JPH11262084A - スピーカ装置及びオーディオ信号送信装置 - Google Patents

スピーカ装置及びオーディオ信号送信装置

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JPH11262084A
JPH11262084A JP10340706A JP34070698A JPH11262084A JP H11262084 A JPH11262084 A JP H11262084A JP 10340706 A JP10340706 A JP 10340706A JP 34070698 A JP34070698 A JP 34070698A JP H11262084 A JPH11262084 A JP H11262084A
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徹 佐々木
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薫 行徳
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超指向性を実現するとともに、音像定位を自
在に設定する。 【解決手段】 オーディオ信号源２から出力されるオー
ディオ信号を周波数変調器３ａ，３ｂ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、周
波数変調器３ａ，３ｂからの周波数変調された信号によ
って超音波発生器５を駆動する。このとき、周波数変調
器３ａは第１の周波数に周波数変調し、周波数変調器３
ｂは第１の周波数とは異なる第２の周波数に周波数変調
する。そして、超音波発生器５から放出される第１の周
波数の超音波と第２の周波数の超音波の差に相当する周
波数成分が可聴音として聴取される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波発生素子を
用いて音の再生を行うスピーカ装置及び超音波発生素子
を用いたオーディオ信号送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】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、２０Ｈｚ〜２０ＫＨｚ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を放出するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、振動板を可
聴帯域のオーディオ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。
【０００４】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。
【０００５】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ヘッドホンやイヤホンが用
いられている。この種のヘッドホンやイヤホンも振動板
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、スピーカユニットを密閉した状態で頭部や耳介に
装着する必要がある。
【０００６】そこで、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カ
装置を提供することにある。
【０００７】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を提供すること
にある。
【０００８】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カ装置
を提供することにある。
【０００９】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を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述したような目的を達
成するために提案される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するようにしたものである。
【００１１】ここで、変調手段は、音源から出力される
オーディオ信号を第１の周波数に変調された信号と第１
の周波数とは異なる第２の周波数に変調された信号に変
換する。このとき、超音波発生素子から放出される第１
の周波数の超音波と第２の周波数の超音波の差に相当す
る周波数成分が可聴音として聴取される。
【００１２】本発明に係るスピーカ装置は、超音波発生
素子が、例えばリング状に配列された第１の素子群と第
１の素子群の外周側にリング状に配列された第２の素子
群とを備え、第１の素子群に第１の周波数に周波数変調
された信号が入力され、第２の素子群に第２の周波数に
周波数変調された信号が入力される。
【００１３】本発明に係るスピーカ装置は、変調手段か
らの第１の周波数に周波数変調された信号と第２の周波
数に周波数変調された信号は、混合手段によって混合さ
れて超音波発生素子に入力される。
【００１４】また、本発明に係るスピーカ装置は、変調
手段により可聴帯域より高い周波数帯域の信号に周波数
変調する前に、音源から出力されるオーディオ信号を微
分処理する微分手段が設けられる。更に、このスピーカ
装置には、微分手段によって微分処理されたオーディオ
信号をレベルシフトする直流オフセット手段が設けられ
る。
【００１５】更に、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逆コサイン関数処理す
る。
【００１６】更にまた、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された信号を
振幅変調するとともにオーディオ信号を振幅変調する振
幅変調手段を備える。このとき、音源から出力されるオ
ーディオ信号を逆コサイン関数処理する。
【００１７】そして、超音波発生素子から放出される超
音波の周波数特性を補正する手段が設けられる。
【００１８】また、音源から出力されるオーディオ信号
の周波数特性を予め補正する補正手段を備える。
【００１９】更にまた、本発明は、音源から出力される
オーディオ信号を可聴帯域より高い周波数帯域の信号に
変調手段により変調し、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、超音波発生素
子から放出される超音波の差周波数歪みによる可聴帯域
の音をマイクロホンによって集音し、この集音された可
聴帯域の信号を逆コサイン関数処理するオーディオ信号
送信装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスピーカ装置
及びこのスピーカ装置を用いたオーディオ信号送信装置
を説明する。
【００２１】本発明に係るスピーカ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。
【００２２】搬送波発振器１は、一定周波数の搬送波、
例えば４０ＫＨｚ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、オーディオ信号を変調信
