JP2022021931A - Method for sound pressure improvement of parametric speaker, and parametric speaker - Google Patents

Method for sound pressure improvement of parametric speaker, and parametric speaker Download PDF

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Abstract

To provide a parametric speaker which improves the sound pressure of a demodulation tone of the parametric speaker.SOLUTION: A method for sound pressure improvement of the parametric speaker comprises modulating the amplitude or frequency of a carrier in response to the target signal 60 of an audible sound and outputting a modulated signal 65 generated by the modulation, from an ultrasonic wave generation element 30. The carrier is a pulse modulation carrier 62.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 令和2年3月2日、電子情報通信学会 関西支部 第25回 学生会研究発表講演会 講演論文集発行Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law has been applied. March 2, 2nd year of Reiwa, Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Kansai Branch 25th Student Association Research Presentation Lecture Proceedings

本開示は、パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカに関する。 The present disclosure relates to a method for improving the sound pressure of a parametric speaker and a parametric speaker.

特許文献1は、パラメトリックスピーカを開示している。パラメトリックスピーカは、超音波帯域のキャリアを可聴音である目標信号に応じて変調した変調信号を、超音波発生素子を介して放射するよう構成されている。放射された変調信号は、空気の非線形性に基づいて自己復調することで復調される。パラメトリックスピーカは、復調された変調信号によって生じた可聴音である復調音を伝えるよう構成されている。 Patent Document 1 discloses a parametric speaker. The parametric speaker is configured to radiate a modulated signal in which carriers in the ultrasonic band are modulated according to a target signal which is an audible sound through an ultrasonic generating element. The radiated modulation signal is demodulated by self-demodulating based on the non-linearity of the air. The parametric speaker is configured to convey the demodulated sound, which is the audible sound produced by the demodulated modulated signal.

特開2004-349816号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-349816

パラメトリックスピーカは、空気の非線形性に基づいて変調信号を自己復調するため、復調音圧が小さいという課題がある。そのため、パラメトリックスピーカにおいて復調音の音圧改善が望まれる。 Since the parametric speaker self-demodulates the modulated signal based on the non-linearity of air, there is a problem that the demodulated sound pressure is small. Therefore, it is desired to improve the sound pressure of the demodulated sound in the parametric speaker.

本開示のある側面は、パラメトリックスピーカの音圧改善方法である。開示のパラメトリックスピーカの音圧改善方法は、可聴音である目標信号に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、前記変調により生成された変調信号を超音波発生素子から出力すること、を備える。前記キャリアは、パルス変調キャリアである。 One aspect of the present disclosure is a method of improving the sound pressure of a parametric speaker. The disclosed method for improving the sound pressure of a parametric speaker comprises modulating the amplitude or frequency of a carrier according to a target signal which is an audible sound, and outputting the modulated signal generated by the modulation from an ultrasonic generating element. The carrier is a pulse modulation carrier.

本開示の他の側面は、パラメトリックスピーカである。開示のパラメトリックスピーカは、キャリアを生成するキャリア生成器と、前記キャリアの振幅又は周波数を可聴音の目標信号に応じて変調する変調回路と、前記変調回路によって変調した変調信号を放射する超音波発生素子と、を備える。前記キャリア生成器は、パルス変調キャリアを生成するパルス変調キャリア生成器である。 Another aspect of the disclosure is a parametric speaker. The disclosed parametric speakers include a carrier generator that generates carriers, a modulation circuit that modulates the amplitude or frequency of the carriers according to an audible target signal, and ultrasonic generation that emits a modulation signal modulated by the modulation circuit. It is equipped with an element. The carrier generator is a pulse modulation carrier generator that generates a pulse modulation carrier.

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。 Further details will be described in the embodiments described below.

図1は、第1実施形態におけるパラメトリックスピーカの概略構成を表すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a parametric speaker according to the first embodiment. 図2は、図1のパラメトリックスピーカにおける目標信号(可聴音)の再生原理(変調波出力方法)を表す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a reproduction principle (modulated wave output method) of a target signal (audible sound) in the parametric speaker of FIG. 図3は、第2実施形態におけるパラメトリックスピーカの概略構成を表すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a parametric speaker according to the second embodiment. 図4は、図3のパラメトリックスピーカにおける目標信号(可聴音)の再生原理(変調波出力方法)を表す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a reproduction principle (modulated wave output method) of a target signal (audible sound) in the parametric speaker of FIG. 図5は、パラメトリックスピーカのキャリアに純音(余弦波)キャリアを用いた場合の、振幅変調方式、及び、周波数変調方式に関する概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of an amplitude modulation method and a frequency modulation method when a pure tone (cosine wave) carrier is used as the carrier of the parametric speaker. 図6は、純音(余弦波)のキャリアの波形の持つエネルギーを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the energy of the carrier waveform of a pure tone (cosine wave). 図7は、パルス変調のキャリアの波形の持つエネルギーを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the energy of the waveform of the carrier of pulse modulation. 図8は、変調波におけるキャリアの音圧と復調音の音圧の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the sound pressure of the carrier and the sound pressure of the demodulated sound in the modulated wave. 図9は、評価実験において、各変調方式における復調音の音圧レベルを示すグラフ図である。FIG. 9 is a graph showing the sound pressure level of the demodulated sound in each modulation method in the evaluation experiment. 図10は、パラメトリックスピーカのキャリアに三角波キャリアを用いた場合の、振幅変調方式を表す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing an amplitude modulation method when a triangular wave carrier is used as the carrier of the parametric speaker. 図11は、検証実験1において、各キャリアにおける復調音の音圧レベルの比較結果を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a comparison result of the sound pressure level of the demodulated sound in each carrier in the verification experiment 1. 図12は、検証実験2において、各キャリアにおける復調音の音圧レベルの比較結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a comparison result of the sound pressure level of the demodulated sound in each carrier in the verification experiment 2. 図13は、検証実験3において、各変調方式における高調波歪率を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the harmonic distortion factor in each modulation method in the verification experiment 3. 図14は、検証実験4において、各変調方式における男声のPESQ値を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing the PESQ value of the male voice in each modulation method in the verification experiment 4. 図15は、検証実験4において、各変調方式における女声のPESQ値を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing the PESQ value of the female voice in each modulation method in the verification experiment 4.

