(57)【要約】【課題】発振装置がパラメトリックスピーカとして機能する際に、可聴音を低歪で復調させる。【解決手段】この発振装置は、周波数フィルタ１１０、変調信号生成部１２０、及び発振部２００を備えている。周波数フィルタ１１０は、音声信号から第１の周波数以下の成分を除去する。第１の周波数は、例えば５００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である。変調信号生成部１２０は、周波数フィルタ１１０から出力された音声信号を超音波帯域の信号に変調してパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する発振部２００は、変調信号に基づいて変調波を発振する。【選択図】図１
2013126138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号から第１の周波数以下の成分を除去する周波数フィルタ手段と、
前記周波数フィルタ手段から出力された前記音声信号を変調してパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号に基づいて変調波を発振する発振手段と、
を備える発振装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発振装置において、
前記第１の周波数は、５００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である発振装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発振装置において、
前記周波数フィルタ手段は、前記第１の周波数よりも高い第２の周波数以上の成分を除去する発振装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発振装置において、
前記第２の周波数は、８０００ｋＨｚ以上１２０００ｋＨｚ以下である発振装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記周波数フィルタ手段に入力される前記音声信号はデジタル信号であり、
前記周波数フィルタ手段より前段に設けられたアップサンプリング手段を備える発振装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発振装置において、
前記周波数フィルタ手段と前記変調信号生成手段の間に設けられたマルチバンドコンプレッサをさらに備える発振装置。
【請求項７】
第１の周波数以下の成分を除去した音声信号を変調してパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成し、
前記変調信号に基づいて発振手段に変調波を発振させる、発振方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発振方法において、
前記第１の周波数は、５００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である発振方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の発振方法において、
前記変調信号を生成する前に、前記音声信号から、前記第１の周波数よりも高い第２の周波数以上の成分を除去する発振方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の発振方法において、
前記第２の周波数は、８０００ｋＨｚ以上１２０００ｋＨｚ以下である発振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメトリックスピーカとして機能する発振装置及び発振方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカの一つにパラメトリックスピーカがある。パラメトリックスピーカは、例えば特許文献１及び２に記載されているように、音声信号を、超音波帯域の変調信号に変調し、この変調信号を大気中で可聴音に復調させるものである。また特許文献１には、音声信号のレベルを周波数ごとに調整したうえで、変調信号に変調することが記載されている。
【０００３】
なお、特許文献３には、ヘッドフォンから音声を出力する電子機器に、マルチバンドコンプレッサ機能又はシングルバンドコンプレッサ機能を持たせることが記載されている。
【０００４】
また特許文献４には、１ビット方式のアンプにおいて、高音域の信号をカットすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０４１３７号公報
【特許文献２】特表２００５−５１６５１６号公報
【特許文献３】特開２０１１−９７１５９号公報
【特許文献４】特開２００５−１５１５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、パラメトリックスピーカは、音声信号を、超音波帯域の変調信号に変調し、この変調信号を大気中で可聴音に復調させるものである。このため、音声信号の低域の振幅が大きい場合、原理的に可聴音の復調が難しくなってしまい、復調した可聴音の歪が大きくなる。
【０００７】
本発明の目的は、パラメトリックスピーカとして機能する際に、可聴音を低歪で復調させることができる発信装置及び発振方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、音声信号から第１の周波数以下の成分を除去する周波数フィルタ手段と、
前記周波数フィルタ手段から出力された前記音声信号を変調してパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号に基づいて変調波を発振する発振手段と、
を備える発振装置が提供される。
【０００９】
本発明によれば、第１の周波数以下の成分を除去した音声信号を変調してパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成し、
前記変調信号に基づいて発振手段に変調波を発振させる、発振方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発振装置がパラメトリックスピーカとして機能する際に、可聴音を低歪で復調させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】発振部の構成の一例を示す図である。
