JP2012217015A - スピーカ装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカの指向性を高める。
【解決手段】このスピーカ装置は、人数検出部１１０、周波数設定部１２０、変調部１３０、及びパラメトリックスピーカ１４０を有している。パラメトリックスピーカ１４０は、音声信号を超音波帯域に変調した変調信号が入力される。人数検出部１１０は、スピーカ装置の周囲に位置する人の人数を検出する。周波数設定部１２０は、人数検出部１１０が検出した人数に基づいて、変調信号の周波数を設定する。変調部１３０は、周波数設定部１２０が設定した周波数の変調信号を生成する。この変調信号は、パラメトリックスピーカ１４０に入力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ装置及び電子機器に関する。

他人に音声が聴かれないようにする技術として、超音波を搬送波として利用したパラメトリックスピーカが開発されている。超音波は志向性が高いため、パラメトリックスピーカを用いると、ユーザ近傍など、特定の方向にのみ音場を形成することができる。

なお、特許文献１には、ユーザまでの距離に応じて搬送波信号の周波数を変調することが開示されている。特許文献２には、圧電素子を発振板として使用するスピーカ装置において、圧電素子の共振周波数が可聴帯域と超音波帯域の双方に位置するようにした上で、パラメトリックスピーカで使用される搬送波として超音波帯域の共振周波数を用いることが開示されている。特許文献３には、画像処理によって人までの距離や方向を判断し、この判断結果に従ってスピーカから出力される音声の出力や方向を制御することが開示されている。

特許文献４には、可聴音域用スピーカとパラメトリックスピーカとを有するスピーカ装置において、出力信号の入力先を可聴音域用スピーカとパラメトリックスピーカとの間で切り替えることにより、出力される音声の指向性の角度を変更することが開示されている。特許文献５には、車載用エンターテイメント装置において、運転席近傍に逆相スピーカを配置し、この逆相スピーカから他のスピーカとは逆位相の出力を行うことにより、運転席付近のみ出力音声をキャンセルすることが開示されている。特許文献６には、複数の超音波振動子を備える超音波振動子アレイにおいて、超音波振動子を個別に制御することにより、音の指向性を制御することが開示されている。特許文献７には、音声付の動画データにおいて、音声を解析することにより音源の方向を特定し、さらにこの方向を用いることにより、画像内における音源の位置を特定することが開示されている。

特開２００６−０８１１１７号公報 特開２００７−０６７５１４号公報 特開２００９−２１８９５０号公報 特開２００７−０６７５１４号公報 特開２００６−２４８３５３号公報 特開２００８−１１３１９０号公報 特開２００９−２３９３４８号公報

スピーカ装置には、さらに指向性を高めることが求められている。

本発明の目的は、指向性を高めたスピーカ装置及び電子機器を提供することにある。

本発明によれば、音声信号を超音波帯域に変調した変調信号が入力されるパラメトリックスピーカと、
周囲に位置する人の人数を検出する人数検出手段と、
前記人数検出手段が検出した人数に基づいて、前記変調信号の周波数を設定する周波数設定手段と、
前記設定された周波数の前記変調信号を生成する変調手段と、
を備えるスピーカ装置が提供される。

本発明によれば、複数の超音波振動子と、
第１の前記超音波振動子に、音声信号を第１の超音波に変調した第１変調信号を入力する第１入力手段と、
第２の前記超音波振動子に、前記音声信号の逆位相の信号を、前記第１の超音波周波数より高周波の第２の超音波に変調した第２変調信号を入力する第２入力手段と、
を備えるスピーカ装置が提供される。

本発明によれば、音声信号を超音波帯域に変調した変調信号が入力されるパラメトリックスピーカと、
前記音声信号を解析する音声信号解析手段と、
前記音声信号解析手段の解析結果に基づいて、前記変調信号の周波数を設定する周波数設定手段と、
前記設定された周波数の前記変調信号を生成する変調手段と、
を備えるスピーカ装置が提供される。

本発明によれば、上記したスピーカ装置を有する電子機器が提供される。

本発明によれば、スピーカの指向性を高めることができる。

第１の実施形態に係るスピーカ装置の機能構成を示す図である。 人数検出部の構成の第１例を示す図である。 人数検出部の構成の第２例を示す図である。 第２の実施形態に係るスピーカ装置の機能構成を示す図である。 第３の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。 第３の実施形態の効果を説明するための図である。 第４の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。 第４の実施形態の効果を説明するための図である。 第５の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。 第６の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。 第７の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るスピーカ装置の機能構成を示す図である。このスピーカ装置は、人数検出部１１０、周波数設定部１２０、変調部１３０、及びパラメトリックスピーカ１４０を有している。パラメトリックスピーカ１４０は、可聴域の音声信号を超音波帯域に変調した変調信号が入力される。人数検出部１１０は、スピーカ装置の周囲に位置する人の人数を検出する。周波数設定部１２０は、人数検出部１１０が検出した人数に基づいて、変調信号の周波数を設定する。変調部１３０は、周波数設定部１２０が設定した周波数の変調信号を生成する。この変調信号は、パラメトリックスピーカ１４０に入力される。

