特開 2023-119672 パラメトリックスピーカシステム

(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】P2023119672

(43)【公開日】2023-08-29

(54)【発明の名称】パラメトリックスピーカシステム

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20230822BHJP

   H04R 1/40 20060101ALI20230822BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 310

H04R1/40 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022022653

(22)【出願日】2022-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000028

【氏名又は名称】弁理士法人明成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】井上 孝

(72)【発明者】

【氏名】柴田 貴行

【テーマコード（参考）】

5D018

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D018AF01

5D018AF22

5D220AA16

5D220AA44

5D220AB02

5D220AB06

(57)【要約】

【課題】可聴領域における差周波数のノイズ音の発生を低減したパラメトリックスピーカシステムを提供する。
【解決手段】超音波域の搬送波を目標点Ｆに向かって放射する第１スピーカ５０であって、第１配置領域５１に配列した複数の第１超音波振動子７０を有する第１スピーカと、搬送波を可聴域の信号波で振幅変調して生成される側帯波を放射する複数の第２スピーカ６０であって、第２配置領域６１に複数の第２超音波振動子７０をそれぞれ配列した複数の第２スピーカと、を備え、複数の第２スピーカの各々から放射される側帯波は、目標点と第１スピーカとを結ぶ第１基準線ＣＬ１上の配置点ＣＰを中心とする配置円５４上に配置されている複数の放射領域の各々から目標点に向かって放射される、パラメトリックスピーカシステム１００。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波域の搬送波を目標点（Ｆ）に向かって放射する第１スピーカ（５０）であって、第１配置領域（５１）に配列した複数の第１超音波振動子（７０）を有する第１スピーカと、
前記搬送波を可聴域の信号波で振幅変調して生成される側帯波を放射する複数の第２スピーカ（６０）であって、第２配置領域（６１）に複数の第２超音波振動子（７０）をそれぞれ配列した複数の第２スピーカと、を備え、
前記複数の第２スピーカの各々から放射される前記側帯波は、前記目標点と前記第１スピーカとを結ぶ第１基準線（ＣＬ１）上の配置点（ＣＰ）を中心とする配置円（５４）上に配置されている複数の放射領域の各々から前記目標点に向かって放射される、パラメトリックスピーカシステム（１００，２１００，３１００，４１００）。

【請求項2】

請求項１に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、
前記搬送波の音圧は、前記側帯波の音圧よりも大きい、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項3】

請求項１または２に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、
前記第１基準線と、前記目標点と前記複数の放射領域とを結ぶ第２基準線とのなす角は、４５度以下である、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一項に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、
前記目標点は、前記第１スピーカのレイリー長の範囲内に設定されている、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、
前記複数の第２スピーカの各々は、前記配置円上に配置されており、前記複数の放射領域とは、前記複数の第２スピーカが有する複数の放射面である、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項6】

請求項５に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、
前記第１配置領域の大きさは、前記第２配置領域の大きさよりも大きい、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項7】

請求項５または６に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、
前記複数の第２スピーカの各々は、向きが変更可能に設けられており、さらに、
前記目標点の位置の変更指示を受け付けると、前記複数の第２スピーカの各々の向きを、変更後の前記目標点に向かって前記側帯波を放射するように変更する角度変更部（１０３）を備える、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項8】

請求項５から７のいずれか一項に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、さらに、
前記側帯波の放射方向が前記目標点に向かうように、前記複数の第２超音波振動子の各々に入力する前記側帯波の位相を制御する位相制御部（８０）を備える、パラメトリックスピーカシステム。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載のパラメトリックスピーカシステムであって、さらに、
前記搬送波を予め定められた音響で振幅変調して生成される変調波を出力する音響出力部（１０４）と、
前記変調波を前記目標点に向かって放射する第３スピーカ（９０）と、を備え、
前記音響は、３００Ｈｚ以上３４００Ｈｚ以下の帯域を複数の帯域に分割した複数の分割帯域の各々に含まれる周波数成分を含む、パラメトリックスピーカシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パラメトリックスピーカシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

超音波域の搬送波を可聴域の信号波で振幅変調した変調波を大きな音圧でスピーカから放射すると、非線形伝搬による歪みにより自己復調し、スピーカから離れた限定された領域で可聴音が生成されるパラメトリックスピーカが知られている。特許文献１には、変調波を放射する第１のスピーカ（超音波拡声手段）と、搬送波を放射する第２のスピーカとを備えるパラメトリックスピーカ（装置）が開示されている。第１のスピーカから放射される変調波の放射領域と、第２のスピーカから放射される搬送波の放射領域とが重なり合う領域にて、可聴音が生成される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１－１４５９１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

