JP2008301302A - レベル制御回路、レベル制御方法、パラメトリックスピーカ、及びレベル制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】キャリア信号の出力レベルを動的に最適化する。
【解決手段】レベル制御回路１では、レベル低減部１ａが、現在のキャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを低減した調整レベルを算出する。比較部１ｂは、実際の入力信号の入力レベルと、調整レベルとを比較し、どちらのレベルが高いかを判定する。選択部１ｃは、比較部１ｂの判定結果に基づいて、入力レベルと調整レベルのうち、レベルの高い方をキャリア信号の出力レベルを制御するために用いる設定レベルとして選択する。
【選択図】図１

Description

本発明はレベル制御回路、レベル制御方法、パラメトリックスピーカ、及びレベル制御プログラムに関し、特に、入力信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御するレベル制御回路、レベル制御方法、及びこのようなレベル制御回路を搭載するパラメトリックスピーカ、並びにコンピュータによってこのレベル制御を実現するレベル制御プログラムに関する。

超音波を使用したパラメトリックスピーカは、鋭い指向性を有することから、音の情報を一人または狭い範囲内の人にだけ伝達し、範囲外の人には聞こえないようにすることができる。このため、特定の範囲の人のみに音声を伝えたいような場所、たとえば、イベント会場内のブースでの放送や、家庭内において一人でテレビを楽しむ場合など、さまざまな場所への適用が期待されている。

パラメトリックスピーカの原理は、変調した超音波を空間に放出し、大気の非線形特性によって復調させるというものである。そこでパラメトリックスピーカでは、超音波周波数帯のキャリア信号を可聴周波数帯の音声で変調し、変調された変調超音波信号に基づいてパワーアンプを駆動し、超音波信号を空間に放出する。

ところで、一般的な音声は、音の強弱や無音の場合などがあり、入力される音声信号は一定のレベルではない。しかしながら、従来のパラメトリックスピーカでは、音声信号のレベルにかかわらず、一定出力レベルの超音波信号を出力していた。

図７は、従来のパラメトリックスピーカの変調波信号を示した図である。（Ａ）は、従来のパラメトリックスピーカにおいて入力された音声信号が大音量のときの変調波信号である。（Ｂ）は、従来のパラメトリックスピーカにおいて、入力された音声信号が小音量のときの変調波信号である。

図から明らかなように、音声信号の波形に相似する包絡線は、（Ａ）大音量時の包絡線９０１の振幅に対し、（Ｂ）小音量時の包絡線９０２の振幅は小さい。しかしながら、（Ａ）大音量時の超音波信号レベルＬ９１、及び小音量時の超音波信号レベルＬ９２は、ほぼ同じである。このように、入力される音声のレベルが低いときでも、超音波は大音量時と同じに出力されるので、無駄な電力を消費してしまうという問題があった。

そこで、入力信号の入力レベルの変化に応答して、超音波搬送波レベルを調整するパラメトリックアレイシステムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。ここでは、オーディオ信号をパラメトリックに再生する前にオーディオ信号を遅延し、遅延中の信号レベルを監視し、信号を再生する必要がないときに搬送波エネルギーを低減する技術が示されている。
特表２００５−５２７９９２号公報（図２）

しかし、従来のパラメトリックスピーカでは、入力される音声信号のレベルに応じて超音波の出力レベルを動的に最適化することが難しいという問題点があった。
従来のパラメトリックスピーカでは、音の強弱にかかわらず一定出力レベルの超音波信号を出し続けているものが大多数であった。なぜなら、キャリア信号である超音波信号は、入力される音声信号のピークレベルをひずみなしに収容するために十分な振幅レベルをもっていなければならない。しかし、音声信号は音声の強弱に応じて不規則に変化しており、音声信号を予測してキャリア信号のレベルを決めることはできない。そこで、音声信号の全レベル範囲に対応させるためには、超音波信号の出力レベルは、入力される音声信号の最大値が収容できる値に固定しなければならなかった。そして、出力レベルを制御するためには、特許文献１のように、入力した音声信号の再生を遅延し、レベルを判定してから出力するという方法がとられていた。

