(57)【要約】【課題】可聴音の再生効率を向上させること。【解決手段】実施形態に係るスピーカ装置は、パネルと、振動素子と、駆動部とを備える。振動素子は、パネルに設けられ、パネルを振動させる。駆動部は、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動信号を振動素子へ印加して、パネルに振動領域を形成する。また、駆動部は、補正部と、検出部と、ゲイン制御部とを備える。補正部は、パネルの周波数特性に関する情報に基づいて音声信号の周波数特性を補正する。検出部は、補正部によって補正された音声信号のレベルを検出する。ゲイン制御部は、検出部によって検出された音声信号のレベルに応じて搬送波のゲインを制御する。【選択図】図２
2019080170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルと、
前記パネルに設けられ、前記パネルを振動させる振動素子と、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動信号を前記振動素子へ印加して、前記パネルに振動領域を形成する駆動部と
を備え、
前記駆動部は、
前記パネルの周波数特性に関する情報に基づいて前記音声信号の周波数特性を補正する補正部と、
前記補正部によって補正された前記音声信号のレベルを検出する検出部と、
前記検出部によって検出された前記音声信号のレベルに応じて前記搬送波のゲインを制御するゲイン制御部と
を備えることを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
前記振動素子を流れる電流を監視可能に設けられ、前記電流の変化に基づいて前記周波数特性に関する情報を設定する較正部
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
前記較正部は、
前記搬送波のスイープ信号を前記振動素子へ印加した場合の周波数ごとの前記電流の変化に基づいて前記周波数特性に関する情報を設定する
ことを特徴とする請求項２に記載のスピーカ装置。
【請求項４】
前記較正部は、
初期起動時、または、周期的に、前記搬送波のスイープ信号を前記振動素子へ印加させた場合の前記電流の変化に基づいて動的に前記周波数特性に関する情報を設定する
ことを特徴とする請求項３に記載のスピーカ装置。
【請求項５】
パネルと、前記パネルに設けられ、前記パネルを振動させる振動素子とを備えるスピーカ装置の制御方法であって、
超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動信号を前記振動素子へ印加して、前記パネルに振動領域を形成する駆動工程
を含み、
前記駆動工程は、
前記パネルの周波数特性に関する情報に基づいて前記音声信号の周波数特性を補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された前記音声信号のレベルを検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された前記音声信号のレベルに応じて前記搬送波のゲインを制御するゲイン制御工程と
を含むことを特徴とするスピーカ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、スピーカ装置およびスピーカ装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の超音波振動子をアレイ状に配置して指向性を持たせたスピーカ装置が知られている。かかるスピーカ装置は、パラメトリックアレイスピーカとも呼ばれ、可聴波帯域の音声信号で変調をかけた超音波の電圧を複数の超音波振動素子に印加することで特定の方向に可聴音を発生させることができる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような、いわゆる狭指向性を有するスピーカ装置としては、パネル状の振動板の少なくとも一箇所に振動素子を備え、その振動素子の振動で振動板上に定在波を生じさせ、かかる定在波の腹の一つ一つが放音部となって、パネル面に対して所定の方向の指向性を持った音波を放射するものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０２２３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したパネル状の振動板を有する従来のスピーカ装置は、可聴音の再生効率を向上させるうえで、更なる改善の余地がある。
【０００６】
具体的には、可聴波帯域の音声信号で変調され、振動子を介して放射された超音波が、非線形歪みによる自然復調現象等により復調されて聴取者の耳元で再生される場合の再生効率を考えた場合、搬送波と側波帯とで周波数スペクトルのレベルが同レベルとなれば可聴音圧は最大となり、理想的である。
