(57)【要約】【課題】  超音波スピーカを用いて音響信号を出力する電子機器において、音響信号の聴取位置における雑音除去を行う。【解決手段】  超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための雑音消去装置であって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信する信号受信部と、前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、前記キャリア波信号を前記消去信号で変調した変調信号で駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサとを備える。【選択図】  図１
2005352255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための雑音消去装置であって、
音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、
前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信する信号受信部と、
前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、
超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、
前記キャリア波信号を前記消去信号で変調した変調信号で駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサと
を備えることを特徴とする雑音消去装置。
【請求項２】
予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号を保存する可聴周波数帯信号バッファと、
前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定部と、
前記信号受信部にて受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、
前記消去信号生成部により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の雑音消去装置。
【請求項３】
前記消去信号生成部には、
環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理部と、
消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択部と、
雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・振幅調整部と
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の雑音消去装置。
【請求項４】
超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムであって、
音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、
前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信するための信号受信部と、
前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、
可聴周波数帯の信号を生成する可聴周波数帯信号発振源と、
超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、
前記消去信号生成部により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理部と、
前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサと
を備えることを特徴とする音響再生システム。
【請求項５】
超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムであって、
音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、
前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信する信号受信部と、
可聴周波数帯の信号を生成する可聴周波数帯信号発振源と、
超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、
予め設定された時間分だけ、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号を保存する可聴周波数帯信号バッファと、
前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定部と、
前記信号受信部にて受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、
前記消去信号生成部により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理部と、
前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサと
を備えることを特徴とする音響再生システム。
【請求項６】
前記消去信号生成部には、
環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理部と、
消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択部と、
雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・振幅調整部と
を備えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の音響再生システム。
【請求項７】
超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための雑音消去装置における雑音消去方法であって、
音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録手順と、
前記環境音信号収録手順により送信される環境音信号を受信する信号受信手順と、
前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、
