JP2006304137A - パラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法、及びパラメトリックアレースピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波の搬送波をオーディオ信号で変調し、パラメトリックアレースピーカで出力することで発生する差分周波数成分（自己復調音）の音質を向上する。
【解決手段】入力オーディオ信号から、少なくとも一つ基準とする周波数成分の信号を取り出し、前記周波数成分の信号レベルを一回以上検出し、検出した信号レベルに応じて出力する判別信号Aと、設定した変調度に応じて出力する判別信号Bと、設定した増幅率に応じて出力する判別信号Cの三つの判別信号に基づいて、自己復調音に対する聴感補正曲線に合うように入力オーディオ信号のレベルを周波数ごとに変化させる聴感補正フィルタを選択および実装し、前記聴感補正フィルタを通過したオーディオ信号で超音波の搬送波を変調し、アンプで増幅した後パラメトリックアレースピーカで放出する、ことで解決する。
【選択図】 図9

Description

本発明は、超音波をオーディオ信号で変調した信号を超音波振動素子等により放出した場合に、パラメトリックアレー効果によって非常に強い指向性を持った差分周波数成分（自己復調音）を放出できる、パラメトリックアレースピーカに関するものである。

パラメトリックアレースピーカは、通常のスピーカに比べて非常に指向性が強いため、音声情報を特定の場所にだけ伝達する等の目的で使用されている。例えば、パラメトリックアレースピーカは美術館等の展示場において、ある作品の前に近づいて行くと、その近くの限られた範囲内の人にだけ作品に関する説明が聞こえてくるように設置されている。

通常、自己復調音の音圧レベルは周波数の二乗に比例するために、その音圧レベルの周波数特性はフラットにならない。一般的に、入力オーディオ信号をローパスフィルタに通過させる処理を経てから変調することで、自己復調音の音圧レベルの周波数特性の均等化が行われる。

また、自己復調音には多数の高調波ひずみが発生し、そのひずみ率は変調度が高いほど大きく、30%程度に達する場合もあることが、特許文献１に記載されている。さらに特許文献１には、この高調波ひずみを除去するための方法として、入力オーディオ信号にルート処理を行ってからパラメトリックアレースピーカで放出するという方法が記載されている。

しかしながら、これらの工夫により上述した問題は解決されるものの、パラメトリックアレースピーカの音質は劇的には変化しない。パラメトリックアレースピーカの音質は、現状ではラウドスピーカの音質よりも低く、その原因の一つに、パラメトリックアレースピーカから放出される自己復調音と、ラウドスピーカから放出される通常の可聴音に対する人間の聴感特性が大きく異なることが挙げられる。

ラウドスピーカから放出される通常の可聴音において、人間が感じる音の大きさは周波数によって異なり、人間がどの可聴音帯域の周波数においても音の大きさを一定と感じるような曲線が、いわゆる等ラウドネス曲線として国際規格ISO226に登録されている。

しかしながら図1より、パラメトリックアレースピーカから放出される自己復調音に対する人間の聴感特性は、国際規格の等ラウドネス曲線には全く当てはまらず、自己復調音は通常の可聴音に比べて、周波数によって感じる音の大きさにかなり大きな差が生じることが分かる。従って、音圧レベルの周波数特性がフラットな状態でオーディオ信号を出力すると、ラウドスピーカの場合はほとんど違和感がないが、パラメトリックアレースピーカの場合はかなり違和感があり、上述した均等化処理やルート処理を行っただけでは音質が良いとは感じない、という問題がある。

また図2より、パラメトリックアレースピーカから放出される自己復調音に対する人間の聴感特性は、自己復調音の音圧レベルの大きさによって形（傾き）が大きく変わってしまうという問題がある。
特表2003-507982号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、再生される自己復調音の音質の向上を図った、パラメトリックアレースピーカの信号処理装置を提供することを目的とする。

本発明のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法は、超音波の搬送波をオーディオ信号で変調し、パラメトリックアレースピーカで出力することで発生する差分周波数成分（自己復調音）に対する聴感補正曲線を測定する方法であって、
可聴音域の周波数をf1、f2、…とするとき、少なくとも一つ基準とする周波数f1を選択し、オーディオ信号を単一正弦波（周波数：f1、f2、…、信号レベル：v1）とした場合の、f2、f3、…成分の自己復調音に対して感じる音の大きさがf1成分のものと等しく感じるように、周波数f2、f3、…の単一正弦波の信号レベルをそれぞれv2、v3、…に調節し、その時のf1、f2、…成分の自己復調音の音圧レベルd1、d2、…を計測する手順、を含み、
可聴音帯域の自己復調音の音圧レベルを計測する際に、超音波領域をカットするフィルタを用いることを特徴とする。
これにより、自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することが可能となる。

