、両面から超音波を発振する振動板と、
   　前記振動板の他方の面から発振される超音波を前記放射装置の表側へ導く音道と、
   　を有し、
   　前記入力部は、前記振動板に前記変調信号を入力することによって、前記振動板より超音波を発振させ、
   　前記音道を通して前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、前記振動板の前記一方の面から発振されて前記放射装置の表側へ放射される超音波の位相と、が同相となるように、前記音道の長さが設定されていることを特徴とする電子機器。

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