(57)【要約】【課題】超音波を用いた指向性スピーカの音質を高音質に自動調整する指向性音響システムを提供する。【解決手段】入力された入力音波の周波数特性を調整する周波数特性調整部４と、周波数特性調整部４から出力された入力音波を変調する変調部５と、変調された入力音波を超音波として出力する超音波トランスデューサ８と、出力された超音波を可聴音として検知するマイク９とを備え、周波数特性調整部４が、当該周波数特性調整部４を通る前の入力音波とマイク９で検知された可聴音との差が小さくなるように、入力音波の周波数特性を調整するものである。【選択図】図１
2015070420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された音信号の周波数特性を調整する周波数特性調整手段と、
前記周波数特性調整手段で前記周波数特性が調整されて出力された前記音信号を変調する変調手段と、
変調された前記音信号を超音波として出力するトランスデューサと、
出力された前記超音波を可聴音として検知する検知手段とを備え、
前記周波数特性調整手段が、当該周波数特性調整手段に入力される直前の前記音信号と前記可聴音との差が小さくなるように、前記音信号の周波数特性を調整することを特徴とする指向性音響システム。
【請求項２】
請求項１に記載の指向性音響システムにおいて、
前記周波数特性調整手段が、
前記周波数特性を変更するフィルタ部と、当該フィルタの係数を演算する係数演算部とを有し、当該係数演算部で演算された係数に基づいて、前記フィルタ部が前記周波数特性を変更することを特徴とする指向性音響システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の指向性音響システムにおいて、
前記周波数特性調整手段が、
前記周波数特性を変更するフィルタの係数を演算する係数演算部を有し、当該係数演算部が演算した前記係数に基づいて、前記変調手段にて発振される搬送波の周波数を調整することを特徴とする指向性音響システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の指向性音響システムにおいて、
前記音信号と前記可聴音との差が所定の条件を満たすかどうかを判定する判定手段を備え、
前記周波数特性調整手段が、前記音信号と前記可聴音との差が前記所定の条件を満たすかどうかに応じて、前記周波数特性を調整するための係数の変更を行うかどうかを決定することを特徴とする指向性音響システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の指向性音響システムにおいて、
前記トランスデューサが、当該トランスデューサから出力された超音波の反射波を入力し、前記検知手段が、前記トランスデューサで入力された前記反射波を増幅し復調して可聴音として検知することを特徴とする指向性音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた指向性音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いた指向性スピーカは、特定のエリアへ音を伝える手段として利用されているが、超音波から音波に変換する仕組みは、空気の非線形性（粗密の圧縮のズレ）を利用しており、さらに超音波素子は共振により高音圧を発生することから中心周波数先鋭度が強く、再生音は劣化した音質となってしまっている。
【０００３】
従来、スピーカから出力される通常の音の調整は、その音を聴く人がイコライザ等を利用して好みの音質に調整していた。しかしながら、イコライザ等で周波数特性を細かく調整するのは難しく、なかなか適正な音にならないという問題があった。そこで、スピーカから出力された音をマイクで検知し、ＦＦＴ等の手段を用いて音の特性を環境に応じて自動調整する技術が一般的に知られている。
【０００４】
