(57)【要約】  【解決手段】  パラメトリック信号を生成する信号処理システム（１０）であって、オーディオ入力信号のダイナミックレンジを圧縮するよう動作可能なオーディオ圧縮器（１４ａ、１４ｂ）と、前記オーディオ信号を等化するよう動作可能な等化ネットワーク（１６ａ、１６ｂ）とを有する。ローパスフィルタ（１８ａ、１８ｂ）は前記オーディオ信号の高い部分を、ハイパスフィルタ（２０ａ、２０ｂ）は当該オーディオ信号の低い部分をそれぞれ遮断するよう動作可能である。発振回路（２２ａ、２２ｂ）はキャリア信号を生成するよう動作可能で、変調回路（２３）は前記オーディオ信号を前記キャリア信号に結合させて少なくとも１つの変調されたキャリア信号を生成するよう動作可能である。  【選択図】    図１３
2013532442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号を生成するための信号処理システムは、
音声圧縮器（音声入力信号のダイナミックレンジを圧縮するように操作可能な）、
同等化ネットワーク（音声信号を等しくするように操作可能な）、
ローパスフィルタ（音声信号の高い部分を取り出すように操作可能な）、
ハイパスフィルタ（音声信号の低い部分を取り出すように操作可能な）、
発振回路（搬送波信号を生成するように操作可能な）、そして、変調回路（少なくとも一つの変調搬送波信号を生産するために音声信号を搬送波信号と組み合わせるように操作可能な）からなる信号処理システム。
【請求項２】
各々変調搬送波信号を生産するために圧縮、等化され、かつフィルタ処理音声信号を搬送波信号と組み合わせるように操作可能なモジュレータの一対の請求項１（単一の発振回路が少なくとも１対のモジュレータを動かす）の信号処理システム。
【請求項３】
請求項１（圧縮器が変調回路によって、搬送波信号の変調の前に音声信号を圧縮する）の信号処理システム。
【請求項４】
エミッタ（非線形媒体に少なくとも一つの変調搬送波信号を発するように操作可能な）から更になっている請求項１の信号処理システム。
【請求項５】
インダクタンスコイル（エミッタ（エミッタに隣接して連結されていて、演算処理システムの残りの構成要素から末端のインダクタンスコイル）と関連する）から更になっている請求項４の信号処理システム。
【請求項６】
請求項５（インダクタンスコイルが完全にシールド・ポット核インダクタンスコイルから成る）の信号処理システム。
【請求項７】
第２のハイパスフィルタ（変調搬送波信号をアンプに分配する前に変調搬送波信号をフィルターに通すように操作可能な）から更になっている請求項１の信号処理システム。
【請求項８】
パラメータの波として発されることができる変調搬送波信号を生成する方法は、以下から成る：
圧縮音声信号を生成するために音声入力信号のダイナミックレンジを圧縮すること、
等しくされた音声信号を生成するために音声信号を等しくすること、
フィルタ処理音声信号を生成するために音声信号を濾過している帯域通過、そして、変調搬送波信号を生成するために圧縮音声信号を有する搬送波信号を調整すること。
【請求項９】
各々いずれがフィルタ処理音声信号を有する搬送波信号を調整するかという請求項８（搬送波信号を調整することが少なくとも１対のモジュレータを動かすために単一の発振回路を利用することを含む）の方法。
【請求項１０】
請求項８の方法（変調搬送波信号をアンプに分配する前にいかなる音声人工産物も取り除くために変調搬送波信号をフィルターに通すことを更に含む）。
【請求項１１】
請求項８（音声入力信号のダイナミックレンジを圧縮することが変調回路によって、搬送波信号の変調の前に実行される）の方法。
【請求項１２】
エミッタ（非線形媒体に変調搬送波信号を発するように操作可能なエミッタ）に変調搬送波信号を提供することから更になっている請求項８の方法。
【請求項１３】
請求項１２の方法は、インダクタンスコイルから更になって、エミッタと結合した。そして、インダクタンスコイルがエミッタに隣接して連結された。
【請求項１４】
請求項１３（インダクタンスコイルが完全にシールド・ポット核インダクタンスコイルから成る）の方法。
【請求項１５】
パラメータの音を生成する方法であって、
信号処理システムを有する音声入力信号を処理すること、
音声圧縮器（音声入力信号のダイナミックレンジを圧縮するように操作可能な）、
同等化ネットワーク、
ローパスフィルタ（音声信号の高い部分を取り出すように操作可能な）、
ハイパスフィルタ（音声信号の低い部分を取り出すように操作可能な）、
発振回路（搬送波信号を生成するように操作可能な）、そして、変調回路（少なくとも一つの変調搬送波信号を生産するために音声信号を搬送波信号と組み合わせるように操作可能な）、
エミッタ・アセンブリに少なくとも一つの変調搬送波信号を提供すること、そして、非線形媒体にエミッタ・アセンブリから変調搬送波信号を発している。
【請求項１６】
少なくとも一つの追加的な信号処理システムを有する処理少なくとも一つの追加的な音声入力信号から更になっている請求項１５の方法。
【請求項１７】
請求項１６（各音声信号を調整することがいずれがフィルタ処理音声信号を有する搬送波信号を調整するかについて各々少なくとも１対のモジュレータを動かすために単一の発振回路を利用することを含む）の方法。
【請求項１８】
請求項１５の方法は、インダクタンスコイルから更になって、エミッタと結合した。そして、インダクタンスコイルがエミッタに隣接して連結された。
【請求項１９】
請求項１８（インダクタンスコイルがポット核インダクタンスコイルから成る）の方法。
【請求項２０】
請求項１５（音声信号のダイナミックレンジが音声信号を搬送波信号と組み合わせる前に圧縮される）の方法。
【請求項２１】
請求項１５の方法（変調搬送波信号をアンプに分配する前にいかなる音声人工産物も取り除くために変調搬送波信号をフィルターに通すことを更に含む）。
【請求項２２】
音声エミッタは、以下から成る：
頑丈な放射材を支持するように操作可能なサポート部材、
頑丈な放射材は、サポート部材によって、持ち運んだ、そして、そこにおいて、形成される複数の開口を有する保護スクリーン、予め定められた距離を間隔を置いて配置されている保護するスクリーン、音は、放射材を前記予め定められた距離音声エミッタの共振周波数の機能である。
【請求項２３】
請求項２２（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の一部分の波長である）のエミッタ。
【請求項２４】
請求項２３（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の約１つの波長である）のエミッタ。
【請求項２５】
請求項２３（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の約１／３２、１／１６、１／８、１／４、１／２または３／４波長である）のエミッタ。
【請求項２６】
請求項２２のエミッタ、少なくとも開口のいくつかが、半分についての直径を含むエミッタの共振周波数の中で波長。
【請求項２７】
請求項２２（サポート部材により担持される頑丈な放射材がハウジングの中に取り付けられる）およびそこにおいて、保護スクリーンのエミッタは、ハウジングの構造を係合することによって、頑丈な放射材から予め定められた距離で保持される。
【請求項２８】
請求項２７（ハウジングが一対の側壁を含む、そして、保護スクリーンが一対の側壁を含む）のエミッタおよびそこにおいて、ハウジングの側壁は、このことにより頑丈な放射材から予め定められた距離で保護スクリーンを保持するために、保護スクリーンの側壁を係合する。
【請求項２９】
請求項２８（ハウジングの側壁および保護スクリーンの側壁が互いと実質的に平行で、保護スクリーンの正面の表面に斜角を形成する）のエミッタ。
【請求項３０】
請求項２８、そこにおいて、ハウジングの側壁のうちの１つまたは保護スクリーンの側壁のエミッタはくぼみを含む、そして、ハウジングの側壁または保護スクリーンの側壁のその他は突起を含む、そして、突起は予め定められた距離で保護スクリーンを保持するためにくぼみを係合する。
【請求項３１】
請求項２８（ハウジングに対して保護スクリーンの位置が調整されることができる）の、そして、更に保護スクリーンをかつて予め定められた距離に置かれるハウジングに固定する締着具から成るエミッタ。
【請求項３２】
頑丈な放射材および保護スクリーンを含む音声エミッタの出力を増加させる方法は、以下から成る：
エミッタの動作がこのことによりエミッタが作動する共振周波数を強化するために頑丈な放射材の表面および保護スクリーンの対向する表面との間に立っている音響波を引き起こすように、保護スクリーンが頑丈な放射材から間隔を置いて配置される予め定められた距離を算出すること。
【請求項３３】
請求項３２（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の一部分の波長である）の方法。
【請求項３４】
請求項３３（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の約１つの波長である）の方法。
【請求項３５】
請求項３３（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の約１／３２、１／１６、１／８、１／４、１／２または３／４波長である）の方法。
【請求項３６】
請求項３２（保護スクリーンがそれにより形成される複数の開口を含む）の中で方法、そして、少なくとも、開口のいくつかは、半分についての直径を含むエミッタの共振周波数の中で波長。