【０００７】
しかし、実際には、振動素子によって振動されるパネル状の振動板はその形状や機械的特性によって、その音響コンダクタンスに、駆動周波数に対する固有の周波数特性を有するため、その影響を受けて側波帯のレベルは下がりやすい傾向にある。
【０００８】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、可聴音の再生効率を向上させることができるスピーカ装置およびスピーカ装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の一態様に係るスピーカ装置は、パネルと、振動素子と、駆動部とを備える。前記振動素子は、前記パネルに設けられ、前記パネルを振動させる。前記駆動部は、超音波帯域の搬送波を可聴波帯域の音声信号で変調した駆動信号を前記振動素子へ印加して、前記パネルに振動領域を形成する。また、前記駆動部は、補正部と、検出部と、ゲイン制御部とを備える。前記補正部は、前記パネルの周波数特性に関する情報に基づいて前記音声信号の周波数特性を補正する。前記検出部は、前記補正部によって補正された前記音声信号のレベルを検出する。前記ゲイン制御部は、前記検出部によって検出された前記音声信号のレベルに応じて前記搬送波のゲインを制御する。
【発明の効果】
【００１０】
実施形態の一態様によれば、可聴音の再生効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、第１の実施形態に係るスピーカ装置の制御方法の概要説明図（その１）である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、第１の実施形態に係るスピーカ装置の制御方法の概要説明図（その２）である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１の実施形態に係るスピーカ装置の制御方法の概要説明図（その３）である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、第１の実施形態に係るスピーカ装置の制御方法の概要説明図（その４）である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、第１の実施形態に係るスピーカ装置の制御方法の概要説明図（その５）である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。
【図３】図３は、パネルに形成される帯状振動領域と定在波との関係を示す図である。
【図４】図４は、パネルに形成される定在波とスピーカ装置の指向性との関係を説明するための図である。
【図５】図５は、変調部の具体的構成の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。
【図７】図７は、第３の実施形態に係るスピーカ装置の制御方法の概要説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するスピーカ装置およびスピーカ装置の制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
また、図１Ａを含む複数の図には、説明を分かりやすくするために、鉛直上向きを正方向とするＺ軸を含む３次元の直交座標系を付している。
【００１４】
［１．第１の実施形態］
［１．１．スピーカ装置の制御方法の概要］
まず、図１Ａ〜図１Ｅを用いて、第１の実施形態に係るスピーカ装置１の制御方法の概要について説明する。図１Ａ〜図１Ｅは、第１の実施形態に係るスピーカ装置１の制御方法の概要説明図（その１）〜（その５）である。
【００１５】
図１Ａに示すように、スピーカ装置１は、音出力部２と、駆動部３とを備える。スピーカ装置１は、たとえば、車両に搭載される音響システムのスピーカ装置として機能する。なお、スピーカ装置１の搭載対象は、車両の音響システムに限定されず、住宅等の施設に設けられる音響システムであってもよい。
【００１６】
音出力部２は、パネル１０と、振動素子１１とを備える。パネル１０は、振動素子１１の振動に応じて振動する板状部材であり、たとえば、ガラスなどの素材で形成される。振動素子１１は、たとえばピエゾ素子であり、一例としてパネル１０の端部に設けられる。振動素子１１は、たとえば、印加される交流電圧の駆動電圧Ｖｏに応じて伸縮することで、パネル１０を振動させる。
【００１７】
