(57)【要約】【課題】  超音波スピーカの用途の制約を解消する。【解決手段】  少なくとも１つの超音波スピーカ、及び、音源と接続可能なオーディオコントローラは、音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、超音波スピーカによって再生される可聴音を聞き取るリスナの位置に関する位置情報を取得する手段を備え、位置情報に基づいて、超音波スピーカから放射される超音波が集束する焦点位置を決定する手段を備え、焦点位置で集束する超音波を収束するように、超音波スピーカを駆動させる手段を備える。【選択図】図３
2019068333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの超音波スピーカ、及び、音源と接続可能なオーディオコントローラであって、
前記音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、
前記超音波スピーカによって再生される可聴音を聞き取るリスナの位置に関する位置情報を取得する手段を備え、
前記位置情報に基づいて、前記超音波スピーカから放射される超音波が集束する焦点位置を決定する手段を備え、
前記焦点位置で集束する超音波を収束するように、前記超音波スピーカを駆動させる手段を備える、
オーディオコントローラ。
【請求項２】
前記決定する手段は、前記超音波スピーカの駆動中に前記焦点位置を決定する、
請求項１に記載のオーディオコントローラ。
【請求項３】
前記決定する手段は、前記超音波スピーカが放射する超音波の位相差を用いて、前記焦点位置を決定する、
請求項１又は２に記載のオーディオコントローラ。
【請求項４】
前記駆動する手段は、前記超音波スピーカの複数の超音波トランスデューサを異なる駆動タイミングで駆動することにより、前記位相差を生成する、
請求項３に記載のオーディオコントローラ。
【請求項５】
前記駆動する手段は、複数の超音波トランスデューサから構成されるフェーズドアレイのアレイ面の曲率を変えることにより、前記超音波スピーカが放射する超音波の位相差を生成する、
請求項３に記載のオーディオコントローラ。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１〜４の何れかに記載の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーディオコントローラ及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パラメトリックスピーカとは、狭い指向性を有する超音波により可聴音を発生させるスピーカである。パラメトリックスピーカを用いることにより、特定のリスナにのみ可聴音を聴かせることができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、超音波を放射するパラメトリックスピーカと、超音波より広い指向性を有する音波を放射するスピーカ（以下「広指向性スピーカ」という）と、を制御する制御部が開示されている。この制御部は、音源であるディスプレイの前に居る人物の数に応じて、パラメトリックスピーカによる音の再生、及び、広指向性スピーカによる音の再生を選択的に切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０７０２１３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、特許文献１に示されるように、パラメトリックスピーカ等の超音波スピーカでは、一般に、可聴音の音圧レベルがパラメトリックスピーカの位置から音軸方向に所定の距離でピークを有する特性を有する。従って、特許文献１のパラメトリックスピーカから放射される超音波が集束する焦点は、固定される。そのため、超音波スピーカの用途に制約がある。
【０００６】
本発明の目的は、超音波スピーカの用途の制約を解消することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、
少なくとも１つの超音波スピーカ、及び、音源と接続可能なオーディオコントローラであって、
前記音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、
前記超音波スピーカによって再生される可聴音を聞き取るリスナの位置に関する位置情報を取得する手段を備え、
前記位置情報に基づいて、前記超音波スピーカから放射される超音波が集束する焦点位置を決定する手段を備え、
前記焦点位置で集束する超音波を収束するように、前記超音波スピーカを駆動させる手段を備える、
オーディオコントローラである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、超音波スピーカの用途の制約を解消することできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の超音波スピーカの概略構成図である。
【図３】本実施形態の概要の説明図である。
【図４】図１の超音波スピーカの駆動タイミングの決定方法の説明図である。
【図５】本実施形態の超音波スピーカの動作例１の説明図である。
【図６】図５の動作例１において形成される音源を示す図である。
【図７】本実施形態の超音波スピーカの動作例２の説明図である。
【図８】図７の動作例２において形成される音源を示す図である。
【図９】本実施形態の超音波スピーカの動作例３の説明図である。
【図１０】図９の動作例３において形成される音源を示す図である。
【図１１】本実施形態の超音波スピーカの動作例４の説明図である。
【図１２】図１１の動作例４において形成される音源を示す図である。
【図１３】本実施形態のオーディオシステムの制御の処理のフローチャートである。
【図１４】図１３のオーディオ信号の音圧レベルの周波数特性の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１１】
（１）オーディオシステムの構成
オーディオシステムの構成について説明する。図１は、本実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、オーディオシステム１は、オーディオコントローラ１０と、超音波スピーカ２１と、音源２３と、を備える。
【００１３】
オーディオコントローラ１０は、超音波スピーカ２１を制御する情報処理装置の一例である。
オーディオコントローラ１０は、記憶装置１１と、プロセッサ１２と、入出力インタフェース１３と、通信インタフェース１４と、を備える。
【００１４】
記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク）の組合せである。