<1.パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカの概要> <1. How to improve the sound pressure of parametric speakers and overview of parametric speakers>

(1)実施形態に係るパラメトリックスピーカの音圧改善方法は、可聴音の目標信号に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、前記変調により生成された変調信号を超音波発生素子から出力すること、を備える。前記キャリアは、パルス変調キャリアである。パルス変調キャリアの波形エネルギーは大きいため、キャリアをパルス変調キャリアにすることで、キャリアの音圧は増加する。これにより、生成された変調信号の音圧が増幅する。その結果、超音波発生素子から生じる可聴音の音圧を改善することができる。 (1) The method for improving the sound pressure of the parametric speaker according to the embodiment is to modulate the amplitude or frequency of the carrier according to the target signal of the audible sound, and output the modulated signal generated by the modulation from the ultrasonic generating element. , Equipped with. The carrier is a pulse modulation carrier. Since the waveform energy of the pulse modulation carrier is large, the sound pressure of the carrier increases by making the carrier a pulse modulation carrier. As a result, the sound pressure of the generated modulated signal is amplified. As a result, the sound pressure of the audible sound generated from the ultrasonic wave generating element can be improved.

(2)前記変調は、前記目標信号に応じて前記パルス変調キャリアの振幅を変化させるパルス振幅変調である。この場合、パルス振幅変調により、音圧の増幅した変調信号が生成される。これにより、音圧の増幅した変調信号が超音波発生素子に入力される。その結果、超音波発生素子から生じる可聴音の音圧を改善することができる。 (2) The modulation is pulse amplitude modulation that changes the amplitude of the pulse modulation carrier according to the target signal. In this case, pulse amplitude modulation produces a modulated signal with amplified sound pressure. As a result, the modulated signal with amplified sound pressure is input to the ultrasonic wave generating element. As a result, the sound pressure of the audible sound generated from the ultrasonic wave generating element can be improved.

(3)実施形態に係るパラメトリックスピーカは、キャリアを生成するキャリア生成器と、前記キャリアの振幅又は周波数を可聴音の目標信号に応じて変調する変調回路と、前記変調回路によって変調した変調信号を放射する超音波発生素子と、を備え、前記キャリア生成器は、パルス変調キャリアを生成することを特徴とする。パルス変調キャリア生成器によって、音圧が増幅するパルス変調キャリアが生成されることで、変調回路によって変調した変調信号の音圧も増幅する。その結果、超音波発生素子から生じる可聴音の音圧を改善することができる。 (3) The parametric speaker according to the embodiment includes a carrier generator that generates a carrier, a modulation circuit that modulates the amplitude or frequency of the carrier according to a target signal of an audible sound, and a modulation signal modulated by the modulation circuit. It comprises an ultrasonic generator that emits radiation, and the carrier generator is characterized in that it generates a pulse modulation carrier. The pulse modulation carrier generator generates a pulse modulation carrier that amplifies the sound pressure, so that the sound pressure of the modulated signal modulated by the modulation circuit is also amplified. As a result, the sound pressure of the audible sound generated from the ultrasonic wave generating element can be improved.

<2.パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカの例> <2. How to improve the sound pressure of parametric speakers and examples of parametric speakers>

<2.1 第1実施形態> <2.1 First Embodiment>

<第1実施形態における構造> <Structure in the first embodiment>

図1は、第1実施形態に係るパラメトリックスピーカを示している。図1に示す第1パラメトリックスピーカ1は、超音波帯域のキャリアを、可聴音である目標信号60の振幅に応じて変調した変調信号65を、放射するよう構成されている。第1実施形態においては、キャリアは、目標信号60の振幅に応じて、振幅が変調される。 FIG. 1 shows a parametric speaker according to the first embodiment. The first parametric speaker 1 shown in FIG. 1 is configured to radiate a modulated signal 65 obtained by modulating a carrier in the ultrasonic band according to the amplitude of a target signal 60 which is an audible sound. In the first embodiment, the carrier is modulated in amplitude according to the amplitude of the target signal 60.

第1パラメトリックスピーカ1は、複数の超音波発生素子30を備える。複数の超音波発生素子30それぞれは、変調信号65を放射する。放射された変調信号65は、空気の非線形性の影響により自己復調することで復調され、可聴音である復調音70が生じる。キャリアとしては、パルス変調キャリア62が用いられる。 The first parametric speaker 1 includes a plurality of ultrasonic wave generating elements 30. Each of the plurality of ultrasonic wave generating elements 30 emits a modulated signal 65. The radiated modulation signal 65 is demodulated by self-demodulation due to the influence of the non-linearity of air, and a demodulated sound 70 which is an audible sound is generated. As the carrier, a pulse modulation carrier 62 is used.

