(57)【要約】【課題】  容易にリアルなサラウンド音響効果を創出できる超音波スピーカを備えたサウンドシステム提供する。【解決手段】  超音波スピーカ２と電磁式スピーカ３とを有するサウンドシステムであって、超音波スピーカ２を、サウンドシステム本体における、視聴者３３位置の後方に位置する壁面３４に超音波を照射可能な位置に設け、超音波スピーカ２と電磁式スピーカ３とを音の再生状況に応じて使い分けて駆動する。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波スピーカと電磁式スピーカとを有するサウンドシステムであって、
前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設け、前記超音波スピーカと電磁式スピーカとを使い分けて駆動することを特徴とする超音波スピーカを備えたサウンドシステム。
【請求項２】
前記超音波スピーカを前記サウンドシステム本体における上部に、前記電磁式スピーカを前記サウンドシステム本体における下部に、それぞれ設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステム。
【請求項３】
入力される音声信号から視聴者の位置を基準とした音の発生位置を検出する音源方位解析手段と、
前記音源方位解析手段の出力に基づいて前記超音波スピーカまたは電磁式スピーカのうち駆動すべきスピーカを選択するスピーカ選択手段と、
前記スピーカ設定手段の出力に基づいて選択されたスピーカを駆動制御する制御手段と、
を有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を備えたサウンドシステム。
【請求項４】
入力される音声信号から音響効果を示す信号を検出する音響効果解析手段と、
前記超音波スピーカからの超音波の照射方向を変更するように超音波スピーカの放射軸の方向を変更する移動機構部を有し、
前記制御手段は、前記音源方位解析手段、前記音響効果解析手段のいずれか一方、または双方の出力に基づいて前記超音波スピーカの放射軸の方向を変更するように前記移動機構部を制御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を備えたサウンドシステム。
【請求項５】
前記超音波スピーカの音量を制御する第１の音量制御手段と、
前記電磁式スピーカの音量を制御する第２の音量制御手段と、
前記第１、第２の音量制御手段は、前記音源方位解析手段、前記音響効果解析手段のいずれか一方、または双方の出力に基づいて音の発生位置または音源の移動に応じて前記各スピーカの音量を制御することを特徴とする請求項４に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステム。
【請求項６】
入力される音声信号の周波数帯域を解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段の出力に基づいて前記超音波スピーカまたは電磁式スピーカのうち駆動すべきスピーカを選択するスピーカ選択手段と、
前記スピーカ選択手段の出力に基づいて選択されたスピーカを駆動制御する制御手段と、
を有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を備えたサウンドシステム。
【請求項７】
超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、
音の発生位置に応じて前記超音波スピーカと電磁式スピーカのいずれかを選択的に駆動するように制御することを特徴とするサウンドシステムの制御方法。
【請求項８】
超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、
音の発生位置、または発生すべき音の音響効果に応じて前記超音波スピーカの発音方向を変更するように制御することを特徴とするサウンドシステムの制御方法。
【請求項９】
超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、
音の発生位置または音源の移動に応じて前記超音波スピーカ、または電磁式スピーカの音量を制御することを特徴とするサウンドシステムの制御方法。
【請求項１０】
超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、
発生する音の周波数に応じて前記超音波スピーカと電磁式スピーカのいずれかを選択的に駆動するように制御することを特徴とするサラウンドシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波に対する媒質（空気）の非線形性を用いて可聴周波数帯の信号音を再生させるとともに、可聴周波数帯の信号音が再生される範囲を制御することができる超音波スピーカを備えたサウンドシステム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、リアルサウンドを再現できるサウンドシステムは、数種類が世に送り出されている。その１つにＤＶＤ（Digital Versatile  Disk）を音源および画像源としたサラウンドシステムがある。このＤＶＤシステムはドルビーデジタル方式で録音されているため、再生をドルビーディジタル方式にしたがって行うと、リアルなサウンドを実現することができる。