このスピーカ装置は、電子機器、例えば携帯通信端末などの携帯型の電子装置に内蔵されている。そして出力する音声の指向性は、電子機器の周囲に位置する人の数によって変更されることが望ましい。例えば、電子機器の周囲にその電子機器のユーザしかいない場合、指向性はそれほど高くしなくてもよい。しかし、電子機器の周囲にユーザ以外の人がいる場合、指向性を高くして、ユーザ以外の人に音声が聞こえないようにする必要がある。

本実施形態では、周波数設定部１２０は、人数検出部１１０が検出した人数に基づいて、変調信号の周波数を設定する。パラメトリックスピーカ１４０が出力する音声の指向性は、変調信号の周波数が高いほど高くなる。従って、本実施形態によれば、上記したニーズを満たすことができる。以下、詳細に説明する。

周波数設定部１２０は、人数検出部１１０が検出した人数が複数の場合は、検出した人数が一人の場合と比較して周波数を高く設定する。これは、上記したように、パラメトリックスピーカ１４０が出力する音声の指向性は、変調信号の周波数が高くなるほど高くなるためである。

また、パラメトリックスピーカ１４０は、音波を出力する振動手段、例えば圧電振動子などの超音波振動子を有している。周波数設定部１２０は、この超音波振動子の基本共振周波数を予め記憶しており、この基本共振周端数の整数倍の周波数を選択する。例えば、人数検出部１１０が検出した人数が一人の場合、周波数設定部１２０は、基本共振周波数を変調信号の周波数として設定する。また人数検出部１１０が検出した人数が複数の場合、周波数設定部１２０は、基本共振周波数のＮ倍（ただしＮ≧２かつ整数）の周波数を、変調信号の周波数として設定する。ここで周波数設定部１２０は、人数検出部１１０が検出した人数が増えるほど、Ｎを増やしても良い。

変調部１３０は、パラメトリックスピーカ１４０が再生すべき音声信号を、パラメトリックスピーカ用の変調信号に変調する。このとき、変調信号の搬送波の周波数を、周波数設定部１２０が設定した周波数に設定する。

パラメトリックスピーカ１４０は、上記したように、圧電振動子などの超音波振動子を有している。パラメトリックスピーカ１４０は、例えば複数の超音波振動子をアレイ状に有している。変調部１３０は、複数の超音波振動子それぞれに変調信号を入力する。

図２は、人数検出部１１０の構成の第１例を示す図である。本例において、人数検出部１１０は、撮像部１１２及び画像処理部１１４を有している。撮像部１１２は、例えば電子機器に取り付けられたカメラであり、電子機器の周囲を撮像して画像データを生成する。画像処理部１１４は、撮像部１１２が生成した画像データを処理することにより、電子機器の周囲に位置する人の人数を検出する。

図３は、人数検出部１１０の構成の第２例を示す図である。本例において、人数検出部１１０は、音声取得部１１６及び音声処理部１１８を有している。音声取得部１１６は、例えば電子機器に取り付けられたマイクであり、電子機器の周囲の音声を音声データに変換する。音声処理部１１８は、音声取得部１１６が生成した音声データを処理し、人と判断される音源の数を認識することにより、電子機器の周囲に位置する人の人数を検出する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。周波数設定部１２０は、人数検出部１１０が検出した人数に基づいて、変調信号の周波数を設定する。このため、電子機器の周囲にその電子機器のユーザしかいない場合、指向性を低くし、かつ、電子機器の周囲にユーザ以外の人がいる場合、指向性を高くすることができる。

また、圧電素子を利用したスピーカ装置の消費電力は、変調信号の周波数が高くなるほど、圧電素子のインピーダンスが小さくなるため、大きくなる。本実施形態では、電子機器の周囲にその電子機器のユーザしかいない場合、変調信号の周波数を低くしている。従って、スピーカ装置を省電力化することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係るスピーカ装置の機能構成を示す図である。本実施形態に係るスピーカ装置は、増幅部１５０を有している点を除いて、第１の実施形態に係るスピーカ装置と同様である。