第1パラメトリックスピーカ1は、超音波発生素子30から放射される変調信号65を生成する信号処理回路10を備える。信号処理回路10は、パルス変調キャリア生成器11を備える。パルス変調キャリア生成器11は、パルス変調キャリア62を生成する。パルス変調キャリア生成器11は、例えば、水晶振動子等を用いた高周波発振器を含んで構成されている。 The first parametric speaker 1 includes a signal processing circuit 10 that generates a modulation signal 65 radiated from the ultrasonic wave generating element 30. The signal processing circuit 10 includes a pulse modulation carrier generator 11. The pulse modulation carrier generator 11 generates the pulse modulation carrier 62. The pulse modulation carrier generator 11 includes, for example, a high frequency oscillator using a crystal oscillator or the like.

信号処理回路10は、パルス振幅変調回路13を備える。パルス振幅変調回路13は、パルス変調キャリア生成器11からパルス変調キャリア62の入力を受け付けるとともに、目標信号60の入力を受け付ける。パルス振幅変調回路13は、目標信号60の振幅に基づいてパルス変調キャリア62の振幅を変調し、パルス振幅変調信号65を生成する。 The signal processing circuit 10 includes a pulse amplitude modulation circuit 13. The pulse amplitude modulation circuit 13 receives the input of the pulse modulation carrier 62 from the pulse modulation carrier generator 11 and also receives the input of the target signal 60. The pulse amplitude modulation circuit 13 modulates the amplitude of the pulse modulation carrier 62 based on the amplitude of the target signal 60 to generate the pulse amplitude modulation signal 65.

パルス振幅変調回路13は、例えば、デジタル回路によって構成されていてもよいし、アナログ回路によって構成されていてもよい。デジタル回路は、例えばCPU等のプロセッサ、及び、メモリを備えたコンピュータによって構成される。プロセッサは、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、コンピュータを、例えば、パルス振幅変調回路13として機能させるよう構成されている。 The pulse amplitude modulation circuit 13 may be configured by, for example, a digital circuit or an analog circuit. The digital circuit is composed of a processor such as a CPU and a computer provided with a memory, for example. The processor executes a computer program stored in memory. The computer program is configured to cause the computer to function, for example, as a pulse amplitude modulation circuit 13.

パルス振幅変調回路13は、増幅器20に接続されている。増幅器20は、パルス振幅変調回路13からパルス振幅変調信号65の入力を受け付ける。増幅器20は、パルス振幅変調信号65を増幅し、増幅したパルス振幅変調信号65を超音波発生素子30に入力する。増幅器20は、例えば、超音波帯域の増幅特性が良好なオペアンプ等を用いて構成されている。増幅器20で増幅されたパルス振幅変調信号65は、超音波発生素子30に入力され、超音波発生素子30から放射される。 The pulse amplitude modulation circuit 13 is connected to the amplifier 20. The amplifier 20 receives the input of the pulse amplitude modulation signal 65 from the pulse amplitude modulation circuit 13. The amplifier 20 amplifies the pulse amplitude modulation signal 65, and inputs the amplified pulse amplitude modulation signal 65 to the ultrasonic generation element 30. The amplifier 20 is configured by using, for example, an operational amplifier having good amplification characteristics in the ultrasonic band. The pulse amplitude modulation signal 65 amplified by the amplifier 20 is input to the ultrasonic wave generating element 30 and radiated from the ultrasonic wave generating element 30.

<第1実施形態における変調波出力> <Modulated wave output in the first embodiment>

図2は、第1実施形態におけるパラメトリックスピーカ1の原理を示す。第1パラメトリックスピーカ1は、変調方式として、パルス振幅変調方式を用いる。 FIG. 2 shows the principle of the parametric speaker 1 in the first embodiment. The first parametric speaker 1 uses a pulse amplitude modulation method as the modulation method.

目標信号60は、可聴域における音を表す信号である。可聴域は、周波数(低い音である20[Hz]~高い音である20[kHz])の範囲を示す。目標信号60は、音響信号ともいう。 The target signal 60 is a signal representing a sound in the audible range. The audible range indicates a range of frequencies (low sound 20 [Hz] to high sound 20 [kHz]). The target signal 60 is also referred to as an acoustic signal.

パルス変調キャリア62は、パルス変調に用いられるキャリアである。パルス変調は、パルス状のキャリアの振幅又は周波数を変調することである。パルス変調キャリアは、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが大きい。パルス変調キャリアは、例えば、矩形波である。矩形波のキャリアは、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが大きい。パルス変調キャリアは、波形の立ち上がり及び立下りが矩形波に比べて緩やかである台形波であってもよい。台形波も、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが大きい。立ち上がり及び立下りは、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。矩形波又は台形波のようなパルス状のキャリアは、波形の立ち上がりと立ち下がりとの間に、値がほぼ一定の区間を有するとともに、立ち下がりと立ち上がりとの間に値がほぼ一定の区間を有する。 The pulse modulation carrier 62 is a carrier used for pulse modulation. Pulse modulation is to modulate the amplitude or frequency of a pulsed carrier. The pulse modulation carrier has a larger carrier energy than the carrier of the cosine wave. The pulse modulation carrier is, for example, a square wave. The carrier of the square wave has a larger carrier energy than the carrier of the cosine wave. The pulse modulation carrier may be a trapezoidal wave in which the rising and falling edges of the waveform are gentler than those of the rectangular wave. The trapezoidal wave also has a larger carrier energy than the carrier of the cosine wave. The rising and falling edges may be linear or curved. A pulsed carrier such as a square wave or a trapezoidal wave has a section where the value is almost constant between the rising edge and the falling edge of the waveform, and a section where the value is almost constant between the falling edge and the rising edge. Have.