超音波周波数帯のキャリア波信号をキャリア波信号源により生成する手順と、
前記キャリア波信号を前記消去信号で変調した変調信号で超音波トランスデューサを駆動し、変調信号を音波に変換して出力する手順と
を含むことを特徴とする雑音消去方法。
【請求項８】
予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数の帯信号を可聴周波数帯信号バッファに保存する手順と、
前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定手順と、
前記信号受信手順により受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、
前記消去信号生成手順により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理手順と
を含むことを特徴とする請求項７に記載の雑音消去方法。
【請求項９】
前記消去信号生成手順には、
環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理手順と、
消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択手順と、
雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・振幅調整手順と
を含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の雑音消去方法。
【請求項１０】
超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムにおける雑音消去方法であって、
音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録手順と、
前記環境音信号収録手順から送信される環境音信号を受信するための信号受信手順と、
前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、
可聴周波数帯の信号を可聴周波数帯信号発振源により生成する手順と、
超音波周波数帯のキャリア波信号をキャリア波信号源により生成する手順と、
前記消去信号生成手順により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理手順と、
前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により超音波トランスデューサを駆動し、変調信号を音波に変換して出力する手順と
を含むことを特徴とする雑音消去方法。
【請求項１１】
超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムにおける雑音消去方法であって、
音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録手順と、
前記環境音信号収録手順から送信される環境音信号を受信する信号受信手順と、
可聴周波数帯の信号を可聴周波数帯信号発振源により生成する手順と、
超音波周波数帯のキャリア波信号をキャリア波信号源により生成する手順と、
予め設定された時間分だけ、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号を可聴周波数帯信号バッファに保存する手順と、
前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定手順と、
前記信号受信手順により受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、
前記消去信号生成手順により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理手順と、
前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により超音波トランスデューサを駆動し、変調信号を音波に変換して出力する手順と
を含むことを特徴とする雑音消去方法。
【請求項１２】
前記消去信号生成手順には、
環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理手順と、
消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択手順と、
雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・振幅調整手順と
を含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の雑音消去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波スピーカを用いて音響信号を出力する電子機器に使用され、音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音（雑音）を消去し、音響信号の音質を向上することができる、雑音消去装置、音響再生システム、および雑音消去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波に対する媒質（空気）の非線形性を利用した超音波スピーカが、通常
のスピーカに比べてはるかに鋭い指向性を持つ可聴周波数帯の信号を再生し得ることが
知られている。
【０００３】
構成としては、可聴周波数帯の信号源からの信号によって超音波周波数帯のキャリア信号を変調し、パワーアンプ等で増幅した後に超音波トランスデューサから有限振幅レベルの音波に変換して媒質中（空気中）に放射し、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を再生するようになっている。この場合、可聴周波数帯の再生信号の再生範囲は、超音波トランスデューサから放出軸方向へのビーム状の範囲となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、スピーカからの音響出力を聴取する際、聴取位置近辺の雑音（環境音）が大きいと十分な再生音量が得られない為に、一般には音響出力レベルを上げることで必要音量を確保することになる。しかし、超音波スピーカはラウドスピーカなどに対して、出力上限が比較的低いのが一般的である。その為、雑音が大きい環境下にて超音波スピーカを使用する際に、十分な再生音量が得られないという課題があった。
【０００５】
