JP4108510B2

JP4108510B2 - 変換器処理装置

Info

Publication number: JP4108510B2
Application number: JP2003063912A
Authority: JP
Inventors: 新一酒井; 俊治吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-03-10
Also published as: JP2004274496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は可聴音を指向性放射する超指向性スピーカーに用いる変換器処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超指向性スピーカーは変調器とパワーアンプおよび電気音響変換器とで構成されるが、その一例の変調器では、信号源からの音声信号の係数器による係数（ｍ）倍の処理、同処理した信号に直流バイアスを加算する処理、同処理した信号の平方根処理、および同処理した信号と超音波のキャリア信号とを掛算して振幅変調する処理を行っている（例えば、特許文献１参照）。
また、他の例の変調器では、前段と中段とで２つの分岐処理を行い、前段の分岐経路では、信号源からの音声信号の係数器による係数（ｍ）倍の処理を行う一方、分岐した同音声信号の包絡をとる処理、これら分岐処理からの信号の加算処理、また、中段の分岐経路では、前記加算処理した信号の平方根処理を行う一方、分岐した同加算処理した信号の係数（ｋ）倍の処理、これら分岐処理からの信号の加算処理、この加算処理した信号と超音波のキャリア信号とを掛算して振幅変調する処理を行っている（例えば、非特許文献１参照）。
以上説明の変調器からの信号はパワーアンプで増幅され、同増幅した電気信号を電気音響変換器で音波に変換する。
【０００３】
【特許文献１】
特公平４−５８７５８号公報（第１−３頁、第１図）
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌Ａ，Ｖｏｌ．Ｊ７４Ａ，Ｎｏ．３，ｐｐ．３３２−３３７（１９９１−３）「パラメトリックスピーカー−音場特性と最適変調方式−」
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の変換器処理装置は以上のように構成されているので、再生音の音質やひずみ率については回路構成の段階で定まったものとなり、これら音質やひずみ率を任意に調整できないという問題があった。
【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、超指向性スピーカーから再生される可聴音の音質やひずみ率を容易に調整できるようにした変換器処理装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る変換器処理装置は、信号源からの音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整器と、前記第１のレベル調整器の出力に係数ｍを乗じる第１の係数器と、前記音声信号から包絡信号を出力する包絡処理器と、前記包絡信号または直流源のいずれか一方を選択する第１の選択手段と、前記第１の係数器の出力と前記第１の選択手段の出力とを加算する第１の加算器と、前記第１の加算器の出力信号の平方根を求める平方根変換器と、前記第１の加算器の出力信号のレベルを調整する第２のレベル調整器と、前記第２のレベル調整器の出力に係数ｋを乗じる第２の係数器と、前記平方根変換器と前記第２の係数器の出力のいずれか一方または両方を選択する第２の選択手段と、前記第２の選択手段で選択された出力を加算する第２の加算器と、前記第２の加算器の出力と超音波のキャリア信号とを掛算処理する掛算器とを備えたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
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はこの実施の形態１による変換器処理装置の構成を示すブロック図である。
図１において、変調信号源１からの信号は、前段の分岐経路である第１のレベル調整器２および第１の係数器３の経路と、包絡処理器４および第１の切替器（第１の選択手段）５の経路とヘ分岐する。この第１の切替器５には直流源６からの直流バイアスが印加される。
これら分岐経路からの各信号は第１の加算器７へ入力する。
【０００８】
第１の加算器７からの信号は、中段の分岐経路である平方根変換器８および第２の切替器（第２の選択手段）９の経路と、第２のレベル調整器１０と第２の係数器１１および第３の切替器（第２の選択手段）１２の経路とへ分岐する。
これら分岐経路からの各信号は第２の加算器１３へ入力する。
第２の加算器１３からの信号は、掛算器１４へ入力する。この掛算器１４には超音波帯域発振器１５も接続されている。
以上説明の前段の分岐経路、中段の分岐経路、掛算器１４および超音波帯域発振器１５までの範囲が変調器１６を構成する。
【０００９】
上述のように、前段の分岐経路においては、変調度を調整できる第１のレベル調整器２と、分岐した経路においては包絡処理と直流バイアスとを切り替える第１の切替器５を有し、包絡処理を適宜機能させることができる。