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
ィオ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、恰も
壁から音が出ているように感じすることができる。
【００２３】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、元のオーディオ信号に対応した音
が聞こえる基本的な原理について簡単に説明する。
【００２４】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
（ｗ1／２π，ｗ2／２π）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。
【００２５】 ｙ＝Ａｘ＋Ｂｘ2 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。
【００２６】 ｘ＝ｆ1ｃｏｓω1ｔ＋ｆ2ｃｏｓω2ｔ 第２式 第１式に第２式を入力すると、第３式が得られる。
【００２７】 ｙ＝Ａ(ｆ1ｃｏｓω1ｔ＋ｆ2ｃｏｓω2ｔ) ＋Ｂ／２(ｆ1 2＋ｆ2 2) ＋Ｂ／２(ｆ1 2ｃｏｓ２ω1ｔ＋ｆ2 2ｃｏｓ２ω2ｔ) ＋Ｂ(ｆ1ｆ2ｃｏｓ(ｗ1−ｗ2)ｔ) ＋Ｂ(ｆ1ｆ2ｃｏｓ(ｗ1＋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（ｗ1−ｗ2）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４０ＫＨｚと４１ＫＨｚ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１ＫＨｚの差音が聞こえる。
【００２８】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。
【００２９】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カ装置の具体的な構成を図２を参
照しながら説明する。
【００３０】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。
【００３１】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１ａ，１ｂと、オーディオ信号を出力する
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，１ｂからの搬送波をそれぞれ音源１からのオーディ
オ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３ａ，３ｂと、第
１及び第２の周波数変調器３ａ，３ｂ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５ａ，５ｂを備える。
【００３２】第１及び第２の搬送波発振器１ａ，１ｂ
は、それぞれ例えば４０ＫＨｚの搬送波を第１及び第２
の周波数変調器３ａ，３ｂ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
１２ａを介して周波数変調器３ａに供給するとともに、
反転回路１１に供給する。反転回路１１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１２ｂを介して第２の周波数変調器３ｂに供給
する。第１及び第２の周波数変調器３ａ，３ｂは、第１
及び第２の増幅器３ａ，３ｂで増幅された変調信号で第
１及び第２の搬送波発振器１ａ，１ｂ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、例えばカットオフ周波数が２０ＫＨｚの第１及び
第２のハイパスフィルタ１３ａ，１３ｂに入力され、そ
こで２０ＫＨｚ以下の成分が除去され、第１及び第２の
増幅器４ａ，４ｂを介して第１及び第２の超音波発生器
５ａ，５ｂに入力される。第１及び第２の超音波発生器
５ａ，５ｂ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４ａ，４ｂでそれぞれ
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、第１及び第２
の超音波発生器５ａ，５ｂを向けた方向に超指向性を持
って放出する。
【００３３】ここで、第１及び第２の超音波発生器５
ａ，５ｂの具体的な構造について説明する。
【００３４】第１及び第２の超音波発生器５ａ，５ｂは
それぞれ複数、例えば３７個ずつの超音波発生素子であ
る圧電素子５０から構成され、例えば図３に示すよう
に、支持基板５１上に第１の超音波発生器５ａの圧電素
子５０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５ａの圧電素子５０を囲むようにリング状に、
第２の超音波発生器５ｂの圧電素子５０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５ａの圧電素子５０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５ｂの圧電素子５０群は、同軸
をなすように配設される。
【００３５】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５ａ，５ｂ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
ィオ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５ａ，５ｂ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
きる。
【００３６】なお、上述のスピーカ装置では、それぞれ
２群の圧電素子５０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５０を駆動するようにしてもよい。
【００３７】この場合、円筒状をなす圧電素子５０を複
数、例えば７３個用い、これらの圧電素子５０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５０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
カ装置から０．５ｍ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、１ｍ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、２ｍ
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、スピーカ装置の正面方向に極めて高い指向性を
有する。
【００３８】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５０）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５ａ，５ｂとして用いることができ
る。
【００３９】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。