上記課題に対し、本発明は聴取位置における環境音の能動的な雑音除去を行うことで、超音波スピーカの対雑音性を向上させるものである。
【０００６】
なお、雑音除去技術について、既に従来技術としていくつかの発明が開示されている。例えば、内蔵ＣＲ−ＲＯＭなどの雑音発生源から発せられる雑音を簡単に除去することのできる音響装置を提供することを目的する発明が開示されている。この発明は、音響再生用スピーカと雑音発生源が内蔵された音響装置において、雑音発生源の近傍に配置されたマクロホン部、該マクロホン部の出力から雑音成分以外の信号成分を除去する非線形回路と、該非線形回路の出力に基づいて雑音と逆位相の信号を生成する適用フィルタ、該適用フィルタの出力信号を音響信号に変換するスピーカ部と、スピーカ部の近傍に配置されたマクロホン部と、該マクロホン部の出力の信号成分のうちの、非線形回路の出力信号と同じ信号成分が最小となるように、適用フィルタのフィルタパラメータを制御する制御部とを有する（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、従来技術の発明では、何れもスピーカ出力近辺での雑音消去を対象としており、超音波スピーカのようなスポット的な聴取位置における雑音消去は実現できていなかった。
【特許文献１】特開昭５８−１１９２９３号公報
【特許文献２】特開２０００−３９８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、本発明の目的は、超音波スピーカを用いて音響信号を出力する電子機器において、音響信号の聴取位置における環境音の能動的な雑音除去を行い、超音波スピーカの対雑音性を向上させることができる、雑音消去装置、音響再生システム、および雑音消去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、本発明の雑音消去装置は、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための雑音消去装置であって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信する信号受信部と、前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、前記キャリア波信号を前記消去信号で変調した変調信号で駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサとを備えることを特徴とする。
このような構成により、超音波スピーカを使用した電子機器から出力される音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音をマイクロフォンなどの環境音信号収録部により取得し、信号受信部により環境音信号収録部（マイクロフォンなど）から送信される環境音信号を受信する。また、消去信号生成部により、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する。そして、この消去信号により、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、超音波トランスデューサにより変調信号を音波に変換して出力する。
これにより、聴取地点では本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。なお、実際には、環境音を完全に消し去ることは難しいものの、継続的な雑音などは消去（または低減）でき、再生音質を向上させるとともに、聴取者が聞く再生音量も上がることになる。また、雑音の多いシーンでの出力不足を解消する効果もあり、超音波スピーカでの特定場所再生という特徴を活かした環境音消去方法を提供できる。また、音響信号を出力せずに環境音のみの消去を行う場合には、聴取地点における雑音を軽減させることにより、リラックスできる音環境を作り出す用途にも応用できる。
【００１０】
また、本発明の雑音消去装置は、予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号を保存する可聴周波数帯信号バッファと、前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定部と、前記信号受信部にて受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、前記消去信号生成部により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理部とを備えることを特徴とする。
このような構成により、可聴周波数帯信号バッファにより、予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源が出力する可聴周波数帯信号（音響信号など）を保存する。また、バッファ格納時間設定部により、可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行う。そして、前記信号受信部にて受信した環境音信号から、可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号（音響信号など）の成分を除去し、マイクロフォンの位置における純粋な環境音信号（部雑音信号成分）を取得し、この雑音信号を基に、この雑音信号を消去するために消去信号を生成する。そして、この消去信号と、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成して、超音波トランスデューサから出力する。
これにより、聴取地点では雑音信号のみを消去（または低減）し、本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。
【００１１】
また、本発明の雑音消去装置は、前記消去信号生成部には、前記消去信号生成部には、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理部と、消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択部と、雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・振幅調整部とを備えることを特徴とする。
このような構成により、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部により、純粋な環境音信号（雑音信号）に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分毎に分解した後に、位相・振幅調整部により、雑音信号の各成分の位相調整（例えば、位相を反転）と振幅調整したものを足し合わせて消去信号を生成する。また、消去対象周波数帯選択部により、消去対象の周波数帯を区分する。