また、中段の分岐経路においては、平方根処理をオンまたはオフする第２の切替器９を、さらに、平方根処理の前で分岐した経路には、第２の係数器１１へ入力するレベルを設定できる第２のレベル調整器１０を有し、第２の係数器１１の出力には分岐経路をオンまたはオフする第３の切替器１２を備えている。
上記第２の切替器９および第３の切替器１２はいずれか一方または両方をオンすることにより、平方根変換器８と第２の係数器１１の出力のいずれか一方または両方を選択する。
【００１０】
掛算器１４の出力、即ち、変調器１６の出力はパワーアンプ１７へ入力し、このパワーアンプ１７の出力は電気音響変換器としての超音波エミッター（以下、「放射器」とする）１８へ入力する。
以上説明した図１の構成のベースとなる従来の構成のブロック図を図２および図３に示す（特許文献１、非特許文献１参照）。なお、図２、図３とも図１と同一のものは同一符号を付した。
図２は分岐経路を有せず、また、加算器７には直流源６を接続している。
また、図３は前段と中段とに分岐経路を形成している。
図２および図３から理解できるように、両構成ともレベル調整機能および切り替え機能を有していない。このため、放射器１８からの再生音の音質やひずみ率については回路構成の段階で定まったものとなり、これら音質やひずみ率を任意に調整する機能を備えていない。
【００１１】
次に図１の動作について説明する。
変調信号源１で生成された音声信号Ｓ（ｔ）は第１のレベル調整器２（例えば、ボリューム等）でレベル調整され、第１の係数器３へ入力する。この入力信号は第１の係数器３でｍ倍され、ｍ・Ｓ（ｔ）の信号を得る。
ここで、上記「ｍ」は変調度を意味し、第１のレベル調整器２はこの変調度ｍを変化させるものであり、通常は０から１まで変化させて放射器１８の変換効率を変えることができる。１に近いほど、変換効率が上がり、音が大きく（音質）なる。
また、変調信号源１で生成された音声信号Ｓ（ｔ）は包絡処理器４へ分岐入力し、この包絡処理器４により音声信号Ｓ（ｔ）の包絡をとり、包絡信号ｅ（ｔ）を出力する。この包絡信号ｅ（ｔ）は第１の切替器５の端子ａへ入力する。第１の切替器５の端子ｂには直流源６からの直流バイアスが印加される。
【００１２】
第１の切替器５は包絡処理器４からの信号と直流源６からの直流バイアスとを切り替え、信号ｍ・Ｓ（ｔ）に対するバイアスを制御する。
第１の切替器５で選択された包絡信号ｅ（ｔ）または直流バイアスが第１の加算器７へ入力する。
第１の加算器７は、前記第１の係数器３からのｍ・Ｓ（ｔ）の信号と第１の切替器５からの信号とを加算し、［ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］（包絡信号選択）または［１＋ｍ・Ｓ（ｔ）］（直流バイアス選択）の信号を出力する。直流バイアス選択時は常時バイアスがかかった状態となる。なお、図１では包絡信号ｅ（ｔ）を選択した場合を示している。
【００１３】
ここで、上述の包絡信号ｅ（ｔ）は、常時バイアスがかかった状態となる直流バイアスと異なり、音声信号Ｓ（ｔ）のレベルに依存したバイアスとなる。即ち、包絡信号選択時の第１の加算器７の加算信号［ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］において、音声信号が無い（Ｓ（ｔ）≒０）ときには、加算信号ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）も無くなり、音声信号Ｓ（ｔ）に依存して加算信号ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）が増減し、これにより平均電力を低減できる。この平均電力が低減した回路状態により、高調波ひずみも低減する。
第１の加算器７からの［ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］または［１＋ｍ・Ｓ（ｔ）］の信号は平方根変換器８において平方根処理される。この処理により得た信号［ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］^１／２または［１＋ｍ・Ｓ（ｔ）］^１／２の信号は、この信号をオン（選択）またはオフ（非選択）する第２の切替器９へ入力する。
【００１４】
この第２の切替器９を「オン」した場合、平方根処理された信号が選択され、最終的に得られる自己復調された音の第２高調波ひずみを低減する。
一方、第２の切替器９を「オフ」した場合、平方根処理された信号は選択されず、下記に説明する分岐経路側で処理した信号を選択することとなる。
また、第１の加算器７からの信号は第２のレベル調整器（例えば、ボリューム等）１０へ分岐入力し、ここでレベル調整後、第２の係数器１１へ入力する。第２の係数器１１は入力された信号［例えば図示の、ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］をｋ倍し、ｋ・｛ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）｝の信号にする。この係数付加分岐は、変調器としての音声入出力特性の直線性や音声出力のひずみ率を改善する機能を有する。
【００１５】
