(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】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信号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自動変調度調整装置。【選択図】図１
2008141552.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変調度を調整する方法であって、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、前記任意の時間区間ごとに前記信号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の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、信号波振幅記憶部が記憶するサンプリングデータと比較するサンプリングデータ比較手順と、
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の情報を基に、前記サンプリングデータに対応する時間区間の信号波の振幅を調整する信号波振幅調整手順と、
前記信号波振幅調整手順により振幅が調整をされた信号波で前記キャリア波を変調する変調手順と、
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】
前記信号波振幅調整手順は、
前記信号波によるキャリア波と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における前記信号波の振幅の最大値の点において、前記時間区間毎に１００％あるいはそれに近い値となるように、前記信号波の振幅を調整する手順とを
含む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】
前記信号波振幅調整手順は、
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、
前記信号波の振幅の増幅率または減衰率が、前記信号波のサンプリング点が前記境界点における信号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前記信号波の最大振幅点において１００％あるいはそれに近い値となるように調整する際の信号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調整する手順と、
を含むことを特徴とする請求項２または請求項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】
前記信号波振幅調整手順は、
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信号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信号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最近のサンプリング点に向かうにつれて、前記信号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される手順と、
を含むことを特徴とする請求項４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】
前記信号波振幅調整手順は、
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、該時間区間内のキャリア波の振幅を０あるいはそれに近い値に調整する手順と、
を含むことを特徴とする請求項２から５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７】
前記信号波振幅調整手順は、
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、該時間区間内の前記変調波の振幅を０あるいはそれに近い値に調整する手順と、
を含むことを特徴とする請求項２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】
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信号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自動変調度調整装置。
【請求項９】
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の情報を基に、前記サンプリングデータに対応する時間区間の信号波の振幅を調整する信号波振幅調整手段と、
前記信号波振幅調整手段により振幅が調整をされた信号波で前記キャリア波を変調する変調手段と、
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１０】
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ＡＤ変換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遅延部と、
前記データ遅延部を通して得られる前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、
前記ＡＤ変換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込まれたデジタルデータと、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、前記信号波振幅記憶部のデジタルデータを前記新しく取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、前記信号波振幅記憶部に記憶されたデジタルデータを読み出し、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デジタルデータの最大振幅の情報を基に、前記時間区間ごとに、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になるように前記振幅調整部における前記信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する信号波振幅制御部と、
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、
前記キャリア波を前記信号波振幅調整部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、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、
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】
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１０に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１２】
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１０または請求項１１に記載の超音波スピーカの自動変調度調整装置。
【請求項１３】
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の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１０から１２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１４】
前記信号波振幅値記憶部に入力される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１０から１３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１５】
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１０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たこと
を特徴とする請求項１０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】
前記信号波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの最大振幅情報を入力とし、
前記最大振幅情報と、前記データ遅延部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、前記信号波振幅調整部における信号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用意し、
前記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１０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】
前記信号波振幅制御部は、
信号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と前記信号波時間情報発信部の情報を基に、前記信号波振幅調整部における前記信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する手段を
備えることを特徴とする請求項１０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１９】
前記信号波振幅制御部は、
