特開 2021-197561 超指向性スピーカおよび超指向性スピーカシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-197561(P2021-197561A)

(43)【公開日】2021年12月27日

(54)【発明の名称】超指向性スピーカおよび超指向性スピーカシステム

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/32 20060101AFI20211129BHJP

   H04R 1/40 20060101ALI20211129BHJP

   H04R 1/00 20060101ALI20211129BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20211129BHJP

【ＦＩ】

   H04R1/32 330

   H04R1/40 330

   H04R1/00 330A

   G10K11/16 150

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-100112(P2020-100112)

(22)【出願日】2020年6月9日

(11)【特許番号】特許第6826301号(P6826301)

(45)【特許公報発行日】2021年2月3日

(71)【出願人】

【識別番号】518133201

【氏名又は名称】富士通クライアントコンピューティング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】下川 創

(72)【発明者】

【氏名】岡本 善博

(72)【発明者】

【氏名】渡部 雄貴

【テーマコード（参考）】

5D019

5D061

【Ｆターム（参考）】

5D019AA02

5D019GG05

5D061CC11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】コスト増加や歩留率の低下を抑制しつつ、サイドローブの抑制が可能な超指向性スピーカを提供する。
【解決手段】超指向性スピーカ１０は、超音波発生部２２と、側壁部２８と、を備える。超音波発生部は、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセル２０を複数個配列して超音波放射面を形成する。側壁部は、超音波発生部の外縁を包囲し、超音波放射面の鉛直方向で超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成される。超音波発生部の外縁を包囲するハウジングＨの側壁部２８の高さを、超音波放射面２４よりも高く設定することによりサイドローブを抑制している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、
前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、
を備える超指向性スピーカ。

【請求項2】

前記側壁部は、前記超音波放射面から前記超音波を放射する際に発生するサイドローブのピーク発生方向を遮る高さに前記所定高さが設定されている、請求項１に記載の超指向性スピーカ。

【請求項3】

前記側壁部は、前記超音波放射面の中心位置を基準にした場合の前記サイドローブのピーク発生方向を示す仰角と、前記中心位置から前記側壁部までの水平方向距離とに基づき前記所定高さが設定される、請求項２に記載の超指向性スピーカ。

【請求項4】

前記超音波発生部の外縁と前記側壁部の内壁との間に吸音材を介在させた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超指向性スピーカ。

【請求項5】

超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、を備える超指向性スピーカと、
前記超指向性スピーカを支持し、前記超音波放射面の向きを水平方向と垂直方向の少なくとも一方に変化させる駆動部と、
前記超指向性スピーカの可聴音の出力制御および前記駆動部の姿勢制御を行う制御部と、
を含む、超指向性スピーカシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超指向性スピーカおよび超指向性スピーカシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超音波を搬送波として可聴音を出力する超指向性スピーカ（超音波スピーカ）が実用化されている。超指向性スピーカは、複数の超音波スピーカセルを配列することにより超音波の放射面を形成している。そして、超音波を搬送波として用いることで、鋭い指向性を持たせることができる。その結果、特定の狭い領域に存在する人に選択的に可聴音を流す（認識させる）ことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６６６１１８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、超指向性スピーカから送出される超音波（超音波ビーム）には、送信方向の中心軸上に出る音圧の高いメインローブと、中心軸から外れた方向に出る音圧の低いサイドローブが存在する。その結果、特定の領域以外の方向にも可聴音が漏れてしまう場合がある。例えば、店舗等で特定の客に対して「声かけ」を行おうとする場合に、周囲にいる他の客に声かけ内容が聞き取られてしまう場合がある。サイドローブは、超指向性スピーカを構成する個々の超音波スピーカセルの特性を揃えるようにセル選定を行うことで低減することできるが、選別コストが必要になるとともに、歩留率が低下してしまうという問題があった。

【0005】

従って、本発明が解決する課題の一例は、コスト増加や歩留率の低下を抑制しつつ、サイドローブの抑制が可能な超指向性スピーカを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１態様に係る超指向性スピーカは、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、を備える。