互いに周波数の異なる複数の周波数成分が信号波に含まれている場合においても、音質が良い可聴音を生成することができるパラメトリックスピーカシステムが求められている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

【0006】

本開示の一形態によれば、パラメトリックスピーカシステム（１００，２１００，３１００，４１００）が提供される。このパラメトリックスピーカシステムは、超音波域の搬送波を目標点（Ｆ）に向かって放射する第１スピーカ（５０）であって、第１配置領域（５１）に配列した複数の第１超音波振動子（７０）を有する第１スピーカと、前記搬送波を可聴域の信号波で振幅変調して生成される側帯波を放射する複数の第２スピーカ（６０）であって、第２配置領域（６１）に複数の第２超音波振動子（７０）をそれぞれ配列した複数の第２スピーカと、を備える。前記複数の第２スピーカの各々から放射される前記側帯波は、前記目標点と前記第１スピーカとを結ぶ第１基準線（ＣＬ１）上の配置点（ＣＰ）を中心とする配置円（５３）上に配置されている複数の放射領域の各々から前記目標点に向かって放射される。

【0007】

この形態のパラメトリックスピーカシステムによれば、搬送波を放射する１個の第１スピーカに対して、側帯波を放射する放射領域が、目標点との距離が等距離となるように複数配置されているため、可聴領域における差周波数の音の発生を低減することができる。よって、互いに周波数の異なる複数の周波数成分が信号波に含まれている場合においても、音質が良い可聴音を生成することができるパラメトリックスピーカシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】パラメトリックスピーカシステムのブロック図。

【図2】スピーカ部の斜視図。

【図3】スピーカ部の正面図。

【図4】スピーカ部の側面図。

【図5】第２実施形態に係るパラメトリックスピーカシステムの模式図。

【図6】第３実施形態に係るパラメトリックスピーカシステムのブロック図。

【図7】第３実施形態に係るスピーカ部の正面図。

【図8】第４実施形態に係るパラメトリックスピーカシステムのブロック図。

【図9】第３スピーカから放射される音響の周波数分布の一例。

【図10】第１実験におけるスピーカ部の正面図。

【図11】第１実験におけるスピーカ部の側面図。

【図12】第１実験の測定結果を示す図。

【図13】第２実験におけるスピーカ部と測定位置とを示す斜視図。

【図14】第２実験におけるスピーカ部と測定位置とを示す平面図。

【図15】第２実験の測定結果を示す図。

【図16】第３実験の測定結果を示す第１の図。

【図17】第３実験の測定結果を示す第２の図。

【図18】第４実験の測定結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

Ａ．第１実施形態：
図１に示すように、パラメトリックスピーカシステム１００は、信号入力部１０１と、スピーカ部１０２とを備える。スピーカ部１０２は、第１スピーカ５０と、複数の第２スピーカ６０とを有する。第１スピーカ５０からは、搬送波が図２に示す目標点Ｆに向かって放射される。複数の第２スピーカ６０からは、搬送波を可聴域の信号波で振幅変調した変調波から生成される側帯波が目標点Ｆに向かって放射される。第１スピーカ５０から放射される搬送波と、第２スピーカ６０から放射される側帯波とは、音圧の大きい超音波である。搬送波と側帯波との干渉と非線形伝搬とにより、目標点Ｆを中心とする図４に示す可聴領域ＲＡにて可聴音が生成される。これにより、対象者は、可聴領域ＲＡにおいて、搬送波と側帯波との差周波数を有する目的の可聴音を聞くことができる。

【0010】

図１に示すように、信号入力部１０１は、振幅変調器１０と、フィルタ２０と、複数の増幅器３０とを有する。第１スピーカ５０には、増幅器３０により電圧が増幅された搬送波が入力される。振幅変調器１０は、入力される搬送波を、入力される信号波で振幅変調した変調波をフィルタ２０に入力する。フィルタ２０は、変調波に含まれる搬送波と上側帯波と下側帯波との周波数成分のうち、上側帯波と下側帯波とのいずれか一方の周波数成分のみを通過させ、各増幅器３０に入力する。本実施形態では、上側帯波が各増幅器３０に入力される。第２スピーカ６０には、増幅器３０により電圧が増幅された上側帯波が入力される。片側の側帯波のみを第２スピーカ６０から放射させることにより、上側帯波と下側帯波との差周波数の音の発生による目的の可聴音の音質低下を抑制することができる。

