JPH0474096A - 電気音響変換装置 - 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、１次音波の非線形パラメトリック作用により
可聴音である２次音波を発生させる電気音響変換装置に
関するものである。

【従来の技術】

従来より、電気音響変換装置としては、動電形のスピー
カが多く採用されている。ところで、動電形のスピーカ
は指向性が比較的弱いものであるから、音場を限定する
必要がある場合には指向性を強める必要がある。動電形
のスピーカの指向性を強める手段としては、口径を大き
くしたり、ホ−ンを装着することが知られている。 しかしながら、いずれの手段によっても大形化するわり
には指向性の改善効果が少ないという問題がある。とく
に、可聴周波数の低域では指向性を得るのが難しいもの
である。 一方、指向性のよい電気音響変換装置としては、１次音
波の非線形パラメトリック作用により可聴音である２次
音波を生成する、いわゆるパラメトリックスピーカが知
られている。 パラメトリックスピーカは、以下のような原理によって
１次音波より可聴音である２次音波を生成する。すなわ
ち、第６図のように、互いに異なる２つの周波数（Ｆ　
１　、Ｆ　２）でスピーカや超音波振動子のような音源
１を駆動すると、音源１より出力された１次音波〈実線
で示す）が空気により干渉し、１次音波の周波数の差成
分（Ｆ２−Ｆｌ）と和成分（Ｆ２十Ｆ１）とが２次音波
（破線で示す）として生成される。このような現象によ
って生成される２次音波の音圧は、１次音波として指向
性の強い超音波を用いて非常に強い音場を形成すれば、
実用に耐えるレベルになる。また、第７図に示すように
、１次音波（Ｆｌ、Ｆ２）の周波数差が可聴周波数（Ａ
Ｆ）になるようにすれば、差成分として可聴周波数の２
次音波（Ｆ２−Ｆｌ）が生じることになる。このような
現象を非線形パラメトリ・ツク作用と称しており、生成
された２次音波の指向性は、１次音波の指向性よりは弱
くなるが２次音波に比較的近いパターンを示す（第６図
中の楕円パターン）。したがって、１次音波として指向
性の強い超音波を用いれば、２次音波として生成される
可聴周波数においても指向性を強くすることができるの
である。 音源１の駆動の駆動方式としては、上述した原理のよう
に２周波数で駆動する２周波駆動方式と、第８図および
第９図に示すように、振幅変調した信号により駆動する
振幅変調波駆動方式とが知られている。振幅変調波駆動
方式では、マイク等の可聴信号発生部１１の出力を増幅
回路などを含む音声周波数回路１２を通して変調回路１
４に入力し、搬送波発振回路１３から出力される基本周
波数Ｆ。の搬送波信号を振幅変調した信号を増幅回路１
５を通して音源１に入力する。このように振幅変調され
た信号により音源１を駆動すれば、第９図に示すように
、搬送波信号の基本周波数Ｆ０を中心として両側波成分
を含んだ１次音波が出力され、１次音波の干渉によって
両側波成分の周波数差に相当するビート成分として可聴
周波数（ＡＦ）の２次音波が発生するのである。 上述した原理で動作するパラメトリックスピーカは、可
聴周波数の低域まで強い指向性が得られるという利点が
あるものの、１次音波から２次音波への変換効率が低い
という問題があり、実用に耐える音圧レベルを得るには
、１次音波のエネルギーを大きくすることが必要である
。しかしながら、１次音波のエネルギーを大きくすると
、１次音波である超音波が人体に悪影響を与えるから、
１次音波を抑圧して２次音波のみを有効に取り出す構成
が必要になる。１次音波の抑圧には、音響フィルタが一
般に用いられている。 一方、２次音波が生成される空間をパラメトリック・ア
コスティック・アレイと称し、パラメトリック・アコス
ティック・アレイの音源からの長さを実効アレイ長と称
している。１次音波から２次音波が有効に生成されるに
は、実効アレイ長の範囲内では１次音波が減衰しないよ
うにするのが望ましい、そこで、第１０図に示すように
、パラメトリック・アコスティック・アレイを囲む周壁
を有した筒体２を設け、筒体２の一端部に２次音波を送
出する開口部３を形成するとともに、開口部３に音響フ
ィルタ４を配設した構成が考えられている。音響フィル
タ４は、合成樹脂発泡体等を用いて、１次音波を抑圧し
２次音波を透過させるように形成されている。このよう
に、パラメトリック・アコスティック・アレイを筒体２
の周壁で囲むことにより、１次音波の伝達される空間を
限定し、かつ、音響フィルタ４によって２次音波のみを
筒体２の外部に取り出せるようにすることで１次音波の
人体への影響を抑制するのである。 ここにおいて、パラメトリックスピーカを小形化するた
めには筒体２は短いほうがよいのであるが、筒体２が短
いと筒体２内で実効アレイ長が確保できず、１次音波か
ら２次音波への変換効率が低下するとともに、指向性が
低下するという問題が生じる。 このような問題を解決するには、第１１図に示すように
、筒体２をＬ形等に屈曲させ、屈曲部位に反射面５を形
成することが考えられる。この構成では、１次音波が反
射面５で反射されるから、実効アレイ長を確保しながら
も筒体２の長さく図中左右長）を短縮できるのである。