【０００３】
しかし、このシステムは画像を表示する画面の下、リスナの後ろ、重低音用、左右用と合計５個のスピーカを必要とする。よって、ドルビーディジタル方式で再生する場合、器材を調達するのにコストが高くなると共に、多くのスピーカを設置するスペースが必要になってしまい、さらに設置されるスピーカとの配線も複雑になるので面倒であった。
【０００４】
そこで、少ない数のスピーカにより、画面に表示される話者がいかにも喋っているようなリアルな効果を演出することができる音声出力装置および方法が提案されており、さらに画像を投影するプロジェクタに取り付けられた指向性の高いスピーカにより、視聴者が容易にサラウンド音響効果を体験できる音声出力装置および方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２３２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、いずれの方法も指向性の高い超音波を視聴者の正面に配置したディスプレイやスクリーンで反射させて、視聴者の正面から音が出力されているように感じさせる構成のものであり、５．１ｃｈのような臨場感を創出できるようなものではない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、容易にリアルなサラウンド音響効果を創出できる超音波スピーカを備えたサウンドシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、超音波スピーカと電磁式スピーカとを有するサウンドシステムであって、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設け、前記超音波スピーカと電磁式スピーカとを使い分けて駆動することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステムにおいて、前記超音波スピーカを前記サウンドシステム本体における上部に、前記電磁式スピーカを前記サウンドシステム本体における下部に、それぞれ設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステムにおいて、入力される音声信号から視聴者の位置を基準とした音の発生位置を検出する音源方位解析手段と、前記音源方位解析手段の出力に基づいて前記超音波スピーカまたは電磁式スピーカのうち駆動すべきスピーカを選択するスピーカ選択手段と、前記スピーカ設定手段の出力に基づいて選択されたスピーカを駆動制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項1〜３に記載の発明によれば、電磁式スピーカをフロント用スピーカとして、また、超音波スピーカをリアスピーカとして機能させるように使い分けることができるため、リアスピーカを別途、設置する必要がなく、容易にサラウンドシステムを構築することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステムにおいて、入力される音声信号から音響効果を示す信号を検出する音響効果解析手段と、前記超音波スピーカからの超音波の照射方向を変更するように超音波スピーカの放射軸の方向を変更する移動機構部を有し、前記制御手段は、前記音源方位解析手段、前記音響効果解析手段のいずれか一方、または双方の出力に基づいて前記超音波スピーカの放射軸の方向を変更するように前記移動機構部を制御することを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、超音波スピーカから放射される音波の方向を変更することができるので、リアルな音響効果を得ることができるとともに、広域な音像定位が可能となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステムにおいて、前記超音波スピーカの音量を制御する第１の音量制御手段と、  前記電磁式スピーカの音量を制御する第２の音量制御手段とを有し、前記第１、第２の音量制御手段は、前記音源方位解析手段、前記音響効果解析手段のいずれか一方、または双方の出力に基づいて音の発生位置または音源の移動に応じて前記各スピーカの音量を制御することを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、音の発生位置または音源の移動に応じて電磁式スピーカまたは超音波スピーカの一方または双方の音量を変化させることができるので、リアルな音響効果が得られる。