JP2004328236A

JP2004328236A - 変換器処理装置

Info

Publication number: JP2004328236A
Application number: JP2003118600A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sakai; 新一酒井; Toshiharu Yoshida; 俊治吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】変換器処理装置から再生される可聴音の音圧周波数特性を平坦化する。
【解決手段】変調信号源１からの音声信号を基に変調処理する変調器９と、変調器９からの信号を増幅するパワーアンプ１０と、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とを備えた従来の変換器処理装置の構成に対し、変調器９の前段に、放射器１１から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦にするように、変調信号源１からの音声信号について周波数特性を補正する補正回路２を設ける。
【選択図】図１

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、原音声信号に比例した再生音圧を得るように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、その変調器では入力音声信号の二重積分処理、同処理した信号について係数器による係数（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。
【０００３】
ここで、二重積分の処理を行う理由は、自己復調された可聴信号が原変調信号である音声信号の２階微分に比例することから、音声信号を予め二重積分しておく補正を行い、放射器から放射される可聴音が元の音声信号に比例した再生音圧となるようにするためである。
【０００４】
【特許文献１】
特公平４−５８７５８号公報（第１−３頁、第２図）
【０００５】
【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二重積分の処理をしているが、この処理では電気音響変換器の周波数特性を十分に補正することができず、このため、放射器から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦にすることができないという問題があった。
【０００６】
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、放射器からの可聴音の音圧周波数特性を平坦化し、原音声信号に比例した再生音圧を実現できる変換器処理装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【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、放射器から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦にするように、信号源からの音声信号について周波数特性を補正する補正回路を前記変調器の前段に設けたものである。
【０００８】
【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補正回路２へ入力し、この補正回路２の出力を係数器３に入力する。この係数器３の出力は加算器４に入力する。この加算器４には直流源５も接続されている。加算器４の出力は平方根変換器６に入力し、その出力は掛算器７へ入力する。この掛算器７には超音波帯域発振器８も接続されている。
以上の係数器３乃至超音波帯域発振器８の範囲が変調器９を構成する。
【０００９】
掛算器７の出力、即ち、変調器９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。
【００１０】
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Ｖ（ｔ）は補正回路２へ入力する。
この補正回路２は、音声信号Ｖ（ｔ）について所要の周波数補正をした信号Ｓ（ｔ）を変調器９の係数器３へ入力する。この補正回路２の周波数補正については後述する。
補正回路２からの信号Ｓ（ｔ）は係数器３でｍ倍され、ｍ・Ｓ（ｔ）の信号を得る。このｍ・Ｓ（ｔ）の信号は加算器４において直流源５からの直流バイアスと加算され、１＋ｍ・Ｓ（ｔ）の信号となる。加算器４からの１＋ｍ・Ｓ（ｔ）の信号は平方根変換器６において平方根処理される。この平方根処理により得た信号［１＋ｍ・Ｓ（ｔ）］１／２は、超音波帯域発振器８からの超音波のキャリア信号と掛算器７で掛算される。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。
【００１１】
以上説明の係数器３から超音波帯域発振器８までの過程は、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。
掛算器７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。
【００１２】
次に、上記説明の構成における周波数特性関係を、補正回路２が無いとした場合と有る場合とに分けて説明する。
図２は補正回路２が無いとした場合の周波数特性の具体例を示したものである。
図２において、（Ａ）は放射器１１自体の理論上の周波数特性を示したものであり、放射器１１の端子電圧を全ての周波数で一定として駆動すると、理論上、＋１２ｄＢ／ｏｃｔａｖｅで上昇する特性となる。この条件で二重積分器を通して放射器１１を駆動した場合、同図（Ｂ）に示す二重積分器の周波数特性（伝送特性）により、上記特性（Ａ）を補正して同図（Ｃ）に示すように平坦な特性を得ることとなる。
【００１３】
しかし、実際の放射器１１においては図２（Ａ）のような理論通りの周波数特性にはならず、例えば、図２（Ｄ）に示すような特性になる。この特性は、放射器１１が狭帯域な周波数特性になっていること、即ち、周波数特性が理想とする平坦な特性になっていないことに起因しており、低域から中域にかけての傾斜は理論上の＋１２ｄＢ／ｏｃｔａｖｅで上昇する特性にならないこと、また、放射器１１に固有であって中域周波数帯のある周波数（以下、「遷移周波数」とする）より高域は中低域よりゆるい傾斜で上昇または平坦または低下する様相を呈する。
従って、二重積分器を用いる方法では、再生音圧の周波数特性は図２（Ｃ’）のようになり、周波数特性の補正として不充分となる。
【００１４】
上記補正不充分を是正するものが補正回路２であり、この補正回路２を設けた場合の周波数特性の具体例を図３に示す。図３の（Ａ）〜（Ｄ）は図２のそれらと同様のものである。
この補正回路２の周波数特性は図３（Ｅ）に示すように、放射器１１自体の実際上の周波数特性（Ｄ）と逆特性になっており、低域から中域にかけては−１２ｄＢ／ｏｃｔａｖｅに近い傾斜で直線上に下降し、遷移周波数以上の高域にかけては、特性（Ｄ）と対称の関係にした平坦な特性にしている。このような特性を有する補正回路２を使用することにより、放射器１１より放射される実際上の可聴音周波数特性は（Ｃ）のように低域から高域にかけて平坦となり、原音声信号Ｖ（ｔ）に比例した再生音圧を得ることができることとなる。
【００１５】
上記補正回路２の特性は低域から高域にかけて平坦な特性としたが、これは放射器１１自体の実際上の高域周波数特性が平坦とした特性図（Ｄ）と対称の関係にしたことによるものである。
従って、放射器１１自体の実際上の高域周波数特性が平坦ではなく上昇する特性の場合には、補正回路２はこの上昇特性をキャンセルするように下降する特性にし、これとは反対に、下降する特性の場合にはこの下降特性をキャンセルするように上昇する特性にする。これにより、前記同様に低域から高域にかけて平坦な特性を得ることとなる。
【００１６】