しかし、出力レベルを最大に固定していたのでは、入力される音声信号のレベルが低いときでも、超音波信号の振幅レベルは最大値で出力され続けることとなり、電力使用効率が悪いという問題点がある。また、超音波を空間に放出するための超音波振動子は、ピエゾ素子で構成されることが多く、超音波信号を出し続けていると、必要以上に劣化が進むという問題点もある。しかしながら、特許文献１に記載のように、信号レベルを監視するために入力された音声信号を遅延させるのでは、処理が煩雑となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡便な手法で、入力信号のレベル変化に応じてキャリア信号の出力レベルを動的に最適化することが可能なレベル制御回路、レベル制御方法、及びレベル制御プログラムと、このレベル制御回路を用いたパラメトリックスピーカを提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、レベル低減部、比較部、及び選択部を有し、所定の周期で、入力信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御するレベル制御回路が提供される。レベル低減部は、キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、設定レベルを低減して、出力レベル調整用の調整レベルを算出する。比較部は、実際の入力信号の入力レベルを取得し、レベル低減部の算出した調整レベルと比較する。そして、入力レベルが調整レベルより高いか否かを判定する。選択部は、比較部の判定結果に基づいて、入力レベルが調整レベルより高いときは、入力レベルを選択する。そして、入力レベルが調整レベルより高くないときは、調整レベルを選択する。キャリアレベル制御部は、選択部によって選択された入力レベルまたは調整レベルを新たな設定レベルとする。そして、新たな設定レベルに相応してキャリア信号の出力レベルを制御する。

このようなレベル制御回路によれば、所定の周期ごとに、入力信号のレベル変化に基づいてキャリア信号の出力レベルが最適化される。レベル低減部は、出力レベルの制御に用いられた設定レベルを取得し、この設定レベルを低減して調整レベルを算出する。調整レベルに相応して算出されるキャリア信号の出力レベルは、元の出力レベルよりレベル値が低減される。調整レベルは、比較部と、選択部に送られる。また、比較部と選択部には、実際の入力信号の入力レベルも入力される。比較部は、入力レベルと調整レベルとを比較し、入力レベルが調整レベルより高いか否かを判定し、選択部へ通知する。選択部は、判定結果に基づいて、入力レベルと調整レベルのうち、レベルの高い方を選択する。キャリアレベル制御部は、選択部が選択した入力レベルまたは調整レベルを新たな設定レベルとし、新たな設定レベルに相応してキャリア信号の出力レベルを制御する。

また、上記課題を解決するために、入力信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御するレベル制御方法において、所定の周期ごとに、レベル低減部が、前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、前記設定レベルを低減して調整レベルを算出するステップと、比較部が、実際の入力信号の入力レベルを取得して前記レベル低減部の算出した前記調整レベルと比較し、前記入力レベルが前記調整レベルより高いか否かを判定するステップと、選択部が、前記比較部によって前記調整レベルより前記入力レベルの方が高いと判定されたときは前記入力レベルを選択し、高くないと判定されたときは前記調整レベルを選択するステップと、キャリアレベル制御部が、前記選択部によって選択された前記入力レベルまたは前記調整レベルを新たな設定レベルとし、前記新たな設定レベルに相応して前記キャリア信号の出力レベルを制御するステップと、を有することを特徴とするレベル制御方法、が提供される。

このようなレベル制御方法では、所定の周期ごとに、入力信号のレベルに応じてキャリア信号の出力レベルの最適化処理が行われる。このとき、実際の入力信号の入力レベルと、前周期でキャリア信号の出力レベルの制御に用いられた設定レベルを低減した調整レベルと、が比較され、レベルの高い方が、新たな設定レベルとして選択される。そして、この新たな設定レベルに相応してキャリア信号の出力レベルが制御される。

また、上記課題を解決するために、可聴周波数帯の音声入力信号によって変調される超音波周波数帯のキャリア信号の出力レベルを制御するパラメトリックスピーカにおいて、前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、前記設定レベルを低減して、前記出力レベル調整用の調整レベルを算出するレベル低減部と、前記音声入力信号の入力レベルを取得して前記レベル低減部の算出した前記調整レベルと比較し、前記入力レベルが前記調整レベルより高いか否かを判定する比較部と、前記比較部によって前記調整レベルより前記入力レベルの方が高いと判定されたときは前記入力レベルを選択し、高くないと判定されたときは前記調整レベルを選択する選択部と、を有するレベル比較手段と、前記キャリア信号に用いる超音波用正弦波信号を所定のレベルで発生させるキャリア信号発生手段と、前記レベル比較手段によって選択された前記入力レベルまたは前記調整レベルを新たな設定レベルとし、前記設定レベルに基づいて前記キャリア信号発生手段の発生させる前記キャリア信号のレベルを制御するキャリアレベル制御手段と、前記キャリアレベル制御手段が生成した前記キャリア信号を前記音声入力信号によって振幅変調する振幅変調手段と、前記振幅変調された変調波信号を電力増幅し、超音波を発生させる超音波振動子を駆動する駆動信号を生成する電力増幅手段と、を有することを特徴とするパラメトリックスピーカ、が提供される。

