超聲波揚聲器和放映機的製作方法
2023-05-20 16:59:46 1
專利名稱：超聲波揚聲器和放映機的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波揚聲器和安裝了該超聲波揚聲器的放映機，尤其涉及可以利用推挽式靜電型超聲波換能器的兩個聲波輸出面發出的所有聲波作為聲源的超聲波揚聲器和放映機。
背景技術：
近年來，出現了如下的申請關於利用了空氣對於超聲波的非線性特性的具有參數效應的揚聲器，組合了利用反射板反射可聽聲波的反射板。
例如，公開了採用將反射板和超聲波換能器陣列組裝到揚聲器盒中的構造的發明。然而，在該發明的構造中，由於相對於反射面，超聲波換能器陣列的聲波發出面不是等間隔的，所以存在反射聲的聲壓不均勻的問題(例如，參照專利文獻1)。
另外，公開了針對上述問題的發明，通過採用如下的結構，解決了上述問題，即、在中心部具有開孔的拋物面狀基板的凹面上構成超聲波換能器陣列，通過在該基板的曲率半徑的中心點附近設置可聽聲波反射板，將指向性強的二次波(可聽聲波)反射到反射板上，並通過在拋物面狀基板的中心開設的孔而發出(例如，參照專利文獻2)。
然而，上述任何一種方法都涉及具有一個聲波輸出面的換能器，在具有向換能器的兩面方向輸出聲波的構造的推挽式靜電型換能器中，不能有效地利用向裡側發出的聲波。
圖10是用於說明推挽式靜電型超聲波換能器的驅動概念的圖，在推挽式靜電型超聲波換能器中，與振動膜41相對地設置有一對對向固定電極部51和對向固定電極部52。並且，利用DC偏壓電源向振動膜41提供正(+)的DC偏壓，並在對向固定電極部51和對向固定電極部52間施加交流信號。
圖10(A)是表示交流信號是0時的振動膜41的振幅狀態的圖，振動膜41位於中立的位置(對向固定電極部51和對向固定電極部52的正中間)上。圖10(B)是表示在對向固定電極部51上施加交流信號的正電壓、在對向固定電極部52上施加交流信號的負電壓時的振動膜41的振幅狀態的圖，振動膜41的中央部因與對向固定電極部52之間的靜電力(吸引力)以及與對向固定電極部51之間的靜電力(排斥力)而向對向固定電極部52的方向靠近。
圖10(C)是表示在對向固定電極部51上施加交流信號的負電壓、在對向固定電極部52上施加交流信號的正電壓時的振動膜41的振幅狀態的圖，振動膜41的中央部因與對向固定電極部51之間的靜電力(吸引力)以及與對向固定電極部52之間的靜電力(排斥力)而向對向固定電極部51的方向靠近。這樣，振動膜41根據交流信號而振動，產生聲波，由振動膜41產生的聲波向對向固定電極部51和對向固定電極部52的兩面方向放射。
在使用這樣的向兩面方向輸出聲波的構造的推挽式超聲波換能器的情況下，如圖11(A)所示，直接發出(洩漏)從固定電極50的兩面側輸出的聲波，或者，如圖11(B)所示，利用吸收體90衰減從一個對向固定電極部52側輸出的聲波等，並沒有構成為完全使用從超聲波換能器輸出的聲波。
另外，如圖12(A)所示，以往，超聲波揚聲器為圓形，並將其直立地安裝在放映機上，使聲波輸出面朝向放映機的前面，因此，在圓形的固定電極50的背後設置有反射板60a的情況下，這裡使用的反射板60a的直徑必須是固定電極50的倍數，並且難以將其摺疊，存在導致放映機的大型化或超聲波揚聲器的輸出不足的問題(另外，圖12(B)表示將圖12(A)所示的超聲波換能器安裝在放映機中的方式)。
特開昭61-123389號公報[專利文獻2]特許2786531號說明書
發明內容