振動素子１１に印加される駆動電圧Ｖｏは、駆動部３によって生成される。駆動部３は、パネル１０に縞状の振動領域Ａｓを発生させるように、超音波帯域（概ね２０ｋＨｚ以上の周波数帯域）の周波数成分を含む駆動電圧Ｖｏを生成する。具体的には、駆動部３は、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴波帯域（概ね２０ｋＨｚ未満）の音声信号Ｓｓで変調した変調信号Ｓｍを増幅することによって振動素子１１へ印加する駆動電圧Ｖｏを生成する。
【００１８】
なお、音声信号Ｓｓは、たとえばスピーカ装置１に接続された外部装置６０から入力される。外部装置６０は、可聴波帯域の音声信号Ｓｓをスピーカ装置１へ出力する装置であり、たとえば、オーディオ装置、カーナビゲーション装置、スマートフォン、ＰＣ（Personal  Computer）などのように外部に音声信号Ｓｓを出力できる装置である。
【００１９】
振動素子１１への駆動電圧Ｖｏの印加によって、パネル１０が振動し定在波が発生してパネル１０に縞状の振動領域Ａｓが形成される。縞状の振動領域Ａｓは、複数の帯状振動領域Ａｇを含んでおり、かかる帯状振動領域Ａｇは、それぞれが、音声信号Ｓｓで変調された超音波を放射する帯状の音源として機能する。
【００２０】
図１Ａに示す例では、パネル１０の長手方向（Ｙ軸方向）の両端部に、パネル１０の短手方向（Ｘ軸方向）に延伸する振動素子１１がそれぞれ設けられる。そして、振動素子１１の振動によってパネル１０の長手方向に定在波が形成され、パネル１０の短手方向に延伸する複数の帯状振動領域Ａｇがパネル１０の長手方向に等間隔で形成される。なお、図１Ａ（および後に示す図３、図７）では、帯状であることの一例として、帯状振動領域Ａｇを線状に表している。
【００２１】
スピーカ装置１では、このように形成される複数の帯状振動領域Ａｇから発生した超音波同士の強調や干渉、および、変調処理をした超音波の非線形歪みによる自然復調現象によって特定方向に音声信号に応じた音波が生成され、聴取者の耳元で可聴音として再生される。これにより、スピーカ装置１は、狭指向性を有するスピーカ装置として機能する。
【００２２】
ところで、パネル１０によって放射される音波に対し、耳元で再生される可聴音の再生効率を考えた場合、図１Ｂに示すように、搬送波Ｓｃの周波数ｆｃと、たとえば上側波ｆｃ＋ｆｓとが同一レベルとなれば可聴音圧は最大となるため、理想的であるが、実際にかかる特性を実現することは困難である。
【００２３】
それは、パネル１０が固有のコンダクタンス特性を有するためである。なお、ここに言う「コンダクタンス特性」は、形状や電気的・機械的特性等に基づいてパネル１０が有する周波数特性を指す。かかる周波数特性は、入力パワーに対するパネル１０の振動しやすさ（音響出力）であり、パネル１０単体に限らず、駆動部３や振動素子１１を含む系全体としての周波数特性であってもよい。図１Ｃに示すのはパネル１０のコンダクタンス特性の一例であり、かかる例の場合、パネル１０は、搬送波Ｓｃの周波数ｆｃの場合よりも、上側波の周波数ｆｃ＋ｆｓ（あるいは下側波の周波数ｆｃ−ｆｓ）の場合の方が、同じパワーを投入されたとしても、パネル１０が振動しにくいことが分かる。
【００２４】
こうした影響を受けることにより、実際には、図１Ｄに示すように、側波帯（周波数ｆｃ＋ｆｓ，ｆｃ−ｆｓ）のレベルは下がりやすくなる。
【００２５】
そこで、本実施形態に係るスピーカ装置１の制御方法では、図１Ｅに示すように、駆動部３が実行する「変調処理」の中で、「特性補正」、「レベル検出」、「ゲイン制御」の各処理を実行することとした。
【００２６】
「特性補正」では、較正情報４１に基づいてパネル１０のコンダクタンス特性が少なくとも周波数ｆｃ−ｆｓ〜ｆｃ＋ｆｓの間で平坦となるように周波数ごとに重み付けを行なって音声信号Ｓｓを補正する処理を行う（図中の矢印１０１参照）。較正情報４１は、たとえば予めスイープ信号などによって測定されたパネル１０のコンダクタンス特性に基づいて算出された、周波数ごとの重みパラメータなどを含む情報である。
【００２７】
「特性補正」では、かかる重みパラメータを用いたたとえば逆フィルタ処理によって音声信号Ｓｓを補正する。
【００２８】
「レベル検出」では、「特性補正」された音声信号Ｓｓのレベルを検出する処理を行う。そして、「ゲイン制御」では、「レベル検出」で検出された音声信号Ｓｓのレベルに応じて搬送波Ｓｃのレベルを動的に制御する処理を行う。
【００２９】
具体的には、図１Ｅに示すように、「ゲイン制御」では、たとえば音声信号Ｓｓの振幅が大きい「大音量時」には、搬送波ＳｃのレベルＬ１が音声信号Ｓｓのレベルに応じて大きくなるように制御する。また、音声信号Ｓｓの振幅が小さい「小音量時」には、搬送波ＳｃのレベルＬ２が音声信号Ｓｓのレベルに応じて小さくなるように制御する。
【００３０】