本実施形態において、人数検出部１１０は、電子機器のユーザまでの距離を検出する。人数検出部１１０は、図２に示す構成を有している場合、最も顔が大きい人物をユーザとして認識する。また人数検出部１１０は、図３に示す構成を有している場合、最も音声が大きい人物をユーザとして認識する。そして増幅部１５０は、人数検出部１１０が検出したユーザまでの距離に基づいて、変調信号のゲイン（増幅率）を設定する。具体的には、増幅部１５０は、ユーザまでの距離が長くなるにつれて、ゲインを大きくする。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、増幅部１５０がユーザまでの距離に応じてゲインを自動で設定するため、電子機器をさらに省電力化することができる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。このスピーカ装置は、第１入力部２１０、第２入力部２２０、及びパラメトリックスピーカ２３０を有している。

パラメトリックスピーカ２３０は、複数の超音波振動子、例えば圧電素子を有している。これら超音波振動子には、少なくとも第１超音波振動子２３２及び第２超音波振動子２３４が含まれている。第１入力部２１０は、音声信号を第１の超音波に変調した第１変調信号を生成し、生成した第１変調信号を第１超音波振動子２３２に入力する。第２入力部２２０は、第２変調信号を生成し、生成した第２変調信号を第２超音波振動子２３４に入力する。第２変調信号は、第１変調信号の基となった音声信号を逆位相にしたうえで、この逆相の信号を、第１の超音波より高周波の第２の超音波に変調したものである。

なお、第１の超音波及び第２の超音波は、いずれも、超音波振動子の基本共振周波数の整数倍の周波数を有している。第１の超音波及び第２の超音波がそれぞれ基本共振周端数の何倍であるかは、例えば予め記憶手段（図示せず）に、少なくとも一組記憶されている。

次に、本実施形態の作用及び効果について、図６を用いて説明する。本実施形態によれば、第１超音波振動子２３２は、第１変調信号に従って音波を出力し、第２超音波振動子２３４は、第２変調信号に従って音波を出力する。上記したように、第１変調信号は、第２変調信号よりも周波数が低い。そして周波数が高いほど、パラメトリックスピーカ１４０が出力する音声の指向性は高くなる。従って、第２超音波振動子２３４が出力した音波が届く領域は、第１超音波振動子２３２が出力した音波が届く領域の中に位置する。そして、第２変調信号は、第１変調信号の基となった音声信号の逆相の信号を変調したものである。従って、第２超音波振動子２３４が出力した音波が届く領域のうち、第１超音波振動子２３２が出力した音波が届く領域と重なっている領域では、復調した可聴音がキャンセルされる。従って、パラメトリックスピーカ２３０が出力する音声の指向性を、第２超音波振動子２３４が出力する音波の有無によって、制御することができる。特に本実施形態では、第１超音波振動子２３２が出力した音波が届く領域の中央部分で、可聴音をキャンセルすることができる。

また第２変調信号の周波数を制御することにより、復調した可聴音がキャンセルされる領域を制御することができる。そこで、第２入力部２２０は、ユーザが指向性の指示内容を示す入力を、スピーカ装置に対して行った場合、入力された指向性に従って、第１の超音波の周波数と、第２の超音波の周波数の組み合わせを選択しても良い。

（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。このスピーカ装置は、人数検出部１１０の代わりに音声解析部１６０を有している点を除いて、第１の実施形態に係るスピーカ装置と同様の構成である。

音声解析部１６０は、変調部１３０に入力される音声信号を解析する。そして周波数設定部１２０は、音声解析部１６０による解析結果に基づいて、変調信号の周波数を設定する。

具体的には、音声解析部１６０は、音声信号に含まれる音声の周波数のピーク位置を解析する。そして周波数設定部１２０は、解析された音声の周波数のピーク位置に基づいて、変調信号の周波数を設定する。例えば周波数設定部１２０は、音声の周波数のピーク位置が高くなるにつれて、変調信号の周波数を高くする。

次に、図８を用いて、本実施形態の作用及び効果について説明する。図８は、復調される音声の周波数の音圧が、変調信号の周波数によってどのように変化するかを示している。本図に示すように、変調信号の周波数が高くなるにつれて、復調される音声の音圧が最大になる周波数が高くなる。このため、本実施形態のように、復調される音声の周波数が高くなるにつれて変調信号の周波数を高くすると、スピーカの効率を高くすることができる。これにより、電子機器を省電力化することができる。

