JP2008113194A

JP2008113194A - 超音波素子および超指向性スピーカ

Info

Publication number: JP2008113194A
Application number: JP2006294526A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Yasutake; 憲太郎安武
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】表面側および裏面側の二方向に音波を放射できる超音波素子および超指向性スピーカを得ることを目的とする。
【解決手段】可聴音を音声信号として出力する音声生成器と、超音波キャリア信号を出力する高周波生成器と、前記音声信号により前記超音波キャリア信号を振幅変調した変調信号を生成して出力する掛算器と、前記変調信号を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器から出力された変調信号を音波として空中へ放射する電気音響変換器とを備えた超指向性スピーカにおいて、前記電気音響変換器は、表面側および裏面側の二方向へ音波を放射することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気の非線形現象を利用して可聴音をきわめて狭いエリアに放射する超音波素子および超指向性スピーカに関するものである。

従来の超指向性スピーカとして、可聴音信号を生成する音源と、超音波帯域の搬送波を出力する搬送波生成器と、前記可聴音信号に前記搬送波を加算した信号を出力する加算器と、前記加算器から出力された信号を増幅する増幅器と、増幅された前記信号を音波として空中へ放射する電気音響変換機とを備え、前記電気音響変換器は、圧電セラミック等の圧電材と、前記圧電材の片側の面に接合された金属板と、前記金属板を介して前記圧電材に接合された共振子を有する超音波素子と、前記超音波素子を複数配列した基板とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。前記圧電材に前記増幅器からの信号が供給されると、前記信号による電圧の変化に対応して、機械的変形を生じ屈曲振動を起こし、前記屈曲振動が、前記金属板を介して前記共振子に伝達されて前記共振子が振動することにより音波が空中へ放射される。

特開２００４−１１２２１２号公報

従来の超指向性スピーカは、以上のように構成されており、共振子が、圧電材の片側の面のみに設けられていたため、超指向性スピーカの表面側または裏面側のどちらか一方向にしか音波を放射することができないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、表面側および裏面側の二方向に音波を放射できる超音波素子および超指向性スピーカを得ることを目的とする。

この発明にかかる超指向性スピーカは、可聴音を音声信号として出力する音声生成器と、超音波キャリア信号を出力する高周波生成器と、前記音声信号により前記超音波キャリア信号を振幅変調した変調信号を生成して出力する掛算器と、前記変調信号を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器から出力された変調信号を音波として空中へ放射する電気音響変換器とを備えた超指向性スピーカにおいて、前記電気音響変換器は、表面側および裏面側の二方向へ音波を放射することを特徴とする。

この発明によれば、電気音響変換器が表面側および裏面側の二方向へ音波を放射するため、超指向性スピーカの表側および裏側の二方向へ音波を放射できる効果がある。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による超指向性スピーカの構成を示すブロック図である。音声生成器１０は、可聴音を音声信号として掛算器６０へ出力する。高周波生成器５０は、超音波キャリア信号を掛算器６０へ出力する。掛算器６０は、前記音声信号と前記超音波キャリア信号との掛け算処理を行う。具体的には、前記音声信号により前記超音波キャリア信号を振幅変調した変調信号を生成し、増幅器３０へ出力する。ここで、高周波生成器５０と掛算器６０は、振幅変調器２０を構成する。増幅器３０は、掛算器６０から出力された変調信号を増幅し、電気音響変換器４０へ出力する。電気音響変換器４０は、前記変調信号を音波として空中へ放射する。

図２は、電気音響変換器４０の構成を示した図であり、図２（ａ）は、電気音響変換器４０の表面図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ線における断面図をそれぞれ示している。電気音響変換器４０は、格子状に配列され、変調信号を空中へ放射する複数の超音波素子４１と、各超音波素子４１を保持する孔を設けた円盤形状の基板４７から構成される。前記孔の内径は超音波素子４１の外径と略同一に形成されており、各超音波素子４１は、前記孔に挿入されて接着材等により接合される。また、図２（ｂ）では、紙面上側を電気音響変換器４０の表面側、紙面下側を電気音響変換器４０の裏面側としているが、逆であってかまわない。

図３は、超音波素子４１の拡大断面図であり、紙面上側を表面側、紙面下側を裏面側としているが、逆であってかまわない。超音波素子４１は、圧電セラミック等の圧電材４４の両面（表面および裏面）に、金属板４３を接合し、それぞれの金属板４３に共振子であるコーン４２を接合材４６で接合した構成をしている。また、金属板４３及び圧電材４４の外周面は、弾性保持材４５に覆われており、超音波素子４１は、この弾性保持材４５を介して図２に示した基板４７に固定される。また、圧電材４４の両面には、増幅器３０から出力される変調信号を伝達するための配線が接続される（図示せず）。

