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JP2008048003A - Electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker using the same, drive control method of electrostatic ultrasonic transducer, audio signal reproduction method, superdirective acoustic system, and display device - Google Patents

Electrostatic ultrasonic transducer, ultrasonic speaker using the same, drive control method of electrostatic ultrasonic transducer, audio signal reproduction method, superdirective acoustic system, and display device Download PDF

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JP2008048003A
JP2008048003A JP2006219346A JP2006219346A JP2008048003A JP 2008048003 A JP2008048003 A JP 2008048003A JP 2006219346 A JP2006219346 A JP 2006219346A JP 2006219346 A JP2006219346 A JP 2006219346A JP 2008048003 A JP2008048003 A JP 2008048003A
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Japan
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signal
ultrasonic transducer
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electrode layer
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JP2006219346A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroichi Sekino
博一 関野
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることができる静電型超音波トランスデューサを提供する。
【解決手段】貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段(20、22)を有する。
【選択図】図2
An electrostatic ultrasonic transducer capable of stabilizing, improving or repairing sound pressure characteristics is provided.
A first electrode in which a through hole is formed, a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode is formed, and an electrode layer sandwiched between the pair of electrodes A vibrating membrane to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibrating membrane, and the pair of electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane, An electrostatic ultrasonic transducer to which an AC signal is applied between the control means (20, 20), which continuously changes one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal. 22).
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、広周波数帯域に渡って一定の高音圧を発生する静電型超音波トランスデューサ、これを用いた超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法、音声信号再生方法、超指向性音響システム及び表示装置に関する。   The present invention relates to an electrostatic ultrasonic transducer that generates a constant high sound pressure over a wide frequency band, an ultrasonic speaker using the same, a drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer, an audio signal reproduction method, and a super-directional signal. The present invention relates to a sex sound system and a display device.

従来の超音波トランスデューサは圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。     Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics.

ここで、従来の超音波トランスデューサの構成を図15に示す。従来の超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図15に示す超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波への変換と、超音波から電気信号への変換(超音波の送信と受信)の両方を行う。図15に示すバイモフル型の超音波トランスデューサは、2枚の圧電セラミック61および62と、コーン63と、ケース64と、リード65および66と、スクリーン67とから構成されている。   Here, the configuration of a conventional ultrasonic transducer is shown in FIG. Most of conventional ultrasonic transducers are resonant types using piezoelectric ceramics as vibration elements. The ultrasonic transducer shown in FIG. 15 performs both conversion from an electric signal to ultrasonic waves and conversion from ultrasonic waves to electric signals (transmission and reception of ultrasonic waves) using a piezoelectric ceramic as a vibration element. The bimorphic ultrasonic transducer shown in FIG. 15 is composed of two piezoelectric ceramics 61 and 62, a cone 63, a case 64, leads 65 and 66, and a screen 67.

圧電セラミック61および62は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反対側の面にそれぞれリード65とリード66が接続されている。   The piezoelectric ceramics 61 and 62 are bonded to each other, and a lead 65 and a lead 66 are connected to a surface opposite to the bonded surface, respectively.

共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好となる。   Since the resonance type ultrasonic transducer uses the resonance phenomenon of the piezoelectric ceramic, the transmission and reception characteristics of the ultrasonic wave are good in a relatively narrow frequency band around the resonance frequency.

上述した図15に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、従来より静電方式の超音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音波トランスデューサとして知られている。この静電型の超音波トランスデューサは、振動膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからPull型と呼ばれている。
図16に広帯域発振型超音波トランスデューサ(Pull型)の具体的構成を示す。
Unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 15 described above, an electrostatic ultrasonic transducer is conventionally known as a broadband oscillation ultrasonic transducer capable of generating a high sound pressure over a high frequency band. This electrostatic ultrasonic transducer is called a pull type because it works only in the direction in which the vibrating membrane is attracted to the fixed electrode side.
FIG. 16 shows a specific configuration of a broadband oscillation type ultrasonic transducer (Pull type).

図16に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として3〜10μm程度の厚さのPET(ポリ・エチレン・テレフタレート樹脂)等の誘電体131(絶縁体)を用いている。誘電体131に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極132がその上面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極133が誘電体131の下面部に接触するように設けられている。この下電極133は、リード152が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板135に固定されている。   The electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 16 uses a dielectric 131 (insulator) such as PET (polyethylene terephthalate resin) having a thickness of about 3 to 10 μm as a vibrating body. An upper electrode 132 formed as a metal foil such as aluminum is integrally formed on the upper surface of the dielectric 131 by a process such as vapor deposition, and a lower electrode 133 formed of brass is formed on the lower surface of the dielectric 131. It is provided so that it may contact a part. The lower electrode 133 is connected to a lead 152 and is fixed to a base plate 135 made of bakelite or the like.

また、上電極132は、リード153が接続されており、このリード153は直流バイアス電源150に接続されている。この直流バイアス電源150により上電極132には50〜150V程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極132が下電極133側に吸着されるようになっている。151は信号源である。   The upper electrode 132 is connected to a lead 153, and the lead 153 is connected to the DC bias power supply 150. The DC bias power supply 150 constantly applies a DC bias voltage for attracting the upper electrode of about 50 to 150 V to the upper electrode 132 so that the upper electrode 132 is attracted to the lower electrode 133 side. Reference numeral 151 denotes a signal source.

誘電体131および上電極132ならびにベース板135は、メタルリング136、137、および138、ならびにメッシュ139とともに、ケース130によってかしめられている。   The dielectric 131, the upper electrode 132, and the base plate 135 are caulked by the case 130 together with the metal rings 136, 137, and 138 and the mesh 139.

下電極133の誘電体131側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μm程度の微小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極133と誘電体131との間の空隙となるので、上電極132および下電極133間の静電容量の分布が微小に変化する。   On the surface of the lower electrode 133 on the dielectric 131 side, a plurality of minute grooves of about several tens to several hundreds μm having a non-uniform shape are formed. Since this minute groove becomes a gap between the lower electrode 133 and the dielectric 131, the electrostatic capacity distribution between the upper electrode 132 and the lower electrode 133 changes minutely.

このランダムな微小な溝は、下電極133の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさや深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、図16に示す超音波トランスデューサの周波数特性が図17において曲線Q1に示すように広帯域となっている。   These random minute grooves are formed by manually roughing the surface of the lower electrode 133 with a file. In the electrostatic ultrasonic transducer, the frequency characteristics of the ultrasonic transducer shown in FIG. 16 are shown by a curve Q1 in FIG. 17 by forming an infinite number of capacitors having different gap sizes and depths. It is broadband.

上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極132に直流バイアス電圧が印加された状態で上電極132と下電極133との間に矩形波信号(50〜150Vp-p)が印加されるようになっている。因みに、図17に曲線Q2で示すように共振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、中心周波数(圧電セラミックの共振周波数)が例えば、40kHzであり、最大音圧となる中心周波数に対して±5kHzの周波数において最大音圧に対して−30dBである。   In the ultrasonic transducer having the above configuration, a rectangular wave signal (50 to 150 Vp-p) is applied between the upper electrode 132 and the lower electrode 133 in a state where a DC bias voltage is applied to the upper electrode 132. Yes. Incidentally, as shown by a curve Q2 in FIG. 17, the frequency characteristic of the resonance type ultrasonic transducer has a center frequency (resonance frequency of the piezoelectric ceramic) of, for example, 40 kHz, and ± 5 kHz with respect to the center frequency that is the maximum sound pressure. -30 dB with respect to the maximum sound pressure at a frequency of.

これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、40kHzから100kHz付近まで平坦で、100kHzで最大音圧に比して±6dB程度である(特許文献1、2参照)。
特開2000−50387号公報 特開2000−50392号公報
On the other hand, the frequency characteristic of the broadband oscillation type ultrasonic transducer having the above configuration is flat from 40 kHz to near 100 kHz, and is about ± 6 dB compared to the maximum sound pressure at 100 kHz (see Patent Documents 1 and 2). .
JP 2000-50387 A JP 2000-50392 A

上述したように、図15に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図16に示す静電方式の超音波トランスデューサは従来から広周波数帯に渡って比較的高い音圧を発生させることが可能な広帯域超音波トランスデューサ(Pull型)として知られている。   As described above, unlike the resonant ultrasonic transducer shown in FIG. 15, the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 16 can generate a relatively high sound pressure over a wide frequency band. It is known as a broadband ultrasonic transducer (Pull type).

しかしながら、音圧の最大値は図17に示すように、共振型の超音波トランスデューサが130dB以上であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは120dB以下と音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。   However, as shown in FIG. 17, the maximum value of the sound pressure is 120 dB or less for the electrostatic ultrasonic transducer as compared with the resonance ultrasonic transducer of 130 dB or more. Sound pressure was slightly insufficient for use.

ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯域の信号にオーディオ信号(可聴周波数帯の信号)でAM変調をかけ、この変調信号で超音波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した状態の音波が空中に放射され、空気の非線形により、空中で元のオーディオ信号が自己再生される、というものである。   Here, the ultrasonic speaker will be described. The ultrasonic wave was modulated with the audio signal of the signal source by applying AM modulation to the signal in the ultrasonic frequency band called carrier wave with audio signal (audible frequency band signal) and driving the ultrasonic transducer with this modulation signal. The sound wave of the state is radiated into the air, and the original audio signal is self-regenerated in the air due to the nonlinearity of air.

つまり、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波(超音波)と可聴波(元オーディオ信号)に波形分離され、我々人間は20kHz以下の可聴音(元オーディオ信号)のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼ばれている。   In other words, since sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, the dense and sparse parts of air appear prominently in the process of propagation of modulated ultrasonic waves. Since the speed of sound is slow in this part, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic wave) and an audible wave (original audio signal). This is the principle that only listening can be heard, and it is generally called the parametric array effect.

上記のパラメトリック効果が十分現れるためには120dB以上の超音波音圧が必要であるが、静電型の超音波トランスデューサではこの数値を達成することが難しく、もっぱらPZTなどのセラミック圧電素子やPVDFなどの高分子圧電素子が超音波発信体として用いられてきた。   In order for the above parametric effect to appear sufficiently, an ultrasonic sound pressure of 120 dB or more is required. However, it is difficult to achieve this value with an electrostatic ultrasonic transducer, and ceramic piezoelectric elements such as PZT, PVDF, etc. The polymer piezoelectric element has been used as an ultrasonic transmitter.

しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極めて狭い。すなわち狭帯域であるといえる。   However, since the piezoelectric element has a sharp resonance point regardless of the material, and is practically used as an ultrasonic speaker by being driven at the resonance frequency, the frequency region where a high sound pressure can be secured is extremely narrow. That is, it can be said that it is a narrow band.

一般に、人間の最大可聴周波数帯域は20Hz〜20kHzと云われており約20kHzの帯域を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で20kHzの周波数帯域に渡って高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この20kHzという広帯域を忠実に再生(復調)することは困難であることは容易に理解できるであろう。   Generally, the maximum human audible frequency band is said to be 20 Hz to 20 kHz and has a band of about 20 kHz. That is, in an ultrasonic speaker, it is impossible to faithfully demodulate the original audio signal unless a high sound pressure is ensured over a frequency band of 20 kHz in the ultrasonic region. It can be easily understood that it is difficult to faithfully reproduce (demodulate) this wide band of 20 kHz with a resonance type ultrasonic speaker using a conventional piezoelectric element.

実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、(1)帯域が狭く再生音質が悪い、(2)AM変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大でも0.5程度までしか変調度を上げられない、(3)入力電圧を上げると(ボリュームを上げると)圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。さらに電圧を上げると圧電素子自身が破壊され易い、(4)アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコストが高い、といった問題が有った。   Actually, in an ultrasonic speaker using a conventional resonance type ultrasonic transducer, (1) a narrow band and poor reproduction sound quality, (2) if the AM modulation degree is increased too much, the demodulated sound is distorted, so about 0.5 at the maximum. (3) When the input voltage is increased (when the volume is increased), the vibration of the piezoelectric element becomes unstable and the sound is broken. When the voltage is further increased, the piezoelectric element itself is liable to be destroyed, and (4) it is difficult to make an array, enlargement, and miniaturization.

これに対し図16に示した静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)を用いた超音波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱えていた。   On the other hand, the ultrasonic speaker using the electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) shown in FIG. 16 can substantially solve the above-mentioned problems of the conventional technology, but can cover a wide band, but has sufficient demodulated sound. However, there was a problem that the absolute sound pressure was insufficient for the sound volume to be high.

また、Pull型の静電型超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける方向にしか働かず振動膜(図17における上電極132に相当する。)の振動の対称性が保たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させるという問題が有った。   In the pull-type electrostatic ultrasonic transducer, the electrostatic force works only in the direction in which the electrostatic force is attracted only to the fixed electrode side, and the symmetry of vibration of the vibrating membrane (corresponding to the upper electrode 132 in FIG. 17) is not maintained. Therefore, when used for an ultrasonic speaker, there has been a problem that the vibration of the vibrating membrane directly generates an audible sound.

