JP2011010224A - Super-directivity speaker - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可聴音を指向性放射する超指向性スピーカに関する。 The present invention relates to a super-directional speaker that radiates audible sound in a directional manner.
携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯テレビ受信機、携帯型パーソナルコンピュータ、PDAといった携帯端末で音声、音楽を聴取する際に、周囲への音漏れによる迷惑や情報漏洩を防ぐために、イヤホンまたはヘッドフォンが使われる。イヤホン等の装着は煩わしいため、その煩わしさを解消するために、携帯端末に超指向性スピーカを搭載しようとする試みがある(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1参照記載の超指向性スピーカは、ステレオ再生のために2つの超音波スピーカアレイを備える。 When listening to audio and music on mobile terminals such as mobile phones, mobile game consoles, mobile TV receivers, mobile personal computers and PDAs, earphones or headphones are used to prevent inconvenience and information leakage due to sound leakage to the surroundings. used. Since wearing earphones is troublesome, there is an attempt to mount a super-directional speaker on a portable terminal in order to eliminate the troublesomeness (see, for example, Non-Patent Document 1). The super-directional speaker described in Non-Patent Document 1 includes two ultrasonic speaker arrays for stereo reproduction.
しかし従来のパラメトリックスピーカを応用した超指向性スピーカでは、発生させる音波は直進性が強く距離が離れても減衰が小さいという特性を有するために、指向性軸の方向にいる他の人にも音が聞こえやすい、または、天井、壁、窓ガラス等で超音波が反射して意図外の方向に音が漏れやすいという問題があった。 However, in a super-directional speaker using a conventional parametric speaker, the generated sound wave has a characteristic that it is highly linear and has a small attenuation even when the distance is long. There is a problem that it is easy to hear or that ultrasonic waves are reflected off the ceiling, wall, window glass, etc., and the sound tends to leak in an unintended direction.
この問題を解決しようとする従来技術として、超音波パラメトリックスピーカで発生させた直進性の高い音波をパラボラ凹面で反射収束させることにより、収束点近傍の領域では聴取に適した音圧レベルを得ることができるとともに、その領域から離れるに従い音圧レベルを下げることができる超指向性スピーカに関する技術がある(例えば、非特許文献2参照)。 As a conventional technique to solve this problem, sound pressure level suitable for listening is obtained in the region near the convergence point by reflecting and converging the highly straight traveling sound wave generated by the ultrasonic parametric speaker with the parabolic concave surface. There is a technology related to a super-directional speaker that can reduce the sound pressure level as the distance from the area increases (see, for example, Non-Patent Document 2).
しかしながら、非特許文献2記載の超指向性スピーカは上記のように凹面形状の反射面を備える構成であるため、小型薄型の携帯端末には搭載しにくいという課題がある。 However, since the super-directional speaker described in Non-Patent Document 2 has a concave reflection surface as described above, there is a problem that it is difficult to mount on a small and thin portable terminal.
また、非特許文献1記載の超指向性スピーカは、ステレオ再生のために2つの超音波スピーカアレイを必要とするため小型軽量化しにくいという課題がある。 Further, the superdirective speaker described in Non-Patent Document 1 has a problem that it is difficult to reduce the size and weight because it requires two ultrasonic speaker arrays for stereo reproduction.
本発明の目的は、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a small and light superdirective speaker that can be easily mounted on a small and thin portable terminal.
本発明の超指向性スピーカは、超音波帯域キャリア信号を入力可聴帯域信号で変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、前記複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる超音波スピーカアレイと、を具備し、前記複数の超音波が空気中で収束して自己復調することにより可聴帯域音波を再生する。 The super-directional speaker of the present invention includes a modulation unit that modulates an ultrasonic band carrier signal with an input audible band signal to generate a modulation signal, and delays the modulation signal by a plurality of delay times to generate a plurality of delayed signals. An ultrasonic speaker array including a plurality of ultrasonic speakers that radiate the plurality of delay signals as a plurality of ultrasonic waves into the air, and the plurality of ultrasonic waves converge in the air. Audible sound waves are reproduced by self-demodulation.
