聲音再生裝置

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聲音再生裝置\n技術(shù)領(lǐng)域\n[0001] 本發(fā)明涉及一種以超聲波頻段的信號(hào)為載波對(duì)可聽(tīng)頻段的信號(hào)調(diào)制并發(fā)射，具有在特定的空間范圍可再生可聽(tīng)頻段的聲波的、高指向性的聲音再生裝置。\n背景技術(shù)\n[0002] 通常的聲音再生裝置可經(jīng)由振動(dòng)板直接向空氣等介質(zhì)中發(fā)射可聽(tīng)頻段的聲波，利用衍射效應(yīng)在較寬范圍傳播可聽(tīng)頻段的聲波。\n[0003] 與之相對(duì)，為了只在特定的空間范圍有選擇地傳播可聽(tīng)頻段的聲波，具有高指向性的聲音再生裝置正在實(shí)用化。該聲音再生裝置一般被稱(chēng)為超指向性揚(yáng)聲器、或參量(パラメトリツクス)揚(yáng)聲器。將可聽(tīng)頻段的信號(hào)作為載波調(diào)制為超聲波頻段的信號(hào)，再按特定的倍率進(jìn)行放大之后，將該調(diào)制后的信號(hào)輸入到由超聲波振子等構(gòu)成的放聲部，作為超聲波頻段的聲波發(fā)射到空氣等介質(zhì)中。\n[0004] 從放聲部發(fā)射的聲波通過(guò)載波即超聲波的傳播特性保持高指向性而在介質(zhì)中傳播。另外，超聲波頻段的聲波在介質(zhì)中傳播過(guò)程中，由于介質(zhì)的非線形性使可聽(tīng)頻段的聲波的振幅蓄積增加，并且超聲波頻段的聲波因基于介質(zhì)的吸收、球面擴(kuò)散而發(fā)生衰減。其結(jié)果是，被調(diào)制成超聲波頻段的可聽(tīng)頻段的聲波因介質(zhì)的非線形性而自解調(diào)為可聽(tīng)頻段的聲波，能夠僅在限定的狹窄空間范圍再生可聽(tīng)頻段的聲波。\n[0005] 即，所謂超指向性揚(yáng)聲器是指利用傳播聲波的介質(zhì)的非線形性和超聲波所具有的高指向性。例如，若在將超指向性揚(yáng)聲器用作美術(shù)館及博物館展品的說(shuō)明用的揚(yáng)聲器，則可以只對(duì)存在于特定的空間范圍內(nèi)的人傳播可聽(tīng)頻段的聲波。\n[0006] 上述的聲音再生裝置為了提高在盡可能低的輸入電場(chǎng)再生的可聽(tīng)頻段的聲波的聲壓，而將激勵(lì)由壓電體等構(gòu)成的超聲波振子的諧振模式的諧振頻率附近的頻率用作載波的頻率。在該諧振頻率附近，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm(表示壓電體等引起諧振振動(dòng)時(shí)的諧振頻率附近的機(jī)械振動(dòng)位移的敏銳度的常數(shù))高，對(duì)于施加的交流電場(chǎng)能夠得到最大的振動(dòng)位移。\n[0007] 但是，因壓電體或其它構(gòu)成要素的形狀、尺寸及支承固定方法等結(jié)構(gòu)性條件以及在壓電體為陶瓷的情況下，由于極化(分極)及燒成等工序的壓電常數(shù)及彈性常數(shù)等材料特性條件，超聲波振子的諧振頻率在個(gè)體間存在偏差。另外，由于機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm也因超聲波振子自身的溫度變化、空氣等介質(zhì)的負(fù)荷變動(dòng)，而受到影響，因而即使對(duì)多個(gè)超聲波振子施加同頻率同振幅的電場(chǎng)，超聲波振子的振動(dòng)振幅也分別不同，因此，存在在解調(diào)、再生可聽(tīng)頻段的信號(hào)時(shí)，不能通過(guò)可聽(tīng)頻段的信號(hào)的頻段得到所期望的聲壓的課題。\n[0008] 另外，作為與上述的聲音再生裝置有關(guān)的先行技術(shù)文獻(xiàn)信息公知有非專(zhuān)利文獻(xiàn)1。\n[0009] 非專(zhuān)利文獻(xiàn)1：田中恒雄、巖佐干郎、木村陽(yáng)一著《關(guān)于參量揚(yáng)聲器的實(shí)用化》日本聲學(xué)會(huì)超聲波研究會(huì)資料，US84-61、1984年(第1頁(yè)-第2頁(yè)，圖1、圖2)\n發(fā)明內(nèi)容\n[0010] 本發(fā)明至少具備：生成可聽(tīng)頻段的信號(hào)的可聽(tīng)頻段信號(hào)源；生成載波的載波振蕩器；將可聽(tīng)頻段的信號(hào)與載波一起調(diào)制的調(diào)制器；輸入從調(diào)制器輸出的信號(hào)并通過(guò)超聲波振子輸出再生音的放聲部。放聲部的超聲波振子具有按不同的頻率使振動(dòng)位移達(dá)到極大的多個(gè)諧振模式，可在激勵(lì)多個(gè)諧振模式的頻率之間激勵(lì)模式耦合后的振動(dòng)。將可激勵(lì)模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分作為載波的頻率。\n[0011] 由此，即使在因超聲波振子的制造工序及工作中的負(fù)荷變動(dòng)等而超聲波振子的諧振頻率偏移或者變動(dòng)的情況下，在能夠激勵(lì)起模式耦合后的振動(dòng)的頻率范圍內(nèi)，超聲波振子的振動(dòng)振幅變動(dòng)也小而穩(wěn)定。