(57)【要約】  電子機器は、音声信号をパラメトリックスピーカ用の変調波に変調する変調手段（２２）と、変調波が入力される発振装置（１２）と、変調波により復調される音波の周波数特性を補正するイコライザ（２６）と、変調波のキャリア周波数を選択し、かつ選択したキャリア周波数に基づいてイコライザ（２６）の設定を変更する制御手段（２０）と、を備える。これにより、復調される音波の周波数特性を、変調波のキャリア周波数ごとに補正することが可能な電子機器を提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号をパラメトリックスピーカ用の変調波に変調する変調手段と、
前記変調波が入力される発振装置と、
前記変調波により復調される音波の周波数特性を補正するイコライザと、
前記変調波のキャリア周波数を選択し、かつ選択した前記キャリア周波数に基づいて前記イコライザの設定を変更する制御手段と、
を備える電子機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電子機器において、
前記イコライザは、前記変調波を補正することにより、前記変調波により復調される音波の周波数特性を補正する電子機器。
【請求項３】
請求項１に記載の電子機器において、
前記イコライザは、前記音声信号を補正することにより、前記変調波により復調される音波の周波数特性を補正する電子機器。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれか１項に記載の電子機器において、
使用者および使用者周辺の領域を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された前記領域における人の有無を判定する判定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記領域における人の有無に基づいて、前記キャリア周波数を選択する電子機器。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか１項に記載の電子機器において、
使用者と前記発振装置との距離を算出する距離算出手段を備え、
前記制御手段は、前記距離算出手段により算出された前記発振装置と前記使用者との距離に基づいて前記キャリア周波数を選択する電子機器。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器において、
前記発振装置は、前記使用者に向けてセンサ用の超音波を出力し、
前記距離算出手段は、反射してきた前記センサ用の超音波を検出し、かつ前記センサ用の超音波が前記発振装置により出力されてから検出されるまでの時間に基づいて前記使用者と前記発振装置との距離を検出する電子機器。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか１項に記載の電子機器において、
前記制御手段は、前記発振装置の基本波、倍波、または３倍波のうちのいずれかに対応する前記キャリア周波数を選択する電子機器。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか１項に記載の電子機器において、
前記電子機器は、携帯通信端末である電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置を備える電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカに関する技術については様々な検討がなされており、例えば超音波を出力する発振装置を利用したものが挙げられる。スピーカによる音響再生に、超音波を発振する発振装置を利用することで、指向性の高い音場の形成が可能となる。超音波を利用したスピーカに関する技術としては、例えば特許文献１〜３に記載されるものが挙げられる。特許文献１〜３はいずれも、超音波の非線形現象を利用したパラメトリックスピーカに関する技術である。【０００３】
特許文献１に記載の技術は、搬送高周波の位相調整を制御することにより、振動子群から発せられる音声の方向を変化させるというものである。特許文献２では、対象人物までの距離に応じて、キャリア波の周波数を変更して出力することが記載されている。特許文献３に記載の技術は、異なる共振周波数を持つ複数個の圧電素子を備えることで、搬送波を選択可能とするというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２６５３９８号公報
【特許文献２】特開２００５−８０２２７号公報
【特許文献３】特開２００６−２４５７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パラメトリックスピーカにおいては、変調波のキャリア周波数を選択することで、発振装置から出力される超音波の指向性を調整することができる。しかし、選択されるキャリア周波数ごとに、復調される音波の周波数特性は異なる。【０００６】
本発明の目的は、復調される音波の周波数特性を、変調波のキャリア周波数ごとに補正することが可能な電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、音声信号をパラメトリックスピーカ用の変調波に変調する変調手段と、
前記変調波が入力される発振装置と、
前記変調波により復調される音波の周波数特性を補正するイコライザと、
前記変調波のキャリア周波数を選択し、かつ選択した前記キャリア周波数に基づいて前記イコライザの設定を変更する制御手段と、