これに対して三角波のキャリアは、パルス状ではなく、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが小さい。パルス状のキャリアには含まれない。キャリアの波形が持つエネルギーに関しては、後述によって説明する。 On the other hand, the carrier of the triangular wave is not pulsed and has a smaller carrier energy than the carrier of the cosine wave. Not included in pulsed carriers. The energy of the carrier waveform will be described later.

目標信号60の振幅に基づいてパルス変調キャリア62の振幅を変調するパルス振幅変調方式によって、パルス振幅変調信号65が生成される。パルス振幅変調信号65は、複数の超音波発生素子30に入力され、空気中に放射される。空気中に放射されたパルス振幅変調信号65は、空気中を伝搬する過程で空気の非線形性により歪みを生じ、この歪みによって自己復調する。これにより、空気中に放射されたパルス振幅変調信号65は、人間が音として知覚することができる復調音70となる。 The pulse amplitude modulation signal 65 is generated by a pulse amplitude modulation method that modulates the amplitude of the pulse modulation carrier 62 based on the amplitude of the target signal 60. The pulse amplitude modulation signal 65 is input to the plurality of ultrasonic wave generating elements 30 and radiated into the air. The pulse amplitude modulation signal 65 radiated into the air is distorted due to the non-linearity of the air in the process of propagating in the air, and is self-demodulated by this distortion. As a result, the pulse amplitude modulated signal 65 radiated into the air becomes a demodulated sound 70 that can be perceived by humans as sound.

<2.2 第2実施形態> <2.2 Second Embodiment>

<第2実施形態における構造> <Structure in the second embodiment>

図3は、第2実施形態に係るパラメトリックスピーカ1を示している。第2実施形態に係るパラメトリックスピーカ1は、超音波帯域のキャリアの周波数を、可聴音である目標信号60の振幅に応じてパルス変調キャリア62の周波数を変調した変調信号67を、放射するよう構成されている。 FIG. 3 shows the parametric speaker 1 according to the second embodiment. The parametric speaker 1 according to the second embodiment is configured to radiate a modulated signal 67 in which the frequency of the carrier in the ultrasonic band is modulated by the frequency of the pulse modulation carrier 62 according to the amplitude of the target signal 60 which is an audible sound. Has been done.

第2実施形態に係るパラメトリックスピーカ1は、第1実施形態に係るパラメトリックスピーカ1のパルス振幅変調回路13に替えて、パルス周波数変調回路15を備える。第2実施形態において、説明を省略した点は、第1実施形態と同様である。 The parametric speaker 1 according to the second embodiment includes a pulse frequency modulation circuit 15 in place of the pulse amplitude modulation circuit 13 of the parametric speaker 1 according to the first embodiment. The second embodiment is the same as the first embodiment in that the description is omitted.

パルス周波数変調回路15は、パルス変調キャリア生成器11からパルス変調キャリア62の入力を受け付けるとともに、目標信号60の入力を受け付ける。パルス周波数変調回路15は、目標信号60の振幅に基づいてパルス変調キャリア62の周波数を変調し、パルス周波数変調信号67を生成する。 The pulse frequency modulation circuit 15 receives the input of the pulse modulation carrier 62 from the pulse modulation carrier generator 11 and also receives the input of the target signal 60. The pulse frequency modulation circuit 15 modulates the frequency of the pulse modulation carrier 62 based on the amplitude of the target signal 60 to generate the pulse frequency modulation signal 67.

パルス周波数変調回路15は、例えば、デジタル回路によって構成されていてもよいし、アナログ回路によって構成されていてもよい。デジタル回路は、例えばCPU等のプロセッサ、及び、メモリを備えたコンピュータによって構成される。プロセッサは、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、コンピュータを、例えば、パルス周波数変調回路15として機能させるよう構成されている。 The pulse frequency modulation circuit 15 may be configured by, for example, a digital circuit or an analog circuit. The digital circuit is composed of a processor such as a CPU and a computer provided with a memory, for example. The processor executes a computer program stored in memory. The computer program is configured to cause the computer to function, for example, as a pulse frequency modulation circuit 15.

パルス周波数変調回路15は、第1実施形態と同様に、増幅器20に接続される。増幅器20は、パルス周波数変調回路15からパルス周波数変調信号67の入力を受け付ける。増幅器20は、パルス周波数変調信号67を増幅し、増幅したパルス周波数変調信号67を超音波発生素子30に入力する。増幅器20で増幅されたパルス周波数変調信号67は、超音波発生素子30に入力され、超音波発生素子30から放射される。 The pulse frequency modulation circuit 15 is connected to the amplifier 20 as in the first embodiment. The amplifier 20 receives the input of the pulse frequency modulation signal 67 from the pulse frequency modulation circuit 15. The amplifier 20 amplifies the pulse frequency modulation signal 67, and inputs the amplified pulse frequency modulation signal 67 to the ultrasonic generation element 30. The pulse frequency modulation signal 67 amplified by the amplifier 20 is input to the ultrasonic wave generating element 30 and radiated from the ultrasonic wave generating element 30.