【0011】

本実施形態では、振幅変調器１０に入力される信号波には、互いに周波数の異なる複数の周波数成分が含まれる。発明者らは、信号波に複数の周波数成分が含まれる場合、可聴領域ＲＡにて、複数の周波数成分同士の差周波数の音が発生するという課題を見出した。例えば、４０．３ｋＨｚの搬送波を第１スピーカ５０から放射させ、４０．３ｋＨｚの搬送波を１ｋＨｚの周波数成分と１．７ｋＨｚの周波数成分とを有する信号波で振幅変調して生成される側帯波を第２スピーカ６０から放射させた場合、１ｋＨｚの可聴音と１．７ｋＨｚの目標の可聴音とに加え、１．７ｋＨｚと１ｋＨｚとの差周波数である０．７ｋＨの可聴音も生成される。さらに、発明者らは、側帯波の音圧を搬送波の音圧に対して大きくするほど、差周波数を有する可聴音の音圧は大きくなることを見出した。差周波数を有する可聴音とは、目的の周波数ではないノイズであり、生成されないことが好ましい。そこで、発明者らは、第１スピーカ５０および第２スピーカ６０の各々の仕様や配置態様について工夫した。これにより、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。

【0012】

図３に示すように、第１スピーカ５０および第２スピーカ６０は、それぞれ、複数の超音波振動子７０を有する。なお、図２では、超音波振動子７０の図示は省略されている。図２から図４には、互いに直交する３つの空間軸であるＸＹＺ軸が描かれている。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の矢印が向いている方向は、それぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿った正の方向を示している。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿った正の方向を、それぞれ＋Ｘ方向，＋Ｙ方向，＋Ｚ方向とする。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の矢印が向いている方向と逆の方向が、それぞれＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿った負の方向である。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿った負の方向を、それぞれ－Ｘ方向，－Ｙ方向，－Ｚ方向とする。Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に沿った方向で正負を問わないものを、それぞれＸ方向，Ｙ方向，Ｚ方向呼ぶ。これ以降に示す図及び説明についても同様である。

【0013】

超音波振動子７０は、円柱形状を有し、円形の放射面から超音波を放射する。第１スピーカ５０を構成する複数の超音波振動子７０は、正六角形の第１配置領域５１に、等間隔で配列されている。第１配置領域５１の形状は、配列されている全ての超音波振動子７０を内包し、外周の超音波振動子７０と接する正六角形である。複数の超音波振動子７０は、１個の超音波振動子７０を取り囲む６個の超音波振動子７０が、正六角形の頂点に位置するように配置されている。また、第１スピーカ５０を構成する複数の超音波振動子７０は、各々の放射面が略同一平面上に配置されている。

【0014】

第２スピーカ６０を構成する複数の超音波振動子７０は、長方形の第２配置領域６１に、等間隔で配列されている。第２配置領域６１の形状は、配列されている全ての超音波振動子７０を内包し、外周の超音波振動子７０と接する長方形である。複数の超音波振動子７０は、１個の超音波振動子７０を取り囲む６個の超音波振動子７０が、六角形の頂点に位置するように配置されている。第２スピーカ６０を構成する複数の超音波振動子７０は、各々の放射面が略同一平面上に配置されている。ここで、第１スピーカ５０を構成する複数の超音波振動子７０の各々の放射面が配置されている仮想面を第１放射面５２と称する。図４に示すように、第２スピーカ６０を構成する複数の超音波振動子７０の各々の放射面が配置されている仮想面を第２放射面６２と称する。第１スピーカ５０の第１配置領域５１に配列する超音波振動子７０を第１超音波振動子ともよぶ。第２スピーカ６０の第２配置領域６１に配列する超音波振動子７０を第２超音波振動子ともよぶ。全ての第１超音波振動子は、互いに同位相の搬送波を放射する。全ての第２超音波振動子は、互いに同位相の側帯波を放射する。