を備える電子機器が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、復調される音波の周波数特性を、変調波のキャリア周波数ごとに補正することが可能な電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る電子機器を示すブロック図である。
【図２】図１に示すアレイスピーカを示す平面図である。
【図３】図１に示す発振装置を示す断面図である。
【図４】図３に示す圧電振動子を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態における、電子機器による音声再生方法を示すフロー図である。
【図６】第１の実施形態における、指向性制御の方法を説明するための説明図である。
【図７】第１の実施形態における、イコライザによる周波数特性の補正を説明するためのグラフである。
【図８】図１に示す電子機器の変形例を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る電子機器を示すブロック図である。
【図１０】第２の実施形態における、電子機器による音声再生方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る電子機器１００を示すブロック図である。電子機器１００は、変調手段２２と、発振装置１２と、イコライザ２６と、制御手段２０と、を備えている。電子機器１００は、例えば携帯電話機等の携帯端末装置である。
【００１３】
変調手段２２は、音声信号をパラメトリックスピーカ用の変調波に変調する。発振装置１２には、変調波が入力される。イコライザ２６は、変調波により復調される音波の周波数特性を補正する。制御手段２０は、変調波のキャリア周波数を選択する。また、制御手段２０は、選択したキャリア周波数に基づいてイコライザ２６の設定を変更する。
以下、本実施形態に係る電子機器１００、および電子機器１００による音声再生方法について、詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態に係る電子機器１００は、パラメトリックスピーカの動作原理を利用して音響再生をする。パラメトリックスピーカの動作原理は次のようである。パラメトリックスピーカの動作原理は、ＡＭ変調やＤＳＢ変調、ＳＳＢ変調、ＦＭ変調をかけた超音波を空気中に放射し、超音波が空気中に伝播する際の非線形特性により、可聴音が出現する原理で音響再生を行うというものである。ここでいう非線形とは、流れの慣性作用と粘性作用の比で示されるレイノルズ数が大きくなると、層流から乱流に推移することをいう。すなわち、音波は流体内で微少にじょう乱しているため、音波は非線形で伝播している。特に超音波を空気中に放射した場合に、非線形性に伴う高調波が顕著に発生する。また音波は、空気中の分子集団が濃淡に混在する疎密状態である。空気分子が圧縮よりも復元するのに時間が生じた場合、圧縮後に復元できない空気が、連続的に伝播する空気分子と衝突し、衝撃波が生じて可聴音が発生する。
【００１５】
図２は、図１に示すアレイスピーカ１０を示す平面図である。電子機器１００は、複数の発振装置１２を有している。複数の発振装置１２は、図２に示すようにアレイ状に配列されて、アレイスピーカ１０を構成する。
各発振装置１２は、例えば互いに異なる変調波が入力できるように設けられる。この場合、各発振装置１２へ入力する変調波の位相を制御することで、アレイスピーカ１０から出力される超音波の指向性を制御することができる。
【００１６】
図３は、図１に示す発振装置１２を示す断面図である。図３に示すように、発振装置１２は、圧電振動子６０と、振動部材６２と、支持部材６４と、を備えている。圧電振動子６０は、振動部材６２の一面に設けられている。支持部材６４は、振動部材６２の縁を支持している。圧電振動子６０の圧電効果による伸縮を受けて振動部材６２が振動することにより、超音波が出力されることとなる。
【００１７】
図４は、図３に示す圧電振動子６０を示す断面図である。図４に示すように、圧電振動子６０は、圧電体７０、上部電極７２および下部電極７４からなる。また、圧電振動子６０は、例えば平面視で円形または楕円形を有する。
圧電体７０は、上部電極７２と下部電極７４に挟まれている。また、圧電体７０は、その厚さ方向に分極している。圧電体７０は、圧電効果を有する材料により構成することができる。圧電体７０は、例えば電気機械変換効率が高い材料であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）またはチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等により構成される。
圧電体７０の厚みは、１０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。厚みが１０μｍ未満である場合、圧電体７０は脆性材料により構成されるため、取り扱い時において破損等が生じやすい。一方、厚みが１ｍｍを超える場合、圧電体７０の電界強度が低減する。このため、エネルギー変換効率の低下を招く。
【００１８】
上部電極７２および下部電極７４は、電気伝導性を有する材料によって構成することができる。上部電極７２および下部電極７４は、例えば銀または銀／パラジウム合金等によって構成される。
銀は低抵抗な汎用材料である。このため、上部電極７２および下部電極７４が銀により構成される場合、製造コストや製造プロセスの観点から優位である。また、銀／パラジウム合金は耐酸化性に優れた低抵抗材料である。このため、上部電極７２および下部電極７４が銀／パラジウム合金により構成される場合、信頼性に優れる圧電振動子６０を実現することができる。