【００１５】
プログラムは、例えば、以下のプログラムを含む。
・ＯＳ（Operating System）のプログラム
・情報処理を実行するアプリケーション（例えば、オーディオシステム１を制御する制御用アプリケーション）のプログラム
【００１６】
データは、例えば、以下のデータを含む。
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ（つまり、情報処理の実行結果）
【００１７】
プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを起動することによって、オーディオコントローラ１０の機能を実現するように構成される。プロセッサ１２は、コンピュータの一例である。
【００１８】
入出力インタフェース１３は、オーディオコントローラ１０に接続される入力デバイス（例えば、音源２３）から入力信号を受け付け、且つ、オーディオコントローラ１０に接続される出力デバイス（例えば、超音波スピーカ２１）に出力信号を出力するように構成される。
【００１９】
通信インタフェース１４は、オーディオコントローラ１０とサーバ（不図示）との間の通信を制御するように構成される。
【００２０】
超音波スピーカ２１は、オーディオコントローラ１０の制御に従って、超音波を放射するように構成される。
【００２１】
音源２３は、オーディオコントローラ１０にオーディオ信号を与えるように構成される。音源２３は、以下のものを含む。
・テレビ
・オーディオメディアプレーヤ（カセットプレーヤ、ＣＤ（Compact Disc）プレーヤ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）プレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ）
・デジタルオーディオプレーヤ
【００２２】
位置情報取得部２４は、位置情報を取得するように構成される。超音波スピーカ２１によって再生される音を聴かせるべきリスナＬの３次元空間上の位置を示す。位置情報取得部２４は、例えば、以下の少なくとも１つを含む。
プロセッサ１２は、位置情報取得部２４が取得した位置情報に基づいて、超音波スピーカ２１に対するリスナＬの相対位置を示す三次元座標を生成することにより、当該相対位置を特定する。
【００２３】
（１−１）超音波スピーカの構成
本実施形態の超音波スピーカの構成について説明する。図２は、図１の超音波スピーカの概略構成図である。
【００２４】
図２に示すように、超音波スピーカ２１の放射面には、カバー２１ａ（図２Ａ）が配置されている。カバー２１ａを取り外すと、筐体２１ｂ上の放射面（図２Ｂ）が露出する。
【００２５】
放射面には、複数の超音波トランスデューサ２１ｃから構成されるフェーズドアレイＦＡが配置される。複数の超音波トランスデューサ２１ｃは、ＸＺ平面（以下「アレイ面」という）に配置される。
【００２６】
超音波スピーカ２１は、各超音波トランスデューサ２１ｃを駆動させる駆動部（不図示）を備える。駆動部は、複数の超音波トランスデューサ２１ｃを個別に駆動する。各超音波トランスデューサ２１ｃは、駆動部の駆動により振動する。各超音波トランスデューサ２１ｃの振動により、超音波が発生する。複数の超音波トランスデューサ２１ｃから放射された超音波は、空間上を伝播し、空間上の焦点で集束する。焦点で集束した超音波は、可聴音の音源を形成する。
【００２７】
（２）本実施形態の概要
本実施形態の概要について説明する。図３は、本実施形態の概要の説明図である。
【００２８】
図３に示すように、音源２３は、超音波スピーカ２１に再生させる可聴音の元になるオーディオ信号をオーディオコントローラ１０に与える。
【００２９】
オーディオコントローラ１０は、オーディオ信号と、位置情報と、を入力する。オーディオコントローラ１０は、位置情報に基づいて、超音波スピーカ２１から放射される超音波を集束させる焦点位置を決定する。オーディオコントローラ１０は、決定した焦点位置に基づく駆動信号を生成し、超音波スピーカ２１に出力する。
【００３０】
超音波スピーカ２１は、オーディオコントローラ１０によって生成された駆動信号に基づいて超音波を放射する。
【００３１】
超音波スピーカ２１から放射された超音波は、オーディオコントローラ１０によって決定された焦点位置で集束する。集束した超音波は、焦点位置に可聴音の音源を形成する。
【００３２】
このように、オーディオコントローラ１０は、超音波スピーカ２１から放射される超音波の焦点を任意の焦点位置に形成することができる。つまり、オーディオコントローラ１０は、任意の位置に可聴音の音源を形成することができる。
【００３３】
一般的な超音波スピーカ（例えば、パラメトリックスピーカ）では、焦点位置が予め固定される。そのため、超音波スピーカの用途に制約がある。
【００３４】
これに対して、本実施形態の超音波スピーカ２１は、焦点位置を任意に決定することができる。これにより、超音波スピーカ２１をより広範な用途に利用することができる。
一例として、オーディオコントローラ１０は、超音波スピーカ２１の駆動中に焦点位置を変えることにより、可聴音を再生しながら、音源を動かすことができる。
【００３５】
（３）超音波スピーカの動作例
本実施形態の超音波スピーカの動作例について説明する。
【００３６】
超音波スピーカ２１は、所定の変調方式で変調した超音波を放射する。
変調方式は、例えば、以下の何れかである。
・ＡＭ（Amplitude Modulation）変調
・ＦＭ（Frequency Modulation）変調
・ＰＭ（Phase Modulation）変調
【００３７】
超音波スピーカ２１は、複数の超音波トランスデューサ２１ｃの駆動タイミングを個別に制御することにより、各超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波に位相差を与える。焦点の位置及び数は、この位相差に依存する。つまり、超音波スピーカ２１は、位相差を制御することにより、焦点の位置及び数を変化させることができる。
【００３８】
本実施形態の超音波スピーカの位相差の形成方法について説明する。図４は、図１の超音波スピーカの駆動タイミングの決定方法の説明図である。
【００３９】
記憶装置１１には、フェーズドアレイＦＡの基準点（例えば、中心）に対する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）のフェーズドアレイＦＡ上の相対位置を示す超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）の座標（ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ））が記憶されている。ｎは、超音波トランスデューサ２１ｃのを示す識別子（正の整数）である。
