(57)【要約】【課題】超指向性スピーカの固有の複数の共振周波数を搬送波に使用することにより、放射される超音波から自己復調する可聴音声の音圧増大を図る。【解決手段】振幅変調器２に、周波数の異なる搬送波信号を生成する搬送波生成部１１と搬送波生成部１３、音声生成器１からの音声信号と搬送波生成部１１からの搬送波信号とを乗算して乗算信号Ｓ１を生成する乗算部１２、上記の音声信号と搬送波勢西部１３からの搬送波信号とを乗算して乗算信号Ｓ２を生成する乗算部１４、及び、乗算信号Ｓ１と乗算信号Ｓ２とを加算して超指向性スピーカ４に超音波を発生させる変調信号を生成する加算部１５を備えた。【選択図】図１
2007228402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声生成手段から入力した音声信号で超音波帯域の搬送波を変調する変調手段と、前記変調手段の生成した変調信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の増幅した変調信号に基づいて超音波を発生する超指向性スピーカとを備えた超指向性音響装置において、
前記変調手段に、
周波数の異なる複数の搬送波信号を生成する搬送波生成手段と、
前記音声生成手段からの音声信号と前記搬送波生成手段からの各搬送波信号とを各々乗算して各乗算信号を生成する乗算手段と、
前記乗算手段が生成した全ての乗算信号を加算して変調信号を生成する加算手段と、
を備えることを特徴とする超指向性音響装置。
【請求項２】
搬送波生成手段は、超指向性スピーカの固有の複数の共振周波数と同様な各周波数を各々搬送波の周波数として用いた搬送波信号を生成することを特徴とする請求項１記載の超指向性音響装置。
【請求項３】
搬送波生成手段は、各搬送波の間隔を音声信号が表す帯域の上限周波数値よりも離間して各搬送波信号を生成することを特徴とする請求項１または請求項２記載の超指向性音響装置。
【請求項４】
搬送波生成手段は、音声信号が表す帯域の上限周波数の二倍の周波数値よりも離間した各搬送波信号を生成することを特徴とする請求項３記載の超指向性音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可聴音声を狭いエリア内のみで聴こえるように放射する超指向性音響装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気中において可聴音声に復調する超音波を放射する超指向性音響装置は、音源が生成した音声信号と搬送波生成部が生成した超音波帯域に属する搬送波を示す信号とを合成し、超音波帯域の搬送波を可聴音声で振幅変調した変調信号を生成する。この変調信号を増幅器が増幅して超指向性スピーカを駆動し、超音波を発生させている。超指向性スピーカから放射された超音波は、空気中を伝搬するとき非線形特性により可聴音声に自己復調する。このようにして超音波の放射エリア内、即ち狭いエリアのみに可聴音声の放射を行っている。ここで使用されている超指向性スピーカは、複数の音圧ピークを有する、即ち複数の共振周波数を有するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１２２１２号公報（第４頁、図２，図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の超指向性音響装置は以上のように構成されているので、複数の共振周波数を有する超指向性スピーカを駆動するとき、一つの共振周波数のみを搬送波として使用しているため超音波の発生効率を高めることに限界があり、大きな音圧の可聴音声を放射することが難しいという課題があった。
【０００５】
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、超指向性スピーカの複数の共振周波数を搬送波に使用することにより放射される超音波から自己復調する可聴音声の音圧増大を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る超指向性音響装置は、変調手段に、周波数の異なる複数の搬送波信号を生成する搬送波生成手段と、音声生成手段からの音声信号と搬送波生成手段からの各搬送波信号とを各々乗算して各乗算信号を生成する乗算手段と、乗算手段が生成した全ての乗算信号を加算して変調信号を生成する加算手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、搬送波生成手段が周波数の異なる複数の搬送波信号を生成し、音声生成手段からの音声信号と搬送波生成手段からの各搬送波信号とを各々乗算してこれらを全て加算して変調信号を生成するようにしたので、この変調信号を超指向性スピーカに入力して超音波を発生させると超音波帯域の複数の搬送波から同一の可聴音声が復調し、狭いエリア内に大きな音圧の可聴音声を放射することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。可聴音声を示す音声信号を出力する音声生成器１は、変調信号を生成する振幅変調器２へ接続されている。増幅器３は、振幅変調器２から変調信号を入力し、増幅した変調信号を超指向性スピーカ４へ出力するように接続されている。