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項２に記載の超音波スピーカを備えたサウンドシステムにおいて、入力される音声信号の周波数帯域を解析する周波数解析手段と、前記周波数解析手段の出力に基づいて前記超音波スピーカまたは電磁式スピーカのうち駆動すべきスピーカを選択するスピーカ選択手段と、前記スピーカ選択手段の出力に基づいて選択されたスピーカを駆動制御する制御手段とを有することを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、周波数帯域に応じた音を、超音波スピーカまたは電磁式スピーカから選択的に放音することができる。例えば、高周波域の音は超音波スピーカにより、低周波域の音は電磁式スピーカから放音させるようにすることができる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、音の発生位置に応じて前記超音波スピーカと電磁式スピーカのいずれかを選択的に駆動するように制御することを特徴とする。
請求項７に記載の発明によれば、電磁式スピーカをフロント用スピーカとして、また、超音波スピーカをリアスピーカとして機能させるように使い分けることができるため、リアスピーカを別途、設置する必要がなく、容易にサラウンドシステムを構築することができる。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、音の発生位置、または発生すべき音の音響効果に応じて前記超音波スピーカの発音方向を変更するように制御することを特徴とする。
請求項８に記載の発明によれば、超音波スピーカから放射される音波の方向を変更することができるので、リアルな音響効果を得ることができるとともに、広域な音像定位が可能となる。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、音の発生位置または音源の移動に応じて前記超音波スピーカ、または電磁式スピーカの音量を制御することを特徴とする。
請求項９に記載の発明によれば、音の発生位置または音源の移動に応じて電磁式スピーカまたは超音波スピーカの一方または双方の音量を変化させることができるので、リアルな音響効果が得られる。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、超音波スピーカと電磁式スピーカとを有し、前記超音波スピーカを、前記サウンドシステム本体における、視聴者位置の後方に位置する壁面に超音波を照射可能な位置に設けてなるサウンドシステムの制御方法であって、発生する音の周波数に応じて前記超音波スピーカと電磁式スピーカのいずれかを選択的に駆動するように制御することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明によれば、周波数帯域に応じた音を、超音波スピーカまたは電磁式スピーカから選択的に放音することができる。例えば、高周波域の音は超音波スピーカにより、低周波域の音は電磁式スピーカから放音させるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係るサウンドシステムの外観構成を図２に示す。本実施形態では、サウンドシステムとして、音を出力すると共に映像を画面に表示するサウンドＴＶシステムを例にとり、説明する。図２（ａ）はサウンドＴＶシステムの正面図であり、図２（ｂ）はサウンドＴＶシステムの側面図である。
【００１９】
図２において、サウンドＴＶシステム１は、超音波スピーカ２と電磁式スピーカ３より構成されている。超音波スピーカ２は非常に強い指向性を持つビーム状の音源であり、図中の点線矢印ａに示すように、比較的拡がりの小さな音波を発生させることができる。一方、電磁式スピーカ３からは通常のスピーカと同様、図中の一点鎖線ｂで示すように、広がりを持った音波が発生する。
【００２０】
超音波スピーカ２は、超音波が一定の反射体（壁、天井など）に到達する以前に、人体や椅子等の家具によって遮られる事が無いよう、サウンドＴＶシステム１の画面４の両側上方に配置する。
一方、電磁式スピーカ３は超音波スピーカ２とできる限り距離を離すように、サウンドＴＶシステム１の画面４の両側下方に配置する。
電磁式スピーカ３は固定式とするが、超音波スピーカ２には音波の照射方向を変えられるようなトランスデューサ移動機構部４を有している。このトランスデューサ移動機構部４は、ホルダー５に収納された超音波スピーカ２を可動させる機能を有している。
【００２１】
次に、図２に示したサウンドＴＶシステムの構成を図１に示す。図１では、音声の再生に関連する部分の構成のみ示しており、映像の再生に関連する構成については省略してある。