【００４０】
例えば、位置情報取得部２４が位置情報を取得すると、プロセッサ１２は、図４に示すように、基準点に対する焦点ＦＰの相対位置を示す焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）を決定する。
プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶された超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）の座標（ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ））と、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、に基づいて、超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）と焦点ＦＰとの距離ｒ（ｎ）を計算する。
【００４１】
プロセッサ１２は、ｎ＋１番目に駆動する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）の駆動タイミングと、ｎ番目に駆動する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）との駆動タイミングとの時間差（以下「駆動時間差」という）ΔＴ（ｎ＋１）を、式１を用いて、計算する。
ΔＴ（ｎ＋１）＝−ｒ（ｎ＋１）／ｃ  …（式１）
・ｃ：音速
【００４２】
上記のとおり、プロセッサ１２は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、記憶装置１１に記憶された座標（ｘ（ｎ＋１），ｙ（ｎ＋１），ｚ（ｎ＋１））と、を用いて、各超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）の駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）を計算する。プロセッサ１２は、この駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）に従い、各超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）に駆動信号を供給する。
各超音波トランスデューサ２１ｃは、この駆動信号に応じて駆動する。各超音波トランスデューサ２１ｃから放射された超音波は、駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）に応じた位相差を有するので、焦点ＦＰで集束する。
【００４３】
焦点ＦＰで集束した超音波は、音源を形成する。この音源から、可聴音が発生する。つまり、超音波スピーカ２１は、任意の位置に可聴音を発生させることができる。
【００４４】
焦点距離が短くなるほど、焦点深度は小さくなる。焦点深度が小さくなるほど、超音波の指向性は低下する。つまり、焦点距離が短くなるほど、超音波の進行方向からずれた方向にも音波が伝わる傾向にある。換言すると、超音波スピーカ２１は、焦点位置を変えることにより、可聴音の音波が進行する進行範囲を変化させることができる。
【００４５】
リスナＬが可聴音を聴き取れる可聴範囲の分布は、焦点ＦＰを軸とする略回転対称の形状を形成する。可聴範囲は、超音波ビームに対して可聴音が進む方向又は角度、及び、焦点ＦＰとリスナＬとの距離の組合せによって規定される。可聴範囲は、超音波スピーカ２１の使用環境の環境音と可聴音の音量との大小関係によって決まる。可聴音の音量は、超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波の振幅又は変調度によって決まる。従って、プロセッサ１２は、超音波の振幅又は変調度を調整することにより、可聴範囲を変化させることができる。
【００４６】
（３−１）動作例１（単焦点）
本実施形態の超音波スピーカの動作例１について説明する。図５は、本実施形態の超音波スピーカの動作例１の説明図である。図６は、図５の動作例１において形成される音源を示す図である。動作例１では、１つの焦点に超音波を集束させる。
【００４７】
図５に示すように、動作例１では、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｉが、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
超音波スピーカ２１からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波ＵＳＷ１が放射される。超音波ＵＳＷ１は、フェーズドアレイＦＡの中心から焦点距離ｄ１だけ離れた焦点ＦＰ１で集束する。
【００４８】
図６に示すように、超音波スピーカ２１は、焦点ＦＰ１に点音源ＳＳ１を形成する。
例えば、焦点ＦＰ１がリスナＬの耳元に位置する場合、点音源ＳＳ１はリスナＬの耳元に形成される。この場合、リスナＬには、耳元で点音源ＳＳ１からの可聴音が聴こえる。
【００４９】
（３−２）動作例２（複焦点）
本実施形態の超音波スピーカの動作例２について説明する。図７は、本実施形態の超音波スピーカの動作例２の説明図である。図８は、図７の動作例２において形成される音源を示す図である。動作例２では、複数の焦点に超音波を集束させる。
【００５０】
図７に示すように、動作例２では、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｉが、２つのグループＧ１及びＧ２に分かれる。グループＧ１は、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｅから構成される。グループＧ２は、超音波トランスデューサ２１ｃｆ〜２１ｃｉから構成される。
【００５１】
グループＧ１（超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｅ）は、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
超音波スピーカ２１からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波ＵＳＷ２ａが放射される。超音波ＵＳＷ２ａは、フェーズドアレイＦＡの中心から焦点距離ｄ２ａだけ離れた焦点ＦＰ２ａで集束する。
【００５２】
グループＧ２（超音波トランスデューサ２１ｃｆ〜２１ｃｉ）は、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