このように、まずパネル１０のコンダクタンス特性を「特性補正」により補正することによって、パネル１０が個体として持つ特性の影響を軽減することができる。また、「レベル検出」された音声信号Ｓｓのレベルに応じた搬送波Ｓｃの「ゲイン制御」を行うことによって、変調信号Ｓｍに対して足し合わせるべき搬送波Ｓｃを適正に制御することができる。これにより、搬送波Ｓｃの周波数ｆｃの周波数成分と側波帯の周波数成分とを同一レベルに近づけるのに資することができる。すなわち、可聴音の再生効率を向上させることができる。
【００３１】
上述したように、本実施形態に係るスピーカ装置１の制御方法は、パネル１０と、パネル１０に設けられ、パネル１０を振動させる振動素子１１とを備えるスピーカ装置１の制御方法であって、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴波帯域の音声信号Ｓｓで変調した駆動電圧Ｖｏを振動素子１１へ印加して、パネル１０に振動領域Ａｓを形成する駆動工程を含む。
【００３２】
また、駆動工程は、特性補正工程と、レベル検出工程と、ゲイン制御工程とを含む。特性補正工程は、パネル１０の較正情報４１に基づいて音声信号Ｓｓの周波数特性を補正する。レベル検出工程は、音声信号Ｓｓのレベルを検出する。ゲイン制御工程は、レベル検出工程によって検出された音声信号Ｓｓのレベルに応じて搬送波Ｓｃのゲインを制御する。
【００３３】
したがって、本実施形態に係るスピーカ装置１の制御方法によれば、可聴音の再生効率を向上させることができる。以下、かかる制御方法を適用した第１の実施形態に係るスピーカ装置１の構成についてさらに具体的に説明する。
【００３４】
［１．２．スピーカ装置１の具体的構成］
図２は、第１の実施形態に係るスピーカ装置１のブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。
【００３５】
換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。
【００３６】
図２に示すように、スピーカ装置１は、外部装置６０に接続されており、外部装置６０から入力される音声信号Ｓｓに基づいて、パネル１０を振動させ、音声信号Ｓｓで変調された搬送波Ｓｃに応じた超音波を発生する。外部装置６０については既に説明したため、ここでの説明は省略する。
【００３７】
また、スピーカ装置１は、音出力部２と、駆動部３と、記憶部４とを備える。記憶部４、音出力部２、駆動部３の順に説明する。
【００３８】
［１．２．１．記憶部４］
記憶部４は、ハードディスクドライブや不揮発性メモリ、レジスタといった記憶デバイスであって、較正情報４１を記憶する。較正情報４１は、既に述べたが、たとえば予めスイープ信号などによって測定されたパネル１０のコンダクタンス特性に基づいて算出された、周波数ごとの重みパラメータなどを含む情報であり、言わばキャリブレーションに関する情報である。本実施形態では、たとえばスピーカ装置１の出荷前に予めキャリブレーションが実行されて、較正情報４１は静的情報として記憶部４に格納済みであるものとするが、動的情報として適宜更新されてもよい。この点については、第２の実施形態として、図６を用いて後述する。
【００３９】
［１．２．２．音出力部２］
音出力部２は、上述したように、パネル１０と、パネル１０に配置される振動素子１１とを備える。パネル１０は、振動素子１１の振動に応じて振動する矩形状の板状部材であり、たとえば、ガラスなどの素材で形成されるが、ガラスに限られず、金属やプラスチックなど他の部材を用いることもできる。また、パネル１０は、矩形状に限られず、正方形状、円形状、三角形状など、その他の形状であってもよい。
【００４０】
振動素子１１は、上述したように、ピエゾ素子であるが、駆動部３から供給される駆動電圧Ｖｏの周波数で振動できる構成であればよく、ピエゾ素子以外の振動素子であってもよい。また、図２に示す例では、パネル１０に配置される振動素子１１が２つである場合を示したが、振動素子１１は、１つであっても３つ以上であってもよい。
【００４１】
［１．２．３．駆動部３］
駆動部３は、振動素子１１を振動させるための駆動電圧Ｖｏを生成して、振動素子１１に印加する。振動素子１１は、駆動部３から供給される駆動電圧Ｖｏによって伸縮することでパネル１０を振動させ、パネル１０に複数の帯状振動領域Ａｇを含む縞状の振動領域Ａｓを発生させる。
【００４２】
駆動部３は、取得部３１と、搬送波生成部３２と、変調部３３と、増幅部３４とを備え、振動素子１１を振動させるための駆動電圧Ｖｏを生成し、生成した駆動電圧Ｖｏを振動素子１１に印加する。かかる駆動部３は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）や、上述した記憶部４に対応するＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＨＤＤ（Hard  Desk  Drive）、および、入出力ポートなどを有するコンピュータや増幅回路などの各種回路を含む。