【図４】周波数フィルタのフィルタリング特性の一例を示す図である。
【図５】マルチバンドコンプレッサの設定例を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。
【図７】第４の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。
【図８】第５の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。この発振装置は、周波数フィルタ１１０、変調信号生成部１２０、及び発振部２００を備えている。周波数フィルタ１１０は、音声信号から第１の周波数以下の成分を除去する。第１の周波数は、例えば５００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である。変調信号生成部１２０は、周波数フィルタ１１０から出力された音声信号を超音波帯域の信号に変調してパラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する。ここでの変調方式は、ＡＭ（Amplitude Modulation）変調、ＤＳＢ（Double Side Band）変調、ＳＳＢ（Single Side Band）変調、又はＦＭ（Frequency Modulation）変調である。発振部２００は、変調信号に基づいて変調波を発振する。この変調波は、大気中で可聴音に復調する。
【００１４】
超音波帯域の変調波を大気中で可聴音に復調させる場合、音声信号の低域の振幅が大きい場合、原理的に、可聴音の復調が難しくなってしまい、復調した可聴音の歪が大きくなる。これに対して本実施形態では、音声信号から第１の周波数以下の成分を除去した後に、変調信号を生成している。このため、変調波が可聴音に復調する際に歪が発生することを抑制できる。
【００１５】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。この発振装置は、デコード部３００、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）１００、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換部４１０、増幅部４２０、及び発振部２００を備えている。
【００１６】
本実施形態において、発振装置に入力される信号はデジタル信号であり、所定の方式（例えばＭＰ３（MPEG（Moving Picture Experts Group） Audio Layer-3））で圧縮された音声信号である。デコード部３００は、この音声信号をデコードする。デコード部３００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。
【００１７】
ＤＳＰ１００は、デコード部３００がデコードしたデジタル方式の音声信号をデジタル信号のまま処理する。ＤＳＰ１００は、アップサンプリング部１３０、周波数フィルタ１１０、マルチバンドコンプレッサ１４０、及び変調信号生成部１２０を有している。
【００１８】
アップサンプリング部１３０は、デコード部３００から入力された音声信号をアップサンプリングする。音声信号のサンプリング周波数は、搬送波よりもある程度高い必要がある。デコード部３００から入力された音声信号は、４８ｋＨｚ以下のレートでサンプリングされている場合が多い。変調信号生成部１２０が生成する変調信号の搬送波を４０ｋＨｚ以上にする場合、音声信号のサンプリング周波数は、例えば９６ｋＨｚ以上である必要がある。アップサンプリング部１３０は、音声信号を、例えば９６ｋＨｚ又は１９２ｋＨｚにアップサンプリングする。アップサンプリング部１３０によるアップサンプリング後の音声信号の周波数は、変調信号生成部１２０が生成する変調信号の搬送波の周波数に応じて適宜選択される。
【００１９】
周波数フィルタ１１０は、第１の実施形態と同様に、音声信号から第１の周波数以下の成分を除去する。第１の周波数は、例えば５００Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下である。
【００２０】
また本実施形態において、周波数フィルタ１１０は、第１の周波数よりも高い第２の周波数以上の成分を除去する。第２の周波数は、例えば８０００ｋＨｚ以上１２０００ｋＨｚ以下である。
【００２１】
マルチバンドコンプレッサ１４０は、周波数フィルタ１１０から出力された音声信号の振幅を周波数別に増減し、音声信号の音質を調節する。例えばマルチバンドコンプレッサ１４０は、音声信号のダイナミックレンジを圧縮する。すなわちマルチバンドコンプレッサ１４０は、周波数別の出力を認識し、最大出力以外の出力の自乗平均レベルを、最大出力に近づける。これにより、空気中で復調された可聴音は、人間に聞こえる聴感上の平均レベルが向上し、かつ復調時の音の歪みが低減する。
【００２２】
変調信号生成部１２０は、マルチバンドコンプレッサ１４０により音質が調節された後の音声信号を、超音波帯域の信号に変調し、パラメトリックスピーカ用の変調信号を生成する。ここでの変調方式は、第１の実施形態と同様である。なお、変調信号生成部１２０が生成する変調信号は、デジタル信号である。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換部４１０は、変調信号生成部１２０から出力された変調信号を、アナログ信号に変換する。増幅部４２０は、Ｄ／Ａ変換部４１０から出力されたアナログ形式の変調信号を増幅して発振部２００に入力する。
【００２４】
図３は、発振部２００の構成の一例を示す図である。発振部２００は、振動部材２１０，圧電素子２２０、及び支持部材２３０を有している。
【００２５】
振動部材２１０はシート状であり、圧電素子２２０から発生した振動によって振動する。また振動部材２１０は、圧電素子２２０の基本共振周波数を調整する。振動部材２１０の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、振動部材２１０は、剛性を示す指標である縦弾性係数が１Ｇｐａ以上５００ＧＰａ以下であることが好ましい。振動部材２１０の剛性が低すぎる場合や、高すぎる場合は、機械振動子として特性や信頼性を損なう可能性が出てくる。なお、振動部材２１０を構成する材料は、金属や樹脂など、脆性材料である圧電素子２２０に対して高い弾性率を持つ材料であれば特に限定されないが、加工性やコストの観点からリン青銅やステンレスなどが好ましい。
【００２６】