【0007】

本発明の第２態様に係る超指向性スピーカシステムは、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、を備える超指向性スピーカと、前記超指向性スピーカを支持し、前記超音波放射面の向きを水平方向と垂直方向の少なくとも一方に変化させる駆動部と、前記超指向性スピーカの可聴音の出力制御および前記駆動部の姿勢制御を行う制御部と、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本発明の上記態様によれば、超音波発生部の外縁を包囲し、超音波放射面の鉛直方向で超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部を備えるので、側壁部によりサイドローブを遮ることができる。その結果、超音波スピーカセルの特性を揃える等の選別を厳密に行う必要性が低下する。従って、コスト増加や歩留率の低下を抑制しつつ、サイドローブによる可聴音の漏れが抑制できる超指向性スピーカおよび超指向性スピーカシステムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態にかかる超指向性スピーカを含む超指向性スピーカシステムの構成を示す例示的かつ模式的な説明図である。

【図2】図２は、実施形態にかかる超指向性スピーカの構造を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図3】図３は、実施形態にかかる超指向性スピーカの超音波スピーカセルの配列を示す例示的かつ模式的な上面図である。

【図4】図４は、実施形態にかかる超指向性スピーカのグリル(カバー)の態様を示す例示的かつ模式的な平面図である。

【図5】図５は、実施形態にかかる超指向性スピーカの構造において、側壁部によるサイドローブの遮蔽が行われない場合のメインローブとサイドローブの発生状態を示す例示的かつ模式的な図である。

【図6】図６は、実施形態にかかる超指向性スピーカの構造において、側壁部によるサイドローブの遮蔽が行われる場合のメインローブとサイドローブの発生状態を示す例示的かつ模式的な図である。

【図7】図７は、実施形態にかかる超指向性スピーカにおいて、グリルと超音波放射面との間の距離（深さ）を変化させた場合の指向性特性の変化を示す例示的な説明図である。

【図8】図８は、実施形態にかかる超指向性スピーカの側壁部の高さの決定方法を示す例示的かつ模式的な説明図である。

【図9】図９は、実施形態にかかる超指向性スピーカに用いる吸音材の配置位置を示す例示的かつ模式的な断面図である。

【図10】図１０は、実施形態にかかる超指向性スピーカにおいて、グリルと超音波放射面との間の距離（深さ）および吸音材の種類を変化させた場合の指向性特性の変化を示す例示的な説明図である。

【図11】図１１は、実施形態にかかる超指向性スピーカにおいて、グリルなしの場合、グリルと超音波放射面との間の距離を一定として吸音材なしの場合および吸音材有りの場合における指向性特性の変化を示す例示的な説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうち、少なくとも一つを得ることが可能である。

【0011】

図１は、実施形態にかかる超指向性スピーカ１０を含む超指向性スピーカシステム１００の構成を示す例示的かつ模式的な説明図である。

【0012】

本実施形態では、超指向性スピーカシステム１００を、例えば、店舗等における防犯等に利用する例を示す。超指向性スピーカシステム１００は、例えば、店舗内ＳＴにおいて、不審な挙動を示す人物(以下、対象者ＰＴという)を監視カメラ等で発見した場合、超指向性スピーカ１０を用いて、対象者ＰＴが存在する領域Ｒのみに向けて可聴音を流す。すなわち、他の来店者(以下、非対象者ＮＰＴ)に気づかれることなく、いわゆる、「声かけ」等を行い、事前に万引き等の不正行為を防止するシステムである。なお、防犯等を目的とした「声かけ」としては、対象者ＰＴに直接的に警告するような音声メッセージでもよいし、対象者ＰＴに人目を気にさせるようなメッセージ、例えば、「いらっしゃいませ、何かお探しですか」等でもよい。