超音波スピーカ２１からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波ＵＳＷ２ｂが放射される。超音波ＵＳＷ２ｂは、フェーズドアレイＦＡの中心から焦点距離ｄ２ｂだけ離れた焦点ＦＰ２ｂで集束する。
【００５３】
図８に示すように、超音波スピーカ２１は、焦点ＦＰ２ａ及びＦＰ２ｂに、それぞれ、点音源ＳＳ２ａ及びＳＳ２ｂを形成する。
例えば、焦点ＦＰ２ａがリスナＬ１の耳元に位置する場合、点音源ＳＳ２ａはリスナＬ１の耳元に形成される。この場合、リスナＬ１には、耳元で点音源ＳＳ２ａからの可聴音が聴こえる。
焦点ＦＰ２ｂがリスナＬ２の耳元に位置する場合、点音源ＳＳ２ｂはリスナＬ２の耳元に形成される。この場合、リスナＬ２には、耳元で点音源ＳＳ２ｂからの可聴音が聴こえる。
【００５４】
なお、超音波スピーカ２１は、３個以上の焦点に点音源を形成することも可能である。
【００５５】
（３−３）動作例３（ビーム）
本実施形態の超音波スピーカの動作例３について説明する。図９は、本実施形態の超音波スピーカの動作例３の説明図である。図１０は、図９の動作例３において形成される音源を示す図である。
【００５６】
図９に示すように、動作例３では、動作例１の焦点距離ｄ１、並びに、動作例２の焦点距離ｄ２ａ及びｄ２ｂより十分に長い距離ｄ３ａが設定される。この場合、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｉが、略同時に振動することにより、超音波スピーカ２１からは、実質的に位相差がない超音波ＵＳＷ３が放射される。超音波ＵＳＷ３は、焦点ＦＰ３方向への指向性が高い超音波ビームＵＳＢ３を形成する。
【００５７】
一般的に、超音波ビームは、ビーム状の音源を形成する。つまり、可聴音のビームは、超音波ビームに覆いかぶさるように存在する。
この場合、図１０に示すように、超音波ビームＵＳＢ３が、ビーム状の音源ＳＳ３を形成する。従って、リスナＬには、超音波スピーカ２１の方向からビーム状の音源ＳＳ３（つまり、超音波ビームＵＳＢ３に沿って形成された音源）からの可聴音が近づいてくるように聴こえる。
【００５８】
（３−４）動作例４（ビーム）
本実施形態の超音波スピーカの動作例４について説明する。図１１は、本実施形態の超音波スピーカの動作例４の説明図である。図１２は、図１１の動作例４において形成される音源を示す図である。
【００５９】
図１１に示すように、動作例４では、動作例１の焦点距離ｄ１、並びに、動作例２の焦点距離ｄ２ａ及びｄ２ｂより十分に長い距離が設定される。この場合、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｉが、一端部側から他端部側に向かう順に、時間差で振動することにより、超音波スピーカ２１からは、実質的に位相差がない超音波ＵＳＷ４が、アレイ面に直交する方向（Ｙ＋方向）に対して斜めに放射される。超音波ＵＳＷ４は、超音波スピーカ２１から、アレイ面に直交する方向（Ｙ＋方向）に対して斜めの位置にある焦点ＦＰ４方向への指向性が高い超音波ビームＵＳＢ４を形成する。
【００６０】
図１２に示すように、超音波スピーカ２１が放射した超音波ビームＵＳＢ４ａは、ビーム状の音源ＳＳ４ａを形成し、且つ、反射部材ＲＭで反射する。反射部材ＲＭで反射した反射ビームＵＳＷ４ｂは、ビーム状の音源ＳＳ４ｂを形成する。
【００６１】
一例として、反射部材ＲＭの側方に位置するリスナＬには、超音波スピーカ２１とは異なる方向から音源ＳＳ４ｂが近づいてくる。従って、リスナＬには、側方からの可聴音が壁から鳴っているように聴こえる。
【００６２】
別の例として、反射部材ＲＭが超音波ＵＳＷ４ａを鏡面反射させる面を有する壁である場合、反射部材ＲＭに対して、超音波ビームＵＳＢ４ａの反射方向に位置するリスナＬには、自身の背後に位置する壁から音源ＳＳ４ｂが近づいてくる。従って、リスナＬには、音源ＳＳ４ｂからの可聴音が壁から鳴っているように聴こえる。
【００６３】
別の例として、反射部材ＲＭが超音波ビームＵＳＢ４ａを乱反射させる面を有する場合、反射部材ＲＭから広角に反射ビームＵＳＷ４ｂが拡散する。従って、リスナＬの位置によらず、リスナＬには、音源ＳＳ４ｂからの可聴音が広範囲で鳴っているように聴こえる。
【００６４】
（４）オーディオシステムの制御
本実施形態のオーディオシステムの制御について説明する。図１３は、本実施形態のオーディオシステムの制御の処理のフローチャートである。図１４は、図１３のオーディオ信号の音圧レベルの周波数特性の概略図である。
【００６５】
音源２３は、オーディオ信号の出力（Ｓ２００）を実行する。
具体的には、音源２３は、オーディオ信号をエンコードし、オーディオコントローラ１０に出力する。
【００６６】
Ｓ２００の後、オーディオコントローラ１０は、オーディオ信号の入力（Ｓ１０１）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ２００で音源２３から出力されたオーディオ信号を入力する。
【００６７】
ステップＳ１０１の後、オーディオコントローラ１０は、オーディオ信号のデコード（Ｓ１０２）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、オーディオ信号をデコードすることにより、オーディオ信号から、第１周波数特性（図１４）を取り出す。
プロセッサ１２は、第１周波数特性を記憶装置１１に記憶する。
【００６８】
ステップＳ１０２の後、オーディオコントローラ１０は、焦点位置の決定（Ｓ１０３）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、位置情報取得部２４によって取得された位置情報に基づいて、超音波スピーカ２１に対するリスナＬの相対位置を示す座標を計算する。この座標が、図４の焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）である。
【００６９】
ステップＳ１０３の後、オーディオコントローラ１０は、変調パラメータの決定（Ｓ１０４）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶された第１周波数特性ＦＳ１の音圧レベルに基づいて、変調パラメータを決定する。
【００７０】
ステップＳ１０４の後、オーディオコントローラ１０は、駆動信号の生成（Ｓ１０５）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、図４に示すように、記憶装置１１に記憶された超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）の座標（ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ））と、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、に基づいて、超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）と焦点ＦＰとの距離ｒ（ｎ）を計算する。