これにより、環境音信号（雑音信号）のうちの定常的（周期的）に発生する雑音信号を効果的に消去（または低減）できる。例えば、電子機器から発生する冷却ファンや、モータ音などを効果的に消去（または低減）できる。さらに、消去する雑音帯域を区分することにより、例えば、人間が雑音として（強く）知覚する周波数帯（４ｋＨｚ付近）を中心に効果的に環境音（雑音）を除去することができる。
【００１２】
また、本発明の音響再生システムは、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムであって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信するための信号受信部と、前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、可聴周波数帯の信号を生成する可聴周波数帯信号発振源と、超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、前記消去信号生成部により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理部と、前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサとを備えることを特徴とする。
このような構成により、超音波スピーカを使用した電子機器から出力される音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音をマイクロフォンなどの環境音信号収録部により取得し、信号受信部により環境音信号収録部（マイクロフォンなど）から送信される環境音信号を受信する。また、消去信号生成部により、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する。そして、この消去信号と、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成して、超音波トランスデューサから出力する。
これにより、聴取地点では本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。なお、実際には、環境音を完全に消し去ることは難しいものの、継続的な雑音などは消去（または低減）でき、再生音質を向上させるとともに、聴取者が聞く再生音量も上がることになる。また、雑音の多いシーンでの出力不足を解消する効果もあり、超音波スピーカでの特定場所再生という特徴を活かした環境音消去方法を提供できる。また、音響信号を出力せずに環境音のみの消去を行う場合には、聴取地点における雑音を軽減させることにより、リラックスできる音環境を作り出す用途にも応用できる。
【００１３】
また、本発明の音響再生システムは、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムであって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録部と、前記環境音信号収録部から送信される環境音信号を受信する信号受信部と、可聴周波数帯の信号を生成する可聴周波数帯信号発振源と、超音波周波数帯のキャリア波信号を生成するキャリア波信号源と、予め設定された時間分だけ、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号を保存する可聴周波数帯信号バッファと、前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定部と、前記信号受信部にて受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成部と、前記消去信号生成部により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理部と、前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により駆動され、変調信号を音波に変換して出力する超音波トランスデューサとを備えることを特徴とする。
このような構成により、超音波スピーカを使用した電子機器から出力される音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音をマイクロフォンなどの環境音信号収録部により取得し、信号受信部により環境音信号収録部（マイクロフォンなど）から送信される環境音信号を受信する。また、可聴周波数帯信号バッファにより、予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源が出力する可聴周波数帯信号（音響信号など）を保存しておく。また、バッファ格納時間設定部により、可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行う。そして、信号受信部にて受信した環境音信号から、可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号（音響信号など）の成分を除去し、マイクロフォンの位置における純粋な環境音信号（部雑音信号成分）を取得し、この雑音信号を基に、この雑音信号を消去するために消去信号を生成する。そして、この消去信号と、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成して、超音波トランスデューサから出力する。
これにより、音響信号の聴取地点では雑音信号のみを消去（または低減）し、本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。
【００１４】
また、本発明の音響再生システムは、前記消去信号生成部には、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理部と、消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択部と、雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・振幅調整部とを備えることを特徴とする。