これに対して、我々は、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる静電型超音波トランスデューサを既に提案している(特開2005−354472)。この静電型超音波トランスデューサは、導電層を有する振動膜を対向する位置に貫通穴が形成された一対の固定電極により挟持し、振動膜に直流バイアス電圧が印加された状態で一対の固定電極に交流信号を印加するように構成したものである。   On the other hand, we have already proposed an electrostatic ultrasonic transducer capable of generating an acoustic signal having a sound pressure level high enough to obtain a parametric array effect over a wide frequency band (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-2005). -354472). In this electrostatic ultrasonic transducer, a vibrating membrane having a conductive layer is sandwiched between a pair of fixed electrodes having through holes formed at opposing positions, and a pair of fixed electrodes is applied with a DC bias voltage applied to the vibrating membrane. Is configured to apply an AC signal.

この静電型超音波トランスデューサは、Push−Pull型の静電型超音波トランスデューサと呼ばれており、一対の固定電極により挟持された振動膜が交流信号の極性に応じた方向において静電吸引力と静電斥力を同時が同方向にかつ同時に受けるために、振動膜の振動をパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に大きくすることができるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、従来のPull型の静電型超音波トランスデューサに比して高い音圧を広周波数帯域にわたって発生させることができる。   This electrostatic ultrasonic transducer is called a Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer, and an electrostatic attraction force is applied in a direction in which the vibration film sandwiched between a pair of fixed electrodes corresponds to the polarity of an AC signal. And electrostatic repulsion simultaneously in the same direction and at the same time, the vibration of the diaphragm can be made large enough to obtain the parametric array effect, and the symmetry of the vibration is ensured. High sound pressure can be generated over a wide frequency band as compared with the Pull type electrostatic ultrasonic transducer.

上記Push−Pull型の静電型超音波トランスデューサにおいて、従来の駆動方法では、まず振動膜に対し、所定の時間(例えば5〜10秒)をかけて徐々に直流250Vまで印加し、その後に固定電極側に対し、所定の時間(例えば5〜10秒)徐々に交流250VP−Pまで印加し、振動膜への電気的負荷軽減に配慮した駆動制御を行ってきた。 In the Push-Pull type electrostatic ultrasonic transducer described above, in the conventional driving method, first, a predetermined time (for example, 5 to 10 seconds) is applied to the vibrating membrane gradually to DC 250 V, and then fixed. to the electrode side, a predetermined time is applied (e.g., 5-10 seconds) gradually AC 250V P-P, have made driving control in consideration of the electrical load relief of the vibrating membrane.

しかしながら、振動膜の種類(材質、厚みなど)や固定電極の構成(構造、材質など)の影響により、従来の駆動制御では駆動状態が安定するまでに時間を要する、あるいは安定しない、さらには、駆動時間が長くなるにつれて、音圧特性が低下するなどの問題が発生した。   However, due to the influence of the type (material, thickness, etc.) of the vibrating membrane and the configuration (structure, material, etc.) of the fixed electrode, it takes time to stabilize the driving state in the conventional driving control, or is not stable. As the driving time became longer, problems such as a decrease in sound pressure characteristics occurred.

これは、振動膜の正常な振動状態に達しない、あるいは不安定な状態になるためと推測される。   This is presumed to be because the vibration film does not reach the normal vibration state or becomes unstable.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、交流電圧または直流電圧の印加方法を制御することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることができる静電型超音波トランスデューサ、これを用いた超音波スピーカ、静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法、音声信号再生方法、超指向性音響システム及び表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an electrostatic ultrasonic wave capable of stabilizing, improving or repairing sound pressure characteristics by controlling an application method of an AC voltage or a DC voltage. It is an object of the present invention to provide a transducer, an ultrasonic speaker using the same, a drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer, an audio signal reproduction method, a superdirective acoustic system, and a display device.

上記目的を達成するために本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法であって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention includes a first electrode having a through hole and a through hole that is paired with the through hole of the first electrode. A second electrode, a vibration film sandwiched between the pair of electrodes and having an electrode layer, to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and a holder for holding the pair of electrodes and the vibration film A drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane, the level of the DC bias voltage and the AC One or both of the signal frequencies are continuously changed.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法では、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる。   In the drive control method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, either one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal are continuously changed.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、前記直流バイアス電圧が所定のレベルに設定され、前記振動膜の電極層に印加された状態下において、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定することを特徴とする。   Further, the drive control method for the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention reduces the frequency of the AC signal when the DC bias voltage is set to a predetermined level and applied to the electrode layer of the vibrating membrane. A predetermined frequency is set after continuously changing from a high frequency to a high frequency.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法では、前記直流バイアス電圧が所定のレベルに設定され、前記振動膜の電極層に印加された状態下において、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定する。   In the drive control method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the frequency of the AC signal is set while the DC bias voltage is set to a predetermined level and applied to the electrode layer of the vibrating membrane. Is continuously changed from a low frequency to a high frequency, and then set to a predetermined frequency.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、所定の周波数の前記交流信号を所定のレベルで前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする。   In addition, the drive control method for the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention may be configured such that the alternating current signal having a predetermined frequency is applied to the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane at a predetermined level. The bias voltage is once changed to increase to a set voltage in a predetermined time, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage and changed again to increase to the set voltage. It is characterized by being set to a value.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法では、所定の周波数の前記交流信号を所定のレベルで前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定する。   In the drive control method of the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, under the state where the alternating current signal having a predetermined frequency is applied to the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane at a predetermined level, The DC bias voltage is once changed to increase to a set voltage in a predetermined time, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage and again changed to increase to the set voltage. Set to the voltage value of.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、前記交流信号の周波数及び前記直流バイアス電圧を所定の時間内において同時に、かつ連続的に変化させた後に、それぞれ所定の値に設定する際に、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定し、かつ前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする。   In the electrostatic ultrasonic transducer drive control method of the present invention, the frequency of the AC signal and the DC bias voltage are simultaneously and continuously changed within a predetermined time, and then set to predetermined values, respectively. When changing, the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency, then set to a predetermined frequency, and the DC bias voltage is temporarily increased to the set voltage in a predetermined time. Next, the DC bias voltage is lowered to a low voltage, changed so as to rise again to the set voltage, and then set to a predetermined voltage value.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法では、前記交流信号の周波数及び前記直流バイアス電圧を所定の時間内において同時に、かつ連続的に変化させた後に、それぞれ所定の値に設定する際に、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定し、かつ前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定する。   In the drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer of the present invention having the above-described configuration, the frequency of the AC signal and the DC bias voltage are changed simultaneously and continuously within a predetermined time, and then each predetermined value is obtained. When the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency, the frequency is set to a predetermined frequency, and the DC bias voltage is once increased to the set voltage at a predetermined time. Next, the DC bias voltage is lowered to a low voltage, changed so as to be raised again to the set voltage, and then set to a predetermined voltage value.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、前記交流信号は、正弦波信号であることを特徴とする。   In the drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the AC signal is a sine wave signal.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、前記交流信号は、超音波周波数帯域の信号を可聴周波数帯域の信号で変調した変調波信号であることを特徴とする。   In the drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the AC signal is a modulated wave signal obtained by modulating an ultrasonic frequency band signal with an audible frequency band signal.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を駆動開始時に行うことを特徴とする。   The drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the drive control of the electrostatic ultrasonic transducer is performed at the start of driving.

これにより、静電型超音波トランスデューサの駆動開始時において、振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   As a result, at the start of driving the electrostatic ultrasonic transducer, the sound pressure characteristic can be stabilized, improved, or repaired by stabilizing or improving the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を、前記静電型超音波トランスデューサの駆動時間が所定の時間に達する度に行うことを特徴とする。   Also, the drive control method for the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is such that the drive control of the electrostatic ultrasonic transducer is performed every time the drive time of the electrostatic ultrasonic transducer reaches a predetermined time. Features.

このように、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を、複数回行うことにより、振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を一層、安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   In this way, the sound pressure characteristics can be further stabilized, improved, or repaired by stabilizing or improving the vibration state of the diaphragm by performing drive control of the electrostatic ultrasonic transducer a plurality of times. Is possible.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有することを特徴とする。   The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention includes a first electrode in which a through hole is formed, a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode is formed, A vibration film sandwiched between a pair of electrodes and having an electrode layer, to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film. An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between an electrode and an electrode layer of the vibrating membrane, wherein one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal are continuous. It has the control means to change automatically.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサ(Push−Pull型の静電型超音波トランスデューサ)では、貫通穴が形成された一対の電極と、該一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜の電極層との間に交流信号が印加され、制御手段により、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる。   In the electrostatic ultrasonic transducer (Push-Pull electrostatic ultrasonic transducer) of the present invention having the above-described configuration, a pair of electrodes in which through holes are formed, and the electrode layer is sandwiched between the pair of electrodes. An alternating current signal is applied between the electrode layer and the electrode layer of the vibrating membrane to which a direct current bias voltage is applied to the electrode layer, and one of the level of the direct current bias voltage and the frequency of the alternating current signal is controlled by the control means , Or both are changed continuously.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記制御手段は、前記直流バイアス電圧を所定のレベルに設定し、前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定することを特徴とする。   In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the control means sets the DC bias voltage to a predetermined level and lowers the frequency of the AC signal under the condition that the DC bias voltage is applied to the electrode layer of the vibrating membrane. A predetermined frequency is set after continuously changing from a high frequency to a high frequency.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサ(Push−Pull型の静電型超音波トランスデューサ)では、前記制御手段により、前記直流バイアス電圧を所定のレベルに設定し、前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定する。   In the electrostatic ultrasonic transducer (Push-Pull electrostatic ultrasonic transducer) of the present invention having the above-described configuration, the DC bias voltage is set to a predetermined level by the control means, and the electrode of the vibrating membrane Under the state of being applied to the layer, the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency, and then set to a predetermined frequency.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記制御手段は、所定の周波数の前記交流信号を所定のレベルで前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする。   The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention may be configured such that the control unit applies the AC signal having a predetermined frequency to the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane at a predetermined level. The DC bias voltage is once changed to increase to a set voltage in a predetermined time, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage and changed again to increase to the set voltage. It is set to a voltage value.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサ(Push−Pull型の静電型超音波トランスデューサ)では、制御手段により、所定の周波数の前記交流信号を所定のレベルで前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定する。   In the electrostatic ultrasonic transducer (Push-Pull electrostatic ultrasonic transducer) of the present invention having the above-described configuration, the control means sends the AC signal having a predetermined frequency to the pair of fixed electrodes at a predetermined level. Under a state where the DC bias voltage is applied to the electrode layer of the vibrating membrane, the DC bias voltage is once changed to increase to a set voltage in a predetermined time, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage, and again, the After changing the voltage so as to increase to the set voltage, the voltage is set to a predetermined voltage value.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記制御手段は、前記交流信号の周波数及び前記直流バイアス電圧を所定の時間内において同時に、かつ連続的に変化させた後に、それぞれ所定の値に設定する際に、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定し、かつ前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする。   In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the control means may change the frequency of the AC signal and the DC bias voltage simultaneously and continuously within a predetermined time, and then to a predetermined value. When setting, the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency, and then set to a predetermined frequency, and the DC bias voltage is once increased to a set voltage at a predetermined time. Then, the DC bias voltage is lowered to a low voltage, changed so as to rise again to the set voltage, and then set to a predetermined voltage value.

上記構成からなる本発明の静電型超音波トランスデューサ(Push−Pull型の静電型超音波トランスデューサ)では、制御手段により、前記交流信号の周波数及び前記直流バイアス電圧を所定の時間内において同時に、かつ連続的に変化させた後に、それぞれ所定の値に設定する際に、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定し、かつ前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定する。   In the electrostatic ultrasonic transducer (Push-Pull electrostatic ultrasonic transducer) of the present invention having the above-described configuration, the frequency of the AC signal and the DC bias voltage are simultaneously controlled within a predetermined time by the control means. And when changing to a predetermined value after changing continuously, the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency, and then set to a predetermined frequency, and the DC bias voltage is set. Is once changed to increase to a set voltage in a predetermined time, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage, and again changed to increase to the set voltage, and then to a predetermined voltage value. Set.

これにより、振動膜に強制的に振動を与えて振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   Thus, the sound pressure characteristics can be stabilized, improved or repaired by forcibly applying vibration to the vibration film to stabilize or improve the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記交流信号は、正弦波信号であることを特徴とする。   In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the AC signal is a sine wave signal.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記交流信号は、超音波周波数帯域の信号を可聴周波数帯域の信号で変調した変調波信号であることを特徴とする。   In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the AC signal is a modulated wave signal obtained by modulating an ultrasonic frequency band signal with an audible frequency band signal.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記制御手段は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を駆動開始時に行うことを特徴とする。   The electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention is characterized in that the control means performs drive control of the electrostatic ultrasonic transducer at the start of driving.

これにより、静電型超音波トランスデューサの駆動開始時において、振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   As a result, at the start of driving the electrostatic ultrasonic transducer, the sound pressure characteristic can be stabilized, improved, or repaired by stabilizing or improving the vibration state of the vibration film.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサは、前記制御手段は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を、前記静電型超音波トランスデューサの駆動時間が所定の時間に達する度に行うことを特徴とする。   In the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the control means performs drive control of the electrostatic ultrasonic transducer every time the drive time of the electrostatic ultrasonic transducer reaches a predetermined time. It is characterized by.

このように、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を、複数回行うことにより、振動膜の振動状態を安定化あるいは改善することにより、音圧特性を一層、安定化、向上あるいは修復させることが可能となる。   In this way, the sound pressure characteristics can be further stabilized, improved, or repaired by stabilizing or improving the vibration state of the diaphragm by performing drive control of the electrostatic ultrasonic transducer a plurality of times. Is possible.