本發明是為解決以上問題而提出的，其目的在於提供一種可以使用從推挽式靜電型超聲波換能器的兩個聲波輸出面發出的全部聲波作為聲源的超聲波揚聲器和放映機。
本發明就是為了解決上述問題而提出的，本發明的超聲波揚聲器使用了超聲波換能器，該超聲波換能器具有具有導電層的振動膜、以及與該振動膜的各個面相對地設置的一對固定電極，在上述振動膜的導電層上施加DC偏壓電壓，同時在上述一對固定電極部之間施加交流信號，以使振動膜產生聲波，該振動膜所產生的聲波通過分別設置在上述一對固定電極上的通孔，從兩個聲波輸出面輸出，該超聲波揚聲器的特徵在於，上述超聲波換能器的聲波輸出面配置在與聲波放射方向正交的方向上，具有聲波反射板，其與上述超聲波換能器的兩個聲波輸出面對應設置，使從各聲波輸出面輸出的聲波向聲波放射方向反射。
根據這種結構，在使用了具有兩個聲波輸出面的推挽式靜電型超聲波換能器的超聲波揚聲器中，配置該超聲波換能器，使得超聲波換能器的聲波輸出面的方向為與超聲波揚聲器的聲波放射方向正交的方向。並且，對應於各聲波輸出面設置聲波反射板，將從各聲波輸出面輸出的聲波向超聲波揚聲器的聲波反射方向反射。
由此，在推挽式超聲波揚聲器中，可以利用從以往不使用的被捨棄的一側的聲波輸出面輸出的聲波，所以，可以增大輸出聲壓，構成指向性良好的揚聲器。
另外，本發明的超聲波揚聲器，其特徵在於，上述超聲波換能器的聲波輸出面相對於水平面水平地設置，或者，上述超聲波換能器的聲波輸出面相對於水平面垂直地設置。
根據這種結構，在構成超聲波揚聲器的情況下，超聲波換能器的聲波輸出面相對水平面水平地設置，或者，上述超聲波換能器的聲波輸出面相對於水平面垂直地設置。
由此，在將超聲波揚聲器安裝在設備(例如，放映機等)上時，增加了安裝方向的自由度。
另外，本發明的超聲波揚聲器，其特徵在於，具備可變地調節上述聲波反射板相對於上述超聲波換能器的聲波輸出面的安裝角度的單元。
根據該結構，可以可變地調節聲波反射板和聲波輸出面的安裝角度。由此，可以調整由聲波反射板反射的聲波，使其朝向聲波放射方向。
另外，本發明的超聲波揚聲器，其特徵在於，上述超聲波反射板相對於上述超聲波換能器的聲波輸出面的安裝角度被設定成約45度。
根據該結構，將聲波反射板和聲波輸出面的角度設定成大致45度。由此，可以使聲波反射板所反射的聲波朝向聲波放射方向。
另外，本發明的超聲波揚聲器，其特徵在於，具有移動機構控制單元，其使上述聲波輸出面的一側的聲波反射板的位置相對於上述聲波輸出面的另一側的聲波反射板的位置，在垂直於聲波輸出面的方向上移動與載波頻率的半波長相應的距離。
根據該結構，在一側聲波反射板上設置移動機構(滑動機構)，與載波頻率一致，使距離d(距振動膜的距離)移動與半波長相應的距離。
由此，可以使從兩側聲波輸出面輸出的聲波的相位變成同相，所以，可以防止中心軸附近的聲壓抵銷，可以進一步地增強輸出聲壓。
另外，本發明的超聲波揚聲器，其特徵在於，上述聲波反射板形成為可以摺疊收納的構造。
根據該結構，使反射板成為可以摺疊收納的構造。由此，可以容易地摺疊反射板，所以可以容易地將超聲波揚聲器收納在放映機內。
另外，本發明的超聲波揚聲器，其特徵在於，還具有曲面反射板，用於將由上述聲波反射板向聲波放射方向以外的方向反射的聲波成分向聲波放射方向反射。
根據該結構，在聲波反射板為平板的情況下，從超聲波換能器發出的聲波的一部分不會垂直入射到聲波反射板上，所以，反射後的聲波不會向前方發出，而向上下方向反射。因此，對於平面反射板進一步設置曲面反射板(最好為圓錐形)，由此，可以利用曲面反射板使被平面反射板向偏離了預期方向(前方)的方向反射的成分向前方反射。
