(57)【要約】【課題】超音波スピーカは音量のダイナミックレンジが低く、クラシック音楽などにおいて音量が小さな場面では聞こえにくいという問題を解決する。【解決手段】デジタル信号に変換したオーディオ信号において、ある任意の時間の時間区間ごとに、その時間区間内におけるオーディオ信号の振幅の最大値を検出し、前記時間区間ごとに、オーディオ信号でキャリア波を変調した変調波における変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅調整を行う。さらに時間区間ごとで変調波の振幅最大値が同じになるように、変調波の振幅調整を行う。また、時間区間の境界点近傍において、上記信号処理後のキャリア波および変調波に不連続部分が生じないように、時間区間の境界点近傍におけるキャリア波および変調波の振幅の増幅率の自動線形補正を行う。【選択図】図１
2008141553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号波でキャリア波を振幅変調した変調波の自動変調度調整方法であって、
ある任意の時間区間ごとに、前記任意の時間区間内における前記信号波の振幅の最大値を検出する手順と、
前記検出した信号波の振幅の最大値情報を基に、前記信号波の振幅の最大値の点における前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記ある任意の時間区間ごとに前記キャリア波の振幅の大きさを調整する手順と、
を含むことを特徴とする超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項２】
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波によりキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカにおける自動変調度調整方法であって、
前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手順と、
ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手順と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手順と、
前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手順と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手順と、
を含むことを特徴とする超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項３】
前記キャリア波振幅調整手順は、
前記信号波でキャリア波を変調した際の変調波の変調度が前記信号波振幅最大値記憶部の情報を基に得られる前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、前記時間区間ごとに１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波の振幅を調整すること、
を特徴とする請求項２に記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項４】
前記変調波振幅調整手順は、
前記信号波振幅最大値記憶部の情報を基に得られる前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波が調整された変調波に対し、各時間区間における前記変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整すること
を特徴とする請求項３に記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項５】
前記キャリア波振幅調整手順は、
前記時間区間の境界点を中心として前後にそれぞれ任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、
前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記キャリア波のサンプリング点が前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波の最大振幅点において前記信号波によるキャリア波との変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように調整する手順
を含むことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項６】
前記キャリア波振幅調整手順は、
前記サンプリング範囲において、前記境界点を挟んで過去側の時間区間における前記信号波の最大振幅点において前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値から、前記境界点を挟んで未来側の時間区間における前記信号波の最大振幅点において前記キャリア波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値に、最も過去のサンプリング点から最も新しいサンプリング点に向かうにつれて、
前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、段階的に近づくように調整すること
を特徴とする請求項５に記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項７】
前記変調波振幅調整手順は、
前記時間区間の境界点を中心として前後にそれぞれ任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、
前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記変調波のサンプリング点が前記境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波によるキャリア波との変調波の変調度が変調波振幅調整手順により前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように調整されること
を特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項８】
前記変調波振幅調整手順は、
前記サンプリング範囲において、最も過去のサンプリング点から最も新しいサンプリング点に向かうにつれて、
前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、
前記境界点に隣接しかつ時間的に前である時間区間における、前記変調波振幅調整手順により前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、
前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の前記時間間隔の区間における、前記変調波振幅調整手順により前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように調整すること
を特徴とする請求項７に記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項９】
前記キャリア波振幅調整手順および変調波振幅調整手順のいずれか又は両方により、
前記信号波振幅最大値記憶部の情報を基に得られる、前記時間区間内における前記信号波の振幅の最大値がある任意の値よりも小さい場合には、前記キャリア波の振幅と前記変調波の振幅のうち少なくとも一つを０あるいはそれに近い値に調整する手順が
行われることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整方法。
【請求項１０】
信号波でキャリア波を振幅変調した変調波の自動変調度調整装置であって、
ある任意の時間区間ごとに、前記任意の時間区間内における前記信号波の振幅の最大値を検出する手段と、
前記検出した信号波の振幅の最大値情報を基に、前記信号波の振幅の最大値の点における前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記ある任意の時間区間ごとに前記キャリア波の振幅の大きさを調整する手段と、
を備えることを特徴とする超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１１】
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波によりキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカの自動変調度調整装置であって、
前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、
ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、
前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、
を備えることを特徴とする超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１２】
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波によりキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカの自動変調度調整装置であって、
前記信号源から発生する信号がアナログ信号の場合に、前記アナログ信号をデジタルデータに変換して取り込むＡＤ変換部と、
前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、
前記信号波振幅調整部を通して得られる信号波のデジタルデータを遅延させるデータ値延部Ａと、
超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給部と、
前記キャリア波供給部から発生するキャリア波信号の振幅を調整するキャリア波振幅調整部と、
前記キャリア波振幅調整部で振幅調整が行われたキャリア波を前記データ遅延部Ａを通して得られる可聴周波数帯の信号波により変調する変調部と、
前記変調部で発生させた変調波の振幅を調整する変調波振幅調整部と、
前記信号波振幅調整部を通して得られる信号波のデジタルデータを記憶する信号波振幅値記憶部と、
前記ＡＤ変換部において新しく取り込まれ前記信号波振幅調整部で振幅調整された信号波のデジタルデータと、前記信号波振幅値記憶部が記憶するデジタルデータとを比較し、前記新しく取り込まれたデジタルデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を新しく取り込まれたデジタルデータで置き換えるデータ記憶制御部と、
ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたデジタルデータデータを読み出し、保持すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたデジタルデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶部と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅の増幅率または減衰率を制御するキャリア波振幅制御部と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に、前記変調波振幅調整部における変調波の振幅の増幅率または減衰率を制御する変調波振幅制御部と、
前記変調波振幅制御部から前記変調波振幅調整部に送信される制御信号を遅延させるデータ遅延部Ｂと、
前記変調波振幅調整部で振幅を調整した変調波で駆動される超音波トランスデューサと、
最終的に前記超音波トランスデューサに入力される信号がアナログ信号となるように、前記デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、
備えることを特徴とする超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１３】
前記データ記憶制御部は、
前記ＡＤ変換部において新たにサンプリングされた第１のデジタルデータと、前記信号波振幅値記憶部に保持された第２のデジタルデータの二つのデータを入力とし、
前記第１のデジタルデータと前記第２のデジタルデータの、より上位のビットの組み合わせから優先的に出力を決定し、
その出力決定パターンは、前記上位ビットの組み合わせが‘１’と‘０’の場合は‘１’を出力し、‘０’と‘１’の場合は‘０’を出力するものとし、それ以外の組み合わせの場合は前記上位のビットよりも一つ下位のビットの組み合わせにより前記入力パターンを基に出力を決定する回路で構成されること
を特徴とする請求項１２に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１４】
前記データ記憶制御部における演算時間は、前記ＡＤ変換部のサンプリング用クロック信号の周期よりも速く、かつ前記ＡＤ変換部において新たなサンプリングが行われる前に前記データ記憶制御部における演算が終了するように構成されること
を特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１５】
前記信号波振幅値記憶部は、
前記第１のデジタルデータと、前記データ記憶制御部の出力から得られるビット情報を入力とし、初期値として‘０’、また前記初期値‘０’に上書きされた前記第２のデジタルデータを出力するものとし、
前記データ記憶制御部の出力から得られるビット情報が‘１’で、かつ前記信号波振幅値記憶部に入力されるクロック信号が立ち上がりタイミングである場合には、前記第１のデジタルデータを前記初期値‘０’または前記第２のデジタルデータに上書きして、新たに第２のデジタルデータとして出力し、前記データ記憶制御部の出力から得られるビット情報が‘０’の場合には、前記初期値‘０’または前記第２のデジタルデータの値を保持して出力する回路で構成されること
を特徴とする請求項１２から１４のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１６】
前記信号波振幅値記憶部に第１のデジタルデータを上書するためのクロック信号の立ち上がりのタイミングは、前記ＡＤ変換部のサンプリング用クロック信号の立ち上がりのタイミングよりも速くなるように構成されること
を特徴とする請求項１２から１５のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１７】
前記信号波振幅最大値記憶部は、
任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの発生源を有し、
前記信号波振幅値記憶部の出力から得られる前記第２のデジタルデータを入力とし、初期値として‘０’、また前記初期値‘０’に上書きされた第３のデジタルデータを出力するものとし、前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの立ち上がりのタイミングに応じて前記第２のデジタルデータを前記初期値‘０’または前記第３のデジタルデータに上書きして、新たに第３のデジタルデータとして出力し、前記クロック信号ＣＬＫＡの次の立ち上がりのタイミングが来るまでは、前記初期値‘０’または前記第３のデジタルデータの値を保持して出力する回路で構成されること
を特徴とする請求項１２から１６のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１８】
前記信号波振幅値記憶部は、
前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡと同じ周波数で、かつその立ち上がりのタイミングが前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡよりも遅い信号Ａの立ち上がり、または前記信号Ａの反転信号の立下りのタイミングで、初期値‘０’に上書きされるように構成されること
を特徴とする請求項１２から１７のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１９】
前記キャリア波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を入力とし、
前記入力情報に基づいて、前記データ遅延部Ａの出力から得られる前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において前記信号波の前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、
前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
を備えることを特徴とする請求項１２から１８のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２０】
前記変調波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部から最大振幅情報を入力情報とし、前記入力情報に基づいて、前記時間区間ごとに信号波の振幅の最大値の点において変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波の振幅が調整された状態で前記変調部から出力される変調波に対し、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように振幅調整するために、前記入力情報と前記変調波振幅調整部における変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する出力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、
前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
を備えることを特徴とする請求項１９に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２１】
キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信するキャリア波時間情報発信部をさらに備え、
前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に、前記キャリア波振幅調整部における前記キャリア波の振幅の増幅率を制御するように構成されること
を特徴とする請求項１２から２０のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２２】
前記キャリア波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報を入力とし、前記入力情報に基づいて、前記データ遅延部Ａの出力から得られる信号波の振幅の最大値の点における前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、
さらに、前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの周期間隔と同じ時間区間において、前記時間区間の境界点を中心として前後に任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記キャリア波のサンプリング点が前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波の最大振幅点において前記信号波によるキャリア波との変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、
