JP2009212898A - Ultrasonic acoustic apparatus - Google Patents
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本発明は、超音波送信器を用いて音声信号等のアナログ信号を可聴音とする超音波音響装置に関し、詳しくは、超音波に音声信号等のアナログ信号を含めて送波することにより、音声等の情報を可聴音として提供する超音波音響装置に関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic acoustic apparatus that uses an ultrasonic transmitter to make an analog signal such as an audio signal audible sound, and more specifically, by transmitting an ultrasonic wave including an analog signal such as an audio signal, The present invention relates to an ultrasonic acoustic device that provides information such as audible sound.
上記装置は一般的にはパラメトリックスピーカとも呼ばれる装置であり、情報としての音声信号等を超音波が送波可能な超音波送信器を用いて空中などの媒質に送波することで情報伝達できる音響装置であり、該パラメトリックスピーカから音声信号等で変調された超音波を送波する場合の信号処理にはデジタルシグナルプロセッサー(DSP:Digital Signal Processor)により信号処理を行い、超音波帯の周波数で変調後、電力増幅器で所定の電力レベルまで増幅し、超音波送信器から送波する超音波音響装置がある。 The above apparatus is generally called a parametric speaker, and can transmit information by transmitting an audio signal or the like as information to a medium such as the air using an ultrasonic transmitter capable of transmitting ultrasonic waves. This is a device that performs signal processing using a digital signal processor (DSP) for signal processing when transmitting an ultrasonic wave modulated with an audio signal, etc., from the parametric speaker, and modulates it with the frequency of the ultrasonic band. After that, there is an ultrasonic acoustic device that amplifies to a predetermined power level with a power amplifier and transmits from an ultrasonic transmitter.
この場合、音声信号等を超音波の周波数に変調する一般的な方式は振幅変調方式である(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、この音響装置では、入力される音声信号等のアナログ信号に対してDSPと言われる半導体集積回路(LSI:Large Scale Integration)を用いて信号処理を行わねばならず、そのため装置全体の構成が複雑で高価になるという問題点がある。 However, in this acoustic apparatus, signal processing must be performed on an analog signal such as an audio signal that is input using a semiconductor integrated circuit (LSI: Large Scale Integration) called DSP, and thus the overall configuration of the apparatus is limited. There is a problem that it is complicated and expensive.
あるメーカの超音波音響装はDSPを使用し、音声入力部とDSPと振幅変調部及び前置増幅部には数百点に上る電子部品を使用し、これらの部品を実装したプリント基板のサイズは150×200[mm]とであり、物理的に大きく、電子部品のコストも高価であった、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で且つDSPを用いることなく音声情報等の各種情報を超音波送信器から送波できる超音波音響装置であり、基本機能を満足するために必要な電子部品点数は数十点、プリント基板サイズは40×40[mm]であり、小型低コストで超音波音響装置を提供できる。 A manufacturer's ultrasonic equipment uses a DSP, and the audio input unit, DSP, amplitude modulation unit, and preamplifier unit use hundreds of electronic components, and the size of the printed circuit board on which these components are mounted. Is 150 × 200 [mm], which is physically large and the cost of electronic components is expensive. The present invention has been made in view of such problems, and uses a DSP with a simple configuration. This is an ultrasonic acoustic device that can transmit various types of information such as voice information from an ultrasonic transmitter. The number of electronic components required to satisfy basic functions is several tens, and the printed circuit board size is 40 x 40 [mm]. Therefore, an ultrasonic acoustic device can be provided at a small size and at a low cost.
