JP2002315088A - 超音波に基づいたパラメトリックスピーカシステム - Google Patents

超音波に基づいたパラメトリックスピーカシステム

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JP2002315088A JP2002105718A JP2002105718A JP2002315088A JP 2002315088 A JP2002315088 A JP 2002315088A JP 2002105718 A JP2002105718 A JP 2002105718A JP 2002105718 A JP2002105718 A JP 2002105718A JP 2002315088 A JP2002315088 A JP 2002315088A
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コラノ グイド
Klaus Linhard
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、パラメトリックスピーカシ
ステムを制御するための新たな方法及び新たな装置を提
供することである。 【解決手段】 共振特性曲線のエッジ領域内でＦＭ変調
信号（ＦＭ変調）によって変換器を制御するようにパラ
メトリックスピーカシステムを制御するための方法を構
成することにより解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波用の１つま
たは複数の変換器素子と、前記変換器素子に属する１つ
または複数の出力増幅器と、前記出力増幅器に接続され
た１つまたは複数の変調器とから成り、前記変換器素子
は適切な制御によりＡＭ信号を生成することができ、該
ＡＭ信号は、ガス状媒体に伝播する際に自己復調により
可聴信号を生成し、前記変調器が入力信号としてソース
の信号を受け取る形式のパラメトリックスピーカシステ
ムを制御するための方法、及びこの方法を実施するのに
適した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビーム状音波を放射するには、複数の波
長領域において或る幾何学的サイズを有する音響変換器
が必要である。大きなジオメトリを形成するために、た
だ１つの変換器の代わりに複数の変換器を使用してもよ
い。複数の変換器から成る構成はアレイと称される。ア
レイの指向性を上げるために、付加的に個々の変換器に
信号処理部を前置接続してもよい。
【０００３】変換器のサイズが小さい場合に強いビーム
を形成するためには、低周波有効信号（オーディオ信
号）を高周波搬送波信号と結合させる変調技術を使用す
ることができる。この場合、何よりも高周波搬送波信号
の波長が指向性にとって決定的である。搬送波信号のパ
ラメータは有効信号によって制御される。パラメトリッ
ク変換器またはパラメトリックアレイという名称はこれ
に由来している。
【０００４】本発明は、搬送波信号として超音波を使用
するパラメトリックスピーカに関する。基礎となる物理
的実験は１９世紀ドイツの物理学者ヘルムホルツに遡
る。適用可能なスピーカシステムは、Yoneyama et al.
1983による“The . , Vol. 73,pp. 1532-1536に記載さ
れている。その翌年、Berktay, Blackstock, Pompei他
による別の出版物においても、これに関しての報告が為
されている。
【０００５】非常に高レベルの超音波が放射されると、
空気は非線形媒体となる。超音波が変調される際、この
非線形媒体の非線形性に基づいて自己復調が行われる。
これにより、変調された信号は再び聞き取れるようにな
る。超音波自体は聞き取れないままである。
【０００６】WO 01/08449 A1号明細書から、超音波スピ
ーカを用いてオーディオ音声を再生するための方法が公
知であり、この方法では、再生すべきオーディオ信号
は、側波帯振幅変調によって超音波周波数領域の搬送波
信号と結合される。この場合、変調は、通常の両側波帯
ＡＭとして実現されるか、または単側波帯ＡＭとして実
現される。単側波帯ＡＭでは、別の機能最適化のために
搬送波が約１２ｄＢ抑制される。これに関連して、とり
わけ、強い非線形周波数応答を有する変換器を使用する
場合、周波数に依存した振幅誤差を補償するためには、
周波数応答の線形化が必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、超音
波用の１つまたは複数の変換器素子と、前記変換器素子
に属する１つまたは複数の出力増幅器と、前記出力増幅
器に接続された１つまたは複数の変調器とから成り、前