前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
を備えることを特徴とする請求項２１に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２３】
キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信するキャリア波時間情報発信部をさらに備え、
前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に前記変調波振幅調整部における前記変調波の振幅の増幅率または減衰率を制御するように構成されること
を特徴とする請求項１２から２２のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２４】
前記変調波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報を入力とし、前記入力情報に基づいて、前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波が振幅調整された変調波に対し、各時間区間における前記変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、
さらに、前記時間区間の境界点を中心として前後にそれぞれ任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、
前記変調波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、
前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、
前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
を備えることを特徴とする請求項２３に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２５】
前記キャリア波振幅制御部は、
キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信する信号波時間情報発信部と、
前記信号波振幅最大値記憶部から得られる最も新しい情報よりも一つ前に得られる情報を記憶する前区間信号波振幅最大値記憶部と、
をさらに備え、
前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前区間信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に、前記キャリア波振幅調整部における前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率を制御するように構成されること
を特徴とする請求項１２から２０のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２６】
前記キャリア波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前区間信号波振幅最大値記憶部からの情報と、キャリア波時間情報発信部からの情報とを入力とし、前記三つの入力情報に基づいて、前記データ遅延部Ａの出力から得られる信号波の振幅の最大値の点において前記信号波の前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、
さらに、前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点よりも任意の点数だけ前のサンプリング点から、前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点よりも任意の点数だけ後のサンプリング点までのサンプリング範囲における各キャリア波のサンプリング点に対して、
前記サンプリング範囲の時間的に最も前のキャリア波のサンプリング点から最も新しいキャリア波のサンプリング点に向かうにつれて、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記信号波の最大振幅点において前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記信号波の最大振幅点において前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記三つの入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、
前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
を備えることを特徴とする請求項２０に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２７】
前記変調波振幅制御部は、
キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信する信号波時間情報発信部と、
前記信号波振幅最大値記憶部から得られる最も新しい情報よりも一つ前に得られる情報を記憶する前区間信号波振幅最大値記憶部と、
をさらに備え、
前記変調波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部と前区間信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に、前記変調波振幅調整部における変調波の振幅の増幅率を制御するように構成されること
を特徴とする請求項１２から２０のいずれか、または請求項２５、または請求項２６に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２８】
前記変調波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前区間信号波振幅最大値記憶部からの情報と、キャリア波時間情報発信部からの情報とを入力とし、前記三つの入力情報に基づいて、
前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波が振幅調整された変調波に対し、各時間区間における前記変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、
さらに、前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点よりも任意の点数だけ前のサンプリング点から、前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点よりも任意の点数だけ後のサンプリング点までのサンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、
前記サンプリング範囲の時間的に最も前の変調波のサンプリング点から最も新しい変調波のサンプリング点に向かうにつれて、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅調整を行う際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅調整を行う際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記三つの入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、
前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、
を備えることを特徴とする請求項２５に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項２９】
前記キャリア波振幅制御部は複数のテーブル記憶部を備え、
前記複数のテーブル記憶部の各々は、前記キャリア波振幅制御部へ入力される情報の少なくとも一つを入力とし、前記少なくとも一つ以上の入力の情報に基づいて決定される前記複数のテーブル記憶部の各々の出力の情報を演算するテーブル記憶部出力情報演算部をさらに備え、
前記テーブル記憶部出力情報演算部は、
前記サンプリング範囲におけるキャリア波のサンプリング点が前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記各時間区間において前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するか、
または、前記時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲の時間的に最も前のキャリア波のサンプリング点から最も新しいキャリア波のサンプリング点に向かうにつれて、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記信号波の振幅最大点で１００％の変調度になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記信号波の振幅最大点で１００％の変調度になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するように構成されること
を特徴とする請求項２２または請求項２６に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項３０】
前記変調波振幅制御部は、
複数のテーブル記憶部を備え、
前記複数のテーブル記憶部の各々は前記変調波振幅制御部へ入力される情報の少なくとも一つを入力とし、前記少なくとも一つ以上の入力の情報に基づいて決定される前記複数のテーブル記憶部の各々の出力の情報を演算するテーブル記憶部出力情報演算部をさらに備え、
前記テーブル記憶部出力情報演算部は、
前記サンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、前記サンプリング範囲における変調波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記各時間区間ごとの変調波の振幅の最大値が同じになるように振幅調整する際の変調波の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するか、
または、前記時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、前記サンプリング範囲の時間的に最も前の変調波のサンプリング点から最も新しい変調波のサンプリング点に向かうにつれて、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記時間区間ごとの変調波の振幅最大値が同じになるように変調波の振幅調整を行う際の前記変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記時間区間ごとの変調波の振幅最大値が同じになるように変調波の振幅調整を行う際の前記変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するように構成されること
を特徴とする請求項２４または請求項２８または請求項２９に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項３１】
前記キャリア波振幅制御部および前記変調波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を入力とし、前記入力情報と、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を基に得られる前記時間区間内における信号波の振幅の最大値がある任意の値よりも小さい場合に、前記キャリア波または前記変調波の振幅を０あるいはそれに近い値に制御する出力とを対応づけたテーブルを記憶するテーブル記憶部を
備えることを特徴とする請求項１２から３０のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項３２】
前記データ遅延部Ａの遅延時間は、
前記キャリア波振幅制御部の情報を基に前記キャリア波振幅調整部で振幅の調整が行われたキャリア波が前記変調部に入力されるタイミングと、
前記キャリア波振幅制御部の情報を得るために用いた前記信号波振幅調整部からのデータの情報が前記データ遅延部Ａを通過して前記変調部に入力されるタイミングと
の時間的な同期がとれるように決定されること
を特徴とする請求項１２から３１のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項３３】
前記データ遅延部Ｂの遅延時間は、
変調度が１００％あるいはそれに近い値に調整されて前記変調部から出力される変調波が前記変調波振幅調整部に入力されるタイミングと、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を基に決定される前記変調波振幅調整部における変調波の振幅増幅率の情報を含んだ制御信号が、前記変調波振幅制御部から前記変調波振幅調整部に入力されるタイミングと
の時間的な同期がとれるように決定されること
を特徴とする請求項１２から３２のいずれかに記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項３４】
可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、
前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、
ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、
前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、
を備えることを特徴とする超音波スピーカ。
【請求項３５】
音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、
映像を投影面に投影する投影光学系と、
で構成される表示装置であって、
前記超音波スピーカは、
前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、
ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、
前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項３６】
音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、
前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、
を有する指向性音響システムであって、
前記超音波スピーカは、
前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、
ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、
前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、
前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、
備え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、超音波をオーディオ信号で変調した信号を超音波振動素子等の超音波トランスデューサにより放出した場合に、パラメトリックアレー効果によって非常に強い指向性を持った差分周波数成分（自己復調音）を放出できる、超音波スピーカに関するものであり、特に、オーディオ信号の特徴に応じて変調波における変調度の自動調整を行うことができる、超音波スピーカの自動変調度調整方法、超音波スピーカの自動変調度調整装置、超音波スピーカ、該超音波スピーカを有する表示装置、および指向性音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波スピーカは、通常のスピーカに比べて非常に指向性が強いため、音声情報を特定の場所にだけ伝達する等の目的で使用されている。例えば、超音波スピーカは美術館等の展示場において、ある作品の前に近づいて行くと、その近くの限られた範囲内の人にだけ作品に関する説明が聞こえてくるように設置されている。
【０００３】
上述したように超音波スピーカは指向性の強い音波を放出したり、またその反射波を仮想音源として用いるなど、通常のオーディオ装置では実現困難な機能を有している。しかしながら通常のオーディオ装置を用いて得られる音波に対して、超音波スピーカから得られる可聴音（自己復調音）の効率は低いことが知られている。
【０００４】
超音波スピーカの効率を上げる方法の一つとして、オーディオ信号の振幅を上げることが挙げられる。しかしながら超音波スピーカの場合、そのオーディオ信号で超音波（キャリア波）を振幅変調した変調波で駆動を行う。従ってオーディオ信号の音量を大きくし過ぎると、上述した変調波は過変調状態となり、オーディオ信号を忠実に復調することが出来なくなる。
【０００５】
このことから、超音波スピーカは通常のオーディオ装置に比べて調整可能な音量のダイナミックレンジが低く、また効率を上げることが困難であるという課題がある。例えばクラシック音楽のように、音量が小さい静かな場面と音量が大きな場面が交互に現れるような曲構成の場合を考える。この場合超音波スピーカにおいては、音量が最も大きな場面で変調度が１００％になるようにオーディオ信号の振幅を調整しておくことで、より高い効率を得ることができる。
【０００６】
しかしながら上述したような状態に調節しても、超音波スピーカでは音量のダイナミックレンジが狭いために、クラシック音楽のようなオーディオ信号において音量の大きな場面は丁度良い大きさの音量で再生できるものの、音量が小さい静かな場面はほとんど聞こえないという問題が生じる。これはすなわち超音波スピーカにおいて、音量のダイナミックレンジが狭いという課題があることを意味している。
【０００７】
なお、従来技術のパラメトリック・スピーカ・システムのための変調器処理がある（特許文献１を参照）。この従来技術は、超音波スピーカシステムのための変調器処理に関するものである。この従来技術では、Ｓｉｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ(以後ＳＳＢと表記)方式の変調器を使用するなどの工夫により、広帯域要求なしに理想線形性を提供する、すなわち超音波スピーカにより自己的に復調された可聴音の歪を低減することを可能としている。
【０００８】
しかしながらこの従来例のような変調処理を行うだけでは、上述した課題は解決されない。また前記従来技術には、より低い動作周波数（キャリア波周波数）は空気の飽和制限に達する前により大きい変換効率とより大きい出力能力を有する、という記載がある。しかし実際には超音波帯域のキャリア波の周波数を調整しても、大きなエネルギー効率の変化は確認されず、依然超音波スピーカの効率を高め、また音量のダイナミックレンジを広げることはできない、という課題がある。