また、本発明のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法は、前記信号レベルv1を、一つまたは異なる複数の値に設定し、それぞれのv1において自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することを特徴とする。
これにより、それぞれの信号レベルに応じた自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することが可能となる。

本発明のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法は、前記超音波の搬送波をオーディオ信号で変調する際の変調度を、一つまたは異なる複数の値に設定し、それぞれの変調度において自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することを特徴とする。
これにより、それぞれの変調度に応じた自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することが可能となる。

本発明のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法は、前記超音波の搬送波をオーディオ信号で変調した信号を増幅する際の増幅率を、一つまたは異なる複数の値に設定し、それぞれの増幅率において自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することを特徴とする。
これにより、それぞれの増幅率に応じた自己復調音に対する聴感補正曲線を測定することが可能となる。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、オーディオ信号発生源と、超音波の搬送波信号源と、前記自己復調音に対する聴感補正曲線に合うように、前記オーディオ信号のレベルを周波数ごとに変化させて出力する部分（聴感補正フィルタ）と、前記聴感補正フィルタを通過した前記オーディオ信号で、前記超音波の搬送波を変調する部分と、変調波信号を増幅する部分と、増幅された前記変調波信号を放出するパラメトリックアレースピーカで構成され、
前記自己復調音に対する聴感補正曲線は、前記のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法を用いることを特徴とする。
これにより、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記オーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて信号レベル判別信号を出力する部分と、前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、入力オーディオ信号の信号レベルが変化する場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記超音波の搬送波を変調する部分が、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、またオーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて、信号レベル判別信号を出力する部分と、前記変調度判別信号と前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、変調度と信号レベルの両方が変化する場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記変調波信号を増幅する部分が、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、
またオーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて、信号レベル判別信号を出力する部分と、前記増幅率判別信号と前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、増幅率と信号レベルの両方が変化する場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記超音波の搬送波を変調する部分が、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、また前記変調波信号を増幅する部分は、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、またオーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて、信号レベル判別信号を出力する部分と、前記変調度判別信号と前記増幅率判別信号と前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、変調度と増幅率と信号レベルの全てが変化する場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記信号レベル判別信号を出力する部分が、信号レベルに特定の境界値が少なくとも一つ設定され、前記境界値で区切られた複数の信号レベル領域に、それぞれ固有の信号レベル判別信号が割り当てられている、ことを特徴とする。
これにより、パラメトリックアレースピーカの音質を向上するために構成する聴感補正フィルタの数を減らすことが可能となる。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分が、一定時間ごとに信号レベルの検出を行う、ことを特徴とする。
これにより、時間変化するオーディオ信号に対して常に最適な聴感補正フィルタを選択することができる。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記超音波の搬送波を変調する部分が、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、また前記変調度判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、変調度を変更した場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記変調波信号を増幅する部分が、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、また前記増幅率判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、増幅率を変更した場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

本発明のパラメトリックアレースピーカ装置は、前記超音波の搬送波を変調する部分が、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、また前記変調波信号を増幅する部分は、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、また前記変調度判別信号と前記増幅率判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、を含むことを特徴とする。
これにより、変調度と増幅率の両方を変更した場合にも、パラメトリックアレースピーカの音質が向上する。

以下、本発明の実施例を図面を基に説明する。

以下に、自己復調音に対する聴感補正曲線の測定の実施例を示す。
図3は自己復調音に対する聴感補正曲線の測定機器の構成要素例である。
図3において、単一正弦波の発生源101と、超音波の搬送波の発生源102と、変調器103と、増幅器104と、パラメトリックアレースピーカ105（P1とする）で構成される自己復調音発生装置系を系1と呼ぶ。
次に、マイクロホン201と、音圧レベル計測アンプ202と、超音波成分をカットするローパスフィルタ（LPF）203と、FFTアナライザ204で構成される定量的な音圧レベルの測定装置系を系2と呼ぶ。
また、人(Yとする)301に関しては主観的に音圧レベルの測定を行う系として、系3と呼ぶ。