【0013】

超指向性スピーカ１０は、例えば、駆動部１２によって支持されて、店舗内ＳＴの例えば天井面に設置されている。駆動部１２は、例えば、モータ、減速機等で構成され、超指向性スピーカ１０の超音波放射面(図１の場合、超指向性スピーカ１０の下面)の向きを水平方向（パン）と垂直方向(チルト)の少なくとも一方に変化させる。パンとチルトを複合させることにより、超指向性スピーカ１０の超音波放射面を、ほぼ３６０°（全方位）に向けることができる。例えば、店舗内ＳＴに、商品陳列棚で仕切られた複数の通路が存在す場合、通路ごとに超指向性スピーカ１０と駆動部１２とで構成されるスピーカモジュール１４配置する。そして、駆動部１２の駆動により、通路の一方の端から他方の端まで、および通路を構成する左側棚の方向から右側棚の方向まで、超指向性スピーカ１０の超音波放射面を向けることができる。なお、図１の例では、スピーカモジュール１４を４セット示しているが、スピーカモジュール１４の数は、適宜選択可能である。

【0014】

超指向性スピーカ１０および駆動部１２からなるスピーカモジュール１４は、店舗のバックヤードＢＹに設置されたコントロールボックス１６およびホスト装置１８によって制御される。

【0015】

例えば、コントロールボックス１６は、駆動部１２に対して電力を供給してモータを駆動させ、超指向性スピーカ１０（超音波放射面）の向き（姿勢）を調整して、超音波の放射方向を対象者ＰＴに向ける。また、コントロールボックス１６は、変調部、搬送波生成部、増幅部等を備える。増幅部は、超指向性スピーカ１０の超音波発生部を構成する複数の超音波スピーカセルごとに設けられている。増幅部は、例えば超音波帯域の増幅特性が良好なオペアンプ等を用いて構成されている。搬送波生成部は、所定の周波数の超音波から成る搬送波を生成し、変調部に出力する。搬送波生成部は、例えば水晶振動子等を用いた高周波発振器を含んで構成されている。変調部は、ホスト装置１８から入力された可聴音の信号波によって、搬送波生成部から入力された搬送波を拡幅変調し、変調波を生成する。そして、この変調波は、増幅部によって増幅された状態で、超音波スピーカセルから放射される。超音波スピーカセル２０から放射された変調波は、空気中を伝播する過程で空気の非線形性により歪を生じるため、この歪によって可聴音である信号波が自己復調し、指向性の高い音場が形成されるようになっている。

【0016】

ホスト装置１８は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マザーボード（Ｍ／Ｂ）及びドーターボードのような種々の回路基板、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）のような記録装置、電源ユニット等を備える。ホスト装置１８は、一般的なＰＣ（Personal Computer）であってもよい。ホスト装置１８は、超指向性スピーカシステム１００の全体制御を司る。ホスト装置１８は、超指向性スピーカ１０から出力する可聴音の音声データをコントロールボックス１６に提供する。音声データは、予め録音されたものでもよいし、合成音声データでもよい。また、マイク等を用いて入力した、超指向性スピーカシステム１００の利用者（監視員等）の入力音声データでもよい。また、ホスト装置１８は、駆動部１２の駆動状態、すなわち超指向性スピーカ１０の姿勢を制御するための姿勢制御信号を生成しコントロールボックス１６に供給する。例えば、ホスト装置１８に接続されたマウスやジョイスティック等の入力デバイスを用いて利用者（監視員等）が姿勢制御信号を生成してもよい。また、別の実施形態では、ホスト装置１８は、監視カメラの監視結果に基づき、所定の条件を満たす不審な行動を伴う対象者ＰＴを検知した場合に、自動的に、その対象者ＰＴに超指向性スピーカ１０を向けるような姿勢制御信号を生成してもよい。なお、コントロールボックス１６とホスト装置１８は一体的に構成されてもよい。この場合、制御部と称してもよい。また、コントロールボックス１６やホスト装置１８は、機能別にさらに複数の装置に分割されてもよい。

【0017】

図２は、超指向性スピーカ１０の構造を示す例示的かつ模式的な断面図である。また、図３は、超指向性スピーカ１０に含まれる超音波スピーカセル２０の配列を示す例示的かつ模式的な上面図である。