このような構成のパラメトリックスピーカでは、音声入力信号の入力レベルと、前周期でキャリア信号の出力レベルの制御に用いられた設定レベルを低減した調整レベルと、が比較され、レベルの高い方が、新たな設定レベルとして選択される。そして、この新たな設定レベルに相応してキャリア信号の出力レベルが制御される。キャリア信号は、音声入力信号で振幅変調され、その変調波信号が電力増幅されて超音波振動子を駆動させる。

本発明では、キャリア信号の出力レベル制御に用いた設定レベルを低減して調整レベルを算出し、調整レベルと実際の入力信号の入力レベルとを比較する。そして、レベルが高い方を新たな設定レベルとしてキャリア信号の出力レベルを制御する。これにより、入力レベルの低い期間は、調整レベルの低減に応じてキャリア信号の出力レベルを徐々に低下させることができる。これにより、入力信号のレベルが低いときはキャリア信号の出力レベルを抑制することができる。なお、入力レベルが高くなれば、自動的にそのときの入力レベルに合わせてキャリア信号の出力レベルが高くなる。このように、入力信号のレベル変化に応じてキャリア信号の出力レベルを動的に最適化することができる。

また、このようなレベル制御を、音声信号に基づいてキャリア信号である超音波信号を変調するパラメトリックスピーカに適用することにより、音声入力信号のレベルが低いときは、超音波信号を抑制し、無駄な電力消費を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、実施の形態に適用される発明の概念図である。
本発明にかかるレベル制御回路１は、調整レベルを算出するレベル低減部１ａ、調整レベルと、実際の入力信号の入力レベルを比較する比較部１ｂ、比較部１ｂの比較結果に応じて、制御用の設定レベルを選択する選択部１ｃ、及びキャリア信号の出力レベルを制御するキャリアレベル制御部１ｄを有し、所定の周期で、音声信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御する。

レベル低減部１ａは、キャリア信号の出力レベル制御に用いられた制御用の設定レベルを取得して、一定の低減値を設定レベルから減算し、調整レベルを算出する。このような調整レベルを用いることにより、調整レベルが選択されたときのキャリア信号の出力レベルの変化量を抑え、出力レベルを徐々に低下させることができる。なお、算出された調整レベルが、キャリア信号の出力レベルを最小にする所定の下限値に到達したときは、下限値を調整レベルとし、それ以上調整レベルを低減させない。算出された調整レベルは、比較部１ｂ及び選択部１ｃに出力する。

比較部１ｂは、音声信号の実際の入力レベルを外部から入力するとともに、レベル低減部１ａの算出した調整レベルを取得する。そして、入力レベルと、調整レベルとを比較し、入力レベルが調整レベルよりも高いか否かを判定する。判定結果は、選択部１ｃへ出力する。

選択部１ｃは、外部から音声信号の入力レベル、レベル低減部１ａから入力レベルを入力し、比較部１ｂの比較判定結果に基づいて、入力レベルまたは調整レベルのうち、レベルの高い方を選択し、キャリアレベル制御部１ｄに出力する。すなわち、比較部１ｂが、入力レベルが調整レベルよりも高いと判定したときには、入力レベルを選択出力する。一方、比較部１ｂが、調整レベルが入力レベルよりも高いと判定したときには、調整レベルを選択出力する。