【特許文献１】特表２００３−５０７９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、超音波スピーカは通常のオーディオ装置に比べて調整可能な音量のダイナミックレンジが低く、また効率を上げることが困難である。このため、クラシック音楽のようなオーディオ信号において音量の大きな場面は丁度良い大きさの音量で再生できるものの、音量が小さい静かな場面ではほとんど聞こえないという問題が生じていた。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的は、オーディオ信号の特徴に応じて変調波における変調度の自動調整を行い、信号波の音量が小さい静かな場面において、信号波を十分な音量で再生できる、超音波スピーカの自動変調度調整方法、および超音波スピーカの自動変調度調整装置を提供することにある。また、本発明の自動変調度調整装置で駆動される超音波スピーカ、該超音波スピーカを有する表示装置、および指向性音響システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、信号波でキャリア波を振幅変調した変調波の自動変調度調整方法であって、ある任意の時間区間ごとに、前記任意の時間区間内における前記信号波の振幅の最大値を検出する手順と、前記検出した信号波の振幅の最大値情報を基に、前記信号波の振幅の最大値の点における前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記ある任意の時間区間ごとに前記キャリア波の振幅の大きさを調整する手順と、
を含むことを特徴とする。
このような手順により、信号波（オーディオ信号等）において、ある任意の時間間隔の時間区間毎に、その時間区間内における信号波の振幅の最大値を検出し、前記時間区間毎に、信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅調整を行う。
これにより、時間区間ごとの信号波の振幅の最大値に応じて、キャリア波の振幅を調整を行うことができる。このため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００１２】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波によりキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカにおける自動変調度調整方法であって、前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手順と、ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手順と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手順と、前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手順と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、信号波（オーディオ信号等）をサンプリングし、ある任意の時間間隔の時間区間ごとに、その時間区間内における信号波の振幅の最大値を検出し、各時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の情報を基に、信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が所定の値（例えば、１００％またはそれに近い値）になるようにキャリア波の振幅調整を行う。さらに各時間区間における変調波の振幅の最大値を調整する。例えば、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように、変調波の振幅調整を行う。
これにより、時間区間ごとの信号波の振幅の最大値に応じて、キャリア波の振幅および変調波の振幅を調整することができる。このため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００１３】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記キャリア波振幅調整手順は、前記信号波でキャリア波を変調した際の変調波の変調度が前記信号波振幅最大値記憶部の情報を基に得られる前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、前記時間区間ごとに１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波の振幅を調整すること、
を特徴とする。
このような手順により、信号波（オーディオ信号等）をサンプリングし、ある任意の時間間隔の時間区間毎に、その時間区間内における信号波の振幅の最大値を検出し、各時間区間毎に、信号波の振幅の最大値の点において、キャリア波を変調した変調波における変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅調整を行う。
これにより、時間区間ごとの信号波の振幅の最大値に応じて、キャリア波を変調した変調波における変調度を１００％にすることができる。このため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００１４】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記変調波振幅調整手順は、前記信号波振幅最大値記憶部の情報を基に得られる前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波が調整された変調波に対し、各時間区間における前記変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整することを特徴とする。
このような手順により、振幅調整されたキャリア波を信号波（オーディオ信号等）で変調した変調波に対し、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように、変調波の振幅調整を行う。
これにより、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるようにできる。こなため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００１５】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記キャリア波振幅調整手順は、前記時間区間の境界点を中心として前後にそれぞれ任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記キャリア波のサンプリング点が前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波の最大振幅点において前記信号波によるキャリア波との変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように調整する手順を含むことを特徴とする。
このような手順により、時間区間の境界点の前後のキャリア波のサンプリング範囲において、該サンプリング範囲におけるキャリア波のサンプリング点が境界点から離れるに従い、キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、信号波の最大振幅点においてキャリア波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリアの振幅を調整する際のキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値に段階的に近づくようにする。
これにより、時間区間の境界点近傍において、キャリア波に不連続部分が生じないように、キャリア波の振幅の増幅率または減衰率の自動調整を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記キャリア波振幅調整手順は、前記サンプリング範囲において、前記境界点を挟んで過去側の時間区間における前記信号波の最大振幅点において前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値から、前記境界点を挟んで未来側の時間区間における前記信号波の最大振幅点において前記キャリア波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値に、最も過去のサンプリング点から最も新しいサンプリング点に向かうにつれて、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、段階的に近づくように調整することを特徴とする。
このような手順により、任意の時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲において、最も過去のキャリア波のサンプリング点から最も新しいキャリア波のサンプリング点に向かうにつれて、キャリア波の振幅増幅率または減衰率が、過去側の時間区間の信号波の振幅最大点でのキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値から、未来側の時間区間における最大振幅点でのキャリア波の振幅増幅率または減衰率の値に段階的に近づくようにする。
これにより、時間区間の境界点におけるキャリア波に不連続部が生じることを回避できる。
【００１７】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記変調波振幅調整手順は、前記時間区間の境界点を中心として前後にそれぞれ任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記変調波のサンプリング点が前記境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波によるキャリア波との変調波の変調度が変調波振幅調整手順により前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように調整されることを特徴とする。
このような手順により、時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲において、該サンプリング範囲における変調波のサンプリング点が境界点から離れるに従い、変調波の振幅の増幅率または減衰率が、変調波振幅調整手順により各時間区間における各変調波の振幅最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくようにする。
これにより、時間区間の境界点近傍において、変調波に不連続部分が生じないように、変調波の振幅の増幅率または減衰率の自動調整を行うことができる。
【００１８】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記変調波振幅調整手順は、前記サンプリング範囲において、最も過去のサンプリング点から最も新しいサンプリング点に向かうにつれて、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である時間区間における、前記変調波振幅調整手順により前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の前記時間間隔の区間における、前記変調波振幅調整手順により前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように調整することを特徴とする。
このような手順により、任意の時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲において、最も過去の変調波のサンプリング点から最も新しい変調波のサンプリング点に向かうにつれて、変調波の振幅の増幅率または減衰率が、時間的に前である時間区間における変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、時間的に新しい側の時間区間における変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくようにする。
これにより、時間区間の境界点における変調波に不連続部分が生じることを回避できる。
【００１９】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整方法は、前記キャリア波振幅調整手順および変調波振幅調整手順のいずれか又は両方により、前記信号波振幅最大値記憶部の情報を基に得られる、前記時間区間内における前記信号波の振幅の最大値がある任意の値よりも小さい場合には、前記キャリア波の振幅と前記変調波の振幅のうち少なくとも一つを０あるいはそれに近い値に調整する手順が行われることを特徴とする。
このような手順により、ある時間区間において信号波の振幅の最大値が０に近いある一定の値以下の場合には、この時間区間におけるキャリア波の振幅と変調波の振幅のうち少なくとも１を０あるいはそれに近い値に調整する。
これにより、ごく小さな音を必要以上に大きくして再生することを回避できる。また、省電力な状態で超音波スピーカを駆動できる。
【００２０】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、信号波でキャリア波を振幅変調した変調波の自動変調度調整装置であって、ある任意の時間区間ごとに、前記任意の時間区間内における前記信号波の振幅の最大値を検出する手段と、前記検出した信号波の振幅の最大値情報を基に、前記信号波の振幅の最大値の点における前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記ある任意の時間区間ごとに前記キャリア波の振幅の大きさを調整する手段と、備えることを特徴とする。
このような構成により、信号波（オーディオ信号等）において、ある任意の時間間隔の時間区間毎に、その時間区間内における信号波の振幅の最大値を検出し、前記時間区間毎に、信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅調整を行う。
これにより、時間区間ごとの信号波の振幅の最大値に応じて、キャリア波の振幅を調整することができる。このため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００２１】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波によりキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカの自動変調度調整装置であって、前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、信号波（オーディオ信号等）をサンプリングし、ある任意の時間間隔の時間区間ごとに、その時間区間内における信号波の振幅の最大値を検出し、各時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の情報を基に、信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が所定の値（例えば、１００％またはそれに近い値）になるようにキャリア波の振幅調整を行う。さらに各時間区間における変調波の振幅の最大値を調整する。例えば、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように、変調波の振幅調整を行う。
これにより、時間区間ごとの信号波の振幅の最大値に応じて、キャリア波の振幅および変調波の振幅を調整することができる。このため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００２２】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波によりキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカの自動変調度調整装置であって、前記信号源から発生する信号がアナログ信号の場合に、前記アナログ信号をデジタルデータに変換して取り込むＡＤ変換部と、前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、前記信号波振幅調整部を通して得られる信号波のデジタルデータを遅延させるデータ値延部Ａと、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給部と、前記キャリア波供給部から発生するキャリア波信号の振幅を調整するキャリア波振幅調整部と、前記キャリア波振幅調整部で振幅調整が行われたキャリア波を前記データ遅延部Ａを通して得られる可聴周波数帯の信号波により変調する変調部と、前記変調部で発生させた変調波の振幅を調整する変調波振幅調整部と、前記信号波振幅調整部を通して得られる信号波のデジタルデータを記憶する信号波振幅値記憶部と、前記ＡＤ変換部において新しく取り込まれ前記信号波振幅調整部で振幅調整された信号波のデジタルデータと、前記信号波振幅値記憶部が記憶するデジタルデータとを比較し、前記新しく取り込まれたデジタルデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を新しく取り込まれたデジタルデータで置き換えるデータ記憶制御部と、ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたデジタルデータデータを読み出し、保持すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたデジタルデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶部と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅の増幅率または減衰率を制御するキャリア波振幅制御部と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に、前記変調波振幅調整部における変調波の振幅の増幅率または減衰率を制御する変調波振幅制御部と、前記変調波振幅制御部から前記変調波振幅調整部に送信される制御信号を遅延させるデータ遅延部Ｂと、前記変調波振幅調整部で振幅を調整した変調波で駆動される超音波トランスデューサと、最終的に前記超音波トランスデューサに入力される信号がアナログ信号となるように、前記デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、備えることを特徴とする。
このような構成により、信号源から発生する信号をＡＤ変換部によりデジタルデータに変換して取り込み、該信号波のデジタルデータを信号波振幅調整部により振幅調整してデータ遅延部Ａにより遅延させ、変調部に入力する。
また、信号波振幅値記憶部、データ記憶制御部、および信号波振幅最大値記憶部では、ある時間区間ごとに、その時間区間内における信号波（信号波振幅調整部で振幅調整された後の信号波）の振幅の最大値を検出する。そして、キャリア波振幅調整部は、時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の情報を基に、キャリア波供給部で生成されるキャリア波の振幅調整し、この振幅調整されたキャリア波を変調部に送る。このキャリア波の振幅調整は、信号波の振幅の最大値の点でキャリア波を変調した変調波における変調度が所定の値(例えば、１００％あるいはそれに近い値)になるように行われる。変調部では、キャリア波を信号波で振幅変調した変調波を生成し、変調波振幅調整部に送る。変調波振幅調整部では変調部から入力された変調波を振幅調整して出力する。一方、変調波振幅制御部は、時間区間内の信号波の振幅の最大値の情報を基に、変調波振幅調整部における変調波の振幅増幅率（または減衰率）を決定し、データ遅延部Ｂを介して、振幅増幅率の制御情報を変調波振幅調整部に送る。この変調波振幅制御部による変調波の振幅制御は、例えば、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように行われる。変調波振幅調整部により振幅調整された変調波はＤＡ変換部によりアナログ信号に変換されて超音波トランスデューサに印加される。