上部電極７２および下部電極７４の厚みは、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。厚みが１μｍ未満の場合、均一に成形することが難しくなる。一方、５０μｍを超える場合、上部電極７２または下部電極７４が圧電体７０に対して拘束面となり、エネルギー変換効率の低下を招く。
【００１９】
振動部材６２は、金属や樹脂等、脆性材料であるセラミックに対して高い弾性率を持つ材料によって構成することができる。振動部材６２は、例えばリン青銅、又はステンレス等の汎用材料によって構成される。振動部材６２の厚みは、５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また振動部材６２の縦弾性係数は、１ＧＰａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材６２の縦弾性係数が過度に低い、または高い場合、機械振動子としての特性や信頼性を損なうおそれがある。
【００２０】
図１に示すように、電子機器１００は、信号生成手段２４を備えている。信号生成手段２４は、変調手段２２と接続されている。また、信号生成手段２４は、音声信号を生成する。信号生成手段２４において生成された音声信号は、変調手段２２によってパラメトリックスピーカ用の変調波に変調される。パラメトリックスピーカ用の変調波は、例えば２０ｋＨｚ以上のキャリア周波数を有する。
変調手段２２は、イコライザ２６と接続している。本実施形態において、イコライザ２６は、変調手段２２により生成された変調波を補正することにより、当該変調波により復調される音波の周波数特性を補正する。そして、イコライザ２６により補正された変調波が、発振装置１２へ入力される。その後、発振装置１２から、変調波に対応した超音波が出力される。
【００２１】
制御手段２０は、変調手段２２と接続している。制御手段２０は、変調手段２２により生成される変調波のキャリア周波数を選択する。そして、変調手段２２は、信号生成手段２４により生成された音声信号を、制御手段２０により選択されたキャリア周波数を有する変調波へ変調する。制御手段２０は、例えば発振装置１２の基本波、倍波、または３倍波のうちのいずれかに対応するキャリア周波数を選択する。
図６は、第１の実施形態における、指向性制御の方法を説明するための説明図である。図６では、発振装置１２から出力される超音波が伝達する空間４０を模式的に示している。また、図６では、変調波のキャリア周波数が発振装置１２の基本波（図６（ａ））、倍波（図６（ｂ））、３倍波（図６（ｃ））である場合において、発振装置１２から出力される超音波の指向性を示している。
図６に示すように、発振装置１２から出力される超音波の指向性は、周波数の上昇とともに高くなる。すなわち、変調波のキャリア周波数を選択することにより、発振装置１２から出力される超音波の指向性を制御することができる。
【００２２】
また、制御手段２０は、イコライザ２６と接続している。制御手段２０は、選択したキャリア周波数に基づいて、イコライザ２６の設定を変更する。これにより、変調手段２２によって生成された変調波により復調される音波の周波数特性を、変調波のキャリア周波数ごとに補正することができる。
図７は、第１の実施形態における、イコライザ２６による周波数特性の補正を説明するためのグラフである。図７では、変調波のキャリア周波数が２０ｋＨｚと６０ｋＨｚの場合において、変調波により復調される音波の周波数特性を示している。図７における周波数特性は、音圧の周波数依存性により示される。
図７に示すように、復調される音波の周波数特性は、変調波のキャリア周波数により異なる。本実施形態によれば、選択されたキャリア周波数に基づいてイコライザ２６の設定を変更する。このため、各キャリア周波数において、それぞれ最適な周波数特性の補正を行うことができる。これにより、図７に示すように、いずれのキャリア周波数を選択した場合においても、同様の周波数特性を有する音波を復調することが可能となる。
【００２３】
図１に示すように、電子機器１００は、撮像手段３０と、判定手段３２と、を備えている。撮像手段３０は、使用者および使用者周辺の領域を撮像して、画像データを生成する。判定手段３２は、当該画像データを処理することにより、撮像手段３０により撮像された領域における人の有無を判定する。人の有無の判定は、例えば、あらかじめ人を認識するための特徴量を記憶保存しておき、この特徴量と画像データとを照合させて行う。
制御手段２０は、撮像手段３０により撮像された領域における人の有無に基づいて、キャリア周波数を選択する。
使用者周辺の領域に人がいない場合には、低いキャリア周波数を選択することができる。キャリア周波数を低くすることにより、圧電振動子のインピーダンスが増加する。これにより、低消費電力化を実現することが可能となる。
また、使用者周辺の領域に人がいる場合には、高いキャリア周波数を選択することができる。これにより、発振装置１２から出力される超音波の指向性を高めることができる。従って、使用者のみに聞こえるプライベートサウンドを実現し、プライバシー保護の観点からも優れた電子機器の提供を可能とすることができる。
【００２４】
また、判定手段３２は、画像データを処理することにより、使用者の位置を認識することもできる。使用者の位置認識は、例えば使用者の特徴量を記憶保存し、この特徴量と画像データとを照合させて行う。特徴量としては、例えば両目の間隔の大きさ、または両目および鼻を結ぶ三角形の大きさ等が挙げられる。
制御手段２０は、認識された使用者の位置を含む領域に音場が形成されるように、発振装置１２から出力される超音波の指向性を調整することができる。
【００２５】
図８は、図１に示す電子機器１００の変形例を示すブロック図である。図８に示すように、電子機器１００は、例えば音波検出手段３４を有していてもよい。