また、本発明の超指向性スピーカは、超音波帯域キャリア信号を複数の入力可聴帯域信号でそれぞれ変調して複数の変調信号を生成する変調手段と、前記複数の変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、前記複数の遅延信号を所定数ずつ加算して複数の加算信号を生成する加算手段と、前記複数の加算信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる超音波スピーカアレイと、を具備し、前記複数の超音波が空気中で複数の領域に収束して自己復調することにより前記複数の領域のそれぞれにおいて可聴帯域音波を再生する。 Further, the super-directional speaker of the present invention includes a modulation unit that modulates an ultrasonic band carrier signal with a plurality of input audible band signals to generate a plurality of modulation signals, and the plurality of modulation signals with a plurality of delay times. Delay means for generating a plurality of delayed signals by delaying each, addition means for adding a predetermined number of the plurality of delayed signals to generate a plurality of added signals, and air as the plurality of added signals as a plurality of ultrasonic waves An ultrasonic speaker array comprising a plurality of ultrasonic speakers radiating in, and the plurality of ultrasonic waves converge in a plurality of regions in the air and self-demodulate to be audible in each of the plurality of regions. Play band sound waves.
本発明によれば、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the small and lightweight super-directional speaker which can be easily mounted in a small and thin portable terminal can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1に本実施の形態に係る超指向性スピーカ10の構成を示す。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of
超指向性スピーカ10において、発信器11は、超音波帯域キャリア信号を生成する。
In
変調器12は、超音波帯域キャリア信号を可聴帯域の入力信号(入力可聴帯域信号)で変調して変調信号を生成する。
The
遅延部13は、遅延器13a〜13eの複数の遅延器で構成され、変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する。
The
超音波スピーカアレイ14は、平面形状を採り、遅延器13a〜13eからそれぞれ入力される複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカ14a〜14eから構成される。
The
ここで、本実施の形態では、超音波スピーカ14a〜14eにそれぞれ対応する遅延器13a〜13eでの各遅延時間Delay(i)を式(1)に示すように設定する。式(1)において、i=1,2,3,4,5、Vは空気中の音速、CはDelay(i)≧0となるようにする定数、Distance(i)は各超音波スピーカ14a〜14eと収束領域との間の距離である。
Delay(i) = C-Distance(i)/V …式(1)
Here, in this embodiment, each delay time Delay (i) in the
Delay (i) = C-Distance (i) / V (1)
遅延器13a〜13eでの各遅延時間Delay(i)を式(1)のようにすることで、各超音波スピーカ14a〜14eから収束領域までの距離の差による超音波の到達時間差が打ち消され、各超音波スピーカ14a〜14eが空気中に放射する複数の超音波の位相が収束領域において一致する。位相が一致した複数の超音波の振幅は加算されるため、収束領域では音圧が最大となる。よって、特定の音圧以上では、空気の非線形特性による超音波の自己復調により可聴帯域音波が再生される。つまり、超指向性スピーカ10が図1に示す構成を採ることにより、超音波スピーカ14a〜14eから放射される複数の超音波が空気中で収束して自己復調することにより可聴帯域音波が再生される。
By setting the delay times Delay (i) in the
このように、本実施の形態によれば、平面形状の超音波スピーカアレイを使って特定の収束領域で可聴帯域音波を再生することができる。よって、本実施の形態によれば、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量の超指向性スピーカを提供することができる。 Thus, according to the present embodiment, an audible band sound wave can be reproduced in a specific convergence region using a planar ultrasonic speaker array. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a small and light superdirective speaker that can be easily mounted on a small and thin mobile terminal.
