JP2019068395A - オーディオコントローラ、及び、超音波スピーカ - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、リスナの位置及び方向に応じて、各スピーカのミキシング係数を設定する技術が開示されている。
少なくとも1つの超音波スピーカ、及び、音源と接続可能なオーディオコントローラであって、
前記音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、
前記オーディオ信号に基づいて、前記超音波スピーカが放射する超音波の焦点位置を制御する手段を備える、
オーディオコントローラである。
オーディオシステムの構成について説明する。図1は、本実施形態のオーディオシステムのシステム構成図である。図2は、図1のオーディオシステムの構成を示すブロック図である。
図2に示すように、オーディオシステム1は、オーディオコントローラ10と、超音波スピーカ21と、ラウドスピーカ22と、音源23と、カメラ24と、リスナ位置検出部25と、ウーファ26と、を備える。
オーディオコントローラ10は、記憶装置11と、プロセッサ12と、入出力インタフェース13と、通信インタフェース14と、を備える。
レージ(例えば、フラッシュメモリ又はハードディスク)の組合せである。
・OS(Operating System)のプログラム
・情報処理を実行するアプリケーション(例えば、オーディオシステム1を制御する制御用アプリケーション)のプログラム
・情報処理において参照されるデータベース
・情報処理を実行することによって得られるデータ(つまり、情報処理の実行結果)
・テレビ
・オーディオメディアプレーヤ(カセットプレーヤ、CD(Compact Disc)プレーヤ、D
VD(Digital Versatile Disc)プレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ)
・デジタルオーディオプレーヤ
リスナ位置検出部25は、例えば、赤外線センサである。赤外線センサは、赤外線を照射し、且つ、赤外線の反射光を受光すると、反射光に応じて電気信号を生成する。これにより、リスナLの位置が検出される。
本実施形態の超音波スピーカの構成について説明する。図3は、図1の超音波スピーカの概略構成図である。
本実施形態の概要について説明する。図4は、本実施形態の概要の説明図である。
オーディオコントローラ10は、オーディオ信号の周波数特性及び第1サラウンドパンパラメータに基づいて、超音波スピーカ21の第1音圧レベルと、ラウドスピーカ22の第2音圧レベルと、ウーファ26の第3音圧レベルと、を決定する。
オーディオコントローラ10は、第1音圧レベルに基づく第1スピーカ制御信号を生成し、超音波スピーカ21に出力する。
オーディオコントローラ10は、第2音圧レベルに基づく第2スピーカ制御信号を生成し、ラウドスピーカ22に出力する。
オーディオコントローラ10は、第3音圧レベルに基づく第3スピーカ制御信号を生成し、ウーファ26に出力する。
ラウドスピーカ22は、第2スピーカ制御信号に基づいて音波を放射する。
ウーファ26は、第3スピーカ制御信号に基づいて音波を放射する。
これにより、オーディオ信号に対応するサラウンド環境が構築される。
本実施形態の超音波スピーカの動作例について説明する。
変調方式は、例えば、以下の何れかである。
・AM(Amplitude Modulation)変調
・FM(Frequency Modulation)変調
・PM(Phase Modulation)変調
プロセッサ12は、記憶装置11に記憶された超音波トランスデューサ21c(n)の座標(x(n),y(n),z(n))と、焦点座標(xfp,yfp,zfp)と、に基づいて、超音波トランスデューサ21c(n)と焦点FPとの距離r(n)を計算する。
ΔT(n+1)=−r(n+1)/c …(式1)
・c:音速
各超音波トランスデューサ21cは、この駆動信号に応じて駆動する。各超音波トランスデューサ21cから放射された超音波は、駆動時間差ΔT(n+1)に応じた位相差を有するので、焦点FPで集束する。
本実施形態の超音波スピーカの動作例1について説明する。図6は、本実施形態の超音波スピーカの動作例1の説明図である。図7は、図6の動作例1において形成される音源を示す図である。動作例1では、1つの焦点に超音波を集束させる。