【００４０】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１ａ，１ｂと、オーディオ信号を出力する
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２２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２３ａと、微分器２２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２３ｂと、第１及び第２の搬送波発振器１ａ，１ｂ
からの搬送波をそれぞれ増幅器２３ａからの微分信号と
反転増幅器２３ｂ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３ａ，３ｂと、これら第１及
び第２の周波数変調器３ａ，３ｂから出力される周波数
変調信号を混合する混合器２４と、混合器２４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
補正フィルタ２６と、補正フィルタ２６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。
【００４１】第１及び第２の搬送波発振器１ａ，１ｂ
は、それぞれ例えば４０ＫＨｚの搬送波を第１及び第２
の周波数変調器３ａ，３ｂ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２１を介して微分器２
２に供給する。微分器２２は、増幅器２１で増幅された
オーディオ信号を微分し、得られる微分信号を増幅器２
３ａと反転増幅器２３ｂに供給する。増幅器２３ａは、
微分器２２からの微分信号の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１の周波
数変調器３ａに供給する。一方、反転増幅器２３ｂは、
微分器２２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３ｂに供給する。第
１及び第２の周波数変調器３ａ，３ｂは、増幅器２３ａ
及び反転増幅器２３ｂで直流レベルがシフトされた変調
信号で第１及び第２の搬送波発振器１ａ，１ｂ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２４に入力される。混合器２４
は、これら２つの周波数変調信号を混合して、例えばカ
ットオフ周波数が２０ＫＨｚのハイパスフィルタ２５に
供給する。ハイパスフィルタ２５は、混合器２４から出
力される混合信号の２０ＫＨｚ以下の成分を除去して、
補正フィルタ２６に供給する。
【００４２】ところで、超音波発生器５は、例えば４０
ＫＨｚ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、補正フィルタ２６は、ハ
イパスフィルタ２５からの周波数変調信号の所定の周波
数成分、すなわち４０ＫＨｚ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２７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２７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。
【００４３】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。
【００４４】２つ周波数変調信号を混合した信号Ｏ(ｔ)
は、以下に示す第４式で表される。
【００４５】 Ｏ(ｔ)＝Ａcｃｏｓ(ωcｔ＋θc＋ｋ∫ｈ(ｔ)ｄｔ) ＋Ｂcｃｏｓ(ωc'ｔ＋θc'＋ｋ'∫ｈ(ｔ)ｄｔ) 第４式 この信号Ｏ(ｔ)の２次の歪みは、以下に示す第５式で表
される。
【００４６】 Ｏ(ｔ)2＝Ａc 2ｃｏｓ2(ωcｔ＋θc＋ｋ∫ｈ(ｔ)ｄｔ) ＋Ｂc 2ｃｏｓ2(ωc'ｔ＋θc'＋ｋ'∫ｈ(ｔ)ｄｔ) ＋ＡcＢcｃｏｓ((ωc＋ωc')ｔ＋(θc＋θc')＋(ｋ＋ｋ')∫ｈ(ｔ)ｄ ｔ) ＋ＡcＢcｃｏｓ((ωc−ωc')ｔ＋(θc−θc')＋(ｋ−ｋ')∫ｈ(ｔ)ｄ ｔ) 第５式 第５式の第１項乃至第３項は、直流，２ωc，２ωc'，
(ωc＋ωc')を中心とした側帯波である。第４項は、(ω
c−ωc')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項が元のオーディオ信号ｓ(t)と
等しいときに、すなわち第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。
【００４７】 ＡcＢcｃｏｓ(Δωcｔ＋Δθc＋Δｋ∫ｈ(ｔ)ｄｔ)＝ｓ(ｔ) 第６式 ただし、｜ｓ(ｔ)｜≦１，Δωc＝ωc−ωc'，Δθc＝
θc−θc'，Δｋ＝ｋ−ｋ'である。第６式を簡単にする
ために、これ以降、ｓ(ｔ)をＡcＢcで正規化したもの
を、新たにｓ(ｔ)とする。
【００４８】この第６式をｈ(ｔ)について解くと第７式
が得られる。
【００４９】 ｈ(ｔ)＝[ｄ／ｄｔ{ｃｏｓ-1ｓ(ｔ)}−Δωc]／Δｋ 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。
【００５０】ところで、第７式中のｃｏｓ-1ｓ(ｔ)は、
ｓ(ｔ)が十分小さいときには、級数展開により、π／２
−ｓ(ｔ)と近似することができ、信号ｈ(ｔ)は、第８式
で表すことができる。
【００５１】 ｈ(ｔ)≒[ｄ／ｄｔ{−ｓ(ｔ)}−Δωc]／Δｋ 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２２、増幅器２３ａ、反転増幅器２３ｂ
で行っている。
【００５２】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。
【００５３】このスピーカ装置は、図７に示すように、
上述した図６に示すスピーカ装置の搬送波発振器１ａ，
１ｂを１個とするとともに、周波数変調器３ａ、３ｂの
後段に振幅変調器２８ａ，２８ｂを、その前段に前処理
回路３０を追加したものである。そこで、図６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。
【００５４】これらの追加した振幅変調器２８ａ，２８
ｂは、前処理回路３０で後述する信号処理が施されたオ
ーディオ信号を変調信号とし、周波数変調器３ａ，３ｂ
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２４に供給する。
【００５５】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。
【００５６】上述した第４式に、Ａc＝Ｂc＝Ａc'／２，
Δωc＝ωc−ωc'＝０，Δθc＝θc−θc'＝０，ｋ'＝
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。
【００５７】 Ｏ(ｔ)＝[Ａc'＋Ａc'{−１＋ｃｏｓ((ｋ／２)∫ｈ(ｔ)ｄｔ)}] ×ｃｏｓ(ωcｔ＋θc＋(ｋ／２)∫ｈ(ｔ)ｄｔ) 第９式 ところで、η(ｔ)を変調信号とする振幅変調は、以下に
示す第１０式で表される。