音波検出手段３４は、例えば使用者と発振装置１２との距離を算出する距離算出手段として機能する。使用者と発振装置１２との間の距離の算出は、例えば次のように行う。まず、発振装置１２から、使用者に向けてセンサ用の超音波を出力する。次いで、音波検出手段３４により、使用者から反射してきたセンサ用の超音波を検出する。そして、センサ用の超音波が発振装置１２により出力されてから音波検出手段３４により検出されるまでの時間に基づいて、使用者と発振装置１２との間の距離を算出する。
制御手段２０は、算出された発振装置１２と使用者との距離に基づいて、変調波のキャリア周波数を選択する。例えば、発振装置１２から出力される超音波が使用者に到達するよう、変調波のキャリア周波数を選択することができる。
【００２６】
また、電子機器１００は、二つ以上の音波検出手段３４を有していてもよい。この場合音波検出手段３４を用いて使用者の位置を認識することも可能となる。
音波検出手段３４による使用者の位置の認識は例えば次のように行われる。まず、使用者から発せされる音声を、二つ以上の音波検出手段３４により検出する。音波検出手段３４により検出した音声は、あらかじめ記憶保存されている音声データと照合される。そして、使用者から発せられる音声が、一の音波検出手段３４へ到達する時間と、他の音波検出手段３４へ到達する時間の差を得る。この時間の差に基づいて、使用者の位置を特定する。
【００２７】
次に、本実施形態における、電子機器１００による音声再生方法を説明する。図５は、第１の実施形態における、電子機器１００による音声再生方法を示すフロー図である。
まず、制御手段２０により、発振装置１２へ入力する変調波のキャリア周波数が選択される（Ｓ０１）。変調波のキャリア周波数を選択することにより、発振装置１２から出力される超音波の指向性を調整することができる。変調波のキャリア周波数は、例えば使用者周辺の領域における人の有無や、使用者と発振装置１２との距離等により決定することができる。
次いで、イコライザ２６の設定を変更する（Ｓ０２）。イコライザ２６の設定は、選択されたキャリア周波数に基づいて、制御手段２０により変更される。
【００２８】
次いで、音声信号を出力する（Ｓ０３）。音声信号は、信号生成手段２４により出力される。次いで、変調手段２２により音声信号を変調して、変調波を生成する（Ｓ０４）。次いで、変調手段２２により生成された変調波を、イコライザ２６により補正する（Ｓ０５）。これにより、変調波により復調される音波の周波数特性を補正することとなる。
次いで、発振装置１２により、変調波に対応した超音波を出力する（Ｓ０６）。その後、超音波が復調され、使用者に向けて音声が再生されることとなる（Ｓ０７）。
【００２９】
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態によれば、イコライザ２６は、変調波により復調される音波の周波数特性を補正する。また、制御手段２０は、変調波のキャリア周波数を選択し、かつ選択したキャリア周波数に基づいてイコライザ２６の設定を変更する。このため、各キャリア周波数において、それぞれ最適な周波数特性の補正を行うことができる。従って、復調される音波の周波数特性を、変調波のキャリア周波数ごとに補正することが可能な電子機器を提供することができる。
【００３０】
図９は、第２の実施形態に係る電子機器１０２を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る図１に対応している。本実施形態に係る電子機器１０２は、イコライザ２６の構成を除いて、第１の実施形態における電子機器１００と同様の構成を有する。
【００３１】
図９に示すように、本実施形態に係る電子機器１０２において、イコライザ２６は、信号生成手段２４と接続している。そして、イコライザ２６は、信号生成手段２４から出力される音声信号を補正することにより、変調波により復調される音波の周波数特性を補正する。
変調手段２２は、イコライザ２６により補正された音声信号を変調波に変調する。そして、変調手段２２により生成された変調波が、発振装置１２へ入力される。
【００３２】
次に、本実施形態に係る電子機器１０２による音声出力方法を説明する。図１０は、第２の実施形態における、電子機器１０２による音声再生方法を示すフロー図である。
まず、制御手段２０により、発振装置１２へ入力する変調波のキャリア周波数が選択される（Ｓ１１）。次いで、イコライザ２６の設定を変更する（Ｓ１２）。イコライザ２６の設定は、選択されたキャリア周波数に基づいて、制御手段２０により変更される。これらの工程は、第１の実施形態と同様に行うことができる。
【００３３】
次いで、音声信号を出力する（Ｓ１３）。音声信号は、信号生成手段２４により出力される。次いで、信号生成手段２４により生成された音声信号を、イコライザ２６により補正する（Ｓ１４）。これにより、変調波により復調される音波の周波数特性を補正することとなる。次いで、変調手段２２により音声信号を変調して、変調波を生成する（Ｓ１５）。
次いで、発振装置１２により、変調波に対応した超音波を出力する（Ｓ１６）。その後、超音波が復調され、使用者に向けて音声が再生されることとなる（Ｓ１７）。
【００３４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【００３６】
この出願は、２０１１年８月１６日に出願された日本出願特願２０１１−１７７９６１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2013024573.tif 000013
2013024573.tif 000014
2013024573.tif 000015
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