このような構成により、ＦＦＴ処理部により、純粋な環境音信号（雑音信号）に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解した後に、位相・振幅調整部により、雑音信号の各成分の位相調整（例えば、位相を反転）と振幅調整したものを足し合わせて消去信号を生成する。また、消去対象周波数帯選択部により、消去対象の周波数帯を区分する。
これにより、環境音信号（雑音信号）のうちの定常的（周期的）に発生する雑音信号を効果的に消去（または低減）できる。例えば、電子機器から発生する冷却ファンや、モータ音などを効果的に消去（または低減）できる。さらに、消去する雑音帯域を区分することにより、例えば、人間が雑音として（強く）知覚する周波数帯（４ｋＨｚ付近）を中心に効果的に環境音（雑音）を除去することができる。
【００１５】
また、本発明の雑音消去方法は、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための雑音消去装置における雑音消去方法であって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録手順と、前記環境音信号収録手順により送信される環境音信号を受信する信号受信手順と、前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、超音波周波数帯のキャリア波信号をキャリア波信号源により生成する手順と、前記キャリア波信号を前記消去信号で変調した変調信号で超音波トランスデューサを駆動し、変調信号を音波に変換して出力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、超音波スピーカを使用した電子機器から出力される音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音をマイクロフォンなどの環境音信号収録部により取得し、信号受信部により環境音信号収録部（マイクロフォンなど）から送信される環境音信号を受信する。また、消去信号生成部により、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する。そして、この消去信号により、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、超音波トランスデューサにより変調信号を音波に変換して出力する。
これにより、聴取地点では本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。なお、実際には、環境音を完全に消し去ることは難しいものの、継続的な雑音などは消去（または低減）でき、再生音質を向上させるとともに、聴取者が聞く再生音量も上がることになる。また、雑音の多いシーンでの出力不足を解消する効果もあり、超音波スピーカでの特定場所再生という特徴を活かした環境音消去方法を提供できる。また、音響信号を出力せずに環境音のみの消去を行う場合には、聴取地点における雑音を軽減させることにより、リラックスできる音環境を作り出す用途にも応用できる。
【００１６】
また、本発明の雑音消去方法は、予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数の帯信号を可聴周波数帯信号バッファに保存する手順と、前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定手順と、前記信号受信手順により受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、前記消去信号生成手順により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理手順とを含むことを特徴とする。
このような手順により、可聴周波数帯信号バッファにより、予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源が出力する可聴周波数帯信号（音響信号など）を保存する。また、バッファ格納時間設定部により、可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行う。そして、前記信号受信部にて受信した環境音信号から、可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号（音響信号など）の成分を除去し、マイクロフォンの位置における純粋な環境音信号（部雑音信号成分）を取得し、この雑音信号を基に、この雑音信号を消去するために消去信号を生成する。そして、この消去信号と、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成して、超音波トランスデューサから出力する。
これにより、聴取地点では雑音信号のみを消去（または低減）し、本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。
【００１７】
また、本発明の雑音消去方法は、前記消去信号生成手順には、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理手順と、消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択手順と、雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・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、ＦＦＴ処理部により、純粋な環境音信号（雑音信号）に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解した後に、位相・振幅調整部により、雑音信号の各成分の位相調整（例えば、位相を反転）と振幅調整したものを足し合わせて消去信号を生成する。また、消去対象周波数帯選択部により、消去対象の周波数帯を区分する。
これにより、環境音信号（雑音信号）のうちの定常的（周期的）に発生する雑音信号を効果的に消去（または低減）できる。例えば、電子機器から発生する冷却ファンや、モータ音などを効果的に消去（または低減）できる。さらに、消去する雑音帯域を区分することにより、例えば、人間が雑音として（強く）知覚する周波数帯（４ｋＨｚ付近）を中心に効果的に環境音（雑音）を除去することができる。
【００１８】