【００５８】 [ｙ(ｔ)]AM＝(Ａc＋η(ｔ))ｃｏｓ(ωcｔ＋θc) 第１０式 第１０式において、第１１式が成立するときに第９式と
同じ信号が得られる。
【００５９】 η(ｔ)＝Ａc'{−１＋ｃｏｓ((ｋ／２)∫ｈ(ｔ)ｄｔ)} ＝Ａc'{−１＋ｃｏｓ((１／２)ｃｏｓ-1ｓ(ｔ))} 第１１式 したがって、このスピーカ装置では、前処理回路３０
は、例えばディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）
と、ＤＳＰを動作させるインストラクションやデータを
記憶したメモリからなり、このＤＳＰ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３１と、逆コサイン関数演算部３１
の出力を１／２倍する乗算部３２と、乗算部３２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１１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３１は、オーディオ信号源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
３３は、乗算器３２の出力のコサイン値を求める。
【００６０】ところで、第１１式の第２項のは、第１２
式に示すように変形することができる。
【００６１】 ｃｏｓ((１／２)ｃｏｓ-1ｓ(ｔ))＝((１＋ｓ(ｔ))／２)1/2 第１２式 したがって、前処理回路３０は、例えば図１０に示すよ
うに、オーディオ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３５と、乗算部３５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３０を構成することにより、
ＤＳＰ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、これらの演算処理をハードウ
ェアで行う場合には、回路規模を小さくすることができ
る。
【００６２】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３０は、例えば図１１に示すよ
うに、オーディオ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３０を構成することに
より、ＤＳＰ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、これらの演算処理をハ
ードウェアで行う場合には、回路規模を小さくすること
ができる。
【００６３】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
前段に補正フィルタ２６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２７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。
【００６４】更に、上述したスピーカ装置を２台設け、
各スピーカ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タを設けるようにしてもよ
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。
【００６５】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オ情
報の提供を行うことができる。
【００６６】そこで、オーディオ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。
【００６７】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、オーディオ信号を出力するオーディオ
信号源４１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４２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。
【００６８】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２１乃至補
正フィルタ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１２式で表される。
【００６９】 ｙ(ｔ)＝ｃｏｓ(Δωcｔ＋Δθc＋Δｋ∫ｈ(ｔ)ｄｔ) 第１２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１２式で表される信号ｙ（ｔ）を出力す
る。ポストプロセッサ４６は、第１３式に対応した信号
処理を行い、元のオーディオ信号ｈ(ｔ)を復元する。
【００７０】 ｋｈ(ｔ)＝[ｄ／ｄｔ{ｃｏｓ-1ｙ(ｔ)}−Δωc] 第１３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４６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４５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。
【００７１】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。
【００７２】例えば図７に示すスピーカ装置では、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
３０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３ａ，３ｂの出力（以
下、単に変調器出力という。）ｈ(t)は第１４式で表す
ことができ、振幅変調器２８ａ，２８ｂの出力ｇ(ｔ)は
第１５式で表すことができる。
【００７３】 ｈ(ｔ)＝ｃｏｓ((１／２)ｃｏｓ-1ｓ(ｔ)) 第１４式 ｇ(ｔ)＝ｈ(ｔ)ｃｏｓ(ωcｔ＋θ) 第１５式 なお、第１４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１５式全体としては振幅変調のみとな
る。
【００７４】前処理回路３０の出力であるｈ(ｔ)のフー
リエ変換を第１６式に示すようにＨ(ω)とすると、第１
５式で表される変調出力ｇ(ｔ)は、Ｈ(ω)を用いて第１
７式のようになる。
【００７５】
【数１】
【００７６】 Ｇ(ω)＝(Ｈ(ω＋ωc)＋Ｈ(ω−ωc)) 第１７式 更に、信号ｇ(ｔ)の２乗歪みｇ2(ｔ)とそのフーリエ変
換は、第１８式、第１９式で表される。
【００７７】 ｇ2(ｔ)＝(g(ｔ))2 第１８式
【００７８】
【数２】
【００７９】ここで、第２０式及び第２１式に示すよう
に、Ｈ(ω)が角周波数ωsで帯域制限され、主にオーデ
ィオ帯域に分布するともとし、また、変調の中心周波数
は、ωsの２倍以上の超音波帯域であるとすると、 Ｈ(ω)＝０ 第２０式 ωc＞２ωs 第２１式 第１９式の４つの項について、 Ｈ(・)Ｈ(・)≠０ 第２２式 第２２式となる条件は、以下のようになる。
