(57)【要約】【課題】  過変調になることなく、オーディオ信号にあわせた最適なバイアスおよび変調出力を可能にする超指向性スピーカ用変調器を得る。【解決手段】  オーディオ信号のレベルに応じた直流値を出力する包絡線器１１と、与えられた係数に従ってオーディオ信号のレベルを調整する係数器１５と、包絡線器１１からの直流値に応じて、係数器１５によるレベル調整後のオーディオ信号を直流シフトする加算器１９と、加算器１９により直流シフトされたオーディオ信号と超音波帯域の搬送波とを乗算し、変調信号を出力する乗算器１８ｂと、包絡線器１１からの直流値に応じて、係数器１５の係数と、超音波帯域発振器１４から出力される搬送波のレベルとを変更する可変乗数器１３とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可聴音信号源から出力されるオーディオ信号によって、超音波帯域発振器から出力される超音波帯域の搬送波を変調して、その変調信号を超指向性スピーカに出力する超指向性スピーカ用変調器において、
前記オーディオ信号のレベルに応じた直流値を出力するレベル検出手段と、
与えられた係数に従って前記オーディオ信号のレベルを調整する係数手段と、
前記レベル検出手段からの直流値に応じて、前記係数手段によるレベル調整後の前記オーディオ信号を直流シフトする直流シフト手段と、
前記直流シフト手段により直流シフトされたオーディオ信号と前記超音波帯域の搬送波とを乗算し、変調信号を出力する乗算手段と、
前記レベル検出手段からの直流値に応じて、前記係数手段の係数と、前記超音波帯域発振器から出力される搬送波のレベルとを変更する可変乗数手段とを備えた超指向性スピーカ用変調器。
【請求項２】
レベル検出手段は、可聴音信号源からのオーディオ信号を包絡線処理して得られる包絡線レベル値を直流値として出力することを特徴とする請求項１記載の超指向性スピーカ用変調器。
【請求項３】
直流シフト手段から乗算手段へ出力される直流シフトされたオーディオ信号のレベルを制限するリミッタ手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の超指向性スピーカ用変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可聴音を指向性放射する超指向性スピーカ用の変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来の超指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、従来の超指向性スピーカ装置は、変調信号源１、係数器２、直流源３、加算器４、平方根変換器５、超音波帯域発振器６、乗算器７から構成される変調器と、パワーアンプ８、放射器９を備える。
【０００３】
変調信号源１は、音声信号ｓ（ｔ）を出力し、係数器２に供給する。係数器２は音声信号ｓ（ｔ）をｍ倍してｍ・ｓ（ｔ）を取得して、加算器４に供給する。ｍ・ｓ（ｔ）は直流源３のバイアスにより加算器４によって加算されて１＋ｍ・ｓ（ｔ）となる。続いて、平方根変換器５が加算器４の出力信号１＋ｍ・ｓ（ｔ）を平方根処理する。これにより得られた信号√１＋ｍ・ｓ（ｔ）は、超音波帯域発振器６からの超音波である搬送波と乗算器７により掛算される。この掛算処理により振幅変調が行われ、変調信号が得られる。
【０００４】
以上の係数器２から乗算器７までの処理は、変調度ｍの音声信号ｍ・ｓ（ｔ）を平方根処理し、「振幅変調」した処理となっている。乗算器７の出力は、パワーアンプ８により増幅され、超音波を発生させる複数の超音波振動素子アレーを備える放射器９に供給される。放射器９は取得した信号を指向性の音波として空気中に放射する。
【０００５】
このような構成の超指向性スピーカ用変調器では、変調信号源１から音源信号が出力されないときは、超音波帯域発振器６からの搬送波周波数信号がそのまま放射器９から出力されてしまうという問題があった。そこで、このような問題を解決するために次のような構成の変調器が考えられた。
【０００６】
図３は従来の超指向性スピーカ用変調器の別の構成を示すブロック図である。図に示すように、この変調器は、図２の変調器に加えて、包絡線器３０を備える。変調信号源１から出力されるオーディオ信号ｓ（ｔ）は包絡線器３０および係数器２に供給される。包絡線器３０はオーディオ信号ｓ（ｔ）を取得すると包絡線バイアス値ａ（０＜ａ≦１）を抽出し、出力する。係数器２は、オーディオ信号ｓ（ｔ）を取得するとｍ倍してｍ・ｓ（ｔ）の信号を出力する。包絡線器３０の出力と係数器２の出力とを加算器４が加算してａ＋ｍ・ｓ（ｔ）を得る。以降、平方根変換器５、超音波帯域発振器６、乗算器７の動作は、図２で示した動作と同様である。図３のような構成の変調器では、包絡線器３０は変調信号源１からオーディオ信号の入力がないときは包絡線バイアス値を出力しないため、図２のように変調信号源１から音源信号が出力されないときに搬送波が出力されることはない。