図4に、自己復調音に対する聴感補正曲線の測定フローチャートの一例を示す。
まず可聴音帯域の中から、基準とする周波数f1を定める。また、f1以外の可聴音帯域の周波数をf2、f3、…とする。
図3中の正弦波信号101の周波数をf1、信号レベルを適度な値に設定して、系1のパラメトリックアレースピーカで、増幅させた変調波信号を放出させる。
このときの変調波信号に含まれる複数の周波数成分の差分周波数成分が、自己復調音として現れる。

ここで、図3中のX地点は自己復調音の伝搬軸上にあり、自己復調音の音圧レベルを定量的に測定する場合は系2の測定装置を、主観的に測定する場合は系3(人(Y))を配置するものとする。

通常のラウドスピーカの場合とは異なり、人(Y)がパラメトリックアレースピーカの自己復調音を十分に知覚するためには、ある程度の距離が必要となる。従って上記X地点は、望ましくはスピーカから約2mの距離とする。また通常のラウドスピーカに比べて非常に指向性が強いため、マイクの向きが自己復調音の伝搬方向から少しでもずれないように注意する必要がある。

また人（Y）の顔の向きに関しても、パラメトリックアレースピーカの正面方向に向いて測定を行うものとする。これは、パラメトリックアレースピーカに対して正面方向に向いたとき（自己復調音を両耳でほぼ同じレベルで捕えたとき）と横方向に向いたとき（自己復調音を片方の耳だけかなり強いレベルで捕えたとき）で、主観的に感じる音の大きさが変化してしまうためである。

また、自己復調音の音圧レベルの計測は、通常のラウドスピーカの場合とは異なり、差分周波数成分以外に変調波の超音波成分が含まれる。一般的に前記超音波成分の音圧レベルは可聴音成分の音圧レベルよりもかなり高い。従って可聴音帯域の波形を観測したり、音圧レベル計測機器の分解能を可聴音成分において有効に用いるためには、音圧レベル計測時に超音波成分を十分にカット出来るローパスフィルタが必要となる。ローパスフィルタは、用いる搬送波の周波数、およびその音圧レベルの大きさを考慮してカットオフ周波数と減衰レベルを設定し、構成する。

最初にX地点に系2を配置して、f1成分の自己復調音の音圧レベルを計測し、なるべく整った値の音圧レベルd1（例えば70、75dBなど）になるように、101の正弦波信号の信号レベルをv1に調節し、それぞれの値を記録する。
そして、101の正弦波信号の周波数がf1、信号レベルがv1の状態で、X地点に人（Y）を配置し、主観的に感じる音の大きさl1を知覚させる。このとき、自己復調音を鳴らせ続けるのではなく、例えば2秒ごとにオン、オフを繰り返し行う等の工夫をすることで、人（Y）が音に慣れてしまう状態を防ぐことが出来る。

次に101の正弦波信号を、信号レベルはv1のままで、周波数のみをf2に変え、
その変調波をパラメトリックアレースピーカで放出する。
人（Y）に、f2成分の自己復調音に対して感じる音の大きさl2を知覚させ、
l1とl2が等しく感じるか判断させる。
人（Y）がl1とl2を等しく感じない場合、正弦波信号101の信号レベルを（周波数：f2、信号レベル：v2）のように変更する。例えばl2の方が小さいと答えれば、信号レベルv2はv1よりも高く設定し、
その変調波をパラメトリックアレースピーカで出力する。

次に、なるべくすばやく正弦波信号101を周波数がf1、信号レベルがv1の状態に戻し、l1とl2をYに比較させる。この作業を、l1とl2が等しくなるまで繰り返し行い、
等しくなった時点の信号レベルv2の値を記録し、
またf2成分の自己復調音の音圧レベルd2を系2で計測する。

正弦波信号101の周波数をf2、f3、…と変更し、図4のフローチャートの406から、同様の作業を行う。
これらの作業を行い、周波数（f1、f2、…）に対する音圧レベル（d1、d2、…）をプロットすることで、可聴音帯域の周波数自己復調音に対する聴感補正曲線を得ることが可能となる。
図5、aに、自己復調音に対する聴感補正曲線の一例を示す。