(実施の形態2)
図2に本実施の形態に係る超指向性スピーカ20の構成を示す。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a configuration of
超指向性スピーカ20において、発信器21は、超音波帯域キャリア信号を生成する。
In
変調器22Lは、超音波帯域キャリア信号を左チャネル(Lch)入力信号(Lch入力可聴帯域信号)で変調してLch変調信号を生成する。また、変調器22Rは、超音波帯域キャリア信号を右チャネル(Rch)入力信号(Rch入力可聴帯域信号)で変調してRch変調信号を生成する。
The
遅延部23Lは、遅延器23La〜23Leの複数の遅延器で構成され、Lch変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する。また、遅延部23Rは、遅延器23Ra〜23Reの複数の遅延器で構成され、Rch変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する。
The
加算部24は、加算器24a〜24eの複数の加算器で構成される。また、加算器24aは、遅延器23Laから出力される遅延信号と遅延器23Raから出力される遅延信号とを加算し、加算器24bは、遅延器23Lbから出力される遅延信号と遅延器23Rbから出力される遅延信号とを加算し、加算器24cは、遅延器23Lcから出力される遅延信号と遅延器23Rcから出力される遅延信号とを加算し、加算器24dは、遅延器23Ldから出力される遅延信号と遅延器23Rdから出力される遅延信号とを加算し、加算器24eは、遅延器23Leから出力される遅延信号と遅延器23Reから出力される遅延信号とを加算する。
The adding
超音波スピーカアレイ25は、平面形状を採り、加算器24a〜24eからそれぞれ入力される複数の加算信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカ25a〜25eから構成される。
The
ここで、本実施の形態では、超音波スピーカ25a〜25eにそれぞれ対応する遅延器23La〜23Leでの各遅延時間DelayL(i)を式(2)に示すように設定する。式(2)において、i=1,2,3,4,5、Vは空気中の音速、CはDelayL(i)≧0となるようにする定数、DistanceL(i)は各超音波スピーカ25a〜25eとLch収束領域との間の距離である。
DelayL(i) = C-DistanceL(i)/V …式(2)
Here, in the present embodiment, the delay times DelayL (i) in the delay units 23La to 23Le corresponding to the ultrasonic speakers 25a to 25e are set as shown in Expression (2). In Equation (2), i = 1, 2, 3, 4, 5, V is the speed of sound in the air, C is a constant that makes DelayL (i) ≧ 0, and DistanceL (i) is each ultrasonic speaker 25a. The distance between ˜25e and the Lch convergence region.
DelayL (i) = C-DistanceL (i) / V ... Formula (2)
同様に、超音波スピーカ25a〜25eにそれぞれ対応する遅延器23Ra〜23Reでの各遅延時間DelayR(i)を式(3)に示すように設定する。式(3)において、i=1,2,3,4,5、Vは空気中の音速、CはDelayL(i)≧0となるようにする定数、DistanceR(i)は各超音波スピーカ25a〜25eとRch収束領域との間の距離である。
DelayR(i) = C-DistanceR(i)/V …式(3)
Similarly, each delay time DelayR (i) in the delay units 23Ra to 23Re corresponding to the ultrasonic speakers 25a to 25e is set as shown in Expression (3). In Equation (3), i = 1, 2, 3, 4, 5, V is the speed of sound in the air, C is a constant that makes DelayL (i) ≧ 0, and DistanceR (i) is each ultrasonic speaker 25a. This is the distance between ˜25e and the Rch convergence region.
DelayR (i) = C-DistanceR (i) / V Equation (3)
遅延器23La〜23Leでの遅延時間DelayL(i)を式(2)のようにすることで、各超音波スピーカ25a〜25eからLch収束領域までの距離の差による超音波の到達時間差が打ち消され、各超音波スピーカ25a〜25eが空気中に放射する複数の超音波の位相が一方ではLch収束領域において一致する。また、遅延器23Ra〜23Reでの遅延時間DelayR(i)を式(3)のようにすることで、各超音波スピーカ25a〜25eからRch収束領域までの距離の差による超音波の到達時間差が打ち消され、各超音波スピーカ25a〜25eが空気中に放射する複数の超音波の位相が他方ではRch収束領域において一致する。 By setting the delay time DelayL (i) in the delay units 23La to 23Le to the formula (2), the difference in the arrival time of the ultrasonic waves due to the difference in the distance from each of the ultrasonic speakers 25a to 25e to the Lch convergence region is canceled out. The phases of a plurality of ultrasonic waves radiated into the air from the respective ultrasonic speakers 25a to 25e coincide with each other in the Lch convergence region. Further, by setting the delay time DelayR (i) in the delay units 23Ra to 23Re as shown in the equation (3), the difference in the arrival time of the ultrasonic wave due to the difference in the distance from each of the ultrasonic speakers 25a to 25e to the Rch convergence region can be obtained. The phases of a plurality of ultrasonic waves that are canceled out and radiated into the air by the respective ultrasonic speakers 25a to 25e coincide with each other in the Rch convergence region.