【０００７】
図３の回路による処理によって得られた変調信号は、パワーアンプで増幅され超音波を発生させる複数の超音波振動素子から音波となって放射される。この音波は、強力超音波である有限振幅音波として空気中を伝搬される過程で非線形相互作用を起こし、低周波成分などからなる超指向性音声に自己復調され、聴取者に対して聴取可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平４−５８７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の超指向性スピーカ用変調器は上記のように構成されており、変調方式として振幅変調を採用しているため、小レベルのオーディオ信号が入力された場合は変調率が低下する。このため、超音波振動素子から空気中へ放射し自己生成される復調音は、所望の音圧レベルを得ることができないという課題があった。
【００１０】
また、入力されたオーディオ信号が過入力時には過変調となるため、出力される音声が歪んでしまうという課題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、過変調になることなく、オーディオ信号にあわせた最適なバイアスおよび変調出力を可能にする超指向性スピーカ用変調器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る超指向性スピーカ用変調器は、オーディオ信号のレベルに応じた直流値を出力するレベル検出手段と、与えられた係数に従ってオーディオ信号のレベルを調整する係数手段と、レベル検出手段からの直流値に応じて、係数手段によるレベル調整後のオーディオ信号を直流シフトする直流シフト手段と、直流シフト手段により直流シフトされたオーディオ信号と超音波帯域の搬送波とを乗算し、変調信号を出力する乗算手段と、レベル検出手段からの直流値に応じて、係数手段の係数と、超音波帯域発振器から出力される搬送波のレベルとを変更する可変乗数手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、オーディオ信号のレベルに応じた直流値を出力するレベル検出手段と、与えられた係数に従ってオーディオ信号のレベルを調整する係数手段と、レベル検出手段からの直流値に応じて、係数手段によるレベル調整後のオーディオ信号を直流シフトする直流シフト手段と、直流シフト手段により直流シフトされたオーディオ信号と超音波帯域の搬送波とを乗算し、変調信号を出力する乗算手段と、レベル検出手段からの直流値に応じて、係数手段の係数と、超音波帯域発振器から出力される搬送波のレベルとを変更する可変乗数手段とを備えるように構成したので、オーディオ信号のレベルにあわせて変調率を低下させることなく変調信号を出力できる超指向性スピーカ用変調器を得ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による超指向性スピーカ用変調器の構成を示すブロック図である。図に示すように、超指向性スピーカ用変調器は、変調信号源（可聴音信号源）１０、包絡線器（レベル検出手段）１１、直流シフト値生成器（直流シフト手段）１２、可変乗数器（可変乗数手段）１３、超音波帯域発振器１４、係数器（係数手段）１５、リミッタ器（リミッタ手段）１６、平方根変換器１７、乗算器１８ａ，乗算器（乗算手段）１８ｂ，乗算器１８ｃ、加算器（直流シフト手段）１９を備える。
【００１５】
変調信号源１０は、オーディオ信号を出力する。包絡線器１１は変調信号源１０からオーディオ信号が出力されると、そのレベルに応じて包絡線検波を行って包絡線レベル値（直流値）を抽出する。出力される包絡線レベル値は０〜１とする。直流シフト値生成器１２は、包絡線器１１から出力される包絡線レベル値に基づいてバイアスである直流シフト値を変更する。乗算器１８ａは直流シフト値生成器１２からの出力値と、包絡線器１１からの包絡線レベル値とを掛け算処理する。直流シフト値生成器１２は、包絡線器１１から出力される包絡線レベル値０〜１を、直流シフト値生成器１２の出力値と乗算器１８ａによって掛算した出力値を任意の値に設定できるものである。例えば、１００％の振幅変調が実現できるように、乗算器１８ａの出力値を常に１にするように設定する。すなわち、振幅変調波の式は、