【発明が解決しようとする課Ｍ１ 上述したように、屈曲した筒体２を用いれば筒体２の長
さを短縮できるが、音響フィルタ４が開口部３に装着さ
れているから、音響フィルタ４の厚み分だけ筒体２の側
方への突出量が大きくなるという問題が生じる。また、
反射面５が存在していると反射面５の端部における乱反
射によって指向性が低減するという問題もある。 さらに、２次音波の生成効率がよい１次音波の周波数は
、所望の２次音波の周波数の１０倍程度であることが経
験的にわかっている。したがって、２次音波として音声
の周波数を必要としている場合には、１次音波を２０〜
３０　ｋ　Ｈｚとすれば効率がよい、しかしながら、１
次音波の周波数が低いと、音響フィルタ４による１次音
波の抑圧が難しくなり、音響フィルタ４を肉厚に形成し
なければならず大形化につながるという問題がある。 本発明は上記問題点の解決を目的とするものであり、反
射面を形成した筒体を用いることによって長さを小さく
しながらも、筒体の側方への突出量を小さくするととも
に、指向性の低下を防止し、かつ、音響フィルタの厚み
を小さくすることができるようにした電気音響変換装置
を提供しようとするものである。 【課題を解決するための手段】 請求項１の構成では、上記目的を達成するために、音源
より出力された１次音波の非線形パラメトリック作用に
より可聴音である２次音波を発生させる電気音響変換装
置において、２次音波が生成される空間を囲む周壁を有
し生成された２次音波を送出する開口部が周壁の要所に
形成された筒体を設け、筒体の内部空間を屈曲させて屈
曲部位に２次音波を開口部に導くように音波の進行方向
を変化させる反射面を形成し、反射面の表面に少なくと
も１次音波を抑圧する音響フィルタを配設しているので
ある。 請求項２の構成では、音響フィルタを、反射面の各部位
で吸音量が興なるように形成しているのである。 請求項３の構成では、音響フィルタを、開口部に近い部
位ほど吸音量が大きく、かつ、反射面上で開口部から略
等距離の線上では中央部よりも両端部の吸音量が大きく
なるように形成しているのである。 請求項４の構成では、音響フィルタを、主として１次音
波を吸音する第１吸音層と、反射面と第１吸音層との間
に配設され主として２次音波を吸音する第２吸音層との
２層により形成しているのである。

【作用】

請求項１の構成によれば、少なくとも１次音波を抑圧す
る音響フィルタを反射面の表面に配設しているので、音
響フィルタを筒体内に配置することができる結果、筒体
の側方への突出部分をなくすことができるのであって、
他の装置への組み込みが容易になるのである。また、反
射面に入射するときと出射するときとで音波が音響フィ
ルタ内を２回通過するから、開口部を音響フィルタで覆
っていた従来構成に比較すれば、体積当たりの吸音量を
大きくすることができ、音響フィルタを小さくして小形
化することができるのである。さらにまた、反射面の表
面に音響フィルタを配設しているから、反射面の端部付
近で生じる乱反射によるサイドローブを音響フィルタに
よって抑圧することができ、筒体の全長を短くするよう
に反射面を形成しているにもかかわらず、２次音波の指
向性を強めることができるのである。 請求項２の構成では、音響フィルタを、反射面の各部位
で吸音量が異なるように形成しているので、１次音波の
指向性パターンや２次音波の指向性パターンに応じて、
不要な音波が外部に漏れるのを防止することができるの
である。 請求項３の構成では、音響フィルタを、開口部に近い部
位ほど吸音量が大きく、かつ、反射面上で開口部から略
等距離の線上では中央部よりも両端部の吸音量が大きく
なるように形成しているので、反射面の端部付近での乱
反射によるサイドローブを低減して２次音波の指向性を
強めることができるのである。 請求項４の構成では、音響フィルタを、主として１次音
波を吸音する第１吸音層と、反射面と第１吸音層との間
に配設され主として２次音波を吸音する第２吸音層との
２層により形成しているので、サイドローブの低減効果
が一層高まるのである。

