JPH11164384A - 超指向性スピーカ及びスピーカの駆動方法 - Google Patents

超指向性スピーカ及びスピーカの駆動方法

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JPH11164384A
JPH11164384A JP9322547A JP32254797A JPH11164384A JP H11164384 A JPH11164384 A JP H11164384A JP 9322547 A JP9322547 A JP 9322547A JP 32254797 A JP32254797 A JP 32254797A JP H11164384 A JPH11164384 A JP H11164384A
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JP
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super
ultrasonic wave
sound
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JP9322547A
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Koji Manabe
浩嗣 真鍋
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Original Assignee
NEC Corp
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers
    • H04R3/12—Circuits for transducers for distributing signals to two or more loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2217/00—Details of magnetostrictive, piezoelectric, or electrostrictive transducers covered by H04R15/00 or H04R17/00 but not provided for in any of their subgroups
    • H04R2217/03—Parametric transducers where sound is generated or captured by the acoustic demodulation of amplitude modulated ultrasonic waves

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  • Signal Processing (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の回路構成を大幅に変更せず、又コスト
増大を来すことなく、聴取者に対し、大きい音圧を有す
る音声を出力する事の出来る超指向性スピーカを提供す
る。 【解決手段】 音声発生手段１０、高周波である超音波
発生手段５０、当該音声発生手段１０と該超音波発生手
段５０とが接続された周波数変調手段２０、当該周波数
変調手段２０が出力する超音波変調信号を音響信号に変
換する電気音響変換手段４０とから構成されている超指
向性スピーカ１００。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超指向性スピーカ
及び超指向性スピーカの駆動方法に関するものであり、
特に詳しくは、超音波を使用して指向性の高く且つ高い
音圧が得られる超指向性スピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、超音波を使用して指向性の高
い超指向性スピーカを使用する事は知られている。例え
ば、特開平３−１５９４００号公報には、音声信号と超
音波を使用して指向性の高い超指向性スピーカを構成す
る技術が示されており、具体的には、所定の周波数を有
する超音波を搬送波として使用し、該超音波を該音声信
号で振幅変調した変調信号を所定の超音波振動子を介し
て音声として出力する様にした技術が示されている。
【０００３】一方、特開平３−２９６３９９号公報に
は、同様に該超音波を該音声信号で振幅変調した変調信
号を、多数個の超音波振動子を配列したスピーカから音
声として出力する様にし、且つ当該スピーカを振動或い
は旋回させて所定の位置にいる人にのみ所定の音声が伝
達される様にした技術が示されている。つまり、係る超
指向性スピーカは、図４のブロックダイアグラムに示す
様に、高周波に音声信号を振幅変調するための振幅変調
器を備えていた。
【０００４】即ち、上記した従来技術に於いては、音声
生成器１１から生成された音声信号と高周波生成器５１
から生成された高周波信号を振幅変調器２１で変調し増
幅器３１により増幅して電気音響変換器４１によって音
響振動として放射していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、係る従来
技術に於いては、聴取者に高い音圧の音声を与えること
ができないという問題点があった。その理由は電気音響
変換器が小さな振幅の音響振動を放射していたためであ