其結(jié)果是，在對(duì)可聽(tīng)頻段的聲波進(jìn)行自解調(diào)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)寬頻段且穩(wěn)定的聲壓。\n附圖說(shuō)明\n[0012] 圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1的聲音再生裝置的框圖。\n[0013] 圖2是本發(fā)明實(shí)施方式1的超聲波振子的剖面圖。\n[0014] 圖3是表示現(xiàn)有的壓電體的導(dǎo)納(アドミツタンス)及厚度方向的振動(dòng)位移的頻率特性的圖。\n[0015] 圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電體的導(dǎo)納及振動(dòng)位移的頻率特性的圖。\n[0016] 圖5是表示在本發(fā)明實(shí)施方式1中將以諧振頻率fm1為中心的特定頻段作為載波頻率的圖。\n[0017] 圖6是表示在本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電體中，徑向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振頻率和厚度方向的振動(dòng)位移的關(guān)系的圖。\n[0018] 圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電體的振動(dòng)位移相對(duì)于機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的頻率特性的圖。\n[0019] 圖8是表示在本發(fā)明實(shí)施方式1中，以振動(dòng)位移為極小值ξLm的頻率fLm為中心的特定頻段作為載波頻率的圖。\n[0020] 圖9是表示在本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電體中，使尺寸比變化的情況下的導(dǎo)納為極大值的頻率、和厚度方向振動(dòng)位移的極小值的關(guān)系的圖。\n[0021] 圖10是本發(fā)明實(shí)施方式2的放聲部的正視圖。\n[0022] 圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式2中的三個(gè)超聲波振子的壓電體的導(dǎo)納及振動(dòng)位移的頻率特性的圖。\n[0023] 圖12是本發(fā)明實(shí)施方式3的超聲波振子的剖面圖。\n具體實(shí)施方式\n[0024] (實(shí)施方式1)\n[0025] 下面，使用附圖說(shuō)明本實(shí)施方式1的聲音再生裝置的構(gòu)成。圖1是本發(fā)明實(shí)施方式1的聲音再生裝置的框圖。圖1說(shuō)明本發(fā)明的聲音再生裝置1的驅(qū)動(dòng)部。\n[0026] 將由可聽(tīng)頻段信號(hào)源2生成的可聽(tīng)頻段的信號(hào)(作為頻率約為20Hz～20kHz)和由載波振蕩器3生成的載波(約20kHz以上的超聲波)輸入到調(diào)制器4，通過(guò)載波調(diào)制可聽(tīng)頻段的信號(hào)。將調(diào)制后的信號(hào)用功率放大器5進(jìn)行放大并輸入到放聲部6。輸入到放聲部\n6的來(lái)自調(diào)制器4的信號(hào)作為超聲波向空氣等介質(zhì)發(fā)射，傳播一定的距離后，作為載波的超聲波頻段的聲波發(fā)生衰減，并且利用介質(zhì)的非線形性使可聽(tīng)頻段的聲波自解調(diào)。\n[0027] 這樣，在本實(shí)施方式1的聲音再生裝置1中，通過(guò)將具有高指向性的超聲波用作載波，成為只能夠在非常狹窄的空間范圍再生可聽(tīng)頻段的聲波的構(gòu)成。\n[0028] 下面，使用圖2說(shuō)明構(gòu)成放聲部6的超聲波振子7。圖2是本發(fā)明實(shí)施方式1的超聲波振子7的剖面圖。\n[0029] 超聲波振子7是通過(guò)輸入來(lái)自調(diào)制器4的信號(hào)而使壓電體8振動(dòng)而\n向空氣等介質(zhì)發(fā)射聲波的部分。壓電體8為由復(fù)合鈣鈦礦系壓電材料(例如，PbTiO3-ZrTiO3-Pb(Mg1/2Nb1/2)TiO3等三組分系的壓電陶瓷材料)構(gòu)成的圓柱形狀的壓電陶瓷，如圖2所示，配置于聲匹配(整合)層9的厚度方向的一面上的大致中央部。若設(shè)該壓電體8的厚度為L(zhǎng)、直徑為D，則尺寸比L/D約為0.7，在厚度方向被極化。在此，將壓電體8設(shè)為復(fù)合鈣鈦礦(ペロブスカイト)系壓電材料，但是，除此之外也可以使用PZT(PbTiO3-ZrTiO3)系及鈦酸鋇(BaTiO3)等壓電陶瓷、壓電單晶體等。\n[0030] 在聲音匹配層9的周緣部附近，以包圍壓電體8的方式固定有筒狀的外殼10，保護(hù)壓電體8不受外部影響。在本實(shí)施方式1中，外殼10采用鋁制。\n[0031] 另外，在外殼10的開(kāi)口部(在與聲音匹配層9的連接部分相反的端部附近的內(nèi)側(cè)面)設(shè)置有端子臺(tái)11。