(57)【要約】【課題】聴取者との相対的な位置に応じて、聴取者が受聴する音質を適切に制御する。【解決手段】搬送波周波数制御器２において、搬送波の周波数を制御する。この制御された搬送波を用いて変調器３において振幅変調を行うことで、搬送波周波数に応じて、超指向性スピーカシステムから出力された音響出力が媒質の非線形性により復調する距離と指向性を制御する。【効果】復調する距離を調整することで、最適な復調距離を超指向性スピーカシステムの聴取者に適合させ、聴取者に高品質な音場を実現できる。【選択図】      図１
2006081117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒質の非線形性により所定距離において復調される音響出力を該媒質中に放射するための超指向性スピーカシステムであって、超音波帯域の搬送波信号を原音信号により振幅変調する振幅変調手段と、前記搬送波信号の周波数を復調距離に応じて変化制御する搬送波周波数制御手段と、前記振幅変調手段から出力される振幅変調信号を媒質中に放射する電気音響変換手段とを含むことを特徴とする超指向性スピーカシステム。
【請求項２】
前記搬送波信号の周波数及び前記原音信号の周波数に応じて濾波周波数帯域が制御される周波数帯域制御手段を更に含み、前記振幅変調手段は、前記搬送波信号を前記周波数帯域制御手段の出力により振幅変調することを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカシステム。
【請求項３】
前記電気音響変換手段はアレー状に配置された複数の超音波振動子を含んでおり、復調方向に応じて前記複数の超音波振動子の出力時間差を制御する位相制御手段を更に含むことを特徴とする請求項１又は２記載の超指向性スピーカシステム。
【請求項４】
前記原音信号のチャネル数に対応する数の電気音響変換手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の超指向性スピーカシステム。
【請求項５】
聴取者の位置を検出するセンサを更に含み、前記センサの検出結果に応じて前記復調距離を決定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の超指向性スピーカシステム。
【請求項６】
前記センサは、発射音波に対する前記聴取者から反射波によって該聴取者の位置を検出することを特徴とする請求項５記載の超指向性スピーカシステム。
【請求項７】
前記センサは、発射光に対する前記聴取者から反射光によって該聴取者の位置を検出することを特徴とする請求項６記載の超指向性スピーカシステム。
【請求項８】
前記振幅変調手段は、前記搬送波信号及び前記原音信号の少なくとも一方に応じて、前記搬送波信号の振幅及び前記振幅変調における変調度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の超指向性スピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超指向性スピーカシステムに関し、特に復調する距離や方向の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、音響用スピーカから再生される音響出力には拡散性がある。このため、音響用スピーカを通して再生した音声や音楽などの音響出力を使用者すなわち聴取者が受聴する際に、聴取者以外の人にも音響出力が聞こえ、騒音となる問題や、秘密が漏洩する問題があった。
この問題を解決する手段として、指向性の高い音場を形成する超指向性スピーカとして、パラメトリックスピーカが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
パラメトリックスピーカは、高周波数の音波を搬送波として出力することによって高い指向性を得る。高い指向性を得るために、音波の周波数が高いほど指向角度が小さくなるという音波の性質を利用している。