記変換器素子は適切な制御によりＡＭ信号を生成するこ
とができ、該ＡＭ信号は、ガス状媒体に伝播する際に自
己復調により可聴信号を生成し、前記変調器が入力信号
としてソースの信号を受け取る形式のパラメトリックス
ピーカシステムを制御するための新たな方法及び新たな
装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、共振特性曲線のエッジ領域内でＦＭ変調信号（ＦＭ
変調）によって変換器を制御するように、パラメトリッ
クスピーカシステムを制御するための方法を構成するこ
とにより解決される。
【０００９】また上記課題は、本発明により、パラメト
リックスピーカを制御するための装置に、共振特性曲線
のエッジ領域内でＦＭ変調信号（ＦＭ変調）によって変
換器を制御する手段を設けることにより解決される。
【００１０】本発明の有利な実施形態及び発展形態は従
属請求項に記載されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】特に有利には、１つまたは複数の
超音波用変換器素子から成るパラメトリックスピーカシ
ステムを制御する本発明による方法及び装置では、変換
器素子はその共振特性曲線の領域内においてＦＭ変調信
号によって制御される。この場合、変換器素子はＡＭ信
号を生成することができ、このＡＭ信号は、ガス状媒体
内に伝播する際に自己復調により可聴信号を生成する。
ＦＭ変調信号を用いてパラメトリックスピーカシステム
を制御することによって、変調された信号をとりわけ共
振変換器に良好に整合させることが可能となり、これに
より変換器が最適の共振領域で動作することを保証する
ことができる。
【００１２】以下では、実施例に基づいて、さらに図面
を用いて本発明の対象を詳細に説明する。
【００１３】
【実施例】パラメトリックスピーカ用の超音波信号を変
調するための従来技術から公知のシステムでは、振幅変
調（ＡＭ変調）が薦められる。この場合、通常の両側波
帯変調（英語では、double side band AM, DSB-AM）が
使用される。この場合、有効信号ａＮ（ｔ）と搬送波信
号ＡＴｃｏｓ（２πｆＴｔ）とから、ＤＳＢ−ＡＭのた
めの送信信号
【００１４】
【数１】
【００１５】が得られる。ここで、ｍは変調度を表し、
区間０＜ｍ＜１にある。振幅ａＮ（ｔ）は最大で１であ
る。ｔは時間を表し、ｆＴは搬送波の周波数を表す。
【００１６】Ｈ（ｆ）を超音波変換器の伝達関数とする
と、超音波変換器の出力信号ＹＵＳ（ｆ）の周波数領域
において、
【００１７】
【数２】
【００１８】が成り立つ。搬送波
【００１９】
【数３】
【００２０】の左側及び右側に２つの側波帯ＡＮ（ｆＴ
−ｆ）及びＡＮ（ｆＴ＋ｆ）が生じる。
【００２１】図１には、原オーディオ信号（１０）の周
波数領域と、搬送波周波数の右側（１１）及び左側（１
２）に位置する周波数のオーディオ信号のＡＭ変調器
（２０）とが示されている。超音波変換器の例示的な伝
達関数（３０）も図示されている。超音波変換器の応答
は周波数ｆ０のときに最大となる。搬送波周波数はｆ０
に同調される。２つの側波帯は変換器の伝達関数に応じ
て放射される。
【００２２】図２には、パラメトリックスピーカのブロ
ック回路図が示されている。オーディオ信号源（２１）
はＡＭ変調器（２０）に信号を供給し、ＡＭ変調器（２
０）は出力増幅器（２２）に信号を供給する。出ａ−
ｃ）を並列に接続する。複数の変換器から成るこのよう
な構成はアレイとも称される。一般的な構成は、複数の
出力増幅器（２２ａ−ｃ）を使用し、各々の出力増幅器
（２２ａ−ｃ）に１つまたは複数の変換器（２３ａ−
ｃ）を接続することで得られる。図３には、複数の出力
増幅器（２２ａ−ｃ）を使用するこのようなシステムが
示されている。共通の変調器（２０）が複数の出力増幅
器（２２ａ−ｃ）に信号を供給し、これらの出力増幅器
には１つまたは複数の変換器（２３ａ−ｃ）が接続され
ている。
【００２３】さらに、図２及び３に従って複数の変換器
を使用するとアレイ指向性が生じる。すなわち、個々の
変換器の指向性がアレイによって生じる指向性と重なっ
て、全体として強い指向性が生じる。指向性の考慮は何
よりも変換器によって放射される超音波に関係してい
る。結果として生じる可聴オーディオ音声の指向性は、
モデルによる考察から導出してもよい。これによれば、
自己復調のプロセスは、超音波によって励起された３次
元空気柱内にある非常に多くの仮想スピーカによって表
される。これらの仮想ソースの重なりによって所望のオ
ーディオ指向性が得られる。
【００２４】可聴音の生成は高い音圧の下での自己復調
に基づいている。非線形媒体内に伝播する際に再び可聴
となるような包絡線がなければならない。まず考えられ
るのは、通常のＡＭ変調によって包絡線を生成すること