超音波スピーカ21からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波USW1が放射される。超音波USW1は、フェーズドアレイFAの中心から焦点距離d1だけ離れた焦点FP1で集束する。
例えば、焦点FP1がリスナLの耳元に位置する場合、点音源SS1はリスナLの耳元に形成される。この場合、リスナLには、耳元で点音源SS1からの可聴音が聴こえる。
本実施形態の超音波スピーカの動作例2について説明する。図8は、本実施形態の超音波スピーカの動作例2の説明図である。図9は、図8の動作例2において形成される音源を示す図である。動作例2では、複数の焦点に超音波を集束させる。
超音波スピーカ21からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波USW2aが放射される。超音波USW2aは、フェーズドアレイFAの中心から焦点距離d2aだけ離れた焦点FP2aで集束する。
超音波スピーカ21からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波USW2bが放射される。超音波USW2bは、フェーズドアレイFAの中心から焦点距離d2bだけ離れた焦点FP2bで集束する。
例えば、焦点FP2aがリスナL1の耳元に位置する場合、点音源SS2aはリスナL1の耳元に形成される。この場合、リスナL1には、耳元で点音源SS2aからの可聴音が聴こえる。
焦点FP2bがリスナL2の耳元に位置する場合、点音源SS2bはリスナL2の耳元に形成される。この場合、リスナL2には、耳元で点音源SS2bからの可聴音が聴こえる。
本実施形態の超音波スピーカの動作例3について説明する。図10は、本実施形態の超音波スピーカの動作例3の説明図である。図11は、図10の動作例3において形成される音源を示す図である。
この場合、図11に示すように、超音波ビームUSB3が、ビーム状の音源SS3を形成する。従って、リスナLには、超音波スピーカ21の方向からビーム状の音源SS3(つまり、超音波ビームUSB3に沿って形成された音源)からの可聴音が近づいてくるように聴こえる。
本実施形態の超音波スピーカの動作例4について説明する。図12は、本実施形態の超音波スピーカの動作例4の説明図である。図13は、図12の動作例4において形成される音源を示す図である。
本実施形態のオーディオシステムの制御について説明する。図14は、本実施形態のオーディオシステムの制御の処理のフローチャートである。図15は、図14の処理において参照される音圧レベル情報及び第1サラウンドパンパラメータの概略図である。図16は、図14の処理において第1周波数帯域〜第3周波数帯域に分割される音圧レベル情報の概略図である。図17は、図14の処理において生成される第2サラウンドパンパラメータの概略図である。
具体的には、音源23は、オーディオ信号をエンコードし、オーディオコントローラ10に出力する。
オーディオ信号は、再生すべき音の音圧レベル情報(図15A)と、第1サラウンドパンパラメータ(図15B)と、を含む。
一例として、カメラ24は、使用環境SPの画像情報を撮像する。プロセッサ12は、カメラ24によって撮像された画像情報に三次元モデリングを適用することにより、使用環境SPのレイアウトを示すレイアウト情報を生成し、記憶装置11に記憶する。
別の例として、プロセッサ12は、入出力インタフェース13又は通信インタフェース14を介して、使用環境SPのレイアウト情報(例えば、3次元CADデータ)を記憶装置11に記憶する。
プロセッサ12は、リスナ位置検出部25が生成した電気信号に基づいて、超音波スピーカ21に対するリスナLの相対位置を示す三次元座標を生成することにより、当該相対位置を特定する。
具体的には、プロセッサ12は、ステップS200で音源23から出力されたオーディオ信号を入力する。
具体的には、プロセッサ12は、オーディオ信号をデコードすることにより、オーディオ信号から、音圧レベル情報(図15A)と、第1サラウンドパンパラメータ(図15B)と、を取り出す。
プロセッサ12は、音圧レベル情報と、第1サラウンドパンパラメータと、を記憶装置11に記憶する。
プロセッサ12は、特定した相対位置に基づいて、図7の焦点FP1の位置を決定する。
プロセッサ12は、特定した相対位置に基づいて、図9の複数の焦点FP2a及びFP2bの位置を決定する。
プロセッサ12は、特定した相対位置に基づいて、図11の焦点FP3の位置を決定する。
プロセッサ12は、特定した相対位置に基づいて、図13の焦点FP4aの位置を決定する。