パラメトリックスピーカは、例えば、図１４に示されているような構成で実現する。搬送波発振器２０によって生成した高周波数の正弦波を搬送波とし、変調器において原音１１を搬送波で振幅変調し、増幅器４を通して、電気音響変換器５に入力する。電気音響変換器５に入力される信号は、媒質中に有限振幅音波で出力されるために、増幅器４で振幅を増幅することが多い。
【０００４】
次に、このような超指向性スピーカシステムの動作について説明する。電気音響変換器５は、いわゆるパラメトリックアレイスピーカであり、可聴音（音声信号）によって超音波帯の周波数をもつ搬送波を振幅変調したものを空中に放射し、空気の非線型特性を利用して可聴音を復調することにより指向性の高い音響放射を行うスピーカである。
変調器３は、搬送波発振器２０から出力された超音波帯域の搬送波を、音声信号である原音１１により振幅変調する。搬送波発振器２０から出力される搬送波の周波数は超音波帯の周波数すなわち２０ＫＨｚ以上である。ここでは、搬送波の周波数を４０ＫＨｚとする。増幅器４は、変調器３から出力された被変調信号を、所定の増幅率に従って電気音響変換器５をドライブ可能なレベルまで振幅を増幅して、これを電気音響変換器５に出力する。
【０００５】
電気音響変換器５は、増幅器４で増幅された被変調信号を超指向性の音響振動として特定方向に放射する。電気音響変換器５によって空気中に放射された音響振動は、空気の非線形特性によって歪み波となり、空気中を伝搬中に元の可聴音に復調される。この復調された可聴音は、元の超音波の超指向特性を持っているため、所望の特定空間に対してのみ音響放射を行うことができる。
【０００６】
ここで、超指向性の音響放射について、図１５を参照して説明する。音声信号である原音１１が図１５（ａ）に示されている伝送波である。図１５（ｂ）は変調器３の内部で生成される搬送波の波形である。この搬送波を、音声信号である原音１１によって振幅変調すると、図１５（ｃ）のような振幅変調波が得られる。
このときの振幅変調波ｘは、搬送波周波数をｆ１、伝送波周波数をｆ２、搬送波振幅をｎ１、伝送波振幅をｎ２とすると式（１）のようになる。
ｘ＝（ｎ１＋ｎｘ）ｓｉｎｆ１＋ｎ２ｓｉｎ（ｆ１±ｆ２）…（１）
【０００７】
式（１）において、ｎｘは伝送波が０の時の音声信号レベルを示している。
この振幅変調波ｘを空中に放射すると、空気の非線形特性により空気が順方向に振動するときには早く進み、空気が逆方向に進むときには遅く進むことから、音波は、図１５（ｄ）に示されているように歪んだ歪み波となり、元の可聴音が復調されていく。復調後の可聴音が図１５（ｅ）に示されている。この復調波は、元の超音波の超指向特性を持っている。
【０００８】
以上のような原理により、パラメトリックスピーカは、指向性のある音響信号を出力することができる。
ところで、パラメトリックスピーカを用いて特定の位置に音場を指向させる技術として、パラメトリックスピーカの電気音響変換器をアレー状にしかつ曲面上に配置したり、電気音響変換した変調波を曲面で反射したりすることで、ある点に音響出力を指向させる方法が提案されている（例えば、特許文献２や特許文献３）。しかし、この方法は、空間上に複雑にパラメトリックスピーカを配置したり、反射面を必要としたりすることで、機器の配置に要する体積が増大し、また最適復調位置の調整のために機器の空間上の位置を変更する必要があるという問題がある。
【０００９】
また、パラメトリックスピーカを用いて特定の位置に音場を指向させる技術として、複数の電気音響変換器からの音場を干渉させる方法などが提案されている（例えば、特許文献４）。しかし、この方法は、複数の電気音響変換器を、距離をおいて配置する必要があり、電気音響変換器の数が多くなることや、機器間の制御精度を高く保つことが困難であるという問題がある。
【００１０】
さらにまた、音響信号が媒質を伝播していく過程で被変調信号から原音が復調され、復調される音圧は距離に応じて変動し、搬送波の周波数に依存することが知られている（例えば非特許文献１）。しかし、その搬送波の周波数は一度設定したあとは固定して利用されており、使用する場面や聴取者の状況に応じて最適に利用されていないという問題がある。
【特許文献１】特開昭５８−１１９２９３号公報
【特許文献２】特開平４−２１５３９９号公報
【特許文献３】特開２００３−１５８７８８号公報