また、本発明の超音波スピーカは、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサと、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、前記静電型超音波トランスデューサは、前記電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする。   The ultrasonic speaker according to the present invention includes a first electrode having a through hole, a second electrode having a through hole paired with the through hole of the first electrode, and the pair of electrodes. A vibration film that is sandwiched between the electrode layers, a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film, and the pair of electrodes and the An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between an electrode layer of a vibrating membrane, and continuously changes one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal An electrostatic ultrasonic transducer having a control means, a signal source for generating an audible frequency band signal wave, a carrier wave supply means for generating and outputting a carrier wave in an ultrasonic frequency band, and the carrier wave Coming out of the signal source The electrostatic ultrasonic transducer is output from the modulation means applied between the electrode and the electrode layer of the vibrating membrane. It is driven by a modulation signal.

これにより、音圧特性の向上を図った超音波スピーカを実現することが可能となる。   Thereby, it is possible to realize an ultrasonic speaker with improved sound pressure characteristics.

また、本発明の静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法は、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサを使用すると共に、信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、キャリア波供給手段により超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力する手順と、変調手段により前記キャリア波を前記可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号を生成する手順と、前記電極と前記振動膜の電極層との間に前記変調信号を印加することにより前記静電型超音波トランスデューサを駆動する手順とを含むことを特徴とする。   Also, in the audio signal reproduction method using the electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, the first electrode in which the through hole is formed and the second electrode in which the through hole that makes a pair with the through hole of the first electrode is formed. An electrode layer, a vibration film sandwiched between the pair of electrodes and having an electrode layer to which a DC bias voltage is applied, and a holding member for holding the pair of electrodes and the vibration film. An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the pair of electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane, wherein either one of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal Or an electrostatic ultrasonic transducer having a control means for continuously changing both, a procedure for generating a signal wave in an audible frequency band by a signal source, and an ultrasonic frequency band by a carrier wave supply means A procedure for generating and outputting a carrier wave, a procedure for generating a modulation signal obtained by modulating the carrier wave with a signal wave in the audible frequency band by a modulation means, and the electrode between the electrode and the electrode layer of the diaphragm And a step of driving the electrostatic ultrasonic transducer by applying a modulation signal.

このような手順を含む静電型超音波トランスデューサの音声信号再生方法では、信号源により可聴周波数帯の信号波が生成され、またキャリア波供給源により超音波周波数帯のキャリア波が生成され、出力される。そして、キャリア波が前記可聴周波数帯の信号波により変調され、この変調信号が電極と振動膜の電極層との間に印加され、静電型超音波トランスデューサが駆動される。   In the audio signal reproduction method of the electrostatic ultrasonic transducer including such a procedure, an audible frequency band signal wave is generated by the signal source, and an ultrasonic frequency band carrier wave is generated by the carrier wave supply source and output. Is done. Then, the carrier wave is modulated by the signal wave in the audible frequency band, and this modulated signal is applied between the electrode and the electrode layer of the vibration film, and the electrostatic ultrasonic transducer is driven.

これにより、上記構成の静電型超音波トランスデューサにより、膜振動の歪みの影響を低減するとともに、膜振動を増大でき、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分高い音圧レベルでかつ歪みが低減された音響信号を出力し、音声信号を再生することが可能になる。    As a result, the electrostatic ultrasonic transducer having the above-described configuration can reduce the influence of distortion of the membrane vibration, increase the membrane vibration, and at a sufficiently high sound pressure level and distortion to obtain a parametric array effect over a wide frequency band. It is possible to output an audio signal and reduce an audio signal.

また、本発明の超指向性音響システムは、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサを用いて構成された超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーン等の音波反射面近傍に仮想音源を形成する超指向性音響システムであって、前記音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域の音声信号を再生する超音波スピーカと、前記音響ソースから供給される音声信号のうち低音域の音声信号を再生する低音再生用スピーカとを有することを特徴とする。   In addition, the super-directional acoustic system of the present invention includes a first electrode having a through hole, a second electrode having a through hole that is paired with the through hole of the first electrode, and the pair. A vibration film sandwiched between the electrodes and having an electrode layer to which a DC bias voltage is applied, and a holding member for holding the pair of electrodes and the vibration film, and the pair of electrodes A capacitive ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the electrode layer of the vibrating membrane and the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal, or both of them continuously A sound source supplied from an acoustic source is reproduced by an ultrasonic speaker configured using an electrostatic ultrasonic transducer having a control means for changing to a supersonic wave source, and a virtual sound source is formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen. Oriented An acoustic system that reproduces a mid-high range audio signal among audio signals supplied from the acoustic source, and reproduces a low-range audio signal among audio signals supplied from the acoustic source And a low-pitched sound reproducing speaker.

上記構成の超指向性音響システムでは、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用する。そして、この超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域の音声信号を再生する。また、音響ソースから供給される音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカにより再生する。   In the superdirective acoustic system having the above-described configuration, the first electrode having a through hole, the second electrode having a through hole paired with the through hole of the first electrode, and the pair of electrodes A vibration film that is sandwiched between the electrode layers, a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film, and the pair of electrodes and the An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between an electrode layer of a vibrating membrane, and continuously changes one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal An ultrasonic speaker composed of an electrostatic ultrasonic transducer having a control means is used. The ultrasonic speaker reproduces an audio signal in the middle / high range among the audio signals supplied from the acoustic source. Further, among the audio signals supplied from the acoustic source, the audio signal in the low frequency range is reproduced by a low tone reproduction speaker.

したがって、中高音域の音響を、静電型超音波トランスデューサの膜振動の影響が低減され、かつ音圧特性が改善された状態で十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。また、低音域の音響は、音響システムに備えられた低音再生用スピーカから直接出力されるので、低音域の補強ができ、より臨場感の高い音場環境を創生できる。   Therefore, it is possible to reflect sound in the mid- and high-sound range with sufficient sound pressure and wideband characteristics with reduced sound pressure characteristics and improved sound pressure characteristics. Playback can be performed so as to be emitted from a virtual sound source formed near the surface. Further, since the sound in the low frequency range is directly output from the low sound reproduction speaker provided in the sound system, the low frequency range can be reinforced and a more realistic sound field environment can be created.

また、本発明の表示装置は、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、映像を投影面に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。   Further, the display device of the present invention includes a first electrode having a through hole, a second electrode having a through hole paired with the through hole of the first electrode, and the pair of electrodes. A vibration film sandwiched between and having an electrode layer to which a DC bias voltage is applied; and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film, the pair of electrodes and the vibration An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied to an electrode layer of a film, and continuously changes one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal. An ultrasonic speaker configured to include an electrostatic ultrasonic transducer having a control means and reproducing a signal sound in an audible frequency band from an audio signal supplied from an acoustic source; and a projection optical system that projects an image on a projection surface; Having And features.

上記構成の表示装置では、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサで構成される超音波スピーカを使用する。そして、この超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生する。    In the display device having the above-described configuration, the first electrode having a through hole, the second electrode having a through hole paired with the through hole of the first electrode, and the pair of electrodes are sandwiched between the pair of electrodes. And a vibrating membrane to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibrating membrane, the pair of electrodes and the vibrating membrane An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the electrode layer and a control means for continuously changing one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal An ultrasonic speaker composed of an electrostatic ultrasonic transducer having the above is used. And the audio | voice signal supplied from an acoustic source is reproduced | regenerated by this ultrasonic speaker.

これにより、音響信号を音圧特性が改善された状態で十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。このため、音響信号の再生範囲の制御も容易に行えるようになる。また、超音波スピーカから放射される音の指向性制御を行うことが可能である。   As a result, the sound signal can be reproduced so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflection surface such as a screen with sufficient sound pressure and wide band characteristics in a state where the sound pressure characteristics are improved. For this reason, it is possible to easily control the reproduction range of the acoustic signal. In addition, directivity control of sound radiated from the ultrasonic speaker can be performed.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[本発明による静電型超音波トランスデューサの構成例]
本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成を図1に示す。図1(A)は、静電型超音波トランスデューサの構成を示し、同図(B)は、超音波トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
[Configuration example of electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention]
FIG. 1 shows the configuration of an electrostatic ultrasonic transducer according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a configuration of an electrostatic ultrasonic transducer, and FIG. 1B shows a plan view in which a part of the ultrasonic transducer is broken.

図1において、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ1は、電極として機能する導電性材料で形成された導電部材を含む一対の固定電極10A、10Bと、一対の固定電極に挟持され、電極層121を有する振動膜12と、一対の固定電極10A、10Bと振動膜を保持する部材(図示せず)とを有している。   In FIG. 1, an electrostatic ultrasonic transducer 1 according to an embodiment of the present invention is sandwiched between a pair of fixed electrodes 10A and 10B including a conductive member formed of a conductive material functioning as an electrode, and the pair of fixed electrodes. The vibration film 12 having the electrode layer 121, the pair of fixed electrodes 10A and 10B, and a member (not shown) for holding the vibration film are included.

振動膜12は、絶縁体(絶縁層)120で形成され、導電性材料で形成された電極層121を有しており、該電極層121には、直流バイアス電源16により単一極性(正極性でも負極性のいずれでもよい。)の直流バイアス電圧が印加されるようになっており、さらに、この直流バイアス電圧に重畳して固定電極10Aと固定電極10Bには、信号源18から出力される相互に位相反転した交流信号18A,18Bが電極層121との間に印加されるようになっている。   The vibration film 12 is formed of an insulator (insulating layer) 120 and has an electrode layer 121 formed of a conductive material. The electrode layer 121 is unipolar (positive polarity) by a DC bias power supply 16. DC bias voltage may be applied to the fixed electrode 10 </ b> A and the fixed electrode 10 </ b> B superimposed on the DC bias voltage and output from the signal source 18. The AC signals 18A and 18B whose phases are reversed from each other are applied between the electrode layer 121 and the AC signals 18A and 18B.

また、一対の固定電極10A、10Bは振動膜12を介して対向する位置に同数かつ複数の貫通穴14を有しており、一対の固定電極10A、10Bの導電部材間には信号源18により相互に位相反転した交流信号18A,18Bが印加されるようになっている。16は直流バイアス電源である。   Further, the pair of fixed electrodes 10A and 10B have the same number and a plurality of through holes 14 at positions facing each other with the vibrating membrane 12 therebetween, and a signal source 18 is provided between the conductive members of the pair of fixed electrodes 10A and 10B. AC signals 18A and 18B whose phases are reversed from each other are applied. Reference numeral 16 denotes a DC bias power source.

固定電極10Aと電極層121、固定電極10Bと電極層121は、それぞれコンデンサが形成されている。なお、信号源18及び直流バイアス電源16を制御する制御部及び、制御部の制御特性を示すテーブルが格納されている記憶部の構成は、図1では省略してある。   The fixed electrode 10A and the electrode layer 121, and the fixed electrode 10B and the electrode layer 121 are each formed with a capacitor. Note that the configuration of a control unit that controls the signal source 18 and the DC bias power supply 16 and a storage unit that stores a table indicating the control characteristics of the control unit are omitted in FIG.

上記構成において、超音波トランスデューサ1は、振動膜12の電極層121に、直流バイアス電源16により単一極性の(本実施形態では正極性の)直流バイアス電圧に信号源18から出力される相互に位相反転した交流信号18A,18Bが重畳された状態で印加される。   In the above-described configuration, the ultrasonic transducer 1 is mutually output from the signal source 18 to the electrode layer 121 of the vibration film 12 by the DC bias power supply 16 to a single polarity (positive polarity in this embodiment) DC bias voltage. The AC signals 18A and 18B whose phases are inverted are applied in a superimposed state.

一方、一対の固定電極10A、10Bには、信号源18より相互に位相反転した交流信号18A,18Bが印加される。   On the other hand, AC signals 18A and 18B whose phases are reversed from each other are applied from the signal source 18 to the pair of fixed electrodes 10A and 10B.

この結果、信号源18から出力される交流信号18Aの正の半サイクルでは、固定電極10Aに正の電圧が印加されるために、振動膜12の固定電極で挟持されていない表面部分12Aには、静電反発力が作用し、表面部分12Aは、図1上、下方に引っ張られる。   As a result, in the positive half cycle of the AC signal 18A output from the signal source 18, since a positive voltage is applied to the fixed electrode 10A, the surface portion 12A not sandwiched between the fixed electrodes of the vibrating membrane 12 is applied to the surface portion 12A. The electrostatic repulsive force acts, and the surface portion 12A is pulled downward in FIG.

また、このとき、交流信号18Bが負のサイクルとなり、対向する固定電極10Bには負の電圧が印加されるために、振動膜12の前記表面部分12Aの裏面側である裏面部分12Bには、静電吸引力が作用し、裏面部分12Bは、図1上、さらに下方に引っ張られる。   At this time, since the AC signal 18B has a negative cycle and a negative voltage is applied to the opposed fixed electrode 10B, the back surface portion 12B, which is the back surface side of the surface portion 12A of the vibrating membrane 12, An electrostatic attraction force acts, and the back surface portion 12B is pulled downward in FIG.