キャリアレベル制御部１ｄは、選択部１ｃから入力された入力レベルまたは調整レベルを新たな設定レベルとして設定する。そして、新たな設定レベルに相応して、キャリア信号の出力レベルを制御する。このとき、キャリア信号の出力レベルを、少なくとも、キャリア信号の出力レベル範囲に設定レベルを十分に収容可能な値に設定するように制御が行われる。制御用の設定レベルとして調整レベルが選択されたときは、キャリア信号の出力レベルは、前回周期のキャリア信号の出力レベルよりも低いレベルに制御される。一方、設定レベルとして入力レベルが選択されたときは、キャリア信号の出力レベルは、入力レベルに相応するレベルに制御される。このように設定レベルに合わせてキャリア信号の出力レベルを制御することにより、音声が弱くなると、キャリア信号の出力レベルは徐々に低下し、強くなるとその強さに応じて出力レベルが高くなる。

上記の構成のレベル制御回路１の動作及びレベル制御方法について説明する。
レベル制御回路１では、所定の周期で、音声信号の入力レベル変化に応じて、音声信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルのレベル制御を行う。

周期ごとに、レベル低減部１ａは、前回周期でキャリア信号の出力レベル設定時に用いられた制御用の設定レベルを取得し、これを低減して調整レベルを算出する。比較部１ｂは、調整レベルと、実際の音声信号の入力レベルとを入力して比較し、入力レベルが調整レベルよりも高いか否かを判定する。実際の音声信号の入力レベルが前回周期と同じか、それ以上のレベルの時には、入力レベルの方が高いと判定される。実際の音声信号の入力レベルが、前回周期よりも下がっているか無音のときには、入力レベルの方が低いと判定される。選択部１ｃは、入力レベルと、調整レベルとを取得し、比較部１ｂの判定結果に基づいてレベルの高い方を選択し、キャリアレベル制御部１ｄへ出力する。キャリアレベル制御部１ｄは、選択部１ｃが選択した入力レベルまたは調整レベルを新たな設定レベルとする。そして、新たな設定レベルに相応してキャリア信号の出力レベルを制御する。

上記の処理が周期ごとに繰り返されることにより、キャリア信号の出力レベルが、音声信号の入力レベルに応じて動的に最適化される。出力レベルを下げるときには、レベル低減部１ａの低減量に応じて徐々にレベルを下げる。一方、出力レベルを上げるときは、そのときの音声信号のピークレベルを収容するために必要なレベル値までレベルを上げる。

こうして、音声信号のレベルが高く、キャリア信号の出力レベルが必要となるときは、必要な出力レベルを設定するとともに、音声信号のレベルが低いときは、キャリア信号の出力レベルを抑制することが可能となる。このように入力する音声信号のレベルが低いときはキャリア信号の出力レベルが抑制されるので、電力消費の削減と、各素子にかかる負荷の低減とが可能となる。

以下、実施の形態として、上記のレベル制御回路をパラメトリックスピーカに適用した場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。図２は、実施の形態のパラメトリックスピーカの全体構成を示した図である。

実施の形態のパラメトリックスピーカは、音声ピークレベル検出器１１０、レベル比較器１２０、キャリアレベル制御器１３０、超音波用正弦波信号発生器１４０、振幅変調器１５０、電力増幅器１６０、及び超音波振動子１７０を有し、音声信号によってキャリア信号である超音波信号を変調し、空間に放出する。

音声ピークレベル検出器１１０は、入力される音声信号の最大値を検出し、これを記憶する。レベル比較器１２０は、現在の音声信号の入力レベルと、前回のピークレベルとを比較し、超音波信号（キャリア信号）のレベルを上げるか下げるかを判断する。判断結果は、キャリアレベル制御器１３０へ出力する。キャリアレベル制御器１３０は、レベル比較器１２０の制御により振幅変調器１５０に入る超音波信号の出力レベルを調整する。超音波用正弦波信号発生器１４０は、超音波信号用の正弦波を発生する。振幅変調器１５０は、キャリアレベル制御器１３０がレベル調整した超音波を音声信号によって振幅変調する。電力増幅器１６０は、振幅変調器１５０によって変調された超音波信号を電力増幅する。超音波振動子１７０は、超音波信号を空間に放出する。

以下、各部を詳細に説明する。
音声ピークレベル検出器１１０は、音声信号を入力し、その振幅の最大値を検出して、音声ピークレベルとして記憶部に記憶しておく。実施の形態では、音声信号は図示しないＡ／Ｄ変換器によってデジタル変換された２の補数形式のデジタルデータであるとする。