また、スピーカから出力される音に対して、簡易的な操作で音質や音量を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に示す技術は、音を出力するスピーカ部と、音を集音するマイクロフォン部と、スピーカ部に出力させる音の信号に対する調整値を決定する調整値決定部と、調整値決定部によって決定された調整値に基づいて、スピーカ部に出力させる音の信号の周波数特性を変更する信号処理部とを備え、スピーカ部は、所定の周波数帯域に出力する基準音を出力し、調整値決定部は、マイクロフォン部によって集音された基準音の信号と、マイクロフォン部によって集音された当該基準音に対して音量および音質が調整された選定音の信号とに基づいて調整値を決定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１６６２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示す技術は、超音波を用いた指向性スピーカの音を調整できるものではない。また、上述したように、スピーカから出力された音をマイクで検知し、ＦＦＴ等の手段を用いて音の特性を環境に応じて自動調整する技術は一般的に知られているものの、超音波スピーカに関しては、そのような技術が一般的に知られていない。
【０００７】
本発明は、超音波を用いた指向性スピーカの音質を高音質に自動調整する指向性音響システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る指向性音響システムは、入力された音信号の周波数特性を調整する周波数特性調整手段と、前記周波数特性調整手段で前記周波数特性が調整されて出力された前記音信号を変調する変調手段と、変調された前記音信号を超音波として出力するトランスデューサと、出力された前記超音波を可聴音として検知する検知手段とを備え、前記周波数特性調整手段が、当該周波数特性調整手段に入力される直前の前記音信号と前記可聴音との差が小さくなるように、前記音信号の周波数特性を調整するものである。
【０００９】
このように、本発明に係る指向性音響システムにおいては、入力された音信号とトランスデューサから出力された可聴音としての超音波との差が小さくなるように音信号の周波数特性が調整されるため、トランスデューサから出力された超音波を検知した位置における音質について、音信号の音質が保証され、良好な音質での出力が可能になるという効果を奏する。
【００１０】
本発明に係る指向性音響システムは、前記周波数特性調整手段が、前記周波数特性を変更するフィルタ部と、当該フィルタの係数を演算する係数演算部とを有し、当該係数演算部で演算された係数に基づいて、前記フィルタ部が前記周波数特性を変更するものである。
【００１１】
このように、本発明に係る指向性音響システムにおいては、周波数特性調整手段がフィルタの適正な係数を演算し、それをフィルタに反映して音質を調整するため、入力音波の音質を確実に保証し、正確に再現することができるという効果を奏する。
【００１２】
本発明に係る指向性音響システムは、前記周波数特性調整手段が、前記周波数特性を変更するフィルタの係数を演算する係数演算部を有し、当該係数演算部が演算した前記係数に基づいて、前記変調手段にて発振される搬送波の周波数を調整するものである。
【００１３】
このように、本発明に係る指向性音響システムにおいては、演算したフィルタの係数に基づいて、発振される搬送波の周波数を変更するため、トランスデューサの共振周波数に合わせて最大のゲインが可能になるという効果を奏する。
【００１４】
本発明に係る指向性音響システムは、前記音信号と前記可聴音との差が所定の条件を満たすかどうかを判定する判定手段を備え、前記周波数特性調整手段が、前記音信号と前記可聴音との差が前記所定の条件を満たすかどうかに応じて、前記周波数特性を調整するための係数の変更を行うかどうかを決定するものである。
【００１５】
このように、本発明に係る指向性音響システムにおいては、音信号と前記可聴音との差が所定の条件を満たすかどうかに応じて（例えば、差が所定の閾値未満又は以下である場合）、周波数特性を調整するための係数の変更を行うかどうかを決定することで、微細な変化による音のブレや不安定性を排除し、良好な音質を安定して出力することが可能になるという効果を奏する。
【００１６】
本発明に係る指向性音響システムは、前記トランスデューサが、当該トランスデューサから出力された超音波の反射波を入力し、前記検知手段が、前記トランスデューサで入力された前記反射波を増幅し復調して可聴音として検知するものである。
【００１７】