また、本発明の雑音消去方法は、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムにおける雑音消去方法であって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録手順と、前記環境音信号収録手順から送信される環境音信号を受信するための信号受信手順と、前記環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、可聴周波数帯の信号を可聴周波数帯信号発振源により生成する手順と、超音波周波数帯のキャリア波信号をキャリア波信号源により生成する手順と、前記消去信号生成手順により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理手順と、前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により超音波トランスデューサを駆動し、変調信号を音波に変換して出力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、超音波スピーカを使用した電子機器から出力される音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音をマイクロフォンなどの環境音信号収録部により取得し、信号受信部により環境音信号収録部（マイクロフォンなど）から送信される環境音信号を受信する。また、消去信号生成部により、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号成分を消去するための消去信号を生成する。そして、この消去信号と、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成して、超音波トランスデューサから出力する。
これにより、聴取地点では本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。なお、実際には、環境音を完全に消し去ることは難しいものの、継続的な雑音などは消去（または低減）でき、再生音質を向上させるとともに、聴取者が聞く再生音量も上がることになる。また、雑音の多いシーンでの出力不足を解消する効果もあり、超音波スピーカでの特定場所再生という特徴を活かした環境音消去方法を提供できる。また、音響信号を出力せずに環境音のみの消去を行う場合には、聴取地点における雑音を軽減させることにより、リラックスできる音環境を作り出す用途にも応用できる。
【００１９】
また、本発明の雑音消去方法は、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器に使用され、前記音響信号を聴取する地点における雑音を消去するための音響再生システムにおける雑音消去方法であって、音響信号の聴取地点における環境音をマイクロフォン等により収録し、収録した環境音信号を送信する環境音信号収録手順と、前記環境音信号収録手順から送信される環境音信号を受信する信号受信手順と、可聴周波数帯の信号を可聴周波数帯信号発振源により生成する手順と、超音波周波数帯のキャリア波信号をキャリア波信号源により生成する手順と、予め設定された時間分だけ、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号を可聴周波数帯信号バッファに保存する手順と、前記可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行うバッファ格納時間設定手順と、前記信号受信手順により受信した環境音信号から、前記可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号の成分を除去し、マイクロフォンの位置における雑音信号を取得し、該雑音信号を消去するための消去信号を生成する消去信号生成手順と、前記消去信号生成手順により生成された消去信号と、前記可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成する信号合成処理手順と、前記キャリア波信号を前記合成音響信号で変調した変調信号により超音波トランスデューサを駆動し、変調信号を音波に変換して出力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、超音波スピーカを使用した電子機器から出力される音響信号の再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音をマイクロフォンなどの環境音信号収録部により取得し、信号受信部により環境音信号収録部（マイクロフォンなど）から送信される環境音信号を受信する。また、可聴周波数帯信号バッファにより、予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源が出力する可聴周波数帯信号（音響信号など）を保存しておく。また、バッファ格納時間設定部により、可聴周波数帯信号バッファに格納する信号保存時間の設定を行う。そして、前記信号受信部にて受信した環境音信号から、可聴周波数帯信号バッファに保存した可聴周波数帯信号（音響信号など）の成分を除去し、マイクロフォンの位置における純粋な環境音信号（部雑音信号成分）を取得し、この雑音信号を基に、この雑音信号を消去するために消去信号を生成する。そして、この消去信号と、可聴周波数帯信号発振源から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、合成音響信号を生成して、超音波トランスデューサから出力する。
これにより、聴取地点では雑音信号のみを消去（または低減）し、本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。
【００２０】
また、本発明の雑音消去方法は、前記消去信号生成手順には、環境音信号から雑音信号を抽出し、該雑音信号に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解するＦＦＴ処理手順と、消去対象の周波数帯を区分すると共に、消去する雑音信号の周波数帯を制限する消去対象周波数帯選択手順と、雑音信号の位相調整と振幅調整とを行い消去信号を生成するための位相・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、ＦＦＴ処理部により、純粋な環境音信号（雑音信号）に対してＦＦＴ処理を行い、周波数成分ごとに分解した後に、位相・振幅調整部により、雑音信号の各成分の位相調整（例えば、位相を反転）と振幅調整したものを足し合わせて消去信号を生成する。また、消去対象周波数帯選択部により、消去対象の周波数帯を区分する。