【００４３】
コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを読み出して実行することによって、駆動部３の取得部３１、搬送波生成部３２および変調部３３として機能する。また、駆動部３の取得部３１、搬送波生成部３２および変調部３３の少なくともいずれか一つまたは全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などのハードウェアで構成することもできる。また、増幅部３４は、たとえば、パワーアンプなどの増幅回路によって構成される。
【００４４】
取得部３１は、外部装置６０から出力される音声信号Ｓｓを取得し、取得した音声信号Ｓｓを変調部３３へ出力する。なお、取得部３１は、種々の音源加工処理を実行することもできる。
【００４５】
たとえば取得部３１は、音声信号Ｓｓのゲイン（振幅）を調整し、調整後の音声信号Ｓｓを変調部３３へ出力することができる。また、取得部３１は、可聴波帯域の信号を通過させるローパスフィルタを有していてもよく、かかるローパスフィルタによって可聴波帯域以外の信号を除去することができる。また、取得部３１は、イコライザ処理を実行することができる。
【００４６】
搬送波生成部３２は、搬送波Ｓｃを生成し、変調部３３へ出力する。搬送波Ｓｃは、超音波帯域の正弦波信号であり、パネル１０に定在波を発生させ、縞状の振動領域Ａｓを形成する周波数を有する。
【００４７】
変調部３３は、搬送波生成部３２から入力される搬送波Ｓｃを取得部３１から入力される音声信号Ｓｓで変調した信号である変調信号Ｓｍを生成し、増幅部３４へ出力する。変調部３３による変調は、ＡＭ（Amplitude  Modulation）変調、または、ＦＭ（Frequency  Modulation）変調によって行われる。なお、ＡＭ変調は、例えば、ＤＳＢ（Double  Sideband）変調、または、ＳＳＢ（Single  Sideband）変調である。
【００４８】
また、変調部３３は、特性補正部３３ａと、レベル検出部３３ｂと、ゲイン制御部３３ｃとを備える。特性補正部３３ａは、上述した「特性補正」処理を行う。レベル検出部３３ｂは、上述した「レベル検出」処理を行う。ゲイン制御部３３ｃは、上述した「ゲイン制御」処理を行う。変調部３３のより具体的な構成については、図５を用いた説明で後述する。
【００４９】
変調部３３から増幅部３４へ出力された変調信号Ｓｍは、各増幅部３４によって増幅され、変調信号Ｓｍの波形に応じた交流電圧の駆動電圧Ｖｏとして各振動素子１１へ印加される。振動素子１１は、印加された駆動電圧Ｖｏに応じて伸縮し、パネル１０に定在波を発生させる。かかる定在波の腹が帯状振動領域Ａｇとなる。
【００５０】
図３は、パネル１０に形成される帯状振動領域Ａｇと定在波との関係を示す図である。図３において、定在波Ｗの腹を実線で示し、定在波Ｗの節を破線で示しており、定在波Ｗの腹部分が帯状振動領域Ａｇとして機能する。定在波Ｗの腹部分は、パネル１０の長手方向に沿って等間隔で発生するため、帯状振動領域Ａｇは、パネル１０の長手方向（Ｙ軸方向）に沿って等間隔で発生する。なお、図３では、説明をわかりやすくするために、パネル１０の長手方向に定在波Ｗによって７つの帯状振動領域Ａｇが発生している例を示しているが、帯状振動領域Ａｇの数は、７つに限定されず、また、搬送波Ｓｃの周波数を高くするほど多くすることができる。
【００５１】
次に、スピーカ装置１の指向性について説明する。図４は、パネル１０に形成される定在波Ｗとスピーカ装置１の指向性との関係を説明するための図である。図４においては、説明を分かりやすくするために、定在波Ｗを部分的に示している。また、定在波Ｗにおいて位相が等しく、隣り合う腹を帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２とし、帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波のパネル１０に対する角度θを表している。
【００５２】
任意の角度θに対して、帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は、距離ｄｃｏｓθだけ位相がずれる。搬送波Ｓｃの波長をλとすると、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θにおいて帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は互いに打消し合う。つまり、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θでは、超音波がキャンセルされる。一方で、距離ｄｃｏｓθが波長λの整数倍（波長λ／２の偶数倍）となる角度θでは、帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波が互いに強め合う。そして、超音波が空間を伝搬する際や超音波が物体に反射する際の超音波の非線形歪みによる自然復調現象により、可聴波帯域の音波が生成される。
