CN103997702A - 超声波扬声器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种超声波扬声器系统，其具有第一可变增益模块、调制模块、第二可变增益模块、超声波致动器和控制部，控制部以使调制信号的调制度成为规定值的方式控制第一可变增益模块的增益，并且，在控制部增大第一可变增益模块的增益的情况下，控制部减小第二可变增益模块的增益，在控制部减小第一可变增益模块的增益的情况下，控制部增大第二可变增益模块的增益。

Description

超声波扬声器系统
技术领域
本发明涉及一种使用介质(例如空气)相对于超声波的非线形性而再生可听频率带的信号音的超声波扬声器系统。
背景技术
超声波扬声器系统因与通常的扬声器相比具有非常强的指向性而基于将声音信息仅向特定的场所传递等目的被使用。例如，超声波扬声器设置成：在美术馆等展示场中，当接近某一作品前时，仅在其附近的限定的范围内的人能听到作品相关的说明。
图2是表示现有的超声波扬声器系统的结构的图。如图2所示，现有的超声波扬声器系统具有调制模块102、增幅器103、超声波致动器104。声音信号从声音信号源101输出，且该声音信号向调制模块102输入。在调制模块102中基于声音信号生成调制信号，该调制信号向增幅器103输入。增幅器103使从调制模块102输出的调制信号增幅，增幅后的调制信号从增幅器103向超声波致动器104输入。超声波致动器104将调制信号转换成有限振幅等级的声波，并将该有限振幅等级的声波向介质中放射。
作为在调制模块102中生成的调制信号的一例可以考虑通过声音信号调制超声波(载波)的振幅的AM调制信号。
需要说明的是，作为与本申请的发明相关的在先技术文献信息，例如已知有专利文献1。(专利文献1：日本特开昭60-75199号公报)
在此，对现有的超声波扬声器系统的课题进行说明。
在现有的超声波扬声器系统100中，在将AM调制信号向超声波致动器104输入并经由超声波致动器104向介质中放射声波的情况下，调制信号的调制度的最佳值由调制模块102所使用的调制算法唯一决定。然而，在现有的超声波扬声器系统100中，当用户适当地变更从声音信号源101输出的声音信号的音量等级时，由调制模块102生成的调制信号的调制度发生变化，具有调制度偏离最佳值而产生从超声波扬声器放射的可听声压的减小或高次谐波变形的增加等音质恶化的课题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种音质特性优异的超声波扬声器系统。
本发明的超声波扬声器系统的一个方式的特征在于，所述超声波扬声器系统具有：第一可变增益模块，向其输入从声音信号源输出的声音信号；调制模块，向其输入从第一可变增益模块输出的声音信号；第二可变增益模块，向其输入在调制模块中根据声音信号生成的调制信号；超声波致动器，其由从第二可变增益模块输出的调制信号驱动且将该调制信号转换成有限振幅等级的声波而向介质中放射；控制部，其控制第一可变增益模块以及第二可变增益模块，控制部以使调制信号的调制度成为规定值的方式控制所述第一可变增益模块的增益，并且在第一可变增益模块的增益为1以上的情况下，控制部将第二可变增益模块的增益控制为1以下。
在例如上述超声波扬声器系统中，控制部以使调制信号的调制度成为规定值(在超声波致动器中将声音信号转换成向介质中放射的声波时，可听声压的等级和高次谐波变形等的音质特性成为良好状态的值)的方式控制第一可变增益模块的增益。因此，即使用户适当地变更了声音信号的音量，调制信号的调制度也不会大幅偏离规定值。进而，由于在第一可变增益模块的增益为1以上的情况下，控制部将第二可变增益模块的增益控制成1以下(例如，由于即使为了使调制度成为规定值而使第一可变增益模块的增益成为了1以上，第二可变增益模块的增益也通过控制部被变更为了1以下)，因此能够防止从超声波扬声器系统听到的声音的音量等级大幅地偏离用户所选择的设定的音量等级。因而，能够提供音质特性始终优异的超声波扬声器系统。