このように、本発明に係る指向性音響システムにおいては、前記トランスデューサが、当該トランスデューサから出力された超音波の反射波を入力し、前記検知手段が、前記トランスデューサで入力された前記反射波を増幅し復調して可聴音として検知することで、トランスデューサから出力された超音波をマイク等を設置して検知する必要がなくなり、超音波の特性を活かしてシステムの構成を簡略化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る適応フィルタの構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係る指向性音響システムにおける超音波トランスデューサの周波数特性の一例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る指向性音響システムにおける適応フィルタの係数を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図７】第４の実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図８】位相差とマイクとの位置関係を示す図である。
【図９】マイクで検知された信号波形を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る遅延調整部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１１】第５の実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】第５の実施形態に係る指向性音響システムにおける出力信号と反射信号を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明は多くの異なる形態で実施可能である。また、本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。
【００２０】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る指向性音響システムについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。図１において、本実施形態に係る指向性音響システム１は、処理対象となる音の信号（以下、音信号とする）を入力する信号入力部２と、入力された音信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３ａと、音信号の周波数特性を調整する周波数特性調整部４と、音信号をキャリア発振器６のキャリア信号で変調する変調部５と、超音波トランスデューサ８を駆動するためのアンプ７と、超音波を出力する超音波トランスデューサ８と、超音波トランスデューサ８から出力された超音波を可聴音の音信号として検知するマイク９と、検知した音信号を増幅するマイクアンプ１０と、増幅された音信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部３ｂと、入力された音信号を十分に遅延させる遅延器１２と、遅延器１２で遅延された音信号とマイク９で検知された音信号との差分を求め、結果を周波数特性調整部４に渡す加算部１１とを備える。
【００２１】
マイク９で検知された音信号は、入力された音信号と比較してノイズが加わる等の影響で音質が低下している。また、超音波トランスデューサ８から出力される音信号は指向性が高い超音波であるため、出力方向がずれたような場合は、普通の音波に比べて音質の低下が大きいものとなってしまう。そのため、本実施形態においては、マイク９で検知した音信号と入力された音信号とが一致するように周波数特性を調整することで、音質の低下を防止するものである。
【００２２】
図１に示すように、Ａ／Ｄ変換部３ａでデジタル信号に変換された音信号は、いくつかの処理部を介して超音波トランスデューサ８から超音波として出力され、マイク９で可聴音として検知され、検知された音信号（以下、検知信号とする）は、Ａ／Ｄ変換部３ｂでデジタル信号に変換されて加算部１１に入力される。遅延器１２は、音信号の加算部１１への到達が、少なくとも検知信号の到達よりも遅いタイミングとなるように予め設定された遅延量で遅延する。すなわち、加算部１１に到達する時間が、（遅延器１２からの音信号の到達時間）＞（Ａ／Ｄ変換部３ｂからの検知信号の到達時間）となるように遅延量が設定される。加算部１１及び周波数特性調整部４は、それぞれの入力された音信号及び検知信号の差分を求め、その差分がゼロに近づくように周波数特性の調整を行う。