【請求項３７】
頑丈な放射材および保護スクリーンを有する音声エミッタの出力を増加させる方法は、以下から成る：
頑丈な放射材の表面および保護スクリーンの対向する表面がこのことにより、エミッタが作動する共振周波数を強化するために互いから間隔を置いて配置される予め定められた距離を調整することによって、頑丈な放射材の表面および保護スクリーンの対向する表面との間に空間の音響インピーダンスを調整すること、そして、頑丈な放射材から予め定められた距離で保護スクリーンを固定すること。
【請求項３８】
請求項３７（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の一部分の波長である）の方法。
【請求項３９】
請求項３８（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の約１つの波長である）の方法。
【請求項４０】
請求項３８（予め定められた距離がエミッタの共振周波数の約１／３２、１／１６、１／８、１／４、１／２または３／４波長である）の方法。
【請求項４１】
請求項３７（保護スクリーンがそれにより形成される複数の開口を含む）の中で方法、そして、少なくとも、開口のいくつかは、半分についての直径を含むエミッタの共振周波数の中で波長。
【請求項４２】
パラメトリック信号放射システムであって、
変調されたオーディオ信号を有する超音波キャリア信号を生成する信号処理システムと、
前記変調されたオーディオ信号を有する前記キャリア信号を増幅するよう動作可能な増幅器と、
前記変調されたオーディオ信号を有する前記キャリア信号を液状媒体に放射する能力を有するエミッタと、
前記増幅器と前記エミッタとの間に動作可能に連結されたポットコア変圧器と
を有し、
前記ポットコア変圧器の二次巻線および前記エミッタは並列共振回路に配置されるものである、
パラメトリック信号放射システム。
【請求項４３】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記ポットコアは前記変圧器の巻線を実質的に十分に囲む外壁と、前記変圧器の巻線により囲まれる内壁とを含むものであるシステム。
【請求項４４】
請求項４３記載のシステムにおいて、前記内壁はその内側に作成された空間ギャップを含むものであるシステム。
【請求項４５】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記ポットコア変圧器の二次巻線の巻き数は、前記エミッタの電気容量と電気共振するように選択されるものであるシステム。
【請求項４６】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記ポットコア変圧器の一次巻線の巻き数は、前記増幅器に発生する負荷インピーダンスが最適レベルに達するように選択されるものであるシステム。
【請求項４７】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記変圧器は単巻変圧器を有するものであるシステム。
【請求項４８】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記変圧器は前記エミッタを保持するアセンブリに付着しているものであるシステム。
【請求項４９】
増幅器とエミッタとの間に連結されたポットコア変圧器を有するパラメトリックエミッタシステムを最適化する方法であって、
前記増幅器に発生する負荷インピーダンスが最適レベルに達するように前記ポットコア変圧器に必要な一次巻線の巻き数を決定する工程と、
前記変圧器の巻線を収容できるようにポットコアの最適な物理的サイズを決定する工程であって、当該ポットコアはその内壁を囲む前記変圧器の巻線を有するとともに、当該内壁の内側に空間ギャップが形成されているものである、前記決定する工程と、
前記変圧器の巻線を収容する前記ポットコアの空間ギャップのサイズを選択する工程であって、前記ポットコアは前記所定の最適物理的サイズを有する一方で、前記パラメトリックエミッタシステムの動作中に前記変圧器の飽和を回避しながら使用可能なものである、前記選択する工程と
を有する方法。
【請求項５０】
請求項４９記載の方法において、前記ポットコア変圧器は単巻変圧器を有するものである方法。
【請求項５１】
請求項４９記載の方法において、前記変圧器の二次巻線の誘導は、前記エミッタの電気容量と電気共振するものである方法。
【請求項５２】
一対の増幅器−エミッタの性能を最適化する方法であって、
増幅器とエミッタとの間に電気的に連結される昇圧変圧器を収容および遮断できるようにポットコアを選択する工程であって、当該ポットコアはその内壁の内側に空間ギャップが形成されているものである、前記選択する工程と、
前記昇圧変圧器の二次巻線の誘導レベルを、電気共振が当該二次巻線と前記エミッタとの間で得られるように選択する工程と、
前記ポットコアの空間ギャップのサイズを調整する工程であって、前記変圧器が前記一対の増幅器−エミッタの動作中に飽和するのを回避する一方で、前記ポットコア変圧器の全体の物理的サイズを縮小させるものである、前記調整する工程と
を有する方法。
【請求項５３】
請求項５２記載の方法において、さらに、
前記昇圧変圧器の一次巻線の望ましい巻き数を負荷インピーダンスの最適レベルが前記一次巻線に電気的に連結された前記増幅器に現れるように選択する工程を有するものである方法。
【請求項５４】
請求項５２記載の方法において、前記昇圧変圧器は単巻変圧器を有するものである方法。
【請求項５５】
増幅器とエミッタとの間に連結されたポットコア変圧器を有するパラメトリックエミッタシステムを最適化する方法であって、
前記増幅器に発生する負荷インピーダンスの最適レベルを達成するように前記ポットコア変圧器に必要な一次巻線の巻き数を選択する工程と、
前記ポットコア変圧器に必要な二次巻線の巻き数を、当該二次巻線と前記エミッタとの間で電気共振が得られるように選択する工程と
を有する方法。
【請求項５６】
請求項５５記載の方法において、さらに、
前記変圧器を収容できるようにポットコアの最適な物理的サイズを決定する工程であって、当該ポットコアはその内壁を囲む前記変圧器の巻線を有するとともに、当該内壁の内側に空間ギャップが形成されているものである、前記決定する工程と、
前記変圧器を収容する前記ポットコアの前記空間ギャップのサイズを選択する工程であって、前記エミッタの動作中に前記変圧器の飽和を回避しつつ、前記ポットコア変圧器の全体の物理的サイズを縮小させるものである、前記選択する工程と
を有するものである方法。
【請求項５７】
請求項５６記載の方法において、前記変圧器の巻線を収容するポットコアは構成上実質的に環状（トロイダル）であるものである方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、前記トロイダルポットコアは、前記変圧器の巻線を実質的に十分に囲む外壁と、前記変圧器の巻線に囲まれている内壁とを含むものである方法。
【請求項５９】
請求項５８記載の方法において、前記内壁に規定の空間ギャップを含むものである方法。
【請求項６０】
請求項５６記載の方法において、前記増幅器は前記エミッタに変調超音波信号を供給するものである方法。
【請求項６１】
請求項６０記載の方法において、前記エミッタは、前記変調超音波信号を当該エミッタに隣接する非線形媒体に放射するように最適化されるものである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年６月１４日付けで出願された米国仮特許出願第６１／３５４５３３号および２０１１年２月２２日付けで出願された米国仮特許出願第６１／４４５１９５号に対して優先権を主張し、この参照によりそれぞれの全体が本明細書に組み込まれるものである。
【０００２】
本発明は、オーディオ再生で使用される信号処理システムの分野に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
非線形音響変換（例えば、大気中で生じるパラメトリックアレイなどの現象）は、十分な強さのオーディオ変調をかけた超音波信号が気柱（すなわち空気の柱）に導入されることにより生じる。自己復調（または下方変換）とよばれる現象が前記気柱に沿って発生し、その結果可聴音響信号が生成されるのである。かかる作用は、既知の物理原理によって生じるものであり、周波数の異なる２つの音波が同じ媒体に同時に放射されると、当該２つの周波数の和と差を含む変調波形が前記２つの音波の非線形（パラメトリック）相互作用により生成されるのである。前記元の２つの音波が超音波で、かつ両者の差が可聴周波数であるものが選択された場合、パラメトリック相互作用により可聴音を生成することが可能となる。
【０００４】
かかる非線形変換理論は多くの文献で取り組まれてきたが、この興味深い現象に対する商業的投資の試みはほとんど失敗している。当該技術に不可欠な基本概念の多くは、実験室条件の下では比較的容易に実施および実地することができるが、比較的大量の出力が必要な用途においては役に立たない。従来技術において特徴とされてきた技術はこれまで大量レベルを要する商業的または産業的用途に応用されてきたが、前記パラメトリックに生成される音声出力の歪みのため不十分なシステムしかもたらされなかった。
【０００５】
