本發(fā)明涉及使用超聲波的電聲換能器。

背景技術：
存在一種壓電型電聲換能器，已知作為用于移動設備等的電聲換能器。壓電型電聲換能器使用當向壓電振子施加電場時產(chǎn)生的膨脹和收縮運動來產(chǎn)生振蕩幅度。作為涉及壓電型電聲換能器的技術，例如存在一種在專利文獻1中公開的技術。該技術用于將用于粘貼壓電元件的底座通過振動膜連接至支撐部件，所述振動膜具有比底座的剛性低的剛性。例如，壓電振子用于使用超聲波的超指向性揚聲器。作為涉及超指向性揚聲器的技術，例如存在專利文獻2至5中公開的技術。專利文獻2中公開的技術用于通過控制超聲波的相位在空間中的任意點處形成可聽見的聲音場。專利文獻3中公開的技術用于沿兩個方向輸出超聲波，也就是表面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。專利文獻4中公開的技術涉及將超聲波揚聲器與寬域揚聲器進行組合的超指向性揚聲器。專利文獻5中公開的技術涉及用于載客傳送帶的支柱，所述載客傳送帶包括輸出超聲波的超指向性揚聲器和對可聽見的聲音的超聲波區(qū)域進行衰減的濾波器。現(xiàn)有技術文獻專利文獻[專利文獻1]國際公布小冊子WO2008/084806[專利文獻2]日本未審專利公開No.2002-345077[專利文獻3]日本未審專利公開No.2008-113194[專利文獻4]日本未審專利公開No.2000-36993[專利文獻5]日本未審專利公開No.2009-46236

技術實現(xiàn)要素：
發(fā)明要解決的問題在使用電聲換能器的聲音再現(xiàn)中，可以控制在從用戶看來的水平方向上再現(xiàn)區(qū)域的空間，但是難以控制沿前后方向的再現(xiàn)區(qū)域的空間。本發(fā)明的目的是提供一種電聲換能器，能夠在從用戶看來的聲音再現(xiàn)的前后方向上控制再現(xiàn)區(qū)域的空間。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明，提出了一種電聲換能器，包括：振蕩裝置，所述振蕩裝置從第一振動面輸出第一聲波，并且從與所述第一振動面相對的第二振動面輸出具有與所述第一聲波的相位相反的相位的第二聲波；第一波導，所述第一波導設置在所述第一振動面上，并且配置為具有第一開口端；第二波導，所述第二波導設置在所述第二振動面上，并且配置為具有與所述第一開口端面朝相同方向的第二開口端；以及聲波濾波器，所述聲波濾波器設置在所述第二波導中，并且配置為對所述第二聲波進行衰減。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種電聲換能器，所述電聲換能器能夠在從用戶看來的聲音再現(xiàn)的前后方向上控制再現(xiàn)區(qū)域的空間。附圖說明上述目的、其他目的、特征和優(yōu)勢參考下面描述的優(yōu)選實施例和下面的附圖變得更加清楚明白。圖1是示出了根據(jù)第一實施例的電聲換能器的截面圖。圖2是示出了圖1所示的振蕩裝置的截面圖。圖3是示出了圖2所示的壓電振子的截面圖。圖4是示出了由圖1所示的電聲換能器執(zhí)行的聲音再現(xiàn)原理的圖。圖5是示出了根據(jù)第二實施例的電聲換能器的截面圖。具體實施方式下文中將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。同樣，貫穿附圖相同的參考數(shù)字用于相同的部件，并且將不再重復其描述。圖1是示出了根據(jù)第一實施例的電聲換能器100的截面圖。電聲換能器100包括振蕩裝置10、波導40、波導50和聲波濾波器80。電聲換能器100用作例如電子設備(移動電話、膝上型計算機、小型游戲設備等)的聲源。振蕩裝置10從第一振動面輸出超聲波30。此外，振蕩裝置10從與第一振動面相對的第二振動面輸出超聲波32，所述超聲波32具有與超聲波30的相位相反的相位。波導40設置在第一振動面上，并且包括開口端46。波導50設置在第二振動面上，并且包括與開口端46面朝相同方向的開口端56。聲波濾波器80設置在波導50上，并且對超聲波32進行衰減。下文中，將詳細描述電聲換能器100的結構。如圖1所示，電聲換能器100還包括殼體20。殼體20內(nèi)部包括振蕩裝置10。開口端46和開口端56設置在殼體20的表面上。圖2是示出了圖1所示的振蕩裝置10的截面圖。如圖2所示，振蕩裝置10包括壓電振子11、振動部件12和支撐部件13。振動部件12約束壓電振子11。支撐部件13支撐振動部件12。此外，振蕩裝置10包括信號產(chǎn)生單元92和控制單元94。信號產(chǎn)生單元92與壓電振子11相連，并且產(chǎn)生要輸入到壓電振子11的電信號?？