また、以上説明の補正回路２としては、アナログ式の補正フィルターまたはディジタル式の補正フィルターのいずれで構成してもよいが、任意の周波数特性を容易に作ることができるという点からは後者のディジタル式補正フィルターの方が有利である。このディジタル式補正フィルターで補正回路２を構成することにより、精度のよいフィルター、即ち補正回路２を実現でき、再生音圧特性を適正に補正できることとなる。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、変調信号源１からの音声信号を基に変調処理する変調器９と、前記変調器９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形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、
前記放射器１１から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦にするように、前記変調信号源１からの音声信号について周波数特性を補正する補正回路２を前記変調器９の前段に設ける構成としたので、放射器１１から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦化でき、原音声信号Ｖ（ｔ）に比例した再生音圧を実現できる。
【００１８】
また、補正回路２は、放射器１１の音圧周波数特性と逆特性の周波数特性を有するので、前記可聴音の音圧周波数特性を平坦にすることができる。
【００１９】
また、補正回路２は、信号源からの音声信号に対し、低域から中域の周波数帯においては直線状に下降させ、電気音響機器に固有であって中域周波数帯における遷移周波数以上の高域周波数帯では前記低中域の傾斜とは異なる傾斜で下降させ、または平坦とし、または上昇させる伝送特性を有するので、前記可聴音の音圧周波数特性を平坦にすることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態１の変換器処理装置における補正回路２の構成を示すブロック図であり、補正回路としての周波数特性（伝送特性）を任意に調整可能としたものである。
図４に示すように、補正回路２は、基本特性設定部１２、第１の傾斜制御器１３、第２の傾斜制御器１４、周波数制御器１５および減衰器１６とを備えている。
【００２１】
次に動作について説明する。
変調信号源１からの音声信号Ｖ（ｔ）は基本特性設定部１２へ入力する。この基本特性設定部１２では補正回路としての基本的な周波数特性、例えば、図３（Ｅ）のような周波数特性、を設定する。基本特性設定部１２で特性設定された信号は第１の傾斜制御器１３へ入力し、低中域特性の傾斜を複数段階で増減する機能に従い調整を行う。例えば、切替スイッチ（図示せず）により、−６，−８，−１０，−１２，−１４，−１６ｄＢ／ｏｃｔ．の設定ができる。ここに、例えば、−６ｄＢ／ｏｃｔ．とは、周波数帯域オクターブ（ｏｃｔ．）あたり、−６ｄＢで高域に向かって低下する傾斜を意味する。
【００２２】
上記調整された信号は第２の傾斜制御器１４へ入力し、高域の傾斜を前記低中域特性の傾斜と同様に切替スイッチ（図示せず）により複数段階で増減する機能に従い調整を行った後、周波数制御器１５で遷移周波数を上下する機能に従い調整を行う。この遷移周波数の調整についても例えば切替スイッチ（図示せず）により、２００，４００，６００，８００Ｈｚに設定できる。
上記調整後、信号は減衰器１６へ入力し、信号レベルを例えば切替スイッチ（図示せず）により、複数段階で増減する機能に従い調整を行う。
減衰器１６の出力が補正回路２の出力となって、変調器９の係数器３へ送られる。以下、図１の動作と同様となる。
【００２３】
上記図４の説明では、減衰器１６を設ける構成としたが、この減衰器１６を回路の合理化等から設けない構成としてもよい。
【００２４】
また、上記説明では各段階での調整を切替スイッチにより段階的に行ったが、この切替スイッチに代えてボリュームとし、連続的に設定量を変えるようにしてもよい。
【００２５】
また、図４に示した補正回路２の内部構成は図示の配置（処理順）に限定されるものではなく、第１の傾斜制御器１３〜減衰器１６については、各処理の順番を入れ替えて構成してもよい。
【００２６】
なお、以上説明の補正回路２をアナログ式の補正フィルターまたはディジタル式の補正フィルターのいずれで構成してもよい等については実施の形態１で説明したことと同様である。
【００２７】
以上のように、この実施の形態２によれば、補正回路２は、補正回路の基本的な周波数特性を設定する基本特性設定部１２を備えるとともに、該周波数特性に対し、低中域の傾斜を増減する調整を行う第１の傾斜制御器１３と、高域の傾斜を増減する調整を行う第２の傾斜制御器１４と、遷移周波数を上下する調整を行う周波数制御器１５と、さらには信号のレベルを増減する調整を行う減衰器１６とを備える構成としたので、基本特性に対し、低中域周波数帯における傾斜、高域周波数帯における傾斜、遷移周波数または信号レベルを任意に調整可能となり、放射器１１に対する逆特性を高精度で設定でき、これにより、放射器１１から放射される可聴音の周波数特性を一層精度よく平坦化でき、原音声信号Ｖ（ｔ）に比例した再生音圧を実現できる。
【００２８】
また、上記構成において、減衰器１６を必要に応じて削除することにより、回路を合理化することもできる。
【００２９】
また、補正回路２における各段階での調整を切替スイッチで構成することにより、段階的に設定量を調整でき、また、ボリュームで構成することにより、連続的に設定量を調整できる。
【００３０】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３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、補正回路２を変調器９とは独立した構成で示したが、この補正回路２を図１の変調器９と一体の構成とし、図５に示すように別構成の変調器１７としてもよい。
【００３１】
以上のように、この実施の形態３によれば、補正回路２を実施の形態１の変調器９と一体の構成とした変調器１７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。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、放射器から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦にするように、信号源からの音声信号について周波数特性を補正する補正回路を変調器の前段に設けて変換器処理装置を構成したので、放射器から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦化でき、原音声信号に比例した再生音圧を実現できる。
【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を説明するための周波数特性図であり、（Ａ）は放射器１１自体の理論上の周波数特性図、（Ｂ）は二重積分器の周波数特性（伝送特性）図、（Ｃ）は放射器１１より放射される理論上の可聴音周波数特性図、（Ｃ’）は放射器１１より放射される実際上の可聴音周波数特性図、（Ｄ）は放射器１１自体の実際上の周波数特性図である。
【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）〜（Ｄ）は図２と同様の特性図であり、（Ｅ）は補正回路２の周波数特性（伝送特性）図である。
【図４】この発明の実施の形態２による補正回路２の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３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補正回路、３係数器、４加算器、５直流源、６平方根変換器、７掛算器、８超音波帯域発振器、９，１７変調器、１０パワーアンプ、１１放射器、１２基本特性設定部、１３，１４傾斜制御器、１５周波数制御器、１６減衰器。

