JP2007189627A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカから出力中の音声を集音することなく暗騒音レベルを測定し、音声出力中の暗騒音レベルに対応させて当該音声の出力音量を調整する。
【解決手段】音源１からの音声信号を変調器２により変調して超音波を搬送波とする音声を示す超指向性音声信号を生成し、超指向性音声信号を増幅器３によって増幅してパラメトリックスピーカ４から音声に復調する超音波を放射する。マイクロホン５をパラメトリックスピーカ４が放射した超音波から復調した音声の音場７の外側に配置して、音場７の周囲の暗騒音８を集音し、暗騒音検出／音量制御器６が、マイクロホン５の出力信号から暗騒音レベルを検出して暗騒音レベルに応じたパラメトリックスピーカ４の出力音声の音量を設定し、変調器２に該音量の音声を示す超指向性音声信号を生成させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、パラメトリックスピーカを利用して案内音声や警報音等を狭いエリアへ放送し、このエリア周囲の騒音レベルを正確に測定してパラメトリックスピーカの出力音声の音量を調整する音響装置に関するものである。

従来の音響装置として、増幅手段によって通知音声信号を増幅して音声出力手段へ出力するとき、マイクロホンの出力信号に基づいて音声出力手段の周囲の騒音レベルを求める騒音レベル測定手段と、騒音レベル測定手段の出力信号に基づいて上記の増幅手段へ増幅率を指定する増幅率指定手段とを備え、一般的なスピーカを使用しているものがある。その動作は、例えばマイクロホンの出力ピーク値を周囲の騒音レベルとして取り扱い、上記の騒音レベル測定手段を成すピークホールド回路がマイクロホンの出力信号のピーク値を保持する。上記の増幅率指定手段を成す比較部が、閾値とピークホールド回路によって保持されている値とを比較して、同じく増幅指定手段を成す増幅率決定部が比較結果に対応する増幅率を求める。上記の増幅手段を成す増幅器は、増幅率決定部の求めた増幅率を用いて通知音声信号を増幅して、スピーカから出力される通知音声の音量を調整している。
このような従来の一般的なスピーカを使用した装置では、そのスピーカから出力された通知音声がマイクに集音され騒音として認識されてしまうことを避けるため、スピーカから通知音声を出力する直前の暗騒音レベルをピーク検出回路に保持させ、この暗騒音レベルを基準に通知音声の出力レベルを調整している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−１７２６１９号公報（第３，４頁、図１，図３）

従来の音響装置は以上のように構成されているので、通知音声出力中は、マイクロホンが周囲の騒音と共に当該通知音声を集音してしまうことから、音声出力中の騒音レベル測定を避けている。そのため通知音声出力中に周囲の騒音レベルが変化したとき、その変化に対応してスピーカの出力音量を調整／制御することができないという課題があった。

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、スピーカから出力中の音声を集音することなく暗騒音レベルを測定し、音声出力中の暗騒音レベルに対応させて当該音声の出力音量を調整する音響装置を得ることを目的とする。

この発明に係る音響装置は、パラメトリックスピーカが放射した超音波から復調した音声の可聴エリアの外側に配置され、該音声の可聴エリアの周囲の暗騒音を集音するマイクロホンと、マイクロホンの出力信号から暗騒音レベルを検出する暗騒音検出手段と、暗騒音レベルに応じてパラメトリックスピーカから出力する音声の音量を設定し、この音量の音声を示す超指向性音声信号を変調手段に生成させる音量制御手段とを備えた。

この発明によれば、パラメトリックスピーカが放射した超音波から復調した音声の可聴エリアの周囲の暗騒音をマイクロホンによって集音し、マイクロホンの出力信号から暗騒音レベルを暗騒音検出手段によって検出して、音量制御手段が暗騒音レベルに応じてパラメトリックスピーカから出力する音声の音量を設定し、この音量の音声を示す超指向性音声信号を変調手段に生成させるようにしたので、音声の出力中でも暗騒音レベルに対応させて出力音声の音量を適切に調整することができるという効果がある。