【００８０】 Ｈ(ｋ＋ωc)Ｈ(ω-ｋ＋ωc) −２ωc−２ωs≦ω≦−２ωc＋２ωs Ｈ(ｋ−ωc)Ｈ(ω-ｋ−ωc) ＋２ωc−２ωs≦ω≦＋２ωc＋２ωs Ｈ(ｋ＋ωc)Ｈ(ω-ｋ−ωc) −２ωs≦ω≦＋２ωs Ｈ(ｋ−ωc)Ｈ(ω-ｋ＋ωc) −２ωs≦ω≦＋２ωs 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１９式において、超音
波帯域（±２ωc−２ωs≦ω≦±２ωc＋２ωs）に成分
が分布している最初の２項を無視し、可聴帯域（−２ω
s≦ω≦＋２ωs）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、第２３式が得られる。
【００８１】
【数３】
【００８２】振幅変調器２８ａ，２８ｂの出力ｇ(ｔ)
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２７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。
【００８３】スピーカ出力、すなわち超音波発生器５の
出力ｘ(ｔ)は、第２４式及び第２５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。
【００８４】 ｘ(ｔ)＝ａ(ｔ)＊ｇ(ｔ) 第２４式 Ｘ(ω)＝Ａ(ω)Ｇ(ω) 第２５式 なお、＊は畳み込み演算を表す。
【００８５】第２５式のスピーカ出力Ｘ(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(ω)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タを、スピーカの前段
に付加すればよい。具体的には、例えば図１２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２６を挿入し、超音
波発生器５に対して第２６式で示す信号を入力する。
【００８６】 Ｇa(ω)＝Ａ-1(ω)Ｇ(ω) 第２６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。
【００８７】第１９式に示したＧ2(ω)の展開と同様
に、｜ω｜≦２ωs等の条件を用いながら、２乗歪みｘ2
(ｔ)のオーディオ帯域の成分を求めると、第２８式が得
られる。
【００８８】 ｘ2(ｔ)＝(ｘ2(ｔ))2 第２７式
【００８９】
【数４】
【００９０】第２７式の展開の流れを簡単に述べると、
「信号Ｈ(k)でωc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２８式におけ
るスピーカ特性のＡ(ｋ−ωc)、Ａ(ｋ＋ωc)が変調効果
を有するスピーカ特性に相当する。
【００９１】図１４（Ｃ）に示すように、スピーカ特性
は、変調角周波数±ωc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１４（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。
【００９２】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１３に示すように前処
理回路３０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
ーカーブを有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。
【００９３】変調処理又はその後段での対称性を確保す
る補正は、第２９式を満たすことであり、第３０式が成
立する。
【００９４】 Ａ(ｋ−ωc)＝Ａ(ｋ＋ωc) 第２９式 Ａ(ｋ−ωc)Ａ(ω−ｋ＋ωc)＋Ａ(ｋ＋ωc)Ａ(ω−ｋ−ωc) ＝２Ａ(ｋ＋ωc)Ａ(ω−ｋ＋ωc) 第３０式 そして、スピーカ出力の２乗歪みを示す第２８式は、第
３１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２８の入力信号Ｈ(ｋ)とまとめて処理すること
ができる。
【００９５】
【数５】
【００９６】これにより、オーディオ帯域に分布するよ
うに変換されたスピーカ特性Ａ(ｋ＋ωc)の｜ｋ｜≦ωs
の帯域における逆特性Ａ-1(ｋ＋ωc)をＨ(ω)に掛け、
第３２式で得られる新たなＨa(ω)を、振幅変調器２８
の入力とする。具体的には、例えば図１３に示すよう
に、上述した逆特性Ａ-1(ｋ＋ωc)の補正フィルタ２９
を、前処理回路３０と振幅変調器２８の間に設けるよう
にする。
【００９７】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。
【００９８】図１５は、自動車内に取り付けられたルー
ムミラー６０に本発明に係るスピーカ装置の複数の圧電
素子５０を組み合わせた超音波発生器６１を取り付けた
ものである。このとき、超音波発生器６１は、複数の圧
電素子５０をルームミラー６０の下側縁に沿って２列に
配列したものである。
【００９９】自動車のルームミラー６０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６１
を運転者６２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６２に集中させ、運転
者６２のみに音の聴取を行わせることができる。したが
って、必要なオーディオ情報を運転者６２のみに聴取さ
せるスピーカ装置とすることができる。
【０１００】また、超音波発生器６１から放出される超
音波は指向性が高いので、ルームミラー６０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６１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６１の近傍にマイ
クロホン６３を配置しても、超音波発生器６１から放出
された超音波音がマイクロホン６３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い。また、
超音波発生器６１から放出される超音波は運転者６２に
集中されるので、オーディオ情報を同乗者６４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
ーディオ情報の秘話性を確保できる。
【０１０１】また、超音波発生器６１を構成する各圧電
素子５０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５０の前段にフィ
ルタを設け、各組の圧電素子５０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６２と同乗者６４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。
【０１０２】また、図１６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、会議用テーブル７１上に複数の圧電素子５０を組
み合わせた超音波発生器７２とマイクロホン７３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７２を配置することによ
り、各超音波発生器７２から放出されるオーディオ情報
を各超音波発生器７２に対向する受聴者７４に集中させ
ることができ、各受聴者７４にそれぞれ異なった情報、