由此，可以進一步有效地利用以往不使用的被捨棄的一側的聲波。
另外，本發明的放映機，其特徵在於，安裝了上述任意一項所述的超聲波揚聲器。
根據該結構，將本發明的超聲波揚聲器安裝在放映機中。由此，可以增強安裝在放映機中的超聲波揚聲器的輸出聲壓，增強揚聲器的指向性。
圖1是表示本發明的超聲波揚聲器的結構例的圖。
圖2是表示振動膜的結構例的圖。
圖3是表示超聲波換能器和反射板的結構例的圖。
圖4是表示本發明的超聲波揚聲器的第2結構例的圖。
圖5是表示圖4所示的超聲波揚聲器的控制電路例的圖。
圖6是表示將本發明的超聲波揚聲器安裝在放映機中的示例圖。
圖7是表示本發明的超聲波揚聲器的收納狀態的圖。
圖8是表示在超聲波換能器上追加曲面反射板的示例圖。
圖9是表示固定電極的形狀的示例圖。
圖10是表示推挽式靜電型超聲波換能器的驅動概念的說明圖。
圖11是以往例子的說明圖。
圖12是以往例子的說明圖。
具體實施例方式
接下來，參照附圖對用於實施本發明的最佳方式進行說明。
圖1是表示本發明的超聲波揚聲器的結構例的圖。在圖1中，可聽頻帶信號振蕩源11生成可聽頻帶信號(例如聲音信號等)。載波信號源12生成超聲波頻帶的載波信號。調製部13利用可聽頻帶信號對載波信號源12所生成的超聲波頻帶的載波信號進行調製。在前置放大器14中對調製信號進行前置放大，功率放大器15對調製信號進行進一步的放大。在超聲波換能器30中，將由功率放大器15放大的調製信號轉換成聲波(超聲波)，發出到空氣中。
從超聲波換能器30發出的超聲波在空氣傳播中產生參數效應，自己解調成可聽頻率聲波，可以作為可聽音而聽到。
此處，超聲波換能器30包括振動膜41；以及固定電極50，其由與振動膜41相對的一對對向固定電極部(一對固定電極)51、52構成，振動膜41形成由2個對向固定電極部51、52扶持的推挽式結構。另外，在超聲波換能器30的固定電極50的兩面側設置有反射板60。
另外，在圖1中，利用剖面圖示出了超聲波換能器30和反射板60，實際上，振動膜41、固定電極50和反射板60為在垂直於附圖紙面的方向上擴展的結構(參照圖9所示的固定電極的結構例)。
另外，圖2是表示振動膜41的結構例的圖，振動膜41具有利用絕緣體43將導電材料(導電層)42夾在中間的構造。
返回到圖1，在振動膜41上施加來自恆壓源16的正(+)或負(-)的單一極性的偏壓電壓(使振動膜41的導電層充電)，對2個對向固定電極部51、52施加從功率放大器15輸出的極性交互切換的交流信號。由此，可以使靜電力所引起的吸引作用和排斥作用同時作用在振動膜41上，使其振動。
圖3是表示超聲波換能器和反射板的結構例的圖，是示出了超聲波換能器30和反射板60的一部分的圖。如上所述，固定電極50包括與振動膜41對置的對向固定電極部51和對向固定電極部52，在對向固定電極部51、52上，在相同的位置(相同的對應位置)上設置有形狀相同的通孔部53。振動膜41保持為夾持在這些對向固定電極部51、52之間的構造，因振動膜41的振動而產生的聲波通過通孔部53發出到空氣中。
在固定電極50的兩面側設置有可以相對於固定電極50的聲波發出面調整安裝角度(θ)的反射板60。通常，反射板60相對於聲波輸出面以45度(約45度)的角度安裝，聲波的行進方向因反射板60而變成與聲波發出面正交的方向，結果，向希望的聲波放射方向(前面)放射聲音。
此時，由於從各面發出的聲波是反相的，所以在超聲波換能器附近(中心附近)可能有一部分聲壓不會增強，但是，與以往的從一個面發出聲波的情況相比，在整體上聲壓增強。