ところで、自己復調音に対する聴感補正曲線の形（傾き）は、自己復調音の音圧レベルの大きさによって大きく異なる。従って、自己復調音に対する聴感補正曲線は、例えば基準周波数f1成分の自己復調音の音圧レベルを、70、80、…dBのように異なる複数の値に設定し、それぞれの値において測定する必要がある。
図6に、基準周波数f1成分の自己復調音の音圧レベルを70から95dBまで、5dB間隔で設定して測定した聴感補正曲線の一例を示す。

以下に、自己復調音に対する聴感補正曲線に合うように、オーディオ信号のレベルを周波数ごとに変化させて出力する装置の構成および使用実施例を示す。図7は、前記装置の構成要素例である。
図7は、オーディオ信号発生源501と、超音波の搬送波の発生源502と、自己復調音に対する聴感補正曲線に合うように、オーディオ信号のレベルを周波数ごとに変化させて出力する聴感補正フィルタ503と、変調器504と、増幅器505と、パラメトリックアレースピーカ506で構成される。

本実施例では、変調器504の変調度および増幅器505の増幅率を一定とし、またオーディオ信号501中の、前記基準周波数f1成分の信号レベルが時間経過によって大きく変化しない場合を考える。

図8に、503記載の聴感補正フィルタを、任意のパラメトリックアレースピーカに合わせて構成するフローチャートの一例を示す。
実施例1で用いたパラメトリックアレースピーカP1においては、正弦波信号101の周波数がf1、信号レベルがv1の状態では、f1成分の自己復調音の音圧レベルはd1であった。しかしながら、同様の入力信号の条件で異なるパラメトリックアレースピーカ（P2とする）を駆動させた場合を考えると、基準周波数f1成分の自己復調音の音圧レベルは前記d1とは異なる値であると考えられる。これはパラメトリックアレースピーカによって、構成されているアレー数やアレーの面積、および用いられているアレーの特性がそれぞれ異なるためである。
そこで、パラメトリックアレースピーカ506がP2であるとし、p2に最適な聴感補正フィルタを構成する例を示す。

p2に最適な聴感補正フィルタを構成するために、再び図3の系を用いる。
ただし、105のパラメトリックアレースピーカはp1からp2に変更する。
正弦波信号101の周波数を前記f1、信号レベルを前記v1とし、その変調波をパラメトリックアレースピーカp2で放出し、
自己復調音のf1成分の音圧レベルb1を計測する。
音圧レベルb1の値と前記d1の値を比較し、
これらの値が等しくない場合は、101の正弦波信号の信号レベルをvd1に変更し、
その変調波をパラメトリックアレースピーカp2で放出する。
再び音圧レベルb1を計測し、b1とd1が等しい場合、
その時の正弦波信号の信号レベルvd1の値を記録する。

次に、101の正弦波信号の周波数を前記f2、信号レベルをvd1とし、
その変調波をパラメトリックアレースピーカp2で放出し、
f2成分の自己復調音の音圧レベルb2を計測する。
音圧レベルb2の値と前記d2の値を比較し、
これらが等しくない場合は、101の正弦波信号の信号レベルをvd2に変更し、
その変調波をパラメトリックアレースピーカp2で放出する。

再び音圧レベルb2を計測し、b2とd2が等しい場合、その時の正弦波信号の信号レベルvd2の値を記録する。
ここで、413で設定した複数のfx（f3、f4、…）に対して、608〜614の手順をその全ての値の場合で行ったかどうかを確認し、まだ行っていない周波数の設定値がある場合は、
正弦波信号101の周波数を、上記まだ行っていない周波数の設定値f2、f3、…のどれかに変更し、図8のフローチャートの608から、同様の作業を行う。

ここで、信号101がオーディオ信号である場合を考える。オーディオ信号中のf1成分の信号レベルをvd1に合わせた場合、オーディオ信号中のf2、f3、…成分の信号レベルがそれぞれvd2、vd3、…となるようなフィルタを構成する。
以上の手順により、パラメトリックアレースピーカp2に最適な聴感補正フィルタを構成することが出来る。

次に、構成した聴感補正フィルタを図7の装置系のように設置する。
図7のような系でオーディオ信号を再生することで、パラメトリックアレースピーカの自己復調音の音質を向上することが可能となる。
ただし、先に説明したように、変調器の変調度および増幅器の増幅率が一定で、またのオーディオ信号中の、f1成分の信号レベルが時間の経過によって大きく変化しないことが条件である。