る。その為、従来の技術に於いて、高い音圧の音声を超
指向性スピーカから出力させたい場合には、出力を増大
させると共に、増幅器３１の増幅率を大きくしなければ
ならない為、回路構成が複雑となると同時に、コストが
増加すると言う問題があった。
【０００６】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し、従来の回路構成を大幅に変更せず、又コスト
増大を来すことなく、聴取者に対し、従来の超指向性ス
ピーカで得られた音圧よりも大きい音圧を有する音声を
出力する事の出来る超指向性スピーカを提供するもので
あり、またその為の超指向性スピーカのスピーカ駆動方
法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る第１の態様として
は、音声発生手段、超音波発生手段、当該音声発生手段
と該超音波発生手段とが接続された周波数変調手段、当
該周波数変調手段が出力する超音波変調信号を音響信号
に変換する電気音響変換手段とから構成されている超指
向性スピーカであり、又本発明に係る第２の態様として
は、音声信号を超音波を搬送波として使用して指向性の
強い音声波を出力する電気音響変換手段から構成されて
いるスピーカを駆動するに際して、当該超音波を当該音
声信号で周波数変調する事により電気音響変換手段を駆
動させるスピーカの駆動方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、上記した技術構成を採
用しているので、超音波を所定の音声信号によって、周
波数変調する事により聴取者に従来より高い音圧の音声
を与えることが可能となったのである。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明に係る超指向性スピーカ及び
スピーカの駆動方法の具体例についてその構成を図面を
参照しながら詳細に説明する。即ち、図１は、本発明に
係る超指向性スピーカの一具体例の構成を示すブロック
図であり、図中、音声発生手段１０、高周波である超音
波発生手段５０、当該音声発生手段１０と該超音波発生
手段５０とが接続された周波数変調手段２０、当該周波
数変調手段２０が出力する超音波変調信号を音響信号に
変換する電気音響変換手段４０とから構成されている超
指向性スピーカ１００が示されている。
【００１０】本発明に係る当該超指向性スピーカ１００
に於いては、当該音声発生手段１０は、特に限定される
ものではなく、カセットテープ、磁気ディスク、ハード
ディスク、通常のラジオ・テレビの音声、映画等の音声
等如何なる音声でも使用する事が可能である。更に、本
発明に於いては、当該超音波発生手段５０は、数１０ｋ
Ｈｚから数１００ｋＨｚの超音波である高周波を発生す
る様に構成されているものであれば如何なる構成を有す
る手段でも使用可能である。
【００１１】又本発明に於いては、当該超指向性スピー
カ１００は、当該周波数変調手段２０と該電気音響変換
手段４０との間に、必要に応じて増幅手段３０を設けら
る事も可能である。本発明に於いては、当該周波数変調
手段を使用する事によって、音圧の高い音声を発生させ
る事が可能であることから、該増幅手段３０を特に設け
る事は必要がないが、特に音圧の高い音声を必要とする
場合には、使用する事が望ましい。
【００１２】一方、本発明に使用される当該電気音響変
換手段４０もその構成は特に限定されるものではない
が、例えば、セラミック圧電素子等を使用した電気信号
−音響信号変換手段を使用する事が出来る。又、本発明
に係る当該電気音響変換手段４０に於いては、複数個の
単一電気音響変換素子を一面にアレイ状に配列したもの
でも使用する事が可能であり、所望の音圧を得たい場合
にはその数を調整する事が可能である。
【００１３】又、本発明に於いては、当該電気音響変換
手段４０を複数個、個別に形成し、その配置位置を適宜
変更する事によって、音圧の向上、音声の発生位置、つ
まり仮想音源の位置を適宜変更することも可能である。
更には、当該複数個の電気音響変換手段４０のそれぞれ
は、同一の周波数変調手段２０に接続されたものであっ
ても良く又、当該超音波発生手段５０と周波数変調手段
２０とを個別に設け、それぞれの超音波の周波数を異に
する搬送波から得られた互いに異なる周波数変調信号を
入力する様に構成されているもので有っても良い。
【００１４】つまり、本発明の超指向性スピーカ１００
は、高周波に音声信号を周波数変調するための周波数変
調器２０を備えることを特徴とする超指向性スピーカで
あり、従来技術に比較しより高い音圧を聴取者に与える
ものである。上記した様に、本発明に於いては当該音声
発生手段１０から生成された音声信号と高周波生成器で
ある超音波発生手段５０から生成された高周波信号を周
波数変調器２０で変調し、要すれば増幅器３０により増
幅して、電気音響変換器４０によって音響振動として放
射する。
【００１５】本発明に於ける超指向性スピーカ１００に
於いては、当該電気音響変換手段４０から放射された超
音波と可聴音声信号とが混在する音響振動は超音波とし
て空気中を伝播していく過程に非線型相互作用を起こし
低周波成分からなる超指向性音声に復調され、聴取者に
聴取される。上記した様に、本発明に於ける音声発生手
段１０は聴取者に聴取される音声に対応する電気的な音
声信号を生成するものであり、具体的にはたとえばカセ