為了不使該端子臺(tái)11和壓電體8因來(lái)自外部的沖擊及壓電體8的振動(dòng)等而彼此接觸，而設(shè)置有一定的間隙。另外，端子臺(tái)11上設(shè)置有兩條棒狀的端子12，這些端子12分別經(jīng)由引線13與壓電體8的電極電連接。即，可經(jīng)由端子12向壓電體8施加交流電場(chǎng)。\n[0032] 在這樣的構(gòu)成的超聲波振子7中，若對(duì)設(shè)置于壓電體8的兩主面的電極施加特定頻率的交流電場(chǎng)，則可在壓電體8上激勵(lì)出取決于材料常數(shù)、形狀及尺寸等的彈性振動(dòng)。將因該彈性振動(dòng)而產(chǎn)生的聲波經(jīng)由聲音匹配層9發(fā)射到空氣等介質(zhì)并向特定的方向(圖2中的上方向)傳播。\n[0033] 在此，聲音匹配層9采用壓電體8和空氣等介質(zhì)的聲阻抗耦合，降低因壓電體和介質(zhì)的聲阻抗的差異而在邊界面產(chǎn)生的反射等所引起的聲波的衰減。\n[0034] 另外，在本實(shí)施方式1中，上述的可聽(tīng)頻段信號(hào)源2、載波振蕩器3、調(diào)制器4、及功率放大器5僅由一組構(gòu)成。\n[0035] 下面，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的指向即載波頻率的確定方法。\n[0036] 圖3是表示現(xiàn)有的壓電體中的導(dǎo)納頻率特性及厚度方向的振動(dòng)位移的頻率特性的一例的圖。通常，壓電體通過(guò)形狀(尺寸比)、極化(單晶體的情況為c軸)的方向和所施加的交流電場(chǎng)的方向等，能夠激勵(lì)出振動(dòng)方向、振動(dòng)姿勢(shì)(振動(dòng)模式)不同的多個(gè)諧振模式。\n[0037] 圖3是在設(shè)圓柱形狀的壓電體的厚度為L(zhǎng)、直徑為D時(shí)，尺寸比L/D達(dá)到2.5以上的情況下的導(dǎo)納和厚度方向的振動(dòng)位移的頻率特性的一例的圖。另外，該圖中的壓電體為厚度方向進(jìn)行了極化的壓電陶瓷，對(duì)厚度方向施加交流電場(chǎng)。\n[0038] 若使施加于壓電體的交流電場(chǎng)的頻率從低頻率側(cè)變化到高頻率側(cè)，則如圖3所示，最初，在導(dǎo)納Y達(dá)到極大的頻率fL1附近，產(chǎn)生厚度方向的振動(dòng)位移ξL1達(dá)到極大的第一諧振模式。該頻率fL1下的諧振模式被稱(chēng)為厚度方向縱向振動(dòng)。\n[0039] 另外，若提高頻率，則接著在導(dǎo)納Y達(dá)到極大的頻率fD1附近，產(chǎn)生徑向的振動(dòng)位移達(dá)到極大的第二諧振模式。該頻率fD1下的諧振模式被稱(chēng)為徑向擴(kuò)散振動(dòng)。另外，該徑向擴(kuò)散振動(dòng)的徑向振動(dòng)位移在圖3中未圖示。\n[0040] 如圖3所示，由于壓電體也是彈性體，因而徑向產(chǎn)生振動(dòng)位移的同時(shí)，因泊松(ポアソン)耦合從而也在厚度方向產(chǎn)生振動(dòng)位移。但是，由于圓柱的厚度L相對(duì)于直徑D較大，因而該頻率fD1附近的厚度方向的振動(dòng)位移與頻率fL1附近的振動(dòng)位移ξL1相比，非常小。\n[0041] 在頻率fL1和頻率fD1的附近以外，壓電體的厚度方向的振動(dòng)位移急劇減少到幾乎沒(méi)有。同樣，徑向的振動(dòng)位移在頻率fL1和頻率fD1的附近以外也減少到幾乎沒(méi)有。即，在頻率fL1和頻率fD1附近以外的頻率中，壓電體不論在在厚度方向還是在徑向幾乎都不發(fā)生振動(dòng)。這意味著，兩種諧振模式，即厚度方向縱向振動(dòng)和徑向擴(kuò)散振動(dòng)相互不受影響，在各自的諧振頻率附近自由振動(dòng)。\n[0042] 這樣，在圓柱形狀的壓電體中，通過(guò)使厚度L和直徑D中的其中一方變大(通常為將厚度L設(shè)為直徑D的2.5倍以上的圓柱形狀或者將直徑D設(shè)為厚度L的15倍以上的圓板形狀)，而各諧振模式相互不受影響地獨(dú)立振動(dòng)，同時(shí)，各諧振模式的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm變高。\n[0043] 與此相對(duì)，在本實(shí)施方式1的聲音再生裝置1的超聲波振子7中，使用厚度L和直徑D的尺寸比L/D約為0.7的圓柱形狀的壓電體8。通過(guò)使用這種尺寸比的壓電體8，在激勵(lì)厚度方向縱向振動(dòng)和徑向擴(kuò)散振動(dòng)這兩種諧振模式的諧振頻率之間的頻率中，能夠激勵(lì)出模式耦合后的振動(dòng)，在厚度方向得到一定以上的振動(dòng)位移ξL。另外，能夠在壓電體8中激勵(lì)出相對(duì)于頻率變動(dòng)變化少的振動(dòng)位移ξL。在本實(shí)施方式1中，將能夠激勵(lì)出該模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分設(shè)為載波頻段。\n[0044] 圖4是表示本發(fā)明實(shí)施方式1中的壓電體的導(dǎo)納及振動(dòng)位移的頻率特性的圖。