である。
【００２５】本発明は、特に有利には、変調方式として
周波数変調（ＦＭ）を使用する。こうした理由から、従
来技術から公知の自己復調の物理的原理を利用するので
あれば、変換器によって放射されるべき信号の包絡線を
異なる手法で生成しなければならない。
【００２６】例えば圧電変換器のような共振変換器を用
いた従来技術から公知のＡＭ変調では、搬送波（通常は
変換器関数の最大値）と両側波帯は、変換器関数の完全
に異なる伝達値によって変換される。つまり、搬送波と
低オーディオ周波数は、２つの側波帯において完全に右
側または完全に左側に位置する高オーディオ周波数より
も強く伝達される。これにより、高オーディオ周波数が
比較的少なく変調され、したがって比較的弱く生成され
るように、変調度が変化することとなる。この場合、所
望の特性に応じて、オーディオ信号または変調された信
号の相応の補正が必要となる。ＦＭ原理は、共振エッジ
によってこの周波数依存性が生じないという根本的な利
点を有している。共振エッジはＦＭ原理ではまさしく必
要不可欠である（干渉係数は必要ない）。
【００２７】以下では、例として、超音波変換器と協働
する本発明の対象を詳細に説明する。これに関して、使
用される超音波変換器は共振変換器であることが前提と
される。
【００２８】この超音波変換器において放射されるエネ
ルギーの一部は、使用される周波数に非常に強く依存す
る。この場合、放射が比較的高い値をとる１つまたは複
数の周波数（共振点）が存在する。これら共振点の近傍
では、放射される出力は多かれ少なかれ強く減少する。
この特性は、可聴音の生成に利用することができる。
【００２９】共振変換器の例として、圧電セラミックか
ら構成された変換器を考察する。
【００３０】Ｈ（ｆ）を超音波変換器の伝達関数とし、
ｆ０を共振点とする。すると、伝達関数はｆ０で（少な
くとも局所的な）最大値をとる。周波数ｆの超音波信号
の振幅ＹＵＳ及び電気的入力振幅ＸＵＳは、
【００３１】
【数４】
【００３２】によって与えられる。ＸＵＳ＝１及び有効
信号レベルａＮで、
【００３３】
【数５】
【００３４】が得られる。ここで、Δｆは信号レベルに
依存した周波数増分をができる。
【００３５】式５に対応するケースでは、有効振幅ａＮ
の変化に対しては、
【００３６】
【数６】
【００３７】または
【００３８】
【数７】
【００３９】が成り立ち、式６に対しては、
【００４０】
【数８】
【００４１】または
【００４２】
【数９】
【００４３】が成り立つ。
【００４４】超音波変換器の伝達関数を共振周波数の左
側と右側の２つの単調な領域に分割することによって、
有効信号と共に同相または逆相に変化する包絡線を上記
の式に応じて選択的に生成することができる。どちらの
ケースも振幅変調された超音波を生成するのに使用する
ことができる。
【００４５】図４には、共振変換器と関連したＦＭ変調
を用いたパラメトリックスピーカの概略的構成が示され
ている。ＦＭ変調器（４０）にはオーディオ信号（１
０）がれ、帯域幅要求も相応に制限される。いわゆる広
帯域ＦＭでは、ＦＭ信号は、オーディオ信号の元の帯域
幅に比べて大きな帯域幅を使用する。いわゆる狭帯域Ｆ
Ｍでは、ＦＭ信号の帯域幅要求はオーディオ信号のオー
ダー内にある。ＦＭ帯域幅が過度に小さいと、結果とし
て相応のひずみ率が生じ得る。ここでは実験的な手法が
持ち込まれている。
【００４６】後続の例をより良く理解するためには、入
力電圧を或る周波数に変換する変調器特性曲線をＦＭ変
調器（４０）として把握しなければならない。これに応
じて、変換器（例えば、圧電セラミックをベースとした
超音波変換器）は、周波数を電圧に変換する変換器特性
曲線として把握されなければならない。この意味におい
て、図５には、変調器特性曲線と変換器特性曲線の相互
作用がそれぞれ３つの例で示されている。ここで、より
良い理解のために以下の議論では、変換器はそれに属す
る周波数を電圧に変換するということが論じられること
を述べておきたい。しかしながら、これは明確化のため
の単純化であり、変換器で周波数／電圧変換が行われる
のではなく、周波数が音圧に変換されるのであることは
当業者には明らかである。音圧は測定マイクロフォンで
電圧として測定可能である。
【００４７】以下のＦＭ変調の例では、比較的簡単な表
現に基づいて、区間内で設定可能な直流電圧が入力信号
として使用されるケースが説明される。電圧区間の上位
値及び下位値が使用される場合、ＦＭ変調は特として選
定してもよい。その上、この周波数区間は、入力信号の
単一の帯域幅の少なくとも２倍に相当すべきである。周
波数区間を比較的大きく選定すれば、比較的高い伝送品
質を達成することができる。これに関して、周波数区間
に割当てられた共振器の共振エッジは十分なサイズで存