<第2実施形態における変調波出力方法> <Modulated wave output method in the second embodiment>

図4は、第2実施形態におけるパラメトリックスピーカ1の原理を示す。パラメトリックスピーカ1は、変調方式として、パルス周波数変調方式を用いる。 FIG. 4 shows the principle of the parametric speaker 1 in the second embodiment. The parametric speaker 1 uses a pulse frequency modulation method as the modulation method.

目標信号60は、第1実施形態と同様の信号である。 The target signal 60 is the same signal as in the first embodiment.

パルス変調キャリア62は、第1実施形態と同様に、パルス変調に用いられるキャリアである。 The pulse modulation carrier 62 is a carrier used for pulse modulation as in the first embodiment.

目標信号60の振幅に基づいてパルス変調キャリア62の周波数を変調するパルス周波数変調方式によって、パルス周波数変調信号67が生成される。パルス周波数変調信号67は、複数の超音波発生素子30に入力され、空気中に放射される。空気中に放射されたパルス周波数変調信号67は、空気中を伝搬する過程で空気の非線形性により歪みを生じ、この歪みによって自己復調する。これにより、空気中に放射されたパルス周波数変調信号67は、人間が音として知覚することができる復調音70となる。 The pulse frequency modulation signal 67 is generated by a pulse frequency modulation method that modulates the frequency of the pulse modulation carrier 62 based on the amplitude of the target signal 60. The pulse frequency modulation signal 67 is input to the plurality of ultrasonic wave generating elements 30 and radiated into the air. The pulse frequency modulation signal 67 radiated into the air is distorted due to the non-linearity of the air in the process of propagating in the air, and is self-demodulated by this distortion. As a result, the pulse frequency modulation signal 67 radiated into the air becomes a demodulated sound 70 that can be perceived by humans as sound.

<3.キャリアの波形が持つエネルギー> <3. Energy of carrier waveform>

パラメトリックスピーカ1に用いられるキャリアには、パルス変調キャリア62の他に、例えば、純音(余弦波)キャリア82がある。以下では、キャリアの波形が持つエネルギーに関して、純音(余弦波)キャリア82と、パルス変調キャリア62と、それぞれの波形が持つエネルギーを比較する。キャリアの波形のエネルギーとは、キャリアの波形の強さを示す。キャリアの波形の強さは、キャリアの音圧を示す。 In addition to the pulse modulation carrier 62, the carrier used in the parametric speaker 1 includes, for example, a pure tone (cosine wave) carrier 82. In the following, the energy of the pure tone (cosine wave) carrier 82, the pulse modulation carrier 62, and the energy of each waveform will be compared with respect to the energy of the carrier waveform. The energy of the carrier waveform indicates the strength of the carrier waveform. The strength of the carrier waveform indicates the sound pressure of the carrier.

まず、パラメトリックスピーカ1のキャリアに純音(余弦波)キャリア82を用いた場合における、振幅変調方式、及び、周波数変調方式を、図5に示す。目標信号60は、第1実施形態、及び、第2実施形態と同様の信号である。 First, FIG. 5 shows an amplitude modulation method and a frequency modulation method when a pure tone (cosine wave) carrier 82 is used as the carrier of the parametric speaker 1. The target signal 60 is a signal similar to the first embodiment and the second embodiment.

純音(余弦波)キャリア82は、周期的に余弦波形を描く波動を持つ。純音キャリアは、完全な余弦波形を描くものであってもよいし、余弦波形の近似波形を描くものであってもよい。純音とは、単一の振動数で、完全な正弦波形(余弦波形)を描く音のことであり、例えば、音叉又は真空管発振器などが発する音のことである。 The pure tone (cosine wave) carrier 82 has a wave motion that periodically draws a cosine waveform. The pure tone carrier may draw a complete cosine waveform or may draw an approximate waveform of the cosine waveform. A pure tone is a sound that draws a complete sine and cosine waveform (cosine waveform) at a single frequency, and is, for example, a sound emitted by a tuning fork or a vacuum tube oscillator.

目標信号60の振幅に基づいて純音(余弦波)キャリア82の振幅を変調する振幅変調方式によって、振幅変調信号85が生成される。また、目標信号60の振幅に基づいて純音(余弦波)キャリア82の周波数を変調する周波数変調方式によって、周波数変調信号87が生成される。 The amplitude modulation signal 85 is generated by an amplitude modulation method that modulates the amplitude of the pure tone (cosine wave) carrier 82 based on the amplitude of the target signal 60. Further, the frequency modulation signal 87 is generated by a frequency modulation method that modulates the frequency of the pure tone (cosine wave) carrier 82 based on the amplitude of the target signal 60.

図6には、純音(余弦波)キャリア82に基づいて、純音(余弦波)の波形、及び、純音(余弦波)の波形が持つエネルギーE1を表す式を示す。ここで、波形1周期の長さ(時刻)をN、波形の最大振幅をAとすると、純音(余弦波)の波形の持つエネルギーE1は式(1)で表すことができる。式(1)に示すように、純音(余弦波)の波形の持つエネルギーE1(余弦波エネルギー)は、N/2A である。 FIG. 6 shows an equation representing the waveform of the pure tone (cosine wave) and the energy E1 of the waveform of the pure tone (cosine wave) based on the pure tone (cosine wave) carrier 82. Here, assuming that the length (time) of one cycle of the waveform is N and the maximum amplitude of the waveform is AC , the energy E1 of the waveform of a pure tone (cosine wave) can be expressed by the equation (1). As shown in the equation (1), the energy E1 (cosine wave energy) of the waveform of the pure tone (cosine wave) is N / 2AC 2 .