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７４に提供す
ることができる。
【０１０３】更に、図１７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８１の上部に、複数
の圧電素子５０を組み合わせた超音波発生器８２とマイ
クロホン８３を配置したものである。超音波発生器８２
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８２を使用者８４に向け、この超音波発生器８
２の近傍にマイクロホン８３を配置しても、超音波発生
器８２から放出された超音波音がマイクロホン８３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。
【０１０４】更にまた、図１８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５０を組み合わせた超音波発
生器９１は、各座席９２に座る受聴者９３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９１を配置
することにより、秘話型のヘッドホン等を用いることな
く所望の受聴者９３のみにオーディオ情報を提供するこ
とができる。
【０１０５】次に、図１９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。
このビデオプロジェクタは、プロジェクタ本体１０１内
に、複数の圧電素子５０を組み合わせた複数組の超音波
発生器１０２を配置したものである。このとき、プロジ
ェクタ本体１０１内に配置された各超音波発生器１０２
は、ビデオプロジェクタの投射面となるスクリーン面１
０３やその他の壁面に向けられている。各超音波発生器
１０２からスクリーン面１０３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１０２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。
【０１０６】そこで、各超音波発生器１０２からマルチ
チャンネル音源の右チャンネル用、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１０４
にマルチチャンネル音源の再生音響を提供できる。
【０１０７】更に次ぎに、図２０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１１０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ーカ装置
は、照明具１１を備え天井から吊り下げられる照明機器
１１２の照明反射板１１３に複数の圧電素子５０を組み
合わせた超音波発生器１１４を取り付けたものである。
超音波発生器１１４を構成する各圧電素子５０は一定の
方向を向けて照明反射板１１３に取り付けられている。
このとき、超音波発生器１１４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５０の前段にフィルタを
設け、各組の圧電素子５０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５０の指
向性を正面以外の方向に向かせるようにしている。
【０１０８】このように、各圧電素子５０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５０を組み合わせた超音波発生器１１４から、マル
チチャンネル音源の右チャンネル用、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１１
５にマルチチャンネル音源の再生音響を提供できる。
【０１０９】そして、図２１は、本発明に係るスピーカ
装置をオーバーヘッドプロジェクタの指標装置１２１に
適用した例を示す。この指標装置１２１は、レーザ光１
２２を出射し、レーザ光１２２によって表示面１２３の
所定位置を指標するものであって、この指標装置１２１
のレーザ光の出射面側に複数の圧電素子５０を組み合わ
せた超音波発生器１２４を配置したものである。このよ
うに、指標装置１２１に超音波発生器１２４を組み込む
ことにより、説明者１２５がレーザ光１２２で指標する
位置１２２ａ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１２２ａ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。
【０１１０】次に、図２２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１３１に適用したものである。この再生機１３１
は、受像部１３２を備えた機器本体１３３の上縁に沿っ
て複数の圧電素子５０を組み合わせた超音波発生器１３
４を配置したものである。この超音波発生器１３４は、
複数の圧電素子５０を２組の超音波発生器群１３４ａ，
１３４ｂとして構成し、各超音波発生器群１３４ａ，１
３４ｂ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１３５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。
【０１１１】更に、図２３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１４１に適用したも
のである。このテレビジョン受像機１４１は、受像機本
体１４２の上縁に沿って複数の圧電素子５０を組み合わ
せた超音波発生器１４４を配置したものである。この超
音波発生器１４４を構成する複数の圧電素子５０を各受
像画面１４１ａ，１４１ｂに対応して２組の超音波発生
器群１４４ａ，１４４ｂとして組み合わせる。そして、
各超音波発生器群１４４ａ，１４４ｂから各受像画面１
４１ａ，１４１ｂ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１４１ａ，１４１ｂに表示される映像に対応する音声
を各視聴者１４５に相互に影響を与えることなく提供す
ることができる。
【０１１２】更にまた、図２４は、本発明に係るスピー
カ装置をテレビジョン受像機１５１に適用したものであ
る。このテレビジョン受像機１５１は、受像機本体１５
２の上縁に沿って複数の圧電素子５０を組み合わせた超
音波発生器１５４を配置したものである。ここで、超音
波発生器１５４の各圧電素子５０の指向性を聴取者１５
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５０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。
【０１１３】前述した図２２及び図２３に示す再生機１
３１又はテレビジョン受像機１４１に適用したスピーカ
装置においても、同様に、各圧電素子５０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、バイノーラ
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５０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。