したがって、振動膜12の一対の固定電極10A、10Bにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電吸引力と静電反発力(静電斥力)を受ける。これは、信号源18から出力される交流信号の負の半サイクルについても同様に、振動膜12の表面部分12Aには図1上、上方に静電吸引力が、また裏面部分12Bには、図1上、上方に静電反発力が作用し、振動膜12の一対の固定電極10A、10Bにより挟持されていない膜部分は、同方向に静電吸引力と静電斥力を受ける。このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜12が同方向に静電吸引力と静電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することができる。   Therefore, the film portion not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10 </ b> A and 10 </ b> B of the vibration film 12 receives an electrostatic attractive force and an electrostatic repulsive force (electrostatic repulsive force) in the same direction. Similarly, in the negative half cycle of the AC signal output from the signal source 18, the electrostatic attracting force is applied to the upper surface portion 12 </ b> A of the vibrating membrane 12 in FIG. In FIG. 1, the electrostatic repulsive force acts upward, and the film portion that is not sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B of the vibrating membrane 12 receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force in the same direction. In this way, the direction in which the electrostatic force changes alternately while the vibrating membrane 12 receives the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force in the same direction according to the change in the polarity of the AC signal. An acoustic signal having a sound pressure level sufficient to obtain a parametric array effect can be generated.

このように本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は、振動膜12が一対の固定電極10A、10Bから力を受けて振動することからプッシュプル(Push―Pull)型と呼ばれている。   Thus, the ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention is called a push-pull type because the vibrating membrane 12 vibrates by receiving a force from the pair of fixed electrodes 10A and 10B.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は、従来の、振動膜に静電吸引力のみしか作用しない静電型の超音波トランスデューサ(Pull型)に比して、広帯域性と高音圧を同時に満たす能力を持っている。   The ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention has a wide band and high sound pressure at the same time as compared with the conventional electrostatic ultrasonic transducer (Pull type) in which only the electrostatic attraction force acts on the vibrating membrane. Have the ability to meet.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性を図17に示す。同図において、曲線Q3が本実施形態に係る超音波トランスデューサの周波数特性である。同図から明らかなように、従来の広帯域型の静電型超音波トランスデューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られることが分かる。具体的には、20kHz〜120kHzの周波数帯域においてパラメトリック効果が得られる120dB以上の音圧レベルが得られることが分かる。   FIG. 17 shows frequency characteristics of the ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention. In the figure, a curve Q3 is a frequency characteristic of the ultrasonic transducer according to the present embodiment. As can be seen from the figure, a higher sound pressure level can be obtained over a wider frequency band than the frequency characteristics of the conventional broadband electrostatic ultrasonic transducer. Specifically, it can be seen that a sound pressure level of 120 dB or higher that provides a parametric effect in a frequency band of 20 kHz to 120 kHz can be obtained.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ1は一対の固定電極10A、10Bに挟持された薄膜の振動膜12が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広帯域に渡って発生させることができるのである。   In the ultrasonic transducer 1 according to the embodiment of the present invention, the thin vibration film 12 sandwiched between the pair of fixed electrodes 10A and 10B receives both the electrostatic attractive force and the electrostatic repulsive force. In addition, since the symmetry of vibration is ensured, a high sound pressure can be generated over a wide band.

次に、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの要部の構成を図2に示す。同図に示すように、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサは、直流バイアス電源16から振動膜12の電極層121に供給する直流バイアス電圧及び信号源18から出力される交流信号の周波数を制御する制御部20と、制御部20の制御特性を示す、テーブルデータが記憶されている記憶部22とを有している。   Next, FIG. 2 shows a configuration of a main part of the electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention. As shown in the figure, the electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention includes a DC bias voltage supplied from the DC bias power supply 16 to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 and an AC signal output from the signal source 18. A control unit 20 that controls the frequency of the control unit 20 and a storage unit 22 that stores control data indicating the control characteristics of the control unit 20.

記憶部22には、静電型超音波トランスデューサの起動時の制御特性を示すテーブルデータ(図3〜図5)及び起動後、所定時間経過した時点で行われる制御特性を示すテーブルデータ(図6〜図8)が記憶されている。   The storage unit 22 stores table data (FIGS. 3 to 5) indicating control characteristics when the electrostatic ultrasonic transducer is activated, and table data (FIG. 6) indicating control characteristics performed when a predetermined time has elapsed after activation. To FIG. 8) are stored.

制御部20は、記憶部に記憶されているテーブルデータを参照して、直流バイアス電源16から振動膜12の電極層121に供給する直流バイアス電圧及び信号源18から出力される交流信号の周波数を制御する。制御部20及び記憶部22は、本発明の制御手段に相当する。   The control unit 20 refers to the table data stored in the storage unit, and determines the DC bias voltage supplied from the DC bias power supply 16 to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 and the frequency of the AC signal output from the signal source 18. Control. The control unit 20 and the storage unit 22 correspond to the control means of the present invention.

[本発明による静電型超音波トランスデューサの駆動方法]
次に、本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの駆動方法について図3〜図8を参照して説明する。本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの駆動制御は、図3〜図8に示す制御特性に基づいて行われる。図3〜図8の制御特性は、テーブルデータとして記憶部22に記憶されており、制御部20は、記憶部20に記憶されているテーブルデータを参照して、静電型超音波トランスデューサ1の駆動制御を行う。
[Driving method of electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention]
Next, a driving method of the electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Driving control of the electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is performed based on the control characteristics shown in FIGS. The control characteristics of FIGS. 3 to 8 are stored in the storage unit 22 as table data. The control unit 20 refers to the table data stored in the storage unit 20, and the control characteristics of the electrostatic ultrasonic transducer 1. Drive control is performed.

図3は、停止状態から静電型超音波トランスデューサ1を駆動させる場合における、直流バイアス電圧が振動膜12の電極層121に印加された状態において、固定電極10A,10Bに信号源18により印加する交流信号の周波数を連続的に変化させる周波数制御テーブルのテーブルデータをグラフで示した図である。ここで、信号源18から出力される交流信号は、本実施形態では、正弦波信号あるいは変調波信号の何れかとする。   FIG. 3 shows the case where the DC ultrasonic bias voltage is applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 when the electrostatic ultrasonic transducer 1 is driven from the stopped state, and is applied to the fixed electrodes 10A and 10B by the signal source 18. It is the figure which showed the table data of the frequency control table which changes the frequency of an alternating current signal continuously with the graph. Here, in the present embodiment, the AC signal output from the signal source 18 is either a sine wave signal or a modulated wave signal.

この制御テーブルでは、交流信号の周波数を低周波(例えば40kHz)から、高周波(例えば300kHz)まで連続的に上昇させた後に降下させて、所定の周波数(例えば60kHz)に設定する制御を、10秒以内に完了させる。
図4は、停止状態から静電型超音波トランスデューサ1を駆動させる場合において、信号源18により交流信号が固定電極10A,10Bに印加された状態において、振動膜12の電極層121に印加する直流バイアス電圧を連続的に変化させる直流バイアス電圧テーブルのテーブルデータをグラフで示した図である。
In this control table, the control for setting the frequency of the AC signal to a predetermined frequency (for example, 60 kHz) for 10 seconds is performed by continuously increasing the frequency of the AC signal from a low frequency (for example, 40 kHz) to a high frequency (for example, 300 kHz). Complete within.
FIG. 4 shows a direct current applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 in a state where an alternating current signal is applied to the fixed electrodes 10A and 10B by the signal source 18 when the electrostatic ultrasonic transducer 1 is driven from a stopped state. It is the figure which showed the table data of the DC bias voltage table which changes a bias voltage continuously with the graph.

この制御テーブルでは、一度、直流電圧を0Vから設定電圧(例えば250VV)まで所定時間内に上昇させ、その直後に、直流電圧を低電圧(例えば100V)に落とし、再び設定電圧(例えば250V)まで連続的に上昇させる制御を、10秒以内で完了させる。   In this control table, the DC voltage is once increased from 0 V to a set voltage (for example, 250 VV) within a predetermined time, and immediately after that, the DC voltage is lowered to a low voltage (for example, 100 V) and again to the set voltage (for example, 250 V). The control to raise continuously is completed within 10 seconds.

図5は、停止状態から静電型超音波トランスデューサ1を駆動させる場合において、直流バイアス電源16により振動膜12の電極層121に印加する直流バイアス電圧と、固定電極10A,10Bに信号源18により印加する交流信号の周波数を連続的に変化させる駆動制御テーブルのテーブルデータをグラフで示した図である。ここで、信号源18から出力される交流信号は、本実施形態では正弦波信号、あるいは変調波信号の何れかとする。   FIG. 5 shows the DC bias voltage applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 by the DC bias power supply 16 and the signal source 18 applied to the fixed electrodes 10A and 10B when the electrostatic ultrasonic transducer 1 is driven from the stopped state. It is the figure which showed the table data of the drive control table which changes the frequency of the alternating current signal to apply continuously with the graph. Here, the AC signal output from the signal source 18 is either a sine wave signal or a modulated wave signal in this embodiment.

この制御テーブルでは、交流信号の周波数を低周波(例えば40kHz)から、高周波(例えば300kHz)まで連続的に上昇させた後に降下させて、所定の周波数(例えば60kHz)に設定する制御を、10秒以内に完了させる。   In this control table, the control for setting the frequency of the AC signal to a predetermined frequency (for example, 60 kHz) for 10 seconds is performed by continuously increasing the frequency of the AC signal from a low frequency (for example, 40 kHz) to a high frequency (for example, 300 kHz). Complete within.

また、同時に、直流バイアス電圧を0Vから設定電圧(例えば250V)まで所定時間内に上昇させ、その直後に、直流流バイアス電圧を低電圧(例えば100V)に落とし、再び設定電圧(例えば250V)まで連続的に上昇させる制御を、10秒以内で完了させる。   At the same time, the DC bias voltage is raised from 0V to a set voltage (for example, 250V) within a predetermined time, and immediately after that, the DC current bias voltage is lowered to a low voltage (for example, 100V) and again to the set voltage (for example, 250V). The control to raise continuously is completed within 10 seconds.

上述した図3から図5に示した制御特性に基づいて制御部20及び記憶部22により行われる何れの駆動制御によっても、振動膜12の振動状態を安定化することができ、その結果、音圧特性を安定化あるいは向上させることが可能となる。   The vibration state of the vibrating membrane 12 can be stabilized by any drive control performed by the control unit 20 and the storage unit 22 based on the control characteristics shown in FIGS. The pressure characteristics can be stabilized or improved.

図6は、ある所定の駆動時間に達した時点において、信号源18より固定電極10A,10Bに印加する交流信号の周波数のみを連続的に変化させる周波数制御テーブルのテーブルデータをグラフで示した図である。この駆動制御は、振動膜12の電極層121に所定の直流バイアス電圧が印加されたままの状態で実施する。ここで、信号源18より出力される交流信号は、本実施形態では正弦波信号あるいは変調波信号の何れかとする。   FIG. 6 is a graph showing table data of a frequency control table that continuously changes only the frequency of the AC signal applied from the signal source 18 to the fixed electrodes 10A and 10B when a certain predetermined driving time is reached. It is. This drive control is performed with a predetermined DC bias voltage applied to the electrode layer 121 of the vibration film 12. Here, the AC signal output from the signal source 18 is either a sine wave signal or a modulated wave signal in this embodiment.

この制御テーブルでは、交流電圧の周波数を設定周波数(例えば60kHz)から高周波(例えば300kHz)まで連続的に上昇させた後に、再び連続的に降下させて、元の設定周波数(例えば60kHz)に戻す制御を、10秒以内に完了させる。   In this control table, the frequency of the AC voltage is continuously increased from a set frequency (for example, 60 kHz) to a high frequency (for example, 300 kHz), and then continuously decreased to return to the original set frequency (for example, 60 kHz). Is completed within 10 seconds.

図7は、ある所定の駆動時間に達した時点において、振動膜12の電極層121に印加する直流バイアス電圧のみを連続的に変化させる直流電圧テーブルのテーブルデータをグラフで示した図である。この駆動制御は、固定電極10A,10Bに信号源18により所定の周波数で交流信号が印加されたままの状態で実施する。    FIG. 7 is a graph showing table data of a DC voltage table that continuously changes only the DC bias voltage applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 when a certain predetermined driving time is reached. This drive control is performed in a state where an AC signal is applied to the fixed electrodes 10A and 10B by the signal source 18 at a predetermined frequency.

この制御テーブルでは、直流バイアス電圧を設定電圧(例えば250V)から低電圧(例えば100V)に落とし、再び設定電圧(例えば250V)まで連続的に上昇させて戻す制御を、10秒以内で完了させる。   In this control table, the control for dropping the DC bias voltage from the set voltage (for example, 250 V) to the low voltage (for example, 100 V) and continuously increasing the DC bias voltage again to the set voltage (for example, 250 V) is completed within 10 seconds.

図8は、ある所定の駆動時間に達した時点において、直流バイアス電源16より振動膜12の電極層121に印加する直流電圧と、固定電極10A,10Bに印加する交流電圧の周波数を連続的に変化させる駆動制御テーブルのグラフである。ここで、信号源18から出力される交流信号は、本実施形態では正弦波信号あるいは変調波信号の何れかとする。   In FIG. 8, when a certain predetermined driving time is reached, the frequency of the DC voltage applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 from the DC bias power supply 16 and the frequency of the AC voltage applied to the fixed electrodes 10A and 10B are continuously obtained. It is a graph of the drive control table to change. Here, the AC signal output from the signal source 18 is either a sine wave signal or a modulated wave signal in this embodiment.