【実施例１】 本実施例の基本構成は５第１図のようなものであって、
音響フィルタ４の位置および形状を除けば、第１０図と
同様の構成を有している。音源１は、多数の超音波振動
子を配列した振動子アレイにより構成され、１次音波の
エネルギーが大きくなるようにしである。音源１の駆動
方式は、第８図および第９図に示した振幅変調波駆動方
式としである。音響フィルタ４は、断面三角形状に形成
され、反射面５に対応する部位に配設されている。 この音響フィルタ４は、主として１次音波を抑圧し、２
次音波を透過させる透過形フィルタであって、合成樹脂
発泡体などにより形成される。また、筒体２の周壁の内
側面には１次音波および２次音波を吸収して筒体２の内
側面での乱反射などを防止するための吸音材６が配設さ
れる。 ここに、音波の経路について、音響フィルタ４への入射
面から反射面５までの距離を１１、反射面５から音響フ
ィルタ４の出射面までの距離を１２とすれば、音波は音
響フィルタ４の中を１＋＋１２の距離だけ通過すること
になり、従来のように開口部３に音響フィルタ４を設け
ていた場合に比較すれば、約半分の体積で同等の効果を
奏することができるのである６また、音響フィルタ４が
筒体２の内部に配設されていることによって、筒体２の
側方への突出量が少なくなり、他の装置への組み込みが
容易になるのであるやすなわち、指向性の強さを利用し
て特定の人だけにアラーム音が聞こえるようにする目覚
まし時計を作成するとすれば、目覚まし時計の筐体やベ
ツドのへラドボードに組み込んだりするのが容易になる
のである。さらに、反射面５の表面に音響フィルタ４を
配置していることによって、反射面５の端部付近での乱
反射の発生を抑制し、指向性の低減などを防止すること
ができるのである。

【実施例２】 本実施例では、第２図に示すように、音響フィルタ４を
反射面５の一部に対応して配設したものであって、反射
面５における開口部３寄りの端部にのみ音響フィルタ４
を配設している。 音響フィルタ４は、第２図＜ｂ＞に示すように、２層で
あって、表面側の第１吸音層４ａは主として１次音波を
吸音し、反射面５に近い第２吸音層４ｂは主として２次
音波を吸音するように設定されている。このように、音
響フィルタ４を２層にし、第２吸音層４ｂを反射面５の
端部に設けていることによって、２次音波のサイドロー
ブを低減させて指向性を高めることができるのである。 また、サイドローブをさらに低減するために、開口部３
に近い部分ほど吸音量が大きくなるようにする（厚肉に
しである）とともに、第２図（ａ）のように、開口部３
に対して反射面５の中央部よりも左右両端部での吸音量
が大きくなるようにしである（厚肉にしである）。他の
構成については実施例１と同様であるから説明を省略す
る。なお、吸音量の制御には音響フィルタ４の肉厚を変
えるもののほか材料を変えるようにしてもよい。

【実施例３】 本実施例では、第３図に示すように、音源１を構成する
超音波振動子１ａを出射面が凹面をなすように配列し、
各超音波振動子１ａからの１次音波がほぼ一点に収束さ
れるようにしである。 このような構成では、１次音波の収束点付近での音圧レ
ベルを高くすることができ、実効アＬ・イ長を短くする
ことができるのである。すなわち、筒体２の長さを短縮
して小形化することができるのである。ただし、音波の
波面が平面波状ではなくなるから、反射面５での乱反射
が生じ易くなり、サイドローブが多く発生することにな
る。そこで、実施例２と同様に音響フィルタ４の吸音量
を、反射面５の左右両端部で中央部よりも大きくするこ
とによって、サイドローブの発生を抑制し、指向性を強
くする。ここにおいて、音響フィルタ４を実施例２のよ
うな滑らかに湾曲する形状に形成するのは手間がかかる
から、本実施例では、音響フィルタ４を３個の部分フィ
ルタ４　ｃ　、４　ｄを組み合わせて楕成しである。他
の構成は実施例１と同様である。