圖\n4中表示使用有限元法對(duì)本實(shí)施方式1的壓電體8的導(dǎo)納Y、及厚度方向的振動(dòng)位移ξL的頻率特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算后的結(jié)果的一例。\n[0045] 如圖4所示，通過(guò)兩個(gè)諧振頻率即頻率fm1和頻率fm2使壓電體8分別機(jī)械地激勵(lì)起品質(zhì)因數(shù)Qm高的諧振模式。另外，在頻率fm1和頻率fm2之間，激勵(lì)起模式耦合后的振動(dòng)，與上述兩個(gè)頻率fm1和頻率fm2附近相比，厚度方向的振動(dòng)位移ξL的絕對(duì)值小，但是，可得到變化量相對(duì)于頻率變動(dòng)小的頻段。特別是在厚度方向的振動(dòng)位移達(dá)到極小值ξLm的頻率fLm附近，可得到相對(duì)于頻率變動(dòng)振動(dòng)位移ξL的變化量最小的平坦區(qū)域。\n[0046] 將以激勵(lì)上述模式耦合后的振動(dòng)、且厚度方向的振動(dòng)位移ξL達(dá)到極小的頻率fLm為基準(zhǔn)的頻率區(qū)域用作載波頻率。即使是因材料及形狀的偏差等而使壓電體8的厚度方向縱向振動(dòng)和徑向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振頻率分別發(fā)生了變動(dòng)的情況下，在能夠激勵(lì)出模式耦合后的振動(dòng)的頻率范圍內(nèi)，也可減少超聲波振子的振動(dòng)振幅變動(dòng)使其穩(wěn)定。其結(jié)果是，在對(duì)可聽(tīng)頻段的信號(hào)進(jìn)行自解調(diào)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)寬頻段且穩(wěn)定的聲壓。\n[0047] 下面對(duì)于在自解調(diào)該可聽(tīng)頻段的信號(hào)時(shí)可得到穩(wěn)定的聲壓這一點(diǎn)，說(shuō)明其詳情。\n[0048] 圖5是表示在本發(fā)明實(shí)施方式1中將以諧振頻率fm1為中心的特定頻段設(shè)為載波頻率的圖。如圖5所示，在假如將施加于超聲波振子7的電場(chǎng)的振幅固定，并將頻率設(shè)為以諧振頻率fm1為中心的一定頻段fm1±Δf的情況下，在諧振頻率fm1附近，由于諧振模式的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm高因而超聲波振子7的振動(dòng)位移大，可得到從超聲波振子7發(fā)射的聲波也高的聲壓。但是，在從諧振頻率fm1偏離頻率變動(dòng)幅度Δf的頻率中，與諧振頻率fm1附近相比，超聲波振子7的振動(dòng)位移變小。\n[0049] 這樣，若以諧振頻率fm1為載波頻率，并用將寬頻段的可聽(tīng)頻段進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)，激勵(lì)超聲波振子7，則在所施加的電場(chǎng)的頻率范圍內(nèi)超聲波振子7振動(dòng)位移的變化量較大，因此，相對(duì)于由超聲波振子發(fā)射的聲波的頻率的聲壓變動(dòng)變大，所解調(diào)的可聽(tīng)頻段的聲波的由頻率引起的振幅變動(dòng)的幅度也變大，難以得到穩(wěn)定的聲壓。\n[0050] 因此，如本實(shí)施方式1的聲音再生裝置1所示，通過(guò)將能夠激勵(lì)起相對(duì)于頻率變動(dòng)的振動(dòng)位移ξL的變化量比較小的、模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分設(shè)為載波頻率，能夠用寬頻段且穩(wěn)定的聲壓再生可聽(tīng)頻段的信號(hào)。\n[0051] 在此，說(shuō)明根據(jù)兩種諧振頻率即頻率fm1和頻率fm2的關(guān)系對(duì)用于激勵(lì)與壓電體8模式耦合后的振動(dòng)的條件進(jìn)行考察的結(jié)果。\n[0052] 圖6是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式1的壓電體中，徑向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振頻率和厚度方向的振動(dòng)位移的關(guān)系的圖。圖6是在使用復(fù)合鈣鈦礦系壓電材料而形成的壓電體8中，使徑向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振頻率fm2發(fā)生變化并使用有限元法對(duì)厚度方向的振動(dòng)位移ξL進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的結(jié)果的一例。\n[0053] 在圖6中，橫軸表示對(duì)施加于壓電體8的交流電場(chǎng)的頻率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)格)化后的頻率，分別記載了將諧振頻率fm1設(shè)為1時(shí)的諧振頻率fm2的值?？v軸表示振動(dòng)位移ξL。\n[0054] 如圖6所示，在諧振頻率fm2分別為fm2a(＝3.17)、fm2b(＝2.69)的頻率特性a、頻率特性b中，振動(dòng)位移ξL的極小值ξLma、ξLmb極小。