図7には、パルス変調キャリア62に基づいて、矩形波の波形、及び、矩形波の波形が持つエネルギーE2(矩形波エネルギー)を表す式を示す。ここで、波形1周期の長さ(時刻)をN、波形の最大振幅をAとすると、矩形波の波形の持つエネルギーE2は式(2)で表すことができる。式(2)に示すように、矩形波の波形が持つエネルギーE2は、NA である。 FIG. 7 shows a square wave waveform and an equation representing the energy E2 (square wave energy) of the square wave waveform based on the pulse modulation carrier 62. Here, assuming that the length (time) of one cycle of the waveform is N and the maximum amplitude of the waveform is AC , the energy E2 of the waveform of the square wave can be expressed by the equation (2). As shown in the equation (2), the energy E2 of the rectangular wave waveform is NAC 2 .

純音(余弦波)の波形と矩形波の波形それぞれの最大振幅Aが同等であっても、矩形波の波形のエネルギーE2は、純音(余弦波)の波形のエネルギーE1の2倍になる。これにより、矩形波の波形は、純音(余弦波)の波形に比べて、波形の持つエネルギーが大きいことがわかる。すなわち、矩形波の波形は、純音(余弦波)の波形に比べて、音圧が大きいことを示している。 Even if the maximum amplitudes AC of the pure tone (cosine wave) waveform and the rectangular wave waveform are the same, the energy E2 of the rectangular wave waveform is twice the energy E1 of the pure tone (cosine wave) waveform. From this, it can be seen that the waveform of the rectangular wave has a larger energy than the waveform of the pure tone (cosine wave). That is, the waveform of the square wave indicates that the sound pressure is larger than that of the waveform of the pure tone (cosine wave).

したがって、パルス変調キャリア62を用いて生成されたパルス振幅変調信号65、及び、パルス周波数変調信号67は、音圧が大きい。その結果、複数の超音波発生素子30から放射されるパルス振幅変調信号65、及び、パルス周波数変調信号67の音圧も大きくなる。これにより、人間が音として知覚することができる復調音70は、音圧が大きくなる。言い換えると、キャリアの波形のエネルギーが大きくなることで、キャリアの音圧が大きくなる。キャリアの音圧が大きくなることで、復調音の音圧が大きくなる。すなわち、キャリアの波形のエネルギーが大きくなることで、復調音70の音圧が大きくなる。その結果、復調音70の音圧が改善される。 Therefore, the pulse amplitude modulation signal 65 and the pulse frequency modulation signal 67 generated by using the pulse modulation carrier 62 have a large sound pressure. As a result, the sound pressures of the pulse amplitude modulation signal 65 and the pulse frequency modulation signal 67 radiated from the plurality of ultrasonic generation elements 30 also increase. As a result, the sound pressure of the demodulated sound 70, which can be perceived by humans as sound, increases. In other words, as the energy of the carrier waveform increases, the sound pressure of the carrier increases. As the sound pressure of the carrier increases, the sound pressure of the demodulated sound increases. That is, as the energy of the carrier waveform increases, the sound pressure of the demodulated sound 70 increases. As a result, the sound pressure of the demodulated sound 70 is improved.

純音(余弦波)のキャリアの波形のエネルギーとパルス変調キャリア62の波形のエネルギーとの比較により、図8に示すように、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることがわかる。図8に示すグラフ図の横軸はキャリアの音圧レベル[dB]を、縦軸は復調音70の音圧レベル[dB]を、示す。 By comparing the waveform energy of the carrier of pure tone (cosine wave) with the waveform energy of the pulse modulation carrier 62, as shown in FIG. 8, as the sound pressure of the carrier increases, the sound pressure of the demodulated sound also increases. Recognize. In the graph shown in FIG. 8, the horizontal axis shows the sound pressure level [dB] of the carrier, and the vertical axis shows the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70.

音圧レベルとは、大気圧からの圧力変化量である音圧の圧力の強さを表す。音圧レベルが大きいとは、すなわち、音圧が大きいことを示す。 The sound pressure level represents the strength of the sound pressure, which is the amount of pressure change from the atmospheric pressure. A high sound pressure level means that the sound pressure is high.

<4.評価実験> <4. Evaluation experiment>

本出願の発明者は、パルス変調キャリア62が、パラメトリックスピーカ1の復調音70の音圧改善に有効であることを確認するために評価実験を行った。具体的には、パラメトリックスピーカ1から放射した復調音70を含む音波をマイクロホンで収録し、収録した復調音70の音圧の大きさを音圧レベル[dB]として算出した。 The inventor of the present application conducted an evaluation experiment to confirm that the pulse modulation carrier 62 is effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70 of the parametric speaker 1. Specifically, a sound wave including the demodulated sound 70 radiated from the parametric speaker 1 was recorded by a microphone, and the magnitude of the sound pressure of the recorded demodulated sound 70 was calculated as the sound pressure level [dB].

