(57)【要約】【課題】  超音波スピーカの駆動用に、上記のアナログ変調方式に特有の問題点を解決して、動作が安定で使い易い変調方式を提案する。【解決手段】  上記の課題は、Ａ／Ｄ変換２、乗算４３、Ｄ／Ａ変換５及びクロック信号生成３の全ての機能をディジタル化してなるＡＭ変調方式であって、搬送波発振器に代えて、搬送波の１周期に亘る各サンプリング点と搬送波振幅値の対比テーブル４４を用いるディジタル化ＡＭ変調方式１０により解決することができる。また、目標の搬送周波数を精密に実現するために、クロック信号の生成は、例えばＶＣＯ（電圧制御発振器）を含むＰＬＬ回路によることが考えられる。【選択図】    図１
2005142999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ／Ｄ変換、乗算、Ｄ／Ａ変換及びクロック信号生成の全ての機能をディジタル化してなるＡＭ変調方式であって、搬送波発振器に代えて、搬送波の１周期に亘る各サンプリング点と搬送波振幅値の対比テーブルを用いることを特徴とするＡＭ変調方式。
【請求項２】
前記対比テーブルに代えて、正弦波関数演算を用いることを特徴とする請求項１記載のＡＭ変調方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波スピーカ駆動用のディジタル化されたＡＭ変調方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、超音波は人間の耳には聞こえない。しかし、超音波を音声信号でＡＭ変調し、超音波スピーカからある値以上の音圧レベルで空気中へ放射すると、空気の非線形性による自己復調現象が起こって元の音声信号が聞こえる。この原理により、超音波の鋭い指向性を利用して狙った対象だけに音声を伝達し、対象外に拡散させない指向性アナウンスが可能になる（非特許文献１参照）。
【０００３】
最近、超音波スピーカからの無変調時の超音波放射を無くして消費電力を節減し、超音波暴露を低減する目的で、音声信号をデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）で処理して包絡線関数を得、この包絡線関数で搬送波を変調する方式が提案されている（非特許文献２参照）。包絡線関数による搬送波のＡＭ変調にはアナログ変調が用いられている。
【０００４】
【非特許文献１】「非線形音響学とその応用」鎌倉  友男  著（http://ew3.ee.uec.ac.jp/subject/nonlinear_1.pdf）
【非特許文献２】「ＤＳＰを用いたパラメトリックスピーカ駆動用包絡変調器の試作」栗本睦仁ほか著、電子情報通信学会技術研究報告  EA2002-30(2002-6)
【０００５】
音声信号による搬送波のＡＭ変調に関しては、音声信号と発振器から出力される搬送波信号とをアナログ乗算器へ入力して乗算するアナログ変調方式が一般的である。搬送波発振器としてはウィーン・ブリッジ式の正弦波発振回路が、アナログ乗算器としては乗算専用ＩＣが用いられることが多い。
【０００６】
しかし、アナログの正弦波発振回路は、歪み、スプリアス輻射等に注意しなければならないことに加えて、安定に動作させることが難しい点が従来から指摘されている。例えば電源投入後（又は調整後）しばらくして温度が上がると周波数がずれる、経年的に特性が変わって再調整が必要となる、さらに調整そのものが面倒といった点が指摘されている。
【０００７】
また、アナログの乗算回路に関しては、変調波のゼロ・ボルト点の合わせ込みと同時に変調波と搬送波のレベル合わせが必要で、しかもこれらのパラメータも温度の影響を受けてドリフトを生じ易いという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、超音波スピーカの駆動用に、上記のアナログ変調方式に特有の問題点を解決して、動作が安定で使い易いＡＭ変調方式を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、Ａ／Ｄ変換、乗算、Ｄ／Ａ変換及びクロック信号生成の全ての機能をディジタル化してなるＡＭ変調方式であって、搬送波発振器に代えて、搬送波の１周期に亘る各サンプリング点と搬送波振幅値の対比テーブルを用いることを特徴とするディジタル化ＡＭ変調方式により達成することができる。この課題解決手段は請求項１に対応する。
【００１０】
ＡＭ変調のためにＡ／Ｄ変換器で音声信号をサンプリングする際は、サンプリング（＝クロック）周波数を搬送波周波数の少なくとも２倍にとる必要がある（テーラーの法則）。サンプリング周波数を搬送波周波数の整数倍にとる場合は、各サンプリング点における搬送波の位相と振幅は既知である。したがって、搬送波の１周期に亘る各サンプリング点と搬送波振幅値を対比するテーブル（以下、「キャリヤデータテーブル」という）を用意すれば、物理的な搬送波発振器を持つ必要がない。ただし目標の搬送波周波数を精密に実現するために、クロック周波数は微調整可能にする必要がある。
【００１１】
上記の、微調整可能なクロック信号の生成は、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）を含む位相同期ループ（ＰＬＬ）による方式が考えられる。最初に設定（調整）されたパラメータ設定値を不揮発性メモリに保存しておき、電源投入時に自動的に再設定されるように構成することができる。この場合、クロック信号は方形波でよいので、正弦波発振器に特有の歪み、スプリアスなどの問題は考えなくて良い。
【００１２】