前記信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前記信号波時間情報発信部からの情報を入力とし、前記２つの入力情報に基づいて、前記データ遅延部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、前記信号波振幅調整部における信号波の最大振幅点での振幅増幅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の境界点における前記信号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、前記境界点における信号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範囲における各信号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信号波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における前記信号波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波の振幅の増幅率または減衰率が、前記信号波の振幅最大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信号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制御する出力情報と、前記２つの情報とを予め対応付けたテーブルを用意し、前記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１８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】
前記信号波振幅制御部は、
信号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最大値の情報よりも一つ前に得られる最大値の情報を記憶する前区間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と前区間信号波振幅最大値記憶部と信号波時間情報発信部の情報を基に、前記信号波振幅調整部における信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する手段を
備えることを特徴とする請求項１０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２１】
前記信号波振幅制御部は、
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、信号波時間情報発信部からの情報とを入力とし、前記３つの入力情報に基づいて、前記データ遅延部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、前記信号波振幅調整部における最大振幅点での振幅増幅率を制御するための手段と、
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の境界点における信号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、前記境界点における前記信号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範囲における各信号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信号波のサンプリング点から最も新しい信号波のサンプリング点に向かうにつれて、
前記信号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信号波の振幅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信号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制御する出力情報と、前記３つの入力情報とを予め対応付けたテーブルを記憶するテーブルを用意し、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２２】
前記信号波振幅制御部は、
複数のテーブル記憶部を備えており、
前記複数のテーブル記憶部の各々は、
前記信号波振幅制御部へ入力される情報の内の少なくとも１つを入力とし、前記少なくとも１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信号波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における前記信号波のサンプリング点から離れるに従い、該サンプリング点の信号波の振幅の増幅率または減衰率が、前記信号波の振幅最大点で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制御するための情報を演算結果として出力するか、
または、前記境界点の前後のサンプリング範囲の時間的に最も前の信号波のサンプリング点から最も新しい信号波のサンプリング点に向かうにつれて、該サンプリング点の信号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時間区間における信号波の振幅最大点での振幅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時間区間における信号波の振幅最大点で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制御するための情報を演算結果として出力するように構成されたこと
を特徴とする請求項１９または請求項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】
前記データ遅延部の遅延時間は、
前記信号波振幅制御部の情報が前記信号波振幅調整部に入力されるタイミングと、前記信号波振幅制御部の情報を得るために用いた際の前記ＡＤ変換部からのデータの情報が前記データ遅延部を通過して前記信号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ていること
を特徴とする請求項１０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】
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、
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信号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。
【請求項２５】
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、
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音声信号の振幅の最大値を検出する手段と、
前記検出した音声信号の振幅の最大値情報を基に、前記音声信号の振幅の最大値の点における前記変調信号の変調度が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音声信号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表示装置。
【請求項２６】
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、
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音声信号の振幅の最大値を検出する手段と、
前記検出した音声信号の振幅の最大値情報を基に、前記音声信号の振幅の最大値の点における前記変調信号の変調度が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音声信号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、および自動変調度調整装置に関する。
【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、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、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。この従来例では、Ｓｉｎｇｌｅ 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、および自動変調度調整装置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変調度を調整する方法であって、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、前記任意の時間区間ごとに前記信号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、可聴周波数波帯の信号波（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、信号波の振幅の最大値の点における変調波（信号波でキャリア波を変調した変調波）の変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように信号波の振幅調整を行う。
これにより、ある任意の時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅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の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、信号波振幅記憶部が記憶するサンプリングデータと比較するサンプリングデータ比較手順と、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の情報を基に、前記サンプリングデータに対応する時間区間の信号波の振幅を調整する信号波振幅調整手順と、前記信号波振幅調整手順により振幅が調整をされた信号波で前記キャリア波を変調する変調手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、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、信号波振幅記憶部が記憶するデータを新しく取り込まれたサンプリングデータで置き換える。そして、時間区間の境界ごとに、信号波振幅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。そして、サンプリングデータの最大振幅の情報を基に、該サンプリングデータに対応する時間区間の信号波の振幅を調整し、この振幅が調整をされた信号波でキャリア波を変調する。