上記第２のレベル調整器１０は係数ｋを変化させるものであり、０以上の値を有し、第１の加算器７から入力する信号［例えば図示の、ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］の係数となってレベルを変えることができる。これにより、前記機能を制御することができる。
第２の係数器１１からの信号は第３の切替器１２へ入力する。この入力信号は第３の切替器１２でオン（選択）またはオフ（非選択）され、オンした場合には前述の機能が選択され、音声入出力特性の直線性や音声出力のひずみ率を改善することとなる。
【００１６】
第２の加算器１３には、第２の切替器９からの信号と第３の切替器１２からの信号とが入力して加算処理され、例えば、第２の切替器９および第３の切替器１２の双方が「オン」側であれば、
ｋ・｛ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）｝＋［ｅ（ｔ）＋ｍ・Ｓ（ｔ）］^１／２
の信号となる。
第２の加算器１３で加算処理された信号は掛算器１４へ入力し、ここで超音波帯域発振器１５からの超音波キャリア信号とで掛算処理される。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。
【００１７】
以上説明のように、変換器処理装置の設定を可変とする構成にしたので、各切替器５，９，１２それぞれによる切り替えの組み合わせや各レベル調整器２，１０それぞれによるレベル調整を自由にでき、これにより可聴音の音質やひずみ率を自由に設定できることとなる。
なお、第２の切替器９と第３の切替器１２は少なくともどちらかをオンにしておく必要があることは言うまでもない。
【００１８】
掛算器１４の出力はパワーアンプ１７により増幅されて放射器１８に供給され、放射器１８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播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っている可聴帯域の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。
【００１９】
なお、各切替器５，９，１２およびボリューム等の各レベル調整器２，１０等は、変換器処理装置筐体の前面操作パネル等に配置し、切り替えやレベル調整が容易に操作できるようにしておく。また、これら切替器やレベル調整器の各素子を筐体内の回路基板等に配置するようにしてもよい。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１によれば、前段と中段とにおいて２つの分岐処理を有する構成の変換器処理装置において、前段の分岐処理には、信号源からの音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整器２と、包絡信号または直流源のいずれか一方を選択する第１の切替器５とを設ける一方、中段の分岐処理には、前記前段の分岐処理からの加算出力信号のレベルを調整する第２のレベル調整器１０と、平方根変換器と第２の係数器の出力のいずれか一方または両方を選択する第２の切替器９および第3の切替器１２とを備える構成としたので、これら切替器またはレベル調整器を切り替えまたは調整することにより放射器１８からの可聴音の音質やひずみ率を自由に設定できる。
【００２１】
実施の形態２．
図４はこの実施の形態２による変換器処理装置の設定制御の構成を示すブロック図である。
図４において、リモートコントロール信号送信機（以下、「リモコン」とする）２１からは、変調器１６を設定制御する信号が送信される。この信号を受信制御部２２で受信し、変調器１６を設定する。
【００２２】
次に動作について説明する。
この実施の形態２は、変調器１６における切替器の設定またはレベル調整をリモコン２１により設定制御するようにしたものである。この設定制御の対象となるものは、図１で説明したように、第１のレベル調整器２、第１の切替器５、第２の切替器９、第２のレベル調整器１０または第３の切替器１２である。
変調器１６の基本動作は図１の場合と同様であり、この変調器１６に受信制御部２２が接続されている。
リモコン２１からは、切替器とその切替位置、または、レベル調整器とレベルの増減を指定する信号が送信される。この送信信号を受信制御部２２が受信し、復調等の処理をして指定の切替器またはレベル調整器を指定の位置またはレベル量に設定する。
なお、図４では、リモコン２１と受信制御部２２との間の送受信の形態を無線としたが、有線であってもよい。また、送受信の信号についても赤外線信号または電気信号のいずれでもよい。
【００２３】
また、図４では受信制御部２２を変調器１６と独立した構成で示したが、この受信制御部２２を変調器１６の内部に収め、一体の構成としてもよい。
【００２４】
以上のように、この実施の形態２によれば、変調器１６におけるレベル調整または切り替えを設定するリモートコントロール信号を送信するリモートコントロール信号送信機２１と、前記リモートコントロール信号を受信し、変調器１６を設定制御する受信制御部２２とを備える構成としたので、変調器１６における切替器の設定またはレベル調整をリモコン２１により設定でき、放射器１８からの可聴音の音質やひずみ率を外部からの遠隔操作により自由に設定できる。
【００２５】
実施の形態３．
図５はこの実施の形態３による変換器処理装置の設定制御の構成を示すブロック図である。