この制御テーブルでは、交流電圧の周波数を設定周波数(例えば60kHz)から高周波(例えば300kHz)まで連続的に上昇させた後に、再び連続的に降下させて、元の設定周波数(例えば60kHz)に戻す制御を、10秒以内に完了させる。   In this control table, the frequency of the AC voltage is continuously increased from a set frequency (for example, 60 kHz) to a high frequency (for example, 300 kHz), and then continuously decreased to return to the original set frequency (for example, 60 kHz). Is completed within 10 seconds.

また、同時に直流バイアス電源16により振動膜12の電極層121に印加される直流バイアス電圧を設定電圧(例えば250V)から低電圧(例えば100V)に落とし、再び設定電圧(例えば250V)まで連続的に上昇させて戻す制御を、10秒以内で完了させる。   At the same time, the DC bias voltage applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 by the DC bias power supply 16 is reduced from a set voltage (for example, 250 V) to a low voltage (for example, 100 V) and continuously up to the set voltage (for example, 250 V) again. The control to raise and return is completed within 10 seconds.

上述した図6から図8に示した制御特性に基づいて制御部20及び記憶部22により行われる何れの駆動制御によっても、振動膜12の振動状態を安定な状態に戻すことができ、その結果、音圧特性を安定化あるいは修復させることが可能となる。   The vibration state of the diaphragm 12 can be returned to a stable state by any drive control performed by the control unit 20 and the storage unit 22 based on the control characteristics shown in FIGS. The sound pressure characteristics can be stabilized or restored.

図9に、従来の駆動制御を実施した時の音圧特性と、図5に示した、停止状態から超音波トランスデューサを駆動させる場合において、振動膜12の電極層121に印加する直流バイアス電圧と、固定電極10A,10Bに印加する交流信号の周波数を連続的に変化させる駆動制御テーブルに従って制御を実施した時の音圧特性を示す。ここで、縦軸の一目盛は10dBである。   FIG. 9 shows the sound pressure characteristics when the conventional drive control is performed, and the DC bias voltage applied to the electrode layer 121 of the vibrating membrane 12 in the case of driving the ultrasonic transducer from the stopped state shown in FIG. The sound pressure characteristics when the control is performed according to the drive control table that continuously changes the frequency of the AC signal applied to the fixed electrodes 10A and 10B are shown. Here, the scale of the vertical axis is 10 dB.

本発明の駆動制御を実施すると、従来に対して、全周波数帯において音圧が増加しており、とりわけ本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの主要駆動周波数帯である、40〜70kHzにおいては、約3〜5dBの増加しており、本駆動制御が音圧向上に有効に作用していることがわかる。   When the drive control of the present invention is carried out, the sound pressure is increased in all frequency bands compared to the prior art, and in particular, the main drive frequency band of the electrostatic ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention is 40 to 40. At 70 kHz, it is increased by about 3 to 5 dB, and it can be seen that this drive control is effective in improving the sound pressure.

なお、本駆動制御は、回数を重ねると、よりその効果を大きくする事ができるため、静電型超音波トランスデューサの使用条件に応じて、図5〜図8で示した駆動制御テーブルを用いて、複数回繰り返したり、1回の制御に要する時間を短縮し、5〜10秒の間に複数回繰り返すと良い。   Note that the effect of this drive control can be increased by increasing the number of times, so that the drive control tables shown in FIGS. 5 to 8 are used according to the use conditions of the electrostatic ultrasonic transducer. It is good to repeat a plurality of times, shorten the time required for one control, and repeat a plurality of times within 5 to 10 seconds.

また、停止状態から静電型超音波トランスデューサ1を駆動させる場合において、従来では、まず振動膜12に対して直流250Vを印加し、その後に固定電極10A,10B側に対して交流250VP−Pを印加していたが、この順序を逆にすることによっても、振動膜12の振動状態を安定化あるいは改善することができる。 Further, in the case of driving the electrostatic ultrasonic transducer 1 from the stopped state, conventionally, the DC 250V was applied to the vibrating film 12 First, AC 250V P-P then the fixed electrode 10A, with respect 10B side However, it is also possible to stabilize or improve the vibration state of the vibration film 12 by reversing this order.

すなわち、まず固定電極10A,10B側に対して交流250VP−Pを印加し、予め振動膜12に微振動を与えた状態としておき、その後に振動膜12に対して直流250Vを印加することにより、振動膜12が固定電極10A,10Bに吸引された状態のまま保持されて、十分な振動が得られない不具合を回避することができる。 That is, first fixed electrode 10A, by applying an AC 250V P-P with respect 10B side, leave the state gave fine vibration to advance the vibrating film 12, by applying a DC 250V with respect to the vibration film 12 thereafter The problem that the vibration film 12 is held in the state of being attracted to the fixed electrodes 10A and 10B and sufficient vibration cannot be obtained can be avoided.

[本発明による超音波スピーカの構成例]
次に、本発明の実施形態に係る超音波スピーカの構成を図10に示す。本実施形態に係る超音波スピーカは、上述した本発の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサ(図1、図2)を超音波トランスデューサ55として用いたものである。
[Configuration example of ultrasonic speaker according to the present invention]
Next, the configuration of an ultrasonic speaker according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. The ultrasonic speaker according to the present embodiment uses the above-described electrostatic ultrasonic transducer (FIGS. 1 and 2) according to the present embodiment as the ultrasonic transducer 55.

図10において、本実施形態に係る超音波スピーカ50は、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数波発振源(信号源)51と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波発振源(キャリア波供給手段)52と、変調器(変調手段)53と、パワーアンプ54と、超音波トランスデューサ(静電型超音波トランスデューサ)55とを有している。   In FIG. 10, an ultrasonic speaker 50 according to the present embodiment generates and outputs an audio frequency wave oscillation source (signal source) 51 that generates a signal wave in the audio frequency band and a carrier wave in the ultrasonic frequency band. A carrier wave oscillation source (carrier wave supply means) 52, a modulator (modulation means) 53, a power amplifier 54, and an ultrasonic transducer (electrostatic ultrasonic transducer) 55 are included.

変調器53は、キャリア波発振源52から出力されるキャリア波を可聴周波数波発振源51から出力される可聴波周波数帯の信号波により変調し、パワーアンプ54を介して超音波トランスデューサ55に供給する。   The modulator 53 modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 52 with the signal wave of the audio frequency band output from the audio frequency wave oscillation source 51, and supplies the modulated wave to the ultrasonic transducer 55 via the power amplifier 54. To do.

上記構成において、可聴周波数波発振源51より出力される信号波によってキャリア波発振源52から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調器53により変調し、パワーアンプ54で増幅した変調信号により超音波トランスデューサ55を駆動する。この結果、上記変調信号が超音波トランスデューサ55により有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中(空気中)に放射されて媒質(空気)の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。   In the above configuration, the carrier wave in the ultrasonic frequency band output from the carrier wave oscillation source 52 by the signal wave output from the audible frequency wave oscillation source 51 is modulated by the modulator 53 and the modulated signal amplified by the power amplifier 54 is used. The ultrasonic transducer 55 is driven. As a result, the modulated signal is converted into a sound wave of a finite amplitude level by the ultrasonic transducer 55, and this sound wave is radiated into the medium (in the air), and the signal sound in the original audible frequency band due to the nonlinear effect of the medium (air). Is self-regenerating.

すなわち、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波(超音波周波数帯)とに波形分離され、可聴波周波数帯の信号波(信号音)が再生される。   In other words, sound waves are coarse and dense waves that propagate using air as a medium, so that in the process of modulated ultrasonic waves, the dense and sparse portions of air appear prominently, and the dense portions have high sound speed and sparseness. Since the sound speed of such a portion is slow, the modulation wave itself is distorted. As a result, the waveform is separated into a carrier wave (ultrasonic frequency band), and a signal wave (signal sound) in an audible frequency band is reproduced.

以上のように高音圧の広帯域性が確保されると様々な用途にスピーカとして利用することが可能となる。超音波は空中では減衰が激しく、その周波数の二乗に比例して減衰する。したがって、キャリア周波数(超音波)が低いと減衰も少なくビーム状に遠くまで音の届く超音波スピーカを提供することができる。   As described above, when a high sound pressure broadband property is ensured, it can be used as a speaker for various purposes. Ultrasound is strongly attenuated in the air and attenuates in proportion to the square of its frequency. Therefore, when the carrier frequency (ultrasonic wave) is low, it is possible to provide an ultrasonic speaker in which the sound reaches far as a beam with little attenuation.

逆にキャリア周波数が高いと減衰が激しいのでパラメトリックアレイ効果が十分に起きず、音が広がる超音波スピーカを提供することができる。これらは同じ超音波スピーカでも用途に応じて使い分けることが可能なため大変有効な機能である。   On the contrary, if the carrier frequency is high, the attenuation is severe, so that the parametric array effect does not occur sufficiently and an ultrasonic speaker in which the sound spreads can be provided. These are very effective functions because the same ultrasonic speaker can be used according to the application.

また、ペットとして人間と生活をともにすることの多い犬は40kHzまで、猫は100kHzまでの音を聴くことが可能であるため、それ以上のキャリア周波数をもちいれば、ペットに及ぼす影響もなくなるという利点も有する。いずれにせよ色々な周波数で利用できるということは多くのメリットをもたらす。   Also, dogs who often live with humans as pets can listen to sounds up to 40 kHz, and cats can listen to sounds up to 100 kHz, so if you use a carrier frequency higher than that, there will be no effect on the pet. There are also advantages. In any case, the fact that it can be used at various frequencies brings many advantages.

本発明の実施形態に係る超音波スピーカによれば、広周波数帯域にわたってパラメトリックアレイ効果を得るのに十分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる。   The ultrasonic speaker according to the embodiment of the present invention can generate an acoustic signal having a sufficiently high sound pressure level to obtain a parametric array effect over a wide frequency band.

また、本発明の超音波スピーカでは、静電型超音波トランスデューサの振動膜の電極層に印加される直流バイアス電圧、及び一対の電極と前記電極層との間に印加される交流信号の周波数のうりいずれか一方、または双方を連続的に変化させるようにしたので、音圧特性の向上を図った超音波スピーカを実現することが可能となる。   In the ultrasonic speaker of the present invention, the DC bias voltage applied to the electrode layer of the vibrating membrane of the electrostatic ultrasonic transducer, and the frequency of the AC signal applied between the pair of electrodes and the electrode layer. Since either one or both of them are continuously changed, an ultrasonic speaker with improved sound pressure characteristics can be realized.

[本発明による超指向性音響システムの構成例の説明]
次に、本発明の静電型超音波トランスデューサ、すなわち、貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加されかつ前記一対の電極間と前記電極層との間に交流信号を印加することにより駆動される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜を保持する保持部材とを有し、前記第1、第2の電極のそれぞれに、複数の駆動機能に対応した電極パターンを積層して形成し、前記積層して形成された電極パターンと前記振動膜の電極層との間に、前記駆動機能を規定する駆動条件に応じた電圧を印加するように制御する制御手段を有するPush−Pull型の静電型超音波トランスデューサ、あるいは、表面に凹凸部を有する電極と、前記電極の表面に設置され電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加されかつ前記振動膜の電極層と前記電極との間に交流信号を印加することにより駆動される振動膜と、前記電極と振動膜とを保持する部材とを有し、前記電極に駆動機能別に電極パターンを積層して形成し、前記積層して形成された電極パターンと前記振動膜の電極層との間に、前記駆動機能を規定する駆動条件に応じた電圧を印加するように制御する制御手段を有するPull型の静電型超音波トランスデューサを用いて構成される超音波スピーカを使用した超指向性音響システムについて説明する。
[Description of configuration example of superdirective acoustic system according to the present invention]
Next, the electrostatic ultrasonic transducer of the present invention, that is, a first electrode in which a through hole is formed, and a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode is formed A vibration that is sandwiched between the pair of electrodes and has an electrode layer, a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and an AC signal is applied between the pair of electrodes and between the electrode layers A holding member for holding the membrane, the pair of electrodes, and the vibrating membrane, and laminating an electrode pattern corresponding to a plurality of driving functions on each of the first and second electrodes, A push-pull type electrostatic having control means for controlling to apply a voltage according to a driving condition defining the driving function between the electrode pattern formed by stacking and the electrode layer of the vibrating membrane. Type ultrasonic transducer, or An electrode having a concavo-convex portion on the surface, an electrode layer provided on the surface of the electrode, a DC bias voltage is applied to the electrode layer, and an AC signal is transmitted between the electrode layer of the vibrating membrane and the electrode. An electrode pattern formed by laminating an electrode pattern according to a drive function on the electrode, the electrode pattern having a vibration film driven by application, and a member holding the electrode and the vibration film; And a pull type electrostatic ultrasonic transducer having a control means for applying a voltage corresponding to a driving condition defining the driving function between the electrode layer of the vibrating membrane and the electrode layer of the vibrating membrane A super-directional acoustic system using an ultrasonic speaker will be described.

以下、本発明に係る超指向性音響システムの一例としてプロジェクタを例に採り説明する。なお、本発明に係る超指向性音響システムは、プロジェクタに限らず、音声と映像の再生を行う表示装置に広く適用できるものである。
図11は本発明に係るプロジェクタの使用状態を示している。同図に示すように、プロジェクタ301は視聴者303の後方に設置され、視聴者303の前方に設置されたスクリーン302に映像を投影するとともに、プロジェクタ301に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン302の投影面に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。
Hereinafter, a projector will be described as an example of a superdirective acoustic system according to the present invention. Note that the super-directional acoustic system according to the present invention is not limited to a projector and can be widely applied to display devices that reproduce audio and video.
FIG. 11 shows a usage state of the projector according to the present invention. As shown in the figure, the projector 301 is installed behind the viewer 303, projects an image on a screen 302 installed in front of the viewer 303, and uses the ultrasonic speaker mounted on the projector 301 to screen 302. A virtual sound source is formed on the projection plane and the sound is reproduced.