なお本実施形態において、スピーカ装置は、第１の実施形態に示した人数検出部１１０を有していても良い。このようにすると、第１の実施形態に示した効果も得ることができる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。本実施形態に係るスピーカ装置は、変調部１３０及びパラメトリックスピーカ１４０の代わりに、第１入力部２１０、第２入力部２２０、及びパラメトリックスピーカ２３０を有している点を除いて、第１の実施形態に係るスピーカ装置と同様の構成である。第１入力部２１０、第２入力部２２０、及びパラメトリックスピーカ２３０の構成は、第３の実施形態で説明した通りである。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１入力部２１０、第２入力部２２０、及びパラメトリックスピーカ２３０を有しているため、第２の実施形態と同様の効果も得ることができる。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。本実施形態に係るスピーカ装置は、方向検出部１７０及び方向設定部１８０を有している点を除いて、第１の実施形態に係るスピーカ装置と同様の構成である。

方向検出部１７０は、例えば図２及び図３に示した人数検出部１１０と同様の構成を有している。ただし画像処理部１１４（または音声処理部１１８）は、最も顔が大きい人物（または最も音声が大きい人物）をユーザとして認識し、認識したユーザの方向を検出する。方向設定部１８０は、方向検出部１７０が検出した方向にパラメトリックスピーカ１４０の指向性が向くように、パラメトリックスピーカ１４０に対する変調信号の入力を設定する。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、方向検出部１７０及び方向設定部１８０を有しているため、自動でパラメトリックスピーカ１４０の指向性を設定することができる。

（第７の実施形態）
図１１は、第７の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示す図である。方向検出部１７０及び方向設定部１８０を有している点を除いて、第４の実施形態に係るスピーカ装置と同様の構成である。方向検出部１７０及び方向設定部１８０の構成は、第６の実施形態に示したとおりである。

本実施形態によっても、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、方向検出部１７０及び方向設定部１８０を有しているため、自動でパラメトリックスピーカ１４０の指向性を設定することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１１０ 人数検出部
１１２ 撮像部
１１４ 画像処理部
１１６ 音声取得部
１１８ 音声処理部
１２０ 周波数設定部
１３０ 変調部
１４０ パラメトリックスピーカ
１５０ 増幅部
１６０ 音声解析部
１７０ 方向検出部
１８０ 方向設定部
２１０ 第１入力部
２２０ 第２入力部
２３０ パラメトリックスピーカ
２３２ 第１超音波振動子
２３４ 第２超音波振動子

Claims (11)

1. 音声信号を超音波帯域に変調した変調信号が入力されるパラメトリックスピーカと、
   周囲に位置する人の人数を検出する人数検出手段と、
   前記人数検出手段が検出した人数に基づいて、前記変調信号の周波数を設定する周波数設定手段と、
   前記設定された周波数の前記変調信号を生成する変調手段と、
   を備えるスピーカ装置。
2. 請求項１に記載のスピーカ装置において、
   前記周波数設定手段は、前記人数が複数の場合は、前記人数が一人の場合と比較して前記周波数を高く設定するスピーカ装置。
3. 請求項１または２に記載のスピーカ装置において、
   前記パラメトリックスピーカは、音波を出力する振動手段を有しており、
   前記周波数設定手段は、前記周波数として、前記振動手段の共振周波数の整数倍の周波数を選択するスピーカ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピーカ装置において、
   前記人数検出手段は、撮像手段、及び前記撮像手段が生成した画像を解析して前記音声を生成する画像処理手段を有するスピーカ装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のスピーカ装置において、
   前記人数検出手段は、音声検出手段、及び前記音声検出手段が生成した音声データを解析して前記人数を検出する音声処理手段を有するスピーカ装置。
6. 複数の超音波振動子と、
   第１の前記超音波振動子に、音声信号を第１の超音波に変調した第１変調信号を入力する第１入力手段と、
   第２の前記超音波振動子に、前記音声信号の逆位相の信号を、前記第１の超音波より高周波の第２の超音波に変調した第２変調信号を入力する第２入力手段と、
   を備えるスピーカ装置。
7. 請求項６に記載のスピーカ装置において、
   前記第１の超音波及び前記第２の超音波は、前記超音波振動子の共振周波数の整数倍の周波数を有しているスピーカ装置。
8. 音声信号を超音波帯域に変調した変調信号が入力されるパラメトリックスピーカと、
   前記音声信号を解析する音声信号解析手段と、
   前記音声信号解析手段の解析結果に基づいて、前記変調信号の周波数を設定する周波数設定手段と、
   前記設定された周波数の前記変調信号を生成する変調手段と、
   を備えるスピーカ装置。
9. 請求項８に記載のスピーカ装置において、
   前記音声信号解析手段は、前記音声信号に含まれる音声の周波数を解析し、
   前記周波数設定手段は、前記音声の周波数に基づいて、前記変調信号の周波数を設定するスピーカ装置。
10. 請求項９に記載のスピーカ装置において、
    前記周波数設定手段は、前記音声の周波数が高くなるにつれて、前記変調信号の周波数を高くするスピーカ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のスピーカ装置を有する電子機器。

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