【0018】

図２、図３に示されるように、超指向性スピーカ１０は、超音波を発生する複数の超音波スピーカセル２０が、基板Ｂ上で振動面２０ａを図中ｙ方向に向けた状態で、ｘ−ｚ方向に、例えば千鳥状に配列された超音波発生部２２を備える。各超音波スピーカセル２０は、例えば振動面２０ａが略円形の圧電素子で密着配置されて、超指向性スピーカ１０で要求されるスピーカ面積を満たす超音波放射面２４を形成する。図３の場合、超音波発生部２２において、超音波スピーカセル２０は、ｘ方向に１０個の列と９個の列が交互に配列され、ｚ方向に９列設けられている。すなわち、図３の超音波発生部２２の場合、８６個の超音波スピーカセル２０で構成される例が示されている。なお、要求される超指向性スピーカ１０のスピーカ面積や形状に応じて、超音波スピーカセル２０の配列数や配列パターンは適宜変更可能である。

【0019】

超音波発生部２２は、基板Ｂの縁部に等の形成された固定孔Ｂａにネジ等の締結部材を挿入して、金属材料や樹脂材料で形成されるハウジングＨの底壁部２６に固定される。ハウジングＨは、例えば、円筒形状の部品で、超音波発生部２２の全体を収納する。ハウジングＨは、底壁部２６と底壁部２６の外縁部から鉛直方向（ｙ方向）に立ち上がる側壁部２８、および側壁部２８の上端部に固定されて、ハウジングＨの上端開口部を塞ぐグリル３０で構成されている。グリル３０は、図４に示されるように、例えば、孔３０ａが規則的に形成されたパンチメタルで構成することができる。グリル３０は、超音波発生部２２の超音波放射面２４の保護を行うとともに、意匠の向上にも寄与している。

【0020】

ところで、超指向性スピーカ１０の超音波発生部２２の超音波放射面２４から放射させる超音波（超音波ビーム）には、図５に示されるように、送信方向の中心軸上に出る音圧の高いメインローブＭＲと中心軸から外れた方向に出る音圧の低いサイドローブＳＲが存在する。その結果、特定の領域以外の方向にも可聴音が漏れてしまうという現象が生じてしまう場合がある。例えば、図１に示されるように、店舗等で特定の客（対象者ＰＴ）に対して「声かけ」を行おうとする場合に、サイドローブＳＲにより周囲にいる他の客（非対象者ＮＰＴ）が声かけ内容を聞き取れてしまう場合がある。

【0021】

そこで、本実施形態の超指向性スピーカ１０は、図６に示されるように、超音波発生部２２の外縁を包囲するハウジングＨの側壁部２８の高さを、超音波放射面２４の鉛直方向で超音波放射面２４よりも高く設定することによりサイドローブＳＲを抑制している。

【0022】

図７は、超音波放射面２４からグリル３０までの距離（深さＤ：図２参照）を図５に示されるように、実質的０ｍｍの状態から図６に示されるように増加させた場合の超音波の指向特性（音圧特性）の変化を示す例示的な説明図である。なお、図７において、周方向の数値は、超音波発生部２２の正面方向（超音波スピーカセル２０の配列の中心位置Ｃを通る中心軸）を「０°」（または３６０°）とした場合の角度で、時計回り方向に０°から９０°、反時計回り方向に３６０°から２７０°が示されている。また、図７において、半径方向の数値は、測定点（例えば、超指向性スピーカ１０の前方７ｍ高さ１ｍ）における音圧（ｄＢ：デシベル）である。

【0023】

図７において、実線ａは、超音波発生部２２の超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）が０ｍｍの場合の指向特性の結果である。超音波スピーカセル２０の配列の中心位置Ｃを通る中心軸に沿う方向に現れている波形がメインローブＭＲである。また、中心軸から外れた方向に出る音圧の低い波形がサイドローブＳＲである。図７では、約７０°〜７５°方向に、音圧が約７７ｄＢのサイドローブＳＲが現れている。