刂茊卧?4與信號產(chǎn)生單元92相連，并且基于從外部輸入的信息來控制信號產(chǎn)生單元92的信號產(chǎn)生。當振蕩裝置10用作揚聲器時，輸入至控制單元94的信息是聲音信號。通過響應于信號產(chǎn)生單元92產(chǎn)生的信號向壓電振子11施加電場，壓電振子11執(zhí)行膨脹和收縮運動。振動部件12接收膨脹和收縮運動，并且沿圖中的上下方向振動。此時如圖2所示，從第一振動面輸出超聲波30，并且從與第一振動面相對的第二振動面輸出具有與超聲波30的相位相反的相位的超聲波32。在第一實施例中，振蕩裝置10用作參變揚聲器。因此，控制單元94通過信號產(chǎn)生單元92輸入作為參變揚聲器的調(diào)制信號。當振蕩裝置10用作參變揚聲器時，壓電振子11使用20kHz或以上(例如100kHz)的聲波作為該信號的輸送波。在振蕩裝置10中，可以將多組壓電振子11和振動部件12設置為陣列形式。因此，可以提高振蕩裝置10輸出的超聲波30和超聲波32的指向性。圖3是示出了圖2所示壓電振子11的截面圖。如圖3所示，壓電振子11包括壓電本體14、上電極15和下電極16。此外，壓電振子11具有例如圓形形狀、橢圓形狀或矩形形狀。壓電本體14插入到上電極15和下電極16之間。壓電本體14由具有壓電效應的材料構成，并且例如由鈦酸鉛鋅(PZT)、鈦酸鋇(BaTiO3)等構成。此外，優(yōu)選的是壓電本體14的厚度是10μm至1mm。如果厚度小于10μm并且當壓電本體14由易碎材料構成時，容易損壞壓電本體14。另一方面，當厚度大于1mm時，降低了壓電本體14的電場的強度，從而引起能量轉換效率的劣化。上電極15和下電極16由例如銀、銀/鈀合金等構成。優(yōu)選的是上電極15和下電極16的厚度是1至50μm。當厚度小于1μm時，難以均勻地形成。另一方面，當厚度大于50μm時，上電極15和下電極16變成相對于壓電本體14的約束表面，從而引起能量轉換效率的劣化。振動部件12由相對于陶瓷材料具有高彈性模量的材料構成，并且由例如磷青銅、不銹鋼等構成。優(yōu)選的是振動部件12的厚度是5至500μm。此外，優(yōu)選的是振動部件12的縱向彈性模量是1至500GPa。當振動部件12的縱向彈性模量過低或過高時，存在這樣的問題：可能損壞機械振子特性和可靠性。如圖1所示，波導40包括構成振蕩裝置10一側的內(nèi)部區(qū)域42、和構成開口端46一側的外部區(qū)域44。波導50包括構成振蕩裝置10一側的內(nèi)部區(qū)域52、和構成開口端56一側并且與外部區(qū)域44相互平行的外部區(qū)域54。波導40在內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域44的結合處彎曲成直角。波導40可以整體上具有彎曲形狀，該彎曲形狀組合了內(nèi)部區(qū)域42和外部區(qū)域44。波導50在內(nèi)部區(qū)域52和外部區(qū)域54的結合處彎曲成直角。波導50可以整體上具有彎曲形狀，該彎曲形狀組合了內(nèi)部區(qū)域52和外部區(qū)域54。波導40的長度和波導50的長度之差d如下：(n+3/4)×λ＜d＜(n+5/4)×λ(n是整數(shù))例如，可以通過調(diào)節(jié)振動裝置10的位置來調(diào)節(jié)波導40的長度和波導50的長度之差d。例如，可以通過在內(nèi)部區(qū)域42一側或者在內(nèi)部區(qū)域52一側移動振動裝置10來調(diào)節(jié)差d。如圖1所示，當外部區(qū)域44的長度等于外部區(qū)域54的長度，并且假設內(nèi)部區(qū)域42的長度是d1，以及內(nèi)部區(qū)域52的長度是d2時，|d1-d2|＝d。聲波濾波器80設置為覆蓋開口端56。如果超聲波32穿過聲波濾波器80，超聲波32的聲壓衰減。可以與再現(xiàn)區(qū)域的空間控制相一致地適當改變聲波濾波器80的厚度，隨后將描述再現(xiàn)區(qū)域的空間控制。下面描述參變揚聲器的操作原理。參變揚聲器的操作原理是使用以下原理來再現(xiàn)聲音：基于當被執(zhí)行了AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制或FM調(diào)制的超聲波發(fā)射到空氣中并且超聲波在空氣中傳播時獲得的非線性特性，出現(xiàn)可聽見的聲音。這里，非線性意味著如果由流體的慣性作用與粘滯作用之比表示的雷諾數(shù)(Reynoldsnumber)變大，層流變成湍流。也就是說，因為在流體中聲波受到微擾，聲波按照非線性方式傳播。