即，表明在表示該極小值ξLma、ξLmb的頻率中，幾乎得不到壓電體8厚度方向的振動(dòng)位移。另外，也幾乎得不到徑向的振動(dòng)位移。\n因此，在頻率特性a、頻率特性b中，兩個(gè)諧振模式彼此互不影響地獨(dú)立振動(dòng)。\n[0055] 另一方面，與頻率特性a、頻率特性b相比，在諧振頻率fm2接近諧振頻率fm1，將諧振頻率fm2設(shè)為fm2c(＝2.44)、fm2d(＝2.25)的頻率特性c、頻率特性d中，振動(dòng)位移ξL的極小值ξLmc、ξLmd變得比極小值ξLma、ξLmb大。即，通過(guò)使諧振頻率fm2接近諧振頻率fm1，可使厚度方向的振動(dòng)位移ξL表現(xiàn)出一定以上的值，在這種條件的壓電體8中，可在激勵(lì)出諧振模式的頻率的期間，激勵(lì)與壓電體8模式耦合后的振動(dòng)。\n[0056] 根據(jù)本數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，若壓電體8的諧振頻率fm2的標(biāo)準(zhǔn)化后的值為大約2.5以下，則其頻率特性表現(xiàn)出如頻率特性c及頻率特性d那樣的波，得到與壓電體8產(chǎn)生模式耦合這一結(jié)果。\n[0057] 因此，在將表示壓電體8的第一諧振模式的頻率設(shè)為fm1，并將表示第二諧振模式的頻率設(shè)為fm2時(shí)，若表示第一諧振模式的頻率和表示第二諧振模式的頻率之比f(wàn)m1/fm2至少為0.4(＝1/2.5)以上，則表明與壓電體8產(chǎn)生模式耦合。另外，在這樣將fm1/fm2設(shè)為\n0.4以上時(shí)，只要適當(dāng)調(diào)整例如壓電體8的尺寸比L/D即可。通過(guò)調(diào)整尺寸比L/D，就可以調(diào)整表示第一諧振模式的頻率fm1及表示第二諧振模式的頻率fm2。\n[0058] 另外，圖6是使用復(fù)合鈣鈦礦系壓電材料形成壓電體8之一例，即使是使用其它PZT系陶瓷等的壓電陶瓷的情況，也可得到同樣的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，只要fm1/fm2為0.4以上就能夠得到與壓電體8產(chǎn)生模式耦合后的結(jié)果。因此，不限于復(fù)合鈣鈦礦系壓電材料，只要fm1/fm2至少為0.4以上，就能夠認(rèn)為與壓電體8產(chǎn)生模式耦合。\n[0059] 另外，如根據(jù)示于圖4的導(dǎo)納Y的頻率特性明確的那樣，在諧振頻率fm1時(shí)壓電體\n8的阻抗低。這樣，對(duì)于阻抗低的狀態(tài)的壓電體8，與超聲波振子7連接的電源將有更多的電流流過(guò)。其結(jié)果是，有可能加大對(duì)電源的負(fù)荷、或者電流不流動(dòng)。與此相對(duì)，在能夠激勵(lì)出模式耦合后的振動(dòng)的頻段中，由于壓電體8的阻抗比較高，因而不會(huì)對(duì)電源帶來(lái)上述那樣的不利影響，而是可以穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)超聲波振子7。\n[0060] 另外，通過(guò)使用本實(shí)施方式1的壓電體8，可得到能夠?qū)σ驕囟茸兓罢駝?dòng)等干擾而從周?chē)艿降膽?yīng)力發(fā)揮穩(wěn)定的性能的聲音再生裝置1。下面說(shuō)明其詳情。\n[0061] 圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的振動(dòng)位移相對(duì)于壓電體的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的頻率特性的圖。圖7是只抽出圖5的振動(dòng)位移ξL的頻率特性的圖，橫軸及縱軸表示基于能夠激勵(lì)出模式耦合后的振動(dòng)的頻段的振動(dòng)位移的極小值ξLm和此時(shí)的頻率fLm分別進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果。實(shí)線為壓電體8的不受干擾的無(wú)負(fù)荷情況的頻率特性，虛線表示從外部對(duì)壓電體8施加應(yīng)力的情況下的頻率特性。\n[0062] 可知：在激勵(lì)第一、第二諧振模式的各諧振頻率、頻率fm1、頻率fm2附近，通過(guò)應(yīng)力的有無(wú)得知諧振模式的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm的變動(dòng)，并且振動(dòng)位移ξL較大地變化。\n[0063] 列舉一例，在第一諧振模式(厚度方向縱向振動(dòng)：諧振頻率fm1)的情況下，若因干擾等而施加應(yīng)力，則機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm變低，振動(dòng)位移ξL減小至無(wú)負(fù)荷情況的約1/5。另一方面，在本實(shí)施方式1所使用的載波頻率即頻率fLm附近，即使是施加同樣的應(yīng)力的情況下，振動(dòng)位移ξL幾乎不減少。