これにより、時間区間ごとの信号波の振幅の最大値に応じて、キャリア波の振幅および変調波の振幅を調整することができる。このため、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００２３】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記データ記憶制御部は、前記ＡＤ変換部において新たにサンプリングされた第１のデジタルデータと、前記信号波振幅値記憶部に保持された第２のデジタルデータの二つのデータを入力とし、前記第１のデジタルデータと前記第２のデジタルデータの、より上位のビットの組み合わせから優先的に出力を決定し、その出力決定パターンは、前記上位ビットの組み合わせが‘１’と‘０’の場合は‘１’を出力し、‘０’と‘１’の場合は‘０’を出力するものとし、それ以外の組み合わせの場合は前記上位のビットよりも一つ下位のビットの組み合わせにより前記入力パターンを基に出力を決定する回路で構成されることを特徴とする。
このような構成により、新たにサンプリングされた信号波の第１のデジタルデータと、信号波振幅値記憶部に保持された第２のデジタルデータとを比較する際には、上位ビットから順番に比較するようにする。
これにより、第１のデジタルデータと第２のデジタルデータの大小関係を容易かつ高速で判定できる。
【００２４】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記データ記憶制御部における演算時間は、前記ＡＤ変換部のサンプリング用クロック信号の周期よりも速く、かつ前記ＡＤ変換部において新たなサンプリングが行われる前に前記データ記憶制御部における演算が終了するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、第１のデジタルデータが第２のデジタルデータよりも大きい場合に信号波振幅値記憶部内の第１のデジタルデータを第２のデジタルデータに更新するために、ＡＤ変換部において新たなサンプリングが行われる前にデータ記憶制御部における演算が終了するようにする。
これにより、信号波振幅値記憶部におけるデジタルデータの更新を確実に行うことができる。
【００２５】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記信号波振幅値記憶部は、前記第１のデジタルデータと、前記データ記憶制御部の出力から得られるビット情報を入力とし、初期値として‘０’、また前記初期値‘０’に上書きされた前記第２のデジタルデータを出力するものとし、前記データ記憶制御部の出力から得られるビット情報が‘１’で、かつ前記信号波振幅値記憶部に入力されるクロック信号が立ち上がりタイミングである場合には、前記第１のデジタルデータを前記初期値‘０’または前記第２のデジタルデータに上書きして、新たに第２のデジタルデータとして出力し、前記データ記憶制御部の出力から得られるビット情報が‘０’の場合には、前記初期値‘０’または前記第２のデジタルデータの値を保持して出力する回路で構成されることを特徴とする
このような構成により、信号波振幅値記憶部は、データ記憶制御部の出力から得られるビット情報が‘１’（Ｅｎａｂｌｅ）の場合に、第１のデジタルデータを第２のデジタルデータに上書きして、新たに第２のデジタルデータとして出力する。
これにより、信号波振幅値記憶部をデータ記憶制御部により制御して、信号波振幅値記憶部内に保持されるデジタルデータの更新を行うことができる。
【００２６】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記信号波振幅値記憶部に第１のデジタルデータを上書するためのクロック信号の立ち上がりのタイミングは、前記ＡＤ変換部のサンプリング用クロック信号の立ち上がりのタイミングよりも速くなるように構成されることを特徴とする。
これにより、第１のデジタルデータ（新たにサンプリングされたデジタルデータ）を信号波振幅値記憶部に確実に入力させることができる。
【００２７】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記信号波振幅最大値記憶部は、任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの発生源を有し、前記信号波振幅値記憶部の出力から得られる前記第２のデジタルデータを入力とし、初期値として‘０’、また前記初期値‘０’に上書きされた第３のデジタルデータを出力するものとし、前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの立ち上がりのタイミングに応じて前記第２のデジタルデータを前記初期値‘０’または前記第３のデジタルデータに上書きして、新たに第３のデジタルデータとして出力し、前記クロック信号ＣＬＫＡの次の立ち上がりのタイミングが来るまでは、前記初期値‘０’または前記第３のデジタルデータの値を保持して出力する回路で構成されることを特徴とする。
このような構成により、信号波振幅最大値記憶部に任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの発生源を設け、この任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの立ち上がりのタイミングで第２のデジタルデータ（信号波振幅値記憶部から出力されるデジタルデータ）を保持し、新たに第３のデジタルデータとして出力し、次のクロック信号ＣＬＫＡの立ち上がりタイミングがくるまでは、第３のデジタルデータの値を保持して出力する。
これにより、信号波振幅最大値記憶部では、任意の時間区間ごとに、信号波の最大振幅のデジタルデータを保持して出力できる。
【００２８】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記信号波振幅値記憶部は、前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡと同じ周波数で、かつその立ち上がりのタイミングが前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡよりも遅い信号Ａの立ち上がり、または前記信号Ａの反転信号の立下りのタイミングで、初期値‘０’に上書きされるように構成されることを特徴とする。
このような構成により、信号波振幅値記憶部は、任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡと同じ周波数で、かつその立ち上がりのタイミングが前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡよりも遅い信号Ａの立ち上がり信号に同期してリセットされる。
これにより、信号波振幅最大値記憶部は時間区間の境界ごとに信号波の最大振幅のデジタルデータを確実に取得することができる。
【００２９】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を入力とし、前記入力情報に基づいて、前記データ遅延部Ａの出力から得られる前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において前記信号波の前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、キャリア波振幅制御は、信号波振幅最大値記憶部から入力される最大振幅値の情報と、信号波の振幅の最大値の点において変調部から出力される変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する出力情報と、をあらかじめ対応付けたテーブルを備える。
これにより、キャリア波振幅制御部では、キャリア波の振幅制御に必要な演算処理を簡略化できる。
【００３０】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部から最大振幅情報を入力情報とし、前記入力情報に基づいて、前記時間区間ごとに信号波の振幅の最大値の点において変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波の振幅が調整された状態で前記変調部から出力される変調波に対し、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように振幅調整するために、前記入力情報と前記変調波振幅調整部における変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する出力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、変調波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部から入力される最大振幅値情報と、変調波振幅調整部における変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する出力情報と、をあらかじめ対応付けたテーブルを備える。
これにより、変調波振幅制御部では、変調波の振幅制御に必要な演算処理を簡略化できる。
【００３１】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信するキャリア波時間情報発信部をさらに備え、前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に、前記キャリア波振幅調整部における前記キャリア波の振幅の増幅率を制御するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信するキャリア波時間情報発信部を設け、信号波振幅最大値記憶部に保持された最大振幅の情報と、キャリア波時間情報発信部の時間位置情報とを基に、キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅の増幅率を制御する。
これにより、キャリア波の時間位置を特定して、キャリア波の振幅の増幅率を制御することができる。
【００３２】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報を入力とし、前記入力情報に基づいて、前記データ遅延部Ａの出力から得られる信号波の振幅の最大値の点における前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、さらに、前記任意の周波数のクロック信号ＣＬＫＡの周期間隔と同じ時間区間において、前記時間区間の境界点を中心として前後に任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記キャリア波のサンプリング点が前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波の最大振幅点において前記信号波によるキャリア波との変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、キャリア波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報とに基づいて、信号波の振幅の最大値の点において変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率を制御する手段を備える。
また、時間区間の境界の前後のサンプリング範囲におけるキャリア波のサンプリング点に対し、キャリア波のサンプリング点が時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、各時間区間において変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記入力情報（信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報）とをあらかじめ対応付けたテーブルと、テーブル記憶部とを備える。
これにより、キャリア波振幅制御部では、時間区間の境界でキャリア波の振幅に不連続部が生じないようにするために必要な演算処理にテーブルを利用することができる。このため、演算処理が簡略化される。
【００３３】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信するキャリア波時間情報発信部をさらに備え、前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に前記変調波振幅調整部における前記変調波の振幅の増幅率または減衰率を制御するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、変調波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部に保持された最大振幅の情報と、キャリア波時間情報発信部の時間位置情報とを基に、変調波振幅調整部における変調の振幅の増幅率を制御する。
これにより、変調波の時間位置を特定して、変調波の振幅の増幅率を制御することができる。
【００３４】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報を入力とし、前記入力情報に基づいて、前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波が振幅調整された変調波に対し、各時間区間における前記変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、さらに、前記時間区間の境界点を中心として前後にそれぞれ任意のサンプリング点だけ離れたサンプリング範囲において、前記変調波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、変調波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部からの情報とキャリア波時間情報発信部からの情報とに基づいて、キャリア波が振幅調整された状態で変調部から出力される変調波に対し、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅増幅率を制御する手段を備える。
また、時間区間の境界の前後のサンプリング範囲において、サンプリング点が時間区間の境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、変調波の振幅の増幅率または減衰率が、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように調整する際の変調波の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、テーブル記憶部とを備える。
これにより、変調波振幅制御部において、時間区間の境界点における変調波に不連続部が生じることを回避するための演算処理にテーブルを利用することができる。このため、演算処理が簡略化される。
【００３５】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記キャリア波振幅制御部は、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信する信号波時間情報発信部と、前記信号波振幅最大値記憶部から得られる最も新しい情報よりも一つ前に得られる情報を記憶する前区間信号波振幅最大値記憶部と、をさらに備え、前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前区間信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に、前記キャリア波振幅調整部における前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率を制御するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、キャリア波振幅制御部では、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報と、信号波の最大振幅情報と、該信号波の最大振幅情報の１つ前の時間区間の最大振幅情報とを保持し、これらの情報を基に、任意の時間区間の境界点の前後のサンプリング点におけるキャリア波の振幅率または減衰率を制御し、境界点の前後でキャリア波に不連続部が生じないようにする。
これにより、時間区間の境界点近傍において、キャリア波に不連続部分が生じないように、キャリア波の振幅の増幅率の自動調整を行うことができる。
【００３６】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記キャリア波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前区間信号波振幅最大値記憶部からの情報と、キャリア波時間情報発信部からの情報とを入力とし、前記三つの入力情報に基づいて、前記データ遅延部Ａの出力から得られる信号波の振幅の最大値の点において前記信号波の前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、前記キャリア波振幅調整部におけるキャリア波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、さらに、前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点よりも任意の点数だけ前のサンプリング点から、前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点よりも任意の点数だけ後のサンプリング点までのサンプリング範囲における各キャリア波のサンプリング点に対して、前記サンプリング範囲の時間的に最も前のキャリア波のサンプリング点から最も新しいキャリア波のサンプリング点に向かうにつれて、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記信号波の最大振幅点において前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記信号波の最大振幅点において前記変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記三つの入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、キャリア波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前区間信号波振幅最大値記憶部からの情報と、キャリア波時間情報発信部からの情報とに基づいて、信号波の振幅の最大値の点において変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波の振幅増幅率を制御する手段を備える。
また、時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲における各キャリア波のサンプリング点に対して、時間的に最も前のキャリア波のサンプリング点から最も新しいキャリア波のサンプリング点に向かうにつれて、キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、信号波の最大振幅点において変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値の変調度になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値から、境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、信号波の最大振幅点において変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値の変調度になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記三つの入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、該テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備える。