附图说明
图1是基于本发明的实施方式的超声波扬声器系统的框图。
图2是现有的超声波扬声器系统的框图。
具体实施方式
(实施方式)
以下，参照图1说明实施方式1所涉及的本发明的传感器。如图1所示，本实施方式的超声波扬声器系统1具有第一可变增益模块3、调制模块4、第二可变增益模块5、增幅器6、超声波致动器7和控制部8。声音信号从声音信号源2输出，该声音信号向第一可变增益模块3输入。从第一可变增益模块3输出的声音信号向调制模块4输入。在调制模块4中，根据声音信号生成调制信号。然后，从调制模块4输出的调制信号向第二可变增益模块5输入。增幅器6使从第二可变增益模块5输出的调制信号增幅，且增幅后的调制信号向超声波致动器7输入。在超声波致动器7中，从增幅器6输入的调制信号转换成有限振幅等级的声波，并将有限振幅等级的声波向介质中放射。控制部8控制第一可变增益模块3以及第二可变增益模块5。以下对控制部8中的控制方法进行说明。
控制部8以使调制信号的调制度成为规定值的方式控制第一可变增益模块3的增益。在通过控制部8将第一可变增益模块3的增益控制成1以上的情况下，控制部8将第二可变增益模块5的增益控制成1以下。此外，相反地，当通过控制部8将第一可变增益模块3的增益控制成小于1的值的情况下，控制部8将第二可变增益模块5的增益控制成大于1的值。
作为以使由调制模块4生成的调制信号的调制度成为规定值的方式控制第一可变增益模块3的增益的方法，例如可以考虑2种方法。
首先，对第一种方法进行说明。首先，音量信息(图1的虚线箭头a)从声音信号源2向控制部8输入。控制部8根据输入的音量信息决定第一可变增益模块3的增益值。在此，音量信息是指表示用户所选择的音量等级的信息。作为音量信息的例子，可以举出声音信号源的响度信息、表示从声音信号源2输出的声音信号的振幅的平均大小的指标、表示振幅最大值等的值。
在此，举出由调制模块4生成的调制信号为AM调制的情况为例进行说明。AM调制的调制度由声音信号的振幅最大值和超声波(载波)的振幅最大值决定。因此，控制部8可以根据音量信息导出为了生成规定的调制度的调制信号所需要的第一可变增益模块3的增益值。
需要说明的是，在由调制模块4生成的调制信号采用AM调制以外的调制方式的情况下，也与AM调制同样地，控制部8只要能够导出声音信号的振幅最大值，则能够计算调制度。
接着，对第二种方法进行说明。首先，从声音信号源2输出的声音信号的一部分(图1的虚线箭头b)向控制部8输入。控制部8根据输入的声音信号导出音量信息。接着，根据导出的音量信息决定第一可变增益模块3的增益值。作为音量信息的导出方法的例子，包括对取得的声音信号取积分的方法、使用声音信号的包络线的峰值或平均值的方法等。
需要说明的是，作为控制部8决定第一可变增益模块3的增益值的方法有如上所述的2种方法。也可以通过这2种方法以外的方法来获得声音信号的音量信息。换句话说，只要控制部8能够取得与声音信号的振幅最大值相当的信息，则控制部8能够计算调制度。
如上所述，在本实施方式的超声波扬声器系统中，即使用户变更音量等级，也能够将从调制模块4输出的调制信号的调制度收敛成最佳的规定值。由此，能够提供音质特性优异的超声波扬声器系统。
此外，在本实施方式的超声波扬声器系统中，在第一可变增益模块3的增益为1以上的情况下，控制部8以使第二可变增益模块5的增益成为1以下的方式进行控制。因此，能够从超声波扬声器系统听到的声音的音量等级不会大幅偏离用户选择而设定的音量等级。换句话说，控制部8以使由调制模块4生成的调制信号的调制度成为规定值的方式控制第一可变增益模块3的增益值。其结果是，即使变更用户选择的音量等级，也可以通过使第二可变增益模块5的增益值向与第一可变增益模块3的增益值的变化方向相反的方向变化(换句话说，意味着在第一可变增益模块3的增益变更为1以上的情况下，将第二可变增益模块5的增益值变更为1以下)，从而使能够从超声波扬声器系统听到的声音的音量等级不会大幅偏离用户所选择的音量等级。