\n[0064] 即，圖7表示的是，因施加于超聲波振子7的交流電場(chǎng)的頻率，由來(lái)自外部的負(fù)荷變動(dòng)引起的、超聲波振子7的振動(dòng)位移的受到影響的難易程度不同。特別是，可知，在可激勵(lì)模式耦合后的振動(dòng)的頻段中，負(fù)荷變動(dòng)難以對(duì)振動(dòng)位移產(chǎn)生影響。\n[0065] 因此，在本實(shí)施方式1中，通過(guò)將能夠激勵(lì)出該模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分用作載波頻率使用，從而即使是因溫度變化、振動(dòng)及支承固定條件等干擾而對(duì)壓電體8施加應(yīng)力的情況下，振動(dòng)位移ξL的變化也少。其結(jié)果是，可得到能夠再生寬頻段且穩(wěn)定聲壓的可聽(tīng)頻段的聲波的聲音再生裝置1。\n[0066] 另外，驅(qū)動(dòng)本實(shí)施方式1的聲音再生裝置1時(shí)發(fā)生的熱也有可能使超聲波振子7受到影響。即，由于若超聲波振子7的溫度發(fā)生變化，則壓電體8的音速也發(fā)生變化，所以該變化波及到超聲波振子7的諧振頻率。特別是如本實(shí)施方式1所示，作為壓電體8使用的壓電陶瓷，諧振頻率的溫度依存性高，諧振頻率對(duì)溫度變化的穩(wěn)定性低。因此，要考慮在將諧振頻率附近的頻率用作載波頻率的情況下，若因溫度變化而使諧振頻率發(fā)生變化則不能得到所期望的聲壓。\n[0067] 另一方面，在本實(shí)施方式1中，將能夠激勵(lì)出不易受溫度變化的影響的模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分作為載波頻率使用，假設(shè)因驅(qū)動(dòng)聲音再生裝置1時(shí)的熱而超聲波振子7的溫度發(fā)生變化，也可再生電壓穩(wěn)定的可聽(tīng)頻段的聲波。\n[0068] 另外，載波頻率為可激勵(lì)模式耦合后的振動(dòng)的頻段，特別優(yōu)選以超聲波振子7的振動(dòng)位移ξL達(dá)到極小的頻率為基準(zhǔn)進(jìn)行選擇。\n[0069] 這是因?yàn)?，如圖8、之前所示的圖4～圖7表明的那樣，在振動(dòng)位移ξL達(dá)到極小值ξLm的頻率fLm附近，振動(dòng)位移ξL相對(duì)于頻率變動(dòng)的變化量變小，頻率特性平坦。圖8是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式1中將以振動(dòng)位移是極小值ξLm的頻率fLm為中心的特定頻段設(shè)為載波頻率的圖。通過(guò)將包含頻率fLm的頻段例如以頻率fLm為中心的一定的頻段fLm±Δf作為載波頻率使用，可使再生的可聽(tīng)頻段的聲波的聲壓更加穩(wěn)定，同時(shí)可將頻段拓寬。\n[0070] 下面，說(shuō)明圓柱形狀的壓電體8的厚度L相對(duì)于直徑D的尺寸比L/D的設(shè)計(jì)方法。\n[0071] 圖9是表示在本發(fā)明實(shí)施方式1的壓電體中，使尺寸比發(fā)生變化的情況下的導(dǎo)納達(dá)到極大值的頻率和厚度方向的振動(dòng)位移的極小值的關(guān)系的圖。圖9表示的是，在使用復(fù)合鈣鈦礦系壓電材料而形成的壓電體8中，通過(guò)使壓電體8的尺寸比L/D發(fā)生變化并使用基于有限元法的數(shù)值計(jì)算對(duì)厚度方向縱向振動(dòng)的諧振頻率fm1和徑向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振頻率fm2、以及能夠在這兩種諧振模式間激勵(lì)的模式耦合后的振動(dòng)中的最大變位ξLm進(jìn)行求算的結(jié)果。\n[0072] 橫軸表示對(duì)壓電體8的尺寸比L/D進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化?？v軸的左側(cè)的軸是以將尺寸比L/D設(shè)為1時(shí)的頻率fLm為基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的頻率。同樣，縱軸的右側(cè)的軸是以將尺寸比L/D設(shè)為1時(shí)的厚度方向的振動(dòng)位移ξLm為基準(zhǔn)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化后的振動(dòng)位移。另外，頻率fm1為實(shí)線，頻率fm2為單點(diǎn)劃線，振動(dòng)位移ξLm為波浪線。\n[0073] 根據(jù)圖9得知，模式耦合后的振動(dòng)中的振動(dòng)位移ξLm隨著壓電體8的尺寸比L/D的增加而增大，在尺寸比L/D為0.7附近，達(dá)到尺寸比L/D為1時(shí)的約1.7倍的最大值，而且其后降低。因此，在本實(shí)施方式1中將尺寸比L/D設(shè)為振動(dòng)位移ξLm達(dá)到最大的0.7。\n[0074] 另外，壓電體8的尺寸比L/D不限定于0.7，只要是以振動(dòng)位移ξLm達(dá)到最大值的\n0.7為中心的±0.3的范圍，即，只要尺寸比L/D是0.4以上1.0以下的值即可。