プロジェクタ301の外観構成を図12に示す。プロジェクタ301は、映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体320と、超音波周波数帯の音波を発振できる超音波トランスデューサ324A,324Bを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカとが一体的に構成されている。本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ331を挟んで左右に超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ324A,324Bがプロジェクタ本体に搭載されている。   An external configuration of the projector 301 is shown in FIG. The projector 301 includes a projector main body 320 including a projection optical system that projects an image on a projection surface such as a screen, and ultrasonic transducers 324A and 324B that can oscillate sound waves in an ultrasonic frequency band, and is supplied from an acoustic source. And an ultrasonic speaker that reproduces a signal sound in an audible frequency band from a sound signal. In the present embodiment, in order to reproduce a stereo audio signal, ultrasonic transducers 324A and 324B constituting ultrasonic speakers are mounted on the left and right with a projector lens 331 constituting a projection optical system interposed therebetween in the projector body.

さらに、プロジェクタ本体320の底面には低音再生用スピーカ323が設けられている。また、325は、プロジェクタ本体320の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、326は、空冷フアン用の排気口である。   Further, a low-pitched sound reproduction speaker 323 is provided on the bottom surface of the projector main body 320. Reference numeral 325 denotes a height adjusting screw for adjusting the height of the projector main body 320, and reference numeral 326 denotes an exhaust port for the air cooling fan.

また、プロジェクタ301では、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして本発明によるPush−Pull型の静電型超音波トランスデューサを使用しており、広周波数帯域の音響信号(超音波周波数帯の音波)を高音圧で発振することができる。このため、キャリア波の周波数を変更することにより可聴周波数帯の再生信号の空間的な再生範囲を制御することにより、ステレオサラウンドシステムや5.1chサラウンドシステム等で得られるような音響効果を従来必要であった大掛かりな音響システムを必要とすることなく実現でき、かつ持ち運びが容易なプロジェクタを実現することができる。   Further, the projector 301 uses the Push-Pull electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention as an ultrasonic transducer constituting the ultrasonic speaker, and a wide frequency band acoustic signal (sound wave in the ultrasonic frequency band). Can oscillate at high sound pressure. For this reason, by conventionally changing the frequency of the carrier wave to control the spatial reproduction range of the reproduction signal in the audible frequency band, an acoustic effect that can be obtained in a stereo surround system or 5.1ch surround system is conventionally required. Thus, it is possible to realize a projector that can be realized without requiring a large-scale sound system and is easy to carry.

次に、プロジェクタ301の電気的構成を図13に示す。プロジェクタ301は、操作入力部310と、再生範囲設定部312、再生範囲制御処理部313、音声/映像信号再生部314、キャリア波発振源316、変調器318A,318B、パワーアンプ322A,322B及び静電型超音波トランスデューサ324A,324Bからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ317A,317Bと、ローパスフィルタ319と、加算器321と、パワーアンプ322Cと、低音再生用スピーカ323と、プロジェクタ本体320とを有している。なお、静電型超音波トランスデューサ324A,324Bは本発明によるPush−Pull型の静電型超音波トランスデューサである。   Next, an electrical configuration of the projector 301 is shown in FIG. The projector 301 includes an operation input unit 310, a reproduction range setting unit 312, a reproduction range control processing unit 313, an audio / video signal reproduction unit 314, a carrier wave oscillation source 316, modulators 318A and 318B, power amplifiers 322A and 322B, and static An ultrasonic speaker comprising electric ultrasonic transducers 324A and 324B, a high-pass filter 317A and 317B, a low-pass filter 319, an adder 321, a power amplifier 322C, a low-frequency sound reproduction speaker 323, and a projector main body 320 are provided. is doing. The electrostatic ultrasonic transducers 324A and 324B are Push-Pull electrostatic ultrasonic transducers according to the present invention.

プロジェクタ本体320は、映像を生成する映像生成部332と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系333とを有している。プロジェクタ301は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ323と、プロジェクタ本体320とが一体化されて構成されている。   The projector main body 320 includes a video generation unit 332 that generates a video and a projection optical system 333 that projects the generated video on a projection surface. The projector 301 is configured by integrating an ultrasonic speaker and a bass reproduction speaker 323 and a projector main body 320.

操作入力部310は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。再生範囲設定部312は、ユーザが操作入力部310をキー操作することにより再生信号(信号音)の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、超音波トランスデューサ324A,324Bの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。   The operation input unit 310 has various function keys including a numeric keypad, numeric keys, and a power key for turning the power on and off. The reproduction range setting unit 312 can input data specifying a reproduction range of a reproduction signal (signal sound) by a user operating the operation input unit 310 with a key. The frequency of the carrier wave that defines the reproduction range of the signal is set and held. The reproduction range of the reproduction signal is set by designating a distance that the reproduction signal reaches in the radial axis direction from the sound wave emission surfaces of the ultrasonic transducers 324A and 324B.

また、再生範囲設定部312は、音声/映像信号再生部314より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。   The reproduction range setting unit 312 can set the frequency of the carrier wave by the control signal output from the audio / video signal reproduction unit 314 according to the video content.

また、再生範囲制御処理部313は、再生範囲設定部312の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波発振源316により生成されるキャリア波の周波数を変更するようにキャリア波発振源316を制御する機能を有する。   Further, the reproduction range control processing unit 313 refers to the setting contents of the reproduction range setting unit 312 and changes the frequency of the carrier wave generated by the carrier wave oscillation source 316 so as to be within the set reproduction range. It has a function of controlling the oscillation source 316.

例えば、再生範囲設定部312の内部情報として、キャリア波周波数が50kHzに対応する上記距離が設定されている場合、キャリア波発振源316に対して50kHzで発振するように制御する。   For example, when the distance corresponding to the carrier wave frequency of 50 kHz is set as the internal information of the reproduction range setting unit 312, the carrier wave oscillation source 316 is controlled to oscillate at 50 kHz.

再生範囲制御処理部313は、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ324A,324Bの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。   The reproduction range control processing unit 313 stores in advance a table indicating the relationship between the distance that the reproduction signal reaches in the radial axis direction from the sound wave emitting surfaces of the ultrasonic transducers 324A and 324B that define the reproduction range and the frequency of the carrier wave. It has a storage part. The data in this table is obtained by actually measuring the relationship between the frequency of the carrier wave and the reach distance of the reproduction signal.

再生範囲制御処理部313は、再生範囲設定部312の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにキャリア波発振源316を制御する。   The reproduction range control processing unit 313 obtains the frequency of the carrier wave corresponding to the distance information set with reference to the table based on the setting content of the reproduction range setting unit 312 and oscillates the carrier wave so as to be the frequency. Control the source 316.

音声/映像信号再生部314は、例えば、映像媒体としてDVDを用いるDVDプレーヤーであり、再生した音声信号のうちRチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ317Aを介して変調器318Aに、Lチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ317Bを介して変調器318Bに、映像信号はプロジェクタ本体320の映像生成部332にそれぞれ、出力されるようになっている。   The audio / video signal reproduction unit 314 is, for example, a DVD player that uses a DVD as a video medium. Among the reproduced audio signals, the R channel audio signal is sent to the modulator 318A via the high-pass filter 317A. The signal is output to the modulator 318B via the high-pass filter 317B, and the video signal is output to the video generation unit 332 of the projector main body 320.

また、音声/映像信号再生部314より出力されるRチャンネルの音声信号とLチャンネルの音声信号は、加算器321により合成され、ローパスフィルタ319を介してパワーアンプ322Cに入力されるようになっている。音声/映像信号再生部314は、音響ソースに相当する。   The R channel audio signal and the L channel audio signal output from the audio / video signal reproduction unit 314 are combined by the adder 321 and input to the power amplifier 322C via the low-pass filter 319. Yes. The audio / video signal reproduction unit 314 corresponds to an acoustic source.

ハイパスフィルタ317A,317Bは、それぞれ、Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号における中高音域の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号における低音域の周波数成分のみを通過させる特性を有している。   The high-pass filters 317A and 317B have characteristics that allow only the frequency components in the middle and high frequencies in the R-channel and L-channel audio signals to pass, and the low-pass filters are low-frequency filters in the R-channel and L-channel audio signals. It has the characteristic of passing only the frequency component of the sound range.

したがって、上記Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は
、それぞれ超音波トランスデューサ324A、324Bにより再生され、上記Rチャンネル、Lチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ323により再生されることとなる。
Accordingly, among the R channel and L channel audio signals, the mid and high range audio signals are reproduced by the ultrasonic transducers 324A and 324B, respectively, and among the R channel and L channel audio signals, the low range audio signals are low frequencies. It is reproduced by the reproduction speaker 323.

なお、音声/映像信号再生部314はDVDプレーヤーに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。また、音声/映像信号再生部314は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部312に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。   The audio / video signal reproduction unit 314 is not limited to a DVD player, and may be a reproduction device that reproduces a video signal input from the outside. In addition, the audio / video signal reproduction unit 314 instructs the reproduction range setting unit 312 to dynamically change the reproduction range of the reproduced sound in order to produce an acoustic effect corresponding to the reproduced video scene. Has a function of outputting a control signal.

キャリア波発振源316は、再生範囲設定部312より指示された超音波周波数帯の周波数のキャリア波を生成し、変調器318A,318Bに出力する機能を有している。   The carrier wave oscillation source 316 has a function of generating a carrier wave having a frequency in the ultrasonic frequency band designated by the reproduction range setting unit 312 and outputting the carrier wave to the modulators 318A and 318B.

変調器318A,318Bは、キャリア波発振源316から供給されるキャリア波を音声/映像信号再生部314から出力される可聴周波数帯の音声信号でAM変調し、該変調信号を、それぞれパワーアンプ322A,322Bに出力する機能を有する。   The modulators 318A and 318B AM modulate the carrier wave supplied from the carrier wave oscillation source 316 with the audio signal in the audible frequency band output from the audio / video signal reproduction unit 314, and each of the modulated signals is a power amplifier 322A. , 322B.

超音波トランスデューサ324A,324Bは、それぞれ、変調器318A,318Bからパワーアンプ322A,322Bを介して出力される変調信号により駆動され、該変調信号を有限振幅レベルの音波に変換して媒質中に放射し、可聴周波数帯の信号音(再生信号)を再生する機能を有する。   The ultrasonic transducers 324A and 324B are driven by modulation signals output from the modulators 318A and 318B via the power amplifiers 322A and 322B, respectively, and convert the modulation signals into sound waves of a finite amplitude level and radiate them into the medium. And has a function of reproducing a signal sound (reproduction signal) in an audible frequency band.

映像生成部332は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル(PDP)等のディスプレイと、該ディスプレイを音声/映像信号再生部314から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声/映像信号再生部314から出力される映像信号から得られる映像を生成する。   The video generation unit 332 includes a display such as a liquid crystal display and a plasma display panel (PDP), a drive circuit that drives the display based on a video signal output from the audio / video signal reproduction unit 314, and the like. A video obtained from the video signal output from the audio / video signal reproduction unit 314 is generated.

投影光学系333は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体320の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。   The projection optical system 333 has a function of projecting an image displayed on the display onto a projection surface such as a screen installed in front of the projector main body 320.

次に、上記構成からなるプロジェクタ301の動作について説明する。まず、ユーザのキー操作により操作入力部310から再生信号の再生範囲を指示するデータ(距離情報)が再生範囲設定部312に設定され、音声/映像信号再生部314に再生指示がなされる。   Next, the operation of the projector 301 having the above configuration will be described. First, data (distance information) instructing the reproduction range of the reproduction signal is set in the reproduction range setting unit 312 from the operation input unit 310 by the user's key operation, and a reproduction instruction is given to the audio / video signal reproduction unit 314.

この結果、再生範囲設定部312には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部313は、再生範囲設定部312に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにキャリア波発振源316を制御する。   As a result, distance information defining the reproduction range is set in the reproduction range setting unit 312, and the reproduction range control processing unit 313 takes in the distance information set in the reproduction range setting unit 312 and stores it in the built-in storage unit. The carrier wave oscillation source 316 is controlled so as to obtain the frequency of the carrier wave corresponding to the set distance information with reference to the set table and to generate the carrier wave of the frequency.

この結果、キャリア波発振源316は、再生範囲設定部312に設定された距離情報に対応する周波数のキャリア波を生成し、変調器318A,318Bに出力する。   As a result, the carrier wave oscillation source 316 generates a carrier wave having a frequency corresponding to the distance information set in the reproduction range setting unit 312 and outputs the carrier wave to the modulators 318A and 318B.

一方、音声/映像信号再生部314は、再生した音声信号のうちRチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ317Aを介して変調器318Aに、Lチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ317Bを介して変調器318Bに、Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号を加算器321に出力し、映像信号をプロジェクタ本体320の映像生成部332にそれぞれ、出力する。   On the other hand, the audio / video signal reproduction unit 314 outputs the R channel audio signal of the reproduced audio signal to the modulator 318A via the high pass filter 317A, and the L channel audio signal to the modulator 318B via the high pass filter 317B. In addition, the R channel audio signal and the L channel audio signal are output to the adder 321, and the video signal is output to the video generation unit 332 of the projector main body 320.

