JP2005033372A

JP2005033372A - 音発生装置

Info

Publication number: JP2005033372A
Application number: JP2003194445A
Authority: JP
Inventors: Kinya Matsuzawa; 欣也松澤; Yoshiki Fukui; 芳樹福井; Kunio Tabata; 邦夫田端
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】超音波スピーカから発信する可聴音波の復調距離を調節でき、また音質の良い音を異なる距離で聞くことができる音発生装置を提供する。
【解決手段】人感知センサ２が人を感知すると、周波数記憶部６に記録されている周波数の超音波信号をキャリア波発信源３が出力する。そして変調器５がオーディオ処理部４から出力された可聴音波信号で、キャリア波発信源３の出力した超音波信号を変調する。そして超音波スピーカ１が変調された超音波信号を発信する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、超音波スピーカから発信する可聴音波の復調距離を調節できる音発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可聴音波を発信するための信号（可聴音波信号）を用いて、可聴音波よりも高い周波数の超音波信号（キャリア波）を変調し、その変調された超音波信号を発信するスピーカ（超音波スピーカやパラメトリックアレイスピーカと呼ばれている）が公開されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、上述のスピーカにより発信された超音波信号は空気中を伝搬する際に途中で波形分離が生じ、超音波は減衰し、当該減衰した超音波の変調に用いた可聴音波信号だけが復調されることは周知の技術（パラメトリックアレイの原理）である。しかし従来の超音波スピーカは、共振型のトランスデューサを利用して超音波を発生しているので、高音圧で発信できる超音波の周波数帯域が非常に狭い。ここで、一般的にパラメトリックアレイの原理によると高音圧で超音波を発信した方が、低音圧で超音波を発信した場合に比べて、復調した可聴音信号波の音の音質がよいので、より良い音を出すためには超音波スピーカで発信させる超音波の音圧を高く維持する必要が出てくる。またパラメトリックアレイの原理では、周波数の高い超音波の場合には可聴音波信号が超音波スピーカから近距離で復調し、周波数の低い超音波の場合には可聴音波信号が超音波スピーカから遠距離で復調する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６２０８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術の超音波スピーカでは高音圧で発信できる周波数帯域が狭いので、発信する超音波の周波数を高音圧に保ったまま広帯域に渡って変更することができない。したがって、可聴音波信号を復調させる距離の調節ができず、このため、例えば、オーディオ機器に上述の超音波スピーカを内蔵した場合には、オーディオ機器から発信する可聴音波の復調距離を調節できないという問題があった。また、人間の存在を自動的に感知してスピーカ音源のスイッチをＯＮ／ＯＦＦする機能が無かった。
そこで、この発明は、超音波スピーカから発信する可聴音波の復調距離を調節でき、音質の良い音を異なる距離で聞くことができ、さらに人間の存在を自動的に感知してスピーカ音源のスイッチをＯＮ／ＯＦＦする機能を有する音発生装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、平板上の振動体と、前記振動体の一方の面に接する第１の電極と、前記振動体の他方の面に接し前記振動体との間に複数の異なる微小溝を有する第２の電極とを有し、前記第１と前記第２の電極間の交流信号の印加に基づいて前記第２の電極と前記振動体の間の静電効果により超音波を発信する超音波スピーカと、可聴音波信号を出力する可聴音波信号出力手段と、超音波信号を出力する超音波信号出力手段と、前記可聴音波信号で前記超音波信号を変調して当該変調した超音波信号を前記超音波スピーカへ出力する変調手段と、物体を感知する感知センサとを備え、前記感知センサによる前記物体の感知に基づいて前記可聴音波出力手段が前記可聴音波信号を出力し、前記超音波信号出力手段が前記超音波信号を出力することを特徴とする音発生装置である。
これにより、第１の電極と第２の電極に交流信号が印加されると、第２の電極の微小な溝がコンデンサの役割を果たす（静電効果）。そしてこの静電効果によって振動体が振動する。また第２の電極の微小な溝の大きさが異なるので、振動体の振動の周波数が変化し、これにより超音波スピーカは、高音圧で広帯域な周波数が発生する。そして、超音波スピーカから発信した超音波が空気伝搬中に減衰し超音波信号だけが、超音波の周波数の値に応じた距離で復調する。これにより、周波数を変更しても高音圧で広帯域な超音波を発信できるので、周波数を変更することができ、これにより、音発生装置からの音の聞こえる距離を調節できる。また人感知センサが物体を感知した時にだけ超音波を発生することができる。
【０００６】