以下に、実施例２において、変調器の変調度および増幅器の増幅率の値が変更され、またオーディオ信号中の、前記f1成分の信号レベルが時間の経過によって大きく変化するような場合にも、自己復調音の音質を向上することができる装置の構成および使用実施例を示す。

図9は、前記装置の構成要素例である。
図9は、オーディオ信号の発生源701と、オーディオ信号701から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタ702と、フィルタ702を通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に少なくとも一回以上検出する部分703と、検出した信号レベルに応じて信号レベル判別信号、Aを出力する部分704と、設定した変調度に応じて変調度判別信号、Bを出力する部分705と、設定した増幅率に応じて増幅率判別信号、Cを出力する部分706と、判別信号A、B、Cを基に、最適な聴感補正フィルタを選択する部分707と、聴感補正フィルタを実装する部分708と、超音波の搬送波の発生源709と、は変調器710と、増幅器711と、パラメトリックアレースピーカ712で構成される。

図6より、パラメトリックアレースピーカの自己復調音に対する聴感補正曲線は、自己復調音の音圧レベルの大きさが変化すると、そのレベルに応じて形（傾き）が大きく変化する。このことから、実施例2の図7に示した装置の構成要素の中で、構成要素のパラメータが変化した場合に前記基準周波数f1成分の音圧レベルが変化するものについて考慮する必要がある。

図7においては、変調器504で変調度を変更すること、増幅器505で増幅率を変更すること、そしてオーディオ信号501自体が、時間の経過と共に信号レベルが変化することで、f1成分の音圧レベルが変化すると考えられる。

まず変調器504については、変調度を変更する際の調整つまみの位置によって、特定の変調度判別信号（Bとする）を出力する部分を構成する。

また増幅器505については、増幅率を変更する際の調整つまみの位置によって、特定の増幅率判別信号（Cとする）を出力する部分を構成する。

次にオーディオ信号501について考える。本実施例では、基準周波数成分f1を1kHzとする。図10に示すような特徴をもつバンドパスフィルタにオーディオ信号501を通過させ、基準とする1kHz成分の信号を取り出す。0.1秒ごとに前記1kHz成分の信号レベルを検出し、検出した信号レベルの値に応じて、信号レベル判別信号（Aとする）を出力する部分を構成する。

ここで変調器においては、変調度を変更する際の調整つまみを、例えば10%刻み等の決まった値ごとに変化するように構成することで、必要となる変調度判別信号のパターン数を減らすことが可能となる。これは、増幅器における増幅率に関しても同様のことが考えられる。

しかしながら、前記検出した信号レベルに関しては、同様の手法を用いて必要となる信号レベル判別信号のパターン数を減らすことはできない。そこで信号レベル判別信号を出力する部分に関しては、いくつか信号レベル（電圧）の境界値を定めておき、検出した1kHz成分の信号レベルが、あらかじめ定めておいた電圧範囲のどの領域にあるかに応じて判別信号を出力するように構成することで、必要となる判別信号のパターン数を減らすことが可能となる。

図7にf1成分の信号レベルを取り出すフィルタ、信号レベル検出回路、判別信号A出力回路、判別信号B出力回路、判別信号C出力回路と、三つの判別信号A、B、Cの情報を基に聴感補正フィルタを選択する部分を加えた装置の構成が図9となる。

次に、三つの判別信号A、B、Cの出力部分と、その情報を基に聴感補正フィルタを選択する部分の例を示す。図11、aに、オーディオ信号中の1kHz（基準周波数）成分の信号レベルの時間変化の一例を示す。また図11、bに710の変調器の変調度調整つまみの様子の一例を、図11、cに711の増幅器の増幅率調整つまみの様子の一例を示す。
図11、bにおいて、変調度調整つまみは10%単位で変化させることができものとし、また図11、cにおいて、増幅率調整つまみは決められた単位ごとに変化させることができるものとする。

ここで図11、aにおいて、1.0秒の点について注目すると、信号レベルは領域（１）の電圧範囲にあるので、001というデジタル信号として判別信号Aを出力する。また1.1秒の点で、信号レベルは領域（２）にあるので010という信号を出力し、1.2秒の点でも同様に010の信号を出力する。このように0.1秒ごとに1kHz成分の信号レベルの検出と、判別信号Aの出力を行う。