在していることに注意されたい。
【００４８】定義された周波数区間を保持するために、
変換器に供給される前にＦＭ信号を帯域通過フィルタに
よって制限してもよい。或る特定の帯域通過作用はすで
に変換器自体によって及ぼされている。これに関して既
に述べたように、帯域幅の選定に対して実験的な手法が
持ち込まれている。
【００４９】図５ａ）に図示されているケースでは、共
振周波数ｆ０の左側の変換器特性曲線部分は単調であ
る。このためには、理想的には鏡映された変換器特性曲
線を用いた変調器が必要である。鏡映軸は特性マップ内
の４５°対角線である。理想的なケースでは、変換器特
性曲線と（鏡映された）変調器特性曲線との相互作用に
よって、変換器においてオーディオ入力電圧が１：１の
変換比で包絡線出力電圧に変換される。電圧ｕ０は再び
電圧ｕ０に変換され、電圧ｕ１は再び電圧ｕ１に変換さ
れる。
【００５０】ここでは、１：１の比での電圧変換は過度
に単純化して採用されている。実際の使用では、例えば
ｕ１，ｕ２，ｕ３，ｕ４のような電圧値は一意的に値ｖ
・u１，ｖ・ｕ２，ｖ・u３，ｖ・ｕ４に変換される。こ
こで、ｖは増幅係数を表している。
【００５１】図５ｂ）には、変換器特性曲線と、共振周
波数の右側に単調な特性曲線部分を有する、変換器のた
めの理想的な変調器特性曲線とが示されている。ａ）の
ケースと同じ考察が為される。
【００５２】図５ｃ）には、変換器特性曲線が２つの直
線線分から成っているケースに対する理想的に適合され
た変調器が例として示されている。相応する理想的な変
調器特性曲線は、実施例ａ）及びｂ）と同様に４５°軸
での鏡映によって生じる。
【００５３】実施例ａ）〜ｃ）と同様に、多数の直線線
分から成る特性曲線または一般のケースでは複数の単調
な曲線線分から成る特性曲線を有する変換器に対して
も、鏡映によって、相応する理想的な変調器特性曲線を
導出することができる。
【００５４】図５では、変換器特性曲線における最小の
電圧は、ケースａ）及びｂ）ではｕ １によって、ケース
ｃ）ではｕ２によって表されている。これらの電圧はそ
の絶対値がゼロよりも大きく選定される。これらの電圧
がゼロに選定されると、変調度は１００％になる。すな
わち、生成される包絡線は０から最大値ｕ０までの電圧
領域を動く。最小値の絶対値がゼロよりも大きい図５の
例では、変調度＜１００％である。変調度は、
【００５５】
【数１０】
【００５６】によって得られる。
【００５７】変調度は変換器で電圧領域を選定すること
によって設定可能である。基本的に、一般に使用されて
いるＦＭ変調器は、入力信号に一意的に出力電圧を割当
てる単調な曲線線分から成る特性マップから構成されて
いる。
【００５８】実際的には、このＦＭ変調器は有利には２
つの部分システムから構成してもよい。一方のシステム
は、変換器の特性曲線を「補償する」補正特性曲線を有
し、他方のシステムは、本来のＦＭ変調器を有する。図
６には、２つの部分システムから成るＦＭ変調器が示さ
れている。第１の特性曲線システムは入力側の電圧を出
力側の電圧に変換し、第２のシステムは通常のＦＭ変調
器である。例として図５のケースｃ）を使用する場合、
変換器特性曲線の補正は第１のシステムの電圧補正曲線
である。中間値として電圧ｕ１０，ｕ１１，ｕ１２等が
得られる。後続する通常のＦＭ変調器は「線形」の電圧
／周波数変換だけを行う。
【００５９】従来技術のWO 01/08449号明細書から公知
である、超音波変換器のＡＭ変調制御の際の周波数線形
化方法に対して、本発明による方法では、周波数に依存
する変換器特性曲線の補償は行われない。逆に、本発明
による方法は、有利には変換器の共振特性曲線の立ち上
がりエッジまたは立ち下がりエッジの利用に基づいてい
る。本発明の枠内では、そのつど使用されるエッジの立
ち上がりまたは立ち下がりを保持したもとでの直線化の
範囲内で１度だけ線形化を行う。この線形化は場合によ
っては変換器特性曲線を幾つかの部分線分に分割する。
まさに変換器の特性曲線エッジの上昇ないし下降する経
過を利用することによって、伝播媒体内で可聴信号に変
調可能な信号を生成することができる。
【００６０】図７には、共振変換器を用いたＦＭ変調に
基づくパラメトリックスピーカシステムが図示されてい
る。信号源（２１）はＦＭ変調器（２０）に信号を供給
し、ＦＭ変調器（２０）は１つまたは複数の出力増幅器
（２２ａ，…，２２ｃ）に信号を供給する。１つまたは
複数の変換器（２３ａ１，…，２３ｃ２）の各々は前記
出力増幅器（２２ａ，…，２２ｃ）によってドライブさ
れる。
【００６１】図８には、マルチウェイスピーカシステム
が図示されている。オーディオ信号（５０）は周波数分
割によって複数の経路に分割される。例えば、低周波数