【００２３】
周波数特性の調整は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を利用し周波数成分の差分を低減させることが可能であるが、ＦＦＴは処理が煩雑で演算量が増えるため、本実施形態においては、適応フィルタを用いる。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る適応フィルタの構成を示す図である。図からわかるように、係数演算部２０は、入力された音信号ｘ（ｋ）がフィルタ部２１を経由して出力され超音波となってマイク９で検知された検知信号ｙ（ｋ）と、遅延器１２において遅延量が調整された入力された音信号ｄ（ｋ）との誤差ｅ（ｋ）ができるだけ小さくなるようにフィルタの係数ｗｋ（ｉ）を演算して修正する。このとき、係数演算部２０は、例えば、最小二乗法、最急下降アルゴリズム、漸化的最小二乗アルゴリズム等を用いて最適値を求める。
【００２５】
このように、本実施形態に係る指向性音響システムによれば、指向性は非常に高いものの、音質の点で難点がある超音波を利用した指向性スピーカから出力される音信号を、入力された信号と同程度の音質に自動調整することができると共に、検知位置やその場の環境の変化にも対応してリアルタイムに音質を高めることが可能となる。
【００２６】
なお、変調部５による変調処理は、ＡＭ変調、ＦＭ変調、ＳＳＢ変調、ＤＳＢ変調等のようにいずれの変調であってもよい。
【００２７】
（本発明の第２の実施形態）
本実施形態に係る指向性音響システムについて、図３及び図４を用いて説明する。本実施形態に係る指向性音響システムは、前記第１の実施形態に係る指向性音響システムの機能を拡張したものであり、入力された音信号と検知信号とから適切なフィルタ係数を演算して周波数特性を調整すると共に、変調部５において変調処理を行う際の搬送波の周波数を調整することで、音質に加えてゲインを大きくするものである。
なお、本実施形態において前記第１の実施形態と重複する説明は省略する。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。第１の実施形態における図１の場合と異なるのは、遅延器１２から出力された入力された音信号と、いくつかの処理部を介して超音波トランスデューサ８から超音波として出力され、マイク９で可聴音として検知された検知信号との差分から、キャリア発振器６で発振する信号の周波数特性を調整することである。
【００２９】
キャリア発振器６が発振する搬送波の調整について説明する。超音波トランスデューサ８は、予め共振周波数が設定されておりそれを実現するように作成されている。図４は、超音波トランスデューサの周波数特性の一例を示す図である。図４（Ａ）は、共振周波数が３８ｋＨｚである場合の周波数特性を示す図、図４（Ｂ）は、共振周波数が３８ｋＨｚである場合の超音波トランスデューサの出力特性を示す図、図４（Ｃ）は、共振周波数が３８ｋＨｚからずれている場合の周波数特性を示す図、図４（Ｄ）は、共振周波数が３８ｋＨｚからずれている場合の超音波トランスデューサの出力特性を示す図である。なお、ここでは、共振周波数を仮に３８ｋＨｚとしているが、予め設定されている超音波の周波数であればいくつに設定されていてもよい。
【００３０】
図４（Ａ）に示すように、超音波トランスデューサ８は、共振周波数３８ｋＨｚで感度がピークとなり、この共振周波数から少しでもずれると感度が急激に落ちてしまう。すなわち、共振周波数から少しでもずれると出力が非常に小さくなってしまい、効率が悪いものとなってしまう。
【００３１】
ここで、共振周波数３８ｋＨｚである超音波トランスデューサ８に対して、キャリア発振器６が３８ｋＨｚの搬送波を発振して音信号を変調すれば、図４（Ｂ）に示すような最大の効率で超音波を出力することができる。すなわち、３８ｋＨｚを中心に正の周波数成分と負の周波数成分とが同一の特性を示し、それらを合算した成分が出力成分となって高効率に出力される。
【００３２】
