「パラメトリック・スピーカ（parametric speaker）は、超音波の非線形相互作用を利用して可聴音を生成する音響システムであり、極めて高い指向性を持つ。
歴史 パラメトリック・アレーの理論は Westervelt による1963年の論文により確立されたWestervelt (1963)。当初は水中音響として研究が進み、1980年代に鎌倉友男、周英敏、池谷和夫らにより空中でのパラメトリック・アレー研究が行われた鎌倉ほか (1980)。
スピーカ応用としては、1981年の米山正秀、河面悠、藤本潤一郎、佐々部昭一らによる発表が初期例とされ米山ほか (1981)、1983年には M. Yoneyama、J. Fujimoto らが「Audio Spotlight」と題した論文を発表したYoneyama et al. (1983)。この名称が一般に広まった。
1985年のつくば科学万博では松下館の展示に採用され朝日新聞 (1985)、その後も実用化研究が報告されている鎌倉ほか (1985)。2000年代には酒井新一による技術解説が行われた酒井 (2003)。
原理と課題 一般的に、空中を粗密波である音波が伝搬する際、通常は線形の伝搬系とみなされるが、振幅が大きくなると、粗密による気圧差が音速の違いを生み、非線形伝搬となる。2つの異なる周波数の音響信号を線形系に加えても差音や和音は発生しないが、非線形系では発生する。その周波数の低い方の差音を可聴帯域になるようにしたのが、パラメトリック・スピーカである。
入力する二つの超音波信号の一方を搬送波として周波数を固定し、他方に可聴信号分の周波数差のある超音波を加えることは、つまり、振幅変調された信号波であり、これをパラメトリック・スピーカに入力する。パラメトリック・スピーカから放射された音波は、空気の非線形効果によって、復調されて、可聴信号を作り出す。この時得られた可聴信号は、搬送波の超音波と同等の高い指向性を持つことになる。搬送波の指向性は、その波長と振動面の大きさにより決まる。周波数が高いほど指向性は高いが、空中での減衰率は大きくなるので、周波数の選び方、また、超音波振動子をどれくらい使って発音面を作るかがキーとなる。ただし、水中に比べ、空気の非線形係数は小さく（水3.5，空気1.2）、大きな可聴音を得るためには、大出力の超音波が必要とされ、電気音響変換効率が悪い。これが普及を遅らせている要因の一つとされている。また、「スピーカ技術の100年」3）によると、スピーカとしての利用の際、超音波の人体への影響を検討し、ガイドラインの必要性を問うている。
製品 特定の狭い範囲にいる人に選択的に音を流すことができるため、アミューズメント施設などに利用されている。今後価格が下がれば、美術館や水族館、博物館への導入や交通案内などでの利用が期待される。
脚注
参考文献 1)J. Westervelt: ”Parametric Acoustic Array”, Journal of the Acoustical Society of America,35(1963) p535 2)鎌倉友男、周英敏、池谷和夫：”空気中における送波用パラメトリック・アレー”,日本音響学会誌,36,1（1980）p36 3) 佐伯多門著：”スピーカ技術の100年”,誠文堂新光社(2018)ｐ82 4)米山正秀、河面悠、藤本潤一郎、佐々部昭一：”非線形パラメトリック作用のスピーカへの応用”,電気音響研究会資料,EA81-65(1981)p41 5) M. Yoneyama, J. Fujimoto, et al. "The audio spotlight: An application of nonlinear interaction of sound waves to a new type of loudspeaker design", Journal of the Acoustical Society of America, 73 ,5,(1983), p 1532. 6)鎌倉友男：”非線形音響（日本音響学会編）”, コロナ社（2014）p90 7) 朝日新聞（1985） 8)鎌倉友男、米山正秀、池谷和夫：”パラメトリック・スピーカ実用化への検討”,日本音響学会誌,41,6（1985）ｐ378 9)酒井新一：”超指向性音響システムの技術”,JAS Journal, 43 5 (2003)
関連項目 超音波 音響兵器 音波消火器