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による音響装置の構成を示す説明図である。この図は、実施の形態１による音響装置の概略構成ならびに当該装置のパラメトリックスピーカ４及びマイクロホン５を設置した様子を示したものである。図示した音響装置は、音声に再生することが可能な音声信号を出力する音源１、音源１からの音声信号を入力して当該信号の示す音声を変調して超音波帯域の超指向性音声信号を生成する変調器（変調手段）２、変調器２から出力された超指向性音声信号を増幅する増幅器３、増幅器３によって増幅された信号に基づいて超音波を発生させ、空気中へ放射するパラメトリックスピーカ４、パラメトリックスピーカ４から放射された超音波によって生じる音場（可聴エリア）７の周囲の暗騒音８を集音するマイクロホン５、マイクロホン５の出力信号から暗騒音８を検出して変調器２の変調処理に用いる信号を生成する暗騒音検出／音量制御器６を備えている。
パラメトリックスピーカ４は、聴視者が存在する位置へ超音波の放射面を向けて設置されている。マイクロホン５は、パラメトリックスピーカ４によって生じる音場７の外側であって、該音場７の周囲の暗騒音８を集音することができる位置に設置されている。なお、マイクロホン５を音場７から外れるようにしながら、パラメトリックスピーカ４と一体に構成し上記のように設置してもよい。

図２は、実施の形態１による音響装置の構成を示すブロック図である。図１に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。この図は、図１に示した音響装置のブロック構成を示したものである。
音源１は、例えば警告や音声案内などの通知音声を表す音声信号を発生するもので、このような可聴音声を表す信号を、前述のように変調器２へ入力するように接続されている。
変調器２は、音源１から出力される音声信号を変調する変調部１１、搬送波として使用する超音波を示す搬送波信号を生成する搬送波生成部１２、変調部１１から出力される音声変調信号と、搬送波生成部１２の搬送波信号と、後述する暗騒音検出／音量制御器６から出力された信号Ａとを用いて、超音波を搬送波とし、当該超音波が空気中を伝搬するとき自己復調によって可聴音声となるものを示す超指向性音声信号を生成する乗算部１３を備えている。
暗騒音検出／音量制御器６は、前述のようにマイクロホン５と接続され、当該マイクロホン５の出力信号から暗騒音８のレベルを検出する暗騒音レベル検出部（暗騒音検出手段）１４、暗騒音レベル検出部１４から出力される暗騒音検出信号の表す暗騒音８のレベルに応じて増幅率を表す信号Ａを生成して変調器２へ出力する音量制御部（音量制御手段）１５から成る。
なお、上記の乗算部１３から出力される超指向性音声信号を増幅器３へ入力するように、当該乗算部１３を有する変調器２と増幅器３が接続されている。また、増幅器３の出力信号によりパラメトリックスピーカ４が駆動されるように接続されている。

次に動作について説明する。
音源１の通知音声を表す音声信号は、前述のように変調器２の変調部１１へ入力される。変調部１１は、入力した音声信号に、例えば係数の乗算、バイアス値の加算、さらに平方根を求める演算処理などを施して音声変調信号を生成する。搬送波生成部１２は、超音波帯域に含まれる搬送波を表す搬送波信号を生成する。
乗算部１３は、変調部１１からの音声変調信号と搬送波生成部１２からの搬送波信号とを入力し、また、暗騒音検出／音量制御器６から信号Ａを入力して、これらの信号の乗算を行う。この乗算処理によって、通知音声と超音波の搬送波とを合成し、また信号Ａの表している増幅率を加味することにより通知音声の出力音量を設定した超指向性音声信号を生成する。
増幅器３は、変調器２詳しくは乗算部１３から入力した超指向性音声信号を、パラメトリックスピーカ４の駆動に要するレベルに増幅する。パラメトリックスピーカ４は、入力した信号に応じて超音波を発生し、パラメトリックスピーカ４の正面においてビーム状の音場７が形成されるように放射する。パラメトリックスピーカ４から放射された超音波は、音場７内において通知音声に自己復調し、限られた可聴エリア内のみで聴こえる音声が当該音響装置から出力される。

マイクロホン５は、前述のように音場７から外れた場所であって、なおかつ音場７の周囲の暗騒音８を集音することができる場所、例えばパラメトリックスピーカ４の近傍に設置されている。このようにマイクロホン５を設置すると、通知音声は音場７の可聴エリア内のみで聴こえるため、パラメトリックスピーカ４から出力された通知音声が含まれていない暗騒音８を常時集音することができる。