プロセッサ１２は、ｎ＋１番目に駆動する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）の駆動タイミングと、ｎ番目に駆動する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）との駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）を、式１を用いて、計算する。
【００７１】
プロセッサ１２は、駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）に従い、各超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）に駆動信号を出力する。
各超音波トランスデューサ２１ｃは、この駆動信号に応じて駆動する。各超音波トランスデューサ２１ｃから放射された超音波は、駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）に応じた位相差を有するので、焦点ＦＰで集束する。集束した超音波は、焦点ＦＰに可聴音の音源を形成する。焦点ＦＰに形成された音源は、可聴音を発生させる。
【００７２】
音源２３は、再生が終了するまで（Ｓ２０１−ＮＯ）、ステップＳ２００の処理を繰り返し実行する。
オーディオコントローラ１０は、再生が終了するまで（Ｓ１０６−ＮＯ）、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の処理を繰り返し実行する。
【００７３】
本実施形態では、ステップＳ１０３において、位置情報取得部２４によって取得された位置情報（つまり、可聴音を聴かせるべきリスナＬの位置）に基づいて、焦点位置が決定される。そして、ステップＳ１０５において、焦点位置で超音波が集束するように、駆動時間差ΔＴで各超音波トランスデューサ２１ｃが駆動するように、駆動信号が生成される。
これにより、任意の位置に可聴音の音源を形成することができる。
例えば、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、再生が終了するまで繰り返されるので（Ｓ１０６）、焦点位置を変更しながら（つまり、可聴音の音源を動かしながら）、可聴音を再生することができる。
【００７４】
（５）アプリケーション例
本実施形態のオーディオシステム１のアプリケーション例について説明する。
【００７５】
（５−１）アプリケーションの第１例
本実施形態のアプリケーションの第１例について説明する。第１例は、乗り物（例えば、自動車、鉄道、航空機）の内部にオーディオシステム１が配置される例である。
【００７６】
例えば、オーディオシステム１は、自動車の車内（一例として、ダッシュボード、ドア、車載ラウドスピーカの近傍、及び、天井の少なくとも一箇所）に配置される。
【００７７】
位置情報取得部２４は、車内の乗員（例えば、ドライバ及び同乗者の少なくとも１人）であるリスナＬの位置を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ（この場合、プロセッサ１２は、カメラが生成した画像データに対する画像解析（例えば、特徴量解析）を実行することにより、リスナＬの位置を特定する）
・車外に配置された距離センサ（この場合、プロセッサ１２は、距離センサが生成した信号に基づいて、リスナＬの位置を特定する）
・空間認識センサ（この場合、プロセッサ１２は、空間認識センサが生成した信号に基づいて、リスナＬの位置を特定する）
・レーザ光センサ（この場合、プロセッサ１２は、レーザ光センサが生成した信号に基づいて、リスナＬの位置を特定する）
・インフォテイメントシステム（この場合、プロセッサ１２は、インフォテイメントシステムによって生成されたデータに基づいて、リスナＬの位置を特定する）
・車載ＡＶ（Audio Visual）デバイス（この場合、プロセッサ１２は、車載ＡＶデバイスによって生成されたデータに基づいて、リスナＬの位置を特定する）
・通信装置（例えば、スマートフォン、又は、タブレット型デバイス）から位置情報を取得する通信インタフェース１４（この場合、プロセッサ１２は、通信装置から取得した位置情報に基づいて、リスナＬの位置を特定する）
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
【００７８】
音源２３は、以下の何れかの走行に関する音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・警告メッセージ（例えば、自動車の走行速度が制限速度を超過していることを通知する音声メッセージ）
・案内メッセージ（例えば、目的地への経路を案内する音声メッセージ）
・走行に関するメッセージ（例えば、走行速度、又は、燃料若しくはバッテリの残量を通知する音声メッセージ）
・リスナＬの操作に応じた操作音
【００７９】
更に、音源２３は、以下の何れかの走行に関する音を再生するためのオーディオ信号を生成してもよい。
・動画の音声
・音楽
【００８０】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、車内のリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、車内のリスナＬに聴かせることができる。
【００８１】
（５−２）アプリケーションの第２例
本実施形態のアプリケーションの第２例について説明する。第２例は、飛翔体（例えば、ドローン）にオーディオシステム１が配置される例である。
【００８２】
例えば、オーディオシステム１は、ドローンの下部に配置される。
【００８３】
位置情報取得部２４は、飛行中のドローンの下方（つまり、ドローンの飛行区域の地上）のリスナＬ（例えば、被災地にいる被災者、救助者、不審者）の位置、又は、ドローンの飛行区域の地上の特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・距離センサ
・空間認識センサ
・レーザ光センサ
・温度センサ
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・通信インタフェース１４
【００８４】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・避難活動を補助するメッセージ（例えば、被災者に対して避難場所又は危険地帯を通知する音声メッセージ）