上記目的を達成するために、請求項1記載の超音波音響装置は超音波を送波する超音波送信器と、電源から供給された電圧から前記超音波送波器により超音波を送波するための駆動パルス電圧を生成する電力増幅部と、情報の入力を受け付けると共に入力された情報に基づく交流信号を前記電力増幅部に入力する前置増幅器と、前記駆動パルス電圧を生成する際に、該駆動パルス電圧のON/OFFを決定する周期を前期入力部から入力された前記交流信号に基づいて変化させて前記前置増幅器により生成される前記駆動パルス電圧を周波数変調する周波数変調部を備え、前記周波数変調部の搬送周波数が、前記超音波送信器の第一共振周波数の中心と異なる周波数であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, an ultrasonic acoustic apparatus according to claim 1 transmits an ultrasonic wave by an ultrasonic transmitter that transmits an ultrasonic wave, and a voltage supplied from a power source by the ultrasonic wave transmitter. When generating the drive pulse voltage, a power amplifier that generates a drive pulse voltage, a preamplifier that receives an input of information and inputs an AC signal based on the input information to the power amplifier, and A frequency modulation unit that frequency-modulates the drive pulse voltage generated by the preamplifier by changing a cycle for determining ON / OFF of the drive pulse voltage based on the AC signal input from the previous input unit; The carrier frequency of the frequency modulation unit is a frequency different from the center of the first resonance frequency of the ultrasonic transmitter.
請求項2記載の超音波音響装置は、請求項1の超音波音響装置において、前記入力された情報を前記周波数変調部で変調した占有帯域幅内に、前記超音波送信器の第一共振周波数を含むことを特徴としている。
The ultrasonic acoustic device according to claim 2 is the ultrasonic acoustic device according to claim 1, wherein the first resonance frequency of the ultrasonic transmitter is within an occupied bandwidth obtained by modulating the input information by the frequency modulation unit. It is characterized by including.
請求項3記載の超音波音響装置は、請求項1の超音波音響装置において、前記周波数変調部の搬送周波数を任意の周波数に可変する送波周波数可変部を備え、前記周波数変調部は前記超音波送信器の第一共振周波数の中心と異なる搬送周波数で変調し、前記周波数変調部により変更された任意の搬送周波数によって前記超音波送信器から出力される情報の音質に変化を加える事を特徴としている。
The ultrasonic acoustic device according to
請求項1記載の超音波音響装置によれば、例えば音声信号などの情報が入力された場合に、情報を発信するための駆動パルスを生成するためにDSPを用いることなく、超音波送信器から送波することができ、基本機能を満足するために必要な電子部品点数は数十点、プリント基板サイズは40×40[mm]であり、小型低コストで超音波音響装置を提供できる。 According to the ultrasonic acoustic apparatus of the first aspect, when information such as an audio signal is input, the ultrasonic transmitter does not use a DSP to generate a drive pulse for transmitting the information. The number of electronic components necessary for satisfying the basic functions can be several tens, and the printed circuit board size is 40 × 40 [mm]. Thus, an ultrasonic acoustic device can be provided at a small size and at low cost.
請求項2記載の超音波音響装置によれば、例えば音声信号などの情報が入力された場合に、情報の強調したい音域と、前記超音波送信器の第一共振周波数を一致させる事で任意の周波数帯のみ強調することがができる。 According to the ultrasonic acoustic apparatus of claim 2, for example, when information such as an audio signal is input, an arbitrary range can be obtained by matching a sound range to be emphasized with a first resonance frequency of the ultrasonic transmitter. Only the frequency band can be emphasized.
請求項3記載の超音波音響装置によれば、例えば音声信号などの情報が入力された場合に、情報に対し複雑な信号処理を行うことなく、可変抵抗器などの簡易な構成で且つ安価に前記超音波送信器から出力される情報の音質に変化を加えることができる。 According to the ultrasonic acoustic device of the third aspect, for example, when information such as an audio signal is input, a simple configuration such as a variable resistor can be provided at low cost without performing complicated signal processing on the information. It is possible to change the sound quality of the information output from the ultrasonic transmitter.
