JP2004297723A - Transducer processing apparatus - Google Patents

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Shinichi Sakai
新一 酒井
Toshiharu Yoshida
俊治 吉田
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  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the sound of a component not originally existing in the audible band, from being generated in a transducer processing apparatus. <P>SOLUTION: Into the configuration of a conventional transducer processing apparatus equipped with a modulator 8 for modulation processing based on an audio signal from a signal source, a power amplifier 10 for amplifying the signal from the modulator 8 and a radiator 11 as an electroacoustic transducer for transducing the signal from the power amplifier 10 into a sonic wave; a high-pass filter 9 that includes a cutoff frequency near an upper limit of the audible band and cuts off a signal component in the audible band, is provided on the pre-stage of the power amplifier 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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際に、可聴帯域で不要な音の発生を防止した変換器処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の変換器処理装置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、その変調器では係数器による係数(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。
この変調器からの信号をパワーアンプで増幅し、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(例えば、特許文献1参照)。
この場合、変調器の出力は上記平方根処理および掛算処理により、または、これら処理以外の信号処理により広帯域化したスペクトルを有する信号となる(例えば、非特許文献1参照)。
【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】
電子情報通信学会技術研究報告,信学技報Vol.102,No.171,EA2002−30)、p.5−8、「DSPを用いたパラメトリックスピーカ駆動用包絡変調器の試作」
【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、平方根処理および掛算処理により、または、これら処理以外の信号処理により広帯域化したスペクトルが発生し、これにより、可聴帯域に本来存在しない成分の音が発生してしまう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、可聴帯域での不要な音の発生を防止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、変調器の出力に含まれる可聴帯域の信号成分を遮断するハイパスフィルターをパワーアンプの前段に設けたものである。
【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はこの発明の実施の形態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で生成された音声信号は係数器2に入力し、この係数器2の出力は加算器3に入力する。この加算器3には直流源4も接続されている。加算器3の出力は平方根変換器5に入力し、その出力は掛算器6へ入力する。この掛算器6には超音波帯域発振器7も接続されている。
以上の係数器2乃至超音波帯域発振器7の範囲が変調器8を構成する。
【0008】
掛算器6の出力、即ち、変調器8の出力はハイパスフィルタ(以下、「HPF」とする)9へ入力する。このHPF9の出力はパワーアンプ10へ入力し、このパワーアンプ10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)11へ入力する。
【0009】
次に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)は変調器8へ入力する。
この変調器8は前記のように、係数器2乃至超音波帯域発振器7で構成されるものであり、その具体的動作は以下である。
入力された音声信号S(t)を係数器2でm倍し、m・S(t)の信号を得る。このm・S(t)の信号を加算器3において直流源4からの直流バイアスと加算し、1+m・S(t)の信号とする。
この1+m・S(t)の信号を平方根変換器5において平方根処理する。
上記処理により得た信号[1+m・S(t)]1/2を、超音波帯域発振器7からの超音波のキャリア信号と掛算器6で掛算する。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。
【0010】
このように、変調器8の上記過程は、変調度mの音声信号S(t)を平方根処理し「振幅変調」した処理となっている。
ここで、上記変調器8における平方根変換器5は、再生音圧の第2高調波ひずみを低減する効果を有するが、平方根変換器5の出力信号を掛算器6で処理すると、図2に示すような周波数スペクトルを呈する。図2は正弦波の1000Hzを入力信号S(t)としたときの変調波の周波数スペクトルを表したものである(例えば、非特許文献1参照)。
同図から理解できるように、約40KHzのキャリア信号(図中央の最大レベルの信号)の上下に1000Hzおきにスペクトルが発生し、順次低下するスペクトル成分を持つ。
【0011】
これらスペクトル成分は、図2では縦軸−60dBのレベルで見えなくなっているが、理論上無限に続き、30KHz以下の成分も存在する。即ち、可聴音帯域にも存在することとなり、それらの成分が放射器11を駆動する(発音素子を振動させる)と、可聴音となって不要な音として聞こえることになる。
このような状況は、キャリア周波数が低下し、可聴帯域に近くなったり、入力信号の周波数が高くなり、スペクトルの間隔が広くなると可聴帯域に影響を与えるスペクトルが大きくなる。
従って、可聴帯域に影響を与えるスペクトル成分については遮断する必要がある。
そこで、変調器8の出力信号はHPF9に入力する。このHPF9のカットオフ周波数は可聴帯域の上限付近、例えば、20KHzに設定する。
【0012】
HPF9の伝送特性は図3(A)に示されるように、カットオフ周波数以下は急峻に減衰する特性を有する。この特性により、図3(B)に示す変調器8の出力信号周波数スペクトルのうち、HPF9のカットオフ周波数(可聴帯域の上限付近)以下の周波数成分は遮断され、これにより可聴音の発生を抑えることができる。
また、HPF9の遮断特性は、−12dB/octave以上に設定することが望ましい。
【0013】
HPF9の出力はパワーアンプ10により増幅されて放射器11へ供給され、放射器11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。
【0014】
上述のHPF9では、変調器8における平方根処理のスペクトルに関して記述したが、それに限定されるものではない。即ち、変調器8の伝送(信号処理)系における平方根処理以外のひずみ低減や伝送特性改善などの処理により発生する可聴帯域の成分についても遮断する。
【0015】