【0015】

図２に示すように、第１スピーカ５０および第２スピーカ６０のそれぞれは、予め設定された目標点Ｆに向かって、超音波を放射するように配置されている。具体的に、第１スピーカ５０は、第１放射面５２の重心ＣＧを通り、第１放射面５２と垂直な第１基準線ＣＬ１が目標点Ｆを通るように配置されている。第２スピーカ６０は、第２放射面６２の重心ＣＧを通り、第２放射面６２と垂直な第２基準線ＣＬ２が目標点Ｆを通るように配置されている。なお、目標点Ｆと第１スピーカ５０とを結ぶ第１基準線ＣＬ１は、Ｚ方向と平行である。第１放射面５２は、ＸＹ平面と平行である。第１基準線ＣＬ１と、第２基準線ＣＬ２とのなす角θは、４５度以下である。これにより、搬送波と側帯波とが良好に干渉し、可聴領域ＲＡにおいて、良好な音圧の可聴音を生成することができる。また、複数の第２スピーカ６０が、第１基準線ＣＬ１に対する角度が互いに異なる側帯波を放射するように配置されているため、可聴領域ＲＡを立体的に形成することができる。よって、対象者がＹ方向や、Ｚ方向だけでなく、Ｘ方向に意図せず動いた場合であっても、生成された可聴音を聞くことができる。

【0016】

本実施形態では、８個の第２スピーカ６０が、第１スピーカ５０を取り囲んで配置されている。図３に示すように、８個の第２スピーカ６０は、第１基準線ＣＬ１上の点である配置点ＣＰを中心とする配置円５４上に各第２スピーカ６０の第２放射面６２の重心ＣＧが位置するように配置されている。本実施形態では、配置点ＣＰを中心とする正八角形の頂点に各第２スピーカ６０の第２放射面６２の重心ＣＧが位置するように配置されている。８個の第２スピーカ６０の各々は、互いに配置点ＣＰを中心とする回転対象である。つまり、第２スピーカ６０の各々から放射される側帯波は、配置円５４上に配置されている複数の放射領域としての複数の第２放射面６２から目標点Ｆに向かって放射される。このように、搬送波を放射する１個の第１スピーカ５０に対して、側帯波を放射する第２スピーカ６０を、目標点Ｆとの距離が等距離となるように複数備えることにより、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。

【0017】

第１スピーカ５０から放射される搬送波の音圧は、第２スピーカ６０から放射される側帯波の音圧よりも大きい。これにより、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。

【0018】

本実施形態では、図４に示すように、第２スピーカ６０は、第１基準線ＣＬ１と平行なＺ方向について、第１スピーカ５０よりも目標点Ｆに近い位置に配置されている。第１スピーカ５０の第１放射面５２の重心ＣＧと目標点Ｆとの距離は、遠距離場が形成される目安となる距離である第１スピーカ５０のレイリー長以下である。これにより、可聴領域ＲＡにおいて、可聴音を良好に生成することができる。発明者らは、実験により、放射面が矩形であるパラメトリックスピーカから変調波を放射させた場合、パラメトリックスピーカの放射面を底面とし、放射面に垂直な方向を高さ方向として描かれる四角柱の内部空間において、少なくとも高さ方向の距離がレイリー長以内の空間では、良好な音圧の可聴音が復調されることを確かめた。なお、変調波とは、具体的には、超音波域の搬送波を可領域の信号波で振幅変調した変調波である。よって、目標点Ｆの位置を、第１スピーカ５０のレイリー長以下の位置に設定することにより、良好な音圧の可聴音を生成することができる。

【0019】

図４の破線で示すように、第１スピーカ５０からは、第１放射面５２から目標点Ｆに向かって、搬送波が放射される。第２スピーカ６０からは、第２放射面６２から目標点Ｆに向かって、側帯波が放射される。そして、概ね、搬送波が放射される領域と、側帯波が放射される領域とが重なり合う領域である、目標点Ｆを中心とする可聴領域ＲＡで、搬送波と側帯波との干渉と非線形伝搬による歪みによる自己復調とにより、搬送波と側帯波との差周波数である可聴音が生成される。

【0020】

図３に示すように、第１スピーカ５０の大きさは、第２スピーカ６０の大きさよりも大きい。具体的には、正六角形である第１配置領域５１に外接する第１円５３の直径は、長方形である第２配置領域６１に外接する第２円６３の直径よりも大きい。これにより、可聴領域ＲＡの大きさを第２スピーカ６０の大きさにより規定することができる。よって、可聴領域ＲＡを適切に設定することができる。

【0021】

上記のように、可聴領域ＲＡは、搬送波が放射される領域と、側帯波が放射される領域とが重なり合う領域に形成される。このため、目標点Ｆを通る平面において、側帯波が放射される領域に対して、搬送波が放射される領域が小さい場合には、可聴領域ＲＡの範囲は、側帯波が放射される領域よりも小さくなる。そこで、側帯波が放射される領域に対して、搬送波が放射される領域を大きくすれば、可聴領域ＲＡの範囲は、搬送波が放射される領域により制限されることがないため、側帯波が放射される領域により規定することができる。