したがって、ハイパスフィルタ317Aにより上記Rチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器318に入力され、ハイパスフィルタ317Bにより上記Lチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号が変調器318Bに入力される。   Therefore, the high-pass filter 317A inputs the mid-high range audio signal of the R channel audio signal to the modulator 318, and the high-pass filter 317B converts the mid-high range audio signal of the L channel audio signal to the modulator 318B. Is input.

また、上記Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号は加算器321により合成され、ローパスフィルタ319により上記Rチャンネルの音声信号及びLチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ322Cに入力される。   The R channel audio signal and the L channel audio signal are combined by an adder 321, and a low frequency audio signal of the R channel audio signal and the L channel audio signal is supplied to a power amplifier 322 C by a low pass filter 319. Entered.

映像生成部332では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系333により、投影面、例えば、図11に示すスクリーン302に投影される。   The video generation unit 332 generates a video by driving the display based on the input video signal, and displays the video. The image displayed on the display is projected onto a projection surface, for example, the screen 302 shown in FIG. 11 by the projection optical system 333.

他方、変調器318Aは、キャリア波発振源316から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ317Aから出力される上記Rチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でAM変調し、パワーアンプ322Aに出力する。   On the other hand, the modulator 318A AM-modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 316 with the mid-high range audio signal in the R channel audio signal output from the high-pass filter 317A, and outputs the result to the power amplifier 322A. .

また、変調器318Bは、キャリア波発振源316から出力されるキャリア波をハイパスフィルタ317Bから出力される上記Lチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号でAM変調し、パワーアンプ322Bに出力する。   Further, the modulator 318B AM-modulates the carrier wave output from the carrier wave oscillation source 316 with the mid-high range audio signal in the L channel audio signal output from the high pass filter 317B, and outputs the result to the power amplifier 322B. .

パワーアンプ322A,322Bにより増幅された変調信号は、それぞれ、超音波トランスデューサ324A,324Bの上電極10Aと下電極10B(図1参照)との間に印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波(音響信号)に変換され、媒質(空気中)に放射され、超音波トランスデューサ324Aからは、上記Rチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生され、超音波トランスデューサ324Bからは、上記Lチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生される。   The modulated signals amplified by the power amplifiers 322A and 322B are applied between the upper electrode 10A and the lower electrode 10B (see FIG. 1) of the ultrasonic transducers 324A and 324B, respectively, and the modulated signals have a finite amplitude level. The sound wave (acoustic signal) is converted and radiated to the medium (in the air), and the ultrasonic transducer 324A reproduces the mid-high range audio signal in the R channel audio signal, and the ultrasonic transducer 324B An audio signal in the middle and high range in the L channel audio signal is reproduced.

また、パワーアンプ322Cで増幅された上記Rチャンネル及びLチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ323により再生される。   In addition, the low frequency sound signal in the R channel and the L channel amplified by the power amplifier 322C is reproduced by the low sound reproduction speaker 323.

前述したように、超音波トランスデューサにより媒質中(空気中)に放射された超音波の伝播においては、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生する。   As described above, in the propagation of ultrasonic waves radiated into the medium (in the air) by the ultrasonic transducer, the sound speed increases at a portion where the sound pressure is high and the sound speed is slow at a portion where the sound pressure is low. Become. As a result, waveform distortion occurs.

放射する超音波帯域の信号(キャリア波)を可聴周波数帯の信号で変調(AM変調)しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成される。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。   When a signal (carrier wave) in the radiated ultrasonic band is modulated (AM modulation) with a signal in the audible frequency band, the signal wave in the audible frequency band used for modulation is super It is formed so as to be self-demodulated separately from the carrier wave in the sonic frequency band. At this time, the spread of the reproduction signal becomes a beam shape due to the characteristics of ultrasonic waves, and the sound is reproduced only in a specific direction completely different from that of a normal speaker.

超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ324から出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系333により映像が投影される投影面(スクリーン)に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。この場合に、再生範囲設定部312に設定されるキャリア波の周波数に応じて、超音波トランスデューサ324の音波放射面からその放射軸方向(法線方向)においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅(ビームの拡がり角)が異なるために、再生範囲は、変化する。   The beam-like reproduction signal output from the ultrasonic transducer 324 constituting the ultrasonic speaker is radiated toward the projection surface (screen) on which the image is projected by the projection optical system 333, and is reflected and diffused by the projection surface. In this case, until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the radial axis direction (normal direction) from the sound wave emitting surface of the ultrasonic transducer 324 according to the frequency of the carrier wave set in the reproduction range setting unit 312. And the beam width (beam divergence angle) of the carrier wave are different, the reproduction range changes.

プロジェクタ301における超音波トランスデューサ324A,324Bを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図15に示す。プロジェクタ301において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部312により設定されたキャリア周波数が低い場合は、超音波トランスデューサ324の音波放射面からその放射軸方向(音波放射面の法線方向においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。   FIG. 15 shows a reproduction signal reproduction state by an ultrasonic speaker including the ultrasonic transducers 324A and 324B in the projector 301. In the projector 301, when the ultrasonic transducer is driven by the modulation signal obtained by modulating the carrier wave with the audio signal, if the carrier frequency set by the reproduction range setting unit 312 is low, the sound wave emitting surface of the ultrasonic transducer 324 To the direction of the radiation axis (the distance until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the normal direction of the sound wave radiation surface, that is, the distance to the reproduction point becomes long.

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面(スクリーン)302に到達することとなり、この状態で投影面302において反射するので、再生範囲は、図14において点線の矢印で示す可聴範囲Aとなり、投影面302から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号(再生音)が聞こえる状態となる。   Therefore, the reproduced beam of the reproduced signal in the audible frequency band reaches the projection plane (screen) 302 without being relatively expanded, and is reflected on the projection plane 302 in this state. Therefore, the reproduction range is as shown in FIG. Becomes a audible range A indicated by a dotted arrow, and a reproduction signal (reproduced sound) can be heard only in a relatively narrow and narrow range from the projection plane 302.

これに対して、再生範囲設定部312により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、超音波トランスデューサ324の音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、超音波トランスデューサ324の音波放射面からその放射軸方向(音波放射面の法線方向)においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。   On the other hand, when the carrier frequency set by the reproduction range setting unit 312 is higher than the case described above, the sound wave radiated from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 324 is narrower than when the carrier frequency is low. However, the distance until the reproduction signal is separated from the carrier wave in the radial direction (normal direction of the acoustic wave emission surface) from the sound wave emission surface of the ultrasonic transducer 324, that is, the distance to the reproduction point is shortened.

したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面302に到達する前に拡がって投影面302に到達することとなり、この状態で投影面302において反射するので、再生範囲は、図14において実線の矢印で示す可聴範囲Bとなり、投影面302から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号(再生音)が聞こえる状態となる。   Therefore, the reproduced reproduction signal beam in the audible frequency band spreads before reaching the projection plane 302 and reaches the projection plane 302, and is reflected on the projection plane 302 in this state. 14, the audible range B is indicated by a solid arrow, and a playback signal (reproduced sound) can be heard only in a relatively close and wide range from the projection plane 302.

以上説明したように、本発明のプロジェクタでは、本発明によるPush−Pull型、またはPull型の静電型超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカを使用しており、音響信号を十分な音圧と広帯域特性を持って、スクリーン等の音波反射面近傍に形成される仮想音源から発せられるように再生できる。このため、その再生範囲の制御も容易に行えるようになる。また、静電型超音波トランスデューサを既述したように、振動膜の振動領域を複数のブロックに分割し、上記振動膜の電極層と振動用電極パターンの各ブロック間との間に印加する交流信号の位相を、隣接するブロック間でそれぞれ所定の位相差をもたせるように駆動制御することにより、超音波スピーカから放射される音の指向性制御を行うことが可能である。   As described above, the projector according to the present invention uses the ultrasonic speaker using the Push-Pull type or Pull type electrostatic ultrasonic transducer according to the present invention, and the acoustic signal is transmitted with sufficient sound pressure. It has a broadband characteristic and can be reproduced so as to be emitted from a virtual sound source formed in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen. For this reason, the reproduction range can be easily controlled. Further, as described above for the electrostatic ultrasonic transducer, the vibration region of the vibration film is divided into a plurality of blocks, and an alternating current is applied between the electrode layer of the vibration film and each block of the vibration electrode pattern. It is possible to control the directivity of the sound emitted from the ultrasonic speaker by controlling the phase of the signal so that a predetermined phase difference is provided between adjacent blocks.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の静電型超音波トランスデューサ、および超音波スピーカは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the electrostatic ultrasonic transducer and the ultrasonic speaker of the present invention are not limited to the above illustrated examples, and do not depart from the gist of the present invention. Of course, various changes can be made.

本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサは、各種センサ、例えば、測距センサ等に利用可能であり、また、既述したように、指向性スピーカ用の音源や、理想的なインパルス信号発生源等に利用可能である。また、超指向性音響システムや、プロジェクタ等の表示装置にも有用である。   The ultrasonic transducer according to the embodiment of the present invention can be used for various sensors, for example, a distance measuring sensor, and as described above, a sound source for a directional speaker and an ideal impulse signal generation source. Etc. are available. It is also useful for superdirective acoustic systems and display devices such as projectors.

本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the electrostatic ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention. 図1に示した静電型超音波トランスデューサの要部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the principal part of the electrostatic ultrasonic transducer shown in FIG. 静電型超音波トランスデューサの起動時における、一対の固定電極に印加する交流信号の周波数を連続的に変化させる周波数制御テーブルのテーブルデータの一例をグラフで示した図。The figure which showed an example of the table data of the frequency control table which changes continuously the frequency of the alternating current signal applied to a pair of fixed electrode at the time of starting of an electrostatic ultrasonic transducer. 静電型超音波トランスデューサの起動時における、振動膜の電極層に印加する直流バイアス電圧を連続的に変化させる直流バイアス電圧テーブルのテーブルデータの一例をグラフで示した図。The figure which showed in a graph the example of the table data of the DC bias voltage table which changes continuously the DC bias voltage applied to the electrode layer of a diaphragm at the time of starting of an electrostatic ultrasonic transducer. 静電型超音波トランスデューサの起動時における、振動膜の電極層に印加する直流バイアス電圧と、一対の固定電極に印加する交流信号の周波数を連続的に変化させる駆動制御テーブルのテーブルデータの一例をグラフで示した図。An example of table data of a drive control table that continuously changes the frequency of the DC bias voltage applied to the electrode layer of the vibrating membrane and the frequency of the AC signal applied to the pair of fixed electrodes when the electrostatic ultrasonic transducer is activated. The figure shown with the graph. ある所定の駆動時間に達した時点において、一対の固定電極に印加する交流信号の周波数のみを連続的に変化させる周波数制御テーブルのテーブルデータの一例をグラフで示した図。The figure which showed in a graph the example of the table data of the frequency control table which changes only the frequency of the alternating current signal applied to a pair of fixed electrode continuously at the time of reaching a certain predetermined drive time. ある所定の駆動時間に達した時点において、振動膜の電極層に印加する直流バイアス電圧のみを連続的に変化させる直流電圧テーブルのテーブルデータの一例をグラフで示した図。The figure which showed in a graph the example of the table data of the DC voltage table which changes only the DC bias voltage applied to the electrode layer of a diaphragm continuously at the time of reaching a predetermined drive time. ある所定の駆動時間に達した時点において、振動膜の電極層に印加する直流電圧と、一対の固定電極に印加する交流電圧の周波数を連続的に変化させる駆動制御テーブルのテーブルデータの一例をグラフで示した図。A graph showing an example of table data of a drive control table that continuously changes the frequency of the DC voltage applied to the electrode layer of the vibrating membrane and the frequency of the AC voltage applied to the pair of fixed electrodes when a predetermined driving time is reached. Figure shown. 従来の静電型超音波トランスデューサの駆動制御を実施した時の音圧特性と、本発明による静電型超音波トランスデューサの駆動制御を実施した時の音圧特性とを比較して示す図。The figure which compares and compares the sound pressure characteristic when drive control of the conventional electrostatic ultrasonic transducer is implemented, and the sound pressure characteristic when drive control of the electrostatic ultrasonic transducer by this invention is implemented. 超音波スピーカの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an ultrasonic speaker. 本発明の実施形態に係るプロジェクタの使用状態を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a usage state of the projector according to the embodiment of the invention. 図11に示したプロジェクタの外観構成を示す図。FIG. 12 is a diagram showing an external configuration of the projector shown in FIG. 11. 図11に示したプロジェクタの電気的構成を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing an electrical configuration of the projector shown in FIG. 11. 超音波トランスデューサによる再生信号の再生状態の説明図。Explanatory drawing of the reproduction | regeneration state of the reproduction signal by an ultrasonic transducer. 従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。The figure which shows the structure of the conventional resonance type ultrasonic transducer. 従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。The figure which shows the specific structure of the conventional electrostatic broadband oscillation type ultrasonic transducer. 本発明の実施形態に係る静電型超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。The figure which showed the frequency characteristic of the electrostatic ultrasonic transducer which concerns on embodiment of this invention with the frequency characteristic of the conventional ultrasonic transducer.