具體地，當將超聲波發(fā)射到空氣中時，根據(jù)非線性顯著地產(chǎn)生了諧波。此外，聲波處于稠密狀態(tài)，在稠密狀態(tài)中空氣中的分子團集中混合。當相比于壓縮空氣分子要花費另外的時間來恢復空氣分子時，在壓縮之后難以恢復的空氣與按照連續(xù)方式傳播的空氣分子碰撞，從而產(chǎn)生沖擊波并且產(chǎn)生可聽見的聲音。參變揚聲器可以只在用戶附近產(chǎn)生聲音場，從而從隱私保護的觀點來看是優(yōu)良的。隨后，描述通過根據(jù)第一實施例的電聲換能器100在聲音再現(xiàn)時執(zhí)行再現(xiàn)區(qū)域的空間控制的原理。圖4是示出了由圖1所示的電聲換能器100執(zhí)行的聲音再現(xiàn)原理的圖。電聲換能器100從振蕩裝置10的第一振動面朝著波導40輸出超聲波30。因此，在沿著波導40的開口端46面對的方向定位的區(qū)域中形成聲音場。此外，電聲換能器100從振蕩裝置10的第二振動面朝著波導50輸出超聲波32。因此，在沿著波導50的開口端56面對的方向定位的區(qū)域中形成聲音場。超聲波30和超聲波32在空間中行進，同時具有高指向性并且是廣泛分布的量。因此，分別從面朝相同方向的開口端46和開口端56輸出、并且彼此平行行進的超聲波30和超聲波32彼此干涉。另一方面在電聲換能器100中，分別從第一振動面和第二振動面發(fā)射各自均具有波長λ的超聲波30和超聲波32，所述第二振動面在與振蕩裝置10中包括的第一振動面相對的表面上形成。因此，超聲波30和超聲波32具有相反的相位。也就是說，超聲波30和超聲波32的相位偏移λ/2。這里，波導40的長度和波導50的長度之差如下：(n+3/4)×λ＜d＜(n+5/4)×λ(n是整數(shù))。因此，當超聲波30與超聲波32碰撞時，超聲波30和超聲波32彼此干涉，并且彼此消逝或者彼此削弱。這里如圖4所示，超聲波在預定距離處迅速衰減。此外，依賴于超聲波的聲壓，在超聲波衰減前的距離較長或較短。也就是說，當超聲波的聲壓較高時，超聲波在較遠的距離處迅速衰減。在第一實施例中，因為超聲波32通過在波導50中設置的聲波濾波器80，超聲波32的聲壓在將超聲波32輸出到電聲換能器100外部的階段發(fā)生衰減。因此如圖4所示，與超聲波30相比較，超聲波32在電聲換能器100附近的位置處迅速衰減。因此，在超聲波32衰減前的空間中，超聲波30和超聲波32彼此干涉，并且變得彼此消逝或者彼此削弱。如上所述，可以在從電聲換能器100起直至預定距離的空間中控制聲壓。此外，在超聲波32衰減的位置之后的向后空間中只有超聲波30行進。因此，在超聲波32衰減的位置之后的向后空間中，再現(xiàn)具有優(yōu)良聲壓的聲音。當再現(xiàn)聲壓在從電聲換能器100到超聲波32衰減位置的空間中變得消逝時，進一步優(yōu)選的是波導40的長度和波導50的長度之差d是λ的整數(shù)倍。此外，波導40的長度和波導50的長度之差可以采取其他數(shù)值范圍，例如差d可以如下：(n+1/4)×λ＜d＜(n+3/4)×λ(n是整數(shù))。在這種情況下，超聲波30和超聲波30彼此增強。因此，在從電聲換能器100到超聲波32衰減位置的空間中，增大了再現(xiàn)聲壓。隨后將描述第一實施例的優(yōu)點。根據(jù)第一實施例的電聲換能器100，分別從面對相同方向的開口端46和開口端56輸出彼此具有相反相位的超聲波30和超聲波32。此外，聲波濾波器80設置在波導50中。因此，可以控制從電聲換能器100到超聲波32衰減位置的空間中的聲壓。此外，在超聲波32衰減位置之后的向后空間中，再現(xiàn)了具有優(yōu)良聲壓的聲音。因此在聲音再現(xiàn)時，可以沿從用戶看來的前后方向控制再現(xiàn)區(qū)域的空間。圖5是示出了根據(jù)第二實施例的電聲換能器102的截面圖，并且與根據(jù)第一實施例的圖1相對應。根據(jù)第二實施例的電聲換能器102與根據(jù)第一實施例的電聲換能器100相同，除了聲波濾波器80設置在波導50的波導內(nèi)壁上之外。盡管圖中未示出，但是超聲波從開口端56輸出，同時與內(nèi)部區(qū)域52的內(nèi)壁或者外部區(qū)域54的內(nèi)壁碰撞。因此，即使聲波濾波器80設置在波導50的內(nèi)壁上，超聲波32的聲壓也得到衰減。在第二實施例中，可以獲得與第一實施例相同的優(yōu)勢。因此，盡管已經(jīng)參考附圖描述了本發(fā)明的實施例，但是它們是本發(fā)明的示例，并且可以使用除了上述示例之外的各種結構。該申請要求2010年12月28日遞交的日本專利申請No.2010-291871的優(yōu)先權，并且這里包含其全部公開。