【0022】

発明者らは、後述する実験により、可聴領域ＲＡの大きさは、第２スピーカ６０の大きさより小さくなることを見出した。そこで、第１スピーカ５０の大きさを第２スピーカ６０の大きさよりも大きくすることにより、側帯波が放射される領域に対して、搬送波が放射される領域を大きくすることができる。よって、第２スピーカ６０の大きさを、目標となる可聴領域ＲＡに側帯波を放射することができる程度の大きさに設定し、さらに、第１スピーカ５０の大きさを第２スピーカ６０の大きさよりも大きく設定することで、目標の可聴領域ＲＡを生成することができる。

【0023】

以上説明した第１実施形態によれば、パラメトリックスピーカシステム１００は、第１スピーカ５０と複数の第２スピーカ６０とを備える。そして、複数の第２スピーカ６０の各々は、第１基準線ＣＬ１上の配置点ＣＰを中心とする配置円５４上に配置されている。つまり、複数の放射面としての複数の第２放射面６２が配置円５４上に配置されている。よって、目標点Ｆを中心とする可聴領域ＲＡにおいて、側帯波に複数の周波数成分が含まれる場合であっても、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。

【0024】

また、第１スピーカ５０から放射される搬送波の音圧は、第２スピーカ６０から放射される側帯波の音圧よりも大きい。これにより、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。また、第１基準線ＣＬ１と、第２基準線ＣＬ２とのなす角θは、４５度以下である。これにより、可聴領域ＲＡにおいて、良好な音圧の可聴音を生成することができる。また、第１スピーカ５０の第１放射面５２の重心ＣＧと目標点Ｆとの距離は、第１スピーカ５０のレイリー長以下である。これにより、可聴領域ＲＡにおいて、可聴音を良好に生成することができる。また、第１配置領域５１の大きさは、第２配置領域６１の大きさよりも大きい。これにより、可聴領域ＲＡの大きさを第２スピーカ６０の大きさにより規定することができる。

【0025】

Ｂ．第２実施形態：
図５に示す、本実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム２１００は、角度変更部１０３を備える点が、第１実施形態とは異なる。また、本実施形態に係る第２スピーカ６０は、第２放射面６２の向きが変更可能に、図示しない支持部に対して第２スピーカ６０を回転させる回転機構を有している点が、第１実施形態とは異なる。これにより、第２基準線ＣＬ２と、第１基準線ＣＬ１とのなす角を変更することができる。その他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。なお、便宜上、図５では、８個の第２スピーカ６０のうち、第１スピーカ５０を通り、Ｘ方向に平行な線上に位置する２個の第２スピーカ６０のみを示している。

【0026】

角度変更部１０３は、目標点Ｆの位置の変更指示を受け付けると、第２スピーカ６０から変更後の目標点Ｆに向かって側帯波が放射されるように、第２スピーカ６０の向きを変更する。具体的には、パラメトリックスピーカシステム２１００は、目標点Ｆの位置の変更指示を受け付けるボタンを有している。そして、ボタンの操作を介して、目標点Ｆの位置の変更指示を受け付ける。例えば、変更後の目標点Ｆが変更後目標点Ｆａである場合、第２基準線ＣＬ２と、第１基準線ＣＬ１とのなす角を変更前の角度θｉよりも大きい角度θａとなるように、変更する。これにより、目標点Ｆを中心とする可聴領域ＲＡの位置を自由に変更することができる。

【0027】

以上説明した第２実施形態によれば、パラメトリックスピーカシステム２１００は、角度変更部１０３を備える。角度変更部１０３は、目標点Ｆの位置の変更指示を受け付けると、第２スピーカ６０の向きを、変更後の目標点Ｆに向かって側帯波を放射するように変更する。これにより、目標点Ｆを中心とする可聴領域ＲＡの位置を自由に変更することができる。

【0028】

Ｃ．第３実施形態：
図６に示すように、本実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム３１００は、信号入力部３１０１に位相制御部８０を備える点が、第１実施形態とは異なる。また、本実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム３１００は、図７に示す、第２スピーカ６０の第２放射面６２がＸＹ平面と平行に設けられている点が第１実施形態と異なる。その他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