【0024】

また、図７において、破線ｂは、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）が５ｍｍの場合の指向特性の結果である。この場合、約７０°〜７５°方向に、音圧が約７３ｄＢ（デシベル）のサイドローブＳＲが現れている。一点鎖線ｃは、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）が１０ｍｍの場合の指向特性の結果である。この場合、約６５°〜７０°方向に、音圧が約７０ｄＢ（デシベル）のサイドローブＳＲが現れている。さらに、二点鎖線ｄは、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）が１５ｍｍの場合の指向特性の結果である。この場合、約６５°〜７０°方向に、音圧が約６８ｄＢ（デシベル）のサイドローブＳＲが現れている。なお、図７において、図の簡略化のため、中心線の左側（３６０°〜２７０°側）は、破線ｂ、一点鎖線ｃ、二点鎖線ｄの図示を省略している。

【0025】

図７に示されるように、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）が大きくなるほど、サイドローブＳＲが低減する。つまり、図６に示されるように、側壁部２８の超音波放射面２４からの高さが高いほど、サイドローブＳＲの抑制効果がある。つまり、図１に示されるように、超指向性スピーカ１０によって対象者ＰＴに「声かけ」を行う場合に、声かけ内容は、対象者ＰＴのみに認識させ、領域Ｒ以外に存在する非対象者ＮＰＴに声かけ内容を認識させ難くすることができる。また、超音波スピーカセル２０の特性を揃える等の選別を厳密に行う必要性が低下し、コスト増加や歩留率の低下を抑制にも寄与することができる。

【0026】

上述のように、側壁部２８を高くすることによってサイドローブＳＲの抑制効果は増加する。その一方で、側壁部２８の高さを高くすることは、ハウジングＨの高さを増加させる結果につながる。つまり、超指向性スピーカ１０の厚みが増加してしまう。図１に示されるように、駆動部１２によって、超音波の放射方向が制御できる超指向性スピーカ１０は、より広い超音波の放射範囲を確保するために、天上面等に設置される場合が多い。この場合、超指向性スピーカ１０の厚みは意匠上、薄くすることが望ましい。つまり、側壁部２８の高さを、サイドローブＳＲの抑制効果を十分に確保しつつ、超指向性スピーカ１０の厚みを薄くすることが望ましい。

【0027】

そこで、本実施形態の超指向性スピーカ１０の側壁部２８の高さは、超音波放射面２４から超音波を放射する際に発生するサイドローブＳＲのピーク発生方向に基づき決定する。前述したように、超指向性スピーカ１０で発生するサイドローブＳＲは、超音波発生部２２を構成する複数の超音波スピーカセル２０の特性によって変化する。また、超音波発生部２２のサイズや超音波スピーカセル２０の配列等によっても変化する。そこで、例えば、図５に示されるように、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さ）を０ｍｍとして、サイドローブＳＲを確認しやすい状態でサイドローブＳＲのピーク発生方向を予め試験等で取得する。例えば、図７に示されるように、サイドローブＳＲは、側壁部２８の高さに概ね対応して音圧が低下する。また、図７に示される、試験で用いた超指向性スピーカ１０（超音波発生部２２）のサイドローブＳＲのピーク発生方向は、概ね同じで、例えば、６５°〜７５°の範囲である。

【0028】

従って、図８に示されるように、超音波放射面２４の中心位置Ｃを基準にした場合に、以下に示す式１に基づき、側壁部２８の超音波放射面２４からの高さを決定する。
ｙ＝ｘｔａｎα・・・式１
なお、ｙは、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さ（超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの高さ（図２の深さＤに対応））、ｘは、中心位置Ｃから側壁部２８の内壁２８ａまでの水平方向距離、αは、抑制したいサイドローブＳＲのピーク発生方向を示す仰角である。このように、側壁部２８の超音波放射面２４からの高さを決定することにより、図６に示されるように、サイドローブＳＲを側壁部２８により遮り、ハウジングＨの外部に漏れることを抑制することができる。つまり、サイドローブＳＲによる音漏れ抑制（非対象者ＮＰＴに声かけ内容が認識されることの抑制）を行うことができる。