【００５３】
このように、複数の帯状振動領域Ａｇから発生する超音波は位相干渉（強調および打ち消し）することで、特定方向に超音波を進行させることができる。そして、超音波の非線形歪みによる自然復調現象により可聴波帯域の音波が生成されることによって、スピーカ装置１は、特定方向への狭指向性を有することができる。
【００５４】
［１．２．４．変調部３３の具体的構成］
次に、変調部３３の具体的構成について、図５を用いて説明する。図５は、変調部３３の具体的構成の一例を示す図である。なお、ここでは、変調部３３がＳＳＢ変調を行うものとする。ＳＳＢ変調では、２つの側波帯のうちの一方が除去される。
【００５５】
図５に示すように、変調部３３は、特性補正部３３ａと、レベル検出部３３ｂと、ゲイン制御部３３ｃとを備える。ゲイン制御部３３ｃは、ＡＧＣ（Automatic  Gain  Control）回路３３ｃａと、ＡＧＣアンプ３３ｃｂとを備える。
【００５６】
また、変調部３３は、２つのπ／２移相器３３１ａ，３３１ｂと、２つの乗算部３３２ａ，３３２ｂと、２つの加算部３３３，３３４とを備える。
【００５７】
図５に示すように、まず、変調部３３に搬送波Ｓｃおよび音声信号Ｓｓが入力され、それぞれが乗算部３３２ａ，３３２ｂへ入力される。また、搬送波Ｓｃおよび音声信号Ｓｓそれぞれは、π／２移相器３３１ａ，３３１ｂへ入力され、位相がπ／２だけ遅れた状態で出力されて、乗算部３３２ａ，３３２ｂへ入力される。
【００５８】
乗算部３３２ａでは、位相が遅れていない搬送波Ｓｃと、位相がπ／２遅れた音声信号Ｓｓとにより第１の変調信号Ｓｍ１が生成され、加算部３３３へ入力される。また、乗算部３３２ｂでは、位相がπ／２遅れた搬送波Ｓｃと、位相が遅れていない音声信号Ｓｓとにより第２の変調信号Ｓｍ２が生成され、加算部３３３へ入力される。
【００５９】
そして、加算部３３３では、第１の変調信号Ｓｍ１と第２の変調信号Ｓｍ２とが加算され、音声信号Ｓｓの下側波帯（ＬＳＢ：Lower  Side  Band）および搬送波Ｓｃが除去された信号が生成されて、加算部３３４へ入力される。
【００６０】
一方で、変調部３３に入力された音声信号Ｓｓは、特性補正部３３ａにも入力される。特性補正部３３ａは、較正情報４１に基づき、周波数ごとに重み付けを行なって音声信号Ｓｓを補正する「特性補正」処理を行う。「特性補正」された音声信号Ｓｓはレベル検出部３３ｂへ入力される。
【００６１】
レベル検出部３３ｂは、入力された音声信号Ｓｓのレベルを検出する「レベル検出」処理を行う。「レベル検出」された音声信号Ｓｓは、ＡＧＣ回路３３ｃａへ入力される。ＡＧＣ回路３３ｃａは、「レベル検出」された音声信号Ｓｓのレベルに応じた動的な搬送波Ｓｃの出力が得られるように、ＡＧＣアンプ３３ｃｂの増幅率（ゲイン）を調整する。ＡＧＣアンプ３３ｃｂは、ＡＧＣ回路３３ｃａにより調整された増幅率で搬送波Ｓｃを増幅し、加算部３３４へ出力する。「レベル検出」の具体例は、補正された音声信号Ｓｓのスペクトルの、たとえばピーク（ＭＡＸ）レベルを検出する、または、平均レベルを検出する等が考えられる。
【００６２】
そして、加算部３３４は、加算部３３３から入力された信号と、ＡＧＣアンプ３３ｃｂから入力された搬送波Ｓｃとを合成して、音声信号Ｓｓの上側波帯（ＵＳＢ：Upper  Side  Band）のみを含む変調信号Ｓｍを生成し、出力することとなる。
【００６３】
このように変調部３３を構成することにより、上述したように、搬送波Ｓｃの周波数ｆｃの周波数成分と側波帯の周波数成分とを同一レベルに近づけるのに資することができる。すなわち、可聴音の再生効率を向上させることができる。
【００６４】
なお、図５に示す例では、特性補正部３３ａは、レベル検出部３３ｂの前段に設けられることとしたが、これは音声信号Ｓｓの音質変化を防止するためである。すなわち、音質変化に影響のない搬送波Ｓｃのゲイン制御側で音声信号Ｓｓを補正するので、音声信号Ｓｓの音質を変化させることがない。これにより、音声信号Ｓｓの音質を変化させることなく、可聴音の再生効率を向上させることができる。
【００６５】
ただし、音声信号Ｓｓの音質変化が許容されるのであれば、特性補正部３３ａは、レベル検出部３３ｂの前段に限らず、たとえば音声信号Ｓｓの再生側、すなわち乗算部３３２ｂの前段などに配置されてもよい。
【００６６】