若尺寸比L/D為0.4以上1.0以下的值，相對(duì)于所施加的交流電場(chǎng)使壓電體8有效振動(dòng)，能夠從超聲波振子7發(fā)射聲波，從而作為聲音再生裝置能夠有效地輸出可聽(tīng)頻段的聲波。\n[0075] 與此相對(duì)，若壓電體8的尺寸比L/D為不足0.4或者超過(guò)1.0的值，則壓電體8的振動(dòng)損失變大，因此，相對(duì)于所施加的交流電場(chǎng)振動(dòng)振幅變小。由于從超聲波振子7發(fā)射的聲波變小，并且由振動(dòng)損失引起的發(fā)熱對(duì)壓電體8的材料特性有不利影響，使超聲波振子7的工作可靠性劣化的可能性變高，故而不予優(yōu)選。\n[0076] 另外，上述記載是使用復(fù)合鈣鈦礦系壓電材料形成壓電體8之一例，但是，即使是PZT系陶瓷等壓電陶瓷、壓電單晶體等材料不同的情況，通過(guò)進(jìn)行同樣的數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)研究，也可確定圓柱形狀的壓電體8的最佳尺寸比L/D。\n[0077] (實(shí)施方式2)\n[0078] 實(shí)施方式1的放聲部6由一個(gè)超聲波振子構(gòu)成，而在本實(shí)施方式2中，對(duì)由多個(gè)超聲波振子7構(gòu)成放聲部的一例進(jìn)行說(shuō)明。\n[0079] 圖10是本發(fā)明實(shí)施方式2的放聲部的正視圖。如圖10所示，本實(shí)施方式2的放聲部14將多個(gè)超聲波振子7平面配置而構(gòu)成。\n[0080] 圖11是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的三個(gè)超聲波振子的壓電體的導(dǎo)納及振動(dòng)位移的頻率特性的圖。圖11表示在構(gòu)成圖10的放聲部14的超聲波振子7中，構(gòu)成三個(gè)超聲波振子7的壓電體8各自的導(dǎo)納的頻率特性及振動(dòng)位移的頻率特性，導(dǎo)納Y1和振動(dòng)位移ξL1、導(dǎo)納Y2和振動(dòng)位移ξL2、導(dǎo)納Y3和振動(dòng)位移ξL3分別表示同一壓電體8的導(dǎo)納及振動(dòng)位移的頻率特性。\n[0081] 如圖11所示，三個(gè)壓電體8的導(dǎo)納Y1、導(dǎo)納Y2、導(dǎo)納Y3及振動(dòng)位移ξL1、振動(dòng)位移ξL2、振動(dòng)位移ξL3不是采用完全相同的頻率特性，而產(chǎn)生偏移。這是在制備壓電體8時(shí)因其制造條件、材料特性及形狀尺寸等的偏差而引起。另外，由于也對(duì)支承固定壓電體8而組裝超聲波振子7時(shí)的偏差有影響，因而，在構(gòu)成放聲部14的多個(gè)超聲波振子7的導(dǎo)納或振動(dòng)位移的頻率特性中，可激勵(lì)諧振模式的諧振頻率也發(fā)生偏差。在使用這樣的諧振頻率不相同的多個(gè)超聲波振子7，將載波頻率固定為頻率fm1附近及頻率fm2附近而構(gòu)成聲音再生裝置的情況下，從各個(gè)超聲波振子7發(fā)射的聲波的聲壓級(jí)(レベ一ル)存在偏差，其結(jié)果是，在解調(diào)可聽(tīng)頻段的聲波時(shí)有可能難以得到穩(wěn)定的聲壓。\n[0082] 因此，在本實(shí)施方式2中，與實(shí)施方式1同樣，作為載波頻率，不是利用激勵(lì)諧振模式的諧振頻率，而是利用在諧振模式間激勵(lì)的能夠激勵(lì)起模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分。\n[0083] 本實(shí)施方式2的壓電體8使用與實(shí)施方式1的壓電體8相同的壓電體，是將厚度L和直徑D的尺寸比L/D設(shè)為0.7的圓柱形狀的壓電體。通過(guò)做成這種尺寸比，如圖10所示由多個(gè)壓電體8構(gòu)成放聲部14，且將能夠激勵(lì)起與壓電體8模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分設(shè)為載波頻率的情況下，對(duì)各個(gè)壓電體8施加相同振幅相同頻率的電場(chǎng)。因此，對(duì)于各個(gè)壓電體8的振動(dòng)位移，個(gè)體間的偏差小，對(duì)于從超聲波振子7發(fā)射的聲波的聲壓，個(gè)體間的偏差也變小。其結(jié)果是，所解調(diào)的可聽(tīng)頻段的聲波高，且能夠用穩(wěn)定的聲壓進(jìn)行再生。\n[0084] 發(fā)聲部14是與構(gòu)成超聲波振子7的壓電體8的諧振頻率具有個(gè)體差異的情況之例，在由具有同一諧振頻率的壓電體8構(gòu)成發(fā)聲部14的情況下也同樣有效。即，因工作中的超聲波振子14的溫度變化、或在組裝超聲波振子14時(shí)對(duì)壓電體8施加應(yīng)力，而使超聲波振子14的振動(dòng)振幅的頻率特性發(fā)生變化，這樣的情況下也適合本實(shí)施方式2的構(gòu)成。\n[0085] 另外，圖10中的本實(shí)施方式2的聲音再生裝置1作為將發(fā)聲部14的超聲波振子7以蜂窩狀密集配置的構(gòu)成進(jìn)行了圖示，但是，配置方法不限于此，只要是可使發(fā)聲部發(fā)射的聲波在規(guī)定的位置有效共鳴(集音)的構(gòu)成，就可得到同樣的效果。