【0029】

なお、サイドローブＳＲのピーク発生方向は、上述したように事前の試験等により概ね把握することができるが、超音波発生部２２の個体ごとにばらつくことがある。そこで、側壁部２８に高さ調整機構を設け、超指向性スピーカ１０の設置現場で微調整を行えるようにしてもよい。例えば、側壁部２８を二重構造の筒構造として、例えば内筒部に対して外筒部を鉛直方向に伸長調整できるようにしてもよい。その結果、超指向性スピーカ１０の個別の特性や使用状況に応じた微調整を容易に実現することができる。

【0030】

図９は、超指向性スピーカ１０の他の実施形態を示す例示的かつ模式的な断面図である。図９の超指向性スピーカ１０は、側壁部２８の内壁２８ａに吸音材３２が配置されている。吸音材３２は、内壁２８ａの全周に配置することができる。なお、図９の場合、超音波発生部２２の端部と吸音材３２との間に隙間が存在するが、吸音材３２の厚みは適宜選択可能で隙間がない状態としてもよい。

【0031】

図１０は、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）を、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍで変化させるとともに、それぞれの深さで材質の異なる第１吸音材と第２吸音材を配置して、指向性特性（音圧）を測定した結果を示す図である。

【0032】

図１０において、実線ａ１は、超音波放射面２４からグリル３０の裏面までの距離（深さＤ）、すなわち超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを１０ｍｍとし、吸音材を配置しない場合の指向性特性である。また、破線ｂ１は、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを５ｍｍとし、第１吸音材を配置した場合の指向性特性である。破線ｂ２は、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを５ｍｍとし、第２吸音材を配置した場合の指向性特性である。一点鎖線ｃ１は、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを１０ｍｍとし、第１吸音材を配置した場合の指向性特性である。一点鎖線ｃ２は、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを１０ｍｍとし、第２吸音材を配置した場合の指向性特性である。また、二点鎖線ｄ１は、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを１５ｍｍとし、第１吸音材を配置した場合の指向性特性である。二点鎖線ｄ２は、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さを１５ｍｍとし、第２吸音材を配置した場合の指向性特性である。なお、図１０においても、図の簡略化のため、中心線の左側（３６０°〜２７０°側）は、実線ａ１以外の線の図示を省略している。

【0033】

図１０によれば、サイドローブＳＲの抑制効果は、図７でも示されるように、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さに大きく影響を受けること、さらに、吸音材による吸音によりサイドローブＳＲの抑制がさらに効果的に行われることが分かる。なお、吸音材の材質によるサイドローブＳＲの抑制効果の違いは僅かであり、誤差範囲であると見なすことができる。従って、超指向性スピーカ１０のコストを考慮すると、例えば、一点鎖線ｃ２で示される、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さが１０ｍｍ、第２吸音材を配置した場合が、現実的である考えられる。なお、この場合の吸音材３２（第２吸音材）は、例えば、密度が３０〜４５ｐｐｉ（pores per inch）のポリウレタンである。

【0034】

このように、サイドローブＳＲを遮る側壁部２８の内壁２８ａに吸音材３２を設けることで、内壁２８ａによる超音波の反射を低減し、メインローブＭＲ以外の超音波がハウジングＨから漏れることをより低減することができる。つまり、図１に示されるように、対象者ＰＴのみに「声かけ」を行うことを、より確実に実現することができる。

【0035】

図１１は、指向性特性の測定結果をまとめた例示的な図である。図１１において、実線ａは、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さが１０ｍｍ（グリル３０あり）で吸音材３２を側壁部２８の内壁２８ａに配置した場合の指向性特性である。一点鎖線ｂは、超音波放射面２４を基準とする側壁部２８の高さが１０ｍｍ（グリル３０あり）で吸音材３２を設けない場合の指向性特性である。また、破線ｃは、グリル３０がなし（超音波放射面２４より高い側壁部２８なし）、吸音材３２なしの場合の指向性特性である。なお、図１１においても、図の簡略化のため、中心線の左側（３６０°〜２７０°側）は、一点鎖線ｂ以外の線の図示を省略している。