入力信号  ｆ（ｔ）＝Ａｓｃｏｓωｓｔ
搬送波    ｆｃ（ｔ）＝Ａｃｃｏｓ（ωｃｔ＋θｃ）としたとき、
[ｆｃ（ｔ）]ＡＭ＝Ａｃ（１＋ｍＡＭｃｏｓωｓｔ）ｃｏｓ（ωｃｔ＋θｃ）
（ただし、ｍＡＭ＝Ａｓ／Ａｃ）
である。よって、包絡線レベル値を１（Ａｃ）とすると、１００％変調が実現できる。このように、直流シフト値生成器１２は所望の変調度を得るために包絡線レベル値を調整する。
【００１６】
超音波帯域発振器１４は超音波帯域の搬送波を出力する。係数器１５は与えられた係数ｍによって変調信号源１０からのオーディオ信号のレベルを調整する。可変乗数器１３は、包絡線器１１から出力される包絡線レベル値に基づいて、超音波帯域発振器１４から出力される搬送波のレベルと係数器１５の係数とを調整する。例えば、包絡線器１１から出力される包絡線レベル値が０．５であるとき、係数器１５からの出力レベルを１、超音波帯域発振器１４からの出力レベルを０．５となるように調整する。乗算器１８ｃは、超音波帯域発振器１４からの搬送波に、可変乗数器１３からの出力値を乗算して出力する。
【００１７】
加算器１９は、直流シフト値生成器１２が生成した直流シフト値によって、係数器１５によるレベル調整後のオーディオ信号を直流シフトする。リミッタ器１６は過変調を抑える働きをする。すなわち、加算器１９から出力される直流シフトされたオーディオ信号のレベルに応じて、過入力である場合は０または搬送波レベルより小さい値に調整する。平方根変換器１７はリミッタ器１６からの出力を平方根処理する。乗算器１８ｂは、平方根変換器１７からの出力と、乗算器１８ｃからの出力とを乗算して出力する。
【００１８】
次に動作について説明する。
変調信号源１０からオーディオ信号が出力されると、包絡線器１１はオーディオ信号のレベルに応じて包絡線レベル値を抽出する。続いて、可変乗数器１３が、包絡線レベル値に応じて係数器１５の係数ｍと超音波帯域発振器１４からの搬送波の出力レベルを調整する。係数器１５は調整された係数ｍによって変調信号源１０からのオーディオ信号のレベルを調整する。レベル調整されたオーディオ信号は、包絡線器１１からの包絡線レベル値に基づいて直流シフト値生成器１２によって生成された直流シフト値分だけ、加算器１９によって直流シフトされる。直流シフトされたオーディオ信号はリミッタ器１６によって過変調を抑えた後、平方根変換器１７によって平方根処理する。可変乗数器１３によって出力レベルを調整された搬送波と、平方根変換器１７からの出力とを乗算器１８ｃからの出力とを乗算して出力する。これが変調信号として、パワーアンプ、超指向性スピーカ等に出力される。超指向性スピーカから放射される音波は、超指向性を有する。
【００１９】
以上のように、この実施の形態１によれば、包絡線器１１から出力される包絡線レベル値に基づいて、係数器１５の係数と超音波帯域発振器１４からの搬送波の出力レベルとを調整する可変乗数器１３を備えるようにしたので、オーディオ信号のレベルにあわせて変調率を低下させることなく変調信号を出力できる超指向性スピーカ用変調器を得ることができる効果が得られる。また、オーディオ信号のレベルに応じて過変調を抑えるリミッタ器１６を備えるようにしたので、過変調になるのを防ぐことができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１による超指向性スピーカ用変調器の構成を示すブロック図である。
【図２】従来の超指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】従来の超指向性スピーカ用変調器の別の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１，１０  変調信号源（可聴音信号源）、２，１５  係数器（係数手段）、３  直流源、４，１９  加算器（直流シフト手段）、５，１７  平方根変換器、６，１４  超音波帯域発振器、７，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ  乗算器（乗算手段）、８  パワーアンプ、９  放射器、１１，３０  包絡線器（レベル検出手段）、１２  直流シフト値生成器（直流シフト手段）、１３  可変乗数器（可変乗数手段）、１６  リミッタ器（リミッタ手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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