(57)【要約】【課題】音質特性の優れた超音波スピーカシステムの実現。【解決手段】音声信号源から出力された音声信号が入力される第１可変利得ブロックと、第１可変利得ブロックからの出力された音声信号が入力される変調ブロックと、変調ブロックにおいて音声信号を元に生成された変調信号が入力される第２可変利得ブロックと、第２可変利得ブロックから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する超音波アクチュエータと、少なくとも第１可変利得ブロック及び前記第２可変利得ブロックを制御する制御部とを有し、制御部は、変調信号の変調度が所定値となるように第１可変利得ブロックの利得を制御すると共に、第１可変利得ブロックの利得が１以上の場合、第２可変利得ブロックの利得は１より小さい値に制御し、第１可変利得ブロックの利得が１以下の場合、第２可変利得ブロックの利得は１より大きな値に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号源から出力された音声信号が入力される第１可変利得ブロックと、
前記第１可変利得ブロックからの出力された前記音声信号が入力される変調ブロックと、
前記変調ブロックにおいて前記音声信号を元に生成された変調信号が入力される第２可変利得ブロックと、
前記第２可変利得ブロックから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する超音波アクチュエータと、
少なくとも前記第１可変利得ブロック及び前記第２可変利得ブロックを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記変調信号の変調度が所定値となるように前記第１可変利得ブロックの利得を制御すると共に、
前記制御部は、前記第１可変利得ブロックの利得が１以上の場合、前記第２可変利得ブロックの利得は１より小さい値に制御し、前記第１可変利得ブロックの利得が１以下の場合、前記第２可変利得ブロックの利得は１より大きな値に制御する超音波スピーカシステム。
【請求項２】
音声信号源から出力された音声信号が入力される第１可変利得ブロックと、
前記第１可変利得ブロックからの出力された前記音声信号が入力される変調ブロックと、
前記変調ブロックにおいて前記音声信号を元に生成された変調信号が入力される第２可変利得ブロックと、
前記第２可変利得ブロックから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する超音波アクチュエータと、
少なくとも前記第１可変利得ブロック及び前記第２可変利得ブロックを制御する制御部とを有し、
前記制御部は、前記変調信号の変調度が所定値となるように前記第１可変利得ブロックの利得を制御すると共に、
前記制御部が前記第１可変利得ブロックの利得を上げる場合、前記制御部は前記第２可変利得ブロックの利得を下げ、
前記制御部が前記第１可変利得ブロックの利得を下げる場合、前記制御部は前記第２可変利得ブロックの利得を上げる超音波スピーカシステム。
【請求項３】
前記制御部へは前記音声信号源から音量情報が入力され、
この音量情報に基づき前記制御部は、前記第１可変利得ブロックの利得及び前記第２可変利得ブロックの利得を制御する請求項１および２に記載の超音波スピーカシステム。
【請求項４】
前記音声信号源から出力された前記音声信号の一部は前記制御部へ入力され、
前記制御部は、入力された前記音声信号から音量情報を導出し、導出された音量情報に基づき前記制御部は前記第１可変利得ブロックの利得及び前記第２可変利得ブロックの利得を制御する請求項１または２に記載の超音波スピーカシステム。
【請求項５】
前記第１可変利得ブロックの利得値Ｇ１と、前記第２可変利得ブロックの利得値Ｇ２の関係は、（数１）となっている請求項１または２に記載の超音波スピーカシステム。
【数１】
2014158199.tif 000004
【請求項６】
前記第１可変利得ブロックの利得値Ｇ１と、前記第２可変利得ブロックの利得値Ｇ２の決定方法は、予め算出しておいたルックアップテーブルのデータを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波スピーカシステム。
【請求項７】
前記制御部は、前記音声信号のレベルが所定値以下の場合、前記第２可変利得ブロックの利得を零にすることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波スピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波に対する媒質（例えば空気）の非線形性を用いて可聴周波数帯の信号音を再生させる超音波スピーカシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波スピーカシステムは、通常のスピーカに比べて非常に指向性が強いため、音声情報を特定の場所にだけ伝達する等の目的で使用されている。例えば、超音波スピーカは美術館等の展示場において、ある作品の前に近づいて行くと、その近くの限られた範囲内の人にだけ作品に関する説明が聞こえてくるように設置されている。
【０００３】