暗騒音検出／音量制御器６の暗騒音レベル検出部１４は、例えばマイクロホン５の出力信号を波形に表したときの振幅の大きさを検出し、この大きさを暗騒音８のレベルとして表現した暗騒音レベル信号を生成して音量制御部１５へ出力する。
音量制御部１５は、前述のように暗騒音８のレベルに応じてパラメトリックスピーカ４の出力音声即ち通知音声の音量を設定するもので、予め暗騒音８のレベルに対応させて増幅率を定めており、暗騒音検出部１４からの暗騒音レベル信号に応じた増幅率を表す信号Ａを前述の乗算部１３へ出力する。暗騒音に対して聴き取り可能な音声には、暗騒音よりも概ね１０ｄＢ以上の音量レベルが必要になる。そのため、音量制御部１５は、暗騒音レベル信号よりも１０ｄＢ〜１５ｄＢ程度高い音量レベルを有する通知音声が得られるように増幅率を設定し、当該増幅率を示す信号Ａを出力する。
このように本発明の音響装置は、常にパラメトリックスピーカ４の出力音声を含まない暗騒音８をマイクロホン５によって集音することができることから、音声出力動作中でも暗騒音レベルに応じて随時出力音声の音量を調整している。

以上のように実施の形態１によれば、パラメトリックスピーカ４からの超音波によって発生した音場７から外れた位置にマイクロホン５を設置し、暗騒音検出／音量制御器６がマイクロホン５の出力信号から暗騒音８のレベルを検出して通知音声の増幅率を決定し、変調器２が超音波を搬送波とする音声を表す超指向性音声信号を求めるときに上記の増幅率を用いるようにしたので、パラメトリックスピーカ４から超音波を搬送波として通知音声を出力している最中でも正確な暗騒音８のレベルを検出することができ、通知音声出力中に暗騒音８のレベルが変化しても、その変化に対応させてパラメトリックスピーカ４から出力する通知音声の音量を適切に調整することができるという効果がある。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による音響装置の構成を示すブロック図である。図１または図２に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。実施の形態２による音響装置は、図２の暗騒音検出／音量制御器６に移動平均部（移動平均手段）２０を加えたものである。ここでは実施の形態１による音響装置と同様に構成された部分の重複説明を省略する。移動平均部２０は、マイクロホン５の出力信号を入力し、移動平均処理を行った出力信号を暗騒音レベル検出部１４へ入力するように接続されている。

次に動作について説明する。
実施の形態１による音響装置と同様に動作する部分の重複説明を省略し、実施の形態２による音響装置の特徴となる部分の動作を説明する。図３に示した暗騒音検出／音量制御器６の移動平均部２０は、随時入力しているマイクロホン５の出力信号について微細な経過時間毎に平均値を求め、このような平均値からなる信号、即ち暗騒音８の急峻なレベル変化を平滑化した信号を暗騒音レベル検出部１４へ出力する。
マイクロホン５が集音した暗騒音８は、移動平均部２０を介することにより緩やかにレベルが変化するものとなって、暗騒音レベル検出部１４から出力される暗騒音レベル信号も緩やかに変化するようになる。このような暗騒音レベル信号を入力した音量制御部１５は、増幅率の設定を頻繁に変化させることを差し控えるようになって、信号Ａを入力している変調器２の動作を安定させることができる。

以上のように実施の形態２によれば、マイクロホン５からの暗騒音８を示す信号を入力し、当該信号の移動平均値を求める移動平均部２０を暗騒音検出／音量制御器６に備えたので、暗騒音８のレベルが不安定で急峻に変化する場合でも、超指向性音声信号の生成に用いる増幅率の変化を抑制することができ、通知音声を揺らぎの少ない自然な音量変化で出力することができるという効果がある。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による音響装置の構成を示すブロック図である。図２，図３に示したものと同一あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。
実施の形態３による音響装置は、図２に示した暗騒音検出／音量制御器６にバンドパスフィルタ２１を加えたもので、他の部分は実施の形態１で説明した音響装置と同様に構成されている。ここでは実施の形態１による音響装置等と同様に構成された部分の重複説明を省略する。
バンドパスフィルタ２１は、マイクロホン５の出力信号を入力するように接続されている。また、フィルタリングを施した出力信号は暗騒音レベル検出部１４へ入力するように接続されている。バンドパスフィルタ２１は、通知音声と同様な周波数帯域の信号を通過させ、当該周波数帯域よりも低い帯域、また当該周波数帯域よりも高い帯域の信号を減衰／カットするものである。