以下、本発明を実施するための最良の形態に係る超音波音響装置について図面に基づいて説明する。この超音波音響装置は、図1にしめすように、音声信号入力部1、周波数変調部2、前置増幅器3、電力増幅器4、超音送信器5を備えており、入力された音声信号を超音波送信器から可聴帯の音声として送波できるよう接続されている。
Hereinafter, an ultrasonic acoustic device according to the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the ultrasonic acoustic apparatus includes an audio signal input unit 1, a frequency modulation unit 2, a
従来、この種の変調及び駆動回路としては図2に示す形態で実施され、音声信号入力6、DSP7、振幅変調8、前置増幅器9、電力増幅器10、超音波送信器11で構成され、入力された音声信号を超音波送信器から可聴音の音声とし送波できるよう接続されている。
Conventionally, this type of modulation and drive circuit has been implemented in the form shown in FIG. 2, and is composed of an
図3は、周波数変調部の搬送周波数と、超音波送信器の第一共振周波数の中心となる周波数の関係を示し、ここで、超音波送信器の周波数特性12は、効率よく超音波を送波できる第一共振周波数(例えば40[KHz]13、周波数変調回路の搬送波周波数14、周波数変調における占有帯域幅15がある。
FIG. 3 shows the relationship between the carrier frequency of the frequency modulation unit and the frequency that becomes the center of the first resonance frequency of the ultrasonic transmitter. Here, the
本発明の電気的な全体構成は、図4に示す構成であり、音声信号入力部16は、周波数変調部17、で周波数変調が行われ、同時に周波数変調部は可変抵抗器により搬送周波数調整部18、を任意に調整可能である。周波数変調部で生成された変調信号出力は前置増幅部19、へ供給され、電力増幅部20、で所定の電力に増幅された後、超音波送信器21から送波することができる、この場合、周波数変調部は汎用タイマーIC(IC:Inte-grated Circuit)のほか、OPアンプ、コンパレーター、汎用ロジックICなどで構成することも可能である。
また、同様に前置増幅部、電力増幅部も同種の汎用部品で構成できることが考えられる。
The overall electrical configuration of the present invention is the configuration shown in FIG. 4. The audio signal input unit 16 is frequency-modulated by a frequency modulation unit 17, and at the same time, the frequency modulation unit is a carrier frequency adjustment unit by a variable resistor 18 can be arbitrarily adjusted. The modulated signal output generated by the frequency modulation unit is supplied to the preamplifier 19, amplified to a predetermined power by the power amplifier 20, and then transmitted from the ultrasonic transmitter 21. In this case, the frequency modulation unit can be constituted by an OP amplifier, a comparator, a general-purpose logic IC, etc. in addition to a general-purpose timer IC (IC: Inte-grated Circuit).
Similarly, it is conceivable that the preamplifier and the power amplifier can also be composed of the same general-purpose parts.
この超音波音響装置は音声入力部に信号が入力された場合、入力に基づいた音声信号16が周波数変調部17のタイマー555のControlに入力される。このように周波数変調部17に音声信号16が入力されると、周波数変調部16は、搬送周波数14を中心として占有帯域幅15の周波数シフト領域で周波数変調されたパルス信号を生成し前置増幅器19へ送り、前置増幅器19は次段の電力増幅部20が電気的に動作し、同時に超音波送信器21を駆動できる信号の生成を行い、電力増幅部20は前置増幅器19から供給された周波数変調された駆動パルスを所定の電圧まで増幅し、超音波送信器21は周波数変調され増幅された駆動パルスにより送波を行うことができる。
In this ultrasonic acoustic apparatus, when a signal is input to the audio input unit, the audio signal 16 based on the input is input to the control of the timer 555 of the frequency modulation unit 17. When the audio signal 16 is input to the frequency modulation unit 17 in this way, the frequency modulation unit 16 generates a pulse signal frequency-modulated in the frequency shift region of the occupied
1 音声信号入力
2 周波数変調
3 前置増幅器
4 電力増幅器
5 超音波送信器
6 音声信号入力
7 DSP
8 振幅変調
9 前置増幅器
10 電力増幅器
11 超音波送信器
12 超音波送信器の周波数―音圧特性
13 超音波送信器の第一共振周波数
14 周波数変調の搬送波周波数
15 周波数変調の占有帯域幅
16 音声信号入力部
17 周波数変調部
18 搬送波周波数調整部
19 前置増幅器
20 電力増幅部
21 超音波送信器
1 audio signal input 2
8 Amplitude modulation 9
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