以上の方式によるＡＭ変調は、Ａ／Ｄ変換後の音声信号のサンプリング値と、上記キャリヤデータテーブルから読み出される搬送波振幅値とを演算回路で乗算することで行われる。演算回路は例えばディジタル信号処理器（ＤＳＰ）を利用して構成することができる。演算回路からの出力信号はＤ／Ａ変換回路でアナログ信号に変換後、パワーアンプを経て超音波スピーカへ供給される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明により、安定性が乏しく、微妙な調整を必要とする搬送波発振器及びアナログ乗算回路をＡＭ変調回路から除外することができるので、取り扱いが簡便化されると共に回路構成が簡単になり、小型化・軽量化が可能になる。
【００１４】
さらに、クロック周波数を微調整して搬送波周波数を精密に合わせ込んだ後は、ディジタル回路の安定性が発揮されるので再調整の必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を、以下の実施例１により説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本実施例としてのディジタル化ＡＭ変調回路を含む包絡変調器（非特許文献２）のブロック図である。非特許文献２の包絡変調器では包絡線関数による搬送波のＡＭ変調をアナログ変調で行っているが、本実施例は、非特許文献２におけるアナログ変調器の部分を本発明のキャリヤデータテーブルを用いるディジタル化ＡＭ変調方式に置き換えるものである。
【００１７】
図１において参照符号１０は包絡変調器、１はオーディオ帯域のローパスフィルタ、２はＡ／Ｄ変換器、３はサンプリング（クロック）信号生成器、４はディジタル信号処理部（ＤＳＰ）、５はＤ／Ａ変換器、６は超音波キャリヤ帯域のローパスフィルタ、７はパラメータ格納用不揮発メモリ、８はパラメータ入出力部、４１は包絡処理部、４２はｎ乗圧縮部、４３はＡＭ変調用乗算部、４４はキャリヤデータテーブル、４５はサンプリング周波数設定部を表す。
【００１８】
包絡処理部４１は、Ａ／Ｄ変換器２でサンプリングされたオーディオ信号を取り込んでオーディオ信号の包絡を取り出し、その包絡信号とオーディオ信号を加算する。次いで聴感改善のためｎ乗圧縮部４２（ｎ＜１の範囲で最適調整）で前記加算された信号を圧縮し、包絡線関数が生成される。
【００１９】
次に、キャリヤデータテーブル４４から読み出した搬送波振幅値と包絡線関数値とを乗算部４３で乗算することで、包絡線関数で変調された搬送波信号（被変調波）が生成される。被変調波は次いでＤ／Ａ変換器６でアナログ信号に変換後、ローパスフィルタ７を通して出力される。
【００２０】
パラメータ入出力部８へキャリヤ周波数、キャリヤ位相、変調度、ｎ乗圧縮値の各設定値が入力され、これらは不揮発メモリ７により記憶される。また、キャリヤ周波数と変調度はパラメータ入出力部８を介して表示装置へ出力される。
【００２１】
図２は包絡変調器１０に含まれるサンプリング信号生成器３（ＰＬＬ回路）の構成を示すブロック図である。参照符号３１は基準周波数生成用水晶発振器、３２は位相比較器、３３は差分位相に対するローパスフィルタ、３４はＶＣＯ、３５は乗数設定器を表す。
【００２２】
キャリヤ周波数を40kHzとすれば、サンプリング信号の周波数は、少なくともその２倍の80kHzでなければならない。乗数をＮ、基準周波数をＦstd、ＶＣＯ３４の出力周波数をＦoutと記し、Ｆstd＝２０Hz、Ｎ＝４０００とすると、Ｆout＝80,000Hz（＝80kHz）である。Ｎを１だけ増やすとＦout＝80,020Hzになるから、乗数設定器３５によりＮを調整すれば、20Hz単位で出力周波数を変化させることができる。
【００２３】
この場合、基準周波数生成用水晶発振器３１の周波数は20Hzにする。位相比較器３２はＦstdと乗数設定器３５を介してフィードバックされる帰還周波数とを比較して差分位相信号を生成する。差分位相信号はそのデューティー比で差分位相を表すパルス信号である。差分位相信号をローパスフィルタ３３を通して積分して差分電圧に変換し、これをＶＣＯ３５の制御電圧にする。
【００２４】
なお、上記実施例１におけるキャリヤデータテーブル４４に代えて、ＤＳＰ中に正弦波関数演算部を形成し、これにより搬送波振幅値を得る方法も考えられる。図１のキャリヤデータテーブル４４のボックスに「又は搬送波振幅値演算」と表示されているのはこの意味である。この方法は請求項２に対応する。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は超音波スピーカ駆動用のディジタル化されたＡＭ変調方式に関するものであるから、超音波スピーカ等の製造、使用等に関係する各種製造産業やサービス産業において利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施例としてのディジタル化ＡＭ変調回路を含む包絡変調器のブロック図である。
【図２】上記包絡変調器に含まれるサンプリング信号発振器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  オーディオ帯域のローパスフィルタ
２  Ａ／Ｄ変換器
３  クロック信号発振器
４  ディジタル信号処理部（ＤＳＰ
５  Ｄ／Ａ変換器
６  超音波キャリヤ帯域のローパスフィルタ
７  パラメータ格納用不揮発メモリ
８  パラメータ入出力部
１０  包絡変調器
３１  基準周波数生成用水晶発振器
３２  位相比較器
３３  差分位相に対するローパスフィルタ
３４  ＶＣＯ
３５  乗数設定器
４１  包絡処理部
４２  ｎ乗圧縮部
４３  ＡＭ変調用乗算部
４４  キャリヤデータテーブル又は搬送波振幅値演算部
４５  サンプリング周波数設定部
【図１】
2005142999.tif 000003
【図２】
2005142999.tif 000004