ットテープに記録された音声情報を電気的な音声信号に
変換するカセットテーププレーヤや、ハードディスクド
ライブに記録された音声情報を電気的な音声信号に変換
するパーソナルコンピュータなどが音声生成器１０を構
成する。
【００１６】一方、本発明に於ける超音波発生手段５０
は超音波帯域の周波数、例えば数１０ｋＨｚから数１０
０ｋＨｚの超音波である高周波信号を生成するものであ
る。具体的にはたとえばクロック発振回路などが構成さ
れる。本発明に於いて、周波数変調器２０は音声信号と
高周波信号を入力し周波数変調波信号を出力するもので
ある。
【００１７】又、当該周波数変調波信号は、必要に応じ
て増幅器３０により、たとえば２０Ｖないし４０Ｖに増
幅される。勿論、周波数変調波信号の電圧量が十分大き
い場合には、増幅器３０を削除した構成にすることが可
能である。増幅された周波数変調波信号は電気音響変換
器４０によって音響振動に変換され空中に放射される。
音響振動は超音波として空気中を伝播していく過程に非
線型相互作用を起こし低周波成分からなる超指向性音声
に復調され、聴取者に聴取される。
【００１８】図２は、本発明に於いて使用される電気音
響変換手段４０の構成の一例を示すブロックダイアグラ
ムであり、電気音響変換器４０に入力された周波数変調
波信号は、選択性を有するフィルタ１０１を通り超音波
振動子１０２において音響振動に変換される。フィルタ
１０１と超音波振動子１０２は一つのブロックで構成さ
れてもよく、具体的には、たとえば９０ｋＨｚないし１
１０ｋＨｚの帯域の超音波だけを放射する超音波振動子
により電気音響変換器４０を構成してもよい。
【００１９】即ち、図２に於いて、周波数変調波はフィ
ルタ１０１を通り超音波振動子１０２において音響振動
に変換される。当該フィルタ１０１はある周波数帯域だ
けを透過するフィルタである。たとえば１００ｋＨｚの
前後１０％を透過するフィルタと仮定すると、該超音波
振動子１０２は９０ｋＨｚないし１１０ｋＨｚの帯域の
音響振動を放射する。
【００２０】図２ではフィルタ１０１と超音波振動子１
０２が別のブロックとなる例を示したが、両者は一つの
ブロックで構成されてもよいことは勿論である。即ち、
ある特定の周波数帯域たとえば９０ｋＨｚないし１１０
ｋＨｚだけを放射する超音波振動子により電気音響変換
器４０を構成してもよい。ここで超音波振動子１０２が
透過する周波数帯域は２０ｋＨｚ以上の超音波帯域であ
ればどこでもよい。４０ｋＨｚ近辺の比較的低い超音波
帯域を使用することにより、聴取者はより音圧の高い音
声を聴取する。
【００２１】また、１００ｋＨｚないし３００ｋＨｚの
比較的高い超音波帯域を使用することにより、聴取者は
より指向性の高い音声を聴取する。然しながら、当該超
音波の周波数をあまり高くすると、減衰率が大きくな
り、音声が遠くまで伝わらないと言う問題があり、又当
該超音波の周波数をあまり低くすると超音波の収束性が
悪くなり音質が悪化すると言う問題があることから、本
発明に使用される超音波の周波数は、数１０から数１０
０ｋＨｚである事が望ましい。
【００２２】次に本発明の他の具体例について図３を参
照して詳細に説明する。つまり、図３を参照すると本具
体例は二つの電気音響変換器４０を備える。すなわち音
声生成器１０から生成された音声信号と高周波生成器５
０から生成された高周波信号を周波数変調器２０で変調
し増幅器３０により増幅して二つの電気音響変換器４０
によって音響振動として放射する。
【００２３】二つの電気音響変換器４０により音響振動
として放射することによって聴取者が聴取する音圧は一
つの電気音響変換器４０で放射する場合に比較して６ｄ
Ｂ大きなものとなる。電気音響変換器４０を三つ以上に
増やして聴取者が聴取する音圧をさらに大きなものとす
ることができることは言うまでもない。
【００２４】また従来技術の応用として公知である技
術、たとえば音響振動を音響反射し空中に収束させ仮想
音源を発生させることや、人の聴覚に対する超音波の悪
影響を除去するための超音波フィルタを備えること、さ
らに聴取者からの反射波の有無を判定し音声入力信号を
切り替えることなどは、本発明に対して応用することに
より、本発明による効果を失わずにそれらの元来の効果
をも有することは自明である。
【００２５】即ち、本発明に係る超指向性スピーカ１０
０の更に他の具体例としては、当該電気音響変換手段４
０に近接して当該電気音響変換手段４０から出力される
超音波及び可聴音波を反射させる反射板を設ける事も望
ましく、当該反射板は、例えば、湾曲状の反射面を有し
ている事が好ましい。係る構成によって、当該電気音響
変換手段４０から出力される超音波及び可聴音波を特定
の位置に収束指向させる事が出来、仮想音源を効率良く
設定する事が出来る。
【００２６】更に、本発明に於ける別の具体例として
は、当該電気音響変換手段４０に近接して当該超音波を
選択的に吸収するフィルター手段が設けられているもの
であって、当該電気音響変換手段４０から出力される超
音波及び可聴音波の内、特に超音波のみを選択的に吸収
し、音声のみを伝達する様にする事も望ましい。又、上
記した説明より明らかな通り、本発明に係る第２の態様
としては、音声信号を超音波を搬送波として使用して指
向性の強い音声波を出力する電気音響変換手段から構成
されているスピーカを駆動するに際して、当該超音波を
当該音声信号で周波数変調する事により得られた周波数