これにより、キャリア波振幅制御部において、時間区間の境界点におけるキャリア波に不連続部が生じることを回避するための演算処理にテーブルを利用することができる。このため、演算処理が簡略化される。
【００３７】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記変調波振幅制御部は、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報を発信する信号波時間情報発信部と、前記信号波振幅最大値記憶部から得られる最も新しい情報よりも一つ前に得られる情報を記憶する前区間信号波振幅最大値記憶部と、をさらに備え、前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部と前区間信号波振幅最大値記憶部と前記キャリア波時間情報発信部の情報を基に、前記変調波振幅調整部における変調波の振幅の増幅率を制御するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、変調波振幅制御部では、キャリア波のサンプリング点の時間位置情報と、信号波の最大振幅情報と、該信号波の最大振幅情報の１つ前の時間区間の最大振幅情報とを保持し、これらの情報を基に、任意の時間区間の境界点の前後のサンプリング点における変調波の振幅率を制御し、境界点の前後で変調波に不連続部が生じないようにする。
これにより、時間区間の境界点近傍において、変調波に不連続部分が生じないように、キャリア波の振幅の増幅率の自動調整を行うことができる。
【００３８】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前区間信号波振幅最大値記憶部からの情報と、キャリア波時間情報発信部からの情報とを入力とし、前記三つの入力情報に基づいて、前記時間区間内の信号波の振幅の最大値の点において、変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波が振幅調整された変調波に対し、各時間区間における前記変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅増幅率または減衰率を制御する手段を備え、さらに、前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点よりも任意の点数だけ前のサンプリング点から、前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点よりも任意の点数だけ後のサンプリング点までのサンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、前記サンプリング範囲の時間的に最も前の変調波のサンプリング点から最も新しい変調波のサンプリング点に向かうにつれて、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅調整を行う際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅調整を行う際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記三つの入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、前記テーブルを記憶するテーブル記憶部と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、変調波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前区間信号波振幅最大値記憶部からの情報と、キャリア波時間情報発信部からの情報とに基づいて、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅増幅率を制御する手段を備える。
また、時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、時間的に最も前の変調波のサンプリング点から最も新しい変調波のサンプリング点に向かうにつれて、時間的に前である区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅調整を行う際の変調波の振幅の増幅の増幅率または減衰率の値から、境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように変調波の振幅調整を行う際の変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する出力情報と、前記三つの入力情報とをあらかじめ対応付けたテーブルと、該テーブルを記憶するテーブル記憶部とを備える。
これにより、変調波振幅制御部において、時間区間の境界点における変調波に不連続部が生じることを回避するための演算処理にテーブルを利用することができる。このため、演算処理が簡略化される。
【００３９】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記キャリア波振幅制御部は複数のテーブル記憶部を備え、前記複数のテーブル記憶部の各々は、前記キャリア波振幅制御部へ入力される情報の少なくとも一つを入力とし、前記少なくとも一つ以上の入力の情報に基づいて決定される前記複数のテーブル記憶部の各々の出力の情報を演算するテーブル記憶部出力情報演算部をさらに備え、前記テーブル記憶部出力情報演算部は、前記サンプリング範囲におけるキャリア波のサンプリング点が前記時間区間の境界点におけるキャリア波のサンプリング点から離れるに従い、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記各時間区間において前記変調部通過後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するか、または、前記時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲の時間的に最も前のキャリア波のサンプリング点から最も新しいキャリア波のサンプリング点に向かうにつれて、前記キャリア波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記信号波の振幅最大点で１００％の変調度になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記信号波の振幅最大点で１００％の変調度になるようにキャリア波を調整する際のキャリア波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、キャリア波振幅制御部には、複数のテーブルと、該テーブルに記憶される入力情報に対応した出力情報（任意の時間区間の境界点におけるキャリア波に非連続部が生じることを回避するための制御情報）を演算するためのテーブル記憶部出力情報演算部を設ける。
これにより、キャリア波振幅制御部において、時間区間の境界点におけるキャリア波の不連続部なくすための演算処理に使用する情報テーブルを複数用意することで、それぞれのテーブルに用意しておく入出力の信号パターンの数を減らすことが可能となる。
【００４０】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記変調波振幅制御部は、複数のテーブル記憶部を備え、前記複数のテーブル記憶部の各々は前記変調波振幅制御部へ入力される情報の少なくとも一つを入力とし、前記少なくとも一つ以上の入力の情報に基づいて決定される前記複数のテーブル記憶部の各々の出力の情報を演算するテーブル記憶部出力情報演算部をさらに備え、前記テーブル記憶部出力情報演算部は、前記サンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、前記サンプリング範囲における変調波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における変調波のサンプリング点から離れるに従い、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記各時間区間ごとの変調波の振幅の最大値が同じになるように振幅調整する際の変調波の増幅率または減衰率の値に段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するか、または、前記時間区間の境界点の前後のサンプリング範囲における各変調波のサンプリング点に対して、前記サンプリング範囲の時間的に最も前の変調波のサンプリング点から最も新しい変調波のサンプリング点に向かうにつれて、前記変調波の振幅の増幅率または減衰率が、前記境界点に隣接しかつ時間的に前である区間における、前記時間区間ごとの変調波の振幅最大値が同じになるように変調波の振幅調整を行う際の前記変調波の振幅の増幅率または減衰率の値から、前記境界点に隣接しかつ時間的に新しい側の区間における、前記時間区間ごとの変調波の振幅最大値が同じになるように変調波の振幅調整を行う際の前記変調波の振幅の増幅率または減衰率の値に、段階的に近づくように制御する情報を演算結果として出力するように構成されることを特徴とする。
このような構成により、変調波振幅制御部には、複数のテーブルと、該テーブルに記憶される入力情報に対応した出力情報を演算するためのテーブル記憶部出力情報演算部を設ける。
これにより、変調波振幅制御部において、時間区間の境界点における変調波の不連続部なくすための演算処理に使用する情報テーブルを複数用意することで、それぞれのテーブルに用意しておく入出力の信号パターンの数を減らすことが可能となる。
【００４１】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記キャリア波振幅制御部および前記変調波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を入力とし、前記入力情報と、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を基に得られる前記時間区間内における信号波の振幅の最大値がある任意の値よりも小さい場合に、前記キャリア波または前記変調波の振幅を０あるいはそれに近い値に制御する出力とを対応づけたテーブルを記憶するテーブル記憶部を備えることを特徴とする。
このような構成により、ある時間区間において信号波の振幅の最大値が０に近いある一定の値以下の場合には、この時間区間におけるキャリア波の振幅と変調波の振幅のうち少なくとも１を０あるいはそれに近い値に調整するための制御情報をテーブルに記憶する。
これにより、ごく小さな音を必要以上に大きくして再生することを回避できる。また、省電力な状態で超音波スピーカを駆動できる。
【００４２】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記データ遅延部Ａの遅延時間は、前記キャリア波振幅制御部の情報を基に前記キャリア波振幅調整部で振幅の調整が行われたキャリア波が前記変調部に入力されるタイミングと、前記キャリア波振幅制御部の情報を得るために用いた前記信号波振幅調整部からのデータの情報が前記データ遅延部Ａを通過して前記変調部に入力されるタイミングとの時間的な同期がとれるように決定されることを特徴とする。
このような構成により、データ遅延部Ａの遅延時間は、振幅の調整が行われたキャリア波が変調部に入力されるタイミングと、キャリア波振幅制御部の情報を得るために用いた信号波振幅調整部からの信号波がデータ遅延部Ａを通過して変調部に入力されるタイミングとの時間的な同期がとれるように決定される。
これにより、信号波の時間区間ごとに同期を取りながら、キャリア波の振幅調整を行うことができる。
【００４３】
また、本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置は、前記データ遅延部Ｂの遅延時間は、変調度が１００％あるいはそれに近い値に調整されて前記変調部から出力される変調波が前記変調波振幅調整部に入力されるタイミングと、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報を基に決定される前記変調波振幅調整部における変調波の振幅増幅率の情報を含んだ制御信号が、前記変調波振幅制御部から前記変調波振幅調整部に入力されるタイミングとの時間的な同期がとれるように決定されることを特徴とする。
このような構成により、データ遅延部Ｂの遅延時間は、変調部から出力される変調波が変調波振幅調整部に入力されるタイミングと、変調波振幅制御部から、変調波の振幅増幅率の情報を含んだ制御信号が変調波振幅調整部に入力されるタイミングとの時間的な同期がとれるように決定される。
これにより、変調波が変調波振幅調整部に入力されるタイミングと、変調波の振幅制御情報が変調波振幅調整部に入力されるタイミングとを同期させることができる。
【００４４】
また、本発明の超音波スピーカは、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源から出力される信号波により超音波周波数帯のキャリア波を変調し、該変調波により超音波トランスデューサを駆動することにより可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカであって、前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波（オーディオ信号）により変調し、この変調波をパワーアンプにより増幅し、該増幅された変調波を超音波トランスデューサに印加する。この場合に、可聴周波数波帯の信号波に対し、ある任意の時間区間ごとに、その時間内における信号波の振幅の最大値を検出する。そして、時間区間ごとに、可聴周波数帯の信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が所定の値（例えば、１００％、あるいはそれに近い値）になるように、キャリア波の振幅調整を行う。さらに前記時間区間ごとに変調波の振幅最大値の振幅調整を行う。例えば、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように振幅調整を行う。
これにより、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００４５】
また、本発明の表示装置は、音響ソースから供給される音声信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により静電型超音波トランスデューサを駆動して可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、映像を投影面に投影する投影光学系と、で構成される表示装置であって、前記超音波スピーカは、前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、を備えることを特徴とする。
上記構成の表示装置において、超音波スピーカは、超音波周波数帯のキャリア波を可聴周波数帯の信号波（オーディオ信号）により変調し、この変調波をパワーアンプにより増幅し、該増幅された変調波を超音波トランスデューサに印加する。この超音波スピーカは自動変調度調整装置を備えており、この自動変調度調整装置により、可聴周波数波帯の信号波に対し、ある任意の時間区間ごとに、その時間内における信号波の振幅の最大値を検出する。そして、時間区間ごとに、可聴周波数帯の信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が所定の値（例えば、１００％、あるいはそれに近い値）になるように、キャリア波の振幅調整を行う。さらに前記時間区間ごとに変調波の振幅最大値の振幅調整を行う。例えば、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように振幅調整を行う。
これにより、表示装置に使用される超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【００４６】
また、本発明の指向性音響システムは、音響ソースから供給される音声信号のうち第一の音域の信号により超音波周波数帯域の搬送波信号を変調し、該変調信号により可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカと、前記音響ソースから供給される音声信号のうち前記第一の音域よりも低い第二の音域の信号を再生する低音再生用スピーカと、を有する指向性音響システムであって、前記超音波スピーカは、前記信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅値記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、前記新しく取り込まれたサンプリングデータの方が大きな値の場合は前記信号波振幅値記憶部を取り込まれたサンプリングデータで置き換えるデータ記憶制御手段と、ある任意の時間区間の境界ごとに、前記信号波振幅値記憶部に記憶されたサンプリングデータを読み出し、信号波振幅最大値記憶部に記憶すると共に、前記信号波振幅値記憶部で記憶されたサンプリングデータを読み出した直後に、前記信号波振幅値記憶部で記憶する値を初期値に戻す信号波振幅最大値記憶手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持されたサンプリングデータの最大振幅値の情報を基に前記キャリア波の振幅を調整するキャリア波振幅調整手段と、前記信号波で前記キャリア波を変調した変調波を生成する変調手段と、前記信号波振幅最大値記憶部に保持された信号波の最大振幅値の情報を基に前記変調波の振幅を調整する変調波振幅調整手段と、備えることを特徴とする。
上記構成の指向性音響システムでは、音響ソースから供給される音声信号のうち中高音域（第一の音域）の音声信号を超音波スピーカにより再生する。また、音響ソースから供給される音声信号のうち低音域（第二の音域）の音声信号は低音再生用スピーカにより再生する。この超音波スピーカは、超音波周波数帯のキャリア波を音声信号により変調し、この変調された信号をパワーアンプにより増幅し、該増幅された変調信号を超音波トランスデューサに印加する。また、この超音波スピーカは自動変調度調整装置を備えており、この自動変調度調整装置により、可聴周波数波帯の信号波に対し、ある任意の時間区間ごとに、その時間内における信号波の振幅の最大値を検出する。そして、時間区間ごとに、可聴周波数帯の信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が所定の値（例えば、１００％、あるいはそれに近い値）になるように、キャリア波の振幅調整を行う。さらに前記時間区間ごとに変調波の振幅最大値の振幅調整を行う。例えば、各時間区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じになるように振幅調整を行う。
これにより、指向性音響システムに使用される超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
［第１の実施の形態］
本発明においては、デジタル信号に変換したオーディオ信号において、ある任意の時間間隔の時間区間毎に、その時間区間内におけるオーディオ信号の振幅の最大値を検出し、前記時間区間毎に、オーディオ信号でキャリア波を変調した変調波における変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅調整を行う。さらに前記時間区間ごとで変調波の振幅最大値が同じになるように、変調波の振幅調整を行う。また前記時間区間の境界点近傍において、上記信号処理後のキャリア波および変調波に不連続部分が生じないように、時間区間の境界点近傍におけるキャリア波および変調波の振幅の増幅率の自動線形補正を行う。
【００４８】
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