【特許文献３】特開平１１−１４５９１５号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ａ  Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ａ  Ｎｏ．８  ｐｐ．１１２７−１１３５、１９９３／８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来技術によると、超指向性スピーカからの音響出力を聴取者が受聴する際に、超指向性スピーカと聴取者との相対的な位置により、聴取者が受聴する音質が低下するという問題がある。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は超指向性スピーカと聴取者との相対的な位置に応じて、聴取者が受聴する音質を適切に制御することのできる超指向性スピーカシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１による超指向性スピーカシステムは、媒質の非線形性により所定距離において復調される音響出力を該媒質中に放射するための超指向性スピーカシステムであって、超音波帯域の搬送波信号を原音信号により振幅変調する振幅変調手段と、前記搬送波信号の周波数を復調距離に応じて変化制御する搬送波周波数制御手段と、前記振幅変調手段から出力される振幅変調信号を媒質中に放射する電気音響変換手段とを含むことを特徴とする。搬送波の周波数を制御することで、搬送波周波数に応じて、超指向性スピーカシステムから出力された音響出力が媒質の非線形性により復調する距離と指向性を制御することができ、復調する距離を調整することで、最適な復調距離を超指向性スピーカシステムの聴取者に適合させ、聴取者に高品質な音場を実現できる。
【００１３】
本発明の請求項２による超指向性スピーカシステムは、請求項１において、前記搬送波信号の周波数及び前記原音信号の周波数に応じて濾波周波数帯域が制御される周波数帯域制御手段を更に含み、前記振幅変調手段は、前記搬送波信号を前記周波数帯域制御手段の出力により振幅変調することを特徴とする。この構成により、原音の周波数帯域を制御できるため、特に搬送波の周波数が低いときや原音が高周波数の振幅を含むときに、原音を搬送波周波数で振幅変調した変調波が、可聴周波数帯域で出力されることを防ぐことができる。
【００１４】
本発明の請求項３による超指向性スピーカシステムは、請求項１又は２において、前記電気音響変換手段はアレー状に配置された複数の超音波振動子を含んでおり、復調方向に応じて前記複数の超音波振動子の出力時間差を制御する位相制御手段を更に含むことを特徴とする。この構成により、複数の超音波振動子からの音響出力が加算され、電気音響変換器から高い音圧で音響信号を出力できるようになる。また、アレーを構成する前記複数の超音波振動子から出力する音響出力の間に位相差をつけることにより、複数の超音波振動子により構成される電気音響変換器から出力する音響出力の波面の方向を制御できるようになる。
【００１５】
本発明の請求項４による超指向性スピーカシステムは、請求項１から請求項３までのいずれか１項において、前記原音信号のチャネル数に対応する数の電気音響変換手段を含むことを特徴とする。この構成により、１チャネルに限らず２チャネルやそれ以上の個数のチャネルの音響出力を、それぞれ対応する電気音響変換器より出力することができる。この構成により、ステレオ音源やバイノーラル音源を聴取者に受聴させることができるようになる。
【００１６】
本発明の請求項５による超指向性スピーカシステムは、請求項１から４までのいずれか１項において、聴取者の位置を検出するセンサを更に含み、前記センサの検出結果に応じて前記復調距離を決定することを特徴とする。この構成により、超指向性スピーカシステムに対して聴取者の距離や方向が相対的に変更されるたびに、その変更内容をセンサによって測定することができ、この測定した値をもとに、音響信号が最適に復調されるべき位置を算出し、算出された位置をもとに電気音響変換器から出力する音響出力を高い品質で復調する距離や指向角度をフィードバックすることができる。これにより、超指向性スピーカシステムから再生する音響出力が指向する距離や指向角度を調整でき、聴取者が受聴するために適した音場を形成することができるようになる。