・救助活動を補助するメッセージ（例えば、救助者に対して救助活動に関する指示を通知する音声メッセージ）
・警告音
・リスナＬの操作に応じた操作音
【００８５】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、ドローンの飛行区域の地上に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、地上に居るリスナＬに聴かせることができる。
【００８６】
（５−３）アプリケーションの第３例
本実施形態のアプリケーションの第３例について説明する。第３例は、屋内にオーディオシステム１が配置される例である。
【００８７】
例えば、オーディオシステム１は、住宅の室内に配置される。
【００８８】
位置情報取得部２４は、室内のリスナＬの位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・マイク（一例として、指向性マイク）
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・通信インタフェース１４
【００８９】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・リスナＬの操作に応じた操作音
・リスナＬの音声指示に対する応答メッセージ（一例として、人工知能によって生成されたメッセージ）
・音楽
・動画の音声
【００９０】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、住宅の室内又はオーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、住宅の室内又はオーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【００９１】
（５−４）アプリケーションの第４例
本実施形態のアプリケーションの第４例について説明する。第４例は、モニタにオーディオシステム１が配置される例である。
【００９２】
位置情報取得部２４は、モニタの周辺に居るリスナＬの位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・マイク（一例として、指向性マイク）
・通信インタフェース１４
【００９３】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・リスナＬの操作に応じた操作音
・リスナＬの音声指示に対する応答メッセージ（一例として、人工知能によって生成されたメッセージ）
・音楽
・動画の音声
【００９４】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、モニタの周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、モニタの周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【００９５】
（５−５）アプリケーションの第５例
本実施形態のアプリケーションの第５例について説明する。第５例は、インフラストラクチャ（例えば、信号機、公衆トイレ、鉄道の駅のプラットホーム、又は、公道）にオーディオシステム１が配置される例である。
【００９６】
位置情報取得部２４は、インフラストラクチャの周辺に居るリスナＬの位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・温度センサ
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
【００９７】
リスナＬは、人間、又は、動物（例えば、盲導犬）である。
【００９８】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・人間に対する警告メッセージ
・人間の行動（例えば、目的地への経路、又は、広告）を案内するメッセージ
・動物に対する警告音
・動物に対する案内音
【００９９】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、インフラストラクチャの周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、インフラストラクチャの周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【０１００】
（５−６）アプリケーションの第６例
本実施形態のアプリケーションの第６例について説明する。第６例は、エンターテインメント設備（例えば、テーマパーク内の設備、イベント会場のステージ設備、イベントで使用されるスピーカ）にオーディオシステム１が配置される例である。
【０１０１】
位置情報取得部２４は、エンターテイメント設備の周辺に居るリスナＬ（エンターテインメントコンテンツの演者若しくは聴衆、又は、不審者）の位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・温度センサ
・エンターテインメントコンテンツの演者が装着した無線タグから発信された信号のレシーバ
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・通信インタフェース１４
【０１０２】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・音楽
・動画の音声
・案内メッセージ（例えば、目的地への経路を案内する音声メッセージ）
・案内音
・警告メッセージ
・警告音
・演者に対する指示メッセージ（例えば、セリフを指示するメッセージ）
・ディスクジョッキーによって再生される音源
【０１０３】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、エンターテイメント設備の周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、エンターテイメント設備の周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【０１０４】
（５−７）アプリケーションの第７例
本実施形態のアプリケーションの第７例について説明する。第７例は、金融機関にオーディオシステム１が配置される例である。
【０１０５】
例えば、オーディオシステム１は、金融機関の店舗（一例として、柱）、又は、店舗内に設置された装置（現金自動預入払出機、キャッシュディスペンサ、若しくは、自動ローン審査装置）に配置される。
【０１０６】