エミッタが圧電エミッタ（またはＰＶＤＦ（登録商標）フィルム若しくは静電エミッタ）であるか否かに関係なく、有用な規模の容量レベルを達成するために、従来技術では当該エミッタが強いレベルで作用することがよく求められてきた。この強いレベルは前記エミッタ装置の物理的限界を超える場合が多く、多くの商業的用途において必要とされる規模を達成することができないまま、高度な歪みまたはエミッタの高い故障率、或いはその両方に陥っていたのである。
【０００６】
これらの問題に対処しようとする努力は、例えばオーディオ信号を平方根演算する技術、低容量レベルの単側波帯（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ、ＳＳＢ）振幅変調を使って高容量レベルの両側波帯（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ、ＤＳＢ）振幅変調に変換させる技術、再帰エラー訂正技術などの使用がある。これらの技術のいずれも何らかの利点を有することは証明されてはいるが、それらを個別にあるいは組み合わせたとしても、高品質、低歪み化、および高い出力容量を備えたパラメトリックエミッタシステムを作ることはできなかった。本発明者は実際、一定条件の下、上記の従来技術の一部に、かかる従来技術の存在しない同様の構成要素からなる洗練されたシステムより多くの歪みがあることを見つけた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、超音波信号を生成する信号処理システムが提供され、このシステムは、オーディオ入力信号のダイナミックレンジを圧縮するよう動作可能なオーディオ圧縮器を含む。等化ネットワークは前記オーディオ信号を等化するよう動作可能である。ローパスフィルタは前記オーディオ信号の上部を取り除き、ハイパスフィルタは当該オーディオ信号の下部を取り除くよう動作可能となっている。発振回路はキャリア信号を生成するよう動作可能となっている。変調回路は前記オーディオ信号を前記キャリア信号に結合して少なくとも１つの変調キャリア信号を生成するよう動作可能である。
【０００８】
本発明の別の側面によれば、パラメトリック信号を生成する前記信号処理システムは、オーディオ入力信号のダイナミックレンジを圧縮するよう動作可能なオーディオ圧縮器と、前記オーディオ信号を等化するよう動作可能な等化ネットワークと、当該オーディオ信号の上部を取り除くよう動作可能なローパスフィルタおよび当該オーディオ信号の下部を取り除くよう動作可能なハイパスフィルタと、キャリア信号を生成するよう動作可能な発振回路と、前記オーディオ信号と前記キャリア信号を組み合わせて少なくとも１つの変調キャリア信号を生成するよう動作可能な変調回路とからなってもよい。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、パラメトリック信号を生成する前記信号処理システムは本質的に、オーディオ入力信号のダイナミックレンジを圧縮するよう動作可能なオーディオ圧縮器と、前記オーディオ信号を等化するよう動作可能な等化ネットワークと、当該オーディオ信号の上部を取り除くよう動作可能なローパスフィルタおよび当該オーディオ信号の下部を取り除くよう動作可能なハイパスフィルタと、キャリア信号を生成するよう動作可能な発振回路と、前記オーディオ信号と前記キャリア信号を組み合わせて少なくとも１つの変調キャリア信号を生成するよう動作可能な変調回路とからなってもよい。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、パラメトリック波として放射されうる変調キャリア信号を生成する方法が提供され、当該方法は、オーディオ入力信号のダイナミックレンジを圧縮する工程と、前記オーディオ信号を等化して均等オーディオ信号を生成する工程と、前記オーディオ信号をバンドパスフィルタリングさせてフィルタ処理したオーディオ信号を生成する工程と、および前記圧縮オーディオ信号によりキャリア信号を変調して変調キャリア信号を生成する工程とを有する。
【００１１】
本発明の別の側面によれば、パラメトリック音を生成する方法が提供され、当該方法は、（ｉ）オーディオ入力信号のダイナミックレンジを圧縮するよう動作可能なオーディオ圧縮器と、等化ネットワークと、当該オーディオ信号の上部を取り除くよう動作可能なローパスフィルタと、当該オーディオ信号の下部を取り除くよう動作可能なハイパスフィルタと、キャリア信号を生成するよう動作可能な発振回路と、前記オーディオ信号と前記キャリア信号を組み合わせて少なくとも１つの変調キャリア信号を生成するよう動作可能な変調回路とから成る信号処理システムでオーディオ入力信号を処理する工程と、（ｉｉ）少なくとも１つの変調キャリア信号をエミッタアセンブリに提供する工程と、（ｉｉｉ）前記変調キャリア信号を前記エミッタアセンブリから非線形媒体に放射する工程と、を含む。
【００１２】
本発明の追加的な特徴および利点は、続く発明を実施する形態に図面を合わせてみると明らかであり、両者が一緒になって本発明の特徴を例示している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
以下の図面は、本発明を実施する形態の例を示している。図面上の参照番号およびそれが参照する要素は、異なる見解からみる本発明やその実施形態における同様の参照番号、同様の要素を意味する。
【図１】図１は、本発明の一実施形態による信号処理システム例のブロック図を示したブロック図である。
【図２】図２は、本発明の別側面による増幅器およびエミッタの配置を例示したブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、従来の信号処理システムにより生成される典型的な両側波帯変調された信号の周波数応答曲線であり、本発明による改善周波数応答曲線（振幅増強あり）とともに示した図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、従来の信号処理システムにより生成される典型的な単側波帯変調された信号の周波数応答曲線であり、本発明による改善周波数応答曲線（振幅増強あり）とともに示した図である。
【図４】図４は、本発明の１実施形態に基づくオーディオ信号処理方法の例をフローチャートで示した図である。
【図５】図５は、本発明の１実施形態に基づくエミッタ例を示した概略図である。
【図６】図６は、図５におけるエミッタの１実施形態を示した概略図である。
【図７】図７は、図５におけるエミッタの別の構成を示した概略図である。
【図８】図８は、図５におけるエミッタの別の構成を示した部分的な概略図である。
【図９】図９は、図５におけるエミッタの別の構成を示した部分的な概略図である。
【図１０】図１０は、従来の信号処理システムにより生成される典型的な信号の周波数応答曲線であり、本発明による改善周波数応答曲線（振幅増強あり）とともに示した図である。
【図１１】図１１は、本発明の１実施形態に従い、エミッタ表面の保護スクリーンを目的的に配置することにより生成される定常波の周波数を戦略的に選択する１手段を図示した図である。
【図１２】図１２は、本発明の１実施形態に従い、増幅器およびエミッタの配置例をブロック図で示した図である。
【図１３】図１３は、本発明の１実施形態に従い、増幅器およびエミッタの配置例をブロック図で示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の１実施形態に従い、増幅器およびエミッタの配置例をブロック図で示した図である。
【図１５】図１５は、本発明の１実施形態に従い、誘導子／変圧器アセンブリにおいて用いられるポットコアの断面図を示した図である。
【図１６】図１６は、本発明の１実施形態に従い、従来の信号処理システムにより生成される信号の周波数応答曲線であり、本発明による改善周波数応答曲線（振幅増強あり）とともに示した図である。
【図１７】図１７は、本発明の１実施形態に従い、増幅器とエミッタとの間に連結されたポットコア変圧器を有するパラメトリックエミッタシステムを最適化する方法を図示するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここでは、前記図面に図示された例示的実施形態について説明するが、同じ内容を記載するために具体的な用語を用いることとする。しかしながら、本発明の範囲について限定を加えているかのように理解されることは意図していない。当業者が本明細書を読むと、本明細書に記載する本発明の特徴の変更および更なる修正、ならびに本明細書に記載する本発明の原理の追加的応用に気が付くだろうが、それらも本発明の範囲内とみなされるものとする。
【００１５】
本明細書に用いられる単数形の用語（「ａ」および「ｔｈｅ」）は、文脈上明確に別異に述べてない限り複数も含む。したがって例えば、「エミッタ（ａｎ  ｅｍｉｔｔｅｒ）」は１つまたは複数のエミッタを含みうる。
【００１６】
本明細書に用いられる用語「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、ある行為、特徴、物質、事項または結果の完全またはほぼ完全な程度または度合いであることを意味する。例えば、ある物質が「実質的に」囲まれているというのは、当該物質が完全に、またはほぼ完全に囲まれていることを意味する。絶対に完全な状態からどの程度の偏差が許容されるかは、具体的な文脈によりうる。しかしながら、完全への近接性は絶対かつ全体的に完全な場合に得られる結果と全体的に同じ結果になることを意味する。「実質的に」はまた、ある行為、特徴、物質、品目または結果が完全またはほぼ完全に欠如する場合も同様に用いられる。すなわち、ある成分または要素が「実質的にない」合成物は測定できる効果がない限度においては当該品目が実際に含有されている場合もありうる。