複数の超音波の位相がそれぞれ一致したLch収束領域およびRch収束領域では複数の超音波の振幅が加算されるため、Lch収束領域ではLchの超音波の音圧が最大となり、Rch収束領域ではRchの超音波の音圧が最大となる。よって、特定の音圧以上では、空気の非線形特性による超音波の自己復調により、Lchの可聴帯域音波が再生されると同時に、Rchの可聴帯域音波が再生される。つまり、超指向性スピーカ20が図2に示す構成を採ることにより、超音波スピーカ25a〜25eから放射される複数の超音波が空気中でLchおよびRchの2つの収束領域においてそれぞれ収束して自己復調することにより、LchおよびRchそれぞれの可聴帯域音波が再生される。
In the Lch convergence region and the Rch convergence region in which the phases of the plurality of ultrasonic waves coincide with each other, the amplitudes of the plurality of ultrasonic waves are added, so that the sound pressure of the Lch ultrasonic wave becomes maximum in the Lch convergence region, and Rch in the Rch convergence region. The sound pressure of the ultrasonic wave becomes maximum. Thus, above a specific sound pressure, the Lch audible band sound wave is reproduced at the same time as the Rch audible band sound wave is reproduced by self-demodulation of the ultrasonic wave due to the non-linear characteristic of the air. That is, the
このように、本実施の形態によれば、平面形状の超音波スピーカアレイを使って、Lch信号とRch信号の可聴帯域音波を互いに異なる領域で再生することができる。よって、各領域をそれぞれ聴取者の左右の耳の位置に適合させることにより、平面形状の1つの超音波スピーカアレイを用いてステレオ再生ができる。よって、本実施の形態によれば、小型薄型の携帯端末に搭載しやすい小型軽量のステレオ再生可能な超指向性スピーカを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the audible band sound waves of the Lch signal and the Rch signal can be reproduced in different regions by using the planar ultrasonic speaker array. Therefore, stereo reproduction can be performed using one planar ultrasonic speaker array by adapting each region to the positions of the left and right ears of the listener. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a super-directional speaker capable of small and light stereo reproduction that can be easily mounted on a small and thin portable terminal.
(実施の形態3)
図3に本実施の形態に係る超指向性スピーカ30の構成を示す。なお、図3において図1(実施の形態1)と同一の構成部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows a configuration of
超指向性スピーカ30において、遅延制御部31は、遅延器13a〜13eの遅延時間をそれぞれ制御して超音波スピーカ14a〜14eから放射される複数の超音波が空気中で収束する領域を変化させる。以下、遅延制御部31での遅延時間の制御例1〜4について説明する。
In
<制御例1>
遅延制御部31は、超指向性スピーカ30が搭載される携帯端末の画面表示の縦横切替に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。よって、本例によれば、画面表示の向きに連動させて再生音の指向性を切り替えることができる。
<Control example 1>
The
<制御例2>
遅延制御部31は、聴取者の頭部、顔または耳の位置に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。聴取者の頭部、顔または耳の位置の検出は、カメラ画像による顔認識または超音波トランスデューサにより行う。遅延制御部31は、超音波スピーカアレイ14と収束領域との相対位置に基づいて遅延時間を変えることにより、適切な位置に収束領域を設定する。よって、本例によれば、聴取者の位置に応じて再生音の指向性を切り替えることができる。
<Control example 2>
The
<制御例3>
遅延制御部31は、聴取者の指示に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。よって、本例によれば、聴取者の好みに応じて再生音の指向性を切り替えることができる。
<Control example 3>
The
<制御例4>
遅延制御部31は、入力可聴帯域信号の属性(例えば、音声のチャネル数(モノラル、2チャネルステレオ等)、番組の種類(ニュース、スポーツ、音楽、バラエティ等))に応じて遅延時間を制御することにより超音波の収束領域を変化させる。よって、本例によれば、入力可聴帯域信号の属性に応じて再生音の指向性を切り替えることができる。
<Control example 4>
The
以上、遅延制御部31での遅延時間の制御例1〜4について説明した。
The delay time control examples 1 to 4 in the
なお、超指向性スピーカ20(図2)に遅延制御部31を備えることにより、上記同様にして、Lch収束領域およびRch収束領域を変化させてステレオ再生音の指向性を切り替えることができる。
In addition, by providing the superdirective speaker 20 (FIG. 2) with the
このように、本実施の形態によれば、平面状の1つの超音波スピーカアレイを用いて、機械的な動作あるいは変形を伴わずに状況に応じて指向性を変化させることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to change the directivity according to the situation without using a mechanical operation or deformation by using one planar ultrasonic speaker array.
以上、本発明の各実施の形態について説明した。 The embodiments of the present invention have been described above.
なお、上記各実施の形態において、遅延器の数、および、超音波スピーカアレイを構成する超音波スピーカの数は限定されない。1つの遅延器に対応する超音波スピーカの数を増やすことで音量を補うことができる。 In the above embodiments, the number of delay devices and the number of ultrasonic speakers constituting the ultrasonic speaker array are not limited. The volume can be supplemented by increasing the number of ultrasonic speakers corresponding to one delay unit.