図５において、パソコン等の制御器２３からは、変調器１６を設定する制御信号が入力される。同入力された信号は通信網としてのローカルエリアネットワーク（以下、「ＬＡＮ」とする）２４、または高域通信網としてのインターネット２５を介して受信制御部２６で受信され、受信制御部２６は変調器１６を設定する。
【００２６】
次に動作について説明する。
この実施の形態３は、変調器１６における切替器の設定またはレベル調整をＬＡＮ２４またはインターネット２５を介し、制御器２３により設定制御するようにしたものである。この設定制御の対象となるものは、図１で説明したように、第１のレベル調整器２、第１の切替器５、第２の切替器９、第２のレベル調整器１０または第３の切替器１２である。
変調器１６の基本動作は図１の場合と同様であり、この変調器１６に受信制御部２２が接続されている。
制御器２３からは、切替器とその切替位置、または、レベル調整器とレベルの増減を指定する制御信号が入力され、この信号がＬＡＮ２４またはインターネット２５を介して送信される。この送信信号を受信制御部２６が受信し、復調等の処理をして指定の切替器またはレベル調整器を指定の位置またはレベル量に設定する。
【００２７】
なお、図３では受信制御部２６を変調器１６と独立した構成で示したが、この受信制御部２６を変調器１６の内部に収め、一体の構成としてもよい。
【００２８】
以上のように、この実施の形態３によれば、ＬＡＮ２４またはインターネット２５等の通信網を介して送信された制御器２３からの制御信号を受信し、変調器１６におけるレベル調整または切り替えの設定を制御する受信制御部２６を備える構成としたので、変調器１６における切替器の設定またはレベル調整をＬＡＮ２４またはインターネット２５を介し、制御器２３により設定制御でき、放射器１８からの可聴音の音質やひずみ率を広範囲の地域からの遠隔操作により自由に設定できる。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、前段と中段とにおいて２つの分岐処理を有する構成の変換器処理装置において、前段の分岐処理には、信号源からの音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整器と、包絡信号または直流源のいずれか一方を選択する第１の切替器とを設ける一方、中段の分岐処理には、前記前段の分岐処理からの加算出力信号のレベルを調整する第２のレベル調整器と、平方根変換器と第２の係数器の出力のいずれか一方または両方を選択する第２の切替器および第3の切替器とを備える構成としたので、これら切替器またはレベル調整器を切り替えまたは調整することにより放射器からの可聴音の音質やひずみ率を自由に設定できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による変換器処理装置を含めた超指向性スピーカー全体の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１を説明するための超指向性スピーカー全体の構成例を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１を説明するための超指向性スピーカー全体の他の構成例を示すブロック図である。
【図４】この実施の形態２による変換器処理装置の設定制御の構成を示すブロック図である。
【図５】この実施の形態３による変換器処理装置の設定制御の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１変調信号源、２，１０レベル調整器、３，１１係数器、４包絡処理器、５，９，１２切替器、６直流源、７，１３加算器、８平方変換器、１４掛算器、１５超音波帯域発振器、１６変調器、１７パワーアンプ、１８放射器、２１リモコン、２２，２６受信制御部、２３制御器、２４ＬＡＮ、２５インターネット。

Claims

信号源からの音声信号のレベルを調整する第１のレベル調整器と、前記第１のレベル調整器の出力に係数ｍを乗じる第１の係数器と、前記音声信号から包絡信号を出力する包絡処理器と、前記包絡信号または直流源のいずれか一方を選択する第１の選択手段と、前記第１の係数器の出力と前記第１の選択手段の出力とを加算する第１の加算器と、前記第１の加算器の出力信号の平方根を求める平方根変換器と、前記第１の加算器の出力信号のレベルを調整する第２のレベル調整器と、前記第２のレベル調整器の出力に係数ｋを乗じる第２の係数器と、前記平方根変換器と前記第２の係数器の出力のいずれか一方または両方を選択する第２の選択手段と、前記第２の選択手段で選択された出力を加算する第２の加算器と、前記第２の加算器の出力と超音波のキャリア信号とを掛算処理する掛算器とを備える変換器処理装置。
変換器処理装置におけるレベル調整または選択を設定するリモートコントロール信号を送信するリモートコントロール信号送信機と、前記リモートコントロール信号を受信し、変換器処理装置におけるレベル調整または選択の設定を制御する受信制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の変換器処理装置。
通信網を介して送信された制御器からの制御信号を受信し、変換器処理装置におけるレベル調整または選択の設定を制御する受信制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載の変換器処理装置。