JP2006135779A

JP2006135779A - 指向性複合型スピーカ

Info

Publication number: JP2006135779A
Application number: JP2004323879A
Authority: JP
Inventors: Kiyobumi Mori; 清文森
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】音声域提供範囲を従来の無指向性スピーカよりは狭くすると共に、その音量や音質を向上させた指向性複合型スピーカを得ることを目的とする。
【解決手段】放射器１０はキャリア信号に応じた超音波を出力する超指向性スピーカ１１と、超指向性スピーカの周囲に配置され、可聴音波の信号により可聴音波を出力する外周配置スピーカ１２を備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、特定の範囲に可聴音を伝えるための、指向性複合型スピーカに関するものである。

従来のスピーカとしては、スピーカの向いた方向に幅広く音声を伝達する指向性の低いスピーカ（以下、無指向性スピーカ）と、非常に狭い範囲にのみ音声を伝達する超指向性スピーカがあった。超指向性スピーカは、強力な超音波が空気中を伝搬する過程で発生するひずみ成分を用いて可聴帯域の音を得る、パラメトリックスピーカの原理を利用している。現在の超指向性スピーカでは、音を正面に伝搬させて、音軸上約２０度の放射角度を有して音を提供することが可能となっている。

また、パラメトリックスピーカの例としては、音声アナウンスを指向性放射する目的で、可聴音信号を生成する音源と、超音波帯域に属する搬送波を利用して可聴音信号の音響放射特性を制御する音響放射制御器と、音響放射制御器によって音響放射特性が制御された可聴音信号が入力されて可聴音を放射するスピーカを備える超指向性スピーカ装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２０４４９２号公報

従来の無指向性スピーカでは、音声はスピーカの周囲に広く伝わってしまっていた。それに対して、超指向性スピーカでは、音声提供範囲は狭いものの、強力な超音波が空気を伝搬する過程で発生するひずみ成分を利用して可聴音域の音を得るため、その音量や音質が無指向性スピーカと比較して劣るという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、音声域提供範囲を従来の無指向性スピーカよりは狭くすると共に、その音量や音質を向上させた指向性複合型スピーカを得ることを目的とする。

この発明に係る指向性複合型スピーカは、キャリア信号に応じた超音波を出力する超指向性スピーカと、超指向性スピーカの周囲に配置され、可聴音波の信号により可聴音波を出力する外周配置スピーカを備えている。

この発明によれば、超指向性スピーカから超音波を出力することにより、狭い範囲に存在する聴衆に音声を提供すると共に、音声を出力する放射角度を小さくした外周配置スピーカから音声を提供することにより、超指向性スピーカで不足する音量や音質を補う効果が得られる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１に係る指向性複合型スピーカを用いた音声提供装置の構成を示すブロック図である。図１において、指向性複合型スピーカは、音源１、変調器２、増幅器３と、超指向性スピーカ１１と外周配置スピーカ１２を有する放射器１０を備えている。超指向性スピーカ１１は、超音波が空気中を伝搬する時に生じる、空気非線形に起因する超音波の自己復調現象を利用したものである。また、放射器１０が実質的に指向性複合型スピーカに相当する。

次に、動作について説明する。音源１は可聴音波を示す信号（以下、可聴音波信号）を生成し、変調器２は、音源１から出力された可聴音波信号により超音波のキャリア信号を変調する。増幅器３は、超音波のキャリア信号を増幅し、放射器１０内部の超指向性スピーカ１１は増幅されたキャリア信号に応じた超音波を出力する。また、音源１からの可聴音波信号を直接増幅器３が増幅し、増幅された可聴音波信号により、放射器１０内部の外周配置スピーカ１２が可聴音波を出力する。

図２は、実施の形態１に係る放射器１０の正面図である。放射器１０の中央部に超指向性スピーカ１１を配置し、その外周に無指向性スピーカを複数配置して、外周配置スピーカ１２を形成している。なお、図２（ａ）は円周状に無指向性スピーカを配置した外周配置スピーカ１２であり、図２（ｂ）は無指向性スピーカを矩形状に配置した外周配置スピーカ１２である。