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信号波の振幅調整を行い、この振幅調整された信号波によりキャリア波を変調することができる。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、前記信号波振幅調整手順は、前記信号波によるキャリア波と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における前記信号波の振幅の最大値の点において、前記時間区間毎に１００％あるいはそれに近い値となるように、前記信号波の振幅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、可聴周波数帯の信号波のサンプリングデータを取り込み、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、信号波の最大値の点におけ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、信号波の振幅調整を行う。
これにより、時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅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。
【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、前記信号波振幅調整手順は、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、前記信号波の振幅の増幅率または減衰率が、前記信号波のサンプリング点が前記境界点における信号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前記信号波の最大振幅点において１００％あるいはそれに近い値となるように調整する際の信号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、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信号波のサンプリング点が境界点から離れるに従い、信号波の振幅の増幅率または減衰率が、信号波によるキャリア波との変調波の変調度が信号波の最大振幅点において１００％あるいはそれに近い値となるように調整する際の信号波の振幅増幅率または減衰率の値の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、信号波（オーディオ信号）に不連続部分が生じないように、信号波の振幅の増幅率の自動調整を行うことができる。
【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、前記信号波振幅調整手順は、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信号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信号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最近のサンプリング点に向かうにつれて、前記信号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される手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、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、最も過去のサンプリング点から最も最近のサンプリング点に向かうにつれて、信号波の振幅の増幅率または減衰率が、時間的に過去側である時間区間の信号波の振幅最大点での振幅増幅率または減衰率の値から、時間的に未来側の時間区間における最大振幅点での振幅増幅率または減衰率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再生信号に非連続部が生じることを回避できる。
【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、前記信号波振幅調整手順は、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、該時間区間内のキャリア波の振幅を０あるいはそれに近い値に調整する手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、ある時間区間内における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、この時間区間においてキャリア波の振幅を０またはそれに近い値にするようする。
これにより、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。
【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、前記信号波振幅調整手順は、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、該時間区間内の前記変調波の振幅を０あるいはそれに近い値に調整する手順と、を含むことを特徴とする。
このような手順により、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変調波の振幅を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。
【００１８】
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信号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。
このような構成により、可聴周波数波帯の信号波（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、信号波の振幅の最大値の点における変調波（信号波でキャリア波を変調した変調波）の変調度が１００％、あるいはそれに近い値になるように信号波の振幅調整を行う。
これにより、ある任意の時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅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。
【００１９】
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の情報を基に、前記サンプリングデータに対応する時間区間の信号波の振幅を調整する信号波振幅調整手段と、前記信号波振幅調整手段により振幅が調整をされた信号波で前記キャリア波を変調する変調手段と、を備えることを特徴とする。
このような構成により、信号波のサンプリングデータを取り込み、信号波振幅記憶部が記憶するサンプリングデータと比較し、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、信号波振幅記憶部が記憶するデータを新しく取り込まれたサンプリングデータで置き換える。そして、時間区間の境界ごとに、信号波振幅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。そして、サンプリングデータの最大振幅の情報を基に、該サンプリングデータに対応する時間区間の信号波の振幅を調整し、この振幅が調整をされた信号波でキャリア波を変調する。
これにより、ある任意の時間区間ごとに、該時間区間内の信号波の振幅の最大値に応じて信号波の振幅調整を行い、この振幅調整された信号波によりキャリア波を変調することができる。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。
【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、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ＡＤ変換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遅延部と、前記データ遅延部を通して得られる前記信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部と、前記ＡＤ変換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込まれたデジタルデータと、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、前記信号波振幅記憶部のデジタルデータを前記新しく取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、前記信号波振幅記憶部に記憶されたデジタルデータを読み出し、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デジタルデータの最大振幅の情報を基に、前記時間区間ごとに、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になるように前記振幅調整部における前記信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する信号波振幅制御部と、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、前記キャリア波を前記信号波振幅調整部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、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器と、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、信号波のデジタルデータをデータ遅延部により遅延させる。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の振幅の最大値を検出する。信号波振幅制御部および信号波振幅調整部は、時間区間内における信号波の振幅の最大値の情報を基に、データ遅延部により遅延させた信号波を時間区間ごとに振幅調整することにより、信号波の最大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する。変調部は振幅調整された信号波によりキャリア波を変調し、該変調波を変調波振幅調整部により振幅調整し、この振幅調整された変調波をＤＡ変換部によりアナログ信号に変換して超音波トランスデューサに印加する。