上述の超音波スピーカシステムの従来のシステム構成を図２に示す。図２において、従来の超音波スピーカシステムは、音声信号源１０１から出力された音声信号が入力される変調ブロック１０２と、変調ブロック１０２において音声信号を元に生成された変調信号が入力される増幅器１０３と、増幅器１０３から出力された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する超音波アクチュエータ１０４とを有している。
【０００４】
変調ブロック１０２で生成される変調信号の一例としては、音声信号で超音波（キャリア波）の振幅を変調したＡＭ変調信号が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−７５１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の超音波スピーカシステム１００において、ＡＭ変調信号を超音波アクチュエータ１０４へ入力し、超音波アクチュエータ１０４を介して媒質中に音波を放射する場合、変調信号の変調度の最適な値は、変調ブロック１０２で用いられる変調アルゴリズムに応じて一意的に決まる。しかし、従来の超音波スピーカシステム１００においては、音声信号源１０１から出力される音声信号の音量レベルがユーザにより適宜変更される為、変調ブロック１０２で生成される変調信号の変調度が変化し、変調度が最適な値から外れて超音波スピーカから放射される可聴音圧の減少や高調波歪みの増加といった音質劣化が生じるという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決するために、本発明の超音波スピーカシステムは、音声信号源から出力された音声信号が入力される第１可変利得ブロックと、第１可変利得ブロックからの出力された音声信号が入力される変調ブロックと、変調ブロックにおいて音声信号を元に生成された変調信号が入力される第２可変利得ブロックと、第２可変利得ブロックから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する超音波アクチュエータと、少なくとも第１可変利得ブロック及び第２可変利得ブロックを制御する制御部とを有し、制御部は、変調信号の変調度が所定値となるように第１可変利得ブロックの利得を制御すると共に、制御部は、第１可変利得ブロックの利得が１以上の場合、第２可変利得ブロックの利得は１より小さい値に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の超音波スピーカシステムは、該システムを構成する制御部が、変調信号の変調度が所定値（超音波アクチュエータにおいて音声信号を媒質中に放射される音波へ変換する際、可聴音圧のレベルや高調波歪み等の音質特性が良好な状態となる値）となるように第１可変利得ブロックの利得を制御するため、ユーザにより、適宜、音声信号の音量が変更されたとしても、変調信号の変調度が所定値から大きく外れることが無い。更に、制御部は、第１可変利得ブロックの利得が１以上の場合、第２可変利得ブロックの利得は１より小さい値に制御するため、例えば、変調度を所定値にするため第１可変利得ブロックの利得を１以上の値にしたとしても、第２可変利得ブロックの利得は１より小さな値へ制御部により変更されるため、超音波スピーカシステムから聞こえてくる音の音量レベルを、ユーザが選択し、想定していた音量レベルから大きく外れることを回避できる。ゆえに、定常的に、音質特性の優れた超音波スピーカシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の超音波スピーカシステムのブロック図
【図２】従来の超音波スピーカシステムのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る本発明のセンサついて、図１を用いて説明する。図１において、本発明の超音波スピーカシステム１は、音声信号源２から出力された音声信号が入力される第１可変利得ブロック３と、第１可変利得ブロック３からの出力された音声信号が入力される変調ブロック４と、変調ブロック４において音声信号を元に生成された変調信号が入力される第２可変利得ブロック５とを有している。更に、本発明の超音波スピーカシステム１は、第２可変利得ブロック５から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する超音波アクチュエータ７と、少なくとも第１可変利得ブロック３及び第２可変利得ブロック５を制御する制御部８とを有している。
【００１１】
制御部８は、変調信号の変調度が所定値となるように第１可変利得ブロック３の利得を制御すると共に、制御部８は、第１可変利得ブロック３の利得が１以上の場合、第２可変利得ブロック５の利得は１より小さい値に制御する。
【００１２】
また逆に、制御部８は、変調信号の変調度が所定値となるように第１可変利得ブロック３の利得を制御した結果、第１可変利得ブロック３の利得が１以下の場合、第２可変利得ブロック５の利得は１より大きい値に制御する。
【００１３】
変調ブロック４で生成される変調信号の変調度が所定値となるように第１可変利得ブロック３の利得を制御する方法としては、例えば、２つの方法が考えられる。