具体的には、プロセッサ12は、ステップS102で記憶装置11に記憶した音波レベル情報の周波数特性を第1周波数帯域B1〜第3周波数帯域B3に分割する(図16)。
プロセッサ12は、超音波スピーカ21の出力特性に基づいて第1周波数帯域B1を決定する。
プロセッサ12は、第1周波数帯域B1を構成する周波数成分について、超音波スピーカ21の音圧レベルが最も高くなり、且つ、ウーファ26の音圧レベルが最も低くなるように、超音波スピーカ21の音圧レベルと、ラウドスピーカ22の音圧レベルと、ウーファ26の音圧レベルと、を決定する。
プロセッサ12は、ラウドスピーカ22の出力特性に基づいて第2周波数帯域B2を決定する。
プロセッサ12は、第2周波数帯域B2を構成する周波数成分について、ラウドスピーカ22の音圧レベルが最も高くなり、且つ、ウーファ26の音圧レベルが最も低くなるように、超音波スピーカ21の音圧レベルと、ラウドスピーカ22の音圧レベルと、ウーファ26の音圧レベルと、を決定する。
プロセッサ12は、ウーファ26の出力特性に基づいて第3周波数帯域B3を決定する。
プロセッサ12は、第3周波数帯域B3を構成する周波数成分について、ウーファ26の音圧レベルが最も高くなり、且つ、超音波スピーカ21の音圧レベルが最も低くなるように、超音波スピーカ21の音圧レベルと、ラウドスピーカ22の音圧レベルと、ウーファ26の音圧レベルと、を決定する。
図17の第2サラウンドパンパラメータは、超音波スピーカ(US)、右フロントスピーカ(R)、左フロントスピーカ(L)、右サラウンドスピーカ(RS)、左サラウンドスピーカ(LS)、及び、ウーファ(LFE)の音圧レベルのバランス(つまり、超音波スピーカ21を含むスピーカコンポーネントのパンニング)を示している。
図17Aに示すように、第1周波数帯域B1の音圧レベルが第2周波数帯域B2の音圧レベルより高い場合の第2サラウンドパンパラメータでは、ラウドスピーカ22(右フロントスピーカ(R)、左フロントスピーカ(L)、右サラウンドスピーカ(RS)、及び、左サラウンドスピーカ(LS))の音圧レベルより、超音波スピーカ(US)の音圧レベルが高い。
つまり、第1周波数帯域B1の音圧レベルが第2周波数帯域B2の音圧レベルより高い場合、オーディオコントローラ10は、ラウドスピーカ22の音より超音波スピーカ21の音を強調する。
図17Aに示すように、第1周波数帯域B1の音圧レベルが第2周波数帯域B2の音圧レベルより低い場合の第2サラウンドパンパラメータでは、ラウドスピーカ22(右フロントスピーカ(R)、左フロントスピーカ(L)、右サラウンドスピーカ(RS)、及び、左サラウンドスピーカ(LS))の音圧レベルより、超音波スピーカ(US)の音圧レベルが低い。
つまり、第1周波数帯域B1の音圧レベルが第2周波数帯域B2の音圧レベルより低い場合、オーディオコントローラ10は、超音波スピーカ21の音よりラウドスピーカ22の音を強調する。
具体的には、プロセッサ12は、ステップS104で決定した第2サラウンドパンパラメータのうち超音波スピーカ(US)の音圧レベルと、ステップS103で決定した焦点位置と、に基づいて、変調パラメータを決定する。変調パラメータとは、超音波スピーカ21から放射される超音波のAM変調のレベルに関するパラメータである。超音波の振幅は、変調パラメータに依存する。
超音波スピーカ21は、第1スピーカ制御信号に基づいて、超音波を放射する。超音波スピーカ21から放射された超音波は、ステップS103で決定された焦点FPで集束する。集束した超音波は、焦点FPに可聴音の音源を形成する。つまり、焦点FPに形成された音源は、可聴音を発生させる。
ラウドスピーカ22及びウーファ26は、それぞれ、第2スピーカ制御信号及び第3スピーカ制御信号に基づいて、自身を音源とする可聴音を発生させる。
オーディオコントローラ10は、再生が終了するまで(S107−NO)、ステップS100〜S106の処理を繰り返し実行する。
特に、オーディオシステム1では、超音波スピーカ21の焦点位置及び焦点数が可変であるので、使用環境SPの制約(例えば、使用環境SPのレイアウト、使用環境SP内に存在する障害物、リスナLの位置)を受けずに、より多様な音をリスナLに聴かせることができる。
本実施形態の変形例について説明する。
変形例1について説明する。変形例1は、フェーズドアレイFAが曲面形状を有する例である。