【００１７】
本明細書に用いられる用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、数的範囲のエンドポイントについて柔軟性を与えるもので、提示された数値の「少し上」および「少し下」を含む。
【００１８】
本明細書において、品目、構造要素、複合要素および／または材料の複数形は便宜上共通リストとして示されている場合がある。しかしながら、当該リストはその細目がそれぞれ別個のまたは固有の細目であるとして解釈されなければならない。したがって、このようなリストの各細目はいずれも、別異の指摘がない限り、共通のグループに属するということのみで同リストの他の細目と事実上均等であるとして解釈されてはならない。
【００１９】
本明細書において、数値データは範囲で表現または示されている場合がある。かかる範囲による表示は便宜上ないし簡潔に表すために用いられるにすぎず、当該範囲の限界として明確に示されている数値のみならず、当該範囲内に包含されるすべての数値および範囲も明確に示されているかのようにこれら数値および範囲を含むように柔軟に解釈されなければならない。例えば、数的範囲「約１〜約５」とは明確に示されている「約１」および「約５」のみならず、当該範囲内の数値および範囲を含むように解釈されなければならない。したがって、上記範囲には２、３、４などの個別の数値、および１〜３、２〜４、３〜５などの範囲が含まれることになる。
【００２０】
同じ原則は、最小値または最大値といった１つの数値のみ示される場合の範囲にも適用される。さらに、本明細書に記載されている範囲の幅または特徴いかんにかかわらず、上記のように解釈されなければならない。
【００２１】
本発明はパラメトリックオーディオ信号を生成する際に用いられる改善された信号処理システムに関するものである。本明細書記載のシステムは従来技術のシステムよりもはるかに効率性が高い（はるかに低い電力消費でより大きな出力を可能にする）と同時に、従来技術のパラメトリックエミッタシステムを用いては達成することのできなかった音質も提供する。
【００２２】
一例として、本発明による非限定の信号処理システム１０が図１に概略的に図示されている。この実施形態において、様々な処理回路または要素は（前記信号の処理回路に応じて）段階的順序をもって図示されており、本発明の１実施形態にしたがったものである。ここでは本発明の１若しくはそれ以上の実施形態を一定の順序に限定して記載または示しているが、前記処理回路の要素は異なりうるのであり、前記入力信号が各回路または要素により処理される順序もまた同様に異なりうる。また前記処理システム１０は、実施形態に応じて図示されているよりも多くのまたは少ない要素または回路にすることも可能である。
【００２３】
図１に示される前記例は、複数の入力および出力チャンネル（例えば「ステレオ」信号）を前記信号の各チャンネルに実質的に適合する要素を含む様々な要素または回路と一緒に処理することに用いられるよう最適化されている。当該システムは単一信号チャンネル（例えば「モノ」信号）上でも同等に効率的に実施できると考えられており、その場合、要素または回路の単一チャンネルを前記複数チャンネルの代わりに用いてもよい。
【００２４】
図１に示される例示的実施形態において、複数チャンネル信号処理システム１０はオーディオ入力信号の左チャンネル１２ａおよび右チャンネル１２ｂに対応しうるオーディオ入力を含んでもよい。圧縮器回路１４ａ、１４ｂは前記入力信号のダイナミックレンジを圧縮し、効率的に当該入力信号の一定部分の振幅を増加させ、かつ当該入力信号の他の一定部分の振幅を減少させて、オーディオ振幅の領域を狭くする。ある側面において、前記圧縮器は少なくとも約２：１の割合で前記入力信号の最大振幅を減少させる。当該入力信号を振幅のより狭い領域に適応させることにより、この種の変調システムの限定ダイナミックレンジの特徴である過変調の歪みを有効に除去することができる。
【００２５】
前記オーディオ信号が圧縮されると、等化ネットワーク１６ａ、１６ｂは当該信号を等化する。この等化ネットワークは、より低い周波数を有効に強化し、前記パラメトリックエミッタアセンブリのエミッタ／誘導子という組み合わせから自然に提供される利点を高めることができる（例えば図２の３２ａ、３２ｂ）。
【００２６】
ローパスフィルタ回路１８ａ、１８ｂは前記信号の高い部分の強力な遮断、ハイパスフィルタ回路２０ａ、２０ｂは前期信号の低い部分の強力な遮断を提供することに用いられる。本発明の１例示的実施形態として、ローバスフィルタ１８ａ、１８ｂは１５ｋＨｚより高い信号を、ハイパスフィルタ２０ａ、２０ｂは２００Ｈｚより低い信号を遮断するために用いられる（上記遮断ポイントは一例にすぎず、エミッタ表面が約５０インチ四方であるエミッタを用いるシステムに基づいている）。
【００２７】
前記ハイパスフィルタ２０ａ、２０ｂは有効に低周波数を遮断することができ、変調後、キャリア周波数の偏差は大変小さくなる（たとえば、図３Ａおよび図３Ｂの前記変調された信号における当該部分は前期キャリア周波数に最も近いものとなる）。当該システムにおいてこのような低周波数を効率的に再生することは大変難しく（たとえば、当該周波数を再生しようとするとかなりのエネルギーを消耗してしまう）、このような再生をしようとすると前記エミッタフィルムを非常に圧迫してしまう（そうでなければ前記エミッタフィルムの極度の動きが生まれるほどである）。
【００２８】
前記ローパスフィルタ１８ａ、１８ｂは有効に高周波数を遮断することができ、変調後、前記キャリアとともに可聴ビート信号を生成する。例として、ローパスフィルタが１５ｋＨｚ超の周波数を遮断する場合、約４４ｋＨｚのキャリア周波数と一緒であれば、その差信号は約２９ｋＨｚを下回ることはなく、したがって未だ人間の可聴領域外にあることになる。しかしながら、２５ｋＨｚ程度に高い周波数が前記フィルタ回路を通過できるようになっていれば、生成される差信号は１９ｋＨｚ領域にあることになり、十分に人間の可聴領域内にあることになる。
【００２９】
本例示的実施形態において、前記オーディオ信号は前記ローパスフィルタとハイパスフィルタを通過後、変調器２２ａ、２２ｂにより変調され、そこで発信器２３により生成されたキャリア信号と合成される。要件としてではないが、本発明の一側面において１つの発振器（たとえば１形態において当該発振器に使用することができ、かつ簡単に入手可能な水晶に対応するように周波数が約４０〜５０ｋＨｚの領域にある場合に駆動するように設定されている）を変調器２２ａ、２２ｂの両者を駆動するために用いることができる。複数の変調器のために１つの発振器を用いることにより、同一のキャリア周波数が複数のチャンネルに提供されることになり、変調器から２４ａ、２４ｂで出力となる。本発明のかかる側面により、そうでなければチャンネル間に生じうる可聴うなり周波数の生成を無効にするとともに全体的な要素数も減らすこととなる。
【００３０】
要件ではないが、本発明の一側面において、約２５ｋＨｚ未満の信号を除去するハイパスフィルタ２７ａ、２７ｂを加えてもよい。この形態にすると、当該システムにおいて可聴周波数が出力２４ａ、２４ｂ経由で前記増幅器に入り込むことがないよう確保することができる。したがって、オーディオ中間生成物を伴うことなく、変調キャリア波のみが増幅器に伝送されることになる。
【００３１】
このように、信号処理システム１０は、１２ａ、１２ｂでオーディオ信号を受け、当該信号を変調器２２ａ、２２ｂに伝送する前に処理する。２３で発振信号が提供され、２４ａ、２４ｂでの合成出力となり、そこではキャリア波（超音波が典型）および再生された、典型的には当該キャリア波上で変調された前記オーディオ信号の両者を含んでいる。当該合成出力は、たとえば大気中などの非線形媒体にいったん放射されると当該非線形媒体内で指向性の高いパラメトリック音を生成する。
【００３２】
２つの超音波の放射による可聴波の生成に関する基本技術のさらなる背景について、読者は本発明者に対して従前に発行された数々の特許にも関心を向けるだろう。たとえば、米国特許第５８８９８７０号や第６２２９８９９号があるが、それらは本明細書における教示と整合する限度で本明細書で参照している。本発明者によりなされたその後の開発はあまりに多数あるので、本明細書における開示との相違についてはすべて過去のものより本明細における開示を優先するものとする。
【００３３】
次に図２において、前記信号処理システム１０からの出力２４ａ、２４ｂは増幅器２６ａ、２６ｂに電気的に連結される。増幅後、当該信号はエミッタアセンブリ３０ａ、３０ｂに伝送され、超音波信号を放射する能力のある様々な既知のエミッタのいずれにでもなりうる。本発明の一側面において、誘導子２８ａ、２８ｂを前記エミッタ３０ａ、３０ｂに「搭載」してもよい（たとえば、同じ筐体にしてもよいし、当該筐体に付着させたり、筐体に隣接して若しくはその近辺に配置してもよい）。前記誘導子を前記エミッタに搭載することにより、当該信号は前記処理システムから前記エミッタ（または前記増幅器から前記エミッタ）というかなりの距離を、通常のスピーカー回線を用いつつ、しかも信号を伝送する当該回線に高い電圧をかけることなく伝送される。
【００３４】
共振整合誘導子を増幅器に配置する従来ユニットは、前記変調された信号を伝送する回線の当該誘導子と前記エミッタの間で非常に高い電圧を発生させてしまう。この電圧があまりに高いため、前記信号線が大気を通じてＡＭまたはＦＭラジオ周波数帯域上で放射され、干渉が生じるほどである。この放射は前記キャリアの調波またはＤ級電力増幅器に用いられるスイッチング周波数のいずれかから生じうるため、ＦＣＣおよびＵＬの承認が必要となり、さらなる課題が生じる。