図１において、サウンドＴＶシステム１は、電磁スピーカ３Ｄと、トランスデユーサ移動機構部４と、音声信号再生部１０と、音声信号処理部１１と、キャリア波発振源１２と、変調器１３と、パワーアンプ１４、１９と、超音波トランスデューサ１５と、スピーカ設定部１６と、音量制御部１７、１８と、移動機構制御部２０とを有している。
キャリア波発振源１２、変調器１３、パワーアンプ１４及び超音波トランスデューサ１５は超音波スピーカ２を構成している。
【００２２】
音声信号再生部１０は、音声信号を再生する機能を有している。
音声信号処理部１１は、入力された音声信号から音声の発生位置、周波数、音響効果等を解析し、その解析結果及び音声信号を電磁式スピーカ３側の信号系統と、超音波スピーカ２の信号系統に振り分けて送出する機能を有する。
音声信号処理部１１は、音源方位解析部１１０と、周波数解析部１１１と、音響効果解析部１１２とを有している。
【００２３】
音源方位解析部１１０は、各音声の発生位置、すなわち、視聴者の位置を基準としてフロント、リア、サイドの各音声の発生位置を音声信号から検出する機能を有している。音源方位解析部１１０は、本発明の音源方位解析手段に相当する。
周波数解析部１１１は、入力された音声信号の周波数帯域、例えば、低周波域か、高周波域かを解析する機能を有している。周波数解析部１１１は、本発明の周波数解析手段に相当する。
音響効果解析部１１２は、入力された音声信号から音響効果を解析する機能を有している。具体的には、フェードイン、フェードアウト、ドップラー効果、大音響、静寂音等の存在についての信号検出を行う。音響効果解析部１１２は、本発明の音響効果解析手段に相当する。
【００２４】
キャリア波発振源１２は、超音波周波帯のキャリア波を生成する機能を有している。
変調器１３は、音声処理部１１から出力される可聴周波数帯の音声信号（信号波）によりキャリア波発振源１２から出力されるキャリア波を変調する。
超音波スピーカ２を構成する超音波トランスデューサ１５の具体的構成の一例を図３に示す。同図において、超音波トランスデューサ１５は、絶縁体で形成された振動膜７と振動膜７上に形成された導電膜とからなる上電極８と、上電極８の振動膜７に対向する面に凹凸が複数、形成された下電極９と、直流バイアス電源１０と信号源１１とを備えている。
【００２５】
上電極８と下電極９との間には、常時、電圧調整可能な直流バイアス電源１０により一定の直流バイアス電圧が印加されており、この電界により発生する静電力により下電極９の凸部に上電極８が吸着され、上電極８と下電極９との間に形成せれる空洞部３２を除き、密着した状態にある。
また、上電極８と下電極９との間には、直流バイアス電源３０による直流バイアス電圧に重畳された状態で信号源３１により信号電圧である交流信号（周波数は２０ｋHｚ以上の超音波周波数帯）が印加されることにより上電極８の振動膜７は交流信号により駆動され振動し、超音波が発生する。
【００２６】
また、スピーカ設定部１６は、音音声処理部１１より入力される音声信号及び、音源方位解析部１１０、周波数解析部１１１、音響効果解析部１１２の上記各解析結果を取り込み、各音声に対し、これを発生させるスピーカを選択するように設定し、かつ音量制御部１７、１８に各スピーカの音量を設定するための音量制御情報を送出するとともに、超音波トランスデューサ１５を駆動制御するための制御情報を移動機構制御部２０に送出する。
なお、スピーカ設定部１６は、本発明のスピーカ選択手段に相当する。
【００２７】
トランスデューサ移動機構部４の一例として、電磁アクチュエータ方式について説明する。超音波スピーカ２は、図２に示すように、非磁性材料から成る球状のホルダー５に収納され、ホルダー５の背面の中央部には小片の軟磁性材料が埋め込まれている。ホルダー５の背面に対抗するトランスデューサ移動機構部４には、所定の間隔で所望の位置を磁化する事が可能な磁化装置が備えられている。
したがって、超音波スピーカ２の放射面における超音波の放射方向である放射軸（放射面の法線方向）をある特定の向きに変更したい場合には、移動機構制御部２０の制御下に磁化装置によって磁化する位置を移動させることにより、ホルダー５に埋め込まれた軟磁性材料を吸引して所望の位置に誘導するようにすればよい（これはリニアモータの簡易形に相当する機構である。）。トランスデューサ移動機構部４は、本発明の移動機構部に相当する。
【００２８】
音量制御部１８、１７は、スピーカ設定部１６から出力される音量制御情報に基づいてそれぞれ、パワーアンプ１４、１９のゲインを設定し、これにより超音波スピーカ２、電磁式スピーカ３の音量を制御する。
音量制御部１８は本発明の第１の音量制御手段に、音量制御部１７は本発明の第２の音量制御手段に、それぞれ相当する。
【００２９】
上記構成からなる本発明のサウンドＴＶシステムを利用した場合における、超音波トランスデューサより構成される超音波スピーカ２と電磁式スピーカ３によって再生される音波の状態を図４に示す。ここで、超音波スピーカ２は、床面に対して平行な向きに音波を発生させる状態としている。