【0036】

図１１に示されるように、超音波発生部２２の外縁を包囲し、超音波放射面２４の鉛直方向で超音波放射面２４よりも所定高さだけ高く形成された側壁部２８を形成することにより、サイドローブＳＲの抑制を効果的に行うことができる。また、側壁部２８に吸音材３２を設けることによりサイドローブＳＲの抑制効果をさらに向上することができる。なお、超指向性スピーカ１０の設置場所におけるサイドローブＳＲの影響状況に応じて、吸音材３２を省略してもよい。この場合、超指向性スピーカ１０のコストの低減に寄与することができる。

【0037】

このように、本実施形態の超指向性スピーカ１０は、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセル２０を複数個配列して超音波放射面２４を形成する超音波発生部２２と、超音波発生部２２の外縁を包囲し、超音波放射面２４の鉛直方向で超音波放射面２４よりも所定高さだけ高く形成された側壁部２８と、を備える。この構成によれば、例えば、超音波の送信方向から外れた方向に出るサイドローブＳＲを遮り、超音波スピーカセル２０の特性を揃える等の選別を厳密に行うことなく、サイドローブによる可聴音の漏れが抑制できる。

【0038】

また、本実施形態の側壁部２８は、超音波放射面２４から超音波を放射する際に発生するサイドローブＳＲのピーク発生方向を遮る高さに所定高さが設定されている。この構成によれば、例えば、側壁部２８の高さを必要最小限に留めることが可能となる。つまり、サイドローブＳＲの抑制を効率的に行いつつ、超指向性スピーカ１０のハウジングＨの厚みが必要以上に厚くなることが抑制できて、サイドローブＳＲの発生およびハウジングＨの大型化を抑制した超指向性スピーカ１０を得ることができる。

【0039】

また、本実施形態の側壁部２８は、超音波放射面２４の中心位置Ｃを基準にした場合のサイドローブＳＲのピーク発生方向を示す仰角αと、中心位置Ｃから側壁部２８（内壁２８ａ）までの水平方向距離ｘとに基づき、側壁部２８の高さ（超音波放射面２４を基準とする高さ）が設定される。この構成によれば、例えば、サイドローブＳＲの抑制と、側壁部２８の高さが必要以上に高くなることを抑制する設計を効率的かつ容易に行うことができる。

【0040】

また、本実施形態の超指向性スピーカ１０は、超音波発生部２２の外縁と側壁部２８の内壁２８ａとの間に吸音材３２を介在させてもよい。この構成によれば、例えば、側壁部２８で遮った超音波の反射による影響を軽減し、超音波がメインローブＭＲ以外の方向に放射させることを軽減することが可能であり、指向性特性の改善に、さらに寄与することができる。

【0041】

また、本実施形態の超指向性スピーカシステム１００は、超指向性スピーカ１０と、駆動部１２と、制御部（コントロールボックス１６、ホスト装置１８）と、を含む。超指向性スピーカ１０は、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセル２０を複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部２２と、超音波発生部２２の外縁を包囲し、超音波放射面２４の鉛直方向で超音波放射面２４よりも所定高さだけ高く形成された側壁部２８と、を備える。駆動部１２は、超指向性スピーカ１０を支持し、超音波放射面２４の向きを水平方向と垂直方向の少なくとも一方に変化させる。制御部（コントロールボックス１６、ホスト装置１８）は、超指向性スピーカ１０の可聴音の出力制御および駆動部１２の姿勢制御を行う。この構成によれば、例えば、超音波スピーカセル２０の特性を揃える等の選別を厳密に行うことなく、サイドローブＳＲによる可聴音の漏れが抑制できる超指向性スピーカシステム１００を得ることができる。

【0042】

なお、上述した実施形態では、超指向性スピーカ１０（超指向性スピーカシステム１００）を店舗に設けて、来店者のうち特定の対象者ＰＴに「声かけ」を行う例を示したが、使用用途はこれに限定されない。例えば、公共交通機関（電車やバス）等において、特定の乗客に「声かけ」を行うようにしてもよく、同様の効果を得ることができる。また、博物館等の展示スペース等、静かな空間で、展示品に接近した特定の鑑賞者に説明音声を提供してもよく、同様の効果を得ることができる。