また本発明は、前記可聴音波信号出力手段は、記録媒体に記録された音声データを再生して当該再生した音声データに基づいて前記可聴音信号を出力し、前記音声データの再生停止後に前記感知センサによる前記物体の感知に基づいて前記音声データを再度再生する場合には、前記音声データの最初のデータまたは前記停止の際に最後に再生した音声データの次のデータのいずれかから再生することを特徴とする。これにより、例えば音発生装置からユーザが離れた場合でも、音声データの途中または最初のいずれかから音声データを聴くことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による音発生装置を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施形態による音発生装置の構成を示す概略ブロック図である。この図において符号１は超音波スピーカであり、広帯域に渡る周波数の超音波を発信できる広帯域超音波トランスデューサを有している。２は人感知センサであり、例えば人体の熱を感知して人が存在するか否かを検知する焦電型人感知センサである。なお、この人感知センサ２は赤外線を利用して人の存在を検知する赤外線型人感知センサであっても、超音波を利用して人の存在を検知する超音波型人感知センサであってもよい。
【０００８】
また３はキャリア波発信源（超音波信号出力手段）であり、超音波信号を出力する。また４はオーディオ処理部（可聴音波信号出力手段）であり、例えばＣＤ−ＲＯＭに記録された音声データを再生し、可聴音波信号を出力する。また５は変調器（変調手段）であり、オーディオ処理部４から出力された可聴音波信号で、キャリア波発信源３から出力された超音波信号を変調する。また６は周波数記憶部であり、キャリア波発信源３で出力する超音波信号の周波数の値を予め記憶している。また７はセンサ制御部であり、人感知センサ２が人の存在を感知すると、オーディオ処理部４に音声データの再生指示を行ない、また、キャリア波発信源３に超音波信号の出力を指示する。
【０００９】
次に、超音波スピーカ１を構成する広帯域超音波トランスデューサについて説明する。図２は静電方式の広帯域超音波トランスデューサの構成を示す図である。図２に示すように静電効果で振動する静電方式の超音波トランスデューサは、広帯域型の周波数特性を有する（図３参照）。そして、図２に示すように、静電方式の超音波トランスデューサは、振動体として数μｍ（３〜１０μｍ程度）の厚さのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）等の誘電体８１（絶縁体）を用いている。誘電体８１に対しては、金属箔として形成される上電極８２（第１の電極）がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮の下電極８３（第２の電極）が下面部に接触するように設けられている。この誘電体８１が振動膜を形成する。下電極８３は、リード８４が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板８５に固定されている。誘電体８１および上電極８２ならびにベース板８５は、メタルリング８６、８７、および８８、ならびにメッシュ８９とともに、ケース８０によってかしめられている。
【００１０】
また下電極８３の誘電体８１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極８３と誘電体８１との間の空隙となるので、上電極８２および下電極８３間の静電容量の分布が微小に変化する。このランダムな微小な溝は、下電極８３の表面を手作業でヤスリで荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、超音波トランスデューサの周波数特性が図３に示したように広帯域となっている。
【００１１】
図３は広帯域超音波トランスデューサと共振型超音波トランスデューサの周波数特性を示す図である。図３において、周波数ｆａは約４０ｋＨｚであり、その周波数における音圧は所定の条件で１２０ｄＢ以上である。図３では比較のため共振型の超音波トランスデューサの特性を破線で示している。共振型の超音波トランスデューサは高音圧の超音波を発信できる周波数が限られているが、広帯域の超音波トランスデューサは高音圧の超音波を発信できる周波数が広帯域に渡っている。
【００１２】
ここで、音発生装置は様々な電子機器に取り付けて利用する。そして、音発生装置からより近く狭い範囲で音が聞こえるようにしたいと、例えば音発生装置の製造者が考えた場合、製造者は周波数記憶部６に高い周波数の値を記録させておく。すると超音波スピーカ１は発信できる周波数の範囲の中のうち、製造者の指定した高い周波数の超音波を発信する。これにより、パラメトリックアレイの原理における高い周波数の超音波特性により、音発生装置から近く狭い範囲で音が聞こえるようになる。なお、超音波発生装置には、ユーザが周波数記憶部６の記憶する周波数の値を自由に変更できる、周波数設定部を設けるようにしてもよい。
【００１３】
また例えば音発生装置の製造者が、音発生装置からより遠く広い範囲で音が聞こえるようにしたいと考えた場合、製造者は周波数記憶部６に低い周波数の値を記録させておく。すると超音波スピーカ１は発信できる周波数の範囲の中のうち、製造者の指定した低い周波数の超音波を発信する。また、この場合も超音波発生装置には、ユーザが周波数記憶部６の記憶する周波数の値を自由に変更できる、周波数設定部を設けるようにしてもよい。これにより、パラメトリックアレイの原理における低い周波数の超音波特性により、音発生装置から広く遠い範囲で音が聞こえるようになる。
【００１４】
次に、音発生装置における各部の動作と、超音波スピーカから発信する超音波について順を追って説明する。まず、人感知センサ２が人の存在を検知すると、センサ制御部７がオーディオ処理部４に音声データを再生するよう通知する。するとオーディオ処理部４は、例えばＣＤ−ＲＯＭに記録された音声データを再生し、可聴周波数信号を変調器５に出力する。また人感知センサ２が人の存在を検知すると、センサ制御部７はキャリア波発信源３に超音波信号を出力するよう指示する。するとキャリア波発信源３は周波数記憶部６に記録されている周波数の超音波信号を変調器５に出力する。なおキャリア波発信源３が出力する周波数の値は４０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度とする。
【００１５】