（５１）に対して、中間周波数（５２）に対して、なら
びに高周波数（５３）に対して、３つの経路を設けるこ
とができる。これら「経路」の各々の信号は、相応する
ＦＭ変調器（（６１），（６２）または（６３））、増
幅段（（７１），（７２）または（７３））及び割当て
られた変換器に供給される。個々の経路に対して、異な
る変換器特性曲線（（７１２），（７２２）または（７
３２））を用いたさまざまな変換器を設けてもよい。例
えば、低周波数に対しては通常は高い出力を有する変換
器が使用される。
【００６２】特に有利には、マルチウェイシステムは、
（（７１），（７２）または（７３））に応じて、各経
路においてＦＭ変調によって各変換器の共振周波数ｆ０
に同調させることができ、これによって高い効率が得ら
れる。それゆえ、変換器は可能な範囲で最良の条件の下
で動作する。付加的に、各経路ごとに変換器タイプを選
定することによって、帯域幅と変換器の電力とを各信号
経路の信号に最適に整合させることが可能になる。
【００６３】有利には、本発明によるマルチウェイシス
テムは、変換器グループからの変換器の選択が使用され
ている周波数帯域で必要な電力に整合するように、前記
周波数領域に亘って変換器の出力整合を行うように構成
してもよい。さらに、変換器グループからの変換器の選
択を個々の変換器の指向性に基づいて各周波数帯域にお
いて行うことによって、変換器グループの個々のグルー
プそれぞれに対して、スピーカシステムのそれぞれの指
向性を最適化すると有利である。
【００６４】本発明によるマルチウェイシステムに対し
て、変換器の個々のグループを、例えばこのグループに
属する変調器の入力信号の周波数帯域に依存して、種々
異なる幾何学的形態で配置することによって、変換器グ
ループの個々のグループそれぞれに対して、スピーカシ
ステムのそれぞれの指向性を最適化すると特に有利であ
る。
【００６５】低オーディオ周波数（アレイ外の変換器）
を形成するためには、高オーディオ周波数（アレイ内の
変換器）の場合よりも大きな空気柱が励起されなければ
ならないことは実験から既知である。したがって、マル
チウェイシステム内の変換器の幾何学的配置と分割によ
って、この点に関する最適化を達成することができる。
【００６６】図９には、外側方形（８０）内に８つの変
換器が配置された有利な実施例が示されている。ここ
で、変換器を方形の形に配置したのは単なる例としてで
ある。４つの変換器を有する別の方形（８１）がさらに
内部に続き、最後には４つの変換器を有する斜めに配置
された方形（８２）がアレイの内部に続いている。配置
全体は３ウェイシステムを表している。有利には、外側
方形内には低周波数のための強力な変換器が配置され、
さらに内部には中間周波数のための変換器が続き、最後
には中央に高周波数のための変換器が続く。
【００６７】一般的には、図９に図示された有利な実施
形態とは無関係に、入力信号の低周波数に割当てられた
変換器は配置の外部領域にあり、入力信号の高周波数に
割当てられた変換器は配置の内部領域にあるように変換
器を配置することによって、変換器素子の有利な配置を
実現することができる。特に、これに関して、入力信号
の高周波数に割当てられた変換器は密に隣接して配置
し、入力信号の低周波数に割当てられた変換器は比較的
疎に（間引いて）配置することも考えられる。
【００６８】圧電セラミックから成る通常の変換器は、
上述のように、共振特性曲線を示す。このために、ＦＭ
変調が上で説明した手法で理想的に適合される。静電変
換器は通常広帯域となる。すなわち、静電変換器は低出
力であるかまたは共振点を持たない。しかしながら、上
で説明したＦＭ変調は、この種の変換器を共振回路内で
動作させる場合でも適用することができる。共振点は、
例えばＲＬＣ回路網で作ることができる。通常、変換器
自体がキャパシタンスを生成する。インダクタンス及び
相応する抵抗は選定可能である。
【００６９】図１０にはＲＬＣ回路網が示されており、
この場合、キャパシタンスは変換器によって生成され
る。図示された回路の変更は可能であるが、ここでは個
別に説明することはしない。
【００７０】図１０の回路網に対して、図１１には、変
換器入力側で生じる（全出力電圧Ｕ ＲＬＣに関連した）
振幅電圧ＵＣが示されている。Ｃ＝１ｎＦ；Ｌ＝１０ｍ
Ｈ；Ｒ＝１ｋΩと値を選定することによって、およそ５
０ｋＨｚで共振点が生じる。上記ＲＣＬ回路はいわば共
振変換器の等価回路図を示している。変換器が例えば容
量性である場合、相応してＲ及びＬを補足することによ
って所望の共振特性曲線（９０）を生成することができ
る。例として示されたＲＬＣ回路網の他に、別の回路網
を使用してもよい。この別の回路網はここでは一般的に
共振フィルタ回路網とだけ呼んでおく。