しかしながら、超音波トランスデューサ８は製品によっては誤差があり、理論上共振周波数が３８ｋＨｚで作成されている超音波トランスデューサ８であっても、実際には機械的な誤差などの影響により３９ｋＨｚであったり、３７ｋＨｚであったりと物によって正確でない場合がある。すなわち、理論上は図４（Ａ）に示すような周波数特性を元に図４（Ｂ）に示すような最大効率で超音波を出力するように設計していても、実際には図４（Ｃ）に示すように共振周波数のずれが生じており（理論値３８ｋＨｚに対して実効値３９ｋＨｚ）、図４（Ｄ）に示すような非効率な出力となっている場合がある。すなわち、３８ｋＨｚを中心に正の周波数成分と負の周波数成分とが全く異なる特性を示し、それらを合算した出力成分は、非効率な出力となってしまっている。
【００３３】
このような場合に、超音波トランスデューサ８の周波数特性を機械的に調整することは困難であるため、本実施形態においてはキャリア発振器６が発振する搬送波の周波数特性を調整することで最大効率を実現する。図５は、適応フィルタの係数を示す図であり、図５（Ａ）は共振周波数で最大効率の出力を行った場合のフィルタ係数を示しており、図５（Ｂ）は共振周波数がずれて最大効率の出力が行われない場合のフィルタ係数を示している。図５からわかる通り、係数のピークの位置のずれを検出し、そのピークのずれがゼロに近づくようにキャリア発振器における搬送波の周波数を調整することで、出力を最大効率で行うことが可能となる。
【００３４】
このように、本実施形態に係る指向性音響システムによれば、演算されたフィルタ係数に基づいて、発振される搬送波の周波数を変更することで、超音波トランスデューサの共振周波数に合わせて最大効率の出力を得ることが可能になる。また、同時に適応フィルタにより音質を高めることができるため、その場の環境の変化（例えば、温度変化、湿度変化、検出位置の変化等）やシステムに用いる個々の装置、部品等の特性に応じて、リアルタイムに最大効率での出力を実現しつつ、入力された音信号と同程度の音質を確実に維持することができる。
【００３５】
なお、本実施形態に係る指向性音響システムにおいては、フィルタ部２１による音質の調整は必ずしも行う必要はなく、キャリア発振器６が発振する搬送波の周波数の調整のみを行うような構成としてもよいが、音質と出力効率とを同時に向上させるほうが利用者にとって望ましいため、適応フィルタのフィルタ係数に応じて、フィルタの調整及び搬送波の周波数の調整の双方を同時に行うことが好ましい。
【００３６】
（本発明の第３の実施形態）
本実施形態に係る指向性音響システムについて、図６を用いて説明する。本実施形態に係る指向性音響システムは、入力された音信号と検知信号との差分が微小である場合には、周波数特性の調整を行わないものである。
なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明は省略する。
【００３７】
図６は、本実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。第１の実施形態における図１の場合と異なるのは、遅延器１２から出力された音信号と、いくつかの処理部を介して超音波トランスデューサ８から超音波として出力され、マイク９で可聴音として検知された検知信号との差分の大きさが、予め設定された所定の閾値より小さい場合、すなわち、入力された音信号と検知信号との差分が微小であるかどうかを判定する判定部５０を備えることである。
【００３８】
この判定部５０の判定結果に応じて、入力された音信号と検知信号との差分が微小であると判定されれば、周波数特性調整部４によるフィルタ係数の更新を行わず、入力された音信号と検知信号との差分が微小でないと判定された場合のみ周波数特性調整部４によるフィルタ係数の更新を行う。
【００３９】
このように、本発明に係る指向性音響システムにおいては、入力された音信号と検知信号との差分が微小である場合には、周波数特性の調整を行わないため、微細な変化による音のブレや不安定性を排除し、良好な音質を安定して出力することが可能になる。
【００４０】
なお、判定部５０の結果に応じてフィルタ係数の更新を行うと共に、前記第２の実施形態における指向性音響システムのように、キャリア発振器６が発振する搬送波の周波数特性を調整するようにしてもよい。
【００４１】
（本発明の第４の実施形態）
本実施形態に係る指向性音響システムについて、図７ないし図１０を用いて説明する。本実施形態に係る指向性音響システムは、複数の超音波トランスデューサから超音波を出力する場合に、各超音波トランスデューサからの出力信号の位相を電気的な制御で揃えると共に、前記各実施形態における処理を用いて音質や音量の調整を行うものである。