レベル比較器１２０は、音声ピークレベル検出器１１０が記憶している音声ピークレベルと、キャリアレベル制御出力として用いた制御用の設定レベルとを比較し、音声ピークレベルが設定レベルを超えたときは、音声ピークレベルを設定レベルとして選択し、キャリア信号の出力レベルを現在の入力音声の音声ピークレベルに適したレベルにするように動作する。音声ピークレベルが設定レベルよりも低いときは、一定の比率で設定レベルを下げ、キャリア信号の出力レベルを低減させるように動作する。

ここで、回路構成の具体例を示して説明する。図３は、レベル比較器の回路構成例を示したブロック図である。
図３に示したレベル比較器１２０を構成する回路は、絶対値変換１２１、減算カウンタ１２２、コンパレータ１２３、及びスイッチ１２４を有し、音声入力データを入力し、音声入力信号のレベルに応じてキャリア信号の出力レベルを制御するためのキャリアレベル制御出力を算出する。

絶対値変換１２１は、マイナスの最小値とプラスの最大値の間で変化する音声入力データのレベル比較処理を容易にするため、絶対値変換する。具体的には、音声入力データのマイナスの値を正の値にする符号変換を行う。絶対値変換された音声入力データは、コンパレータ１２３と、スイッチ１２４とに出力される。減算カウンタ１２２は、スイッチ１２４が選択した設定レベルを保持するとともに、その設定レベルを減算クロックで低減し、調整レベルを算出する。こうして、プリセットされたピーク値を時間に応じて減算していく。調整レベルは、コンパレータ１２３と、スイッチ１２４とに出力される。また、コンパレータ１２３が発生させたプリセット信号により、保持している設定レベルを絶対値変換された音声入力データに書き換える。コンパレータ１２３は、絶対値変換された現在の音声入力データと、調整レベルとを比較し、音声入力データのレベルの方が高いか否かを判定する。高いと判定されたときは「１」を、スイッチ１２４と、減算カウンタ１２２に出力する。これは、減算カウンタ１２２には、プリセット信号になる。また、高いと判定されなかったときは、「０」をスイッチ１２４と、減算カウンタ１２２に出力する。スイッチ１２４は、コンパレータ１２３の出力が「１」であり、音声入力データのレベルが、調整レベルよりも高いと判定されたときは、音声入力データを選択してキャリアレベル制御出力として出力する。また、出力が「０」であり、調整レベルが、音声入力データのレベルよりも高いと判定されたときは、調整レベルを選択してキャリアレベル制御出力として出力する。

上記の回路の動作及びレベル制御方法について説明する。図４は、入力音声レベルとそのときのキャリアレベル制御出力の変化の一例を示した図である。図の縦軸はレベル値、横軸は経過時間である。

入力音声データ２０１は、実線で示されており、入力される音声の強弱に応じて振幅が変化する。キャリアレベル制御出力２０２は、点線で示されており、入力音声データ２０１のレベル変化に基づいて算出される設定レベルである。キャリアレベル制御出力２０２は、音声信号の入力レベルがキャリアレベル制御出力を超えたときは、音声信号の入力レベルにプリセットされ、音声信号の入力レベルよりもキャリアレベル制御出力のレベルが上回っているときは、経過時間に応じて低減される。

図の例で説明する。入力音声データ２０１の最初のピークＰ１が検出された時点では、絶対値変換１２１を介してコンパレータ１２３に入力される入力音声データ２０１のレベル値が、減算カウンタ１２２を介してコンパレータ１２３に入力されるキャリアレベル制御出力２０２のレベル値よりも高い。したがって、コンパレータ１２３は、入力音声データ２０１を選択し、そのピークＰ１のレベル値がキャリアレベル制御出力２０２に設定される。減算カウンタ１２２の値は、プリセット信号によってピークＰ１のレベル値に書き換わる。

ピークＰ２が検出された時点では、同様にして、入力音声データ２０１のピークＰ２のレベル値と、プリセットされたピークＰ１のレベル値とが比較される。ピークＰ２のレベル値の方が高いので、ピークＰ２がキャリアレベル制御出力２０２に設定される。減算カウンタ１２２の値は、プリセット信号によってピークＰ２のレベル値に書き換わる。