超音波スピーカは通常のオーディオ装置に比べて調整可能な音量のダイナミックレンジが低く、また効率を上げることが困難であるという課題がある。そこで、本実施の形態ではオーディオ信号の特徴に応じて変調度の自動調整を行う自動変調度調整装置を備えた、超音波スピーカシステムの構成例を示す。
【００４９】
図１は、オーディオ信号の特徴に応じてキャリア波の振幅を変化させ、オーディオ信号とキャリア波の変調波の変調度を自動的に調整する自動変調度調整装置を備えた、超音波スピーカシステムの構成例を示す図である。
【００５０】
図１において、超音波スピーカシステム１は、可聴周波数帯の信号波を生成する信号源１０１と、信号源１０１から発生する信号がアナログ信号の場合に、該アナログ信号をデジタル信号に変換してシステム内に取り込むＡＤ変換部１０２と、ＡＤ変換部１０２で取り込んだ信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部１０３と、信号波振幅調整部１０３を通して得られる信号波のデジタルデータを遅延させるデータ遅延部Ａ１０４と、超音波周波数帯のキャリア波を生成し、出力するキャリア波供給部１０５と、キャリア波供給部１０５から発生するキャリア波信号の振幅を調整するキャリア波振幅調整部１０６と、キャリア波振幅調整部１０６で振幅調整が行われたキャリア波をデータ遅延部Ａ１０４を通して得られる可聴周波数帯の信号波により変調する変調部１０７と、変調部１０７で発生させた変調波の振幅を調整する変調波振幅調整部１０８と、を備えている。
【００５１】
また、信号波振幅調整部１０３を通して得られる信号波のデジタルデータを記憶する信号波振幅値記憶部１０９と、ＡＤ変換部１０２において最も新しくサンプリングされた信号波のデジタルデータ（以後、デジタルデータＮと表記する）の信号波振幅調整部１０３通過後の情報と、最も新しくサンプリングされた信号波のデジタルデータＮよりも前にサンプリングされた信号波のデジタルデータ（以後、デジタルデータＯと表記する）の信号波振幅調整部１０３通過後の情報の二つの情報を基に、信号波振幅値記憶部１０９における信号波のデジタルデータの上書きまたはデータの保持を制御するデータ記憶制御部１１０と、ある任意の時間間隔で信号波振幅値記憶部１０９で記憶された信号波のデジタルデータを読み出し、前記ある任意の時間（時間区間）の間は読み出した信号波のデジタルデータの値を記憶、保持する信号波振幅最大値記憶部１１１と、を備えている。
【００５２】
さらに、信号波振幅最大値記憶部１１１からの情報を基に、キャリア波振幅調整部１０６におけるキャリア波の振幅の増幅率を制御するキャリア波振幅制御部１１２と、信号波振幅最大値記憶部１１１からの情報を基に、変調波振幅調整部１０８における変調波の振幅の増幅率を制御する変調波振幅制御部１１３と、変調波振幅制御部１１３から前記変調波振幅調整部１０８に送信される制御信号の伝達を遅延させるデータ遅延部Ｂ１１４と、変調波振幅調整部１０８で振幅を調整した変調波で駆動される超音波トランスデューサ１１６と、最終的に前記超音波トランスデューサに入力される信号がアナログ信号となるように、前記デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器１１５と、を備えている。
【００５３】
上述した超音波スピーカシステム１において、まずオーディオ信号を１０１から発生させる。図１に示す例では、信号源１０１で発生させたオーディオ信号をアナログ信号であるとし、このアナログ信号をＡＤ変換部１０２でデジタルデータに変換する。また、上述したＡＤ変換のサンプリング周波数と量子化数を、一例としてそれぞれ４８ｋＨｚ、８ｂｉｔとする。また、図２に示すように、一般的にＡＤ変換における量子化はアナログ信号における電圧のプラスとマイナスのそれぞれの方向に対して量子化数（ｂｉｔ数）を割り当てる。従って本実施の形態では、８ｂｉｔのうち４ｂｉｔを電圧のプラス方向に、また残りの４ｂｉｔを電圧のマイナス方向に割り当てるものとする。
【００５４】
上述したＡＤ変換部１０２によってデジタル化されたオーディオ信号は、信号波振幅調整部１０３によってその振幅値の調整が行われる。さらにオーディオ信号は信号波振幅調整部１０３を通過後、後述するデータ遅延部Ａ１０４によってある時間遅れて出力される。
ここで、超音波周波数帯域のキャリア波をキャリア波供給部１０５から発生させる。このキャリア波は、キャリア波振幅調整部１０６によってその振幅値の調整が行われる。
【００５５】
変調部１０７は、データ遅延部Ａ１０４を通過したオーディオ信号で、キャリア波振幅調整部１０６で振幅を調整されたキャリア波を変調する機能を有している。ここで、変調方式には振幅変調、周波数変調など様々な方式が考えられるが、超音波スピーカシステムにおいては振幅変調が主に用いられるため、本実施の形態では変調部１０７で行なう変調方式を、一例として振幅変調とする。また振幅変調においても、ＤＳＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）やＳＳＢ(Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ)などの様々な方式がある。ここで、一般に超音波スピーカにおいてはＳＳＢ方式の方が復調音の歪みが小さいことが知られている。具体的には、ＤＳＢ方式の場合は超音波スピーカを駆動する変調波の変調度が大きくなるほど、復調される信号の歪み率も大きくなるが、ＳＳＢ方式の場合は超音波スピーカを駆動する変調波の変調度によらず、復調される信号の歪み率はほぼ一定で、かつＤＳＢ方式の場合よりも低い値となる。従って、本実施の形態では変調部１０７で行なう変調方式を、一例として振幅変調のＳＳＢ方式で行なうものとする。
【００５６】
変調部１０７で発生させた変調波の振幅は、変調波振幅調整部１０８で調整することが可能である。ここで、変調波振幅調整部１０８の例としてアナログアンプやデジタルアンプなどが考えられるが、前者を用いる場合は変調波振幅調整部１０８の前段に、後者を用いる場合には変調波振幅調整部１０８の後段にＤＡ変換器１１５を用意する。本実施の形態では変調波振幅調整部１０８にデジタルアンプを用いるものとし、ＤＡ変換器１１５は変調波振幅調整部１０８の後に用意するものとする。ＤＡ変換器１１５によって得られる変調波のアナログ信号は、超音波トランスデューサ１１６から放出され、空気中で変調波が歪むことにより、前述したオーディオ信号が差分周波数成分として自己的に復調され、聴取することが可能となる。
【００５７】
前述したように超音波スピーカにおいては、超音波トランスデューサ１１６を変調波で駆動するが、その変調波の変調度が大きいほど効率よく可聴帯域の指向性音を復調できることが知られている。
【００５８】
図３は、キャリア波の振幅調整前の信号波形と変調波形の例を示す図である。図３（ａ）は、振幅０（ゼロ）の信号波形を示し、図３（ｂ）は無変調のキャリア波形を示している。図３（ｃ）は、オーディオ信号の信号波形を示し、図３（ｄ）は、図３（ｃ）の信号で変調されたキャリア波（変調波）波形を示している。なお、図３においては、信号波形を区間１から区間４まで、１秒ごとの時間区間で信号を区切って示しており、また四角のブロックで囲まれた符号Ａは信号の正側の振幅最大値を示し、四角のブロックで囲まれた符号Ｂは信号の負側の振幅最大値を示している。また、四角のブロックで囲まれた符号Ｃは、キャリア波の正側の振幅１００％の値を示し、四角のブロックで囲まれた符号Ｄは、キャリア波の負側の振幅１００％の値を示している。
【００５９】
従って、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、信号源１０１から発生させるオーディオ信号中に現れる最大振幅値の点において、変調部１０７で得られる変調波の変調度が１００％になるようにキャリア波の振幅を調整し、また所望の音量になるように前記変調波の振幅の調整を行うことが望ましい。ただし、この方法は全体的に音量の変化が単調なオーディオ信号では有効であるものの、クラシック音楽のように音量が小さい静かな場面と音量が大きな場面が交互に現れるような曲構成の場合にはあまり有効ではない。
【００６０】
具体的には、前述したクラシック音楽のようなオーディオ信号の場合、超音波スピーカは音量が最も大きな場面（例：図３（ｃ）の区間４）で変調度が１００％（例：図３（ｄ）の区間４）になるようにキャリア波の振幅を調整しても、音量の大きな場面（例：図３（ｃ）、（ｄ）の区間１、４）は丁度良い大きさの音量で再生できるものの、音量が小さい静かな場面（例：図３（ｃ）、（ｄ）の区間３）はほとんど聞こえないという問題が生じる。これは、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが狭いためである。この問題を解決するためには、信号源１０１から発生させるオーディオ信号の音量（振幅）の時間的な変化に応じて、キャリア波振幅調整部１０６でキャリア波信号の振幅を、また変調波振幅調整部１０８で変調波信号の振幅を適切に調整することが必要となる。
【００６１】
本実施の形態では、オーディオ信号の音量（振幅）の時間的な変化に対するキャリア波振幅調整部１０６の調整方法として、ある時間区間内における信号波の振幅の最大値を検出し、その最大値の点において変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、ある時間区間内毎にキャリア波の振幅の増幅率を調整する。さらに前記信号処理方法を適用した場合に、キャリア波の振幅増幅率に応じて、自己復調音が適切な音量となるように変調波の振幅の増幅率を変調波振幅調整部１０８で調整する。
【００６２】
まず、信号源１０１から発生させるオーディオ信号の振幅情報を得るために、ＡＤ変換部１０２でサンプリングし、信号波振幅調整部１０３を通して得られる信号波のデジタルデータの情報を、上述したデータ遅延部Ａ１０４とは異なる経路で取り出す。さらにその信号波のデジタルデータの情報を二つの経路に分岐し、一方は、信号波のデジタルデータを記憶する信号波振幅値記憶部１０９の入力へ、もう一方は、信号波振幅値記憶部１０９のデータの記憶に関する制御を行うデータ記憶制御部１１０の入力へ繋げる。
【００６３】
ここで、上述した信号波振幅値記憶部１０９について説明する。本実施の形態ではＡＤ変換部１０２において最も新しくサンプリングされた信号波のデジタルデータが信号波振幅調整部１０３を通過したものをデジタルデータＮと表記し、またデジタルデータＮよりも前にサンプリングされた信号波のデジタルデータが信号波振幅調整部１０３を通過したものをデジタルデータＯと表記する。またＡＤ変換部１０２によりサンプリングされたデータの最下位のビットから最上位まで順に、それぞれ順に０、１、．．．、Ｘ数字を添えて表現するものとする。本実施の形態では４ｂｉｔでＡＤ変換を行うことから、前記デジタルデータＮは最下位ビットから順にＮ０、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３と表し、同様に前記デジタルデータＯは最下位ビットから順にＯ０,Ｏ１,Ｏ２,Ｏ３と表す。
【００６４】
また、信号波振幅値記憶部１０９は初期値として‘０’を記憶しているものとし、後述するデータ記憶制御部１１０からの出力情報に応じて、入力として得られるデジタルデータＮの値を初期値に上書きして記憶するか、あるいは初期値‘０’の記憶を保持するかを決定するものとする。また、初期値がデジタルデータＮに上書きおよび記憶された場合は、信号波振幅値記憶部１０９で新たに記憶されたデジタルデータＮは上述したデジタルデータＯとして扱われる。
【００６５】
そして、信号波振幅値記憶部１０９ではデータ記憶制御部１１０からの出力情報に応じて、新たに入力されるデジタルデータＮの値を記憶されたデジタルデータＯに上書きして記憶するか、あるいはデジタルデータＯの記憶を保持するかを決定する、という操作を繰り返す。
【００６６】
本実施の形態では、図４に示すように、信号波振幅値記憶部１０９は入力としてＤａｔａ、Ｅｎａｂｌｅ、Ｒｅｓｅｔ、Ｃｌｏｃｋ端子を有し、また一つの出力端子Ｑを持った同期イネーブル付きＤフリップフロップを４個（４ｂｉｔ）用い、Ｄａｔａ端子にはデジタルデータＮの情報を入力し、Ｅｎａｂｌｅ端子には、データ記憶制御部１１０からの出力情報を入力する。さらに出力端子Ｑからは、信号波振幅値記憶部１０９で記憶している値（初期値‘０’またはデジタルデータＯ）を出力するものとする。
【００６７】
上述したようにＥｎａｂｌｅ端子にはデータ記憶制御部１１０からの出力情報を入力していることから、クロック信号ＣＬＫが立ち上がりのタイミングでかつデータ記憶制御部１１０からの出力情報が’１’であれば、信号波振幅値記憶部１０９において入力されるデジタルデータＮが新たに上書き（記憶および保持）されることになる。
【００６８】
次に、データ記憶制御部１１０から出力されるビット情報の制御方法について説明する。上述したように信号波振幅値記憶部１０９では新たに入力されるデジタルデータＮと、デジタルデータＮよりも前にサンプリングされたデジタルデータＯの二つについて、記憶の上書きまたは保持を行う機能を有している。従ってデータ記憶制御部１１０では、信号波振幅値記憶部１０９に新たに送られてきた信号波の振幅値データ（デジタルデータＮ）が、それまでに信号波振幅値記憶部１０９に送られてきた信号波の振幅値データよりも大きい場合のみ、信号波振幅値記憶部１０９のＥｎａｂｌｅ端子に向けて‘１’を出力するように制御する。これはすなわち、信号波振幅値記憶部１０９に対して送られてきた信号波の振幅データの中で、最大の振幅データを求めることに等しい。
【００６９】
上述したような制御を行うために、データ記憶制御部１１０には、デジタルデータＮと前記デジタルデータＯの二つを入力する必要がある。本実施の形態では上述したような制御を行うために、データ記憶制御部１１０は、図５に示すような入出力特性（真理値表）を実現する回路（具体例を図４、図５に示す）で構成する。図５に示す真理値表の入出力特性は、デジタルデータＮがデジタルデータＯよりも大きい場合は、出力Ｙに‘１’を出力し、そうでない場合は‘０’を出力することを表している。図４、図５に示す論理回路は、図５に示す真理値表の入出力特性を満たすように構成されたものである。
【００７０】
図６は、図４に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６（１）はＡＤ変換部１０２の信号波形のデータサンプリング用のクロック信号ＣＬＫの波形を示している。図６（２）は、信号波振幅値記憶部１０９およびデータ記憶制御部１１０で使用するクロック信号ＣＬＫ１を示している。このクロック信号ＣＬＫ１は、図４に示すクロック信号発生源（１）１０９ａにより生成される。図６（３）は、信号波振幅最大値記憶部１１１内のクロック信号発生源（２）１１１ａ（図４参照）で生成されるクロック信号ＣＬＫＡを示している。図６（４）は、信号波振幅値記憶部１０９のリセット信号ＲＥＳを示している。このリセット信号ＲＥＳは、クロック信号ＣＬＫＡを論理反転させ、遅延を持たせた信号である。
【００７１】
図６（１）において、ＡＤ変換部１０２では、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりと同時に、アナログの信号波をデジタルデータとしてサンプリングする（タイミングＡ）。
【００７２】
そして、図６（２）において、前半の３つのクロック信号ＣＬＫ１の期間でデータ記憶制御部１１０での計算を終え（タイミングＢ）、信号波振幅値記憶部１０９のＥｎａｂｌｅ端子に制御信号を出力する。そして、ＣＬＫ１が立ち上がる時に、Ｅｎａｂｌｅ端子に‘１’の信号が入力されている場合は、立ち上がりと同時にタイミングＡ（図６参照）でサンプリングしたデータを信号波振幅値記憶部１０９に上書きする（タイミングＣ）。
【００７３】
また、図６（３）において、クロック信号ＣＬＫＡの立ち上がりと同時に、信号波振幅値記憶部１０９の出力から得られる情報を信号波振幅最大値記憶部１１１で上書きする（タイミングＤ）。また、図６（４）において、リセット信号ＲＥＳの立下がりと同時に、信号波振幅値記憶部１０９のデータを初期値‘０’に上書きする（タイミングＥ）。
【００７４】
図６（２）に示すように、データ記憶制御部１１０における入力から出力までの演算時間は、ＡＤ変換部１０２で行われるサンプリングの周期よりも速いことが必要となる。従って、データ記憶制御部１１０の回路構成が図５に示した具体例のようにクロック信号を使わずに動作（演算）する場合は、ａｎｄやｏｒ、ｎｏｔ等の演算回路の並列化等を行うことで演算速度を上げ、前記要求される演算速度を実現する。
【００７５】
一般的にｎｏｔ回路等の遅延時間は数〜十数ｎｓ単位であるので、図５に示すデータ記憶制御部１１０の回路構成の具体例は十分に前記要求される演算速度を実現できる。
また、データ記憶制御部１１０の回路構成がクロック信号を用いて動作（演算）する場合は、図６のタイミングチャートに示すように、データ記憶制御部１１０のクロック信号ＣＬＫ１がＡＤ変換部１０２のサンプリング用クロック信号ＣＬＫの周波数よりも速く、かつＡＤ変換部１０２において新たなサンプリングが行われる前に上述した計算過程を終了できるだけの演算速度であるものとする。
【００７６】
また、信号波振幅値記憶部１０９においても、ＡＤ変換部１０２で新たなサンプリングが行われる前にデータの上書きまたは保持を実行しなければならない。従って、信号波振幅値記憶部のクロック信号は、その立ち上がりのタイミングがＡＤ変換部１０２のサンプリング用クロック信号ＣＬＫの立ち上がりのタイミングよりも速いものを用意する必要がある。本実施の形態では信号波振幅値記憶部１０９のクロック信号として、図６に示すようにデータ記憶制御部１１０と同じクロック信号ＣＬＫ１を用いるものとする。
【００７７】
以上のように信号波振幅値記憶部１０９とデータ記憶制御部１１０を構成することで、信号波振幅値記憶部１０９には、より大きな信号波の振幅値の情報が記憶および出力される。
【００７８】
次に信号波振幅値記憶部１０９からの出力情報（デジタルデータＯ）を入力として取り込む、信号波振幅最大値記憶部１１１について説明する。
前述したように、クラシック音楽のような音量の変化が曲の場面毎に大きく変化するようなオーディオ信号に関しては、ある任意の時間（時間区間）毎に、その時間区間内におけるオーディオ信号の振幅の最大値を検出し、その最大値において振幅変調後の変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になるように、時間区間毎にキャリア波信号の振幅値の調整を行うことが必要である。
【００７９】
上述した処理を実現するために、本実施の形態では信号波振幅最大値記憶部１１１において、ある一定の時間（時間区間）毎に信号波振幅値記憶部１０９からの出力情報（デジタルデータＯ）の取り込みおよび記憶を行い、該データの取り込みと記憶後に信号波振幅値記憶部１０９で記憶、保持していた前記デジタルデータＯをリセットし、初期値‘０’に戻すものとする。
【００８０】
一例として信号波振幅最大値記憶部１１１は、図４に示すように、入力としてＤａｔａ、Ｒｅｓｅｔ、Ｃｌｏｃｋ端子を有し、また一つの出力端子Ｑを持ったＤフリップフロップを４個（４ｂｉｔ）用いる。さらにＤａｔａ端子には信号波振幅値記憶部１０９からの出力情報（デジタルデータＯ）を入力し、Ｃｌｏｃｋ端子には、一例として周波数１Ｈｚのクロック信号ＣＬＫＡを入力するものとする。本実施の形態では、前記１Ｈｚのクロック信号ＣＬＫＡを生成するクロック信号発生源（２）１１１ａを設けているが、ＡＤ変換部１０２のサンプリングに用いるクロック信号ＣＬＫを用いて１Ｈｚのクロック信号を作り出すようにしてもよい。
さらに、１Ｈｚのクロック信号は、ｎｏｔ回路１１１ｂを用いて反転した状態で信号波振幅値記憶部１０９のＲｅｓｅｔ端子に入力する(通常同期イネーブル付きＤフリップフロップは、Ｒｅｓｅｔ端子に入力される信号が‘１’から‘０’になるとリセットが実行される)。このような構成にすることで、１秒間に１回、前記１秒間の間における信号波の振幅の最大値を検出し、その値を記憶、保持して出力することが可能となる。
【００８１】