以上のように、この実施の形態1によれば、信号源からの音声信号を基に変調処理する変調器8と、前記変調器8からの信号を増幅するパワーアンプ10と、前記パワーアンプ10からの信号を音波に変換する電気音響変換器としての放射器11とを備え、超音波の有限振幅音波の非線型性によるパラメトリック作用により可聴信号を得る変換器処理装置において、前記変調器8の出力に含まれる可聴帯域の信号成分を遮断するハイパスフィルター9を前記パワーアンプ10の前段に設ける構成としたので、変調器8における平方根処理および掛算処理、またはこれら処理以外の信号処理によって広帯域化したスペクトルが発生しても可聴帯域での不要な音の発生を防止することができる。
【0016】
また、HPF9は、可聴帯域の上限付近に遮断周波数を有し、その遮断特性を−12dB/octave以上とし、急峻な減衰特性としているので不要な音の発生を防止する一方で有用な音への影響を回避することができる。
【0017】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2による変換器処理装置の構成を示すブロック図である。
実施の形態1(図1)では、HPF9を変調器8とは独立した構成で示したが、このHPF9を図1の変調器8と一体の構成とし、図4に示すように別構成の変調器12としてもよい。
【0018】
以上のように、この実施の形態2によれば、ハイパスフィルター9を実施の形態1の変調器8と一体の構成とした変調器12としたので、実施の形態1の効果が得られる一方、変換器処理装置全体の構成を合理化することができる。
【0019】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、可聴帯域の信号成分を遮断するハイパスフィルターをパワーアンプの前段に設けて変換器処理装置を構成したので、変調器における平方根処理および掛算処理、またはこれら処理以外の信号処理によって広帯域化したスペクトルが発生しても可聴帯域での不要な音の発生を防止することができる。
【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を説明するためのものであって、変換器処理装置が動作するときの周波数スペクトル成分を説明する図である。
【図3】この発明の実施の形態1を説明するための周波数特性図であり、(A)はHPF9の伝送特性図、(B)は変調器8の出力信号の周波数スペクトル図である。
【図4】この発明の実施の形態2による変換器処理装置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 係数器、3 加算器、4 直流源、5 平方根変換器、6 掛算器、7 超音波帯域発振器、8,12 変調器、9 ハイパスフィルター(HPF)、10 パワーアンプ、11 放射器。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a converter processing device that prevents generation of unnecessary sound in an audible band when audible sound is radiated directionally.
[0002]
[Prior art]
A conventional converter processing device includes a modulator, a power amplifier, and an electroacoustic converter. In the modulator, a process of multiplying a coefficient (m) by a coefficient unit, a process of adding a DC bias to the processed signal, and a process of processing the same are performed. A square root process of the processed signal and a process of multiplying the processed signal by an ultrasonic carrier signal to perform amplitude modulation are performed.
A signal from the modulator is amplified by a power amplifier, and the amplified electric signal is converted into a sound wave by an electroacoustic converter (for example, see Patent Document 1).
In this case, the output of the modulator is a signal having a spectrum whose band is widened by the square root process and the multiplication process or by signal processing other than these processes (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 4-58758 (pages 1-3, Fig. 1)
[Non-patent document 1]
IEICE Technical Report, IEICE Technical Report Vol. 102, no. 171, EA2002-30), p. 5-8, "Prototype of envelope modulator for driving parametric speaker using DSP"
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional converter processing device is configured as described above, a spectrum having a wide band is generated by the square root process and the multiplication process, or by signal processing other than these processes, and thereby, the spectrum is not originally present in the audible band. There is a problem that component sound is generated.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its object to obtain a converter processing device that prevents generation of unnecessary sound in an audible band.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A converter processing device according to the present invention includes a high-pass filter that blocks a signal component in an audible band included in an output of a modulator, provided in a stage preceding a power amplifier.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a converter processing device according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, an audio signal generated by a modulation signal source 1 is input to a coefficient unit 2, and an output of the coefficient unit 2 is input to an adder 3. A DC source 4 is also connected to the adder 3. The output of the adder 3 is input to a square root converter 5, and the output is input to a multiplier 6. An ultrasonic band oscillator 7 is also connected to the multiplier 6.