なお、本実施形態において前記各実施形態と重複する説明は省略する。
【００４２】
図７は、本実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。前記第１の実施形態における図１と異なるのは、入力された音信号のゼロクロスを検出するゼロクロスコンパレータ６１と、ゼロクロスコンパレータ６１の検出に応じてスイッチングを行う切替部６２と、音信号の正成分の位相を制御する第１遅延器６３と、音信号の負成分の位相を制御する第２遅延器６４と、各遅延器から出力された信号を増幅する複数のアンプ７ａ，７ｂと、アンプ７ａ，７ｂで増幅された信号により駆動されて超音波を出力する超音波トランスデューサ８ａ，８ｂと、各超音波トランスデューサ８ａ，８ｂから出力された超音波を可聴音の音波信号としてマイク９が統合して検知し、当該検知した検知信号の波形特性を検出する波形特性検出部６５と、検出された波形特性から位相を制御するための遅延量を演算し、第２遅延器に入力して位相制御を行う遅延調整部６６とを備えることである。
【００４３】
信号入力部２に入力された音信号は、変調部５で変調されると共に、ゼロクロスコンパレータ６１に入力され、そこで音信号のゼロクロスが検出される。検出されたゼロクロスに同期して切替部６２がスイッチングを行い、音信号の正成分に相当する変調信号は第１遅延器６３に入力され、音信号の負成分に相当する変調信号は第２遅延器６４に入力される。
【００４４】
それぞれの遅延器に入力された信号は、アンプ７ａ，７ｂを介して超音波トランスデューサ８ａ，８ｂに入力され、超音波として出力される。各超音波トランスデューサ８ａ，８ｂから出力された超音波は、マイク９で検知され、復調されて一つの波形に統合される。このとき、マイク９は、超音波トランスデューサ８ａから出力された信号波形と超音波トランスデューサ８ｂから出力された信号波形の区別が付かないため、通常はそれぞれの位相を検知することはできず、図８に示すようなマイク９の位置によって位相差に応じた信号の歪み（例えば、図９に示すような信号の歪み）が検知される。すなわち、図８（Ａ）のようにｄ１＝ｄ２の場合は、図９（Ａ）に示すような波形が検知され、図８（Ｂ）のようにｄ１＞ｄ２の場合は、図９（Ｂ）に示すような波形が検知され、図８（Ｃ）のようにｄ１＜ｄ２の場合は、図９（Ｃ）に示すような波形が検知される。
【００４５】
検知された検知信号は、波形特性検出部６５に入力され、プラスのピーク及びマイナスのピーク、又は、デューティ比が検出される。ここで検出されたそれぞれのピーク、又は、デューティ比を用いて遅延調整部６６が調整する遅延量を算出する。
【００４６】
つまり、図９（Ｂ）のように、マイナスのピークが大きく、プラスのピークが小さい場合は、マイナスのピークを小さく、プラスのピークを大きくするように遅延器（ここでは、第２遅延器６４）の遅延量を算出する。また、図９（Ｃ）のような場合は、逆に、マイナスのピークが小さく、プラスのピークが大きくなっているため、マイナスのピークを大きく、プラスのピークを小さくするように第２遅延器６４の遅延量を算出する。デューティ比の場合も同様に、デューティ比が１：１になるように遅延量が算出される。算出された遅延量は、第２遅延器６４に入力されて遅延量が調整される。プラスとマイナスのピークの割合、又は、デューティ比が図９（Ａ）に示すように１：１になるまで、すなわちコヒレンシが０に近づくように調整を行うことで、指向の方向制御を正確に行う。
【００４７】
図１０は、遅延調整部６６の構成を示す機能ブロック図である。図１０において、遅延調整部６６は、プラスのピーク値とマイナスのピーク値とを加算する加算部９１と、加算された信号から低周波成分を抽出して位相を検出するローパスフィルタ９２と、検出された波形のゼロクロスを検出するゼロクロスコンパレータ９３と、検出されたゼロクロス及びサンプリングクロックに同期して、正又は負の値に応じたカウントを行うアップ／ダウンカウンタ９４とを備える。
【００４８】
つまり、図９（Ｂ）のような波形の場合は、それぞれのピーク値を加算することにより負の値が検出され、アップ／ダウンカウンタ９４がカウントダウンを行い、そのカウントダウンに応じて第２遅延器６４の遅延量が遅く調整される。逆に、図９（Ｃ）のような波形の場合は、それぞれのピーク値を加算することにより正の値が検出されてアップ／ダウンカウンタ９４がカウントアップを行い、そのカウントアップに応じて第２遅延器６４の遅延量が速く調整される。なお、デューティ比を用いた場合も同様に、デューティ比に応じたカウントアップ／カウントダウンを行い、そのカウントに応じて遅延器の遅延量が調整されるようにしてもよい。