また、上記各実施の形態において、超音波スピーカアレイを構成する複数の超音波スピーカの配置を2次元行列配置とし、遅延部が、2次元行列配置の列毎に異なり、かつ、行毎に同じ複数の遅延時間を用いる構成としてもよい。2次元行列配置の行数を増やすことで音量を補うことができる。 Further, in each of the above embodiments, the arrangement of the plurality of ultrasonic speakers constituting the ultrasonic speaker array is a two-dimensional matrix arrangement, and the delay unit is different for each column of the two-dimensional matrix arrangement and is the same for each row. A configuration using a plurality of delay times may be employed. The volume can be supplemented by increasing the number of rows in the two-dimensional matrix arrangement.
本発明は、携帯電話、携帯型ゲーム機、携帯テレビ受信機、携帯型パーソナルコンピュータ、PDAといった小型薄型の携帯端末に好適である。 The present invention is suitable for small and thin portable terminals such as mobile phones, portable game machines, portable television receivers, portable personal computers, and PDAs.
10,20,30 超指向性スピーカ
11,21 発信器
12,22L,22R 変調器
13,23L,23R 遅延部
14,25 超音波スピーカアレイ
24 加算部
31 遅延制御部
10, 20, 30
Claims (8)
前記変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、
前記複数の遅延信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる平面形状の超音波スピーカアレイと、を具備し、
前記複数の超音波が空気中で収束して自己復調することにより可聴帯域音波を再生する、
超指向性スピーカ。 Modulation means for generating a modulation signal by modulating an ultrasonic band carrier signal with an input audible band signal;
Delay means for delaying the modulation signal by a plurality of delay times to generate a plurality of delay signals;
A plane-shaped ultrasonic speaker array comprising a plurality of ultrasonic speakers that radiate the plurality of delayed signals into the air as a plurality of ultrasonic waves,
The plurality of ultrasonic waves converge in the air and self-demodulate to reproduce audible band sound waves,
Super directional speaker.
前記複数の変調信号を複数の遅延時間でそれぞれ遅延させて複数の遅延信号を生成する遅延手段と、
前記複数の遅延信号を所定数ずつ加算して複数の加算信号を生成する加算手段と、
前記複数の加算信号を複数の超音波として空気中に放射する複数の超音波スピーカからなる平面形状の超音波スピーカアレイと、を具備し、
前記複数の超音波が空気中で複数の領域に収束して自己復調することにより前記複数の領域のそれぞれにおいて可聴帯域音波を再生する、
超指向性スピーカ。 Modulation means for generating a plurality of modulation signals by respectively modulating an ultrasonic band carrier signal with a plurality of input audible band signals;
Delay means for delaying each of the plurality of modulation signals by a plurality of delay times to generate a plurality of delay signals;
Adding means for adding a predetermined number of the plurality of delayed signals to generate a plurality of added signals;
A plane-shaped ultrasonic speaker array comprising a plurality of ultrasonic speakers that radiate the plurality of addition signals as a plurality of ultrasonic waves into the air; and
Reproducing audible band sound waves in each of the plurality of regions by self-demodulating the plurality of ultrasonic waves converging into a plurality of regions in the air,
Super directional speaker.
前記遅延手段は、前記2次元行列配置の列毎に異なり、かつ、行毎に同じ前記複数の遅延時間を用いる、
請求項1または2記載の超指向性スピーカ。 In the ultrasonic speaker array, the plurality of ultrasonic speakers are arranged in a two-dimensional matrix,
The delay means is different for each column of the two-dimensional matrix arrangement and uses the same delay time for each row.
The super-directional speaker according to claim 1 or 2.
請求項1または2記載の超指向性スピーカ。 A control means for controlling the plurality of delay times to change a region in which the plurality of ultrasonic waves converge in the air,
The super-directional speaker according to claim 1 or 2.
請求項4記載の超指向性スピーカ。 The control means changes the area in accordance with vertical / horizontal switching of a screen display of a portable terminal on which the superdirective speaker is mounted.
The super-directional speaker according to claim 4.
請求項4記載の超指向性スピーカ。 The control means changes the region according to the position of the listener's head, face or ears,
The super-directional speaker according to claim 4.
請求項4記載の超指向性スピーカ。 The control means changes the area according to a listener's instruction.
The super-directional speaker according to claim 4.
請求項4記載の超指向性スピーカ。 The control means changes the region according to an attribute of the input audible band signal.
The super-directional speaker according to claim 4.
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