The range from the coefficient unit 2 to the ultrasonic band oscillator 7 constitutes the modulator 8.
[0008]
The output of the multiplier 6, that is, the output of the modulator 8 is input to a high-pass filter (hereinafter, referred to as “HPF”) 9. The output of the HPF 9 is input to a power amplifier 10, and the output of the power amplifier 10 is input to an ultrasonic emitter (hereinafter, “radiator”) 11 as an electroacoustic transducer.
[0009]
Next, the operation will be described.
The audio signal S (t) generated by the modulation signal source 1 is input to the modulator 8.
As described above, the modulator 8 includes the coefficient unit 2 to the ultrasonic band oscillator 7, and the specific operation is as follows.
The input audio signal S (t) is multiplied by m by the coefficient unit 2 to obtain a signal of m · S (t). The signal of m · S (t) is added to the DC bias from the DC source 4 in the adder 3 to obtain a signal of 1 + m · S (t).
The signal of 1 + m · S (t) is subjected to square root processing in the square root converter 5.
The multiplier [6] multiplies the signal [1 + m · S (t)] 1/2 obtained by the above processing by the carrier signal of the ultrasonic wave from the ultrasonic band oscillator 7. By this multiplication processing, amplitude modulation is performed, and a modulated signal is obtained.
[0010]
As described above, the above process of the modulator 8 is a process in which the audio signal S (t) having the modulation factor m is subjected to the square root process and “amplitude modulated”.
Here, the square root converter 5 in the modulator 8 has an effect of reducing the second harmonic distortion of the reproduced sound pressure. However, when the output signal of the square root converter 5 is processed by the multiplier 6, it is shown in FIG. Such a frequency spectrum. FIG. 2 shows a frequency spectrum of a modulated wave when a 1000 Hz sine wave is used as an input signal S (t) (for example, see Non-Patent Document 1).
As can be understood from the figure, a spectrum is generated at intervals of 1000 Hz above and below a carrier signal of about 40 KHz (the signal of the maximum level in the center of the figure), and has a spectrum component that gradually decreases.
[0011]
Although these spectral components are invisible at the level of −60 dB on the vertical axis in FIG. 2, they are theoretically infinite, and there are also components at 30 KHz or less. That is, these components also exist in the audible sound band, and when these components drive the radiator 11 (vibrate the sound generating element), they become audible sounds and are heard as unnecessary sounds.
In such a situation, the spectrum affecting the audible band increases as the carrier frequency decreases and approaches the audible band, or the frequency of the input signal increases, and the spectrum interval increases.
Therefore, it is necessary to cut off spectral components that affect the audible band.
Therefore, the output signal of the modulator 8 is input to the HPF 9. The cutoff frequency of the HPF 9 is set near the upper limit of the audible band, for example, 20 KHz.
[0012]
As shown in FIG. 3A, the transmission characteristic of the HPF 9 has such a characteristic that the frequency is sharply attenuated below the cutoff frequency. Due to this characteristic, in the output signal frequency spectrum of the modulator 8 shown in FIG. 3B, frequency components below the cutoff frequency of the HPF 9 (near the upper limit of the audible band) are cut off, thereby suppressing generation of audible sound. be able to.
Further, it is desirable that the cutoff characteristic of the HPF 9 is set to -12 dB / octave or more.
[0013]
The output of the HPF 9 is amplified by the power amplifier 10 and supplied to the radiator 11, where the radiator 11 emits a sound wave. This sound wave causes nonlinear interaction in the process of being propagated in the air as a finite amplitude sound wave which is a powerful ultrasonic wave, and is self-demodulated into a super-directional sound in an audible band composed of low frequency components, etc. You will be able to hear it.
[0014]
In the above-described HPF 9, the spectrum of the square root process in the modulator 8 has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the audible band component generated by processing such as distortion reduction and transmission characteristic improvement other than the square root processing in the transmission (signal processing) system of the modulator 8 is also cut off.