また、図５に示す例では、音声信号Ｓｓの下側波帯を完全に除去したが、これに限定されず、下側波帯の一部を除去して、下側波帯が上側波帯よりも抑制された状態の変調信号Ｓｍを生成してもよい。また、音声信号Ｓｓの下側波帯を除去したが、これに限定されず、上側波帯を除去して、下側波帯が残った変調信号Ｓｍを生成してもよい。
【００６７】
上述してきたように、第１の実施形態に係るスピーカ装置１は、パネル１０と、振動素子１１と、駆動部３とを備える。振動素子１１は、パネル１０に設けられ、パネル１０を振動させる。駆動部３は、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴波帯域の音声信号Ｓｓで変調した駆動電圧Ｖｏ（「駆動信号」の一例に相当）を振動素子１１へ印加して、パネル１０に振動領域Ａｓを形成する。
【００６８】
また、駆動部３は、特性補正部３３ａ（「補正部」の一例に相当）と、レベル検出部３３ｂ（「検出部」の一例に相当）と、ゲイン制御部３３ｃとを備える。特性補正部３３ａは、パネル１０の較正情報４１（「周波数特性に関する情報」の一例に相当）に基づいて音声信号Ｓｓの周波数特性を補正する。レベル検出部３３ｂは、特性補正部３３ａによって補正された音声信号Ｓｓのレベルを検出する。ゲイン制御部３３ｃは、レベル検出部３３ｂによって検出された音声信号Ｓｓのレベルに応じて搬送波Ｓｃのゲインを制御する。
【００６９】
したがって、本実施形態に係るスピーカ装置１によれば、可聴音の再生効率を向上させることができる。
【００７０】
［２．第２の実施形態］
ところで、上述した第１の実施形態では、たとえばスピーカ装置１の出荷前に予めキャリブレーションが実行されて、較正情報４１は静的情報として記憶部４に格納済みであるものとしたが、スピーカ装置１の出荷後の起動時に動的情報として適宜更新されるものであってもよい。
【００７１】
図６は、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａのブロック図である。なお、図６は、図２に対応しているため、図２と異なる構成要素についてのみ説明する。
【００７２】
図６に示すように、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａは、駆動部３が較正部３５をさらに備える点で、第１の実施形態に係るスピーカ装置１とは異なる。
【００７３】
［２．１．較正部３５］
較正部３５は、たとえばスピーカ装置１Ａの初期起動時に、パネル１０のコンダクタンス特性に関するキャリブレーションを実行する。具体的には、較正部３５は、振動素子１１に流れる電流をモニタ可能に設けられており、スピーカ装置１Ａの初期起動時に、振動素子１１へ搬送波Ｓｃのスイープ信号を印加させて周波数が変化したときの電流値の変化を取得する。そして、較正部３５は、取得結果に基づき、たとえば周波数スペクトルを生成する。かかる周波数スペクトルはパネル１０のコンダクタンス特性に対応する。
【００７４】
較正部３５は、かかる初期起動時の周波数スペクトルを較正情報４１へ格納するとともに、かかる周波数スペクトルに基づいて「特性補正」における周波数ごとの重みパラメータを導出するキャリブレーションを実行し、重みパラメータをあわせて較正情報４１へ格納する。
【００７５】
上述した特性補正部３３ａは、かかる較正情報４１に基づき、パネル１０のコンダクタンス特性が少なくとも周波数ｆｃ−ｆｓ〜ｆｃ＋ｆｓの間で平坦となるように周波数ごとに重み付けを行なって音声信号Ｓｓを補正することとなる。
【００７６】
また、較正部３５は、初期起動時に限らず、周期的にもキャリブレーションを実行することができる。たとえば較正部３５は、所定の周期で、かつ、外部装置６０から音声信号Ｓｓの入力がない場合などに、振動素子１１へ搬送波Ｓｃのスイープ信号を印加させて、周波数が変化したときの電流値の変化を取得し、周波数スペクトルを生成する。
【００７７】
そして、較正部３５は、生成した周波数スペクトルが、較正情報４１に格納済みの周波数スペクトルと異なるならば、たとえばパネル１０のコンダクタンス特性に経年変化が生じたと判断して「特性補正」における周波数ごとの重みパラメータを新たに導出するとともに、較正情報４１を更新する。
【００７８】
これにより、パネル１０のコンダクタンス特性が、たとえば出荷後のスピーカ装置１Ａの設置環境に影響を受ける場合であっても、初期起動時に較正部３５がキャリブレーションを実行することで、設置環境に応じた適正な較正情報４１を動的に設定することができる。
【００７９】
また、パネル１０のコンダクタンス特性が、たとえば経年変化の影響を受ける場合であっても、周期的に較正部３５がキャリブレーションを実行することで、経年変化に応じた適正な較正情報４１を動的に設定することができる。
【００８０】
上述してきたように、第２の実施形態に係るスピーカ装置１Ａは、較正部３５を備える。較正部３５は、振動素子１１を流れる電流を監視可能に設けられ、かかる電流の変化に基づいて較正情報４１を設定する。