【００３５】
本発明において、誘導子を前記エミッタに隣接させ、かつ前記電力増幅および信号処理部から遠ざけて配置することにより、実質的にあらゆる長さの配線によっても当該信号処理システムとエミッタとを離すことが可能になるのである。この形態によると、前記誘導子（２８ａ、２８ｂ）およびエミッタ（３０ａ、３０ｂ）の共振電気回路により生成される最大（「ｐ／ｐ」）増幅器出力電力の８〜１０倍の電力が（従来ユニットにおいてはみられたような）前記配線を通過することはないのである。本解決はまた、前記信号処理部、電力増幅器およびエミッタが同じ部に収容されなければならないという要件を回避し、製造や外観デザインにおいて多大な柔軟性をもたらすことになる。エミッタからの誘導子の位置はさまざまにありうるが、１側面において、誘導子はエミッタから少なくとも３インチ以内に配置される。１実施形態において、前記誘導子は前記システムの電力増幅部および信号処理部から少なくとも約２フィート離れて配置される。
【００３６】
誘導子２８ａ、２８ｂに適する種類は多様である。しかしながら、本発明の１側面においては十分に遮蔽された誘導子、たとえばポットコア誘導子が用いられている。これにより、当該誘導子が前記エミッタ上ないし近辺に配置される際に生じるホットスポットを最小化ないし除去することができる。当該ポットコア材自体は有効な磁気シールドでありながら導電性がないため、かかる誘導子はあらゆる相互連結のおそれなく前記エミッタに近く配置することができる。かかる誘導子をエミッタに近く配置できるということは実質的により薄い、軽い、かつ美的にも満足いくようなエミッタを提供することを可能にする。
【００３７】
当業者は、前記信号処理システム１０が相対的に安価で、かつ大幅に低い電力消費で動作する要素からなっていることを理解するだろう。近代的な集積回路を用いることにより、すべての機能が単一のプログラム可能なチップ内で実現することが可能となった（たとえば、商号Ａｎａｌｏｇ  ＤｅｖｉｃｅｓのＡＤＡＵ１７０１など）。本システムにおいて唯一電力消費が顕著なのは増幅器２６ａ、２６ｂによるが、多数ある近代的な市販のＤ級増幅器により最小化できる。本信号処理システムはまた、従来のシステムの電力増幅器としても用いることができ、本処理システムを様々な従来技術に取り込む自由を提供するのである。たとえば、前記増幅器２６ａ、２６ｂが商業的に入手容易（かつ相対的に安価）であるとしても、本システムのユーザーは既存の機器（たとえば自動販売機）の増幅器を使用したいであろう。この場合、図１の前記信号処理システムは容易に当該既存の機器に組み込まれうるのであり、当該機器の既存の増幅器にパラメトリックオーディオ能力を提供するのである。
【００３８】
前記信号処理システム１０は、従来のシステムに比べ多数の利点を有する。たとえば、従来の電気的に繊細で機械的に反応する（「ＥＳＭＲ」）フィルムエミッタとともに使用すると従来のシステムでは頻繁に８００ボルト程度に高くなりうる電圧を提供してしまう。かかるフィルムエミッタの多くが、８００ボルト（ｐ／ｐ）または低い電圧で故障し始める。オーディオ振幅圧縮およびオーディオ帯域通過制限を組み合わせることにより、本システムは約３００ボルト（ｐ／ｐ）未満で最大値となることが認められており、ほとんどのフィルムエミッタの最大動作電圧よりも極めて低い。
【００３９】
また、信号分岐部接続（図示せず）はいつでも本信号処理システムに組み込まれるようになっており（たとえばオーディオ圧縮器１４ａ、１４ｂの前）、サブウーファースピーカーなど従来の低周波数要素を駆動する。人間の耳は低周波音を検出できないので、かかる装置に指向性を提供する必要性は重大でない。したがって、本システムは高品質でパラメトリック性能を伴うオーディオ出力周波数領域を提供できることになる。さらに、本システムは音量制御部（図示せず）を組み込むことができ、それによりｉＰｏｄｓ（登録商標）、ラジオ、ＣＤプレーヤー、マイクなど異なるオーディオ源からの異なる回線入力を調整することが可能となる。
【００４０】
必要であれば、本信号処理システム１０は、オーディオ信号がない場合に前記増幅器に対して生じる電力を削減または除去する自動ミュート機能を含んでもよい。かかる機能は、図１および２に示されている１若しくはそれ以上の要素または回路に組み込みうる。オーディオ信号がないときに前記増幅器に対して提供される電力を削減または除去することにより、不要な電力消費および熱の発生を最小化できる。
【００４１】
本信号処理システムは、様々なエミッタに接続され用いられうる出力を有効に生成できる。一例として、ＥＳＭＲフィルムエミッタがとくに効果的と認められている。例示的かつ従来的なＥＳＭＲフィルムエミッタのいくつかは米国特許出願公開第２００５／０１００１８１号に開示されており、本明細書上、本明細書に記載する教示事項と整合する限りで組み込まれる（しかしながら、矛盾がある場合は本明細書における開示が当該従来作品に優先する）。
【００４２】
図３Ａは本発明が提供するいくつかの利点を図示するもので、両側波帯振幅変調スキームが用いられている。図３Ａは、従来の信号生成器の周波数特性、たとえば４０ｋＨｚ共振周波数となりうる場合を図示する。動作中、オーディオ入力信号による前記キャリアの両側波帯振幅変調の結果、上側波帯および下側波帯が生成される。その上に重なるように図示されているのは本発明により生成される信号の周波数特性である。図示するように、本システムが生成する信号では従来の信号出力に比べて実質的に振幅が全体的に増加しており、かつ必要な電源入力を対応して増加させることはない。
【００４３】
図３Ｂは本発明が提供するいくつかの利点を図示するもので、単側波帯振幅変調スキームが用いられている。図３Ｂにおいて、従来の信号生成器の周波数特性、たとえば２５ｋＨｚ共振周波数となりうる場合が示されている。動作中、オーディオ入力信号による前記キャリアの単側波帯振幅変調の結果、上側波帯が生成される。その上に重なるように図示されているのは本発明により生成される信号の周波数特性である。図示するように、本システムが生成する信号では従来の信号出力に比べて実質的に振幅が全体的に増加しており、かつ必要な電源入力を対応して増加させることはない。
【００４４】
以上に記載する本システムは従来のシステムに比べ多数の利点を提供する。音出力および音質の向上、並びにステレオ入力を正確に処理する機能により、２つのエミッタを一緒に用いて（あらゆる従来の両耳システムが必要とする）ヘッドフォンを用いずに真の両耳音質を生成しうる。
【００４５】
本システムの所要電力は、従来のシステムのそれに比べ劇的に削減される。本信号処理システムは単純な電力供給により駆動しえ、最大値でチャンネル毎に９ワット程度しか消費しない。従来のシステムでは最大値で頻繁に１３０ワットを消費し、継続的使用では８０〜１３０ワット範囲となりうる。この電力削減要件にもかかわらず、本システムは従来のシステムの数倍の容量を出力することが測定されている。
【００４６】
本システムにより生じる歪みレベルは従来のシステムに比べて圧倒的に低い。従来のシステムのいくつかにおいては５０〜８０％の歪みが生じることが測定されている。これに対し、本システムにおいては３０％未満の歪みしか測定されていない（単側波帯またはＳＳＢ変調とともに用いられる場合、歪みは５〜１０％まで低くなる）。
【００４７】
本システムはこれらの利点をすべて提供しながら、従来システムのコストのほんの一部で、相対的に単純な要素をもって製造しうる。たとえば、すべての機能が単一のプログラム可能なチップにおいて実現できる近代的な集積回路を用いうる。１実施形態において、商号Ａｎａｌｏｇ  ＤｅｖｉｃｅｓのＡＤＡＵ１７０１で販売されているオーディオ処理装置は図１に図示する機能を実施するために用いられる。したがって、完全なシステムでも３つまたは４つの入手容易な要素、すなわちオーディオ処理装置、プログラミングを格納し、当該オーディオ処理装置を支持する機械可読媒体（たとえばＥＰＲＯＭチップなど）、および前記変調された信号を提供する小さな水晶体からなりうる。１実施形態においてはＤ級増幅器が前記生成される信号を増幅するために用いられる。
【００４８】
前記要素のいくつかまたはすべてがデジタル要素であることも可能で、（アナログ要素で得られる２０〜３５％と比較して）９０％の配列において効率性を示しており、多数のアナロブ要素よりも信頼性が高い。デジタル要素はまた、電力供給需要を下げ、かなり小さい急熱しか要さない。
【００４９】
当業者は、本システムのあらゆる構成が所定の実行により多様な目的のために用いうることを理解するだろう。本発明を実施するかかる制御論理またはソフトウェアは前記オーディオ処理装置により、または前記オーディオ処理装置へと直接または間接的ににアクセス可能なあらゆる機械可読媒体上で格納できる。機械可読媒体は機械により可読できる形式の情報を格納または送信するためのあらゆる構造を含みうる。たとえば、機械可読媒体として、ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ（ＲＯＭ）、ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光学記憶媒体、フラッシュメモリ装置、電気的、光学的、音響的その他の形式による伝播信号（たとえばキャリア波、赤外線信号、デジタル信号など）が含まれる。
【００５０】
