(57)【要約】【課題】  超音波スピーカを駆動するために、音声信号による超音波の振幅変調をディジタル的に行い、かつその変調波信号をＤ／Ａ変換器を介することなく直接電力増幅することができる、ディジタル化された超音波スピーカ用駆動装置を提案する。【解決手段】  Ａ／Ｄ変換した音声信号と数値的に生成した超音波搬送信号とをディジタル的に乗算して得られる振幅変調波信号の数値を、パルスのデューティー比に変換し、当該デューティー比に応じて１対のトランジスタを交互にオンオフさせる電力増幅回路により超音波スピーカを駆動する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ／Ｄ変換した音声信号と数値的に生成した超音波搬送信号とをディジタル的に乗算して得られる振幅変調波信号の数値を、パルスのデューティー比に変換し、当該デューティー比に応じて１対のトランジスタを交互にオンオフさせる電力増幅回路によりスピーカを駆動することを特徴とする、超音波スピーカの駆動方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波スピーカのディジタル化された駆動方式に関する。
【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振幅変調した変調波を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】
上記の指向性アナウンスを実現するには、音声信号により超音波を振幅変調し、変調波信号を電力増幅して超音波スピーカを駆動する必要がある。このうち、振幅変調回路に関しては、音声信号とアナログの正弦波発振器により生成される搬送波信号とを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。しかし、アナログ変調方式については、正弦波発振回路の歪み、スプリアス輻射等に注意しなければならないことや、安定に動作させることが難しい等、多くの問題が従来から指摘されている。
【０００４】
このような点に着目して、本願の出願人は、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り、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等、搬送波信号を数値的に生成することを特徴とするディジタル化された振幅変調方式について、先に特許出願を行った（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１の発明では、変調出力信号をＡ級又はＡＢ級等の電力増幅回路を有するアナログ式パワーアンプを経て超音波スピーカへ供給することを予定している。しかし、これらの電力増幅回路は電力効率が劣ることに加えて、上記のようにディジタル化された振幅変調方式を採用する場合は、Ｄ／Ａ変換器を必要とする。
【０００６】
【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）
【特許文献１】特願２００３−３７９６０８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、超音波スピーカを駆動するために、音声信号による超音波の振幅変調をディジタル的に行い、かつその変調波信号をＤ／Ａ変換器を介することなく直接電力増幅することができる、ディジタル化された超音波スピーカ用駆動装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題は、Ａ／Ｄ変換した音声信号と数値的に生成した超音波搬送信号とをディジタル的に乗算して得られる振幅変調波信号の数値を、パルスのデューティー比に変換し、当該デューティー比に応じて１対のトランジスタを交互にオンオフさせる電力増幅回路によりスピーカを駆動することで達成できる。この課題解決手段は請求項１に対応する。
【０００９】
上記課題解決手段は、特許文献１に開示した振幅変調回路と、パルスのデューティー比に応じて交互にオンオフ動作する１対のトランジスタからなる電力増幅回路との新規な組み合わせとして構成される。振幅変調回路から出力される所定ビット数の数値をカウンターでカウントすればサンプリングパルス幅内におけるデューティー比が得られるから、当該デューティー比に従って上記１対のトランジスタをプッシュプルでオンオフさせる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、振幅変調回路から出力される変調波信号をＤ／Ａ変換器を介することなく直接電力増幅することができる。
【００１１】
上記１対のトランジスタからなる電力増幅回路は、別名Ｄ級電力増幅回路とも呼ばれ、Ａ級又はＡＢ級等のアナログ式電力増幅回路に較べて電力効率が高い。
【００１２】
特許文献１に開示した振幅変調回路はディジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ)を利用すれば、少ない部品点数でコンパクトに構成できる（なお、本実施例ではＤ／Ａ変換器が省略される）。さらにダウンカウンタと２個の電力増幅用トランジスタ、及び出力平滑用パッシブフィルタを付加した超音波スピーカ用駆動装置全体の構成も、やはりコンパクトである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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】
【００１４】
図１は本実施例としての、包絡変調機能（特許文献１参照）を含むディジタル化された振幅変調回路とＤ級電力増幅回路からなる、超音波スピーカ用駆動装置のブロック図である。
【００１５】
図１において参照符号１０は振幅変調・電力増幅回路、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用ＰＬＬ回路、４はディジタル信号処理部（ＤＳＰ）、５はダウンカウンタ、６はカウンタークロック発振器、７はパラメータ格納用不揮発メモリ、８は電力増幅用トランジスタ（２個）、９は出力平滑用パッシブフィルタ（超音波キャリヤ帯域のローパスフィルタ）、１１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。
【００１６】
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。
【００１７】
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上記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（変調波信号）が生成される。変調波信号はＡ／Ｄ変換器２の構成に応じて規定される所定ビット数（例えば１６ビット）の数値列として出力され、１６ビットの場合は０〜６５５３６のいずれかの値を取る。
【００１８】
この変調波信号をダウンカウンタ５に入力し、カウンタークロック発振器６から供給されるカウンタークロックの速度でダウンカウントして帰零までの時間を計測する。当該帰零までの時間がサンプリングクロックパルス幅の中でのデューティー比を与える。１６ビットの例では３２７６８がデューティー比５０％に相当する。
【００１９】
なお、ダウンカウンタのＱ端子は帰零までは１を、帰零後は０を出力する。上線付（コンプリメンタリ）Ｑ端子はＱ端子とは逆極性の出力を与える。その結果、２個のトランジスタ８はプッシュプルで動作する。
【００２０】
トランジスタ８の出力は方形波として与えられるが、これが出力平滑用パッシブフィルタ９において積分され、振幅が上記デューティー比に比例する正弦波に変換される。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は超音波スピーカ用のディジタル化された駆動装置に関するものであるから、超音波スピーカの製造、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】
【００２２】
【図１】本実施例としての超音波スピーカ用のディジタル化された駆動装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
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  ダウンカウンタ
６  カウンタークロック発振器
７  パラメータ格納用不揮発メモリ
８  電力増幅用トランジスタ（２個）
１０  超音波スピーカ用駆動装置
１１  パラメータ入出力部
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】
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