これにより、環境音信号（雑音信号）のうちの定常的（周期的）に発生する雑音信号を効果的に消去（または低減）できる。例えば、電子機器から発生する冷却ファンや、モータ音などを効果的に消去（または低減）できる。さらに、消去する雑音帯域を区分することにより、例えば、人間が雑音として（強く）知覚する周波数帯（４ｋＨｚ付近）を中心に効果的に環境音（雑音）を除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
【００２２】
本発明の雑音消去装置、音響再生システム、および雑音消去方法における特徴は、超音波スピーカを使用して音響信号を出力する電子機器において、その音質を向上するために、再生範囲の特定地点（聴取地点）の環境音を取得し、その環境音を消去するための信号を再生音響に加算する点にあり、この処理によって、聴取地点では本来の音響信号のみを聞くことが可能となる。これにより、実際には、環境音を完全に消し去ることは難しいものの、継続的な雑音などは消去でき、再生音質を向上させるとともに、聴取者が聞く再生音量も上がることになる。このように、本発明は、雑音の多いシーンでの超音波スピーカの出力不足を解消するものであり、超音波スピーカによる特定場所再生という特徴を活かした環境音（雑音）の消去方法である。
【００２３】
また、本発明においては、音響信号の聴取地点における環境音は、その地点に設けられたマイクロフォン等により取得されるものとする。マイクロフォンとしては、例えば、クリップ型の簡易マイクなどが考えられ、取得した環境音は無線通信により超音波スピーカ側に送出されるようにする。
【００２４】
図２は、本発明の雑音消去装置の機器構成例を示す図であり、図２に示すように、超音波スピーカ（超音波トランスデューサ）１５を搭載した電子機器（例えば、プロジェクタや携帯電話など）を使用する際、聴取者の胸元に取り付けたクリップ型のマイクロフォン３０ａにより環境音（雑音）を取得して、聴取者の周囲の環境音（雑音）の消音（または低減）を実現する。
【００２５】
また、電子機器が音響信号（音声信号など）を出力せずに環境音のみの消去を行う場合には、聴取地点における雑音を軽減させることにより、リラックスできる音環境を作り出す用途にも応用可能となる。
【００２６】
図１は、本発明の雑音消去装置（音響再生システム）の構成例を示すブロック図であり、本発明の雑音消去装置１は、超音波スピーカ（超音波トランスデューサ）により音響信号を出力する電子機器に使用され、本発明の雑音消去装置１は、雑音消去部（スピーカ側）１０とマイクロフォン部（環境音信号収録部）３０とで構成される。
【００２７】
雑音消去部（スピーカ側）１０において、キャリア波発振源１１は、超音波周波数帯のキャリア波信号（例えば、４０ｋＨｚのサイン（Sin）波など）を生成する。可聴周波数帯信号発振源１２は、可聴周波数帯信号（例えば、音声信号など）を生成する。変調部１３は、キャリア波発振源１１から出力されるキャリア波信号を、信号合成処理部２０から受け取った合成音響信号で変調し、変調信号を生成する。パワーアンプ１４は、変調部１３から受け取った変調信号を増幅する。
【００２８】
超音波トランスデューサ１５は、パワーアンプ１４により増幅された合成音響信号による変調信号を有限振幅レベルの音波（超音波）に変換して媒質中（空気中）に放射する。
【００２９】
可聴周波数帯信号バッファ１６は、バッファ格納時間設定部１７により予め設定された時間分だけ、可聴周波数帯信号発振源１２から出力される可聴周波数帯信号（例えば、音声信号）を保存する。この可聴周波数帯信号バッファ１６に保存された可聴周波数帯信号は、消去信号生成部１９にて信号分離処理用に使用される。
【００３０】
バッファ格納時間設定部１７は、可聴周波数帯信号バッファ１６に格納しておく信号時間の設定を行う。その際は音波伝播に必要な時間として、超音波トランスデューサ１５とマイクロフォン部３０との距離を自動取得して設定することができる。例えば、可聴周波数帯信号発振源１２から音声信号が出力された後、該音声信号がマイク集音部３１で集音され送信されるまでの時間を計測して算出することができる。また、ツマミ１７a等と連動する可変抵抗器など使用して、ユーザーが調節する構成としてもよい。
【００３１】
信号合成処理部２０は、消去信号生成部１９から出力される消去信号と、可聴周波数帯信号発振源１２から出力される可聴周波数帯の信号とを合成し、この生成した合成音響信号を変調部１３に渡す。
【００３２】
信号受信部１８は、マイクロフォン部３０からの環境音信号を受信し、該環境音信号を消去信号生成部１９へ渡す。
【００３３】
図３は、消去信号生成部１９の構成例を示す図であり、消去信号生成部１９内の環境音信号抽出部１９ａは、信号受信部１８にて受信した環境音信号から、可聴周波数帯信号バッファ１６に保存した可聴周波数帯信号の成分（スケール考慮）を除去し、マイクロフォン部３０の位置における純粋な環境音（雑音信号）を得る。
【００３４】
また、ＦＦＴ処理部１９ｂは、環境音信号抽出部１９ａにより抽出された純粋な環境音（雑音信号）の周波数分析により周期的な信号成分を抽出する。消去対象周波数帯選択部１９ｃは、消去対象の周波数帯を区分すると共に、位相反転させる信号の周波数帯を制限する機能を有している。例えば、人間が雑音として（強く）知覚する周波数帯（４ｋＨｚ付近）を中心に帯域を制限する。位相調整部１９ｄは、消去対象の周波数帯の環境音信号（雑音信号）の位相調整（例えば、１８０度の位相反転など）を行う。また、振幅調整部１９ｅは、位相調整した信号の振幅調整を行い、消去用の信号を生成する。
【００３５】
図１に戻り、マイクロフォン部（環境音信号収録部）３０は、マイク集音部３１と信号送出部３２から構成され、マイク集音部３１は、音響信号の聴取地点における環境音の収録、環境音信号化を行う。信号送出部３２は、環境音信号を雑音消去部（スピーカ側）１０の信号受信部１８に送信する。なお、この信号送出部３２から雑音消去部１０への環境音信号の送出は、無線通信により送信する例を示しているが、この無線通信方式としては、無線ＬＡＮ、ブルートゥース（bluetooth）、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）などが使用できる他、赤外線通信も利用できる。また、有線通信方式を使用してもよい。
【００３６】
以上、本発明による雑音消去装置の構成例について説明したが、本発明の雑音消去装置が適用される電子機器としては、超音波スピーカ（超音波トランスデューサ）を使用できる電子機器であれば何でもよく、例えば、プロジェクタ、携帯端末（携帯電話）、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等に適用できる。また、車内やジェット機内における環境音消去にも利用できる。