次に動作について説明する。
音声生成器１０より、可聴音が音声信号として掛算器６０へ出力されると、掛算器６０は、高周波生成器５０より出力される超音波キャリア信号を、前記音声信号により振幅変調した変調信号を生成し、増幅器３０へ出力する。増幅器３０は、変調信号を増幅して電気音響変換器４０へ出力する。増幅器３０で増幅された変調信号は、電気音響変換器４０から音波として空中へ放射される。

ここで、電気音響変換器４０から音波が空中へ放射される過程をより詳しく説明する。増幅器３０から出力された変調信号は、図示しない配線により圧電材４４へ伝達される。圧電材４４は、変調信号による電圧の変化に対応して、機械的変形を生じ、屈曲振動を起こす。この屈曲振動が、圧電材４４の両面に接合された金属板４３を介して、圧電材４４の両面に設けられた各コーン４２へ伝達され、各コーン４２が振動することにより前後二方向に音波が空中へ放射される。前記音波は、超音波である有限振幅音波として空気中を伝播する過程で非線形相互作用を起こし、元の可聴域周波成分である音声信号が自己復調され、聴取可能なものとなる。

以上のように、実施の形態１による超指向性スピーカは、音波を放射する共振子であるコーン４２を、圧電材４４の両面に設けたため、超指向性スピーカの表面側および裏面側の二方向に音波を放射できる効果がある。なお、この実施の形態１では、超音波素子４１を円盤形状の基板４７に格子状に配列した場合の例について示したが、基板４７の形は円盤形状に限られない。また、コーン４２は接合材４６を使用せずに直接金属板４３へ接合してもよい。また、超音波素子４１の配列は、格子状に限られない。また、超音波素子４１の個数も１４個に限定されるものではない。

実施の形態２．
実施の形態１では、超音波素子４１は、圧電材４４の両面に金属板４３を接合したが、ここでは、圧電材４４の片面のみに金属板４３を接合した形態について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付して、重複した説明を省略する。図４は、この実施の形態２による超指向性スピーカの電気音響変換器４０の構成を示した図であり、図４（ａ）は、電気音響変換器４０の表面図、図４（ｂ）は（ａ）のＢ―Ｂ線における断面図をそれぞれ示している。図５は、超音波素子４１の拡大断面図であり、圧電材４４の片面（上面）にのみ金属板４３が接合されている。以上のように、実施の形態２では、圧電材４４の片面のみに金属板４３を接合したので、部品点数および製造工数を削減することができ、製造コストを抑えることができるという効果がある。その他の効果は実施の形態１と同様である。なお、金属板４３は、圧電材４４の裏面に接合してもよい。

実施の形態１による超指向性スピーカの構成を示すブロック図である。実施の形態１の電気音響変換器の構成を示した図である。実施の形態１の超音波素子の拡大断面図である。実施の形態２の電気音響変換器の構成を示した図である。実施の形態２の超音波素子の拡大断面図である。

符号の説明

１０音声生成器、２０振幅変調器、３０増幅器、４０電気音響変換器、４１超音波素子、４２コーン（共振子）、４３金属板、４４圧電材、４５弾性保持材、４６接合材、４７基板、５０高周波生成器、６０掛算器。

Claims

可聴音を音声信号として出力する音声生成器と、超音波キャリア信号を出力する高周波生成器と、前記音声信号により前記超音波キャリア信号を振幅変調した変調信号を生成して出力する掛算器と、前記変調信号を増幅して出力する増幅器と、前記増幅器から出力された変調信号を音波として空中へ放射する電気音響変換器とを備えた超指向性スピーカにおいて、
前記電気音響変換器は、表面側および裏面側の二方向へ音波を放射することを特徴とする超指向性スピーカ。
前記電気音響変換器は、
前記変調信号による電圧の変化に対応して屈曲振動を起こす圧電材と、前記圧電材の表面または裏面の一方に接合された金属板と、前記圧電材および前記金属板にそれぞれ接合され、前記圧電材から伝達される振動を音波として空中へ放射する共振子とを備えた超音波素子と、
複数の前記超音波素子を配列した基板と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカ。
前記電気音響変換器は、
前記変調信号による電圧の変化に対応して屈曲振動を起こす圧電材と、前記圧電材の表面および裏面に接合された金属板と、前記金属板にそれぞれ接合され、前記圧電材から伝達される振動を音波として空中へ放射する共振子とを備えた超音波素子と、
複数の前記超音波素子を配列した基板と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカ。
電圧の変化に対応して屈曲振動を起こす圧電材と、
前記圧電材の表面または裏面の一方に接合された金属板と、
前記圧電材および前記金属板にそれぞれ接合され、前記圧電材から伝達される振動を音波として空中へ放射する共振子と、
を備えた超音波素子。
電圧の変化に対応して屈曲振動を起こす圧電材と、
前記圧電材の表面および裏面に接合された金属板と、
前記金属板にそれぞれ接合され、前記圧電材から伝達される振動を音波として空中へ放射する共振子と
を備えた超音波素子。