【０１１４】そして、図２５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ものであり、
展示物１６１が展示される位置の天井に複数の圧電素子
５０を組み合わせた超音波発生器１６２を配置してい
る。このとき、超音波発生器１６２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１６１を鑑賞する
鑑賞者１６３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。
【０１１５】次に、図２６に示すスピーカ装置は、複数
の圧電素子５０を組み合わせた超音波発生器１７１から
の超音波を離間した位置に配置した振動板１７２，１７
３に向けて放出し、これら振動板１７２，１７３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１７２，１７３は、枠
体１７２ａ，１７３ａにフィルム等を一定の張力を与え
て張ったものである。
【０１１６】このように構成することにより、振動板１
７２，１７３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。
【０１１７】この振動板１７２，１７３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。
【０１１８】更に、図２７は、本発明に係るスピーカ装
置をテレビジョン受像機１８１に適用し、視聴者１８２
を追尾し、視聴者１８２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１８
１は、受像機本体１８３の上縁に沿って複数の圧電素子
５０を組み合わせた超音波発生器１８４を配置し、更に
超音波発生器１８４の上縁に沿って視聴者１８２の位置
を検出する位置検出手段１８５を配置したものである。
位置検出手段１８５の検出出力に応じて超音波発生器１
８４の指向性を可変することにより視聴者１８２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５０は、受像機本体１８３の上
縁に沿って２列に配置されている。
【０１１９】更にまた、図２８は、本発明に係るスピー
カ装置をテレビジョン受像機１９１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１９２を受像機本体
１９３の上面に設置し、この撮像追尾機構１９２の一部
に複数の圧電素子５０を組み合わせた超音波発生器１９
４を取り付けたものである。
【０１２０】なお、超音波発生器１９４を構成する複数
の圧電素子５０は、撮像追尾機構１９２の両側に１組ず
つ配置される。
【０１２１】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１９２と一体に回動若しくは移動するよ
うに超音波発生器１９４を取り付けることにより、視聴
者１９５のみにオーディオ情報を提供することが可能と
なる。
【０１２２】
【発明の効果】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。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】本発明に係るスピーカ装置の回路図である。
【図３】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】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】図４に示すスピーカ装置の指向特性を示す特性
図である。
【図６】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。
【図７】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】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】前処理回路を構成するＤＳＰの機能を示すブロ
ック図である。
【図１０】前処理回路を構成するＤＳＰの機能を示すブ
ロック図である。
【図１１】前処理回路を構成するＤＳＰの機能を示すブ
ロック図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】本発明に係るスピーカ装置を自動車内のルー
ムミラーに取り付け、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１６】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１７】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１８】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１９】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２０】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２１】本発明に係るスピーカ装置をオーバーヘッド
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２２】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２３】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２４】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２５】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２６】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２７】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２８】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。
【符号の説明】
１ 搬送波発振器、 ２ オーディオ信号源、 ３ 周
波数変調器、 ５ 超音波発生器、 ２２ 微分器、
２３ａ 増幅器、 ２３ｂ 反転増幅器、 ２４ 混合
器、 ２６ 補正フィルタ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 音源から出力されるオーディオ信号を少
    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
    調する変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号によって駆動
    される少なくとも１個の超音波発生素子を備えてなるス
    ピーカ装置。
  2. 【請求項２】 上記変調手段は、上記音源から出力され
    るオーディオ信号を第１の周波数に周波数変調された信