【００１７】
本発明の請求項６による超指向性スピーカシステムは、請求項５において、前記センサは、発射音波に対する前記聴取者から反射波によって該聴取者の位置を検出することを特徴とする。この構成により、超指向性スピーカシステムは、電気音響変換器やマイクロホンなどの音響機器を測位に利用できるため、測位の用途のために構成する機器の点数を減らすことができる。これにより、測位信号出力手段としても超指向性スピーカを利用することができるため、測位の用途のために構成する機器の個数を減らすことができる。
【００１８】
本発明の請求項７による超指向性スピーカシステムは、請求項６において、前記センサは、発射光に対する前記聴取者から反射光によって該聴取者の位置を検出することを特徴とする。この構成により、超指向性スピーカシステムにおいて、光学センサを測位に利用することができる。
本発明の請求項８による超指向性スピーカシステムは、請求項１から請求項７までのいずれか１項において、前記振幅変調手段は、前記搬送波信号及び前記原音信号の少なくとも一方に応じて、前記搬送波信号の振幅及び前記振幅変調における変調度の少なくとも一方を制御することを特徴とする。この構成により、複調音の音圧を適度に設定しながら、搬送波の音圧を低減することが可能となり、音響出力の効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明は、搬送波の周波数を制御することで、搬送波周波数に応じて、超指向性スピーカシステムから出力された音響出力が媒質の非線形性により復調する距離と指向性を制御することができるという効果がある。そして、復調する距離を調整することで、最適な復調距離を超指向性スピーカシステムの聴取者に適合させ、聴取者に高品質な音場を実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
図１は本発明による超指向性スピーカシステムの実施の形態を示すブロック図である。同図に示されているように、超指向性スピーカシステムは、入力部１と、搬送波周波数制御器２と、変調器３と、増幅器４と、電気音響変換器５とを含んで構成されている。
【００２１】
入力部１は、距離入力部１ａと原音入力部１ｂとから構成されている。原音入力部１ｂには、超指向性スピーカシステムが聴取者の受聴点で復調する原音信号が入力される。距離入力部１ａには、超指向性スピーカシステムが音響出力を最適に復調する距離または搬送波周波数に関する信号を入力する。
搬送波周波数制御器２は、入力部１より入力された距離または搬送波周波数に関する信号を参照する。この搬送波周波数制御器２は、最適復調点を本システムに近づける場合は搬送波周波数を低くし、最適復調点を本システムから遠ざける場合は搬送波周波数を高くするように制御する。すなわち、この搬送波周波数制御器２は、最適な復調距離に対応する搬送波周波数に関する信号を変調器３に入力する機能を有している。
【００２２】
変調器３は、搬送波周波数制御器２により入力された搬送波周波数で、原音入力部１ｂより入力された原音信号を振幅変調する。変調器３において振幅変調された振幅変調信号は、増幅器４に入力される。
増幅器４は、入力された振幅変調信号の振幅を増幅し、電気音響変換器５に出力する。電気音響変換器５は、入力された振幅変調信号を電気音響変換し媒質中に出力する。
以上のように、振幅変調に用いる搬送波の周波数を、搬送波周波数制御器２において制御することにより、超指向性スピーカと聴取者との相対的な位置に応じて、聴取者が受聴する音質を適切に制御することができる。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１について、図２及び図３を参照して説明する。図２に示されているように、本実施例では、原音入力部１ｂにおいて２チャネルの原音信号を入力とし、電気音響変換器を２個搭載している。つまり、原音信号のチャネル数に対応する数の電気音響変換器を搭載している。そして、左チャネル、右チャネルそれぞれについて、距離入力部１ａ、搬送波周波数制御器２及び変調器３が用意され、２チャネルの入力信号について処理できるように構成されている。２チャネルの入力信号は例えば、データベースの形式で予め用意しておく。