\n[0086] (實(shí)施方式3)\n[0087] 下面，使用圖12說(shuō)明實(shí)施方式3的超聲波振子15的構(gòu)成。圖12是本實(shí)施方式3的超聲波振子15的剖面圖。\n[0088] 另外，本實(shí)施方式3一部分有別于實(shí)施方式1所示的超聲波振子7的構(gòu)成。除此之外的構(gòu)成與實(shí)施方式1相同，因而對(duì)于相同部分添加相同的符號(hào)而詳細(xì)說(shuō)明從略，只是對(duì)不同的部分加以說(shuō)明。\n[0089] 如圖12所示，在本實(shí)施方式3中，外殼16構(gòu)成有底圓筒狀形狀，該外殼16的內(nèi)底面中央部載置有壓電體8。外殼16的內(nèi)底面設(shè)置有兩條棒狀的端子12，與實(shí)施方式1同樣，這些端子12分別經(jīng)由引線13與壓電體8的電極電連接。另外，還與實(shí)施方式1同樣，外殼\n16采用鋁制。\n[0090] 而且，在壓電體8的上端面的中央部用粘接劑固定有圓錐形狀的諧振子17。作為該諧振子17的材料，優(yōu)選輕量且音速為3,000～10,000m/s左右的材料。例如若使用鋁及SUS(Stainless Used Steel)等金屬，則能夠構(gòu)成可跟隨壓電體8的振幅的諧振子17，能夠在不改變振動(dòng)模式形狀的情況下，直接通過(guò)該振動(dòng)模式進(jìn)行振幅放大。即，本實(shí)施方式3的諧振子17表現(xiàn)出與壓電體8的振動(dòng)相對(duì)應(yīng)的諧振特性，相對(duì)于壓電體8的振幅能夠向空氣等介質(zhì)發(fā)射穩(wěn)定的超聲波。\n[0091] 另外，如圖12所示，諧振子17也采用被外殼16圍住的構(gòu)成。\n[0092] 在這樣構(gòu)成的超聲波振子15中，由于具備諧振子17，從而音源直徑擴(kuò)大，可提高聲壓輸出。\n[0093] 另外，如上所述，由于實(shí)施方式1的聲音再生裝置1輸出具有高指向性的超聲波，因而只可在非常狹窄的空間范圍再生可聽(tīng)頻段的聲波。在此，在打算將使可聽(tīng)頻段的聲波再生的空間范圍擴(kuò)大一定程度的情況等，如本實(shí)施方式3的超聲波振子15那樣設(shè)置諧振子\n17，可通過(guò)擴(kuò)大聲音再生裝置1的指向性來(lái)對(duì)應(yīng)。\n[0094] 另外，在將本實(shí)施方式3的超聲波振子15如上述實(shí)施方式2那樣并列多個(gè)而構(gòu)成發(fā)聲部的情況下，則如上所述，各超聲波振子15具有通過(guò)諧振子17使指向性擴(kuò)展一定程度的特性。因此，從各超聲波振子15輸出的超聲波的發(fā)射范圍，易于與配置在其周邊的超聲波振子15的超聲波的發(fā)射范圍重合。即，在這樣使發(fā)射范圍重合的位置，從各超聲波振子\n15輸出的超聲波彼此調(diào)和(足し合わされる)，能夠以更高的聲壓收聽(tīng)再生的可聽(tīng)頻段的聲波。\n[0095] 另外，諧振子17的指向性可通過(guò)適當(dāng)變更諧振子17的圓錐部分的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。\n另外，圓錐的圓部分不限于正圓也可以是橢圓。\n[0096] 另外，在本發(fā)明的各實(shí)施方式中，說(shuō)明了如下情況：即，將構(gòu)成超聲波振子7的壓電體8的形狀設(shè)為圓柱形狀，使用將使壓電體8所激勵(lì)的振動(dòng)與厚度方向縱向振動(dòng)的諧振振動(dòng)和徑向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振振動(dòng)進(jìn)行模式耦合后的振動(dòng)。但是，本發(fā)明中，關(guān)于壓電體的形狀和由壓電體激勵(lì)處的振動(dòng)模式，并不限于特定的形狀及特定的諧振模式。例如，對(duì)于將壓電體8設(shè)為棱柱形狀，使用使厚度方向縱向振動(dòng)與對(duì)角線方向或邊方向擴(kuò)散振動(dòng)的諧振振動(dòng)進(jìn)行模式耦合后的振動(dòng)的情況，也可得到同樣的效果。\n[0097] 產(chǎn)業(yè)的可應(yīng)用性\n[0098] 本發(fā)明的聲音再生裝置中，通過(guò)將能夠激勵(lì)模式耦合后的振動(dòng)的頻段的一部分設(shè)為載波頻率，可使再生的可聽(tīng)頻段的聲波的聲壓頻段寬且穩(wěn)定。通過(guò)利用超聲波的高指向性，可用作只在有限的空間范圍再生可聽(tīng)頻段的聲波的聲音再生裝置。\n[0099] 符號(hào)說(shuō)明\n[0100] 1：聲音再生裝置\n[0101] 2：可聽(tīng)頻段信號(hào)源\n[0102] 3：載波振蕩器\n[0103] 4：調(diào)制器\n[0104] 5：功率放大器\n[0105] 6：放聲部\n[0106] 7：超聲波振子\n[0107] 8：壓電體\n[0108] 9：聲音匹配層\n[0109] 10：外殼\n[0110] 11：端子臺(tái)\n[0111] 12：端子\n[0112] 13：引線\n[0113] 14：放聲部\n[0114] 15：超聲波振子\n[0115] 16：外殼\n[0116] 17：諧振子