【0029】

図６に示すように、位相制御部８０は、フィルタ２０と増幅器３０との間に設けられている。位相制御部８０は、側帯波の放射方向が目標点Ｆに向かうように、複数の第２超音波振動子としての第２スピーカ６０を構成する複数の超音波振動子７０の各々に入力する側帯波の位相を制御する。具体的には、位相制御部８０は、第２スピーカ６０を構成する超音波振動子７０のうち、直線上に並ぶ一列の超音波振動子７０について、入力される側帯波の位相を超音波振動子７０毎に変更することにより、第２スピーカ６０から放射される側帯波の放射方向を操作する。位相制御部８０は、位相を変更した側帯波を各増幅器３０に入力する。図７の矢印にて示すように、各第２スピーカ６０から放射される側帯波の放射方向は、目標点Ｆに向かう方向である。これにより、目標点Ｆを中心とする可聴領域ＲＡに可聴音を生成することができる。

【0030】

以上説明した第３実施形態によれば、パラメトリックスピーカシステム３１００は、位相制御部８０を備える。位相制御部８０は、側帯波の放射方向が目標点Ｆに向かうように、第２スピーカ６０が有する超音波振動子７０の各々に入力する側帯波の位相を制御する。これにより、目標とする可聴領域ＲＡの位置に対する第２スピーカ６０の向きの自由度を向上させることができる。

【0031】

Ｄ．第４実施形態
図８に示す、本実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム４１００は、音響出力部１０４と、変調波を放射する第３スピーカ９０とを備える点が、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム１００と異なる。その他の構成は、第１実施形態と同様であるため、説明は省略する。

【0032】

音響出力部１０４は、搬送波を音響で振幅変調して生成される変調波を増幅器３０により増幅して出力する。音響は、３００Ｈｚ以上３４００Ｈｚ以下の帯域を複数の帯域に分割した複数の分割帯域ＤＢの各々に含まれる周波数成分を含む。第３スピーカ９０には、音響出力部１０４により出力された変調波が入力され、入力された変調波を目標点Ｆに向かって放射する。これにより、可聴領域ＲＡでは、自己復調されて音響が生成される。

【0033】

本実施形態における音響は、図９に例示するように、３００Ｈｚ以上３４００Ｈｚ以下の帯域を５つの帯域に分割した分割帯域ＤＢに含まれる周波成分を有する。音響には、複数の周波数成分が含まれる。そして、３００Ｈｚ以上３４００Ｈｚ以下の帯域を複数の帯域に分割して得られる複数の分割帯域ＤＢには、音響が有する複数の周波数成分の何れかが含まれる。これにより、可聴領域ＲＡでは、第３スピーカ９０から放射される変調波が復調された音響が聞こえる。よって、差周波数の可聴音は、第３スピーカ９０から放射される音響によりマスキングされるため、目的の可聴音を聞こえやすくすることができる。

【0034】

音響として、音楽や、ホワイトノイズを用いることができる。可聴領域ＲＡで生成される可聴音が音声である場合には、音声を含まない音楽が好ましい。音声を含まない音楽とすることにより、可聴領域ＲＡで生成される可聴音をより聞き取り易くすることができる。

【0035】

第３スピーカ９０から放射される変調波の音圧は、第２スピーカ６０から放射される側帯波の音圧よりも小さく、可聴領域ＲＡで生成される音響が対象者に聞こえる程度に大きい。これにより、対象者は、音響に阻害されずに目的の可聴音を聞くことができる。

【0036】

以上、説明した第４実施形態によれば、パラメトリックスピーカシステム４１００は、音響出力部１０４と、音響出力部１０４から入力された音響を放射する第３スピーカ９０とを備える。これにより、音響には、複数の周波数成分が含まれ、複数の周波数成分は、３００Ｈｚ以上３４００Ｈｚ以下の帯域の全域に分布するため、目的の可聴音を聞こえ易くすることができる。

【0037】

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）上記第１実施形態では、複数の第２スピーカ６０が配置円５４上に配置されていることにより、配置円５４上に配置されている複数の放射領域から側帯波が目標点Ｆに向かって放射される。配置円５４上に配置されている複数の放射領域から目標点Ｆに向けて側帯波を放射する構成は、配置円５４上に第２スピーカ６０を配置する構成に限られない。第２スピーカ６０を配置円５４とは異なる位置に配置して、第２スピーカ６０から放射される側帯波を反射させることにより、配置円５４上の放射領域から側帯波を放射させてもよい。具体的には、配置円５４上に超音波を反射する反射板を配置して、第２スピーカ６０から放射される超音波である側帯波を反射板で目標点Ｆに向けて反射させてもよい。