本発明の１側面において、信号処理機能は主にデジタル信号処理（「ＤＳＰ」）技術および要素を用いて実施される。当該ＤＳＰの記憶貯蔵が十分でない場合、１若しくはそれ以上のオーディオコーデックがＡ／Ｄ変換のために用いられる。
【００５１】
図４は、前記本発明に従ったオーディオ信号の処理方法の一例を示している。この例においては、前記オーディオ入力信号のダイナミックレンジは４０で圧縮される（実施形態によっては、オーディオ信号の変調より前に圧縮が行われることもありうる）。４２で、前記オーディオ信号は等化され、４４で、帯域通過モジュールが当該オーディオ信号をフィルタにかけ、４６で、キャリア波が当該オーディオ信号とともに変調される。そして４８で、前記変調されたキャリア波は適合するエミッタへと提供される。
【００５２】
図５は、本システムにより提供されるエミッタ構成の具体的な一例を３０ａ（より詳細には図６参照）に図示する。本発明のこの側面において、支持部１５０は、それに付着する音響放射材（たとえばＥＳＭＲフィルムなど）１５２を含んでもよい。前記信号処理システム１０から信号が提供される場合（これらの図に図示せず）、前記音響放射材は上記に示すように生成されたパラメトリック音波を伝播し、指向性の高い音響柱の形成を生ぜしめていた（詳細は図示せず）。保護スクリーンまたはカバー１５４は、前記音響放射材の上に配置することができ、ユーザーによる不注意の接触から前記材を保護すると同時に、前記保護スクリーンを前記音響放射材との関係で戦略的に配置することにより出力を劇的に高める。当該保護スクリーンまたはカバー１５４は、前記放射出力レベルを増加させつつ、前記パラメトリック波が当該保護スクリーンを通過させることができる一連の開口部１５６を含んでもよい。
【００５３】
当業者は、保護カバーまたはスクリーンの存在が従来エミッタ部の出力に悪影響をもたらしていたが、当該製品のユーザーおよび前記放射フィルム自体の双方を保護するために望ましい（または必要となる）ことをすぐに理解するだろう。保護スクリーンが従来の設計によるエミッタの動作に干渉するので、かかる結果は想定内であった。これに対し、本発明者はエミッタ部の出力に悪影響を与えず、かつ定常波の強化作用により歪みその他音質への悪影響なく前記エミッタの出力を現実に上げる保護スクリーンシステムを開発した。
【００５４】
図４に例示するように、本発明の１側面において、前記保護スクリーンまたはカバー１５４は前記エミッタの共振周波数の関数である距離「ｄ」をもって音響放射フィルム１５２から離したところに意図的に配置しうる。本発明者は、本距離「ｄ」を詳細に制御する（カバーまたは保護スクリーンを含む）エミッタシステムを開発し、カバースクリーンを用いないシステムから放出される出力よりも実質的に高い出力が測定されている。
【００５５】
前記スクリーンからエミッタまでの距離「ｄ」は様々に異なりうるが、一側面において、かかる距離は前記共振周波数の１波長に一致する。たとえば共振周波数が４０ｋＨｚに設定されている場合、かかる配置は前記スクリーンの内側から前記放射フィルムの表面まで測定して）約０．３３７インチとなる。以上のように配置された保護カバーまたはスクリーンを有するエミッタが出力を増加させることは測定されている。かかる配置は、前記フィルムおよびスクリーンとの間の定常波が生成されるために当該エミッタの出力を促進すると考えられている。
【００５６】
前記エミッタの出力の振幅が増加することに加え、前記保護スクリーンの当該エミッタフィルムからの配置を制御することは前記出力信号における歪みを非常に削減しうる。本発明の１側面において、前記保護スクリーンの配置は、当該保護スクリーンとエミッタの表面との間の空間の音響インピーダンスを調整するようにいかようにも異なりうる。より具体的にいうと、前記エミッタ表面に隣接する空間の前記音響インピーダンスは保護スクリーンの配置を制御することにより前記放射フィルムの音響インピーダンスにより合致するよう変更されると理解されている。このような結果は前記空間の音響エネルギーによるもので、当該音響エネルギーは、音が当該スクリーンを通過するのでなく、むしろ遮断されてしまう前記スクリーンの一部（たとえば、当該スクリーンの開口部がない部分）によりエミッタの表面に戻るように偏向されると理解されている。
【００５７】
この形態によると、前記放射フィルムの出力は安定し、前記エミッタから生成される音の歪みをかなり削減することになる。本発明の１側面において、かかる効果はまた、前記スクリーンを前記エミッタの共振周波数の波長単位で配置することにも機能的に関連している。たとえば、当該配置を前記共振周波数の１波長、および／またはその分数とした場合（たとえば１／４波長、１／２波長、３／４波長など）に効果が最も顕著に表れる。
【００５８】
前記開口部１５６の直径が様々に異なりうることが前記放射フィルムの出力に好影響を与えることもまた見出された。１例として、前記共振周波数の波長が約１．５の直径で開口部を形成することは最適である。前記共振周波数の波長が他の分数の直径である開口部も用いられうる。また、図５に示す開口部は通常円であるが、スロット状（たとえば楕円）の構成もまた適している。また、開口部は図示された例以外にも相対的配置は様々に異なりうる。図示されているよりも互いにより遠くまたは近くに配置されうるのである。
【００５９】
前記保護スクリーンまたはカバー１５４の配置も多数の形態がありうる。図６に示す例示的実施形態において、スペーサ１６２は前記エミッタ表面の各端部に設置され、前記放射フィルムの表面から距離「ｄ」をおいた位置に前記保護スクリーンを維持する。前記スペーサ１６２は、その表面の下部に当該放射材の１表面に電気的に接続できる伝導体１６０を含んでもよい。当該放射材の下に別の導電性ストリップ１５８を設置することもでき、これにより当該放射材の設置面に電気的に接続できることになる。したがって、前記放射材の実質的全長のどこでも当該材への確実な電気接続が可能となる。
【００６０】
前記スペーサ１６２は、様々な材料で作成しうる。ただし前記導電性ストリップが前記スペーサに接触している場合、当該スペーサは木材やプラスチックなど非導電材（または非導電材でコーティングまたは絶縁されたもの）を用いるのが最適である。
【００６１】
図７は前記保護スクリーンまたはカバー１５４ｂを所定の位置「ｄ」で維持または保留しうる別の実施形態を示している。本形態において、支持部１５０はハウジング１４６ｂ内に付着している。当該支持部の付着はショルダー部１６６ａ、１６６ｂを用いた例として示されているが、この支持部を前記ハウジングに、またはハウジング内に接合するための付着スキームは多数考えられよう。図示する例において、当該ハウジングは上方および外側に向かって角度がつけられた一対の側面１７０ａ、１７０ｂを含んでいる。また前記保護カバーまたはスクリーン１５４ｂは下方および内側に向かってに角度がつけられた一対の側面１７２ａ、１７２ｂを含んでもよい。各側面の角度を相互に対応させ、各側面が相互に係合する場合、前記保護スクリーンまたはカバーがハウジング１６４ｂの端部１７４ａ、１７４ｂに対して確実に留置されるようにすることも可能である。この形態によれば、当該保護カバーまたはスクリーンがハウジング上に設置されると、距離「ｄ」が維持されることになる。
【００６２】
ハウジング１６４ｂ上の（またはハウジング１６４ｂへの）前記保護カバーまたはスクリーン１５４ｂの設置も多数の形態により実現しうる。１側面において、当該カバーまたはスクリーンは前記ハウジングに係合するよう当該ハウジングに対して縦方向にスライド可能である一方で、側面１７０ａ、１７２ａおよび１７０ｂ、１７２ｂはそれぞれ相互に係合する。くぼみ部または「スナップ式」などの施錠手段（図示せず）は、前記カバーまたはスクリーンが前記ハウジング上の所定の位置にいったんスライドされると当該位置に固定されるという用途がある。別の側面において、前記カバーまたはスクリーンの側面を前記ハウジングの側面に「スナップ式」で固定してもよい。本明細書の開示を受けた当業者は、前記保護スクリーンまたはカバーの表面１７６に対して様々に異なりうる側面の正確な角度は重要でないことを理解するだろう。かかる角度は保護カバー又はスクリーンが容易に前記ハウジングから除去されない十分な範囲で９０度を中心として様々な角度でありうる。
【００６３】
図８はハウジング１６４ｃおよび保護スクリーン１５４ｃの別の例示的構成を図示する（本構成のうち１端部しか示されておらず、反対側の端部は図示されている端部の鏡像となる）。本発明のこの側面において、前記ハウジングの側面１７８ｂはくぼみ部１７９を含む。前記保護スクリーンまたはカバーの側面１８０ｂは突出部１８１を含む。前記ハウジング上に前記保護スクリーンまたはカバーを設定する際、前記突出部１８１をくぼみ部１７９に「スナップ式」で固定し、当該カバーまたはスクリーンを所定の距離「ｄ」に固定させ、保持させることができる。前記くぼみ部および突出部は前記ハウジングの端部に沿って、または端部に部分的にのみ沿って縦方向に実質十分に延長できる。本発明のいくつかの側面において、複数のくぼみ部は側面１７８ｂに沿って縦方向に配置され、複数の突出部は側面１８０ｂに沿って縦方向に配置される。
【００６４】
また図示する実施形態において、前記ハウジング１６４ｃの側面１７８ｂは少なくとも１つのくぼみ部１７９を（前記保護スクリーンまたはカバー１５４ｃの側面１８０ｂ内の対応する突出部１８１とともに）含むところ、前記くぼみ部および突出部の配置は互換性があると理解されるべきである。すなわち、前記側面１７８ｂは突出部を、側面１８０ｂはくぼみ部を提供しうる。