超音波スピーカ21には、アクチュエータ(例えば、可変アーム)が接続される。アクチュエータは、アレイ面の曲率(つまり、曲面形状)を変えるように構成される。アレイ面の曲率が変わると、フェーズドアレイFAから放射される超音波の位相差も変化する。
アクチュエータは、駆動信号に基づいて、アレイ面の曲率を変える。
特に、単一の焦点(例えば、図6の焦点FP1)に超音波を集束させる場合、複数の超音波トランスデューサ21cの放射方向が当該焦点を向くので、当該焦点で集束する超音波の音圧レベルを上げることができる。
変形例2について説明する。変形例2は、超音波スピーカ21を用いて、反射部材RMの反射率と特定する例である。
プロセッサ12は、超音波トランスデューサ21cを駆動させることにより、特定した位置(つまり、反射部材RM)に向かって、超音波を放射する。超音波は、反射部材RMに反射する。
超音波センサは、反射部材RMからの反射波を検出する。
プロセッサ12は、超音波を放射してから、超音波センサによって反射波が検出されるまでの時間に基づいて、反射部材RMによる超音波の反射方向及び反射率を推定する。
変形例3について説明する。変形例3は、複数の超音波スピーカ21を用いてサラウンド環境を構築する例である。
変形例4について説明する。変形例4は、可聴範囲を動的に変化させる例である。
この場合、オペレータは、超音波スピーカ21による音の可聴範囲を任意に変更することができる。
この場合、特定のリスナLにのみ、超音波スピーカ21による音を聴かせることができる。
この場合、環境音が変化しても、可聴範囲を維持することができる。
この場合、再生される音に応じて可聴範囲を変更することができる。
本実施形態について小括する。
少なくとも1つの超音波スピーカ21、及び、音源23と接続可能なオーディオコントローラ10であって、
音源23からオーディオ信号を入力する手段(例えば、ステップS101を実行するプロセッサ12)を備え、
オーディオ信号に基づいて、超音波スピーカ21が放射する超音波の焦点位置を制御する手段(例えば、ステップS104を実行するプロセッサ12)を備える、
オーディオコントローラ10である。
一例として、焦点位置を任意に決められるので、リスナLの位置に関わらず、超音波スピーカ21による音をリスナLに聴かせることができる。
別の例として、少なくとも1つの点に形成される点音源SS1(図7)と、ビーム状の音源SS3及びSSb(図11)と、を1つの超音波スピーカ21を用いて選択的に切り替えることができる。
オーディオ信号は、第1サラウンドパンパラメータを含み、
制御する手段は、
第1サラウンドパンパラメータと、周波数特性と、に基づいて、超音波スピーカ21のパンニングを含む第2サラウンドパンパラメータを生成し、
第2サラウンドパンパラメータに基づいて、焦点位置及び音圧レベルを制御する。
特に、単一の焦点(例えば、図6の焦点FP1)に超音波を集束させる場合、複数の超音波トランスデューサ21cの放射方向が当該焦点を向くので、当該焦点で集束する超音波の音圧レベルを上げることができる。
また、音源を移動させることができる。特に、リスナLに近づく音、及び、リスナLから遠ざかる音(例えば、虫の羽音)をリスナLに聴かせることができる。
制御する手段は、使用環境情報を更に参照して、焦点位置を制御する。
制御する手段は、反射率を更に参照して、焦点位置を制御する。
オーディオ信号に基づいて、超音波スピーカ21の第1音圧レベルと、スピーカの第2音圧レベルと、を決定する手段(例えば、ステップS104を実行するプロセッサ12)を備え、
制御する手段は、第1音圧レベルに基づく第1スピーカ制御信号と、第2音圧レベルに基づく第2スピーカ制御信号と、を生成し、
第1スピーカ制御信号を超音波スピーカ21に出力する手段を備え、
第2スピーカ制御信号をスピーカに出力する手段を備える。
複数の超音波トランスデューサ21cを備え、
オーディオコントローラ10の制御に従って、複数の超音波トランスデューサ21cを個別に駆動する駆動部を備える、
超音波スピーカ21である。
駆動部は、複数の超音波トランスデューサ21cから放射される超音波に位相差が形成されるように、各超音波トランスデューサを個別に振動させる。
上記オーディオコントローラ10を備え、
複数の超音波トランスデューサ21cを備える超音波スピーカ21を備え、
超音波スピーカ21は、オーディオコントローラ10の制御に従って、複数の超音波トランスデューサ21cを個別に駆動する駆動部を備える、
オーディオシステム1である。
・超音波スピーカ21単体(つまり、超音波スピーカ21以外のスピーカ(図2のラウドスピーカ22及びウーファ26)を含まないスピーカコンポーネント)