ピークＰ３が検出された時点では、同様にして、入力音声データ２０１のピークＰ３のレベル値と、プリセットされたピークＰ２のレベル値とが比較される。ピークＰ２のレベル値の方が高いので、ピークＰ２のピーク値がそのまま保持され、キャリアレベル制御出力２０２に設定される。キャリアレベル制御出力２０２は、減算カウンタ１２２によって、減算クロックごとに所定の低減値が減算され、時間の経過とともに減少していく。なお、ピークＰ３検出時点より前に、減算カウンタ１２２がキャリアレベル制御出力２０２のレベル値を減算しているときは、この値とピークＰ３の値とが比較される。

ピークＰ４が検出された時点では、コンパレータ１２３によって、キャリアレベル制御出力２０２のレベル値と、ピークＰ４のレベル値とが比較される。キャリアレベル制御出力２０２のレベル値は、減算カウンタ１２２によってピークＰ２時点のレベル値よりは低減されているが、ピークＰ４のレベル値よりは高い。したがって、減算カウンタ１２２が保持するレベル値が、キャリアレベル制御出力２０２に選択される。

上記処理が繰り返され、キャリアレベル制御出力２０２のレベル値よりも入力音声データ２０１のレベルが上回るピークＰ５が検出される時点まで、キャリアレベル制御出力２０２は減少する。そして、ピークＰ５の検出時点で、キャリアレベル制御出力２０２は、ピークＰ５のレベル値にプリセットされる。さらに、ピークＰ６が検出される時点まで、キャリアレベル制御出力２０２は経過時間とともに減少する。そして、ピークＰ６を検出した時点でピークＰ６のレベル値にプリセットされる。

このように、レベル比較器１２０は、入力音声データ２０１のレベルに応じて、超音波信号の出力レベルを決めるキャリアレベル制御出力２０２を制御する。
なお、上記の説明では、簡単のため、ピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６の検出時点での処理を説明したが、実際には、レベル比較器１２０が動作時の入力音声データ２０１のレベルを取得し、処理が行われる。

図２に戻って説明する。
レベル比較器１２０からは、図４に示したように、入力音声データ２０１のレベルに応じて最適化されたキャリアレベル制御出力２０２が出力され、キャリアレベル制御器１３０へ入力する。キャリアレベル制御器１３０には、さらに、超音波用正弦波信号発生器１４０が生成する超音波用正弦波信号が入力される。超音波用正弦波信号は、２の補数形式で表現されるデジタルデータである。なお、超音波用正弦波信号発生器１４０が発生させる超音波信号の信号レベルは、一定に設定されている。キャリアレベル制御器１３０では、超音波用正弦波信号発生器１４０から入力される超音波信号のレベルを、レベル比較器１２０のキャリアレベル制御出力のレベルに応じて制御する。たとえば、入力音声データの最大値を最大レベルとし、入力音声データの最大値とキャリアレベル制御出力のレベル値との比率に応じて、超音波信号のレベルを制御する。これにより、音声信号のレベルが低いときは、超音波信号のレベルも低くなり、音声信号のレベルが高いときは、超音波信号のレベルも高くなる。レベルが制御された超音波信号は、振幅変調器１５０へ出力される。

振幅変調器１５０は、キャリアレベル制御器１３０が生成した超音波信号を、音声信号で振幅変調する。振幅変調の場合には、キャリアレベル制御器１３０から入力されたレベルの最適化された超音波信号（超音波データ）と、音声信号（音声データ）とを乗算し、変調波信号（振幅変調データ）を得る。生成された変調波信号は、電力増幅器１６０へ出力される。

図５は、変調波信号（振幅変調データ）の一例を示した図である。（Ａ）は、大音量（入力音声データのレベルが高い）時の変調波信号（振幅変調データ）を示した図である。（Ｂ）は、小音量（入力音声データのレベルが低い）時の変調波信号（振幅変調データ）を示した図である。

（Ａ）大音量のときは、振幅の大きい音声データを変調データ３０１として収容するため、キャリアレベル制御器１３０によって超音波信号レベルＬ１は、高い値に設定されている。一方、（Ｂ）小音量のときは、振幅の小さい音声データを変調データ３０２として収容できればよく、キャリアレベル制御器１３０によって超音波信号レベルＬ２は低い値に設定されている。