次に、変調器５はオーディオ処理部４から出力された可聴周波数信号で、キャリア波発信源３から出力された超音波信号をＡＭ（ａｍｐｌｉｔｕｄｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調する。そして、変調器５はＡＭ変調した超音波信号を超音波スピーカ１に出力し、超音波スピーカ１が超音波信号を発信する。なお、人感知センサ２は人が離れて行った場合には、人の存在の検知ができなくなるため、これに基づいてセンサ制御部７がオーディオ処理部４に音声データの再生を停止するよう通知する。
なお、音発生装置の超音波スピーカ１から発信されたＡＭ変調された超音波は、パラメトリックアレイの原理により、空気中を伝搬する間に超音波と可聴音とに波形が分離し、超音波はいずれ減衰する。そして、超音波信号を変調した可聴音波信号だけが復調される。
【００１６】
次に音発生装置の利用形態について説明する。図４は音発生装置の第１の利用形態を示す図である。この図が示すように、例えば、店舗の看板に音発生装置を取り付けるようにすれば、店舗の前を通った人を人感知センサ２が検知して、超音波スピーカ１が超音波を発信し、店舗の前を通った人に音が聞こえるようになる。そして、オーディオ処理部４が例えば店舗の宣伝用のナレーションの音声データを再生すれば、店舗の前を通った人だけに宣伝を行うことができる。そして、看板から人までの距離を予め想定して、その距離で可聴音波信号が復調するような周波数を周波数指定部６に記録させておく。
【００１７】
また図５は音発生装置の第２の利用形態を示す図である。この図が示すように、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）に音発生装置を取り付けると、例えば、ＰＣに備えられたＣＤ−ＲＯＭドライブに音楽ＣＤを挿入して音楽を再生した場合に、ユーザがＰＣの前に座っている時だけＣＤの音声データが再生される。そして、ユーザがＰＣを離れると、人感知センサがユーザが離席したことを検知して、センサ制御部７がオーディオ処理部４に停止を通知する。そして、再度ユーザがＰＣの前に来た場合にはセンサ制御部７がオーディオ処理部４に音声データの再生を通知する。なお、この時オーディオ処理部４はＣＤの最初から音声データを再生するようにしてもよいし、またセンサ制御部７から再生停止の通知を受けて音声データの再生を停止したところから再生するようにしてもよい。
【００１８】
また図６は音発生装置の第３の利用形態を示す図である。この図が示すように携帯電話に音発生装置を取り付けると、耳から話した状態でも通話口の音発生装置から発信した超音波によって、音を聞くことができる。そして、パラメトリックアレイの原理によって、音の可聴範囲が超音波の周波数によって設定できれば、他の人に聞かれずに通話を行なうことなどが可能である。なお、音発生装置の利用形態は上記の形態だけに限らず、例えば、美術館での絵画の説明をナレーションする機器に利用したり、会社の受付で挨拶の音声を発信するオーディオ機器として利用することもできる。
【００１９】
尚、図１に示した各処理部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、各処理部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、各処理部の機能を実現する為のプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
また、上記メモリは、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、ＣＤ−ＲＯＭ等の読み出しのみが可能な記録媒体、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせによるコンピュータ読み取り、書き込み可能な記録媒体より構成されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の音発生装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本実施形態の広帯域超音波トランスデューサを示す図である。
【図３】本実施形態の広帯域超音波トランスデューサの周波数特性を示す図である。
【図４】本実施形態の音発生装置の第１の利用形態を示す図である。
【図５】本実施形態の音発生装置の第２の利用形態を示す図である。
【図６】本実施形態の音発生装置の第３の利用形態を示す図である。
【符号の説明】
１超音波スピーカ、２人感知センサ、３キャリア波発信源、４オーディオ処理部、５変調器、６周波数指定部、７センサ制御部

Claims

平板上の振動体と、前記振動体の一方の面に接する第１の電極と、前記振動体の他方の面に接し前記振動体との間に複数の異なる微小溝を有する第２の電極とを有し、前記第１と前記第２の電極間の交流信号の印加に基づいて前記第２の電極と前記振動体の間の静電効果により超音波を発信する超音波スピーカと、
可聴音波信号を出力する可聴音波信号出力手段と、
超音波信号を出力する超音波信号出力手段と、
前記可聴音波信号で前記超音波信号を変調して当該変調した超音波信号を前記超音波スピーカへ出力する変調手段と、
物体を感知する感知センサとを備え、
前記感知センサによる前記物体の感知に基づいて前記可聴音波出力手段が前記可聴音波信号を出力し、前記超音波信号出力手段が前記超音波信号を出力することを特徴とする音発生装置。
前記可聴音波信号出力手段は、記録媒体に記録された音声データを再生して当該再生した音声データに基づいて前記可聴音信号を出力し、前記音声データの再生停止後に前記感知センサによる前記物体の感知に基づいて前記音声データを再度再生する場合には、前記音声データの最初のデータまたは前記停止の際に最後に再生した音声データの次のデータのいずれかから再生することを特徴とする請求項２に記載の音発生装置。