【００７１】特に有利には、ＲＬＣ回路網と接続された
広帯域変換器によっても、ＦＭ信号によって制御される
マルチウェイシステムを構成することができる。これに
より、共振変換器の場合と同じ整合の利点が得られる。
【００７２】共振フィルタ回路網内への変換器の埋込み
は、変換器自体に出力増幅器よりも高い電圧が生じると
いうさらなる利点を有している。これにより、高い入力
電圧を必要とする変換器を出力増幅器において低い回路
コストで動作させることが可能になる。図１１の例で
は、ＲＬＣ回路網によって、およそ３の電圧増幅が達成
される。これは、変換器が例えば１０００Ｖの電圧用に
設計されている場合には、増幅器はたった３３０Ｖ用に
設計されなければならないことを意味する。これによ
り、明らかにより簡単な回路構成が可能となる。
【００７３】このような範囲内でのそれぞれの適用に依
存して、本発明によればパラメトリックスピーカが使用
される。変調器に供給される入力信号は、警告信号及び
／または通知信号及び／または（例えばアクティブノイ
ズ抑制のための）ノイズ信号及び／または音声信号（例
えばインタラクティブな音声ダイアログ）及び／または
音楽信号であることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術から公知の振幅変調の方法を概略的に
示す。
【図２】パラメトリックスピーカのブロック回路図を示
す。
【図３】複数の出力増幅器を使用するシステムを示す。
【図４】ＦＭ変調を用いたパラメトリックスピーカの構
成を概略的に示す。
【図５】変調器の特性曲線と変換器の特性曲線の相互作
用を３つの例を用いて示す。
【図６】２つの部分システムから成るＦＭ変調器を示
す。
【図７】共振変換によるＦＭ変調に基づいたパラメトリ
ックスピーカシステムを示す。
【図８】パラメトリックスピーカに基づいたマルチウェ
イスピーカシステムを示す。
【図９】マルチウェイスピーカシステム内の変換器の有
利な配置を示す。
【図１０】共振点を生成するための、変換器におけるＲ
ＬＣ回路網を示す。
【図１１】図８に図示された回路網の特性曲線を示す。
【符号の説明】
１０ 原オーディオ信号 １１ 搬送波周波数の右側 １２ 搬送波周波数の左側 ２０ ＡＭ変調器 ２１ オーディオ信号源 ２２ 出力増幅器 ２２ａ 出力増幅器 ２２ｂ 出力増幅器 ２２ｃ 出力増幅器 ２３ａ 変換器 ２３ｂ 変換器 ２３ｃ 変換器 ２３ａ１ 変換器 ２３ｂ１ 変換器 ２３ｃ１ 変換器 ２３ｃ２ 変換器 ３０ 伝達関数 ４０ ＦＭ変調器 ５０ オーディオ信号 ５１ 低周波数 ５２ 中間周波数 ５３ 高周波数 ６１ ＦＭ変調器 ６２ ＦＭ変調器 ６３ ＦＭ変調器 ７１ 増幅段 ７２ 増幅段 ７３ 増幅段 ７１２ 変換器特性曲線 ７２２ 変換器特性曲線 ７３２ 変換器特性曲線 ８０ 方形 ８１ 方形 ８２ 方形 ９０ 共振特性曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス リンハルト ドイツ連邦共和国 シェルクリンゲン グ ンダースホーフェン 86 Ｆターム(参考） 5D019 FF01 5D020 AC11

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パラメトリックスピーカシステムを制御
    するための方法であって、 前記パラメトリックスピーカシステムは、 超音波用の１つまたは複数の変換器素子と、 前記変換器素子に属する１つまたは複数の出力増幅器
    と、 前記出力増幅器に接続された１つまたは複数の変調器と
    から成り、 前記変換器素子は適切な制御によりＡＭ信号を生成する
    ことができ、 該ＡＭ信号は、ガス状媒体に伝播する際に自己復調によ
    り可聴信号を生成し、 前記変調器は入力信号としてソースの信号を受け取る形
    式の方法において、 共振特性曲線のエッジ領域内でＦＭ変調信号（ＦＭ変
    調）によって変換器を制御することを特徴とするパラメ
    トリックスピーカシステムを制御するための方法。
  2. 【請求項２】 前記変換器が有効な共振特性曲線を有し
    ていない場合は、共振フィルタ回路網を有する変換器と
    接続し、前記フィルタ回路網が前記変換器を含めて共振
    エッジを生成するか、または、前記変換器の特性曲線の
    現在のエッジを、前記変換器によってＦＭ変調をＡＭ変
    調へ満足に変換するのに必要とされるエッジに変更する
    ことによって共振特性曲線を作成する、請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 前記変調器に前置接続された特性曲線変
    更用ユニットが電圧／電圧変換を実行することによっ