変調信号により当該電気音響変換手段を駆動させるスピ
ーカの駆動方法である。
【００２７】本発明に係る当該スピーカの駆動方法に於
いては、上記した様に、当該超音波としては、数１０ｋ
Ｈｚから数１００ｋＨｚの周波数を有するものが使用さ
れるものである。更に、本発明においては、当該電気音
響変換手段４０を複数個配置し、それぞれの該電気音響
変換手段４０を同一の周波数変調手段２０で駆動する様
に構成しても良く、又該電気音響変換手段４０を互いに
異なる超音波発生手段５０と接続された各別の周波数変
調手段２０で個別に駆動する様に構成したもので有って
も良い。
【００２８】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明は、上記し
た様な技術構成を採用しているので、聴取者に従来より
高い音圧の音声を与えることが可能となり、音声特性、
音声の伝達特性を大幅に改善する事が出来る。その理由
は、周波数変調波のある周波数帯域だけを透過する電気
音響変換器４０を備えることにより従来より大振幅の音
響振動を放射することが可能になったためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る超指向性スピーカの一具
体例の構成を示すブロックダイアグラムである。
【図２】図２は、本発明に係る超指向性スピーカに於け
る電気音響変換手段の一具体例の構成を示すブロックダ
イアグラムである。
【図３】図３は、本発明に係る超指向性スピーカの他の
具体例に於ける構成例を示すブロックダイアグラムであ
る。
【図４】図４は、従来に於ける超指向性スピーカの構成
例を示すブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１０…音声発生手段 ２０…周波数変調手段 ３０…増幅手段 ４０…電気音響変換手段 ５０…超音波発生手段 １００…超指向性スピーカ １０１…フィルター １０２…超音波振動子

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 音声発生手段、超音波発生手段、当該音
    声発生手段と該超音波発生手段とが接続された周波数変
    調手段、当該周波数変調手段が出力する超音波変調信号
    を音響信号に変換する電気音響変換手段とから構成され
    ている事を特徴とする超指向性スピーカ。
  2. 【請求項２】 当該超指向性スピーカは、当該周波数変
    調手段と該電気音響変換手段との間に増幅手段が設けら
    れている事を特徴とする請求項１記載の超指向性スピー
    カ。
  3. 【請求項３】 当該超音波発生手段は、数１０ｋＨｚか
    ら数１００ｋＨｚの超音波を発生する様に構成されてい
    るものである事を特徴とする請求項１又は２に記載の超
    指向性スピーカ。
  4. 【請求項４】 当該電気音響変換手段は、複数個使用さ
    れるものである事を特徴とする請求項１乃至３の何れか
    に記載の超指向性スピーカ。
  5. 【請求項５】 当該電気音響変換手段に近接して当該電
    気音響変換手段から出力される超音波及び可聴音波を反
    射させる反射板が設けられている事を特徴とする請求項
    １乃至４の何れかに記載の超指向性スピーカ。
  6. 【請求項６】 当該反射板は、湾曲状の反射面を有して
    いる事を特徴とする請求項５記載の超指向性スピーカ。
  7. 【請求項７】 当該電気音響変換手段に近接して当該超
    音波を選択的に吸収するフィルター手段が設けられてい
    る事を特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の超指
    向性スピーカ。
  8. 【請求項８】 当該複数個の電気音響変換手段のそれぞ
    れは、互いに異なる周波数変調された超音波信号と個別
    に接続されている事を特徴とする請求項４記載の超指向
    性スピーカ。
  9. 【請求項９】 音声信号を超音波を搬送波として使用し
    て指向性の強い音声波を出力する電気音響変換手段から
    構成されているスピーカを駆動するに際して、当該超音
    波を当該音声信号で周波数変調する事により得られた周
    波数変調信号により当該電気音響変換手段を駆動させる
    事を特徴とするスピーカの駆動方法。
  10. 【請求項１０】 当該超音波は、数１０ｋＨｚから数１
    ００ｋＨｚの周波数を有するものである事を特徴とする
    請求項９記載のスピーカの駆動方法。
  11. 【請求項１１】 当該電気音響変換手段を複数個配置
    し、それぞれの該電気音響変換手段を同一の周波数変調
    手段で駆動する様に構成した事を特徴とする請求項９又
    は１０に記載のスピーカの駆動方法。
  12. 【請求項１２】 当該電気音響変換手段を複数個配置
    し、それぞれの該電気音響変換手段を互いに異なる超音
    波発生手段と接続された各別の周波数変調手段で個別に
    駆動する様に構成した事を特徴とする請求項９又は１０
    に記載のスピーカの駆動方法。
JP9322547A 1997-11-25 1997-11-25 超指向性スピーカ及びスピーカの駆動方法 Pending JPH11164384A (ja)

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