另外，圖4是表示本發明的超聲波揚聲器的第2結構例的圖，示出了消除圖3所示結構例中的超聲波換能器附近(中心附近)的一部分聲壓相互抵銷的的現象的結構例。在圖4(A)所示的結構例中，對應於載波(載波信號)的頻率，在對向固定電極部51側使振動膜41和反射板60之間的距離d移動半波長。另外，也可以在對向固定電極部52側移動振動膜41和反射板60之間的距離。另外，圖4(B)示出了載波頻率(載波信號頻率)和半波長距離之間的關係。
這樣，通過將單側的反射板移動與載波的半周期相應的距離(＝半波長)，可以使從兩側的對向固定電極部51、52輸出的聲波的相位變成同相，所以，可以防止中心軸附近的聲壓抵銷，可以進一步地增強聲壓。
另外，圖5是表示圖4所示的超聲波揚聲器的控制電路例的圖。在調製處理的階段決定了載波信號的頻率，所以，如圖5所示，將該信息信號(頻率信息信號)從調製部13發送到移動機構控制部(移動機構控制單元)17。在移動機構控制部17中，根據信息信號(頻率信息信號)，算出與頻率對應的半波長量(＝移動量)，驅動移動機構(移動機構控制單元)71。
根據這種結構，由於可以使兩側的聲波相位變成同相，所以可以防止中心軸附近的聲壓抵銷，可以進一步增強聲壓。
另外，圖6是表示將本發明的超聲波揚聲器安裝在放映機中的一個示例圖，示出了使用左右兩個超聲波揚聲器的具有立體聲播放功能的放映機的例子。如圖6所示。如果與放映機80的尺寸(寬度、高度)一致地垂直放置或水平放置由超聲波換能器30和反射板60構成的超聲波揚聲器，則可以容易地組裝到放映機80中。
另外，圖6(A)是將超聲波換能器30配置成聲波輸出面為放映機80的上下方向的例子，圖6(B)是將超聲波換能器30配置成聲波輸出面為放映機80的左右方向的例子。
另外，通過採用這樣的配置結構，可以摺疊反射板60，並將超聲波揚聲器收納在放映機80內的非常狹小的空間內。
在以往的安裝方式(參照圖12(B)的以往例的圖)中，由於超聲波揚聲器為圓形，並將其直立地安裝在放映機上，使聲波輸出面朝向放映機的前面，因此，這裡使用的反射板的直徑必須是超聲波換能器的直徑的倍數，並且難以將其摺疊，存在導致放映機的大型化或超聲波揚聲器的輸出不足的問題。
另外，圖7是表示本發明的超聲波揚聲器的收納狀態的圖，示出了使用左右兩個超聲波揚聲器的具有立體聲播放功能的放映機的例子。在本發明的結構中，如圖7所示，在收納由超聲波換能器30和反射板60構成的超聲波揚聲器時，通過摺疊反射板60，可以收斂成非常緊湊的尺寸，不會導致放映機80的大型化。另外，使用時只要使超聲波揚聲器滑動而向放映機80的上面或前面突出，同時打開反射板60即可。
另外，圖8是表示在超聲波換能器上追加曲面反射板的示例圖，在反射板為平板的情況下，由於從超聲波換能器發出的聲波的一部分不會垂直地入射到反射板上，所以反射後的聲波不會向前方發出，而是反射到上下方向。因此，如圖8所示，對反射板(平面反射板)60進一步設置曲面反射板(最好為圓錐形)61，由此可以利用曲面反射板61使被反射板(平面反射板)60反射到偏離了預期方向(前方)的方向的成分向前方反射。
另外，圖9是表示固定電極的形狀的示例圖，在本發明的結構中，如圖9所示，固定電極50的形狀可以是圓形、橢圓形、矩形中的任意一種，但是，從面積效率這一點考慮優選四邊形。另外，通孔部53的形狀也可以是圓形、橢圓形、矩形，而且，其配置可以是直線、蜂窩、或同心圓狀。
圖9(A)的例子為，將固定電極50形成為矩形狀，通孔部53為矩形，並平行配置。另外，圖9(B)和圖9(C)示出了通孔部53配置為圓形的例子。