【0043】

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、形式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0044】

１０…超指向性スピーカ、１２…駆動部、１４…スピーカモジュール、１６…コントロールボックス、１８…ホスト装置、２０…超音波スピーカセル、２０ａ…振動面、２２…超音波発生部、２４…超音波放射面、２６…底壁部、２８…側壁部、２８ａ…内壁、３０…グリル、３２…吸音材、１００…超指向性スピーカシステム、ＭＲ…メインローブ、ＳＲ…サイドローブ、ＮＰＴ…非対象者、ＰＴ…対象者、Ｒ…領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2020年10月14日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、
前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、
を備え、
前記側壁部は、前記超音波放射面から前記超音波を放射する際に発生するサイドローブのピーク発生方向に応じて、前記サイドローブを遮る高さに前記側壁部の高さを調整する高さ調整機構を含む、超指向性スピーカ。

【請求項2】

前記高さ調整機構は、内筒部と外筒部とを含む二重構造で形成され、前記側壁部の高さを調整する、請求項１に記載の超指向性スピーカ。

【請求項3】

前記側壁部は、前記超音波放射面の中心位置を基準にした場合の前記サイドローブのピーク発生方向を示す仰角と、前記中心位置から前記側壁部までの水平方向距離とに基づき前記所定高さが設定される、請求項２に記載の超指向性スピーカ。

【請求項4】

前記超音波発生部の外縁と前記側壁部の内壁との間に吸音材を介在させた、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超指向性スピーカ。

【請求項5】

超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、を備える超指向性スピーカと、
前記超指向性スピーカを支持し、前記超音波放射面の向きを水平方向と垂直方向の少なくとも一方に変化させる駆動部と、
前記超指向性スピーカの可聴音の出力制御および前記駆動部の姿勢制御を行う制御部と、
を備え、
前記側壁部は、前記超音波放射面から前記超音波を放射する際に発生するサイドローブのピーク発生方向に応じて、前記サイドローブを遮る高さに前記側壁部の高さを調整する高さ調整機構を含む、超指向性スピーカシステム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0006】

本発明の第１態様に係る超指向性スピーカは、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、を備え、前記側壁部は、前記超音波放射面から前記超音波を放射する際に発生するサイドローブのピーク発生方向に応じて、前記サイドローブを遮る高さに前記側壁部の高さを調整する高さ調整機構を含む。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0007】

本発明の第２態様に係る超指向性スピーカシステムは、超音波を搬送波として可聴音を出力する超音波スピーカセルを複数個配列して超音波放射面を形成する超音波発生部と、前記超音波発生部の外縁を包囲し、前記超音波放射面の鉛直方向で前記超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部と、を備える超指向性スピーカと、前記超指向性スピーカを支持し、前記超音波放射面の向きを水平方向と垂直方向の少なくとも一方に変化させる駆動部と、前記超指向性スピーカの可聴音の出力制御および前記駆動部の姿勢制御を行う制御部と、を備え、前記側壁部は、前記超音波放射面から前記超音波を放射する際に発生するサイドローブのピーク発生方向に応じて、前記サイドローブを遮る高さに前記側壁部の高さを調整する高さ調整機構を含む。

【手続補正4】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0008】

本発明の上記態様によれば、超音波発生部の外縁を包囲し、超音波放射面の鉛直方向で超音波放射面よりも所定高さだけ高く形成された側壁部を備え、その側壁部が超音波を放射する際に発生するサイドローブのピーク発生方向に応じて高を調整する高さ調整機構を含むので、高さ調整された側壁部によりサイドローブをより適切に遮ることができる。その結果、超音波スピーカセルの特性を揃える等の選別を厳密に行う必要性が低下する。従って、コスト増加や歩留率の低下を抑制しつつ、サイドローブによる可聴音の漏れが抑制できる超指向性スピーカおよび超指向性スピーカシステムを得ることができる。