JP2005236420A

JP2005236420A - 超指向性スピーカー用変調器

Info

Publication number: JP2005236420A
Application number: JP2004040336A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Goto; 修三後藤; Toshiharu Yoshida; 俊治吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】小レベルのオーディオ信号入力でも超音波素子から空気中に放射される自己生成復調音の音圧レベルを低下させない超指向性スピーカー用変調器を提供する。
【解決手段】変調信号源１の出力オーディオ信号を包絡線器２で包絡線レベルを求め、この包絡線レベルからゲイン可変器３で小レベルのオーディオ信号のゲインは大きく、大きいオーディオ信号のゲインは小さくなるようコントロールする。この出力に係数器４でｍを乗じ、加算器５で包絡線レベルと加算する。加算器出力を平方根変換してから、超音波帯域発振器７の出力と乗じて変調信号を得る。
【選択図】図１

Description

この発明は、可聴音を指向性放射するための超指向性スピーカー用変調器に関するものである。

従来の超指向性スピーカー用変調器は、変調信号源のオーディオ信号を係数器でｍ倍し、その信号に直流バイアスを加算した後、平方根変換してから超音波帯域発振器の出力搬送波信号と掛け算器で掛け算し、変調信号を得ている。この変調信号をパワーアンプで増幅し、超音波振動子アレーに供給することで音波となって放射している。
すなわち、上記の係数器から掛算器までの処理は、変調度ｍの音声信号を平方根処理し、振幅変調した処理となっている（たとえば、特許文献１参照）。

特公平４−５８７５８号公報（第２頁〜第３頁、第１図）

従来の超指向性スピーカー用変調器では、音源信号がないときに搬送周波数信号がそのまま放射器から出力されてしまうという問題がる。また、その変調方式に振幅変調を採用しているため、小レベルのオーディオ信号が入力された場合、変調率が低下する。このため、超音波振動素子から空気中に放射し自己生成される復調音は、所望の音圧レベルを得ることができないという問題がある。
また、様々な形態のオーディオ信号に対して、所望の音圧レベルを得るためには後段の増幅装置においてゲインを上げなければならにという問題点もあった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、小レベルのオーディオ信号に対しても音圧レベルの低下を防止できる超指向性スピーカー用変調器を提供することを目的とする。

この発明に係る超指向性スピーカ用変調器においては、可聴音信号源から出力されるオーディオ信号の包絡線レベルを求める包絡線器と、前記包絡線器の出力の包絡線レベルに基づいてゲインを可変するゲイン可変器と、前記ゲイン可変器に係数を乗じる係数器と、前記係数器の出力と前記包絡線器の出力を加算する加算器と、前記加算器の出力を平方根処理する平方根変換器と、この平方根変換器の出力信号で超音波帯域発振器の出力を振幅変調する乗算器を備える。

この発明は、変調信号源から出力されるオーディオ信号を包絡線処理し、その包絡線レベルをもとにゲイン可変器でオーディオ信号レベルを可変することで、小レベルなオーディオ信号の変調率を大きくし、自己復調される音圧レベルの低下を抑えることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における超指向性スピーカー用変調器を示すものである。図１において、変調信号源１からオーディオ信号が出力され、包絡線器２へ入力される。包絡線器２の出力は分岐されて、一方はゲイン可変器３へ、他方は加算器５へ入力される。ゲイン可変器３の出力は係数器４へ入力され、その係数器４の出力は加算器５へ入力されている。加算器５の出力は平方根変換器６に入力される。平方根変換器６の出力と超音波帯域発振器７の出力は掛算器８で乗算されて変調信号を出力している。
超指向性スピーカーは、パラメトリック作用により可聴信号を得るために超音波を発信する指向性の高いスピーカーの放射部である図示しない放射器が設けられている。
超指向性スピーカーであるパラメトリックスピーカーは、人には聞こえない超音波を利用し、強力な超音波が空気を伝搬する過程でひずみ成分が発生し、そのひずみ成分を利用することによって可聴帯域の音を得る原理（非線形性）を採用している。可聴音を得るための変換効率は低いが、音放射方向の狭いエリアにビーム状に音が集中するという「超指向性」を呈することができる。従来の指向性の低いスピーカーは、いわば裸電球の光のように、背面を含む広いエリアに音場を形成するので、エリアをコントロールすることが出来なかったが、パラメトリックスピーカーで使用するスピーカーは、あたかもスポットライトのように聞こえるエリアを限定することが可能となり、非常に指向性の高いスピーカーとなっている。
つぎに動作について説明する。変調信号源１からオーディオ信号が出力される。このオーディオ信号は、包絡線器２で入力オーディオ信号に対応した包絡線レベル（Ａ）が求められる。この包絡線レベルＡは、０＜Ａ≦１の値をとる。包絡線器２の出力である包絡線レベルＡは、加算器５へ行くと共に、ゲイン可変器３へ入力される。
図２は、包絡線器２とゲイン可変器３の処理の詳細を示す図である。ゲイン可変器３の特性は、１／（Ｘ＋包絡線レベル）を有している。Ｘは、オーディオ信号に基づき任意に設定できる値である。ゲイン可変器３の出力は、係数器４でｍ倍され、加算器５へ行く。加算器５で、包絡線器２の出力と加算された後、平方根変換器６で平方根変換される。平方根変換器６の出力を掛算器８へ入力する。超音波帯域発振器７のオーディオ信号より高い周波数の出力信号は、掛算器８で平方根変換器６の出力信号で振幅変調されて、変調信号として出力される。
ここで、図２をもとに具体的例で説明する。たとえば、任意に設定できる値ＸをＸ＝０．３とすると、大きいオーディオ信号の包絡線レベルＡがＡ＝０．７であるとき、ゲイン可変器３の出力値は、１倍になる。また、小さいオーディオ信号の包絡線レベルＡがＡ＝０．１とすると、ゲイン可変器３の出力値は２．５倍となる。

また、上記では、ゲイン可変器３の特性を、１／（Ｘ＋包絡線レベルＡ）としたが、ａをある定数としてａ^{１／（Ｘ＋Ａ）}のような指数関数、または、ｌｏｇａ^Xのような対数関数などの単調増加関数としてもよい。

このように、オーディオ信号が小さいとき、増幅度をあげ、オーディオ信号が大きいとき増幅度を下げることができるので、小レベルのオーディオ信号が入力された場合におこる変調度の低下を防げ、変調器出力で駆動される超音波振動素子から空気中に放射され自己生成される復調音の音圧レベルを得ることができる。

この発明の実施の形態１を示す超指向性スピーカ用変調器の構成図である。この発明のゲイン可変器の基本的な処理を示すブロック図である。

符号の説明

１変調信号源、２包絡線器、３ゲイン可変器、４係数器、５加算器、６平方根変換器、７超音波帯域発振器、８掛算器。

Claims

可聴音信号源から出力されるオーディオ信号の包絡線レベルを求める包絡線器と、前記包絡線器の出力の包絡線レベルに基づいてゲインを可変するゲイン可変器と、前記ゲイン可変器に係数を乗じる係数器と、前記係数器の出力と前記包絡線器の出力を加算する加算器と、前記加算器の出力を平方根処理する平方根変換器と、この平方根変換器の出力信号で超音波帯域発振器の出力を振幅変調する乗算器を備える超指向性スピーカー用変調器。
前記ゲイン可変器は、単調増加関数特性を有する請求項１記載の超指向性スピーカー用変調器。