位置情報取得部２４は、店舗内に居るリスナＬ（例えば、顧客又は不審者）の位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・距離センサ
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
【０１０７】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・店舗内に設置された装置の案内メッセージ（例えば、キャッシュカードの取り忘れを防止するための音声メッセージ）
・警告音
・警告メッセージ
・リスナＬの操作に応じた操作音
【０１０８】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、金融機関の店舗内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、金融機関の店舗内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【０１０９】
（５−８）アプリケーションの第８例
本実施形態のアプリケーションの第８例について説明する。第８例は、介護施設（例えば、老人ホーム）にオーディオシステム１が配置される例である。
【０１１０】
例えば、オーディオシステム１は、介護施設内（一例として、柱又はインテリア）に配置される。
【０１１１】
位置情報取得部２４は、オーディオシステム１の周辺のリスナＬの位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・通信インタフェース１４
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
【０１１２】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・介護施設内の被介護者に対するメッセージ
・警告音
【０１１３】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、オーディオシステム１の周辺、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、介護施設内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【０１１４】
（５−９）アプリケーションの第９例
本実施形態のアプリケーションの第９例について説明する。第９例は、飲食店（例えば、喫茶店）にオーディオシステム１が配置される例である。
【０１１５】
位置情報取得部２４は、飲食店の店内に居るリスナＬの位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・カメラ
・顧客が所持するタグ
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・通信インタフェース１４
【０１１６】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・顧客に対する案内メッセージ（例えば、注文した商品の調理が完了したことを示すメッセージ）
・音楽
・動画の音声
【０１１７】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、飲食店の店舗内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、飲食店の店内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【０１１８】
（５−１０）アプリケーションの第１０例
本実施形態のアプリケーションの第１０例について説明する。第１０例は、ＶＲ（Virtual Reality）コンテンツを提供する施設又はデバイス（一例として、ヘッドマウントディスプレイ、又コンテンツ再生装置、又は、ビデオゲーム機）にオーディオシステム１が配置される例である。
【０１１９】
位置情報取得部２４は、ＶＲコンテンツを提供する施設内に居るリスナＬの位置、又は、オーディオシステム１を基準とする特定範囲を示す位置情報を取得する。この場合、位置情報取得部２４は、例えば、以下の何れかである。
・モーションセンサ
・カメラ
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・ＶＲ施設の３次元レイアウトを示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・予め定められた範囲を示す位置情報が記憶された記憶装置１１
・通信インタフェース１４
【０１２０】
音源２３は、以下の何れかの音を再生するためのオーディオ信号を生成する。
・ＶＲコンテンツの音声
・案内メッセージ（例えば、ＶＲコンテンツの終了時間が近いことを示す音声メッセージ）
・リスナＬの操作に応じた操作音
【０１２１】
プロセッサ１２は、ステップＳ１０３において、ＶＲコンテンツを提供する施設内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬの位置を焦点位置として決定する。
これにより、音源２３によって生成されたオーディオ信号に対応する可聴音を、ＶＲコンテンツを提供する施設内、又は、オーディオシステム１から所定範囲内に居るリスナＬに聴かせることができる。
【０１２２】
（６）変形例
本実施形態の変形例について説明する。
【０１２３】
（６−１）変形例１
変形例１について説明する。変形例１は、フェーズドアレイＦＡが曲面形状を有する例である。
【０１２４】
変形例１のフェーズドアレイＦＡは、可変曲率を有する曲面形状のアレイ面上に形成される。
超音波スピーカ２１には、アクチュエータ（例えば、可変アーム）が接続される。アクチュエータは、アレイ面の曲率（つまり、曲面形状）を変えるように構成される。アレイ面の曲率が変わると、フェーズドアレイＦＡから放射される超音波の位相差も変化する。
【０１２５】
具体的には、ステップＳ１０５で生成される駆動信号は、アクチュエータを駆動させるための駆動信号を含む。
アクチュエータは、駆動信号に基づいて、アレイ面の曲率を変える。
【０１２６】
変形例１によれば、アレイ面の曲率を変えることにより超音波に位相差を与える超音波スピーカ２１を用いる場合にも、上記本実施形態と同様の効果が得られる。
特に、単一の焦点（例えば、図５の焦点ＦＰ１）に超音波を集束させる場合、複数の超音波トランスデューサ２１ｃの放射方向が当該焦点を向くので、当該焦点で集束する超音波の音圧レベルを上げることができる。
【０１２７】
（６−２）変形例２
変形例２について説明する。変形例２は、可聴範囲を動的に変化させる例である。
【０１２８】