    て、変換器から送出されるＡＭ信号へのＦＭ変調信号の
    変換が、変更の結果として生じる全特性曲線によって影
    響されるようにして共振特性曲線のエッジを変更する、
    請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記特性曲線変更用ユニットは変換器の
    特性曲線における不規則性を補償し、以て結果である全
    特性曲線が１つまたは複数の平滑化された曲線線分から
    得られるようにする、請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 変換器で行われるＦＭ／ＡＭ変換を線形
    化するために、前記特性曲線変更用ユニットを使用し、
    以て結果である全特性曲線によって理想的なＡＭ変調が
    得られるようにする、請求項３または４記載の方法。
  6. 【請求項６】 変換器に印加される最小出力電圧を予め
    設定可能にすることによって、制御の変調度を調整する
    ことができる、請求項１から５のいずれか１項記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 変調器に供給される入力信号は、警告信
    号及び／または通知信号及び／またはノイズ信号及び／
    または音声信号及び／または音楽信号である、請求項１
    から６のいずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 パラメトリックマルチウェイスピーカシ
    ステムを制御するために、すべての変換器をグループに
    分け、 各グループが当該グループに属する少なくとも１つのＦ
    Ｍ変調器によって制御されるようにする、請求項１から
    ７のいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 個々のＦＭ変調器のそれぞれに入力信号
    のマルチウェイ分割からの信号を供給し、 その際、前記マルチウェイ分割の枠内で、変調器の入力
    信号の周波数による帯域分割を行う、請求項８記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 複数のグループに分けられた変換器は
    グループごとにそれぞれ異なる特性曲線を有しており、
    グループごとにそれぞれ異なるＦＭ変調器が割当てられ
    ている、請求項８または９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 変換器グループからの変換器の選択
    が、使用されている周波数帯域で必要な出力に整合する
    ように、前記周波数領域に亘って変換器の出力整合を行
    う、請求項８から１０のいずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 変換器グループからの変換器の選択を
    個々の変換器の指向性に基づいて各周波数帯域において
    行うことによって、変換器グループの個々のグループそ
    れぞれに対して、スピーカシステムのそれぞれの指向性
    を最適化する、請求項８から１１のいずれか１項記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 変換器の個々のグループを、例えば当
    該グループに属する変調器の入力信号の周波数帯域に依
    存して、種々異なる幾何学的形態で配置することによっ
    て、変換器グループの個々のグループそれぞれに対し
    て、スピーカシステムのそれぞれの指向性を最適化す
    る、請求項８から１２のいずれか１項記載の方法。
  14. 【請求項１４】 パラメトリックスピーカシステムを制
    御するための装置であって、 前記パラメトリックスピーカシステムが、 超音波用の１つまたは複数の変換器素子と、 前記変換器素子に属する１つまたは複数の出力増幅器
    と、 前記出力増幅器に接続された１つまたは複数の変調器と
    から成り、 前記変換器素子は適切な制御によりＡＭ信号を生成する
    ことができ、 該ＡＭ信号は、ガス状媒体に伝播する際に自己復調によ
    り可聴信号を生成し、 前記変調器は入力信号としてソースの信号を受け取る形
    式の装置において、 共振特性曲線のエッジ領域内でＦＭ変調信号（ＦＭ変
    調）によって変換器を制御する手段が設けられているこ
    とを特徴とするパラメトリックスピーカシステムを制御
    するための装置。
  15. 【請求項１５】 前記変換器が有効な共振特性曲線を有
    していない場合のために、前記変換器を含むフィルタ回