これにより、ある任意の時間区間ごとに、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅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。
【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、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。
【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、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。
【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の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）の場合には、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）を第２のデジタルデータ（保持するデジタルデータ）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。
【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、前記信号波振幅値記憶部に入力される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。
【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、次にクロック信号ＣｌｋＡが立ち上がり状態になるまでは、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。
【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たことを特徴とする。
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。
【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、前記信号波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの最大振幅情報を入力とし、前記最大振幅情報と、前記データ遅延部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、前記信号波振幅調整部における信号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用意し、前記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、信号波振幅制御部は、信号波振幅最大値記憶部からの最大振幅情報を入力とし、該最大振幅情報と、データ遅延部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、信号波振幅調整部における信号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、信号波振幅制御部では、信号波の振幅調整制御に必要な演算処理を簡略化できる。
【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、前記信号波振幅制御部は、信号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と前記信号波時間情報発信部の情報を基に、前記信号波振幅調整部における前記信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する手段を備えることを特徴とする。
このような構成により、信号波振幅制御部には、信号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、信号波時間情報発信部の時間位置情報とを基に、信号波振幅調整部における信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する。
これにより、信号波の時間位置を特定して、信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御することができる。
【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、前記信号波振幅制御部は、前記信号波振幅最大値記憶部からの情報と、前記信号波時間情報発信部からの情報を入力とし、前記２つの入力情報に基づいて、前記データ遅延部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、前記信号波振幅調整部における信号波の最大振幅点での振幅増幅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の境界点における前記信号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、前記境界点における信号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範囲における各信号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信号波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における前記信号波のサンプリング点から離れるに従い、前記信号波の振幅の増幅率または減衰率が、前記信号波の振幅最大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信号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制御する出力情報と、前記２つの情報とを予め対応付けたテーブルを用意し、前記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、信号波振幅制御部に、最大振幅情報と、信号波のサンプリング点の時間位置情報の２つの入力情報とに対応させて、制御出力情報を記録したテーブルを設ける。このテーブルは、任意の時間間隔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信号波のサンプリング点が境界点から離れるに従い、信号波の振幅の増幅率または減衰率が、信号波の振幅最大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調整する際の信号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制御するための制御出力情報と、上記２つの入力情報を対応させたテーブルである。
これにより、信号波振幅制御部において、任意の時間区間の境界点において再生信号に非連続部が生じることを回避するための演算処理を行う際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。
【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、前記信号波振幅制御部は、信号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最大値の情報よりも一つ前に得られる最大値の情報を記憶する前区間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と前区間信号波振幅最大値記憶部と信号波時間情報発信部の情報を基に、前記信号波振幅調整部における信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御する手段を備えることを特徴とする。
このような構成により、信号波振幅制御部では、信号波のサンプリング点の時間位置情報と、最大振幅情報と、該最大振幅情報の１つ前の最大振幅情報と、を保持し、これらの情報を基に、信号波の振幅率または減衰率を制御する。
これにより、時間区間の境界点近傍において、信号波に不連続部分が生じないように、信号波の振幅の増幅率または減衰率を制御することができる。
【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、前記信号波振幅制御部は、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、信号波時間情報発信部からの情報とを入力とし、前記３つの入力情報に基づいて、前記データ遅延部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、前記信号波振幅調整部における最大振幅点での振幅増幅率を制御するための手段と、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の境界点における信号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、前記境界点における前記信号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範囲における各信号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信号波のサンプリング点から最も新しい信号波のサンプリング点に向かうにつれて、前記信号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信号波の振幅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信号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制御する出力情報と、前記３つの入力情報とを予め対応付けたテーブルを記憶するテーブルを用意し、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、信号波振幅制御部に、最大振幅情報と、該最大振幅情報の１つ前の最大振幅情報と、信号波のサンプリング点の時間位置情報との３つの入力情報に対応させて、制御出力情報を記録したテーブルを設ける。このテーブルは、任意の時間間隔の境界点の前後のサンプリング範囲において、最も過去の信号波のサンプリング点から最も最近の信号波のサンプリング点に向かうにつれて、信号波の振幅の増幅率が、過去側の時間区間における信号波の振幅最大点で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信号波の振幅最大点で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制御出力情報と、上記３つの入力情報を対応させたテーブルである。