如以上說明那樣，在本發明的超聲波揚聲器中，通過以45度的角度將反射板設置在推挽式超聲波換能器的聲波輸出面的兩側，可以在相位差無限小的狀態下放射兩側的聲波。因此，可以利用以往不使用的被捨棄的一側的聲波，可以增加輸出聲壓。另外，通過垂直放置或者水平放置超聲波揚聲器，可以有效地將其收納在放映機中。另外，由於反射板易於摺疊，可以容易地將超聲波揚聲器收納在放映機中。
以上，對本發明的實施方式進行了說明，但是，本發明的超聲波揚聲器不僅限於上述的圖示例，當然可以在不脫離本發明主旨的範圍內進行各種變更。
權利要求
1.一種使用超聲波換能器的超聲波揚聲器，所述超聲波換能器具有具有導電層的振動膜、以及與該振動膜的各個面相對設置的一對固定電極，在上述振動膜的導電層上施加DC偏置電壓，同時在上述一對固定電極部間施加交流信號，從而使振動膜產生聲波，該振動膜所產生的聲波通過分別設置在上述一對固定電極上的通孔，從兩個聲波輸出面輸出，所述超聲波揚聲器的特徵在於，上述超聲波換能器的聲波輸出面配置在與聲波放射方向正交的方向上，並且具有聲波反射板，其與上述超聲波換能器的兩個聲波輸出面對應設置，使從各聲波輸出面輸出的聲波向聲波放射方向反射。
2.根據權利要求1所述的超聲波揚聲器，其特徵在於，上述超聲波換能器的聲波輸出面相對於水平面水平地設置，或者，上述超聲波換能器的聲波輸出面相對於水平面垂直地設置。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的超聲波揚聲器，其特徵在於，具備可變地調節上述聲波反射板相對於上述超聲波換能器的聲波輸出面的安裝角度的單元。
4.根據權利要求1至3中的任意一項所述的超聲波揚聲器，其特徵在於，上述超聲波反射板相對於上述超聲波換能器的聲波輸出面的安裝角度被設定成約45度。
5.根據權利要求1至4中的任意一項所述的超聲波揚聲器，其特徵在於，具有移動機構控制單元，其使上述聲波輸出面的一側的聲波反射板的位置相對於上述聲波輸出面的另一側的聲波反射板的位置，在垂直於聲波輸出面的方向上移動與載波頻率的半波長相應的距離。
6.根據權利要求1至5中的任意一項所述的超聲波揚聲器，其特徵在於，上述聲波反射板形成為可以摺疊收納的構造。
7.根據權利要求1至6中的任意一項所述的超聲波揚聲器，其特徵在於，還具有曲面反射板，用於將由上述聲波反射板向聲波放射方向以外的方向反射的聲波成分向聲波放射方向反射。
8.一种放映機，其特徵在於，安裝了權利要求1至7中的任意一項所述的超聲波揚聲器。
全文摘要
本發明的課題是利用從推挽式靜電型超聲波換能器的兩面發出的所有聲波作為聲源。作為解決手段，本發明提供了一種使用超聲波換能器的超聲波揚聲器，所述超聲波換能器具有具有導電層的振動膜、以及與該振動膜的各個面相對設置的一對固定電極，在上述振動膜的導電層上施加DC偏置電壓，同時在上述一對固定電極部間施加交流信號，從而使振動膜產生聲波，該振動膜所產生的聲波通過分別設置在上述一對固定電極上的通孔，從兩個聲波輸出面輸出，上述超聲波換能器的聲波輸出面配置在與聲波放射方向正交的方向上，並且具有聲波反射板，其與上述超聲波換能器的兩個聲波輸出面對應設置，使從各聲波輸出面輸出的聲波向聲波放射方向反射。
文檔編號G10K11/28GK1713781SQ20051007742
公開日2005年12月28日 申請日期2005年6月16日 優先權日2004年6月21日
發明者關野博一, 松澤欣也, 福井芳樹, 宮崎新一 申請人:精工愛普生株式會社