図３は、実施の形態１に係る放射器１０の側面図である。放射器１０内部の超指向性スピーカ１１は、人間には聞こえない超音波を用いて、その強力な超音波が空気を伝搬する過程でひずみ成分が発生し、そのひずみ成分を利用することによって可聴帯域の音を得る原理（非線形性）を採用している。可聴音を得るための変換効率は低いものの、音放射方向の狭い範囲にビーム状に音が集中するという“超指向性”を実現できる。一例として、実施の形態１の超指向性スピーカ１１では、音軸上約２０度の放射角度を有して音を提供することが可能である。

また、従来の無指向性スピーカは、音量や音質においては超指向性スピーカより優れているが、所謂裸電球の光のように、スピーカの背面を含む広い範囲に渡って音場を形成するので、音声を提供する範囲をコントロールするのが難しい。そこで、実施の形態１では、無指向性スピーカを超指向性スピーカ１１の外周に複数配置することにより、無指向性スピーカ全体、即ち、外周配置スピーカ１２の放射角度を小さくしている。

以下、放射器１０の外形寸法と指向性の関係について説明する。図２（ａ）のように無指向性スピーカが配置されると、放射器１０の直径Ｄが大きくなるように構成される。なお、図２（ｂ）の場合も外形を正方形とすれば、その一辺の長さはＤと表せる。一般的に、スピーカの外形寸法を大きくすると指向性が高まることが知られている。外周配置スピーカ１２から放射される音声の半減角度（放射角度）は数式１によって表される。この半減角度は指向性の目安とされ、半減角度が小さいほど指向性が高くなる。従って、数式１によりＤが大きくなるように放射器１０の外形寸法を設計すれば、その指向性を高めることが可能になる。

更に、外周配置スピーカ１２を構成する無指向性スピーカを、位相特性に優れる平板スピーカとすることで、外周配置スピーカ１２の放射角度をより小さくすることができる。一例として、実施の形態１の指向性複合型スピーカでは、平板スピーカを採用することにより、音軸上約５０度の放射角度を有して音声を提供することが可能である。

以上のように、この実施の形態１によれば、超指向性スピーカから超音波を出力することにより、狭い範囲に存在する聴衆に音声を提供すると共に、音声を出力する放射角度を小さくした外周配置スピーカから音声を提供することにより、超指向性スピーカで不足する音量や音質を補う効果が得られる。

また、放射器１０内部の超指向性スピーカ１１と外周配置スピーカ１２によるの音声提供方法の一例として、音声提供範囲の暗騒音が低く、超指向性スピーカ１１からの音量で十分な場合は、超指向性スピーカ１１のみで音声を提供することが出来る。それに対して、音声提供範囲の暗騒音が高く、超指向性スピーカ１１の音量では不十分な場合には、外周配置スピーカ１２の音声を重畳させて音量を確保することが出来る。

この発明の実施の形態１に係る指向性複合型スピーカを用いた音声提供装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１に係る放射器１０の正面図である。この発明の実施の形態１に係る放射器１０の側面図である。

符号の説明

１音源、２変調器、３増幅器、１０放射器、１１超指向性スピーカ、１２外周配置スピーカ。

Claims

キャリア信号に応じた超音波を出力する超指向性スピーカと、
超指向性スピーカの周囲に配置され、可聴音波の信号により可聴音波を出力する外周配置スピーカとを備えることを特徴とする指向性複合型スピーカ。
前記外周配置スピーカが、前記超指向性スピーカの周囲に無指向性スピーカを円周状または矩形状に複数配置して構成されることを特徴とする請求項１記載の指向性複合型スピーカ。
前記無指向性スピーカが平板スピーカであることを特徴とする請求項２記載の指向性複合型スピーカ。
前記超指向性スピーカと前記外周配置スピーカが同時または独立に動作することを特徴とする請求項２記載の指向性複合型スピーカ。