【００２４】
本実施例による超指向性スピーカシステム１００と聴取者との位置関係が図３に示されている。同図に示されているように、超指向性スピーカの聴取者１０の左耳１０Ｌに対応して電器音響変換器５ａが、右耳１０Ｒに対応して電器音響変換器５ｂが、それぞれ用意されている。このような構成において、電器音響変換器５ａ及び５ｂから音響信号を出力することにより、各耳において原音の各チャネルが復調される。したがって、本実施例においては、２チャネル原音としてステレオの音源やバイノーラルの音源を再生することができる。
【実施例２】
【００２５】
本発明の実施例２について、図４及び図５を参照して説明する。図４に示されているように、本実施例では、図１の構成に、周波数帯域制御器６が追加されている。この周波数帯域制御器６は、原音信号の周波数帯域と搬送波周波数制御器２が指定する周波数とをもとに帯域通過フィルタを形成し、この帯域通過フィルタに通して原音信号を変調器３に入力する。この周波数帯域制御器６は、振幅変調信号の周波数が所定値より低い場合にのみ、帯域通過フィルタを通した原音信号について振幅変調を行う。
【００２６】
周波数帯域制御器６による帯域通過フィルタの濾波特性が図５に示されている。同図の横軸は周波数、縦軸は振幅である。搬送波信号の周波数を中心とし、その両側に振幅変調信号が存在している。
図５（ａ）に示されているように、搬送波６０の周波数が低いか、原音信号の周波数帯域が広く変調波の帯域が広いときは、振幅変調信号が可聴になる。すなわち、振幅変調波６１及び６２のうち、周波数の低い側が可聴域６３にかかり、同図中のハッチング部分が可聴になる。
振幅変調波６１及び６２が可聴な振幅をもたないようにするためには、原音信号の周波数帯域を狭める必要がある。これを実現するため帯域通過フィルタを通した後に原音信号を振幅変調すると、図５（ｂ）に示されているように、振幅変調波６１’、６２’は可聴な振幅をもたなくなる。
【００２７】
また、図５（ｃ）に示されているように、可聴域６３に対して搬送波６０の周波数が十分高いときは、振幅変調波６１及び６２の周波数帯域が広い場合でも変調波が可聴な振幅をもたない。この場合、帯域通過フィルタの通過周波数帯域を広く設定したり、帯域通過フィルタ自体を取り除いた構成を採用したりすることも可能である。
以上のように、周波数帯域制御器６で原音の周波数帯域を制御することにより、特に搬送波の周波数が低いときや原音が高周波数の振幅を含むときに、原音を搬送波周波数で振幅変調した変調波が、可聴周波数帯域で出力されることを防ぐことができる。
【実施例３】
【００２８】
本発明の実施例３について、図６〜図８を参照して説明する。本実施例では、図７に示されているように、複数の超音波振動子５−１、５−２、５−３、５−４…をアレー状に配置することで、電気音響変換器５が構成されている。そして、各超音波振動子５−ｉ（ｉ＝１、２、３、４…）をアレー状に配置すると、各振動子間の出力タイミングの調整が必要になる。
【００２９】
すなわち、図８に示されているように、復調する方向Ｄに対して放射される出力波面を考えると、超音波振動子５−２からの出力信号は、超音波振動子５−１からの出力信号に対して距離ｄに対応する時間だけ遅れることになる。同様に、超音波振動子５−３からの出力信号は超音波振動子５−１からの出力信号に対して距離ｄ×２に対応する時間、超音波振動子５−４からの出力信号は超音波振動子５−１からの出力信号に対して距離ｄ×３に対応する時間、それぞれ遅れることになる。
【００３０】
この遅延時間を考慮して、各超音波振動子５−ｉからの出力時間差を指定して発振できるようにするため、図６に示されているように、各超音波振動子５−ｉ（ｉ＝１、２、３、４…）それぞれに対応して、入力部１と、搬送波周波数制御器２と、位相制御器７と、変調器３と、増幅器４とを設ける。
入力部１には、距離入力部１ａ、原音入力部１ｂの他に、方向入力部１ｃが設けられており、この方向入力部１ｃに、復調する方向または時間差に関する情報を入力することで、各超音波振動子５−１、５−２、５−３、５−４…の出力タイミングすなわち位相差を調整する。