换句话说，控制部8进行下述控制，即，在增大第一可变增益模块3的增益的情况下，一并使第二可变增益模块5的增益减小，并且，在减小第一可变增益模块3的增益的情况下，一并使第二可变增益模块5的增益增大。由此，能够从超声波扬声器系统听到的声音的音量等级不会大幅偏离用户所选择的音量等级。
此外，控制部8也可以以使第一可变增益模块3的增益值G1与第二可变增益模块5的增益值G2的关系成为G1=1/G2的关系的方式控制第一可变增益模块3的增益值和第二可变增益模块5的增益值。
通过进行上述那样的控制，能够高精度地使用户听到的音量与用户所选择的音量等级匹配。
此外，第一可变增益模块的增益值G1和第二可变增益模块的增益值G2的决定方法也可以使用预先计算出的对照表的数据。
而且，控制部8也可以在声音信号的等级为规定值以下的情况下使第二可变增益模块5的增益为零。
通过控制部8进行上述那样的控制，在向超声波扬声器系统输入的声音信号为无信号或接近无信号的小信号的情况下，能够停止载波的输出。由此，能够抑制无信号或接近无信号的小信号输入时的消耗电力。
需要说明的是，如上所述，G1=1/G2中的增益值G1根据音量信息决定。
需要说明的是，图1所示的增幅器6通常具有电流以及电压的增幅功能，能够驱动超声波致动器。图1所示的超声波扬声器系统虽具有增幅器6，但超声波扬声器系统并非必须具有增幅器6。在不具有增幅器6的超声波扬声器系统中，从第二可变增益模块5输出的调制信号直接向超声波致动器7输入。在这样的结构中，只要可变增益模块具有相对于致动器足够的电流供给能力，则也能够获得与图1所示的超声波扬声器系统同样的效果。
如上所述，本发明的超声波扬声器系统由于可听声压的等级和高次谐波变形等的音质特性优异，因此对于例如音频再生和小音量的声音再生等有用。

Claims (6)

1.一种超声波扬声器系统，其中，
所述超声波扬声器系统具有：
第一可变增益模块，向其输入从声音信号源输出的声音信号；
调制模块，向其输入从所述第一可变增益模块输出的所述声音信号；
第二可变增益模块，向其输入在所述调制模块中根据所述声音信号生成的调制信号；
超声波致动器，其由从所述第二可变增益模块输出的调制信号驱动且将该调制信号转换成有限振幅等级的声波而向介质中放射；
控制部，其控制所述第一可变增益模块以及所述第二可变增益模块，
所述控制部以使所述调制信号的调制度成为规定值的方式控制所述第一可变增益模块的增益，并且，
在所述控制部增大所述第一可变增益模块的增益的情况下，所述控制部减小所述第二可变增益模块的增益，
在所述控制部减小所述第一可变增益模块的增益的情况下，所述控制部增大所述第二可变增益模块的增益。
2.根据权利要求1所述的超声波扬声器系统，其中，
从所述声音信号源向所述控制部输入音量信息，
所述控制部基于所述音量信息来控制所述第一可变增益模块的增益以及所述第二可变增益模块的增益。
3.根据权利要求1所述的超声波扬声器系统，其中，
从所述声音信号源输出的所述声音信号的一部分向所述控制部输入，
所述控制部根据输入的所述声音信号导出音量信息，并且所述控制部基于导出的音量信息来控制所述第一可变增益模块的增益以及所述第二可变增益模块的增益。
4.根据权利要求1所述的超声波扬声器系统，其中，
所述第一可变增益模块的增益值G1与所述第二可变增益模块的增益值G2的关系为G1=1/G2。
5.根据权利要求1所述的超声波扬声器系统，其中，
所述第一可变增益模块的增益值G1和所述第二可变增益模块的增益值G2的决定方法使用预先计算出的对照表的数据。
6.根据权利要求1所述的超声波扬声器系统，其中，
所述控制部在所述声音信号的等级为规定值以下的情况下，使所述第二可变增益模块的增益为零。
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