振幅変調器２は、搬送波として使用する超音波を発生する搬送波生成部１１、及び、搬送波生成部１１の出力信号と音声生成器１から入力した音声信号とを合成する乗算部１２を備えている。また、超音波帯域の搬送波を発生する搬送波生成部１３、及び、搬送波生成部１３の出力信号と音声生成器１からの音声信号とを合成する乗算部１４を備えている。さらに、乗算部１２の出力信号と乗算部１４の出力信号とを加算する加算部１５を備えている。増幅器３は、振幅変調器２から出力された変調信号を増幅するもので、超指向性スピーカ４は、圧電セラミック素子を使用しているパラメトリックスピーカである。
【０００９】
次に動作について説明する。
図２は、超指向性スピーカの音圧周波数特性を示す説明図である。この図は、超指向性スピーカ４が超音波を発生するときの音圧と周波数との関係、即ち超指向性スピーカ４の音圧周波数特性を示したグラフで、図中縦軸は出力音圧レベル［ｄＢ］を表し、横軸は超指向性スピーカ４が発生する超音波の周波数［Ｈｚ］を表している。圧電セラミック素子を超音波振動子として備えた超指向性スピーカ４は、図２に示したように音圧ピークが生じる複数の共振周波数を有する。ここでは、前述のように二つの搬送波生成部１１，１３を振幅変調器２に備え、超指向性スピーカ４の複数の共振周波数の中から図２に示した二つの周波数ｆ１,ｆ２を用いる動作を例示して説明する。なお、本発明の超指向性音響装置を構成する搬送波生成部及び乗算部の数、即ち搬送波として使用する超指向性スピーカの共振周波数は二つに限定されない。
【００１０】
図１の音声生成器１は、前述のように可聴音声を示す音声信号を生成して振幅変調器２へ出力する。振幅変調器２は、この音声信号を自ら備える乗算部１２及び乗算部１４へ入力する。
搬送波生成部１１は、例えば図２に示した周波数ｆ１の超音波を示す搬送波信号を生成する。周波数ｆ１は、前述のように超指向性スピーカ４の音圧周波数特性における共振周波数のひとつで、図２に示したように当該特性の中で最も大きな出力音圧が得られる、即ち最大の音圧ピークが生じる共振周波数である。乗算部１２は、搬送波生成部１１から搬送波信号を入力し、この搬送波信号と音声生成器１から入力した音声信号との乗算処理を行って、周波数ｆ１の超音波を可聴音声で振幅変調した、即ち周波数ｆ１の超音波を搬送波とした可聴音声を表す乗算信号Ｓ１を生成する。
【００１１】
搬送波生成部１３は、図２に示した周波数ｆ２の超音波を示す搬送波信号を生成する。周波数ｆ２は、超指向性スピーカ４の音圧周波数特性において、図２に示したように二番目に大きな出力音圧が得られる、即ち二番目に大きな音圧ピークが生じる共振周波数である。乗算部１４は、搬送波生成部１３からの搬送波信号を入力し、この搬送波信号と音声生成器１からの音声信号とを乗算処理して、周波数ｆ２の超音波を可聴音声で振幅変調した、即ち周波数ｆ２の超音波を搬送波とした可聴音声を表す乗算信号Ｓ２を生成する。
なお、上記の周波数ｆ１は周波数ｆ２よりも低い周波数である。以下の説明で使用する周波数ｆ１，ｆ２も同様な関係を有する。
【００１２】
振幅変調器２の加算部１５は、乗算部１２から出力された乗算信号Ｓ１と乗算部１４から出力された乗算信号Ｓ２とを加算処理し、同一可聴音声によって振幅変調された周波数ｆ１と周波数ｆ２の二つの搬送波を表す変調信号を生成する。即ち、加算部１５によって生成されている変調信号は、超指向性スピーカ４を用いて超音波を発生させたとき複数の超音波帯域の搬送波成分から同一の可聴音声成分が復調するように生成したものである。
【００１３】
図３は、実施の形態１による超指向性音響装置の動作を示す説明図である。この図は、超指向性スピーカ４から放射された周波数ｆ１の超音波から復調する可聴音声成分の復調波ａ１と、周波数ｆ２の超音波から復調する可聴音声成分の復調波ａ２とを示したもので、横軸方向に周波数［Ｈｚ］、縦軸方向に音圧レベル［ｄＢ］を表している。
前述のように生成された変調信号を増幅器３によって増幅して超指向性スピーカ４へ入力すると、超指向性スピーカ４は周波数ｆ１と周波数ｆ２、またこれらの周波数の側波帯からなる超音波を発生する。上記のように変調信号は振幅変調によって生成されていることから、超指向性スピーカ４の発生した超音波は、空気中を伝搬する際に可聴音声へ自己復調し、周波数ｆ１を中心としてその両側波帯に復調波ａ１が生じ、また、周波数ｆ２を中心としてその両側波帯に復調波ａ２が生じる。