    路網が設けられており、該フィルタ回路網は前記変換器
    の特性曲線の現在のエッジが前記変換器によってＦＭ変
    調をＡＭ変調へ満足に変換するのに必要とされるような
    共振エッジを生成する、請求項１４記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記変調器に変更用ユニットが前置接
    続されており、該特性曲線変更用ユニットが電圧／電圧
    変換を実行することによって、変換器から送出されるＡ
    Ｍ信号へのＦＭ変調信号の変換が、変更の結果として生
    じる全特性曲線によって影響されるようにして変換器の
    特性曲線のエッジを変更する、請求項１４または１５記
    載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記特性曲線変更用ユニットは変換器
    の特性曲線における不規則性を補償するよう構成されて
    おり、これにより結果である全特性曲線は１つまたは複
    数の平滑化された曲線線分から得られる、請求項１６記
    載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記特性曲線変更用ユニットは変換器
    で行われるＦＭ／ＡＭ変換を線形化するよう構成されて
    おり、これにより結果である全特性曲線によって理想的
    なＡＭ変調が得られる、請求項１６または１７記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】 変換器に印加される最小出力電圧を予
    め設定可能にすることによって制御の変調度を調整する
    ための手段が設けられている、請求項１４から１８のい
    ずれか１項記載の装置。
  20. 【請求項２０】 パラメトリックマルチウェイスピーカ
    システムを制御するために、すべての変換器がグループ
    に分けられており、 各グループは当該グループに属する少なくとも１つのＦ
    Ｍ変調器によって制御される、請求項１４から１９のい
    ずれか１項記載の装置。
  21. 【請求項２１】 入力信号をマルチウェイ分割するため
    の手段が設けられており、前記マルチウェイ分割の枠内
    で、変調器の入力信号の周波数による帯域分割が行われ
    る、請求項２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】 複数のグループに分けられた変換器が
    グループごとにそれぞれ異なる特性曲線を有する場合の
    ために、グループごとにそれぞれ異なるＦＭ変調器が設
    けられている、請求項２０または２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】 変換器グループからの変換器の選択
    が、使用されている周波数帯域で必要な出力に整合する
    ように、前記周波数領域に亘って変換器の出力整合が行
    われる、請求項２０から２２のいずれか１項記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】 変換器グループからの変換器の選択が
    個々の変換器の指向性に基づいて各周波数帯域において
    行われることによって、変換器グループの個々のグルー
    プそれぞれに対して、スピーカシステムのそれぞれの指
    向性が最適化される、請求項２０から２３のいずれか１
    項記載の装置。
  25. 【請求項２５】 変換器の個々のグループを、例えば当
    該グループに属する変調器の入力信号の周波数帯域に依
    存して、種々異なる幾何学的形態で配置することによっ
    て、変換器グループの個々のグループそれぞれに対し
    て、スピーカシステムのそれぞれの指向性が最適化され
    る、請求項２０から２４のいずれか１項記載の方法。
  26. 【請求項２６】 変換器の個々のグループを、例えば当
    該グループに属する変調器周波数に割当てられた変換器
    は配置の外部領域にあり、入力信号の高周波数に割当て
    られた変換器は配置の内部領域にあるように変換器が配
    置されている、請求項２０から２５のいずれか１項記載
    の装置。
  27. 【請求項２７】 入力信号の高周波数に割当てられた変
    換器は密に隣接して配置されており、入力信号の低周波
    数に割当てられた変換器は比較的疎に（間引いて）配置
    されている、請求項２０から２６のいずれか１項記載の
    装置。
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