・図2に示されていないスピーカ(例えば、サブウーファ)を含むスピーカコンポーネント
例えば、カメラ24が、リスナLの画像情報を取得する。
プロセッサ12が、カメラ24が取得した画像情報に対して、人の特徴量に基づく特徴量解析を適用する。これにより、画像情報におけるリスナLの位置(画像空間上の位置)が特定される。
プロセッサ12は、特定した画像空間上の位置に基づいて、超音波スピーカ21に対するリスナLの相対位置を示す三次元座標を生成することにより、当該相対位置を特定する。
例えば、超音波トランスデューサ21cが放射する超音波の反射波を検出する超音波センサを備える。
ステップS100において、プロセッサ12は、超音波トランスデューサ21cを駆動させることにより、超音波を放射する。超音波は、リスナLに反射する。
超音波センサは、リスナLからの反射波を検出する。
プロセッサ12は、超音波を放射してから、超音波センサによって反射波が検出されるまでの時間に基づいて、リスナLの相対位置を推定する。
10 :オーディオコントローラ
11 :記憶装置
12 :プロセッサ
13 :入出力インタフェース
14 :通信インタフェース
21 :超音波スピーカ
21a :カバー
21b :筐体
21c :超音波トランスデューサ
22 :ラウドスピーカ
23 :音源
24 :カメラ
25 :リスナ位置検出部
26 :ウーファ
Claims (11)
- 少なくとも1つの超音波スピーカであって、且つ、複数の超音波トランスデューサを備える超音波スピーカと接続可能なオーディオコントローラであって、
少なくとも1つの焦点位置に点音源を形成する第1動作モード、及び、超音波の放射方向に向かってビーム状音源を形成する第2動作モードで動作するように、各超音波トランスデューサを個別に制御する制御手段を備える、
オーディオコントローラ。 - 前記制御手段は、前記第1動作モード及び前記第2動作モードを選択的に切り替える、
請求項1に記載のオーディオコントローラ。 - 前記制御手段は、
各超音波トランスデューサが放射する超音波が前記位相差を有するように、各超音波トランスデューサの駆動タイミングを決定し、
前記駆動タイミングに応じて、前記制御信号を各超音波トランスデューサに出力する、
請求項1又は2に記載のオーディオコントローラ。 - 前記制御手段は、前記焦点位置の焦点座標と、各超音波トランスデューサの位置を示す座標と、に基づいて、各超音波トランスデューサの駆動時間差を決定する、
請求項3に記載のオーディオコントローラ。 - 前記オーディオ信号と、前記焦点位置と、に基づいて、前記超音波をAM(Amplitude Modulation)変調又はPM(Phase Modulation)変調させるための変調パラメータを決定する手段を備える、
請求項1〜4の何れかに記載のオーディオコントローラ。 - 前記制御手段は、前記超音波スピーカに対するリスナの相対位置に基づいて、前記焦点位置を制御する、
請求項1〜5の何れかに記載のオーディオコントローラ。 - 前記超音波スピーカの使用環境に関する使用環境情報を取得する手段を備え、
前記制御手段は、前記使用環境情報を更に参照して、前記焦点位置を制御する、
請求項1〜6の何れかに記載のオーディオコントローラ。 - 前記超音波スピーカが放射した超音波の反射波に基づいて、前記超音波スピーカの使用環境に存在する反射部材の反射率を推定する手段を備え、
前記制御手段は、前記反射率を更に参照して、前記焦点位置を制御する、
請求項1〜7の何れかに記載のオーディオコントローラ。 - 前記制御手段は、
前記第1動作モードでは、前記超音波トランスデューサから第1距離に位置する第1焦点に前記超音波を集束させ、
前記第2動作モードでは、前記超音波トランスデューサから、前記第1距離より長い第2距離に位置する第2焦点に前記超音波を集束させる、
請求項1〜8の何れかに記載のオーディオコントローラ。 - 請求項1〜9の何れかに記載のオーディオコントローラと接続可能な超音波スピーカであって、
複数の超音波トランスデューサを備え、
前記制御信号に従って、前記第1動作モード及び前記第2動作モードの何れかで、前記複数の超音波トランスデューサを駆動する駆動部を備える、
超音波スピーカ。 - コンピュータを、請求項1〜10の何れかに記載の各手段として機能させるためのプログラム。
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