こうして振幅変調器１５０で振幅変調された変調波信号は電力増幅器１６０で電力増幅され、超音波振動子１７０を駆動する。
このような変調波信号に基づいて超音波振動子が駆動されると、入力音声のレベルが低いときは、超音波信号レベルも低く設定されているので、超音波の出力も抑制される。これにより、電力消費の削除、超音波振動子の負荷の低減が可能となる。なお、超音波の出力が抑制されると、超音波信号の到達距離が若干短くなるが、聞こえる音量も小さくなることから聴感上、問題はない。

また、実施の形態では、入力音声信号はデジタルデータとして説明したが、アナログ信号を用いても同様の処理を行うことができる。この場合、図２に示したパラメトリックスピーカの各部は、アナログ信号対応に変更されるが、実行するロジックはデジタル信号の場合と同様である。

さらに、実施の形態では、各処理部をハードウェア回路によって構成するとしたが、コンピュータに上記の処理手順を実行させるようにしてもよい。
図６は、レベル制御処理の手順を示したフローチャートである。

［ステップＳ０１］ 現時点の音声入力信号の入力レベルを取得する。
［ステップＳ０２］ キャリア信号の制御に用いた設定レベルを低減し、調整レベルを算出する。

［ステップＳ０３］ 入力レベルと、調整レベルとを比較する。
［ステップＳ０４］ ステップＳ０３の比較処理でどちらのレベルが高いのかを判定する。入力レベルが、調整レベルよりも高いときは、処理をステップＳ０５へ進める。入力レベルが、調整レベルよりも高くないときは、処理をステップ０６へ進める。

［ステップＳ０５］ 入力レベルが調整レベルよりも高いときは、入力レベルを設定レベルとする。処理をステップＳ０７へ進める。
［ステップＳ０６］ 入力レベルが調整レベルよりも高くないときは、調整レベルを設定レベルとする。処理をステップＳ０７へ進める。

［ステップＳ０７］ 設定レベルに基づいて、キャリア信号の出力レベル制御を行う。
以上の処理手順が実行されることにより、図１に示したレベル制御回路の処理機能を実現することができる。

なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現する場合、レベル制御装置が有すべき機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリなどがある。磁気記録装置には、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、磁気テープなどがある。光ディスクには、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）／ＲＷ（ReWritable）などがある。光磁気記録媒体には、ＭＯ（Magneto-Optical disk）などがある。

プログラムを実行するコンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。

実施の形態に適用される発明の概念図である。 実施の形態のパラメトリックスピーカの全体構成を示した図である。 レベル比較器の回路構成例を示したブロック図である。 入力音声レベルとそのときのキャリアレベル制御出力の変化の一例を示した図である。 変調波信号（振幅変調データ）の一例を示した図である。 レベル制御処理の手順を示したフローチャートである。 従来のパラメトリックスピーカの変調波信号を示した図である。

符号の説明

１・・・レベル制御回路、 １ａ・・・レベル低減部、 １ｂ・・・比較部、 １ｃ・・・選択部、 １ｄ・・・キャリアレベル制御部、 １１０・・・音声ピークレベル検出器、 １２０・・・レベル比較器、 １３０・・・キャリアレベル制御器、 １４０・・・超音波用正弦波信号発生器、 １５０・・・振幅変調器、 １６０・・・電力増幅器、 １７０・・・超音波振動子

Claims (9)