【００３１】
方向入力部１ｃに入力された、方向または時間差に関する情報は、位相制御器７に出力される。この位相制御器７は、方向入力部１ｃから入力された情報を参照し、対応する超音波振動子５−ｉに付与すべき時間差を制御する信号を、変調器３に出力する。変調器３では原音入力部１ｂから入力された原音信号により、搬送波周波数制御器２から入力される搬送波信号を振幅変調する。そして、搬送波周波数制御器２は、振幅変調信号について、位相制御器７から指定された時間差をつけて増幅器４を介して、対応する超音波振動子５−ｉに入力する。
【００３２】
図８に示されているように、各超音波振動子の間に時間差を設けることで、出力波面に傾きが生じ、音響出力の方向を制御できるので、制御した方向、かつ、距離入力部１ａに入力された距離において、原音が復調される。
なお、各超音波振動子５−ｉ同士の間隔をＰ、超音波振動子５−ｉの配列方向に対する復調方向Ｄの角度をθとすると、距離ｄ＝Ｐｃｏｓθとなるので、位相制御器７は各超音波振動子５−ｉ同士の間隔Ｐと復調方向Ｄとに応じて、位相差を調整することになる。
【００３３】
要するに本実施例の超指向性スピーカシステムは、アレー状に配置された複数の超音波振動子を含んでおり、復調方向に応じて複数の超音波振動子の出力時間差を位相制御器によって制御している。この構成により、複数の超音波振動子からの音響出力が加算され、電気音響変換器から高い音圧で音響信号を出力できるようになる。また、アレーを構成する前記複数の超音波振動子から出力する音響出力の間に位相差をつけることにより、複数の超音波振動子により構成される電気音響変換器から出力する音響出力の波面の方向を制御できるようになる。
【実施例４】
【００３４】
本発明の実施例４について、図９から図１１を参照して説明する。本実施例では、図９に示されているように、センサ８と、センサ入力部８ａと、調整部９を含んで構成されている。調整部９は、距離調整部９ａを含んで構成されている。この距離調整部９ａは、距離入力部１ａから入力される距離に関する情報と、センサ入力部８ａから入力される距離に関する情報と、を選択して搬送波周波数制御器２に入力する機能を有している。それら入力される情報のいずれを選択するかについては、外部から入力される選択信号に従う。この選択信号は、例えば、聴取者によるキースイッチの操作によって入力される。
【００３５】
このような構成において、センサ８により、聴取者の位置や向きを測定し、測定した値がセンサ入力部８ａを通して調整部９に入力される。そして、調整部９において、距離入力部１ａから入力された値とセンサ入力部８ａから入力された値とをもとに復調音が復調する距離を指定し、調整部９において指定された距離に関する情報が搬送波周波数制御器２に入力される。
ここで、センサ８には、例えば音響センサを用いる。音響センサは、通常、発振器と受信器とから構成されている。そして、発振器から音波を発射し聴取者から反射されてきた音波を受信器で受信し、発射時と受信時との時間差から音響センサと聴取者との距離を算出する。この算出結果をもとに電気音響変換器と聴取者との距離を算出する。
【００３６】
また、発振器と受信器との組を複数用意しておけば、複数の組でそれぞれ距離を算出することで、センサに対する聴取者の方向が分かる。この場合、図１０に示されているように、方向調整部９ｃを調整部９内に設け、方向入力部１ｃから入力される方向に関する情報と、センサ入力部８ａから入力される距離に関する情報と、を選択して位相制御器７に入力すればよい。方向調整部９ｃにおいて、入力される情報のいずれを選択するかについては、外部から入力される選択信号に従う。この選択信号は、例えば、聴取者によるキースイッチの操作によって入力される。
【００３７】
この図１０の構成は、図６の構成に、周波数帯域制御器６及び調整部９を追加した構成である。このため、図５を参照して説明したように特に搬送波の周波数が低いときや原音が高周波数の振幅を含むときに、原音を搬送波周波数で振幅変調した変調波が、可聴周波数帯域で出力されることを防ぐことができると共に、センサによって検出した聴取者の距離及び方向に応じて原音を最適に復調することができる。