ここで注意点として、前記ｎｏｔ回路１１１ｂの遅延時間が挙げられる。通常ｎｏｔ回路の遅延時間はｎｓ単位であり、非常に短い。従って図６（３）、（４）から分かるように、信号波振幅最大値記憶部１１１で信号波振幅値記憶部１０９からの出力情報であるデジタルデータＯを記憶する（図６（３）、Ｄのタイミング）前に、信号波振幅値記憶部１０９の値が初期値‘０’にリセットされてしまう（図６、Ｅのタイミング）可能性がある。そのような状況を確実に防止するために、ｎｏｔ回路１１１ｂと信号波振幅値記憶部１０９のＲｅｓｅｔ端子の間に遅延回路１１１ｃを用意し（図４参照）、図６の（４）に示す遅延時間を適切に調整することが望ましい。
【００８２】
次に、キャリア波振幅制御部１１２において、信号波振幅最大値記憶部１１１から出力される、ある１秒間（時間区間）の信号波の振幅の最大値のデジタルデータ（本実施の形態では４ｂｉｔ）を入力する。そして、キャリア波振幅制御部１１２では入力情報を基に、１秒間の信号波の振幅の最大値の点において、その変調波の変調度が１００％またはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅増幅率を調整する。この操作は本実施の形態では１秒毎に行われる。これは、信号波振幅最大値記憶部１１１におけるクロック信号ＣＬＫＡの周波数を１Ｈｚにしたためであるが、実際には１秒以外の時間間隔でも構わない。本実施の形態ではキャリア波振幅制御部１１２での操作を、あらかじめ用意された信号波振幅最大値記憶部１１１から出力される情報と信号波の振幅増幅率とを対応付けたテーブルを記憶させておくことで対応するものとする。
【００８３】
ここで注意点として、前記データ遅延部Ａ１０４の遅延時間が挙げられる。本実施の形態では、図１のＡＤ変換部１０２、信号波振幅調整部１０３、信号波振幅値記憶部１０９、信号波振幅最大値記憶部１１１の経路から信号波の振幅の最大値情報（便宜上、この信号の情報をＫ１と表記する）を得て、前記キャリア波振幅調整部１０６で、図１のＡＤ変換部１０２、信号波振幅調整部１０３、データ遅延部Ａ１０４の経路から来る信号波（便宜上、この信号をＫ２と表記する）で変調されるキャリア波の振幅を調整する。このとき仮にデータ遅延部Ａ１０４がなければ、前記Ｋ２の情報はＫ１の情報よりも速く変調部１０７に伝わるため、上述したような所望の信号処理（変調度を１００％あるいはそれに近い値にする処理）が行われないことになる。従って変調部１０７においてＫ２とＫ１の時間的な同期がとれるように、データ遅延部Ａ１０４における信号波のデータ遅延時間を決定しなければならない。
【００８４】
図７に、キャリア波振幅調整部１０６によるキャリア波の振幅調整前後の、キャリア波及びその変調波の波形の変化の一例を示す。図７（ａ）は、オーディオ信号の信号波の振幅波形を示している。図７（ｂ）は振幅調整前のキャリア波の振幅波形を示している。図７（ｃ）は、（ｂ）に示すキャリア波を、（ａ）に示すオーディオ信号で振幅変調した波形を示す。図７（ｄ）は、振幅調整後のキャリア波の波形を示す。図７（ｅ）は、（ｄ）に示すキャリア波を、（ａ）に示すオーディオ信号で振幅変調した波形を示す。図７（ｆ）は、（ｅ）に示す変調波を振幅調整した波形を示す。
【００８５】
図７の（ｃ）、（ｅ）に示すように、本実施の形態で示してきた信号処理方法を行うことで、ある単位時間（本実施の形態では１秒間）ごとの波形に現れる信号波の振幅の最大値の点において、その変調波の変調度が１００％あるいはそれに近い値になることが分かる（図７（ｅ）の状態）。
【００８６】
このことにより図７（ａ）に示すようなオーディオ信号において、区間３のような音量が小さな場面においても、超音波スピーカから効率よく可聴音を復調することが可能となる。ただし図７（ｅ）から分かるように、各区間で変調波の振幅値が異なるため、このような波形のままで超音波スピーカを再生すると各時間区間毎（本実施の形態では１秒毎）で音量が大きく異なってしまう。
【００８７】
そこで信号波振幅最大値記憶部１１１から出力される、ある１秒間の信号波の振幅の最大値のデジタルデータ（本実施の形態では４ｂｉｔ）情報を基に、変調波振幅制御部１１３において、変調波振幅調整部１０８の振幅増幅率を制御することを考える。前述したように、図７（ｅ）の波形では各区間で音量にばらつきが生じる。そこで本実施の形態では図７（ｆ）に示すように、各区間における変調波の振幅の最大値がそれぞれ同じ値になるように、変調波振幅制御部１１３において変調波振幅調整部１０８の振幅増幅率を決定する。
【００８８】
ここで注意点として、図１に示すように、変調部１０７から出力され変調波振幅調整部１０８に到達した変調波データと、変調波振幅制御部１１３で決定された変調波振幅調整部１０８における振幅増幅率の情報との時間的な同期を取る必要がある。具体的には変調部１０７で時間の遅延を伴うことから、変調波振幅制御部１１３から変調波振幅調整部１０８へ送る制御信号をデータ遅延部Ｂ１１４を用いて遅延させ、上述したような時間的な同期が取れるようにする。
【００８９】
以上のことより、図７（ｆ）のような波形で超音波スピーカを駆動することとなり、高効率でかつ音量バランスもとれた状態で、超音波スピーカから可聴音を復調することが可能となる。
【００９０】
ただし上述してきたような処理を行うことで、場合によってはある単位時間の時間区間（図６でいう区間１〜４のこと）の境目において、キャリア波の波形、および変調波の波形が不連続になる可能性がある。キャリア波に関する波形の不連続面発生の一例を図８に示す。
【００９１】
図８は、信号波形が不連続になる例を示す図である。前述したようにキャリア波振幅調整部１０６でキャリア波の振幅調整を、図８（ａ）のキャリア波の状態で適用すると、図８（ｃ）に示す波形のようになり、ある単位時間区間の境目においてキャリア波の波形は不連続にならない。しかしながら図８（ｂ）のキャリア波の状態で適用すると、図８（ｄ）に示すようにある単位時間区間の境目Ｘにおいてキャリア波の波形が不連続になる。また前述したように変調波においても同様のことが、変調波振幅調整部１０８で変調波の振幅調整を行うことで起こり得る。
【００９２】
このような波形の不連続面を無くすために、キャリア波振幅制御部１１２及び変調波振幅制御部１１３の構成を、図９に示すように前区間信号波振幅最大値記憶部２０１と、キャリア波時間情報発信部２０２と、テーブル記憶部２０３でそれぞれ構成する。
【００９３】
図９に示す例では、一例として前区間信号波振幅最大値記憶部２０１にＤフリップフロップを用いる。図９に示すように、前区間信号波振幅最大値記憶部２０１には信号波振幅最大値記憶部１１１からの情報が入力される。ここで、前区間信号波振幅最大値記憶部２０１における入力値の記憶のタイミングは前区間信号波振幅最大値記憶部２０１に入力されるクロック信号に依存する。そのクロック信号の周波数は信号波振幅最大値記憶部１１１のクロック信号（周波数１Ｈｚ）と同じであるとし、またその立ち上がりのタイミングは、信号波振幅最大値記憶部１１１のクロック信号の立ち上がりから次の立ち上がりまでの間であるものとする。
【００９４】
このようにすることで、信号波振幅最大値記憶部１１１のクロック信号の立ち上がりのタイミングにおいては、前区間信号波振幅最大値記憶部２０１では、信号波振幅最大値記憶部１１１のクロック信号の立ち上がりのタイミングよりも１周期前の立ち上がりのタイミングで信号波振幅最大値記憶部１１１に記憶されていた値が記憶、保持されていることになる。つまり、一区間前の信号波振幅最大値情報が記憶されていることになる。
【００９５】
次に、キャリア波時間情報発信部２０２に５ビットのカウンタを用いることにする。また、５ビットカウンタの出力をＱ１〜Ｑ５と表記する。図１１に示すタイミングチャートに示すように、キャリア波時間情報発信部２０２に用いる５ビットカウンタのクロック信号Ｃ５は、キャリア波供給部１０５の正弦波発生用のクロック信号（ＣＬＫ）と同じ周波数で、かつその立ち上がりのタイミングは信号波振幅最大値記憶部１１１のサンプリング用のクロック信号ＣＬＫＡの立下り時に同期させるものとする。またそのリセット信号は図１１に示すように、単位時間区間の境目における前記信号波振幅最大値記憶部１１１のクロック信号の立下りのタイミングから、５ビットカウンタ用のクロックの立ち上がりのタイミングが計５個入るような期間が‘１’、それ以外のタイミングでは‘０’となるようなものとする。
【００９６】
このように５ビットカウンタを制御することで、図１１に示すように、単位時間区間の境目の立ち下がりのタイミングから、キャリア波のサンプルリング点を５点カウントすることが出来る。また５ビットカウンタでカウントされる時間をそれぞれ順にt２´、t１´、ｔ０、ｔ１、ｔ２と表記する。図１１に示すように、前記５ビットカウンタの出力状態により、５つのサンプリング点の時間情報（ｔ２´、ｔ１´、ｔ０、ｔ１、ｔ２）を判別することが可能となる。
【００９７】
なお、ここで図１１について補足して説明しておく。
図１１において、信号Ｓ１は、ＡＤ変換部１０２、信号波振幅調整部１０３、および信号波振幅値記憶部１０９経由の信号波（オーディオ信号）であり、この信号情報から各時間区間内の信号波振幅の最大値を検出する。
信号ＣＬＫはキャリア波供給部１０５の動作基準クロックである。
【００９８】
信号ＣＬＫＡは、信号波振幅最大値記憶部１１１内のクロック信号発生源（２）１１１ａ（図４参照）で生成されるクロック信号であり、このクロック信号ＣＬＫＡの立ち上がりと同時に各時間区間における信号波（オーディオ信号）の振幅の最大値情報が、信号波振幅最大値記憶部１１１に記憶される。
【００９９】
また、信号Ｓ２は、ＡＤ変換部１０２、信号波振幅調整部１０３、およびデータ遅延部Ａ１０４経由の信号波（オーディオ信号）であり、このデータ遅延部Ａ１０４で遅延させた信号に同期してキャリア波の振幅調整処理が行われる。
【０１００】
ここで、上述した信号Ｓ２でキャリア波を変調することになるが、このとき信号Ｓ２とキャリア波のサンプリング周波数が異なるという問題がある。従って、一般的にこのような場合にはサンプリング周波数が遅い方のデジタル信号（本実施例では信号Ｓ２にあたる）を、サンプリング周波数が速い方のデジタル信号のサンプリング周波数の値までアップサンプリングする処理がなされる。
【０１０１】
従って、図１１に示す信号Ｓ２はＡＤ変換部１０２、信号波振幅調整部１０３、およびデータ遅延部Ａ１０４経由の信号波（オーディオ信号）であり、かつそのサンプリング周波数がキャリア波供給源のクロック信号の周波数までアップサンプリングされた後の波形であるものとする。
【０１０２】
また、信号Ｓ３は、キャリア波供給部１０５から生成され、キャリア波振幅調整部１０６を通過したキャリア波信号であり、データ遅延部Ａ１０４を通過したオーディオ信号で変調される。なお、変調する前に、ｔ２´からｔ２の区間において不連続な面が生じないように処理する。
【０１０３】
以上のようにして得られるキャリア波時間情報発信部２０２（本実施の形態では５ビットのカウンタ）のビット情報と、信号波振幅最大値記憶部１１１からのビット情報(最新の区間の信号波振幅最大値の情報)と、前区間信号波振幅最大値記憶部２０１からのビット情報(最新の区間よりも一つ前区間の信号波振幅最大値の情報)とを基に、キャリア波振幅制御部１１２中のテーブル記憶部２０３でキャリア波振幅調整部１０６におけるキャリア波の振幅増幅率を制御する。また同様に、上記三つの情報を基に変調波振幅制御部１１３中のテーブル記憶部２０３で変調波振幅調整部１０８における変調波の振幅増幅率を制御する。
【０１０４】
ここで本実施の形態では、キャリア波振幅制御部１１２中のテーブル記憶部２０３における制御は、信号波振幅最大値記憶部１１１からの情報により、ある区間に対してキャリア波振幅調整部１０６におけるキャリア波の振幅増幅率（または減衰率）をＹ倍にしようとし、かつ前記ある区間の一つ前の区間に対して前記キャリア波振幅調整部１０６におけるキャリア波の振幅増幅率（または減衰率）をＸ倍にしようとする場合に、時間の進行に伴い図１１に示すt２´からt２までの区間の各サンプリング点におけるキャリア波の振幅増幅率（または減衰率）を段階的にＸ倍からＹ倍へと変化させるような制御であるものとする。
【０１０５】
このような制御を行うことで、単位時間区間(本実施の形態では１秒間)毎の境目におけるキャリア波の波形の不連続を防ぐことが可能となる。
また、変調波振幅制御部１１３中のテーブル記憶部２０３における制御に関しても、上述したキャリア波に対する振幅制御と同様の方法で、変調波に対する振幅制御を行うものとする。このようにすることで、単位時間区間毎の境目における変調波の波形の不連続に関しても防ぐことが可能となる。
【０１０６】
なお、本実施の形態では５ビットのカウンタを用いたが、より大きなビットのカウンタを用いれば、時間区間の境目のより広い時間範囲キャリア波および変調波の振幅の調整を行うことが可能となり、より精度よく不連続面の発生を防ぐことが可能となる。
【０１０７】
図１２は、区間の境目での不連続部が解消された例を示す図である。図１２（ａ）に示す信号波形を、不連続部の処理なしに振幅調整すると、図１２（ｂ）に示すように区間１と区間２の境目で不連続部Ｘが生じるが、図９に示すキャリア波振幅制御部１１２を用いることにより、図１２（ｃ）に示すように不連続部が解消される。
【０１０８】
ところで、キャリア波振幅制御部１１２及び変調波振幅制御部１１３の構成を図９に示すような構成にすると、テーブル記憶部２０３において記憶させておく入出力の信号パターンが非常に多くなってしまう。これを解決するために、キャリア波振幅制御部１１２及び変調波振幅制御部１１３の構成を、図１０に示すように前区間信号波振幅最大値記憶部３０１と、キャリア波時間情報発信部３０２と、テーブル記憶部Ａ３０３と、テーブル記憶部Ｂ３０４と、振幅増幅率演算部３０５とで構成することを考える。
【０１０９】
テーブル記憶部Ａ３０３には信号波振幅最大値記憶部１１１の情報を入力し、その情報を基にキャリア波振幅調整部１０６（または変調波振幅調整部１０８）における信号波の振幅増幅率（Ｙ倍）を決定する。次にテーブル記憶部Ｂ３０４には前区間信号波振幅最大値記憶部３０１の情報を入力し、その情報を基に前記一つ前の区間におけるキャリア波（または変調波）の振幅増幅率（Ｘ倍）を決定する。そして振幅増幅率演算部３０５には前記テーブルＡ、Ｂからの情報と、キャリア波時間情報発信部３０２（本実施の形態では５ビットのカウンタ）の情報を入力し、最終的にキャリア波振幅調整部１０６（または変調波振幅調整部１０８）に対する制御が前述した図９の構成の場合と同じになるように前記振幅増幅率演算部３０５で演算する。このようにテーブル記憶部を二つに分けることで、それぞれのテーブルに用意しておく入出力の信号パターンの数を減らすことが可能となる。
【０１１０】
ここで、上述してきたようなキャリア波の振幅に対する信号処理（変調度が１００％になるようにする処理）を実際に行う際に、信号波の振幅が０あるいはそれに近い場合は、キャリア波発生源から振幅を出力し、かつ変調波の振幅が一定になるように増幅することは、超音波トランスデューサに無駄な電力を投入することになる。従って前記キャリア波振幅制御部１１２及び変調波振幅制御部１１３における制御の一つとして、信号波振幅最大値記憶部１１１から信号波の振幅の最大値が０に近いある一定の値以下の場合には、キャリア波および変調波の振幅を０またはそれに近い値にするようする。このような機能を設けることで、より省電力な状態で超音波スピーカを駆動することが可能となる。
【０１１１】
以上説明したように、オーディオ信号の特徴に応じてキャリア波の振幅を変化させ、オーディオ信号とキャリア波の変調波の変調度の自動調整を行う自動変調度調整装置を超音波スピーカシステムに用いることで、超音波スピーカの効率を高め、かつ音量のダイナミックレンジを広げることが可能となる。
【０１１２】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、本発明の自動変調度調整装置と、この自動変調度調整装置を備えた超音波スピーカの例について説明したが、本発明の第２の実施の形態では、本発明の自動変調度調整装置により静電型トランスデューサを駆動する超音波スピーカの例について説明する。
【０１１３】
図１３は、本発明の自動変調度調整装置で駆動する静電型トランスデューサの一例を示す図であり、特に超音波スピーカのトランスデューサとして使用するのに好適な構造になっている。図１３（Ａ）はトランスデューサの断面を示しており、導電層を有する振動膜３２０と、該振動膜３２０のそれぞれの面に対向して設けられた前面側固定電極３１１Ａ及び背面側固定電極３１１Ｂからなる一対の固定電極とを有している（前面側固定電極３１１Ａと背面側固定電極３１１Ｂの両方を指す場合は固定電極３１１と呼ぶ）。振動膜３２０は図１３（Ａ）に示すように電極を形成する導電層（振動膜電極）３２２を絶縁膜３２１で挟むように形成されている。
【０１１４】
また、振動膜３２０を挟持する前面側固定電極３１１Ａには複数の貫通孔３２４Ａが設けられており、かつ背面側固定電極３１１Ｂには前面側固定電極３１１Ａに設けた各貫通孔３２４Ａに対向する位置に同一形状の貫通孔３２４Ｂが設けられている（貫通孔３２４Ａと貫通孔３２４Ｂの両方を指す場合は貫通孔３２４と呼ぶ）。前面側固定電極３１１Ａと背面側固定電極３１１Ｂは、それぞれ支持部材３２３によって振動膜３２０から所定のギャップを隔てて支持されており、図１３（Ａ）に示すように振動膜３２０と固定電極とが一部空隙を介して対向するように支持部材３２３は形成されている。
【０１１５】
図１３（Ｂ）はトランスデューサの片側平面外観を示したものであり（固定電極３１１の一部を切り欠き振動膜３２０を露出させた状態）、上記複数の貫通孔３２４がハニカム状に配列されている。
【０１１６】
また、直流電源３２５は、振動膜電極３２２に直流バイアス電圧を印加するための電源であり、交流信号３２６Ａ、３２６Ｂは、振動膜３２０を駆動するために、前面側固定電極３１１Ａと背面側固定電極３１１Ｂに印加される信号である。
【０１１７】
また、図１４は、静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成例を示す図である。図１４に示す超音波スピーカは、可聴波周波数帯の信号波を生成する可聴周波数信号源（オーディオ信号源）３５１と、本発明の自動変調度調整装置を有するパワーアンプ１Ａと、静電型トランスデューサ３１０とで構成される。パワーアンプ１Ａは、図１に示す構成であり、信号波振幅調整部１０３、キャリア波供給部１０５、変調部１０７、変調波振幅調整部１０８等を有している。
【０１１８】
また、パワーアンプ１Ａの出力は出力トランスＴを介して静電型トランスデューサ３１０に印加される。なお、出力トランスＴの２次側巻線は中間タップを備えており、この中間タップと振動膜電極３２２との間に直流バイアス電源Ｅが印加される。
【０１１９】
上記構成において、可聴周波数信号源３５１より出力される可聴周波数信号（オーディオ信号）により、パワーアンプ１Ａ内のキャリア波信号源から出力される超音波周波数帯のキャリア波を変調し、増幅した変調信号を、出力トランスＴの１次側巻線の両端に印加する。これにより、出力トランスＴの２次側巻線に接続された静電型トランスデューサ３１０を駆動する。
【０１２０】
この場合に、パワーアンプ１Ａ（図１を参照）においては、可聴周波数信号源３５１から入力される音声信号（オーディオ信号）に対し、ある任意の時間区間ごとに、その時間区間内における音声信号の振幅の最大値を検出し、検出した音声信号の振幅の最大値情報を基に、時間区間ごとに、可聴周波数帯の信号波でキャリア波を変調した変調波における変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように、キャリア波の振幅調整を行う。さらに前記時間区間ごとで変調波の振幅最大値がそれぞれ同じになるように振幅調整を行う。
【０１２１】
これにより、静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカにおいて、音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【０１２２】