【００４９】
このように、マイク９で検知された検知信号のピークの割合、又は、デューティ比のみで簡単に且つ正確な位相制御が可能となる。つまり、複数の超音波トランスデューサを備える場合に、上記処理により位相を揃えて音質を安定させつつ、前記各実施形態における処理により周波数特性調整部４が周波数特性を調整することで、高音質でゲインが大きい指向性音響システム１を実現することができる。
【００５０】
（本発明の第５の実施形態）
本実施形態に係る指向性音響システムについて、図１１及び図１２を用いて説明する。本実施形態に係る指向性音響システムは、超音波トランスデューサ８が出力した超音波を反射面で反射させ、その反射波を当該超音波トランスデューサ８が入力し、入力された反射波を増幅して復調し、可聴音としての検知信号を用いて周波数の調整等を行うものである。
【００５１】
図１１は、本実施形態に係る指向性音響システムの構成を示す機能ブロック図である。第１の実施形態における図１の場合と異なるのは、マイク９と、マイクアンプ１０とを備えておらず、超音波トランスデューサ８から出力される出力信号と入力される反射信号とのスイッチングを行うスイッチ１１１ａ，１１１ｂと、反射信号を増幅する増幅器１１２と、増幅された信号を可聴音に復調する復調部１１３とを新たに備えることである。
【００５２】
スイッチ１１１ａ，１１１ｂは相互に連動して排他的な動作をする。すなわち、スイッチ１１１ａが開放されている場合はスイッチ１１１ｂが投入され、スイッチ１１１ａが投入されている場合はスイッチ１１１ｂが開放される。このスイッチング制御は、超音波トランスデューサ８から出力された超音波が反射面で反射し、超音波トランスデューサ８に反射信号として入力されるまでの遅延量に応じて適宜設定される。
【００５３】
ここで、スイッチ１１１ａ直後に得られる出力信号の波形の模式図を図１２（Ａ）に示す。スイッチ１１１ａのＯＮ／ＯＦＦにより図１２（Ａ）に示すような波形が得られる。この信号が超音波トランスデューサ８から出力され、反射面で反射し、その反射信号が超音波トランスデューサ８に入力される。このときの信号波形の模式図を図１２（Ｂ）に示す。出力信号に対して、反射信号は減衰しているが、出力信号と同様の周波数特性で超音波トランスデューサ８に入力される。反射信号は減衰しているため、増幅器１１２で増幅される。そして、スイッチ１１１ｂによりスイッチング制御されて復調部１１３に入力される。スイッチ１１１ｂによるスイッチング制御後の波形の模式図を図１２（Ｃ）に示す。スイッチングにより反射信号のみが得られる。復調部１１３に入力された反射信号は、キャリア発振器６の発振周波数に基づいて復調されて可聴音となる。以降の処理は、前記各実施形態と同じである。
【００５４】
このように、超音波トランスデューサ８が、当該超音波トランスデューサ８から出力された超音波の反射波を入力し、入力された反射波を増幅し復調して可聴音として検知することで、超音波トランスデューサ８から出力された超音波をマイク９等を設置して検知する必要がなくなり、超音波の特性を活かしてシステムの構成を簡略化することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１  指向性音響システム
２  信号入力部
３ａ，３ｂ  Ａ／Ｄ変換部
４  周波数特性調整部
５  変調部
６  キャリア発振器
７（７ａ，７ｂ）  アンプ
８（８ａ，８ｂ）  超音波トランスデューサ
９  マイク
１０  マイクアンプ
１１  加算部
１２  遅延器
２０  係数演算部
５０  判定部
６１  ゼロクロスコンバータ
６２  切替部
６３  第１遅延器
６４  第２遅延器
６５  波形特性検出部
６６  遅延調整部
９１  加算部
９２  ローパスフィルタ
９３  ゼロクロスコンパレータ
９４  アップ／ダウンカウンタ
１１１ａ，１１１ｂ  スイッチ
１１２  増幅器
１１３  復調部
【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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