まず、位置を固定された電磁式スピーカ３から発せられる音波は、図中ｃに示すように、視聴者３３に対して前方からの広角な音波として到達する。
【００３０】
一方、超音波スピーカ２から発せられる音波は、図中ｄに示すような拡がりの小さなビーム状の音波であり、これが視聴者３３の背部にある壁３４に到達すると、壁３４表面の凹凸の大きさ（深さ）が超音波の波長よりも小さい場合には壁１４で反射され、図中ｅに示すように拡がりの増した音波が視聴者３３の背後から到達する。
【００３１】
以上の原理により、電磁式スピーカ３はフロントスピーカとして、一方超音波スピーカ２はリアスピーカとして稼動させる事が可能となり、リアスピーカを別途設置する事無く、容易にステレオサラウンドシステムが構築できる。
また前述したように、トランスデューサ移動機構部４によって超音波スピーカ２の音波の向きを変更可能に構成したことにより、図５に示すように広域な音像定位が可能となる。
【００３２】
図５（ａ）は左右の超音波スピーカ２の音波を、サウンドＴＶシステムに対してともに直角に発生させた場合（図４と同様）であり、個々の超音波スピーカ２の音波は、それぞれの到達位置で反射され、図中ｆのような可聴域の音波が再生される（一般的な４スピーカ音響システム、すなわち４つの全スピーカが固定されたのと同様の機能である。）。
【００３３】
図４（ｂ）は左右の超音波スピーカ２の音波を、サウンドＴＶシステムに対してともに内側へ傾けて発生させた場合であり、個々の超音波スピーカ２の音波は、同一の到達位置で反射され、図中ｇに示すような、サウンドＴＶシステムに対して正面領域に集中させた可聴域の音波が再生される。よって、再生音の音量が大きくでき、臨場感の創出に効果がある。
【００３４】
図４（ｃ）は左右の超音波スピーカ２の音波を、サウンドＴＶシステムに対してともに外側へ傾けて発生させた場合であり、個々の超音波スピーカ２の音波は、それぞれの到達位置で反射され、図中ｈのように更に外側へ拡散するような可聴域の音波が再生される。よって、サウンドＴＶシステムの映像シーンが、音源の位置が斜め後ろに存在する場合には、上記の方法によって音像定位が可能となる。
【００３５】
また、この他にも映像に対し様々なリアルな音響効果を創出できる。
例えば、ある映像シーンにおいて、音源が背後から前方で通り抜けていく場合には、まずはリアスピーカとして使用する超音波スピーカ２から音波を発生させ、徐々に音圧を大きくする事で接近する状態を演出し、通り抜ける瞬間に音源をフロントスピーカとして使用する電磁式スピーカ３に切り替え、徐々に音量を下げる事で遠ざかっていく状態を演出する事ができる。
【００３６】
また、ある映像シーンにおいて、音源が上方または側方にある場合には、超音波スピーカ２の音波の発生角度を大きく傾ける事により、後方の壁で反射された超音波がさらに天井や側壁で反射されて、可聴域の音波を再生させることもできる。
また、２個あるいは１個の超音波スピーカのトランスデューサ移動機構部４を利用することにより、音が上下あるいは左右に流れていく状態、あるいは音がまわる状態なども演出できる。
また、本発明の実施形態における超音波スピーカのトランスデューサ移動機構部においては、視聴者の後方の壁面のみならず、上下方または側方の壁面に対して超音波を直接、照射することも可能であり、さらに複雑かつ多彩な音響効果を演出する事もできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るサウンドＴＶシステムの構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係るサウンドＴＶシステムの外観構成を示す説明図。
【図３】図１に示した本発明の実施形態に係るサウンドＴＶシステムにおける超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。し
【図４】本発明の実施形態に係るサウンドＴＶシステムにおける超音波スピーカと電磁式スピーカにより再生される音波の状態を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係るサウンドＴＶシステムにおける超音波スピーカの音波の向きを変更可能にした場合における各種再生状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１…サウンドＴＶシステム、２…超音波スピーカ、３…電磁式スピーカ、４…トランスデューサ移動機構部、１０…音声信号再生部、１１…音声信号処理部、１２…キャリア波発振源、１３…変調器、１４、１９…パワーアンプ、１５…超音波トランスデューサ、１６…スピーカ設定部、１７、１８…音量制御部、２０…移動機構制御部
【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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