[0015]
As described above, according to the first embodiment, the modulator 8 that performs modulation processing based on the audio signal from the signal source, the power amplifier 10 that amplifies the signal from the modulator 8, A radiator 11 as an electro-acoustic transducer for converting a signal from the ultrasonic wave into a sound wave, and obtaining a audible signal by a parametric action due to the non-linearity of the finite amplitude sound wave of the ultrasonic wave. Since the high-pass filter 9 that blocks the audible band signal component included in the output is provided at the front stage of the power amplifier 10, the bandwidth is widened by the square root process and the multiplication process in the modulator 8, or the signal process other than these processes. Even if a spectrum is generated, generation of unnecessary sound in the audible band can be prevented.
[0016]
The HPF 9 has a cutoff frequency near the upper limit of the audible band, has a cutoff characteristic of -12 dB / octave or higher, and has a steep attenuation characteristic. The effects can be avoided.
[0017]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a converter processing device according to Embodiment 2 of the present invention.
In the first embodiment (FIG. 1), the HPF 9 is shown in a configuration independent of the modulator 8, but this HPF 9 is integrated with the modulator 8 in FIG. 1, and as shown in FIG. The container 12 may be used.
[0018]
As described above, according to the second embodiment, since the high-pass filter 9 is the modulator 12 integrated with the modulator 8 of the first embodiment, the effects of the first embodiment can be obtained. The configuration of the entire converter processing device can be rationalized.
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a high-pass filter that blocks a signal component in an audible band is provided in a stage preceding a power amplifier to constitute a converter processing device. Therefore, a square root process and a multiplication process in a modulator, or these processes are performed. It is possible to prevent generation of unnecessary sound in the audible band even if a spectrum having a wide band is generated by signal processing other than the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a converter processing device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is for describing Embodiment 1 of the present invention, and is a diagram illustrating frequency spectrum components when a converter processing device operates.
3A and 3B are frequency characteristic diagrams for explaining the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a transmission characteristic diagram of an HPF 9 and FIG. 3B is a frequency spectrum diagram of an output signal of a modulator 8.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a converter processing device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 Modulation signal source, 2 coefficient unit, 3 adder, 4 DC source, 5 square root converter, 6 multiplier, 7 ultrasonic band oscillator, 8, 12 modulator, 9 high-pass filter (HPF), 10 power amplifier, 11 Radiator.

Claims (4)

信号源からの音声信号を基に変調処理する変調器と、
前記変調器からの信号を増幅するパワーアンプと、
前記パワーアンプからの信号を音波に変換する電気音響変換器とを備え、
超音波の有限振幅音波の非線型性によるパラメトリック作用により可聴信号を得る変換器処理装置において、
前記変調器の出力に含まれる可聴帯域の信号成分を遮断するハイパスフィルターを前記パワーアンプの前段に設けたことを特徴とする変換器処理装置。
A modulator that performs modulation processing based on an audio signal from a signal source;
A power amplifier that amplifies a signal from the modulator;
An electroacoustic converter that converts a signal from the power amplifier into a sound wave,
In a converter processing device that obtains an audible signal by a parametric action due to the nonlinearity of a finite amplitude sound wave of an ultrasonic wave,
A converter processing device, wherein a high-pass filter for blocking a signal component in an audible band included in an output of the modulator is provided in a preceding stage of the power amplifier.
ハイパスフィルターは、可聴帯域の上限付近に遮断周波数を有し、その遮断特性を少なくとも−12dB/octaveの特性を有することを特徴とする請求項1記載の変換器処理装置。The converter processing device according to claim 1, wherein the high-pass filter has a cutoff frequency near the upper limit of the audible band, and has a cutoff characteristic of at least -12 dB / octave. 変調器は、信号源からの音声信号をm倍する処理と、該m倍処理した信号に直流バイアスを加算する処理と、該加算処理された信号の平方根処理と、該平方根処理した信号と超音波のキャリア信号との掛算処理とを行うことを特徴とする請求項1記載の変換器処理装置。The modulator includes a process of multiplying the audio signal from the signal source by m, a process of adding a DC bias to the m-processed signal, a square root process of the added signal, 2. The converter processing apparatus according to claim 1, wherein the multiplication processing is performed with a carrier signal of a sound wave. ハイパスフィルターを変調器と一体の構成としたことを特徴とする請求項1記載の変換器処理装置。The converter processing device according to claim 1, wherein the high-pass filter is integrated with the modulator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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