【００６５】
図９に図示する実施形態において、保護カバー１５４ｄは、側面１８４が側面１８６に対してスライドするのとともにハウジング１６４ｄ上で自由にスライドしうる。いったん所定の分離距離「ｄ」が生成されると、固定具１８８が前記保護カバーまたはスクリーンを相互の関係で固定するように用いられうる。
【００６６】
図７、８および９に図示する様々な固定スキームは相互に独立して記載されている一方で、１を超える種類の固定スキームは前記ハウジングに前記保護カバーを固定して留置するために用いうると理解すべきである。たとえば、図７の角度付きの側面は図８の突出部またはくぼみ部スキームとともに用いうるし、必要であれば、前記アセンブリを安定させ、前記ハウジングに対して前記保護スクリーンまたはカバーの想定外の動きを回避するために機械的な固定部を用いることも可能である。
【００６７】
図１０、１１は本発明により提供される利点を記載している。図１０は従来の信号生成器による前記周波数特性を示しており、たとえば共振周波数４０ｋＨＺまで達しうるとする。動作中、オーディオ入力信号により前記キャリアが両側波帯振幅変調する結果、上側波帯および下側波帯が生成されるのである。重ねて示しているのは本発明により生成される信号の周波数特性である。前記エミッタの正面に（図６、７、８および９に図示するように）前記スクリーン１５４を戦略的に配置することにより、本システムの全体的な振幅は、対応して必要となる電力入力を増加させることなく従来の信号出力に比べて実質的に増加する。
【００６８】
図１１は、前記保護スクリーンの前記エミッタフィルム表面からの間隔距離を選択する１形態を図示するものである。１例として、当該エミッタの固有振動周波数は４６.８ｋＨｚで達している（これはエミッタの物理的構成のみによる要因である）。この最大値４６．８ｋＨｚは、理論的には前記エミッタが動作する周波数特性である。しかしながら、前記エミッタフィルムに電源が投入されると、（あらゆる容量材でも同様であるように）わずかに熱せられ、前記共振動作周波数が（図１１に示されるように最大値４２．６ｋＨｚへと）下方転換される。本システムにおいて、かかる転換は前記エミッタに電源を投入する５〜１０秒後に生じる。
【００６９】
本発明の１実施形態において、前記スクリーンの間隔（図６、７、８および９における「ｄ」）は、予熱後の反応曲線が向かう周波数の位置で（たとえば、例に示されているような４２．６ｋＨｚ）定在波が生成されるように選択される。本システムの作動共振周波数における定在波の生成は図１１に示すシステムの出力量を増加させる。この目的的間隔により５〜６ｄＢ程度の出力増加が測定されよう。
【００７０】
前述した本システムは、従来のシステムに比べて多数の利点を提供する。音出力および音質の増加、ならびに正確なステレオ入力処理機能により、真に両耳音質を生成するために（他のすべての従来両耳システムが必要とする）ヘッドフォンの使用を必要とすることなく２つのエミッタを一緒に用いることを可能にした。
【００７１】
本システムの所要電力は、従来のシステムのそれに比べると大幅に削減されている。本信号処理システムは単純な電源により駆動でき、最大使用時にチャンネル毎２２ワット程度の少量しか消費しない。従来のシステムは最大使用時に１３０ワットを消費することが多く、頻繁に使用する場合８０〜１３０ワットの範囲となる。この所要電力の削減にもかかわらず、本システムは従来システムの容量の数倍の出力が測定されている。
【００７２】
本システムにより生じる歪みレベルも従来システムより大幅に低い。従来システムのいくつかでは５０〜８０％の歪みが測定されているが、本システムは３０％未満の歪みしか測定されておらず、従来ユニットに比べると顕著な改善である。
【００７３】
必要ではないが、本発明の１側面において、負係数温度を有する蓄電器（図示せず）を前記放射フィルムと並行して当該フィルムに接合してもよい。この形態により、当該エミッタの温度が使用中に上昇すると、前記蓄電器の係数が低下し、それにより前記エミッタからの相対的に一定した周波数応答が維持される。
【００７４】
次に図１２は本発明の１側面に従った増幅器／エミッタ構成の１例を示している。記載をわかりやすくするために増幅器／エミッタ構成は１つずつのみ示しており、図１の出力２４ａに接続される。典型的に、図１の前記回路は二対の増幅器／エミッタに送り、出力２４ａおよび２４ｂから送られる（この場合、発振器２３が共通であるため同じキャリア信号が二対両方の増幅器／エミッタに適用される）。
【００７５】
典型的に、前記信号処理システム１０の信号は増幅器２２６ａに電気的に連結される。増幅後、前記信号はエミッタアセンブリ２３２ａに伝送される。本実施形態で示すように、前記エミッタアセンブリは超音波レベルで動作可能なエミッタ２３０ａを含む。誘導子２２８ａは前記エミッタ２３０ａに並列共振回路を形成する。当該誘導子を前記エミッタに並行して構成することにより、前記誘導子およびエミッタを通って電流が循環し（ループ２４０によりスキームを呈示する）、並列共振回路が実現する。
【００７６】
多数の従来システムは、前記エミッタと直列に配向される誘導子を用いている。かかる配列の欠点は、その共振回路が無駄な電流を必然的に生ぜしめ、誘導子を通って流れてしまうことである。従来技術で知られているように、前記エミッタ２３０ａは回路内で電気共振を得る点（またはその近辺）で最高に機能する。しかしながら、増幅器２２６ａは回路内に温度、信号分散、システム性能などにより多様化する変化を導入することとなる。したがって、前記誘導子２２８ａが前記エミッタ（および増幅器）直列に配向される場合、前記回路中に安定的な共振を得（かつ維持す）ることはより難しくなる。
【００７７】
図１２に図示する本発明の実施形態は、循環電流回路（たとえばループ２４０）において増幅器が直接に存在することなく、誘導子−エミッタ回路において共振を得ることができ、その結果、前記エミッタの機能は従来の直列共振回路に比べより安定的かつ予測可能になり、しかも電力消費は顕著に低い。最適なシステム性能において共振を得ることは当該システムの効率性を大幅に改善し（すなわち、本システムにより消費される電力を削減し）、本システムにより生成される熱も大幅に削減することができる。
【００７８】
前記誘導子２２８ａについて当業者に知られた種類は多様にある。しかしながら、誘導子は誘導子の領域を超えて「漏出」しうる磁場を生成する。当該磁場は前記パラメトリックエミッタの動作および／または反応に干渉しうる。また、パラメトリック音適用に用いられる多数対の誘導子／エミッタは大量の熱エネルギーを生成する電圧で動作する。熱もまた、パラメトリックエミッタの性能に悪影響を与えうる。
【００７９】
少なくともこれらの理由により、従来のほとんどのパラメトリック音響システムにおいて誘導子はエミッタから物理的にかなりの距離をもって配置されている。ただ、この解決法は当該課題に取り組む一方で、別の顕著な複雑性をもたらしてしまった。というのも、前記誘導子からエミッタへ伝送された信号は相対的に高電圧になる（最大値約１６０Ｖまたはそれ以上）。したがって、誘導子をエミッタに接続する配線は高電圧用にしなければならない。また、当該配線を長期間の「実行」が一定の構成では必要になるが、高価かつ危険となりえ、かつパラメトリックエミッタシステムと関係のない通信システムにまで干渉しうる。
【００８０】
本発明者は前記課題に対し様々な形態をもって取り組むものである。本発明の１側面において、前記誘導子２２８ａ（および、図１３および１４に示される変圧器２３９、２３９'の要素として２４１、２４１'）は「ポットコア」誘導子で、ポットコア２５０内（図１５）に保持され、典型的にはフェライト材でできている。図１５の２５０に図示するポットコアは一例にすぎない。当該ポットコアは典型的には外壁２５３および内壁２５１を含む。当該外壁は前記ポットコア内の変圧器の巻線を実質的に十分に囲む一方で、当該変圧器の巻線は前記内壁を囲む。
【００８１】
典型的に、ポットコア２５０は空洞２５２を定義する２つの半分のフェライトを含み、し、そこに前記誘導子のコイルを配置してもよい（前記誘導子の巻線は空洞内に配置される前にボビンまたは類似の構造上で巻かれる）。空間ギャップ「Ｇ」は、前記ポットコアの遮断機能に影響を与えることなく（ポットコア内の誘導子は実質的に完全に遮断されている）当該コアの浸透性を劇的に増加しうる。したがって、空間ギャップ「Ｇ」のサイズを増加することにより、前記ポットコアの浸透性が増加する。しかしながら、当該空間ギャップを増加することはまた、前記ポットコア内に保持される誘導子において所定のインダクタンス量を得るため必要となる巻き数の増加ももたらす。
【００８２】
したがって、空間ギャップが大きいほど透過性が著しく増加しうると同時に、前記ポットコアの遮断機能を妥協させることなく、当該コア内に保持される誘導子により生成される熱を削減しうる。しかしながら、当該空間ギャップのサイズを増加することにより、前記エミッタ２３０ａへの適合に必要なインダクタンスを達するために（たとえばエミッタとともに共振回路の生成）前記誘導子（２２８ａ、２４１、２４１'）上の巻線がより多く必要となる。以下で詳述するように、本発明者はこの一見欠点にみえる点を逆に活かして空間ギャップ「Ｇ」のサイズを増加することを見出した。
【００８３】