これにより、信号波振幅制御部において、時間区間の境界点における再生信号に非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。
【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、前記信号波振幅制御部は、複数のテーブル記憶部を備えており、前記複数のテーブル記憶部の各々は、前記信号波振幅制御部へ入力される情報の内の少なくとも１つを入力とし、前記少なくとも１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信号波のサンプリング点が前記時間区間の境界点における前記信号波のサンプリング点から離れるに従い、該サンプリング点の信号波の振幅の増幅率または減衰率が、前記信号波の振幅最大点で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制御するための情報を演算結果として出力するか、または、前記境界点の前後のサンプリング範囲の時間的に最も前の信号波のサンプリング点から最も新しい信号波のサンプリング点に向かうにつれて、該サンプリング点の信号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時間区間における信号波の振幅最大点での振幅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時間区間における信号波の振幅最大点で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制御するための情報を演算結果として出力するように構成されたことを特徴とする。
このような構成により、信号波振幅制御部には、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再生信号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、信号波振幅制御部において、任意の時間区間の境界点における再生信号に非連続部が生じることを回避するための演算処理を行う際にテーブルを利用することができ、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、前記データ遅延部の遅延時間は、前記信号波振幅制御部の情報が前記信号波振幅調整部に入力されるタイミングと、前記信号波振幅制御部の情報を得るために用いた際の前記ＡＤ変換部からのデータの情報が前記データ遅延部を通過して前記信号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ていることを特徴とする。
このような構成により、データ遅延部の遅延時間を、信号波振幅制御部からの振幅制御情報が信号波振幅調整部に入力されるタイミングと、信号波のデータがデータ遅延部を通過して信号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する。
これにより、信号波の時間区間ごとに同期を取りながら、信号波の振幅調整を行うことができる。
【００３４】
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、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信号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。
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、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅調整を行う。
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。
【００３５】
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、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音声信号の振幅の最大値を検出する手段と、前記検出した音声信号の振幅の最大値情報を基に、前記音声信号の振幅の最大値の点における前記変調信号の変調度が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音声信号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。
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、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、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅調整を行う。
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。
【００３６】
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、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音声信号の振幅の最大値を検出する手段と、前記検出した音声信号の振幅の最大値情報を基に、前記音声信号の振幅の最大値の点における前記変調信号の変調度が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音声信号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。
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、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、信号波の振幅の最大値の点におけ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信号波の振幅調整を行う。
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】
【００３７】
［第１の実施の形態］
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、本発明の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超音波スピーカシステムの構成例を示す。
【００３８】
図１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超音波スピーカシステムの構成例である。図１に示す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、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１０２と、ＡＤ変換部１０２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１０３と、データ遅延部１０３を通して得られる信号波の振幅を調整する信号波振幅調整部１０４と、ＡＤ変換部１０２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１０５とを備えている。
【００３９】
さらに、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（第１のデジタルデータ、以後、デジタルデータＮと表記する）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よりも前にサンプリングされ、信号波振幅値記憶部１０５に保持された信号波のデジタルデータ（第２のデジタルデータ、以後、デジタルデータＯと表記する）の情報を基に、信号波振幅値記憶部１０５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１０６を備えている。
【００４０】
さらに、ある任意の時間間隔（時間区間）ごとに、信号波振幅値記憶部１０５で記憶された信号波のデジタルデータを読み出し、読み出した信号波のデジタルデータ（時間区間内での最大の信号波のデジタルデータ）の値を記憶し、次の時間区間で信号波振幅値記憶部１０５からデジタルデータが読み出されるまで間、記憶したデジタルデータ（第３のデジタルデータ）を保持して出力する信号波振幅最大値記憶部１０７と、信号波振幅最大値記憶部１０７からの情報を基に、信号波振幅調整部１０４における信号波の振幅の増幅率を制御する信号波振幅制御部１０８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１０９と、キャリア波を信号波振幅調整部１０４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１１０と、変調部１１０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１１１と、変調波振幅調整部１１１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１１２と、最終的に超音波トランスデューサ１１２に入力される信号がアナログ信号となるように、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器１１３とを備えている。
【００４１】
なお、前述のデータ記憶制御手段にはデータ記憶制御部１０６が相当し、信号波振幅最大値記憶手段には信号波振幅最大値記憶部１０７が相当し、信号波振幅調整手段には信号波振幅制御部１０８と信号波振幅調整部１０４とが相当し、変調手段には変調部１１０が相当する。
【００４２】
上述したシステム構成において、まずオーディオ信号を信号源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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、後述するデータ遅延部１０３によってある時間遅れて出力され、さらに後述する信号波振幅調整部１０４によってその振幅値の調整が行われる。