次に動作について説明する。
実施の形態１による音響装置等と同様に動作する部分の重複説明を省略し、実施の形態３による音響装置の特徴となる部分の動作を説明する。
図４に示した暗騒音検出／音量制御器６のバンドパスフィルタ２１は、随時入力しているマイクロホン５の出力信号について、前述のように音声帯域のみを通過させて他の帯域の信号をカットし、暗騒音８の周波数成分の中で通知音声と同様な周波数帯域の信号を暗騒音レベル検出部１４へ出力する。暗騒音レベル検出部１４は、バンドパスフィルタ２１の出力信号のレベル、即ち通知音声と同様な周波数成分のレベルを検出し、この周波数成分のレベルを示す暗騒音レベル信号を出力する。音量制御部１５は、上記の暗騒音レベル信号、即ち暗騒音の通知音声と同様な周波数成分に応じて増幅率を設定し、当該増幅率を示す信号Ａを出力する。

本発明の音響装置に備えられたパラメトリックスピーカ４は、当該パラメトリックスピーカ４の低域再生限界周波数から１００００Ｈｚまでの範囲の周波数帯域を出力する。パラメトリックスピーカ４の再生可能な可聴音声の周波数帯域を、例えば７００Ｈｚ〜２００００Ｈｚとしたとき、人間の肉声の周波数帯域は一般的に４００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ程度なので、パラメトリックスピーカ４から出力する肉声は、７００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの範囲となる。暗騒音８に、大きな音量レベルを有する７００Ｈｚ〜４０００Ｈｚの周波数成分が含まれていると、前述の音場７内の可聴エリアにおいてもパラメトリックスピーカ４から出力した通知音声が聴こえ難くなる。実施の形態３による音響装置は、バンドパスフィルタ２１を用いて、マイクロホン５の出力信号から上記の周波数成分を抽出し、この周波数成分のレベルに適応する出力音声の音量を音量制御部１５が設定するようにしたもので、有効に通知音声の聴きとり易さを向上させている。

以上のように実施の形態３によれば、マイクロホン５からの暗騒音８を示す信号を入力し、当該暗騒音８の周波数成分の内、通知音声と同様な周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタ２１を暗騒音検出／音量制御器６に備えたので、パラメトリックスピーカ４から出力される通知音声を最も聴こえ難くする周波数帯域の騒音レベルを検出することができ、実効性の高い増幅率を用いて超指向性音声信号を生成することにより、良好に聴き取れる通知音声を出力することができるという効果がある。

この発明の実施の形態１による音響装置の構成を示す説明図である。 実施の形態１による音響装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による音響装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３による音響装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 音源、２ 変調器（変調手段）、３ 増幅器、４ パラメトリックスピーカ、５ マイクロホン、６ 暗騒音検出／音量制御器、７ 音場（可聴エリア）、８ 暗騒音、１１ 変調部、１２ 搬送波生成部、１３ 乗算部、１４ 暗騒音レベル検出部（暗騒音検出手段）、１５ 音量制御部（音量制御手段）、２０ 移動平均部（移動平均手段）、２１ バンドパスフィルタ。

Claims (4)

1. 音源からの音声信号を変調し超音波を搬送波とする音声を示す超指向性音声信号を生成する変調手段と、前記超指向性音声信号に基づいて音声に復調する超音波を放射するパラメトリックスピーカとを備えた音響装置において、
   前記パラメトリックスピーカが放射した超音波から復調した音声の可聴エリアの外側に配置され、該音声の可聴エリアの周囲の暗騒音を集音するマイクロホンと、
   前記マイクロホンの出力信号から暗騒音レベルを検出する暗騒音検出手段と、
   前記暗騒音レベルに応じてパラメトリックスピーカから出力する音声の音量を設定し、前記変調手段に該音量の音声を示す超指向性音声信号を生成させる音量制御手段と、
   を備えたことを特徴とする音響装置。
2. 音量制御手段は、暗騒音レベルよりも大きな音量の音声が得られる増幅率を設定し、
   変調手段は、前記増幅率を用いて超指向性音声信号を生成することを特徴とする請求項１記載の音響装置。
3. マイクロホンの出力信号から暗騒音の移動平均値を求める移動平均手段を備え、
   暗騒音検出手段は、前記移動平均手段の求めた移動平均値を用いて暗騒音レベルを検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の音響装置。
4. マイクロホンの出力信号の周波数成分の中から、パラメトリックスピーカの出力音声と同様な周波数帯域の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタを備え、
   暗騒音検出手段は、前記バンドパスフィルタの出力信号から暗騒音レベルを検出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の音響装置。
   

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