マイクロホンは、パラメトリックスピーカ1から0.8mの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境は防音室、残響時間は0.15[s]、暗騒音レベルは21.0[dB]、温度及び湿度は20.3度及び38.7パーセント、音源は白色雑音(0~8[kHz])、入力電圧10[V]とした。 The microphones were placed at a distance of 0.8 m from the parametric speaker 1. Other experimental conditions are as follows. The experimental environment is an anechoic chamber, the reverberation time is 0.15 [s], the background noise level is 21.0 [dB], the temperature and humidity are 20.3 degrees and 38.7%, and the sound source is white noise (0 to 8 [0-8 []. kHz]), the input voltage was 10 [V].

実験を行った変調方式は、次の3つである。実験例1は、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式である。実験例2は、純音(余弦波)キャリア82を用いた周波数変調方式である。実験例3は、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式である。 The following three modulation methods were tested. Experimental Example 1 is an amplitude modulation method using a pure tone (cosine wave) carrier 82. Experimental Example 2 is a frequency modulation method using a pure tone (cosine wave) carrier 82. Experimental Example 3 is a pulse amplitude modulation method using a pulse modulation carrier 62.

図9には、各変調方式における復調音70の音圧レベル[dB]を示す。横軸は、実験例1、2、3における各変調方式を示す。縦軸は、復調音70の音圧レベル[dB]を示す。実験例のグラフにそれぞれ記入されている値は、復調音70の音圧レベル[dB]の値を示す。図9では、復調音70の音圧レベル[dB]の値が大きいほど、復調音70の音圧がより改善されていることを示す。 FIG. 9 shows the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 in each modulation method. The horizontal axis shows each modulation method in Experimental Examples 1, 2 and 3. The vertical axis indicates the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70. The values entered in the graphs of the experimental examples indicate the values of the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70. In FIG. 9, it is shown that the larger the value of the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 is, the more the sound pressure of the demodulated sound 70 is improved.

図9に示すように、実験例1、2、3の中で最も音圧レベル[dB]が高いのは、復調音の音圧レベルが77.4[dB]である実験例3のパルス変調方式であることがわかる。これは、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]が、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式、もしくは、周波数変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]に比べて、より大きいことを示している。言い換えると、キャリアの波形のエネルギーが大きいパルス変調キャリア62を用いることで、キャリアの音圧が大きくなり、復調音70の音圧がより改善したことがわかる。この結果から、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された。 As shown in FIG. 9, the highest sound pressure level [dB] among Experimental Examples 1, 2 and 3 is the pulse modulation of Experimental Example 3 in which the sound pressure level of the demodulated sound is 77.4 [dB]. It turns out that it is a method. This is because the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 is the demodulated sound 70 of the amplitude modulation method or the frequency modulation method using the pure sound (cosine wave) carrier 82. It shows that it is larger than the sound pressure level [dB] of. In other words, it can be seen that by using the pulse modulation carrier 62 having a large carrier waveform energy, the sound pressure of the carrier is increased and the sound pressure of the demodulated sound 70 is further improved. From this result, it was shown that the sound pressure of the demodulated sound also increased as the sound pressure of the carrier increased.

復調音70の音圧レベル[dB]に関して、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式と周波数変調方式とを比較した結果、周波数変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]の方が大きい結果であった。しかしながら、驚くべきことに、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式と純音(余弦波)キャリア82を用いた周波数変調方式とを比較した結果、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]が上回る結果となった。 As a result of comparing the amplitude modulation method using the pure tone (cosine wave) carrier 82 and the frequency modulation method with respect to the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70, the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the frequency modulation method The result was larger. However, surprisingly, as a result of comparing the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 and the frequency modulation method using the pure sound (cosine wave) carrier 82, the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 was obtained. The result was that the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 was exceeded.

パルス変調キャリア62を用いたパルス周波数変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]は、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式、もしくは、周波数変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]に比べて、より大きくなる。さらに、パルス変調キャリア62を用いたパルス周波数変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]は、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]よりも大きくなる。 The sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the pulse frequency modulation method using the pulse modulation carrier 62 is the sound pressure of the demodulated sound 70 of the amplitude modulation method using the pure sound (cosine wave) carrier 82 or the frequency modulation method. It becomes larger than the level [dB]. Further, the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the pulse frequency modulation method using the pulse modulation carrier 62 is higher than the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62. growing.

このように、各キャリアそれぞれを用いて収録した復調音70の音圧の大きさを音圧レベル[dB]として算出した結果、パルス変調キャリア62は、復調音70の音圧の改善に有効であることが示された。さらに、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された(図8参照)。 As a result of calculating the magnitude of the sound pressure of the demodulated sound 70 recorded using each carrier as the sound pressure level [dB], the pulse modulation carrier 62 is effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70. It was shown to be. Furthermore, it was shown that as the sound pressure of the carrier increases, the sound pressure of the demodulated sound also increases (see FIG. 8).

<5.検証実験>
本出願の発明者は、パラメトリックスピーカ1に用いるパルス変調キャリア65が、パラメトリックスピーカ1の復調音70の音圧改善に有効であること確認するために検証実験を行った。
<5. Verification experiment >
The inventor of the present application conducted a verification experiment to confirm that the pulse modulation carrier 65 used for the parametric speaker 1 is effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70 of the parametric speaker 1.

<5.1 検証実験1> <5.1 Verification experiment 1>

パラメトリックスピーカ1に用いるキャリアには、パルス変調キャリア62、及び、純音(余弦波)キャリア82の他に、例えば、三角波キャリア83がある。図10には、目標信号60の振幅に基づいて三角波キャリア83の振幅を変調し、生成される三角波振幅変調信号86を示す。 Carriers used in the parametric speaker 1 include, for example, a triangular wave carrier 83 in addition to the pulse modulation carrier 62 and the pure tone (cosine wave) carrier 82. FIG. 10 shows a triangular wave amplitude modulated signal 86 generated by modulating the amplitude of the triangular wave carrier 83 based on the amplitude of the target signal 60.