【００４５】
ここで、超音波帯域のキャリア波をキャリア波供給部１０９から発生させる。本実施の形態では、キャリア波供給部１０９から発生させるキャリア波の振幅値は一定であるものとする。変調部１１０は、信号波振幅調整部１０４で振幅の調整を行われたオーディオ信号で、キャリア波供給部１０９から出力されるキャリア波を変調する機能を有している。
【００４６】
ここで、変調部１１０には振幅変調、周波数変調など様々な方法が考えられるが、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１１０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１１０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。
【００４７】
変調部１１０で発生させた変調波の振幅は、変調波振幅調整部１１１で調整することが可能である。ここで、変調波振幅調整部１１１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１１１の前段に、後者を用いる場合には変調波振幅調整部１１１の後段にＤＡ変換器１１３を用意する。本実施の形態では変調波振幅調整部１１１にデジタルアンプを用いるものとし、ＤＡ変換器１１３は変調波振幅調整部１１１の後に用意するものとする。ＤＡ変換器１１３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１１２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。
【００４８】
前述したように超音波スピーカは変調波で駆動を行うが、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。
【００４９】
図３は、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波形（変調波）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、変調度が１００％のときの変調波の正側の振幅値を示し、四角のブロックで囲まれた符号Ｄは、変調度が１００％のときの変調波の振幅値を示している。
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Ａ，Ｂの点において、変調部１１０で得られる変調波の変調度が１００％の値Ｃ，Ｄになるように、信号波振幅調整部１０４でオーディオ信号の振幅値を調整することが望ましい。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。
【００５０】
具体的には、前述したクラシック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）になるようにオーディオ信号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、信号波振幅調整部１０４でオーディオ信号を適切に調整することが必要となる。
【００５１】
そこで、オーディオ信号の音量（振幅）の時間的な変化に対する信号波振幅調整部１０４の調整方法として、本実施の形態では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、ある時間区間内ごとに信号波の振幅の増幅率を調整する。
【００５２】
まず１０１から発生させるオーディオ信号の情報を得るために、ＡＤ変換部１０２でサンプリングした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１０３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２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１０５の入力へ、もう一方は信号波振幅値記憶部１０５のデータの記憶に関する制御を行うデータ記憶制御部１０６の入力へ繋げる。
【００５３】
ここで、上述した信号波振幅値記憶部１０５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（第１のデジタルデータ）をデジタルデータＮ（ＮはＮｅｗの頭文字）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（第２のデジタルデータ）をデジタルデータＯ（ＯはＯｌｄの頭文字）と表記する。また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の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、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、同様にデジタルデータＯは最下位ビットから順に００,０１,０２,０３と表す。
【００５４】
信号波振幅値記憶部１０５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１０６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、１０５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。
【００５５】
そして信号波振幅値記憶部１０５ではデータ記憶制御部１０６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。
【００５６】
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１０５は入力としてＤａｔａ、Ｅｎａｂｌｅ（Ｅｎａｂ）、Ｒｅｓｅｔ（Ｒｅｓ）、Ｃｌｏｃｋ（Ｃｌｋ）端子を有し、また１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１０６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１０５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。
【００５７】
上述したようにＥｎａｂｌｅ端子にはデータ記憶制御部１０６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１０６からの出力情報が‘１'であれば、信号波振幅値記憶部１０５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。
【００５８】
次にデータ記憶制御部１０６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１０５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２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。
【００５９】
従って、データ記憶制御部１０６では、信号波振幅値記憶部１０５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１０５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１０５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１０５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。上述したような制御を行うために、データ記憶制御部１０６にはデジタルデータＮとデジタルデータＯの２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１０６は、図５に示すような入出力特性（真理値表）を実現する論理回路で構成する。図５に示す心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の一例である。
【００６０】
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１０５およびデータ記憶制御部１０６で使用するクロック信号Ｃｌｋ１を示している。図６（３）は、信号波振幅最大値記憶部１０７のクロック信号ＣｌｋＡを示している。図６（４）は、信号波振幅値記憶部１０５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。
【００６１】
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）。
【００６２】
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１０６での計算を終え（タイミングＢ）、信号波振幅値記憶部１０５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でサンプリングしたデータを信号波振幅値記憶部１０５に上書きする（タイミングＣ）。
【００６３】
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１０５の出力から得られる情報を信号波振幅最大値記憶部１０７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１０５のデータを初期値‘０’に上書きする（タイミングＥ）。
【００６４】
図６（２）に示すように、データ記憶制御部１０６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１０６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（論理演算）する場合は、Ａｎｄゲートや、ｏｒゲート、ｎｏｔ回路等の演算回路の並列化等を行うことで演算速度を上げ、要求される演算速度を実現することができる。
【００６５】
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１０６の回路構成の具体例は十分に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１０６の回路構成がクロック信号を用いて動作（論理演算）する場合は、図６（２）のタイミングチャートに示すように、データ記憶制御部１０６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。
【００６６】