【００８１】
したがって、本実施形態に係るスピーカ装置１Ａによれば、振動素子１１を流れる電流の変化に基づいてこれに対応するパネル１０のコンダクタンス特性を適正に測定することができる。
【００８２】
また、較正部３５は、搬送波Ｓｃのスイープ信号を振動素子１１へ印加した場合の周波数ごとの電流の変化に基づいて較正情報４１を設定する。
【００８３】
したがって、本実施形態に係るスピーカ装置１Ａによれば、周波数に応じたパネル１０のコンダクタンス特性を適正に測定することができる。
【００８４】
また、較正部３５は、初期起動時、または、周期的に、搬送波Ｓｃのスイープ信号を振動素子１１へ印加させた場合の振動素子１１の電流の変化に基づいて動的に較正情報４１を設定する。
【００８５】
したがって、本実施形態に係るスピーカ装置１Ａによれば、設置環境や経年変化に応じた適正な較正情報４１を動的に設定することができる。
【００８６】
［３．第３の実施形態］
ところで、上述した第１の実施形態および第２の実施形態では、複数の振動素子１１に対し、同一の駆動電圧Ｖｏが印加される場合を例に挙げたが、複数の振動素子１１に対し、異なる駆動電圧が印加されてもよい。
【００８７】
図７は、第３の実施形態に係るスピーカ装置１Ｂの制御方法の概要説明図である。第３の実施形態に係るスピーカ装置１Ｂでは、第１の振動素子１１ａと、第２の振動素子１１ｂとで異なる駆動電圧Ｖｏ１，Ｖｏ２を印加する。
【００８８】
具体的には、スピーカ装置１Ｂは、第１の振動素子１１ａに対して変調信号Ｓｍを含む第１駆動電圧Ｖｏ１を印加し、第２の振動素子１１ｂには無変調の搬送波Ｓｃのみを含む第２駆動電圧Ｖｏ２を印加する。
【００８９】
第１駆動電圧Ｖｏ１および第２駆動電圧Ｖｏ２の印加により、第１の振動素子１１ａでは変調信号Ｓｍによる振動が発生するのに対し、第２の振動素子１１ｂでは無変調の搬送波Ｓｃによる振動が発生する。つまり、パネル１０上で変調信号Ｓｍと、搬送波Ｓｃとを合成する。
【００９０】
これにより、音圧レベルを維持するための電圧を下げることができる。具体的には、変調信号Ｓｍと、搬送波Ｓｃとを言わばパネル１０上で合成させることで、発生する可聴音の一部の周波数帯における音圧レベルを高くすることができる。換言すれば、音圧レベルを維持するのに必要とする電圧を下げることができる。
【００９１】
なお、ここでは、第２駆動電圧Ｖｏ２は、無変調の搬送波Ｓｃのみを含む場合を示したが、第１駆動電圧Ｖｏ１と異なればよく、たとえば、第２駆動電圧Ｖｏ２に音声信号Ｓｓの一部が含まれてもよい。このような場合として、たとえば、スピーカ装置１Ｂの回路において、第２駆動電圧Ｖｏ２の信号線に、第１駆動電圧Ｖｏ１の信号線から一部信号が漏れこむ場合等がある。
【００９２】
そして、上述した第１の実施形態および第２の実施形態に係るスピーカ装置１，１Ａの制御方法は、かかる第３の実施形態に係るスピーカ装置１Ｂの制御方法にも適用することができる。
【００９３】
すなわち、第１の振動素子１１ａに対しては、上述した「特性補正」、「レベル検出」および「ゲイン制御」の各処理を含んで変調された変調信号Ｓｍを増幅することによって生成される第１駆動電圧Ｖｏ１が印加されることとなる。
【００９４】
また、第２の振動素子１１ｂに対しては、同じく「特性補正」、「レベル検出」および「ゲイン制御」の各処理を含んでレベル制御された搬送波Ｓｃを増幅することによって生成される第２駆動電圧Ｖｏ２が印加されることとなる。
【００９５】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１，１Ａ，１Ｂ  スピーカ装置
２    音出力部
３    駆動部
１０    パネル
１１    振動素子
３３    変調部
３３ａ  特性補正部
３３ｂ  レベル検出部
３３ｃ  ゲイン制御部
３３ｃａ  ＡＧＣ回路
３３ｃｂ  ＡＧＣアンプ
３５    較正部
４１    較正情報
Ａｓ    振動領域
Ｓｃ    搬送波
Ｓｍ    変調信号
Ｓｓ    音声信号
Ｖｏ    駆動電圧
Ｗ      定在波
【図１Ａ】
2019080170.tif 000003
【図１Ｂ】
2019080170.tif 000004
【図１Ｃ】
2019080170.tif 000005
【図１Ｄ】
2019080170.tif 000006
【図１Ｅ】
2019080170.tif 000007
【図２】
2019080170.tif 000008
【図３】
2019080170.tif 000009
【図４】
2019080170.tif 000010
【図５】
2019080170.tif 000011
【図６】
2019080170.tif 000012
【図７】
2019080170.tif 000013