【0038】

（Ｅ２）上記第１実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム１００では、第２スピーカ６０は、Ｚ方向について、第１スピーカ５０よりも目標点Ｆに近い位置に配置されている。第２スピーカ６０は、Ｚ方向について第１スピーカ５０と同じ位置に配置されても良く、第１スピーカ５０よりも目標点Ｆに遠い位置に配置されてもよい。第２スピーカ６０のＺ方向における配置位置にかかわらず、複数の第２スピーカ６０が配置点ＣＰを中心とする配置円５４上に配置されていることにより、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。また、第１配置領域５１および第２配置領域６１の形状は上記に限られない。

【0039】

（Ｅ３）上記第１実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム１００は、８個の第２スピーカ６０を備える。第２スピーカ６０の個数は、８個に限られない。また、複数の第２スピーカ６０は、配置円５４上に等間隔で配置されなくてもよい。少なくとも２個以上の第２スピーカ６０が配置円５４上に配置されていることにより、可聴領域ＲＡにおける差周波数の音の発生を低減することができる。

【0040】

（Ｅ４）上記第３実施形態に係るパラメトリックスピーカシステム３１００が備える第２スピーカ６０は、第２放射面６２がＸＹ平面と平行に配置されている。第２スピーカ６０の向きは、ＸＹ平面と平行である場合に限られない。第２スピーカ６０の向きと、位相制御による操作とを組み合わせることにより、第２スピーカ６０から放射される側帯波の放射方向を設定することができる。

【0041】

（Ｅ５）上記第１実施形態では、第２スピーカ６０からは、両側の側帯波のうち、上側帯波が放射される。第２スピーカ６０から放射される側帯波は、上側帯波ではなく下側帯波でもよく、両側の側帯波が放射されてもよい。

【0042】

本開示は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

【0043】

Ｆ．実験例：
Ｆ１．第１実験：第２スピーカの個数と音圧：
第１実験では、図１０および図１１に示すように、最大３個の第２スピーカ６０を第１スピーカ５０の周りに配置した。図１１に示す第１基準線ＣＬ１と、第２基準線ＣＬ２とのなす角θは３０度である。第１スピーカ５０の第１放射面５２の重心ＣＧから目標点Ｆまでの距離Ｌ１は４０ｃｍである。第２スピーカ６０の第２放射面６２の重心ＣＧから目標点Ｆまでの距離Ｌ２は３０ｃｍである。

【0044】

第１スピーカ５０に４０．３ｋＨｚの搬送波を入力した。第２スピーカ６０に４０．３ｋＨｚの搬送波に１ｋＨｚの周波数成分と１．７ｋＨｚの周波数成分とを含む信号波で振幅変調して生成された上側帯波を入力した。よって、可聴領域ＲＡでは、１ｋＨｚの可聴音と１．７ｋＨｚの可聴音とが生成される。以降の第２実験から第４実験についても同様である。

【0045】

本実験では、目標点Ｆにマイクロフォンを配置し、１ｋＨｚと１．７ｋＨｚの差周波数である０．７ｋＨｚのノイズである可聴音の音圧を予め定めた値に設定し、第２スピーカ６０の個数を変えて、目的の可聴音である１ｋＨｚと１．７ｋＨｚ可聴音の音圧を測定した。結果を示す図１２の横軸は、第２スピーカ６０の個数である。図１２に示されるように、１ｋＨｚと１．７ｋＨｚとのいずれにおいても、スピーカ数、すなわち第２スピーカ６０の個数が増加するにつれて、音圧レベルが上昇した。これにより、第２スピーカ６０の個数を増やすことにより、目的の可聴音の音圧に対して、ノイズの音圧を相対的に小さくできることがわかる。

【0046】

Ｆ２．第２実験：第２スピーカの大きさと可聴領域：
第２実験では、１つの第２スピーカ６０を用いて、第２スピーカ６０の大きさと可聴音が生成される可聴領域ＲＡの大きさについて調べた。図１３に示すように、第２スピーカ６０は、第２基準線ＣＬ２が、第１基準線ＣＬ１と直交する向きに配置されている。第２スピーカ６０は、長辺がＸ軸と平行に配置されている。第１スピーカ５０の大きさ、具体的には、正八角形である第１配置領域５１の外接円の直径Ｌ３は１５ｃｍである。第２スピーカ６０の長辺の長さＬ４は１０ｃｍである。図１４に示す第１放射面５２の重心ＣＧと目標点Ｆとの距離Ｌ５は、２０ｃｍである。第２放射面６２の重心ＣＧと目標点Ｆとの距離Ｌ６は、２０ｃｍである。第２基準線ＣＬ２と第１基準線ＣＬ１とのなす角θは９０度である。第１スピーカ５０のレイリー長は、約２ｍである。なお、レイリー長は、スピーカの面積を音波の波長で除して算出される。よって、目標点Ｆは、第１スピーカ５０のレイリー長の範囲内に設定されている。