【００３７】
図４は、超音波スピーカ（超音波トランスデューサ）における環境音消去処理の流れを示す図であり、超音波スピーカ側における基本的な処理手順をフローチャートで示した図である。
図４を参照して、最初に、可聴周波数帯信号発振源１２により、可聴周波数帯の信号生成（音響信号生成）を行う（ステップＳ１）。また、キャリア波発振源１１により、超音波周波数帯のキャリア波信号を生成する（ステップＳ２）。例えば、４０ｋＨｚのサイン（Sin）波を生成する。
【００３８】
次に、変調部１３により、超音波周波数のキャリア波信号を可聴周波数帯信号にてＡＭ変調し（ステップＳ３）、パワーアンプ１４により、変調信号を増幅する（ステップＳ４）。そして、超音波トランスデューサ１５により、変調信号を音波（超音波）に変換して空気中に放出する（ステップＳ５）。放出された音波（超音波）の空気伝播中にパラメトリック効果が起こり、可聴周波数音波が自己復調される（ステップＳ６）。
【００３９】
次に本発明の特徴である聴取ポイント（聴取地点）における環境音消去を実現するために必要なマイクロフォン部３０における環境音の集音と、それに伴う環境音の消去処理手順について示す。なお、図２に示すように、マイクロフォン３０（図１）に相当するものとしては、聴取位置にいる人の胸ポケットに取り付けられたクリップ型のマイク３０ａを用いることができる。なお、このクリップ型のマイク３０ａは無線通信可能なものである。
【００４０】
図５は、マイクロフォン部における環境音の集音と、それに伴う環境音消去の処理手順について説明するための図であり、以下、図５を参照して、その処理手順について説明する。
最初に、マイクロフォン部３０（例えば、クリップ型のマイクロフォン３０ａなど）のマイク集音部３１にて、音響信号の聴取地点における環境音を収録し、環境音信号を生成する（ステップＳ１１）。また、マイクの信号送出部３２により、環境音信号を雑音消去部（超音波スピーカ側）１０に無線送信する（ステップＳ１２）。
【００４１】
次に、雑音消去部（超音波スピーカ側）１０の信号受信部１８において、マイクロフォン部３０からの環境音信号を受信する（ステップＳ１３）。また、消去信号生成部１９により、環境音信号から可聴周波数帯信号（可聴周波数帯信号発振源１２から出力された信号）を除去し、最終的な消去信号を生成する（ステップＳ１４）。
【００４２】
また、マイク集音部３１を通して得られた環境音に含まれる音響信号は、空気中の伝播に伴う時間及び各処理部での処理時間を考慮して扱う必要がある。そのために、前述したように、可聴周波数帯信号バッファ１６が設けられ、バッファ格納時間設定部１７において指定された時間分だけ音響信号（可聴周波数帯信号発振源１２から出力される可聴周波数帯信号）が格納されているので、時間を遡った音響信号参照が行える。なお、バッファ格納時間設定部１７により設定される時間は、自動的に設定してもよいし、聴取者が自由に変更できる様にツマミ等のインタフェースにより設定できるようにしてもよい。例えば、このツマミにより、設定時間を調整しながら、雑音を一番効率良く除去できるようにする。
【００４３】
次に、可聴周波数帯信号バッファ１６に保存された音響信号（可聴周波数帯の信号）を用いて、環境音信号から音響信号を除去し、聴取地点（聴取位置）における純粋な環境音信号（雑音信号）を得る。そして、位相調整部１９ｄと振幅調整部１９ｅ（図３参照）により、雑音信号の位相調整（例えば、１８０度位相反転など）と振幅調整を行い、消去用の信号を生成する。
【００４４】
なお、この場合、ＦＦＴ処理部１９ｂ（図３参照）により、純粋な環境音信号に対しＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理を行い、周波数成分ごとに分解した後に、各成分の位相を反転させたものを足し合わせて消去信号を生成する。例えば、位相調整部１９ｄ（図３参照）には、その回路特性が各周波数成分を位相反転させるものを使用する。また、消去対象周波数帯選択部１９ｃ（図３参照）により、消去対象の周波数帯を区分すると共に、位相反転させる信号の周波数帯を制限する機能を付加してもよい。
【００４５】
次に、信号合成処理部２０において、消去信号と、可聴周波数帯信号とを合成し、合成音響信号を生成する（ステップＳ１５）。また、変調部１３により、超音波周波数信号を合成音響信号にてＡＭ変調する（ステップＳ１６）。
【００４６】
以降、ステップＳ１〜ステップＳ６（図４）、およびステップＳ１１〜ステップＳ１６（図５）の処理を繰り返す形となるが、消去信号生成部１９における消去信号の取得処理は常に行う必要はなく、時間間隔を空けて処理されるものとしてもよい。その場合は、生成した消去信号をバッファ処理する仕組みを設けることになる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の雑音消去装置（音響再生システム）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。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明においては、超音波スピーカを用いて音響信号を出力する電子機器において、音響信号の聴取位置における雑音除去を行うことができる効果を奏するので、本発明は、雑音消去装置、音響再生システム、および雑音消去方法などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の雑音消去装置の構成例を示す図。
【図２】機器構成例を示す図。
【図３】消去信号生成部の構成例を示す図。
【図４】超音波スピーカにおける環境音消去処理の流れを示す図。
【図５】環境音の集音と環境音消去の処理手順について説明するための図。
【符号の説明】
【００５０】
１…雑音消去装置、１０…雑音消去部、１１…キャリア波発振源、１２…可聴周波数帯信号発振源、１３…変調部、１４…パワーアンプ、１５…超音波スピーカ（超音波トランスデューサ）、１６…可聴周波数帯信号バッファ、１７…バッファ格納時間設定部、  １７ａ…ツマミ、１８…信号受信部、１９…消去信号生成部、１９ａ…環境音信号抽出部、１９ｂ…ＦＦＴ処理部１９ｃ…消去対象周波数帯選択部、１９ｄ…位相調整部、１９ｅ…振幅調整部、２０…信号合成処理部、  ３０…マイクロフォン部、３０ａ…マイクロフォン、３１…マイク集音部、３２…信号送出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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