【００３８】
ところで、発振器の代わりに、電気音響変換器を用いてもよい。すなわち、図１１に示されているように、電気音響変換器５からの音響出力が聴取者１０から反射してくる反射波をセンサ８で計測し、センサ８で計測した値をもとに聴取者１０の位置を計測すればよい。聴取者１０の位置を超指向性スピーカシステム１００にフィードバックすることで、原音を聴取者１０に精度良く復調することができる。もともと搭載されている電気音響変換器やマイクロホンなどの音響機器を測位に利用できるため、測位の用途のために構成する機器の点数を減らすことができる。これにより、測位信号出力手段としても超指向性スピーカを利用することができるため、測位の用途のために構成する機器の個数を減らすことができる。
【００３９】
この他、センサ８には、光学センサや磁気センサを用いてもよい。前者の場合、赤外線ビームを聴取者１０に向けて発射し、その反射波に基づいて聴取者１０の距離及び方向を特定すればよい。後者の場合にも、距離や方向が検出できる。
以上のようにセンサを追加した構成を採用することにより、超指向性スピーカシステムに対して聴取者の距離や方向が相対的に変更されるたびに、その変更内容をセンサによって測定することができ、この測定した値をもとに、音響信号が最適に復調されるべき位置を算出し、算出された位置をもとに電気音響変換器から出力する音響出力を高い品質で復調する距離や指向角度をフィードバックすることができる。これにより、超指向性スピーカシステムから再生する音響出力が指向する距離や指向角度を調整でき、聴取者が受聴するために適した音場を形成することができるようになる。
【実施例５】
【００４０】
本発明の実施例５について、図１及び図１２を参照して説明する。本実施例では、上述した図１の変調器において、図１２に示されているように搬送波の振幅や変調度を制御し、増幅器に出力することができる。
増幅器への出力すなわち変調器の出力をｐ、搬送波の振幅をＰ、変調度をｍ、原音信号を時間ｔの関数ｓ（ｔ）、搬送波周波数をｆc  とすると、
ｐ＝Ｐ（１＋ｍ・ｓ（ｔ））ｓｉｎ（２πｆc ｔ）…（２）
となる。式（２）において、搬送波の振幅Ｐや変調度ｍを増減制御すれば、図１２に示されているように変調器の出力ｐを制御することができる。変調度ｍは搬送波信号の振幅と原音信号の振幅との比であるため、変調器の前段に増幅器を設け、原音信号を増幅後に変調器に入力することで、搬送波とは独立に変調器の出力ｐを制御することができる。
【００４１】
図１２（ａ）に示されているように、搬送波６０の振幅が小さく変調度が小さい場合は変調波６１及び６２の振幅が小さくなる。
変調波６１及び６２の振幅を大きくする方法として、図１２（ｂ）に示されているように変調度を保ったままで、搬送波６０の振幅を大きくする方法がある。しかしながら、搬送波６０の振幅を大きくすることにも限界がある。そのため、図１２（ｃ）に示されているように変調度を調整することで、変調波６１及び６２の振幅を上げることができる。
つまり、本実施例では、搬送波信号及び原音信号の少なくとも一方に応じて、搬送波信号の振幅及び振幅変調における変調度の少なくとも一方を制御していることになる。これにより、複調音の音圧を適度に設定しながら、搬送波の音圧を低減することが可能となり、音響出力の効率を向上させることができる。
【実施例６】
【００４２】
本発明の実施例６について、図１３を参照して説明する。本実施例においては、図１３に示されているように、超指向性スピーカシステムが携帯型の情報機器に搭載されている。同図に示されている情報機器は、筐体１０１ａと筐体１０１ｂとがヒンジ１０２によって接続された形状になっている。筐体１０１ａの端部には電気音響変換器５ａが、筐体１０１ｂの端部には電気音響変換器５ｂが、それぞれ設けられており、ヒンジ１０２を中心にこれら電気音響変換器同士が接近するように筐体１０１ａが筐体１０１ｂ側に倒れて閉じる折り畳み構造になっている。
【００４３】
筐体１０１ａには、種々の情報を表示するためのディスプレイ１０３が設けられている。また、筐体１０１ｂには、各種の情報を入力するための操作キー１０４及びダイヤルキー１０５と、送話口１０６とが設けられている。