【００１４】
１つ目の方法としては、制御部８へ音声信号源２から音量情報を入力し（図１の点線矢印ａ）、この音量情報に基づいて制御部８が第１可変利得ブロック３の利得値を決定する方法である。ここで音量情報とは、ユーザが選択した音量レベルを示す情報であり、例えば、音声信号源のボリューム情報や、音声信号源２から出力される音声信号の振幅の平均的な大きさを示す指標や、振幅最大値等を示す値であってもよい。例えば、ＡＭ変調の変調度は、音声信号の振幅最大値と超音波（キャリア波）の振幅最大値より決定される値である為、この音量情報を基に、所定の変調度の変調信号を生成する為に必要となる第１可変利得ブロック３の利得値を制御部８は導出できる。変調ブロック４で生成される変調信号がＡＭ変調以外の変調方式を採用したものであったとしても、ＡＭ変調同様に、音声信号の振幅最大値が導出できれば変調度を算出することができる。
【００１５】
２つ目の方法としては、音声信号源２から出力された音声信号の一部を制御部８へ入力し（図１の点線矢印ｂ）、制御部８において入力された音声信号から音量情報を導出し、導出された音量情報に基づき第１可変利得ブロック３の利得値を決定する方法である。音量情報の導出方法としては、例えば、取得された音声信号の積分を取る方法や、音声信号の包絡線のピーク値や平均値を用いる方法等がある。
【００１６】
第１可変利得ブロック３の利得値を制御部８が決定する方法として上述の２つの方法を紹介したが、これ以外の方法で音声信号の音量情報を入手してもよい。要は、制御部８が音声信号の振幅最大値に相当する情報を入手できれば、本発明の超音波スピーカシステムは実現できる。
【００１７】
上述の通り、本発明の超音波スピーカシステムは、ユーザが音量レベルを変更したとしても、変調ブロック４から出力される変調信号の変調度を最適な所定値に収束できる為、音質特性に優れた超音波スピーカシステムを実現できる。
【００１８】
また、本発明の超音波スピーカシステムの制御部８は、第１可変利得ブロック３の利得が１以上の場合、第２可変利得ブロック５の利得は１より小さい値になるように制御するため、超音波スピーカシステムから聞こえてくる音の音量レベルが、ユーザが選択し、想定していた音量レベルから大きく外れることを回避できる。つまり、変調ブロック４で生成される変調信号の変調度が所定値になるように第１可変利得ブロック３の利得値を制御した結果、ユーザが選択していた音量レベルから変化してしまうが、第２可変利得ブロック５の利得値を第１可変利得ブロック３の利得値の変化方向と逆方向に変化させることにより（つまり、第１可変利得ブロック３の利得値を１以上の値へ変更した場合、第２可変利得ブロック５の利得値を１より小さい値へ変更することを意味する）、ユーザが選択していた音量レベルから大きく外れることを回避できる。
【００１９】
つまり、制御部８は、第１可変利得ブロック３の利得を上げる場合、併せて第２可変利得ブロック５の利得を下げ、また、第１可変利得ブロック３の利得を下げる場合には、併せて第２可変利得ブロック５の利得を上げる制御を行うことでユーザが選択していた音量レベルから大きく外れることを回避できる。
【００２０】
また、制御部８は、第１可変利得ブロック３の利得値Ｇ１と、第２可変利得ブロック５の利得値Ｇ２の関係が（数１）の関係になるように第１可変利得ブロック３の利得値と第２可変利得ブロック５の利得値を制御しても良い。
【００２１】
【数１】
2014158199.tif 000003
【００２２】
このような制御を行うことにより、ユーザが聴く音量をユーザが選択していた音量レベルに精度良く合わせる事ができる。
【００２３】
また、制御部８は、音声信号のレベルが所定値以下の場合、第２可変利得ブロック５の利得を零とするような制御を行っても良い。
【００２４】
このような制御を行うことにより、入力された音声信号が無信号もしくはそれに近い小信号の場合、キャリア波の出力を停止することができる。これにより、無信号もしくはそれに近い小信号入力時の消費電力を抑えることができる。
【００２５】
尚、（数１）における利得値Ｇ１は、上述の通り、音量情報を元に決定される。
【００２６】
尚、図１における増幅器６は、通常電流及び電圧の増幅機能を有しており、超音波アクチュエータを駆動することができる。しかし、増幅器６が無く、第２可変利得ブロック５から出力される変調信号が超音波アクチュエータ７へ直接入力される構成であっても、可変利得ブロックがアクチュエータに対して十分な電流供給能力を持っていれば、上述の従来の超音波スピーカシステムが抱える課題を解決できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明の超音波スピーカシステムは、可聴音圧のレベルや高調波歪み等の音質特性に優れているため、例えば、オーディオ再生や小音量の音声再生等に有用である。
【符号の説明】
【００２８】
１  超音波スピーカシステム
２  音声信号源
３  第１可変利得ブロック
４  変調ブロック
５  第２可変利得ブロック
６  増幅器
７  超音波アクチュエータ
８  制御部
【図１】
2014158199.tif 000005
【図２】
2014158199.tif 000006