【００１４】
超指向性音響装置で取り扱う可聴音声帯域の上限周波数を、即ち、音声生成器１からの音声信号が表す周波数の上限をｆａとしたとき、図３に示したように周波数ｆ１の上側波帯及び下側波帯の各々に周波数ｆａの値を有する帯域幅の復調波ａ１が生じる。同様に、周波数ｆ２の上側波帯及び下側波帯の各々に周波数ｆａの値を有する帯域幅の復調波ａ２が生じる。
なお、復調波ａ１と復調波ａ２は同一の可聴音声成分からなり、上記の搬送波などの超音波成分は人の耳には聴こえないことから、超指向性スピーカ４から放射された復調波ａ１，ａ２は一つの音声となって高い音圧で聴こえるようになる。
【００１５】
周波数ｆ１と周波数ｆ２の間隔は、超指向性スピーカ４から放射された超音波が、正確に聴取することのできる可聴音声へ自己復調するように、少なくとも可聴音声の上限周波数ｆａの値よりも離間して、即ち可聴帯域よりも広い帯域幅を確保するように設定し、搬送波生成部１１,１３に上記のような周波数ｆ１，ｆ２の搬送波を表す信号を生成させる。可聴帯域は、概ね２０〜２００００［Ｈｚ］なので上限周波数ｆａは最大でも２０［ｋＨｚ］程度になる。そこで、周波数ｆ１と周波数ｆ２の間隔、即ち、ｆ２−ｆ１の値が２０［ｋＨｚ］以上となるように各周波数ｆ２,ｆ１を設定する。また、当該超指向性音響装置で取り扱う可聴音声の帯域幅を狭くして動作する場合、即ち音声生成器１から出力される音声信号の上限周波数が上記の値よりも低くなる場合には、例えば１０［ｋＨｚ］を上限周波数とする場合には、周波数ｆａは１０［ｋＨｚ］となって周波数ｆ１と周波数ｆ２の間隔が１０［ｋＨｚ］以上となるように設定する。
【００１６】
図４は、実施の形態１による超指向性音響装置の動作を示す説明図である。この図は、搬送波の周波数ｆ１と周波数ｆ２とを、前述の周波数ｆａの２倍の値以上に離間して設定し、動作させたときに超指向性スピーカ４から放射される超音波、さらに当該超音波から復調する可聴音声成分を示したものである。横軸方向は周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸方向は音圧レベル［ｄＢ］を示している。図４に示した周波数ｆ１と周波数ｆ２は、その間隔即ちｆ２−ｆ１の値が上記の可聴音声の上限周波数ｆａを２倍にした値よりも大きくなるように設定されている。
【００１７】
このように周波数ｆ１と周波数ｆ２とを離間すると、各搬送波から自己復調する可聴音声、即ち各搬送波の両側波帯に生じる復調波ａ１と復調波ａ２が重なり合うことがなくなり、可聴音声の復調が正常に行われる。図３に示した帯域ｆｂのように、復調波ａ１と復調波ａ２が重なる部分が生じた場合でも聴取可能な音声が発生するが、不要な復調も含まれる。図４に示したように周波数ｆ１と周波数ｆ２との間を周波数ｆａの２倍よりも離間して設定することにより、各搬送波の両側波帯に生じる復調波ａ１と復調波ａ２が重なることがなくなり、最も効率よく可聴音声を放射することができる。また、周波数ｆ１と周波数ｆ２には、前述のように超指向性スピーカ４の固有の共振周波数を用いている。そのため必ず上記のような間隔をおいて搬送波の周波数を設定することが困難な場合もある。搬送波の周波数ｆ１,ｆ２は、上記のように少なくとも可聴音声の上限となる周波数ｆａよりも離間して、好ましくは周波数ｆａの２倍の値よりも離間させ、なおかつ上記の超指向性スピーカ４の共振周波数と概ね同様な、好ましくは同一の周波数ｆ１，ｆ２を設定し、このような条件を満たす周波数ｆ１の搬送波を搬送波生成部１１に生成させ、また周波数ｆ２の搬送波を搬送波生成部１３に生成させる。
【００１８】
以上のように実施の形態１によれば、搬送波生成部１１で生成した超音波帯域の周波数ｆ１を音声生成器１からの音声信号で振幅変調し、また搬送波生成部１３で生成した超音波帯域の周波数ｆ２を上記の音声信号で振幅変調し、これらの振幅変調によって生成した乗算信号Ｓ１，Ｓ２を加算部１５で加算して超指向性スピーカ４を駆動する変調信号を生成するようにしたので、当該変調信号を超指向性スピーカ４に入力して超音波を発生させると、複数の超音波帯域の搬送波から同一の可聴音声が復調し、狭いエリアに超指向性放射した可聴音声の音圧を増大させることができるという効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。図１に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。図５に示した超指向性音響装置は、図１に示した振幅変調器２に替えて、振幅変調器２ａと振幅変調器２ｂとを備え、またさらにこれらの振幅変調器２ａ，２ｂの出力信号を加算して変調信号を生成する加算器２５を備えて構成したものである。音声生成器１、増幅器３、及び、超指向性スピーカ４は、実施の形態１による超指向性音響装置と同様なものである。上記の振幅変調器２ａ，２ｂは、音声生成器１から同一の音声信号を入力するように接続されている。また、振幅変調器２ａ，２ｂから各々出力された信号は加算器２５へ入力するように接続されている。加算器２５は、出力信号が増幅器３へ入力するように接続されている。また、実施の形態１で説明したものと同様に、増幅器３の出力信号が超指向性スピーカ４へ供給されるように接続されている。