    号と上記第１の周波数とは異なる第２の周波数に周波数
    変調された信号に変換することを特徴とする請求項１記
    載のスピーカ装置。
  3. 【請求項３】 複数の超音波発生素子を備え、上記超音
    波発生素子は、第１の素子群と第２の素子群からなり、
    上記第１の素子群に上記第１の周波数に周波数変調され
    た信号が入力され、上記第２の素子群に上記第２の周波
    数に周波数変調された信号が入力されることを特徴とす
    る請求項２記載のスピーカ装置。
  4. 【請求項４】 上記第１の周波数に周波数変調された信
    号と上記第２の周波数に周波数変調された信号を混合す
    る手段を備えることを特徴とする請求項３記載のスピー
    カ装置。
  5. 【請求項５】 上記音源から出力されるオーディオ信号
    を微分処理する微分手段を備えることを特徴とする請求
    項１記載のスピーカ装置。
  6. 【請求項６】 上記微分手段によって微分処理されたオ
    ーディオ信号をレベルシフトする直流オフセット手段を
    備えることを特徴とする請求項５記載のスピーカ装置。
  7. 【請求項７】 上記音源から出力されるオーディオ信号
    を逆コサイン関数処理することを特徴とする請求項１記
    載のスピーカ装置。
  8. 【請求項８】 上記音源から出力されるオーディオ信号
    を少なくとも可聴帯域より高い周波数帯域に周波数変調
    された信号を振幅変調するとともに上記オーディオ信号
    を振幅変調する振幅変調手段を備えることを特徴とする
    請求項１記載のスピーカ装置。
  9. 【請求項９】 上記音源から出力されるオーディオ信号
    を逆コサイン変換処理することを特徴とする請求項８記
    載のスピーカ装置。
  10. 【請求項１０】 音源から出力されるオーディオ信号を
    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
    変調する変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号の周波数特性
    を補正する補正手段と、 上記補正手段からの補正された信号によって駆動される
    少なくとも１個の超音波発生素子を備えてなるスピーカ
    装置。
  11. 【請求項１１】 音源から出力されるオーディオ信号の
    周波数特性を補正する補正手段と、 上記補正手段からの補正されたオーディオ信号を少なく
    とも可聴帯域より高い周波数帯域の信号に周波数変調す
    る変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号によって駆動
    される少なくとも１個の超音波発生素子を備えてなるス
    ピーカ装置。
  12. 【請求項１２】 音源から出力されるオーディオ信号を
    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
    変調する変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号によって駆動
    される少なくとも１個の超音波発生素子と、 上記超音波発生素子から放出される超音波の差周波数歪
    みによる可聴帯域の音を集音するマイクロホンと、 上記マイクロホンによって集音された可聴帯域の信号を
    逆コサイン関数処理する手段とを備えてなるオーディオ
    信号送信装置。
  13. 【請求項１３】 音源から出力されるオーディオ信号を
    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
    変調する変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号によって駆動
    される複数の超音波発生素子を備えてなるスピーカ装
    置。
  14. 【請求項１４】 上記変調手段は、上記音源から出力さ
    れるオーディオ信号を第１の周波数に周波数変調された
    信号と上記第１の周波数とは異なる第２の周波数に周波
    数変調された信号に変換することを特徴とする請求項１
    ３記載のスピーカ装置。
  15. 【請求項１５】 上記複数の超音波発生素子は、第１の
    素子と第２の素子群からなり、上記第１の素子群に上記
    第１の周波数に周波数変調された信号が入力され、上記
    第２の素子群に上記第２の周波数に周波数変調された信
    号が入力されることを特徴とする請求項１４記載のスピ
    ーカ装置。
  16. 【請求項１６】 上記第１の周波数に周波数変調された
    信号と上記第２の周波数に周波数変調された信号を混合
    する手段を備えることを特徴とする請求項１４記載のス
    ピーカ装置。
  17. 【請求項１７】 上記音源から出力されるオーディオ信
    号を微分処理する微分手段を備えることを特徴とする請
    求項１３記載のスピーカ装置。
  18. 【請求項１８】 上記微分手段によって微分処理された
    オーディオ信号をレベルシフトする直流オフセット手段
    が備えることを特徴とする請求項１７記載のスピーカ装
    置。
  19. 【請求項１９】 上記音源から出力されるオーディオ信
    号を逆コサイン関数処理することを特徴とする請求項１
    ３記載のスピーカ装置。
  20. 【請求項２０】 上記音源から出力されるオーディオ信
    号を少なくとも可聴帯域より高い周波数帯域に周波数変
    調された信号を振幅変調するとともに上記オーディオ信
    号を振幅変調する振幅変調手段を備えることを特徴とす
    る請求項１３記載のスピーカ装置。
  21. 【請求項２１】 上記音源から出力されるオーディオ信
    号を逆コサイン関数処理することを特徴とする請求項２
    ０記載のスピーカ装置。
  22. 【請求項２２】 上記第１の素子群及び上記第２の素子
    群に入力される第１及び第２の周波数の変調信号の少な
    くとも一方を遅延させる遅延手段が設けられたことを特
    徴とする請求項１５記載のスピーカ装置。
  23. 【請求項２３】 音源から出力されるオーディオ信号を
    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
    変調する変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号の周波数特性
    を補正する補正手段と、 上記補正手段からの補正された信号によって駆動される
    複数の超音波発生素子を備えてなるスピーカ装置。
  24. 【請求項２４】 音源から出力されるオーディオ信号の
    周波数特性を補正する補正手段と、 上記補正手段からの補正されたオーディオ信号を少なく
    とも可聴帯域より高い周波数帯域の信号に周波数変調す
    る変調手段と、 上記変調手段からの周波数変調された信号によって駆動
    される複数の超音波発生素子を備えてなるスピーカ装
    置。
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