圧電素子２２０は、振動部材２１０の一面に取り付けられており、例えばＰＺＴなどの圧電セラミックスにより形成されている。ただし圧電素子２２０は、他の圧電材料により形成されていても良い。圧電素子２２０の平面形状は、振動部材２１０の平面形状よりも小さい。
【００２７】
支持部材２３０は、振動部材２１０の縁を支持している。圧電素子２２０及び振動部材２１０の積層体は、圧電素子２２０が支持部材２３０の上面側を向くように配置されている。すなわち発振部２００は、支持部材２３０の上面側に音波を発振する。本実施形態では、支持部材２３０は筒状の側面部を有している。そしてこの側面部の内壁が、振動部材２１０の縁を支持している。
【００２８】
また支持部材２３０の外面には、端子２４２，２４４が設けられている。端子２４２は、配線を介して圧電素子２２０の表面電極に接続している。端子２４４は、配線を介して圧電素子２２０の裏面電極に接続している。本図に示す例では、振動部材２１０が圧電素子２２０の裏面電極を兼ねている。端子２４２，２４４は、図２に示した増幅部４２０に接続している。
【００２９】
図４は、図２に示した周波数フィルタ１１０のフィルタリング特性の一例を示している。本図に示す例において、周波数フィルタ１１０は、音声信号のうち５００Ｈｚ以下の成分をカットし、かつ１０ｋＨｚ以下の成分もカットしている。
【００３０】
図５は、図２に示したマルチバンドコンプレッサ１４０の設定例を示す。本図に示す例において、Threshold(コンプレッションの閾値)は低めに設定されている。また、Ratio（コンプレッションの割合）、及びAttack time（信号がThresholdを超えてからコンプレッションが始まるまでの時間)は、０秒とされている。これにより、信号のダイナミックレンジは大きく圧縮される。また、Release time(コンプレッション処理後、信号がThresholdを下回ってからコンプレッション処理を止める時間)は、各周波数帯域の中で最も周期が長くなる周期の４周期分程度を目安に設定されている。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、周波数フィルタ１１０は、変調される前の音声信号から、第２の周波数以上の成分を除去する。これにより、人間の聴覚上あまり聞こえずにエネルギーの無駄となる帯域をカットすることができる。
【００３２】
また、マルチバンドコンプレッサ１４０は、変調前の音声信号において、周波数別の出力を認識し、最大出力以外の出力の自乗平均レベルを、最大出力に近づけている。このため、空気中で復調された可聴音において、人間に聞こえる聴感上の平均レベルを向上させ、かつ復調時の音の歪みを低減させることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発振装置は、ＤＳＰ１００がシングルバンドコンプレッサ１５０を有している点を除いて、第２の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００３４】
シングルバンドコンプレッサ１５０は、マルチバンドコンプレッサ１４０と変調信号生成部１２０の間に設けられており、音声信号の周波数別の出力において、最大出力以外の出力の自乗平均レベルを、最大出力にさらに近づける。
【００３５】
本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、シングルバンドコンプレッサ１５０を設けることにより、空気中で復調された可聴音において、人間に聞こえる聴感上の平均レベルをさらに向上させ、かつ復調時の音の歪みをさらに低減させることができる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発振装置は、ＤＳＰ１００が音質調整部１６０を備えている点を除いて、第２の実施形態に係る発振装置と同様の構成である。
【００３７】
音質調整部１６０は、変調信号生成部１２０が生成した変調信号の音質を調節する。音質調整部１６０が有する機能は、例えば、マルチバンドコンプレッサ、シングルバンドコンプレッサ、及び周波数フィルタの少なくとも一つである。Ｄ／Ａ変換部４１０は、音質調整部１６０により処理された後の変調信号をアナログ信号に変換する。
【００３８】
本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、音質調整部１６０は、変調信号の音質を調節している。従って、復調した可聴音の音質を、さらに調節することができる。
【００３９】
（第５の実施形態）
図８は、第５の実施形態に係る発振装置の機能構成を示すブロック図である。本実施形態に係る発振装置は、以下の点を除いて第２の実施形態と同様の構成である。
【００４０】
まず、発振装置は、増幅部４２０の代わりに１ビット式増幅部４２２を有している。１ビット式増幅部４２２は、１ビット方式で音声信号を増幅する。
【００４１】
これにあわせて、発振装置は、Ｄ／Ａ変換部４１０の代わりにΔΣ変調器４４０を有している。ΔΣ変調器４４０におけるサンプリング周波数は、例えば５ＭＨｚである。また、帰還ループは３次以上であるのが好ましい。
【００４２】
また発振装置は、１ビット式増幅部４２２と発振部２００の間に、ローパスフィルタ４２４を有している。ローパスフィルタ４２４は、１ビット式増幅部４２２が出力する音声信号に含まれる１ビット信号のサンプリング周波数成分を除去するために設けられている。
【００４３】
本実施形態によっても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１００ ＤＳＰ
１１０ 周波数フィルタ
１２０ 変調信号生成部
１３０ アップサンプリング部
１４０ マルチバンドコンプレッサ
１５０ シングルバンドコンプレッサ
１６０ 音質調整部
２００ 発振部
２１０ 振動部材
２２０ 圧電素子
２３０ 支持部材
２４２ 端子
２４４ 端子
３００ デコード部
４１０ Ｄ／Ａ変換部
４２０ 増幅部
４２２ １ビット式増幅部
４２４ ローパスフィルタ
４４０ ΔΣ変調器
【図１】
2013126138.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013126138.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013126138.tif 000008
【図７】
2013126138.tif 000009
【図８】
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