なお、静電型トランスデューサ３１０では、変調信号が有限振幅レベルの音波に変換され、この音波は媒質中（空気中）に放射されて媒質（空気）の非線形効果によって元の可聴周波数帯の信号音が自己再生される。つまり音波は空気を媒体として伝送する粗密波であるので、変調された超音波が伝播する過程で、空気の密な部分と疎な部分とが顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波）と可聴波（元オーディオ信号）に波形分離され、我々人間は２０ｋＨｚ以下の可聴音（元オーディオ信号）のみを聴くことができるという原理であり、一般にはバラメトリックアレイ効果と呼ばれている。
【０１２３】
[第３実施の形態］
本発明の第３の実施の形態として、本発明の自動変調度調整装置により静電型トランスデューサを駆動する、超音波スピーカを用いた表示装置の例について説明する。なお、超音波周波数帯で駆動される静電型トランスデューサは静電型超音波トランスデューサとも呼ばれ、以下の説明では単に「超音波トランスデューサ」とも呼ぶ。
【０１２４】
図１５は、表示装置の一例として、プロジェクタを例に取ったものであり、その使用状態を示したものである。同図に示すように、プロジェクタ（表示装置）４０１は視聴者４０３の後方に設置され、視聴者４０３の前方に設置されたスクリーン４０２に映像を投影するとともに、プロジェクタ４０１に搭載されている超音波スピーカによりスクリーン４０２の投影面に仮想音源を形成し、音声を再生するようになっている。
【０１２５】
プロジェクタ４０１の外観構成を図１６に示す。プロジェクタ４０１は、映像をスクリーン等の投影面に投影する投影光学系を含むプロジェクタ本体４２０と、超音波周波数帯の音波を発振できる静電型超音波トランスデューサ（以下、単に「超音波トランスデューサ」とも呼ぶ）４２４Ａ、４２４Ｂを含んで構成され、音響ソースから供給される音声信号から可聴周波数帯の信号音を再生する超音波スピーカとが一体的に構成されている。本実施形態では、ステレオ音声信号を再生するために、投影光学系を構成するプロジェクタレンズ４３１を挟んで、左右に超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ４２４Ａ、４２４Ｂが搭載されている。
さらに、プロジェクタ本体４２０の底面には低音再生用スピーカ４２３が設けられている。また、４２５は、プロジェクタ本体４２０の高さ調整を行うための高さ調節ねじ、４２６は、空冷ファン用の排気口である。
【０１２６】
また、プロジェクタ４０１では、超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサとして、本発明の自動変調度調整装置を備えるパワーアンプで駆動される静電型超音波トランスデューサを使用している。
【０１２７】
次に、プロジェクタ４０１の電気的構成を図１７に示す。プロジェクタ４０１は、操作入力部４１０と、再生範囲設定部４１２、再生範囲制御処理部４１３、音声／映像信号再生部４１４、パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂ及び超音波トランスデューサ４２４Ａ、４２４Ｂからなる超音波スピーカと、ハイパスフィルタ４１７Ａ、４１７Ｂと、ローパスフィルタ４１９と、ミキサ４２１と、パワーアンプ４２２Ｃと、低音再生用スピーカ４２３と、プロジェクタ本体４２０とを有している。
【０１２８】
なお、パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂは、本発明の自動変調度調整装置を備えるパワーアンプであり、図１に示すように、信号波振幅調整部１０３、キャリア波供給部１０５、変調部１０７、変調波振幅調整部１０８等を備えている。また、パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂ内のキャリア波供給部１０５で生成されるキャリア波の周波数は、外部設定できるように構成されているものとする。
【０１２９】
プロジェクタ本体４２０は、映像を生成する映像生成部４３２と、生成された映像を投影面に投影する投影光学系４３３とを有している。このように、プロジェクタ４０１は、超音波スピーカ及び低音再生用スピーカ４２３と、プロジェクタ本体４２０とが一体化されて構成されている。
【０１３０】
操作入力部４１０は、テンキー、数字キー、電源のオン、オフをおこなうための電源キーを含む各種機能キーを有している。再生範囲設定部４１２は、ユーザが操作入力部４１０をキー操作することにより再生信号（信号音）の再生範囲を指定するデータを入力できるようになっており、該データが入力されると、再生信号の再生範囲を規定するキャリア波の周波数が設定され、保持されるようになっている。再生信号の再生範囲の設定は、超音波トランスデューサ４２４Ａ，４２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離を指定することにより行われる。
【０１３１】
また、再生範囲設定部４１２は、音声／映像信号再生部４１４より映像内容に応じて出力される制御信号によりキャリア波の周波数が設定できるようになっている。
また、再生範囲制御処理部４１３は、再生範囲設定部４１２の設定内容を参照し、設定された再生範囲となるようキャリア波の周波数を変更するようにパワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂを制御する機能を有する。
例えば、再生範囲設定部４１２の内部情報として、キャリア波周波数が５０ｋＨｚに対応する上記距離が設定されている場合、パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂに対して５０ｋＨｚのキャリア波を生成するように制御する。
【０１３２】
再生範囲制御処理部４１３は、再生範囲を規定する超音波トランスデューサ４２４Ａ，４２４Ｂの音波放射面から放射軸方向に再生信号が到達する距離とキャリア波の周波数との関係を示すテーブルが予め記憶されている記憶部を有している。このテーブルのデータは、キャリア波の周波数と上記再生信号の到達距離との関係を実際に計測することにより得られる。
再生範囲制御処理部４１３は、再生範囲設定部４１２の設定内容に基づいて、上記テーブルを参照して設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数となるようにパワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂを制御する。
【０１３３】
音声／映像信号再生部４１４は、例えば、映像媒体としてＤＶＤを用いるＤＶＤプレーヤーであり、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号は、ハイパスフィルタ４１７Ａを介しパワーアンプ４２２Ａに、Ｌチャンネルの音声信号はハイパスフィルタ４１７Ｂを介してパワーアンプ４２２Ｂに、映像信号はプロジェクタ本体４２０の映像生成部４３２にそれぞれ、出力されるようになっている。
また、音声／映像信号再生部４１４より出力されるＲチャンネルの音声信号とＬチャンネルの音声信号は、ミキサ４２１により合成され、ローパスフィルタ４１９を介してパワーアンプ４２２Ｃに入力されるようになっている。音声／映像信号再生部４１４は、音響ソースに相当する。
【０１３４】
ハイパスフィルタ４１７Ａ，４１７Ｂは、それぞれ、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における中高音域（第一の音域）の周波数成分のみを通過させる特性を有しており、またローパスフィルタは、Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号における低音域（第二の音域）の周波数成分のみを通過させる特性を有している。
【０１３５】
したがって、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号は、それぞれ超音波トランスデューサ４２４Ａ、４２４Ｂにより再生され、上記Ｒチャンネル、Ｌチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号は低音再生用スピーカ４２３により再生されることとなる。
【０１３６】
なお、音声／映像信号再生部４１４はＤＶＤプレーヤーに限らず、外部から入力されるビデオ信号を再生する再生装置であってもよい。また、音声／映像信号再生部４１４は、再生される映像のシーンに応じた音響効果を出すために再生音の再生範囲を動的に変更するように、再生範囲設定部４１２に再生範囲を指示する制御信号を出力する機能を有している。
【０１３７】
映像生成部４３２は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のディスプレイと、該ディスプレイを音声／映像信号再生部４１４から出力される映像信号に基づいて駆動する駆動回路等を有しており、音声／映像信号再生部４１４から出力される映像信号から得られる映像を生成する。
投影光学系４３３は、ディスプレイに表示された映像をプロジェクタ本体４２０の前方に設置されたスクリーン等の投影面に投影する機能を有している。
【０１３８】
次に、上記構成からなるプロジェクタ４０１の動作について説明する。まず、ユーザのキー操作により操作入力部４１０から再生信号の再生範囲を指示するデータ（距離情報）が再生範囲設定部４１２に設定され、音声／映像信号再生部４１４に再生指示がなされる。
【０１３９】
この結果、再生範囲設定部４１２には、再生範囲を規定する距離情報が設定され、再生範囲制御処理部４１３は、再生範囲設定部４１２に設定された距離情報を取り込み、内蔵する記憶部に記憶されているテーブルを参照し、上記設定された距離情報に対応するキャリア波の周波数を求め、該周波数のキャリア波を生成するようにパワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂ内のキャリア波供給部１０５（図１を参照）を制御する。
【０１４０】
この結果、パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂ内のキャリア波供給部１０５（図１を参照）は、再生範囲設定部４１２に設定された距離情報に対応する周波数の搬送波キャリア波を生成し、キャリア波振幅調整部１０６を介して変調部１０７（図１を参照）に出力する。
【０１４１】
一方、音声／映像信号再生部４１４は、再生した音声信号のうちＲチャンネルの音声信号を、ハイパスフィルタ４１７Ａを介してパワーアンプ４２２Ａに、Ｌチャンネルの音声信号をハイパスフィルタ４１７Ｂを介してパワーアンプ４２２Ｂに、Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号をミキサ４２１に出力し、映像信号をプロジェクタ本体４２０の映像生成部４３２にそれぞれ、出力する。
【０１４２】
したがって、ハイパスフィルタ４１７Ａにより上記Ｒチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号がパワーアンプ４２２Ａに入力され、ハイパスフィルタ４１７Ｂにより上記Ｌチャンネルの音声信号のうち中高音域の音声信号がパワーアンプ４２２Ｂに入力される。
また、上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号はミキサ４２１により合成され、ローパスフィルタ４１９により上記Ｒチャンネルの音声信号及びＬチャンネルの音声信号のうち低音域の音声信号がパワーアンプ４２２Ｃに入力される。
【０１４３】
映像生成部４３２では、入力された映像信号に基づいてディスプレイを駆動して映像を生成し、表示する。このディスプレイに表示された映像は、投影光学系４３３により、投影面、例えば、図１５に示すスクリーン４０２に投影される。
【０１４４】
パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂにより増幅されたキャリア波の変調信号は、それぞれ、超音波トランスデューサ４２４Ａ、４２４Ｂの前面側固定電極（上電極）３１１Ａと背面側固定電極（下電極）３１１Ｂ（図１３を参照）との間に印加され、該変調信号は、有限振幅レベルの音波（音響信号）に変換され、媒質（空気中）に放射され、超音波トランスデューサ４２４Ａからは、上記Ｒチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生され、超音波トランスデューサ４２４Ｂからは、上記Ｌチャンネルの音声信号における中高音域の音声信号が再生される。
また、パワーアンプ４２２Ｃで増幅された上記Ｒチャンネル及びＬチャンネルにおける低音域の音声信号は低音再生用スピーカ４２３により再生される。
【０１４５】
前述したように、超音波トランスデューサにより媒質中（空気中）に放射された超音波の伝播においては、その伝播に伴い音圧の高い部分では音速が高くなり、音圧の低い部分では音速は遅くなる。この結果、波形の歪みが発生する。
【０１４６】
放射する超音波帯域の信号（キャリア波）を可聴周波数帯の信号で変調（ＡＭ変調）しておいた場合には、上記波形歪みの結果により、変調時に用いた可聴周波数帯の信号波が超音波周波数帯のキャリア波と分離して自己復調する形で形成される。その際、再生信号の広がりは超音波の特性からビーム状となり、通常のスピーカとは全く異なる特定方向のみに音が再生される。
【０１４７】
超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ４２４Ａ、４２４Ｂから出力されるビーム状の再生信号は、投影光学系４３３により映像が投影される投影面（スクリーン）に向けて放射され、投影面で反射され拡散する。この場合に、再生範囲設定部４１２に設定されるキャリア波の周波数に応じて、超音波トランスデューサ４２４Ａ、４２４Ｂの音波放射面からその放射軸方向（法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、キャリア波のビーム幅（ビームの拡がり角）が異なるために、再生範囲は、変化する。
【０１４８】
プロジェクタ４０１における超音波トランスデューサ４２４Ａ，４２４Ｂを含んで構成される超音波スピーカによる再生信号の再生時の状態を図１８に示す。プロジェクタ４０１において、キャリア波が音声信号により変調された変調信号により超音波トランスデューサが駆動される際に、再生範囲設定部４１２により設定されたキャリア周波数が低い場合は、超音波トランスデューサ４２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が長くなる。
【０１４９】
したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、比較的拡がらずに投影面（スクリーン）４０２に到達することとなり、この状態で投影面４０２において反射するので、再生範囲は、図１８において点線の矢印で示す可聴範囲Ａとなり、投影面４０２から比較的に遠くかつ狭い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。
【０１５０】
これに対して、再生範囲設定部４１２により設定されたキャリア周波数が上述した場合より高い場合は、超音波トランスデューサ４２４の音波放射面から放射される音波は、キャリア周波数が低い場合より絞られているが、超音波トランスデューサ４２４の音波放射面からその放射軸方向（音波放射面の法線方向）においてキャリア波から再生信号が分離されるまでの距離、すなわち、再生地点までの距離が短くなる。
【０１５１】
したがって、再生された可聴周波数帯の再生信号のビームは、投影面４０２に到達する前に拡がって投影面４０２に到達することとなり、この状態で投影面４０２において反射するので、再生範囲は、図１８において実線の矢印で示す可聴範囲Ｂとなり、投影面４０２から比較的に近くかつ広い範囲でのみ再生信号（再生音）が聞こえる状態となる。
【０１５２】
以上説明したように、本発明の表示装置（プロジェクタ等）では、本発明の自動変調度調整装置を有するパワーアンプで駆動される超音波スピーカを備えており、これにより、超音波スピーカの音量のダイナミックレンジが低いという問題を解決し、クラシック音楽等において信号波（音量）が小さい静かな場面においても、小さな信号波を十分な音量で再生できるようになる。
【０１５３】
なお、上述したプロジェクタは、大画面で画像を見たい場合に使用されものであるが、近時、大画面液晶テレビや大画面プラズマテレビが急速に普及しており、それらの大画面テレビにも、本発明の自動変調度調整装置を備える超音波スピーカを効果的に使用することができる。
【０１５４】
すなわち、大画面テレビに超音波スピーカを使用することにより、大画面テレビの前方に向けて局所的に音声信号を放射することが可能になる。
【０１５５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の自動変調度調整装置、超音波スピーカ、表示装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の超音波スピーカの自動変調度調整装置の構成例を示す図。
【図２】ＡＤ変換部における量子化について説明するための図。
【図３】キャリア波振幅調整前の信号波形と変調波形の例を示す図。
【図４】信号振幅の最大値の検出と保持動作を行うための回路構成例を示す図。
【図５】データ記憶制御部の構成と真理値表を示す図。
【図６】図４に示す回路の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図７】キャリア波振幅調整と変調波振幅調整の例を示す図。
【図８】キャリア波振幅調整における不連続部について説明するための図。
【図９】不連続部の解消処理を行うキャリア波振幅調整部の構成例を示す図。
【図１０】不連続部の解消処理を行うキャリア波振幅調整部の他の構成例を示す図。
【図１１】不連続部の解消処理を説明するためのタイミングチャート。
【図１２】時間区間の境目での不連続部が解消された例を示す図。
【図１３】静電型トランスデューサの一例を示す図。
【図１４】静電型トランスデューサを使用した超音波スピーカの構成例を示す図。
【図１５】プロジェクタの構成例を示す図。
【図１６】図１５に示すプロジェクタの概観構成を示す図。
【図１７】図１５に示したプロジェクタの電気的構成例を示す図。
【図１８】超音波トランスデューサによる再生信号の再生状態を示す図。
【符号の説明】
【０１５７】
１…超音波スピーカシステム、１Ａ…パワーアンプ、１０１…信号源、１０２…ＡＤ変換部、１０３…信号波振幅調整部、１０４…データ遅延部Ａ、１０５…キャリア波供給部、１０６…キャリア波振幅調整部、１０７…変調部、１０８…変調波振幅調整部、１０９…信号波振幅値記憶部、１０９ａ…クロック信号発生源（１）、１１０…データ記憶制御部、１１１…信号波振幅最大値記憶部、１１１ａ…クロック信号発生源（２）、１１２…キャリア波振幅制御部、１１３…変調波振幅制御部、１１４…データ遅延部Ｂ、１１５…ＤＡ変換器、１１６…超音波トランスデューサ、２０１…前区間信号波振幅最大値記憶部、２０２…キャリア波時間情報発信部、２０３…テーブル記憶部、３０１…前区間信号波振幅最大値記憶部、３０２…キャリア波時間情報発信部、３０３…テーブル記憶部Ａ、３０４…テーブル記憶部Ｂ、３０５…振幅増幅率演算部、３１０…プッシュプル型の静電型トランスデューサ、３１１…固定電極、３１１Ａ…前面側固定電極、３１１Ｂ…背面側固定電極、３２０…振動膜、３２１…絶縁膜、３２２…振動膜電極、３２３…支持部材、３２４Ａ、３２４Ｂ…貫通孔、３２５…直流電源、３２６Ａ、３２６Ｂ…交流信号、４０１…プロジェクタ、４０２…投影面（スクリーン）、４１０…操作入力部、４１２…再生範囲設定部、４１３…再生範囲制御処理部、４１４…音声／映像信号再生部、４１７Ａ，４１７Ｂ…ハイパスフィルタ、４１９…ローパスフィルタ、４２０…プロジェクタ本体、４２１…ミキサ、４２２Ａ，４２２Ｂ…パワーアンプ、４２２Ｃ…パワーアンプ、４２３…低音再生用スピーカ、４２４Ａ、４２４Ｂ…静電型超音波トランスデューサ、４３１…プロジェクタレンズ、４３２…映像生成部、４３３…投影光学系
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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