変形例２の第１例では、プロセッサ１２は、オーディオシステム１のオペレータ（例えば、リスナＬ）の指示（例えば、音量を変化させるための操作）を受け付けると、当該指示に応じて、超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波の振幅又は変調度を変更する。
この場合、オペレータは、超音波スピーカ２１による音の可聴範囲を任意に変更することができる。
【０１２９】
変形例２の第２例では、プロセッサ１２は、位置情報取得部２４によって取得された位置情報が示すリスナＬの位置に応じて、超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波の振幅又は変調度を変更する。例えば、プロセッサ１２は、複数のリスナＬのうち一部のリスナＬの位置が可聴範囲から除外されるように、振幅又は変調度を決定する。
この場合、特定のリスナＬにのみ、超音波スピーカ２１による音を聴かせることができる。
【０１３０】
変形例２の第３例では、オーディオコントローラ１０は、環境音の音量を検出するセンサ（不図示）を備える。プロセッサ１２は、当該センサによって検出された音量に応じて、可聴範囲が一律に保たれるように、振幅又は変調度を決定する。
この場合、環境音が変化しても、可聴範囲を維持することができる。
【０１３１】
変形例２によれば、超音波スピーカ２１の外部要因に応じて、可聴範囲を動的に変化させることができる。
【０１３２】
（７）本実施形態の小括
本実施形態について小括する。
【０１３３】
本実施形態の第１態様は、
少なくとも１つの超音波スピーカ２１、及び、音源２３と接続可能なオーディオコントローラ１０であって、
音源２３からオーディオ信号を入力する手段（例えば、ステップＳ１０１の処理を実行するプロセッサ１２）を備え、
超音波スピーカによって再生される可聴音を聞き取るリスナの位置に関する位置情報を取得する手段（例えば、ステップＳ１０３の処理を実行するプロセッサ１２）を備え、
位置情報に基づいて、超音波スピーカから放射される超音波が集束する焦点位置を決定する手段（例えば、ステップＳ１０３の処理を実行するプロセッサ１２）を備え、
焦点位置で集束する超音波を収束するように、超音波スピーカを駆動させる手段（例えば、ステップＳ１０５の処理を実行するプロセッサ１２）を備える、
オーディオコントローラ１０である。
【０１３４】
第１態様によれば、任意の位置に決定された焦点位置に超音波が集束することにより、この焦点位置に音源が形成される。これにより、超音波スピーカ２１の用途の制約を解消することができる。
【０１３５】
本実施形態の第２態様では、
決定する手段は、超音波スピーカ２１の駆動中に焦点位置を決定する。
【０１３６】
第２態様によれば、超音波スピーカ２１から超音波が放射されている間に焦点位置が変わる。これにより、可聴音を再生しながら、音源の位置を動かすことができる。
【０１３７】
本実施形態の第３態様では、
決定する手段は、超音波スピーカ２１が放射する超音波の位相差を用いて、焦点位置を決定する。
【０１３８】
本実施形態の第４態様では、
駆動する手段は、超音波スピーカ２１の複数の超音波トランスデューサ２１ｃを異なる駆動タイミングで駆動することにより、位相差を生成する。
【０１３９】
本実施形態の第５態様では、
駆動する手段は、複数の超音波トランスデューサ２１ｃから構成されるフェーズドアレイのアレイ面の曲率を変えることにより、超音波スピーカ２１が放射する超音波の位相差を生成する。
【０１４０】
第３態様〜第５態様の何れかによれば、超音波スピーカ２１の放射面の方向を変えることなく、プロセッサ１２の制御によって任意の位置に焦点を形成することができる。
【０１４１】
（８）その他の変形例
【０１４２】
記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、オーディオコントローラ１０と接続されてもよい。
【０１４３】
位置情報取得部２４は、超音波を用いて、位置情報を取得しても良い。
例えば、位置情報取得部２４は、超音波トランスデューサ２１ｃが放射する超音波の反射波を検出する超音波センサである。
ステップＳ１００において、プロセッサ１２は、超音波トランスデューサ２１ｃを駆動させることにより、超音波を放射する。超音波は、リスナＬに反射する。
超音波センサは、リスナＬからの反射波を検出する。
プロセッサ１２は、超音波を放射してから、超音波センサによって反射波が検出されるまでの時間に基づいて、リスナＬの相対位置を推定する。
【０１４４】
上記の実施形態では、オーディオコントローラ１０と音源２３とが接続される例を示したが、本実施形態はこれに限られるものではない。オーディオコントローラ１０は、音源２３に組み込まれてもよい。
【０１４５】
上記の実施形態では、リスナＬが人間である例を主に示したが、本実施形態はこれに限られるものではない。本実施形態は、聴覚を有する動物がリスナＬである場合にも適用可能である。
例えば、動物から離れた場所にオーディオシステム１の操作者がいる場合、操作者の指示に応じて、動物に超音波によって発生する可聴音を聴かせることができる。可聴音に応じて動物が反応を示す場合、この可聴音は、動物に対する指示音として機能する。つまり、オーディオシステム１は、動物に対する指示を与えるシステムとして利用可能である。
【０１４６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
１          ：オーディオシステム
１０        ：オーディオコントローラ
１１        ：記憶装置
１２        ：プロセッサ
１３        ：入出力インタフェース
１４        ：通信インタフェース
２１        ：超音波スピーカ
２１ａ      ：カバー
２１ｂ      ：筐体
２１ｃ      ：超音波トランスデューサ
２３        ：音源
２４        ：位置情報取得部
【図１】
2019068333.tif 000003
【図２】
2019068333.tif 000004
【図３】
2019068333.tif 000005
【図４】
2019068333.tif 000006
【図５】
2019068333.tif 000007
【図６】
2019068333.tif 000008
【図７】
2019068333.tif 000009
【図８】
2019068333.tif 000010
【図９】
2019068333.tif 000011
【図１０】
2019068333.tif 000012
【図１１】
2019068333.tif 000013
【図１２】
2019068333.tif 000014
【図１３】
2019068333.tif 000015
【図１４】
2019068333.tif 000016