【実施例４】 上記各実施例では、音響フィルタ４として合成樹脂発泡
体を用いた例を示したが、本実施例では、第４図に示す
ような、いわゆる穴空き吸音板を用いている。この音響
フィルタ４は、多数の吸音孔７が穿孔された表面板８と
、表面板８の後方に離間して配設された背面板９とを備
えている。表面板８および背面板９は、アルミニウムの
板材などで形成され、第４図（ａ）のように、表面板８
と背面板９との間に各吸音孔７に対応する独立した吸音
室１０を形成したものや、第４図（ｂ＞のように、表面
板８と背面板９との間に複数の吸音孔７に跨がる１つの
吸音室１０を形成したものなどがある。 このような音響フィルタ４では、表面板８の全面積に対
する吸音孔７の総面積である開口率や、表面板８と背面
板９との間の距離などによって共振周波数が決定される
のであって、第５図に示すように、共振周波数ｆｒより
高い周波数で反射波の吸音率が高くなるという特性を有
している。すなわち、反射波についてローパスフィルタ
として機能するのである。そこで、反射面５にこの音響
フィルタ４を配置することによって、２次音波を反射し
１次音波を減衰させることができるのである９他の構成
は実施例１と同様であるから説明を省略する。 【発明の効果］ 上述のように、請求項１の構成では、少なくとも１次音
波を抑圧する音響フィルタを反射面の表面に配設してい
るので、音響フィルタを筒体内に配置することができ、
その結果、筒体の側方への突出部分をなくすことができ
るのであって、他の装置への組み込みが容易になるとい
う利点がある。 また、反射面に入射するときと出射するときとで音波が
音響フィルタ内を２回通過するから、開口部を音響フィ
ルタで覆っていた従来構成に比較すれば、体積当たりの
吸音量を大きくすることができ、音響フィルタを小さく
して小形化することができるという利点がある。さらに
また、反射面の表面に音響フィルタを配設しているから
、反射面の端部付近で生じる乱反射によるサイドローブ
を音響フィルタによって抑圧することができ、筒体の全
長を短くするように反射面を形成しているにもかかわら
ず、２次音波の指向性を強めることができるという効果
を奏するのである。 請求項２の構成では、音響フィルタを、反射面の各部位
で吸音量が異なるように形成しているので、１次音波の
指向性パターンや２次音波の指向性パターンに応じて、
不要な音波が外部に漏れるのを防止することができると
いう利点がある。 請求項３の構成では、音響フィルタを、開口部に近い部
位ほど吸音量が大きく、かつ、反射面上で開口部から略
等距離の線上では中央部よりも両端部の吸音量が大きく
なるように形成しているので、反射面の端部付近での乱
反射によるサイドローブを低減して２次音波の指向性を
高めることができるという利点がある。 請求項４の構成では、音響フィルタを、主として１次音
波を吸音する第１吸音層と、反射面と第１吸音層との間
に配設され主として２次音波を吸音する第２吸音層との
２層により形成しているので、サイドローブの低減効果
が一層高まるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示す概略構成図、第２図＜
１）（ｂ）はそれぞれ本発明の実施例２に用いる音響フ
ィルタを示す正面図と断面図、第３図は本発明の実施例
３を示す斜視図、第４図（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明
の実施例４に用いる音響フィルタの例を示す断面図、第
５図は同上に用いる音響フィルタの特性を示す動作説明
図、第６図は本発明に係る電気音響変換装置の原理説明
図、第７図は同上の動作説明図、第８図は同上の駆動回
路を示すブロック図、第９因は同上の動作説明図、第１
０図および第１１図は従来例を示す概略構成図である。 １・・・音源、２・・・筒体、３・・・開口部、４・・
・音響フィルタ、５・・・反射面。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第３図 ＠５図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）音源より出力された１次音波の非線形パラメトリ
   ック作用により可聴音である２次音波を発生させる電気
   音響変換装置において、２次音波が生成される空間を囲
   む周壁を有し生成された２次音波を送出する開口部が周
   壁の要所に形成された筒体を設け、筒体の内部空間を屈
   曲させて屈曲部位に２次音波を開口部に導くように音波
   の進行方向を変化させる反射面を形成し、反射面の表面
   に少なくとも１次音波を抑圧する音響フィルタを配設し
   て成ることを特徴とする電気音響変換装置。
2. （２）上記音響フィルタは、反射面の各部位で吸音量が
   異なるように形成されて成ることを特徴とする請求項１
   記載の電気音響変換装置。
3. （３）上記音響フィルタは、開口部に近い部位ほど吸音
   量が大きく、かつ、反射面上で開口部から略等距離の線
   上では中央部よりも両端部の吸音量が大きくなるように
   形成されて成ることを特徴とする請求項２記載の電気音
   響変換装置。
4. （４）上記音響フィルタは、主として１次音波を吸音す
   る第１吸音層と、反射面と第１吸音層との間に配設され
   主として２次音波を吸音する第２吸音層との２層により
   形成されて成ることを特徴とする請求項１ないし請求項
   ３のいずれかに記載の電気音響変換装置。