次に、図11、bの状態では変調度が30%であるので、0011という判別信号Bを出力する。変調度を40%に変更すると判別信号Bは0100に変化し、また変調度を50%にすると判別信号Bは0101に変化する。ここで、変調度の検出は変調波の波形から行うのではなく、あくまで変調度調整つまみの位置によるものとする。このようにすることで、図9の装置にフィードバックをかける必要がなくなり、安定した系となる。

また図11、cの状態では増幅率が7であるので、0110という判別信号Cを出力する。変調度の場合と同様に、増幅率の検出は波形から行うのではなく、あくまで増幅率調整つまみの位置によるものとする。

聴感補正フィルタを選択する部分は、一つの入力に対して複数の出力を用意し、外部からの複数の制御信号によって一つの出力信号が選択される構成とする。
本実施例では、入力にオーディオ信号701を入れ、前記三つの判別信号A、B、Cのパターン（組み合わせ）によって、あらかじめ決められた出力が一つ選択され、それぞれの出力先には異なる聴感補正フィルタが接続されている（例えば、図6中の自己復調音に対する聴感補正曲線1〜6に合うような六つの聴感補正フィルタのうち、一つが選ばれる）ような構成とする。またオーディオ信号を0.1秒ごとに検出する場合には、フィルタの実装は0.1秒間は継続されるものとする。

ここで、前記三つの判別信号A、B、Cのパターンが異なる場合でも、自己復調音に対する聴感補正フィルタは重複して選択されることがあるものとする。
上述したように自己復調音に対する聴感補正曲線の形は、自己復調音の音圧レベルの大きさによって変化する。前記三つの判別信号A、B、Cのパターンが異なっていても、最終的に計測される音圧レベルの値は同じあるいは近い値になる場合が考えれることから、前記三つの判別信号A、B、Cの全てのパターンに対して異なる聴感補正フィルタを構成する必要はなくなる。

このように、図9の装置において、一定時間ごとに最適な聴感補正フィルタを選択し、その聴感補正フィルタで処理を行ったオーディオ信号で超音波の搬送波を変調し、増幅を行った後にパラメトリックアレースピーカで放出することで、変調器の変調度および増幅器の増幅率の値が変更されたり、またオーディオ信号中の、前記基準周波数f1成分の信号レベルが時間経過によって大きく変化する場合でも、自己復調音の音質を向上することが可能となる。

本発明に関わるパラメトリックアレースピーカは、直接音や反射音を利用した立体音響システムや、特定の領域のみに音声情報の伝達を行うためのスピーカとして利用可能である。

自己復調音に対する聴感補正曲線とISOの等ラウドネス曲線の比較。 基準周波数の音圧レベルによる、自己復調音に対する聴感補正曲線の比較。 自己復調音に対する聴感補正曲線の測定機器の構成要素例。 自己復調音に対する聴感補正曲線の測定フローの例。 自己復調音の周波数特性の、聴感補正曲線への補正適用例。 基準周波数が1kHzの時の、自己復調音に対する聴感補正曲線の例（70〜95phon）。 自己復調音の周波数特性の、聴感補正曲線への補正適用を実施する装置の構成要素例。 聴感補正フィルタの構成フローの例。 基準周波数の信号レベルを時間の経過と共に検出し、そのレベルと、変調器の変調度と、増幅器の増幅率の三つの値に応じて、その時々で適切な聴感補正フィルタを選択、実装する装置の構成要素例。 バンドパスフィルタの特性例。 基準周波数が1kHzの時の、1kHz成分の信号レベルの時間変化例、および、変調器の変調度設定つまみの様子、増幅器の増幅率設定つまみの様子の一例。

符号の説明

101…単一正弦波発生源、102…搬送波（超音波）発生源、103…変調器、104…増幅器、105…パラメトリックアレースピーカ、201…マイクロホン、202…音圧レベル計測アンプ、203…ローパスフィルタ、204…FFTアナライザ、301…人、501…オーディオ信号発生源、502…搬送波（超音波）発生源、503…信号処理回路、504…変調器、505…増幅器、506…パラメトリックアレースピーカ、701…オーディオ信号発生源、702…フィルタ、703…信号レベル検出回路、704…信号レベル判別信号出力回路、705…変調度判別信号出力回路、706…増幅率判別信号出力回路、707…フィルタ選択回路、708…聴感補正フィルタ、709…搬送波（超音波）発生源、710…変調器、711…増幅器、712…パラメトリックアレースピーカ。