【0047】

本実験では、目標点Ｆを通り、Ｘ軸に平行な線上にマイクロフォンを配置して測定した。音圧レベルを測定した可聴音の周波数は、１ｋＨｚである。結果を示す図１５の横軸は、目標点Ｆを原点とする＋Ｘ方向を正方向とする位置である。図１５に示すように、原点と中心とする－２．５ｃｍ以上＋２．５ｃｍ以下の範囲では、４０ｄＢ以上の音圧レベルが測定された。そして、原点と中心とする－２．５ｃｍ以上＋２．５ｃｍ以下の範囲外となると、音圧レベルは急激に低下した。これにより、原点を中心とする限定された範囲で良好に可聴音が生成されていることがわかる。良好に復調される範囲は、第２スピーカ６０の大きさである長さＬ４よりも狭い範囲である。したがって、第１スピーカ５０の大きさを第２スピーカ６０よりも大きくすることで、可聴領域ＲＡの範囲は、搬送波が放射される領域により制限されることがないため、可聴領域ＲＡの範囲を側帯波が放射される領域により規定することができることがわかる。

【0048】

Ｆ３．第３実験：第２スピーカの出力と音圧：
第３実験では、第１スピーカ５０へ入力する搬送波の電圧を一定にして、第２スピーカ６０へ入力する側帯波の電圧を変化させた場合の可聴領域ＲＡにおける目的の可聴音の音圧レベルについて測定した。本実験では、第１実験と同様に配置された３個の第２スピーカ６０を用いた。図１６は、第１スピーカ５０を構成する超音波振動子７０の入力電圧を１４Ｖｐｐとして、第２スピーカ６０を構成する超音波振動子７０の入力電圧を概ね３．０Ｖｐｐから１４Ｖｐｐの範囲で変化させて、音圧レベルを測定した結果である。図１７は、第１スピーカ５０を構成する超音波振動子７０の入力電圧を２８Ｖｐｐとして、第２スピーカ６０を構成する超音波振動子７０の入力電圧を概ね０．４Ｖｐｐから２８Ｖｐｐの範囲で変化させて音圧レベルを測定した結果である。図１６および図１７に示すように、第２スピーカ６０の入力電圧が第１スピーカ５０の入力電圧の１０％以下である場合には、ノイズである０．７ｋＨｚの音圧レベルは、目的の可聴音である１ｋＨｚおよび１．７ｋＨｚの音圧レベルに対して十分に小さい。そして、第２スピーカ６０の入力信号の電圧が、第１スピーカ５０の入力信号の電圧に近づくにつれ、ノイズである０．７ｋＨｚの音圧レベルが大きくなる。第２スピーカ６０の入力信号の電圧が、第１スピーカ５０の入力信号の電圧と同じになると、０．７ｋＨｚの音圧レベルは、目的の可聴音と同じ程度の音圧レベルとなる。したがって、少なくとも、第２スピーカ６０への入力信号の電圧を、第１スピーカ５０への入力信号の電圧よりも小さくすることで、ノイズとなる差周波数の音圧レベルを小さくすることができることがわかる。

【0049】

Ｆ４．第４実験：第２スピーカの配置位置：
第４実験では、第２スピーカ６０の配置位置、具体的には、第１基準線ＣＬ１と、第２基準線ＣＬ２とのなす角θを変化させ、目的の可聴音である１ｋＨｚの音圧レベルを測定した。測定結果を示す図１８の横軸は、なす角θの角度、縦軸は音圧レベルである。なす角θが４５度を超えると、音圧レベルは低下する。したがって、なす角θを４５度以下とすることにより、良好な音圧の可聴音を生成できることがわかる。

【符号の説明】

【0050】

５０…第１スピーカ、５１…第１配置領域、５３…配置円、６０…第２スピーカ、６１…第２配置領域、７０…超音波振動子、８０…位相制御部、９０…第３スピーカ、１００,２１００,３１００,４１００…パラメトリックスピーカシステム、１０３…角度変更部、１０４…音響出力部、ＣＬ１…第１基準線、ＣＬ２…第２基準線、ＣＰ…配置中心、Ｆ…目標点、ＲＡ…可聴領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】