また信号波振幅値記憶部１０５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１０５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１０５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１０６と同じクロック信号Ｃｌｋ１を用いるものとする。
【００６７】
以上のように信号波振幅値記憶部１０５とデータ記憶制御部１０６を構成することで、信号波振幅値記憶部１０５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。
【００６８】
次に信号波振幅値記憶部１０５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１０７について考える。前述したように、クラシック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、任意の時間（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、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、時間区間ごとにオーディオ信号の振幅値の調整を行うことが必要である。
【００６９】
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１０７において、ある一定の時間（時間区間）ごとに、信号波振幅値記憶部１０５からの出力情報（デジタルデータＯ）の取り込みと記憶を行い、該データの取り込みと記憶後に信号波振幅値記憶部１０５で記憶、保持していたデジタルデータＯをリセットし、初期値‘０’に戻すものとする。
【００７０】
一例として信号波振幅最大値記憶部１０７は、図４に示すように入力としてＤａｔａ、Ｅｎａｂｌｅ（Ｅｎａｂ）、Ｒｅｓｅｔ（Ｒｅｓ）、Ｃｌｏｃｋ（Ｃｌｋ）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１０５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のクロック信号を入力するものとする。本実施の形態では１Ｈｚのクロック信号発生源を新たに用意するか、またはＡＤ変換部のサンプリングに用いるクロック信号を用いて１Ｈｚのクロック信号を作り出すものとする。さらに１Ｈｚのクロック信号は、ｎｏｔ回路１０７ｂを用いて論理反転した状態で信号波振幅値記憶部１０５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)。このように配線を行うことで、１秒間に１回、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。
【００７１】
ここで注意点として、ｎｏｔ回路１０７ｂの遅延時間が挙げられる。通常ｎｏｔ回路１０７ｂ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１０７で信号波振幅値記憶部１０５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１０５の値が初期値‘０’にリセットされてしまう（図６（４）、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１０７ｂと信号波振幅値記憶部１０５のＲｅｓｅｔ端子の間に遅延回路１０７ｃ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。
【００７２】
次に信号波振幅制御部１０８において、信号波振幅最大値記憶部１０７から出力される、ある１秒間の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。そして信号波振幅制御部１０８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、信号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１０７におけるクロック信号の周波数を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。本実施の形態では信号波振幅制御部１０８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１０７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。
【００７３】
ここで注意点として、データ遅延部１０３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、信号波振幅値記憶部１０５、信号波振幅最大値記憶部１０７、信号波振幅制御部１０８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、信号波振幅調整部１０４で図１のＡＤ変換部１０２、データ遅延部１０３の経路から来る信号波（便宜上、この信号をＫ２と表記する）の振幅を調整する。このとき仮にデータ遅延部１０３がなければ、Ｋ２の情報はＫ１の情報よりも速く信号波振幅調整部１０４に伝わるため、信号波振幅調整部１０４において上述したような所望の信号処理が行われないことになる。従って信号波振幅調整部１０４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１０３による信号波の送信遅延時間を決定しなければならない。従って、データ遅延部１０３における遅延時間は、少なくとも１つの時間区間分（この例では、１秒）以上必要になる。これは、ある時間区間（この例では１秒）における信号波の最大値を求めるには、その時間区間が経過するまでは決められないためである。
【００７４】
図７に、信号波振幅調整部１０４による信号波の振幅調整前後の、信号波及びその変調波の波形の変化の一例を示す。図７（ａ）は、振幅調整前の信号波の振幅の波形を示している。図７（ｂ）は振幅調整前の変調波の振幅の波形を示している。図７（ｃ）は、振幅調整後の信号波の振幅の波形を示している。図７（ｄ）は振幅調整後の変調波の振幅の波形を示している。
【００７５】
図７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。このことにより、図７（ａ）に示す振幅調整前の信号の区間３のような音量が小さな場面においても、信号波振幅調整部１０４による振幅調整により、図７（ｃ）、（ｄ）に示すような信号波形、およびキャリア波変調波形に調整され、十分大きな音量で（効率が高い状態で）超音波スピーカの可聴帯域の自己復調音を聴取することが可能となる。
【００７６】
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区間（図７で示す区間１〜４のこと）の境目において、信号波の波形が不連続になる可能性がある。その一例を図８に示す。
【００７７】
図８は、信号波形は不連続になる例を示す図である。前述した信号処理（振幅調整処理）を図８（ａ）の状態で適用すると図８（ｃ）のようになり、ある単位時間区間の境目において波形は不連続にならない。しかしながら図８（ｂ）の状態で適用すると、図８（ｄ）ようにある単位時間区間の境目Ｘにおいて波形が不連続になる。
【００７８】
このような波形の不連続面を無くすために、信号波振幅制御部１０８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、信号波時間情報発信部２０２と、テーブル記憶部２０３で構成する例について説明する。
【００７９】
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１０７からの情報が入力される。
【００８０】
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１０７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１０７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。このようにすることで、信号波振幅最大値記憶部１０７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１０７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１０７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。
【００８１】
次に、信号波時間情報発信部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のように、信号波時間情報発信部２０２に用いる５ビットカウンタのクロック信号Ｃ５はＡＤ変換部１０２のサンプリング用のクロック信号と同じ周波数で、かつその立ち上がりのタイミングはＡＤ変換部１０２のサンプリング用のクロック信号Ｃｌｋの立下り時に同期させるものとする。
【００８２】
また、そのリセット信号Ｒ５は、図１１に示すように、単位時間区間の境目における信号波振幅最大値記憶部１０７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。
【００８３】
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、データ遅延部１０３を通過した信号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。ただし、ここではデータ遅延部１０３における遅延時間を、図１１に示すように信号波振幅最大値記憶部１０７のクロック信号の１周期分（本実施の形態では１秒）と、ＡＤ変換部１０２のクロック信号の２周期半分の合計時間とする。
【００８４】
データ遅延部１０３を通過した信号波におけるサンプリングにおいて、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、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。
【００８５】
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→信号波振幅値記憶部１０５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、ＡＤ変換部１０２のサンプリング用のクロック信号を示している。このクロック信号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。