従来のパラメトリック音生成についてのアプローチの多くが直面する別の障害として、前記増幅器とエミッタとの関係にかかる問題がある。増幅器により処理される周波数が高くなれば高くなるほど、当該増幅器が動作するのに最適となるインピーダンスも高くなる（本件において、増幅器によるインピーダンスは一対の誘導子／エミッタおよび全体としての増幅器／誘導子／エミッタ回路により導入される負荷の結果である）。パラメトリック音生成において、稼働信号は通常４０ｋＨｚ（またはそれ以上）である。その程度に高い周波数で動作する増幅器は、相対的に高い負荷インピーダンスを示す場合（約８〜１２オーム）に最も有効に動作する。しかしながら、従来のパラメトリック電気回路が頻繁に呈示する増幅器に対する負荷は３オーム以下と低い。ここまで低いインピーダンスであると、従来のオーディオ増幅器が最適に機能するためにでさえも低すぎるとみなされる。
【００８４】
上記を説明するため、前記誘導子／エミッタ回路のインピーダンスを増加させて前記増幅器の性能を改善することが望ましいだろう。しかしながら、パラメトリックエミッタとして入手可能なデザインは限られており、かつ前記一対の誘導子／エミッタ中に共振を得ることが最適であるため、当該誘導子／エミッタにより負荷を増加（または減少）させることのみでは、全体として前記ユニットの性能に悪影響を与えることなく容易には達成しえない。
【００８５】
これらの勘案事項に直面することにより、本発明者は多数の問題を同時に解決する新形態を開発するに至った。図１３に図示する実施形態において、昇圧変圧器２３９は一対の誘導子要素２４１および２４２を含む。この構成により、誘導子要素２４１は二次巻線、２４２は一次巻線の役割を果たす。１実施形態において、この第１次および二次巻線の両者が図１５に図示される前記ポットコア２５０内に収容されている。これらの要素の組合せにより効率性の高いエミッタシステムの設計が可能となり、多数の機能特性を最適化する。
【００８６】
上記に述べたように、前記誘導子要素２４１とエミッタ２３０ａと同時に並列共振回路（図１３のループ２４０）を達成することは望ましい。しかしながら、前記一対の誘導子／エミッタ（および全体的なアセンブリ２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃなど）の負荷を原因とする前記増幅器２２６ａに発生するインピーダンス負荷を増加させ、当該増幅器の動作により適するレベルのインピーダンス負荷を提供することも望ましい。上記複数の目的をそれぞれ達成し、前記エミッタに干渉する前記誘導子により放射線や熱を発生させることなく、当該誘導子を物理的に当該エミッタの近辺に配置することも望ましい。本システムはこれらの課題を以下のとおり取り組むものである。
【００８７】
誘導子要素２４１および２４２を収容する前記ポットコアの空間ギャップ「Ｇ」を調整することにより、当該誘導子要素２４１に必要な巻き数が調整されうる（より小さい空間ギャップ「Ｇ」と同レベルのインダクタンスを維持するため、より大きい空間ギャップ「Ｇ」は誘導子要素２４１上の巻き数をより多く必要とする）。誘導子要素２４１は、昇圧変圧器２３９の二次巻線である。誘導子要素２４１上の巻き数を増加させることにより、誘導子要素２４２上の巻き数もまた（前記昇圧変圧器における同じ割合を維持するために）増加されなければならない。有効的に誘導子要素２４２上の巻き数を増加させることにより、前記増幅器２２６ａに「みられる」または当該増幅器に発生するインピーダンス負荷は増加する。このインピーダンスの増加により、当該増幅器２２６ａは低いインピーダンスの場合よりさらに優れて機能することになる。
【００８８】
したがって、ループ２４０とループ２４４（図１３）はそれぞれ最も効率的なレベルで動作するよう「同調される」ことが可能となる。前記ポットコアにおける空間ギャップ「Ｇ」を調整する工程は、誘導子要素２４１の所定のインダクタンスを変えることなく誘導子要素２４１における巻き数を調整する機能を提供する（さもなければループ２４０における前記共振に影響してしまう）。次に、誘導子要素２４２における巻き数を調整する機能を提供し、前記増幅器が最高の成果を出すレベルのインピーダンス負荷に最も適合するようにする。したがって、本発明者は本質的に前記回路において可能な様々な調整機能を（物理的およびデザイン的観点のいずれか、または両者から）減結合する形態を見出したのであり、前記ループ２４０回路に悪影響を与えることなく、前記ループ回路２４４に肯定的な影響を与える改良を可能にしたのである。これは空間ギャップ「Ｇ」が誘導子要素２４１におけるインダクタンスのレベルを同一に維持するよう調整されうること、および誘導子要素２４１における巻き数を調整しうることを認識することにより実現した。
【００８９】
本システムにより提供される別の利点として、前記空間ギャップサイズ「Ｇ」を増加するという簡単な方法により、前記ポットコア２５０の全体的な物理的サイズを縮小し、当該ポットコア２５０の物理的サイズを大幅に最小化できることがあげられる。本実施形態において、非常に小さいポットコア変圧器を用いることができる一方で、未だ要素２４１、２４１'において前記エミッタ２３０ａと共振を生成するために望ましいインダクタンス、および要素２４２、２４２'において前記増幅器２２６ａが最高に動作するのに適したインピーダンス負荷を提供するために望ましいインダクタンスを提供することができる。これは前記変圧器の飽和状態をなお回避しながら実現できるが、より小さな変圧器を用いなければならない場合には生じるかもしれない。
【００９０】
本概念は多数の実施形態により実現できる。図１３に示す例において、２つの誘導子要素２４１、２４２が用いられ、それぞれの巻線は前記ポットコア２５０内に含まれている。図１４に示す例において、一次巻線および二次巻線を通称単巻変圧器２３９'において組み合わせることもでき、本明細書の開示を受けた当業者は、当該自動変圧器の作用および機能を十分に理解するであろう。当該自動変圧器は、その巻線が前記ポットコア内に容易に収容できるように構成される。
【００９１】
昇圧変圧器を用いることによって、さらなる利点を本システムに提供することが可能となる。前記増幅器から前記エミッタ方向では変圧器が「昇圧」するので、必然的に当該エミッタから当該増幅器方向では「減圧」するのである。この減圧プロセスにより、それがなければ前記一対の誘導子／エミッタから前記増幅器へと伝送されうる負帰還が削減され、ゆえに前記増幅器およびシステム全体でのかかる問題事象の影響を最小限にすることができる（とくに、前記増幅器におけるインピーダンス負荷に影響しうる前記一対の誘導子／エミッタにおける変化を大幅に最小化できる）。
【００９２】
１例示的実施形態において、１７５／６４  Ｌｉｔｚワイヤが一次巻線および二次巻線に用いられている。誘導子要素２４１は約２５回転、誘導子要素２４２は約４．５回転をそれぞれ含ませてよい。空間ギャップ「Ｇ」は（直径「Ｄ」約３６ｍｍ、高さ「Ｈ」約２２ｍｍのフェライトポットコアを用いる場合）約２ｍｍで形成される。本側面において、前記増幅器は約８オームのインピーダンスとなる（動作周波数約４４ｋＨｚで測定）。
【００９３】
前述したシステムは熱生成を大幅に低く抑えつつ実行される（たとえば極めて高い効率性）。１つのテストシナリオにおいて、本システムは７日間、１日２４時間中、最大出力および９０％変調で継続的に動作した。本テスト後（および本テスト中）、本システムの測定温度の室温からの偏差は、仮にあったとしてもほとんどない。この改善された性能により提供される利点は図１６において図示されている。
【００９４】
図１７のフローチャートは本発明の１例示的方法を図示している。ここでは、増幅器とエミッタとの間に連結されたポットコア変圧器パラメトリックエミッタシステムを最適化する方法が提供される。当該方法は、前記増幅器に発生する負荷インピーダンスが最適レベルに達するため、２６０において前記ポットコア変圧器の一次巻線に必要な巻き数を選択する工程が含まれる。２６２において、前記増幅器の二次巻線に必要な巻き数が選択され、当該二次巻線と前記エミッタとの間で電気共振が得られるようにする。２６４において、前記変圧器を収容するポットコアの最適な物理的サイズが決定され、当該ポットコアの内壁は変圧器の巻線に外接されつつ、当該内壁の内側に空間ギャップが形成される。２６６において、前記変圧器の巻線を収容する前記ポットコアの空間ギャップのサイズは、前記エミッタの動作中に前記ポットコア変圧器の飽和を回避しつつ、当該変圧器の全体の物理的サイズを縮小するように選択される。
【００９５】
本発明において、オーディオ信号が処理される順序に関して多様に異なりうる順序で、多様に異なりうる要素を有することを記載してきたが、本発明の実施形態のなかには、前記オーディオ信号を処理する順序自体が本システムの実行に顕著な効果をもたらしうる例もいくつかある。したがって、（全てではないが）請求する実施形態のいくつかは、そこに記載する要素に明確に限定され、要素を請求または図示する明確な段階的順序においてオーディオ信号を処理することに限定されうる。同様に、本明細書に請求または記載する（全てではないにしても）いくつかの方法は前記に示す工程段階を経る明確な段階的順序に限定される。
【００９６】
以上にみる構成は本発明の原理の事例的応用であると理解されるべきである。本発明は図面上ないし上記記載において、その例示的実施形態を示すものである一方で、本発明の精神や範囲から逸脱しない多数の修正および配列変更が考えられる。当業者にとって、以上の例に説明されるように本発明の原理および概念から逸脱しない多数の修正が可能であることは明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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