【００２０】
振幅変調器２ａは、搬送波として使用する例えば前述の周波数ｆ１の超音波を発生する搬送波生成部２１、及び、搬送波生成部２１から出力された搬送波信号と音声生成器１から入力した音声信号とを乗算処理する乗算部２２を備えている。
振幅変調器２ｂは、搬送波として使用する例えば前述の周波数ｆ２の超音波を発生する搬送波生成部２３、及び、搬送波生成部２３から出力された搬送波信号と音声生成器１から入力した音声信号とを乗算処理する乗算部２４を備えている。
また、上記の加算器２５は、振幅変調器２ａの乗算部２２から出力される乗算信号Ｔ１と振幅変調器２ｂの乗算部２４から出力される乗算信号Ｔ２とを入力し、これらの加算処理を行うもので、実施の形態１で説明した加算部１５と同様な機能を有するように構成されている。
【００２１】
次に動作について説明する。
実施の形態１で説明した超指向性音響装置と同様な動作について重複説明を省略し、実施の形態２による超指向性音響装置の特徴となっている動作を説明する。
前述のように音声生成器１が生成した音声信号は、振幅変調器２ａと振幅変調器２ｂへ入力される。振幅変調器２ａは、搬送波生成部２１が生成した周波数ｆ１の搬送波を示す搬送波信号と、音声生成器１からの音声信号とを乗算部２２へ入力して乗算処理を行う。この演算処理により周波数ｆ１の搬送波が音声信号によって振幅変調される。乗算部２２から演算結果の乗算信号Ｔ１が加算器２５へ出力される。
また、振幅変調器２ｂは、搬送波生成部２３が生成した周波数ｆ２の搬送波を示す搬送波信号と、音声生成器１からの音声信号とを乗算部２４へ入力して乗算処理を行う。この演算処理により周波数ｆ２の搬送波が音声信号によって振幅変調される。乗算部２４から演算結果の乗算信号Ｔ２が加算器２５へ出力される。
【００２２】
加算器２５は、振幅変調器２ａから出力された乗算信号Ｔ１と振幅変調器２ｂから出力された乗算信号Ｔ２とを加算し、この演算処理によって周波数ｆ１及び周波数ｆ２の各搬送波によって搬送される可聴音声を示す変調信号を生成する。この変調信号は、増幅器３へ入力されて超指向性スピーカ４を駆動できるように増幅され、当該超指向性スピーカ４から前述のような周波数の異なる複数の搬送波から自己復調した可聴音声が放射される。
なお、ここで説明した搬送波の周波数ｆ１と周波数ｆ２は、実施の形態１で説明したものと同様な間隔を有しており、また、超指向性スピーカ４固有の複数の共振周波数の中のいずれかと概ね同様な周波数で、好ましくは同一周波数である。
ここで説明した実施の形態２による超指向性音響装置は、二つの振幅変調器２ａ，２ｂを備えて周波数が異なる二つの搬送波を用いるようにしているが、音声生成器１と加算器２５との間に並列に備えられる振幅変調器の数、即ち搬送波の数は二つに限定されるものではない。
【００２３】
以上のように実施の形態２によれば、振幅変調器２ａ，２ｂと、振幅変調器２ａの出力信号と振幅変調器２ｂの出力信号とを加算する加算器２５とを備えたので、効率よく超指向性スピーカを動作させることができ、当該超指向性スピーカ４の放射した超音波から自己復調する可聴音声の音圧を大きくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１による超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。
【図２】超指向性スピーカの音圧周波数特性を示す説明図である。
【図３】実施の形態１による超指向性音響装置の動作を示す説明図である。
【図４】実施の形態１による超指向性音響装置の動作を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態２による超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  音声生成器、２，２ａ，２ｂ  振幅変調器、３  増幅器、４  超指向性スピーカ、１１，１３，２１，２３  搬送波生成部、１２，１４，２２，２４  乗算部、１５  加算部、２５  加算器。
【図１】
2007228402.tif 000003
【図２】
2007228402.tif 000004
【図３】
2007228402.tif 000005
【図４】
2007228402.tif 000006
【図５】
2007228402.tif 000007