【００８６】
ＣｌｋＡは、信号波振幅最大値記憶部１０７内のクロック信号発生源（２）１０７ａ（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１０７に記憶される。
【００８７】
また、信号Ｓ２は、ＡＤ変換部１０２、およびデータ遅延部１０３経由の信号波（オーディオ信号）であり、この信号に対して振幅調整処理が行われる。なお、この信号Ｓ２の区間１、および区間２は振幅調整処理が行われる各区間を示している。期間Ｔ内の、符号t２'、t１'、t０、t１、t２は、区間１と区間２の境界点の前後のサンプリング点の時間位置情報を示している。この期間Ｔの開始の時点で、区間１と区間２のそれぞれの区間のおける信号波の振幅最大値が分かっており、この期間Ｔ内のサンプリング点（t２'、t１'、t０、t１、t２）における振幅の増幅率または減衰率は、時間の進行につれて、段階的に区間１における信号波増幅率から区間２における信号波増幅率に近づくように、信号波振幅制御部１０８で制御を行う。
【００８８】
以上のようにして得られる信号波時間情報発信部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１０７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、テーブル記憶部２０３で信号波振幅調整部１０４における信号波の振幅増幅率を制御する。
【００８９】
ここで本実施の形態ではテーブル記憶部２０３における制御は、信号波振幅最大値記憶部１０７からの情報により、ある区間に対して信号波振幅調整部１０４における信号波の振幅増幅率（または減衰率）をＹ倍にしようとし、かつ、ある区間の一つ前の区間に対して信号波振幅調整部１０４における信号波の振幅増幅率（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信号波の振幅増幅率（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。
【００９０】
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)毎の境目における信号波の波形の不連続を防ぐことが可能となる。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、境目のより広い時間範囲で信号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。
【００９１】
ところで信号波振幅制御部１０８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、信号波振幅制御部１０８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、信号波時間情報発信部３０２と、テーブル記憶部Ａ３０３と、テーブル記憶部Ｂ３０４と、信号波振幅増幅率演算部３０５とで構成することを考える。
【００９２】
テーブル記憶部Ａ３０３には信号波振幅最大値記憶部１０７の情報を入力し、その情報を基に信号波振幅調整部１０４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Ｂには前区間信号波振幅最大値記憶部３０１の情報を入力し、その情報を基に一つ前の区間における信号波の振幅増幅率（Ｘ倍）を決定する。そして信号波振幅増幅率演算部３０５にはテーブルＡ、Ｂからの情報と、信号波時間情報発信部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、最終的に信号波振幅調整部１０４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信号波振幅増幅率演算部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。
【００９３】
図１２は、区間の境目での非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、非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の境目で非連続部Ｘが生じるが、図９または図１０に示す信号波振幅調整部を用いることにより、図１２（ｃ）に示すように非連続部が解消される。
【００９４】
また、信号波の振幅が０に近い場合は、キャリア波発生源から、ある一定の振幅を出力することは、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。従って信号波振幅制御部１０８における制御の一つとして、信号波振幅最大値記憶部１０７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、キャリア波供給部１０９から発生させるキャリア波の振幅を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。
【００９５】
また、信号波振幅最大値記憶部１０７の情報を基に得られる、ある任意の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は、信号波振幅調整部１０４において、変調波の振幅を０あるいはそれに近い値に調整することもできる。これによ、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。
【００９６】
以上説明したように、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超音波スピーカシステムを用いることで、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。
【００９７】
［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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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１０４、キャリア波供給部１０９、変調部１１０、変調波振幅調整部１１１等を有している。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、信号波の振幅の最大値の点におけ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、前記任意の時間区間ごとに音声信号の振幅の大きさを調整する。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
[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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、空冷フアン用の排気口である。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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１０４、キャリア波供給部１０９、変調部１１０、変調波振幅調整部１１１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１０９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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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１０９（図１を参照）を制御する。
【０１２５】
この結果、パワーアンプ４２２Ａ、４２２Ｂ内のキャリア波供給部１０９（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、変調部１１０（図１を参照）に出力する。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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）１０１Ａと背面側固定電極（下電極）１０１Ｂ（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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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】
【０１４１】
【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】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】信号波振幅調の効果を示す図。
【図８】信号波振幅調整部における非連続部について説明するための図。
【図９】非連続部の解消処理を行う信号波振幅調整部の構成例を示す図。
【図１０】非連続部の解消処理を行う信号波振幅調整部の他の構成例を示す図。
【図１１】非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非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】
【０１４２】
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…データ遅延部、１０４…信号波振幅調整部、１０５…信号波振幅値記憶部、１０６…データ記憶制御部、１０７…信号波振幅最大値記憶部、１０７ａ…クロック信号発生源（２）、１０７ｂ…ｎｏｔ回路、１０７ｃ…遅延回路、１０８…信号波振幅制御部、１０９…キャリア波供給部、１１０…変調部、１１１…変調波振幅調整部、１１２…超音波トランスデューサ、１１３…ＤＡ変換器、２０１…前区間信号波振幅最大値記憶部、２０２…信号波時間情報発信部、２０３…テーブル記憶部、３０１…前区間信号波振幅最大値記憶部、３０２…信号波時間情報発信部、３０３…テーブル記憶部Ａ、３０４…テーブル記憶部Ｂ、３０５…信号波振幅増幅率演算部、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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