Claims

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形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、
前記放射器から放射される可聴音の音圧周波数特性を平坦にするように、前記信号源からの音声信号について周波数特性を補正する補正回路を前記変調器の前段に設けたことを特徴とする変換器処理装置。
補正回路は、電気音響変換器の音圧周波数特性と逆特性の周波数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。
補正回路は、信号源からの音声信号に対し、低域から中域の周波数帯においては直線状に下降させ、電気音響機器に固有であって中域周波数帯における遷移周波数以上の高域周波数帯では前記低中域の傾斜とは異なる傾斜で下降させ、または平坦とし、または上昇させる伝送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。
変調器は、補正回路からの信号を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。
補正回路は、補正回路の基本的な周波数特性を設定する基本特性設定部を備えるとともに、該周波数特性に対し、低中域の傾斜を増減する調整を行う第１の傾斜制御器と、高域の傾斜を増減する調整を行う第２の傾斜制御器と、遷移周波数を上下する調整を行う周波数制御器とを備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の変換器処理装置。
補正回路は、信号のレベルを増減する調整を行う減衰器を備えたことを特徴とする請求項５記載の変換器処理装置。
補正回路は、ボリュームまたは切替スイッチにより、連続的または段階的に設定量を調整することを特徴とする請求項５または請求項６記載の変換器処理装置。
補正回路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。