1. 入力信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御するレベル制御回路において、
   前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、前記設定レベルを低減して、前記出力レベル調整用の調整レベルを算出するレベル低減部と、
   実際の入力信号の入力レベルを取得して前記レベル低減部の算出した前記調整レベルと比較し、前記入力レベルが前記調整レベルより高いか否かを判定する比較部と、
   前記比較部によって前記調整レベルより前記入力レベルの方が高いと判定されたときは前記入力レベルを選択し、高くないと判定されたときは前記調整レベルを選択する選択部と、
   前記選択部によって選択された前記入力レベルまたは前記調整レベルを、新たな設定レベルとし、前記新たな設定レベルに相応して前記キャリア信号の出力レベルを制御するキャリアレベル制御部と、
   を有し、所定の周期で前記キャリア信号の出力レベルを制御することを特徴とするレベル制御回路。
2. 前記レベル低減部は、前記調整レベルが、前記キャリア信号の出力レベルを最小にする所定の下限値に到達したときは、前記下限値を前記調整レベルとして出力する、ことを特徴とする請求項１記載のレベル制御回路。
3. 前記レベル低減部は、前回処理で前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた前記設定レベルから一定の低減値を減算して前記調整レベルを算出し、前記調整レベルが選択されたときの前記キャリア信号の出力レベルの変化量を前記一定の低減値に応じた値に抑える、ことを特徴とする請求項１記載のレベル制御回路。
4. 前記キャリアレベル制御部は、前記キャリア信号の出力レベルを、少なくとも、前記キャリア信号の出力レベル範囲に前記設定レベルを収容する値に設定する、ことを特徴とする請求項１記載のレベル制御回路。
5. 前記入力レベルは、前記入力信号のレベルをデジタル変換し、前記入力信号を絶対値変換した後、前記比較部に入力される、ことを特徴とする請求項１記載のレベル制御回路。
6. 前記レベル低減部は、設定レベル記憶部を有しており、前記調整レベルを算出するごとに、算出された前記調整レベルの値を前記設定レベル記憶部に書き込んでおき、前記比較部によって、前記入力レベルが前記設定レベルより高いと判定されたときには、前記入力レベルの値を前記設定レベル記憶部にプリセットする、ことを特徴とする請求項１記載のレベル制御回路。
7. 入力信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御するレベル制御方法において、
   所定の周期ごとに、レベル低減部が、前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、前記設定レベルを低減して調整レベルを算出するステップと、
   比較部が、実際の入力信号の入力レベルを取得して前記レベル低減部の算出した前記調整レベルと比較し、前記入力レベルが前記調整レベルより高いか否かを判定するステップと、
   選択部が、前記比較部によって前記調整レベルより前記入力レベルの方が高いと判定されたときは前記入力レベルを選択し、高くないと判定されたときは前記調整レベルを選択するステップと、
   キャリアレベル制御部が、前記選択部によって選択された前記入力レベルまたは前記調整レベルを新たな設定レベルとし、前記新たな設定レベルに相応して前記キャリア信号の出力レベルを制御するステップと、
   を有することを特徴とするレベル制御方法。
8. 可聴周波数帯の音声入力信号によって変調される超音波周波数帯のキャリア信号の出力レベルを制御するパラメトリックスピーカにおいて、
   前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、前記設定レベルを低減して、前記出力レベル調整用の調整レベルを算出するレベル低減部と、前記音声入力信号の入力レベルを取得して前記レベル低減部の算出した前記調整レベルと比較し、前記入力レベルが前記調整レベルより高いか否かを判定する比較部と、前記比較部によって前記調整レベルより前記入力レベルの方が高いと判定されたときは前記入力レベルを選択し、高くないと判定されたときは前記調整レベルを選択する選択部と、を有するレベル比較手段と、
   前記キャリア信号に用いる超音波用正弦波信号を所定のレベルで発生させるキャリア信号発生手段と、
   前記レベル比較手段によって選択された前記入力レベルまたは前記調整レベルを新たな設定レベルとし、前記設定レベルに基づいて前記キャリア信号発生手段の発生させる前記キャリア信号のレベルを制御するキャリアレベル制御手段と、
   前記キャリアレベル制御手段が生成した前記キャリア信号を前記音声入力信号によって振幅変調する振幅変調手段と、
   前記振幅変調された変調波信号を電力増幅し、超音波を発生させる超音波振動子を駆動する駆動信号を生成する電力増幅手段と、
   を有することを特徴とするパラメトリックスピーカ。
9. 入力信号によって変調されるキャリア信号の出力レベルを制御する処理を実行させるレベル制御プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   前記キャリア信号の出力レベルの制御に用いられた制御用の設定レベルを取得し、前記設定レベルを低減して、前記出力レベル調整用の調整レベルを算出するレベル低減部、
   実際の入力信号の入力レベルを取得して前記レベル低減部の算出した前記調整レベルと比較し、前記入力レベルが前記調整レベルより高いか否かを判定する比較部、
   前記比較部によって前記調整レベルより前記入力レベルの方が高いと判定されたときは前記入力レベルを選択し、高くないと判定されたときは前記調整レベルを選択する選択部、
   前記選択部によって選択された前記入力レベルまたは前記調整レベルを、新たな設定レベルとし、前記新たな設定レベルに相応して前記キャリア信号の出力レベルを制御するキャリアレベル制御部、
   として機能させることを特徴とするレベル制御プログラム。

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