電気音響変換器５ａ及び電気音響変換器５ｂは、超音波を発振可能であるため、図２の構成を採用すれば、ステレオ音源やバイノーラル音源を聴取者に受聴させることができるようになる。
【００４４】
（まとめ）
以上のように、搬送波の周波数を制御することで、搬送波周波数に応じて、超指向性スピーカシステムから出力された音響出力が媒質の非線形性により復調する距離と指向性を制御することができる。また、復調する距離を調整することで、最適な復調距離を超指向性スピーカシステムの聴取者に適合させ、聴取者に高品質な音場を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、超指向性スピーカシステムにおける復調距離を制御する場合に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による超指向性スピーカシステムの実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例１による超指向性スピーカシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】実施例１による超指向性スピーカシステムと聴取者との位置関係を示す図である。
【図４】本発明の実施例２による超指向性スピーカシステムの構成を示すブロック図である。
【図５】図４中の周波数帯域制御器による帯域通過フィルタの濾波特性例を示す図であり、（ａ）は搬送波周波数が低くかつ原音の帯域が広くかつ周波数帯域制御器が動作していない状態を示し、（ｂ）は周波数帯域制御器が動作して原音の帯域を狭くし変調波が可聴域に含まれない状態を示し、（ｃ）は搬送波周波数が十分高く原音の帯域を十分広くとれ周波数帯域制御器の帯域通過フィルタの帯域を十分広くとることができる状態を示す図である。
【図６】本発明の実施例３による超指向性スピーカシステムの構成を示すブロック図である。
【図７】複数の超音波振動子をアレー状に配置した電気音響変換器を示す図である。
【図８】図７中の各超音波振動子の発振波の間に時間差がある場合、発振波面に傾きが生じることを示す図である。
【図９】本発明の実施例４による超指向性スピーカシステムの構成を示すブロック図である。
【図１０】方向調整部を追加した場合の構成例を示すブロック図である。
【図１１】超指向性スピーカシステムからの音響出力による聴取者からの反射波を計測し、超指向性スピーカシステムの聴取者に対する位置を計測する様子を示す図である。
【図１２】搬送波の振幅や変調度を制御した結果を示す図であり、（ａ）は変調波の振幅が小さい場合を示し、（ｂ）は（ａ）と同じ変調度で搬送波の振幅を大きくした場合を示し、（ｃ）は変調度を（ａ）に比べて増大した場合を示す。
【図１３】本発明の実施例６による超指向性スピーカシステムの構成を示すブロック図である。
【図１４】基本的な超指向性スピーカシステムの構成を示すブロック図である。
【図１５】超指向性の音響放射について説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  入力部
１ａ  距離入力部
１ｂ  原音入力部
１ｃ  方向入力部
２  搬送波周波数制御器
３  変調器
４  増幅器
５、５ａ、５ｂ 電気音響変換器
５−１、５−２、５−３、５−４  超音波振動子
６  周波数帯域制御器
７  位相制御器
８  センサ
８ａ  センサ入力部
９  調整部
９ａ  距離調整部
９ｃ  方向調整部
１０  聴取者
１０Ｒ  右耳
１０Ｌ  左耳
１１  原音
２０  搬送波発振器
６０  搬送波
６１、６２、６１’、６２’  振幅変調波
６３  可聴域
１００  超指向性スピーカシステム
１０１ａ、１０１ｂ  筐体
１０２  ヒンジ
１０３  ディスプレイ
１０４  操作キー
１０５  ダイヤルキー
１０６  送話口
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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