Claims (14)

1. 超音波の搬送波をオーディオ信号で変調し、パラメトリックアレースピーカで出力することで発生する差分周波数成分（自己復調音）に対する聴感補正曲線を測定する方法であって、
   可聴音域の周波数をf1、f2、…とするとき、少なくとも一つ基準とする周波数f1を選択し、オーディオ信号を単一正弦波（周波数：f1、f2、…、信号レベル：v1）とした場合の、f2、f3、…成分の自己復調音に対して感じる音の大きさがf1成分のものと等しく感じるように、周波数f2、f3、…の単一正弦波の信号レベルをそれぞれv2、v3、…に調節し、その時のf1、f2、…成分の自己復調音の音圧レベルd1、d2、…を計測する手順、を含み、
   可聴音帯域の自己復調音の音圧レベルを計測する際に、超音波領域をカットするフィルタを用いる、
   ことを特徴とするパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法。
2. 前記信号レベルv1を、一つまたは異なる複数の値に設定し、それぞれのv1において自己復調音に対する聴感補正曲線を測定する、
   ことを特徴とする請求項１記載のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法。
3. 前記超音波の搬送波をオーディオ信号で変調する際の変調度を、一つまたは異なる複数の値に設定し、それぞれの変調度において自己復調音に対する聴感補正曲線を測定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法。
4. 前記超音波の搬送波をオーディオ信号で変調した信号を増幅する際の増幅率を、一つまたは異なる複数の値に設定し、それぞれの増幅率において自己復調音に対する聴感補正曲線を測定する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法。
5. オーディオ信号発生源と、超音波の搬送波信号源と、前記自己復調音に対する聴感補正曲線に合うように、前記オーディオ信号のレベルを周波数ごとに変化させて出力する部分（聴感補正フィルタ）と、前記聴感補正フィルタを通過した前記オーディオ信号で、前記超音波の搬送波を変調する部分と、変調波信号を増幅する部分と、増幅された前記変調波信号を放出するパラメトリックアレースピーカで構成され、
   前記自己復調音に対する聴感補正曲線は、請求項１乃至４記載のいずれかのパラメトリックアレースピーカの聴感補正曲線の測定方法を用いることを特徴とするパラメトリックアレースピーカ装置。
6. 前記オーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて信号レベル判別信号を出力する部分と、前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
   を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
7. 前記超音波の搬送波を変調する部分は、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、
   またオーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて、信号レベル判別信号を出力する部分と、前記変調度判別信号と前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
   を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
8. 前記変調波信号を増幅する部分は、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、
   またオーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて、信号レベル判別信号を出力する部分と、前記増幅率判別信号と前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
   を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
9. 前記超音波の搬送波を変調する部分は、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、
   また前記変調波信号を増幅する部分は、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、
   またオーディオ信号から少なくとも一つの周波数成分を取り出すフィルタと、前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分と、検出した信号レベルに応じて、信号レベル判別信号を出力する部分と、前記変調度判別信号と前記増幅率判別信号と前記信号レベル判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
   を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
10. 前記信号レベル判別信号を出力する部分は、信号レベルに特定の境界値が少なくとも一つ設定され、前記境界値で区切られた複数の信号レベル領域に、それぞれ固有の信号レベル判別信号が割り当てられている、
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
11. 前記フィルタを通過した周波数成分の信号レベルを時間の経過と共に一回以上検出する部分は、一定時間ごとに信号レベルの検出を行う、
    ことを特徴とする請求項６乃至１０いずれかに記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
12. 前記超音波の搬送波を変調する部分は、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、また前記変調度判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
    を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
13. 前記変調波信号を増幅する部分は、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、また前記増幅率判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
    を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。
14. 前記超音波の搬送波を変調する部分は、変調度を変える度に、その値に応じた変調度判別信号を出力する部分を含み、
    また前記変調波信号を増幅する部分は、増幅率を変える度に、その値に応じた増幅率判別信号を出力する部分を含み、
    また前記変調度判別信号と前記増幅率判別信号に基づいて前記聴感補正フィルタを選択する部分、
    を含むことを特徴とする請求項５記載のパラメトリックアレースピーカ装置。

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