符号の説明Explanation of symbols

1…静電型超音波トランスデューサ、10A、10B…固定電極、12…振動膜、12A…表面部分、12B…裏面部分、14…貫通穴、16…直流バイアス電源、18…信号源、20…制御部、22…記憶部、50超音波スピーカ、51…可聴周波数波発振源、52…キャリア波信号源、53…変調器、54…パワーアンプ、55…超音波トランスデューサ、120…絶縁体、121…電極層、301…プロジェクタ、302…スクリーン(投影面)、303…視聴者、310…操作入力部、312…再生範囲設定部、313…再生範囲制御処理部、314…音声/映像信号再生部、316…キャリア波発振源、317A,317B…ハイパスフィルタ(HPF)、318A,318B…変調器、319…ローパスフィルタ(LPF)、320…プロジェクタ本体、321…加算器、322A,322B,322C…パワーアンプ、323…低音再生用スピーカ、324A,324B…静電型超音波トランスデューサ、331…プロジェクタレンズ、332…映像生成部、333…投影光学系

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrostatic ultrasonic transducer, 10A, 10B ... Fixed electrode, 12 ... Vibration film, 12A ... Front surface part, 12B ... Back surface part, 14 ... Through-hole, 16 ... DC bias power supply, 18 ... Signal source, 20 ... Control Unit 22, storage unit, 50 ultrasonic speaker, 51 audible frequency wave oscillation source, 52 carrier wave signal source, 53 modulator, 54 power amplifier, 55 ultrasonic transducer, 120 insulator, 121. Electrode layer, 301 ... projector, 302 ... screen (projection plane), 303 ... viewer, 310 ... operation input unit, 312 ... playback range setting unit, 313 ... playback range control processing unit, 314 ... audio / video signal playback unit, 316: Carrier wave oscillation source, 317A, 317B ... High pass filter (HPF), 318A, 318B ... Modulator, 319 ... Low pass filter (LPF), 3 DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Projector body, 321 ... Adder, 322A, 322B, 322C ... Power amplifier, 323 ... Low-frequency sound reproduction speaker, 324A, 324B ... Electrostatic ultrasonic transducer, 331 ... Projector lens, 332 ... Video generation unit, 333 ... Projection optical system

Claims (20)

貫通穴が形成された第1の電極と、
前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、
前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法であって、
前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させることを特徴とする静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。
A first electrode having a through hole formed therein;
A second electrode having a through hole that is paired with the through hole of the first electrode;
A vibration film sandwiched between the pair of electrodes and having an electrode layer, to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member for holding the pair of electrodes and the vibration film; A drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the electrode and the electrode layer of the vibrating membrane,
Either of the level of the said DC bias voltage and the frequency of the said AC signal, or both are changed continuously, The drive control method of the electrostatic ultrasonic transducer characterized by the above-mentioned.
前記直流バイアス電圧が所定のレベルに設定され、前記振動膜の電極層に印加された状態下において、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定することを特徴とする請求項1に記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   Under the state where the DC bias voltage is set to a predetermined level and applied to the electrode layer of the vibrating membrane, the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency, and then set to a predetermined frequency. The drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1. 所定の周波数の前記交流信号を所定のレベルで前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする請求項1に記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   In a state where the AC signal having a predetermined frequency is applied to the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane at a predetermined level, the DC bias voltage is temporarily changed to a set voltage so as to increase in a predetermined time. The electrostatic bias according to claim 1, wherein the DC bias voltage is lowered to a low voltage, changed so as to rise again to the set voltage, and then set to a predetermined voltage value. Drive control method of a type ultrasonic transducer. 前記交流信号の周波数及び前記直流バイアス電圧を所定の時間内において同時に、かつ連続的に変化させた後に、それぞれ所定の値に設定する際に、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定し、かつ前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする請求項1に記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   When the frequency of the AC signal and the DC bias voltage are simultaneously and continuously changed within a predetermined time and then set to a predetermined value, the frequency of the AC signal is continuously changed from a low frequency to a high frequency. Is changed to a predetermined frequency, and the DC bias voltage is once changed to increase to a set voltage in a predetermined time, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage, and again, 2. The drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the voltage is set to a predetermined voltage value after being changed to increase to the set voltage. 前記交流信号は、正弦波信号であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   5. The electrostatic ultrasonic transducer drive control method according to claim 1, wherein the AC signal is a sine wave signal. 前記交流信号は、超音波周波数帯域の信号を可聴周波数帯域の信号で変調した変調波信号であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   5. The drive control of an electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the AC signal is a modulated wave signal obtained by modulating an ultrasonic frequency band signal with an audible frequency band signal. Method. 前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を駆動開始時に行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   5. The drive control method for an electrostatic ultrasonic transducer according to claim 1, wherein the drive control of the electrostatic ultrasonic transducer is performed at the start of driving. 前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を、前記静電型超音波トランスデューサの駆動時間が所定の時間に達する度に行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサの駆動制御方法。   5. The electrostatic type according to claim 1, wherein the drive control of the electrostatic ultrasonic transducer is performed every time the drive time of the electrostatic ultrasonic transducer reaches a predetermined time. Ultrasonic transducer drive control method. 貫通穴が形成された第1の電極と、
前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、
前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、
前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有することを特徴とする静電型超音波トランスデューサ。
A first electrode having a through hole formed therein;
A second electrode having a through hole that is paired with the through hole of the first electrode;
A vibration film sandwiched between the pair of electrodes and having an electrode layer, to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member for holding the pair of electrodes and the vibration film; An electrostatic ultrasonic transducer in which an AC signal is applied between the electrode and the electrode layer of the vibrating membrane,
An electrostatic ultrasonic transducer comprising control means for continuously changing one or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal.
前記制御手段は、前記直流バイアス電圧を所定のレベルに設定し、前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定することを特徴とする請求項9に記載の静電型超音波トランスデューサ。   The control means sets the DC bias voltage to a predetermined level, and continuously changes the frequency of the AC signal from a low frequency to a high frequency while being applied to the electrode layer of the vibrating membrane. The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the electrostatic ultrasonic transducer is set to a frequency of 前記制御手段は、所定の周波数の前記交流信号を所定のレベルで前記一対の固定電極と前記振動膜の電極層に印加した状態下において、前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする請求項9に記載の静電型超音波トランスデューサ。   The control means is configured to apply the DC bias voltage once to a set voltage for a predetermined time in a state where the AC signal having a predetermined frequency is applied to the pair of fixed electrodes and the electrode layer of the vibrating membrane at a predetermined level. 10. The voltage is changed so as to increase, and then the DC bias voltage is decreased to a low voltage, changed to increase again to the set voltage, and then set to a predetermined voltage value. The electrostatic ultrasonic transducer according to 1. 前記制御手段は、前記交流信号の周波数及び前記直流バイアス電圧を所定の時間内において同時に、かつ連続的に変化させた後に、それぞれ所定の値に設定する際に、前記交流信号の周波数を低周波から高周波まで連続的に変化させた後に、所定の周波数に設定し、かつ前記直流バイアス電圧を一旦、設定電圧まで所定の時間で上昇させるように変化させ、次いで、前記直流バイアス電圧を低電圧まで下降させ、再度、前記設定電圧まで上昇させるように変化させた後、所定の電圧値に設定することを特徴とする請求項9に記載の静電型超音波トランスデューサ。   The control means changes the frequency of the AC signal and the DC bias voltage simultaneously and continuously within a predetermined time and then sets the frequency of the AC signal to a low frequency. After continuously changing from a high frequency to a high frequency, the frequency is set to a predetermined frequency, and the DC bias voltage is temporarily changed to a set voltage so as to increase in a predetermined time, and then the DC bias voltage is changed to a low voltage. The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the electrostatic ultrasonic transducer is set to a predetermined voltage value after being lowered and changed again so as to be raised to the set voltage. 前記交流信号は、正弦波信号であることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。   The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the AC signal is a sine wave signal. 前記交流信号は、超音波周波数帯域の信号を可聴周波数帯域の信号で変調した変調波信号であることを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。   The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the AC signal is a modulated wave signal obtained by modulating a signal in an ultrasonic frequency band with a signal in an audible frequency band. 前記制御手段は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を駆動開始時に行うことを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。   The electrostatic ultrasonic transducer according to claim 9, wherein the control unit performs drive control of the electrostatic ultrasonic transducer at the start of driving. 前記制御手段は、前記静電型超音波トランスデューサの駆動制御を、前記静電型超音波トランスデューサの駆動時間が所定の時間に達する度に行うことを特徴とする請求項9乃至12のいずれかに記載の静電型超音波トランスデューサ。   The control means performs drive control of the electrostatic ultrasonic transducer every time the drive time of the electrostatic ultrasonic transducer reaches a predetermined time. The electrostatic ultrasonic transducer as described. 貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサと、
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源と、
超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給手段と、
前記キャリア波を前記信号源から出力される可聴周波数帯の信号波により変調する変調手段とを有し、
前記静電型超音波トランスデューサは、前記電極と前記振動膜の電極層との間に印加される前記変調手段から出力される変調信号により駆動されることを特徴とする超音波スピーカ。
A first electrode in which a through hole is formed; a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode; and an electrode layer sandwiched between the pair of electrodes; A vibration film to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film; and an alternating current between the pair of electrodes and the electrode layer of the vibration film. An electrostatic ultrasonic transducer to which a signal is applied, comprising: a control means for continuously changing either or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal A transducer;
A signal source for generating a signal wave in an audible frequency band;
A carrier wave supply means for generating and outputting a carrier wave in an ultrasonic frequency band;
Modulation means for modulating the carrier wave with an audible frequency band signal wave output from the signal source;
The ultrasonic speaker according to claim 1, wherein the electrostatic ultrasonic transducer is driven by a modulation signal output from the modulation means applied between the electrode and the electrode layer of the vibrating membrane.
貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサを使用すると共に、
信号源により可聴周波数帯の信号波を生成する手順と、
キャリア波供給手段により超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力する手順と、
変調手段により前記キャリア波を前記可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号を生成する手順と、
前記電極と前記振動膜の電極層との間に前記変調信号を印加することにより前記静電型超音波トランスデューサを駆動する手順と、
を含むことを特徴とする静電型超音波トランスデューサによる音声信号再生方法。
A first electrode in which a through hole is formed; a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode; and an electrode layer sandwiched between the pair of electrodes; A vibration film to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film; and an alternating current between the pair of electrodes and the electrode layer of the vibration film. An electrostatic ultrasonic transducer to which a signal is applied, comprising: a control means for continuously changing either or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal While using a transducer,
Generating a signal wave of an audible frequency band by a signal source;
A procedure for generating and outputting a carrier wave in the ultrasonic frequency band by the carrier wave supply means;
Generating a modulated signal obtained by modulating the carrier wave with a signal wave in the audible frequency band by a modulation means;
A procedure for driving the electrostatic ultrasonic transducer by applying the modulation signal between the electrode and the electrode layer of the vibrating membrane;
A method of reproducing an audio signal using an electrostatic ultrasonic transducer.
貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサを用いて構成された超音波スピーカにより、音響ソースから供給される音声信号を再生し、スクリーン等の音波反射面近傍に仮想音源を形成する超指向性音響システムであって、
前記音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域の音声信号を再生する超音波スピーカと、
前記音響ソースから供給される音声信号のうち低音域の音声信号を再生する低音再生用スピーカと、
を有することを特徴とする超指向性音響システム。
A first electrode in which a through hole is formed; a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode; and an electrode layer sandwiched between the pair of electrodes; A vibration film to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film; and an alternating current between the pair of electrodes and the electrode layer of the vibration film. An electrostatic ultrasonic transducer to which a signal is applied, comprising: a control means for continuously changing either or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal A superdirective acoustic system that reproduces an audio signal supplied from an acoustic source by an ultrasonic speaker configured using a transducer and forms a virtual sound source in the vicinity of a sound wave reflecting surface such as a screen,
An ultrasonic speaker that reproduces an audio signal in a middle and high range among audio signals supplied from the acoustic source;
A low-pitched sound reproduction speaker that reproduces a low-frequency sound signal among the sound signals supplied from the acoustic source;
A superdirective acoustic system characterized by comprising:
貫通穴が形成された第1の電極と、前記第1の電極の貫通穴と対をなす貫通穴が形成された第2の電極と、前記一対の電極に挟まれるとともに電極層を有し、該電極層に直流バイアス電圧が印加される振動膜と、前記一対の電極と前記振動膜とを保持する保持部材とを有し、前記一対の電極と前記振動膜の電極層との間に交流信号が印加される静電型超音波トランスデューサであって、前記直流バイアス電圧のレベル及び前記交流信号の周波数のうちいずれか一方、または双方を連続的に変化させる制御手段を有する静電型超音波トランスデューサを含んで構成され、
音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、
映像を投影面に投影する投影光学系と、
を有することを特徴とする表示装置。

A first electrode in which a through hole is formed; a second electrode in which a through hole that is paired with the through hole of the first electrode; and an electrode layer sandwiched between the pair of electrodes; A vibration film to which a DC bias voltage is applied to the electrode layer; and a holding member that holds the pair of electrodes and the vibration film; and an alternating current between the pair of electrodes and the electrode layer of the vibration film. An electrostatic ultrasonic transducer to which a signal is applied, comprising: a control means for continuously changing either or both of the level of the DC bias voltage and the frequency of the AC signal Comprising a transducer,
An ultrasonic speaker that reproduces a signal sound in an audible frequency band from an audio signal supplied from an acoustic source;
A projection optical system that projects an image onto a projection surface;
A display device comprising:

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