まず、パラメトリックスピーカ1のキャリアに三角波キャリア83を用いた場合の、三角波振幅変調方式に関して、図10に示す。目標信号60は、第1実施形態、及び、第2実施形態と同様の信号である。目標信号60の振幅に基づいて三角波キャリア83の振幅を変調する三角波振幅変調方式によって、三角波振幅変調信号86が生成される。 First, FIG. 10 shows a triangular wave amplitude modulation method when the triangular wave carrier 83 is used as the carrier of the parametric speaker 1. The target signal 60 is a signal similar to the first embodiment and the second embodiment. The triangular wave amplitude modulation signal 86 is generated by the triangular wave amplitude modulation method that modulates the amplitude of the triangular wave carrier 83 based on the amplitude of the target signal 60.

検証実験1は、具体的には、パラメトリックスピーカ1のキャリアとして純音(余弦波)キャリア82、及び、三角波キャリア83を用いた場合の三角波振幅変調方式にて生成された復調音70を含む音波をマイクロホンで収録した。マイクロホンで収録した復調音70の音圧の大きさは、音圧レベル[dB]として算出した。 In the verification experiment 1, specifically, a sound wave including a pure tone (cosine wave) carrier 82 and a demodulated sound 70 generated by the triangular wave amplitude modulation method when the triangular wave carrier 83 is used as the carrier of the parametric speaker 1 is used. Recorded with a microphone. The magnitude of the sound pressure of the demodulated sound 70 recorded by the microphone was calculated as the sound pressure level [dB].

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ1から0.8mの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは36.6[dB]、温度及び湿度は24.9度及び69.3パーセント、サンプリング周波数は192[kHz]、音源はTSP信号(0~8[kHz])、入力電圧16[V]とした。 The microphones were placed at a distance of 0.8 m from the parametric speaker 1 as in the evaluation experiment. Other experimental conditions are as follows. The experimental environment is an office environment, the noise level is 36.6 [dB], the temperature and humidity are 24.9 degrees and 69.3%, the sampling frequency is 192 [kHz], and the sound source is a TSP signal (0 to 8 [kHz]). , The input voltage was 16 [V].

実験に用いたキャリアは、第1キャリアと第2キャリアの2つである。第1キャリアは、純音(余弦波)キャリア82(図5参照)である。第2キャリアは、三角波キャリア83(図10参照)である。 There are two carriers used in the experiment, the first carrier and the second carrier. The first carrier is a pure tone (cosine wave) carrier 82 (see FIG. 5). The second carrier is a triangular wave carrier 83 (see FIG. 10).

図11には、各キャリアにおける復調音70の音圧レベル[dB]を示す。横軸は、第1キャリア、及び、第2キャリアといった各キャリアを示す。縦軸は、復調音70の音圧レベル[dB]を示す。各キャリアのグラフにそれぞれ記入されている値は、復調音70の音圧レベル[dB]の値を示す。図11では、復調音70の音圧レベル[dB]の値が大きいほど、復調音70がより改善されていることを示す。 FIG. 11 shows the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 in each carrier. The horizontal axis indicates each carrier such as the first carrier and the second carrier. The vertical axis indicates the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70. The value entered in the graph of each carrier indicates the value of the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70. In FIG. 11, it is shown that the larger the value of the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 is, the more the demodulated sound 70 is improved.

図11に示すように、三角波キャリア83である第2キャリアの復調音70の音圧レベルが63.3[dB]を示し、純音(余弦波)キャリア82である第1キャリアの復調音70の音圧レベル71.9[dB]よりも小さいことがわかった。これは、三角波キャリア83の波形の持つエネルギーが、純音(余弦波)キャリア82の波形の持つエネルギーよりも小さい値であることを示す。つまり、キャリアの波形が持つエネルギーが減少すると、キャリアの音圧も減少し、復調音70の音圧が減少することを示している。 As shown in FIG. 11, the sound pressure level of the demodulated sound 70 of the second carrier, which is the triangular wave carrier 83, is 63.3 [dB], and the demodulated sound 70 of the first carrier, which is the pure tone (cosine wave) carrier 82. It was found that the sound pressure level was lower than 71.9 [dB]. This indicates that the energy of the waveform of the triangular wave carrier 83 is smaller than the energy of the waveform of the pure tone (cosine wave) carrier 82. That is, when the energy of the carrier waveform decreases, the sound pressure of the carrier also decreases, indicating that the sound pressure of the demodulated sound 70 decreases.

検証実験1より、三角波キャリア83が復調音70の音圧の改善に有効ではないことが示された。さらに、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された(図8参照)。 From the verification experiment 1, it was shown that the triangular wave carrier 83 is not effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70. Furthermore, it was shown that as the sound pressure of the carrier increases, the sound pressure of the demodulated sound also increases (see FIG. 8).

<5.2 検証実験2> <5.2 Verification experiment 2>

検証実験2は、具体的には、パラメトリックスピーカ1のキャリアとしてパルス変調キャリア62、純音(余弦波)キャリア82、及び、ノコギリ波キャリアを用いた場合のノコギリ波振幅変調方式にて生成された復調音70を含む音波をマイクロホンで収録した。マイクロホンで収録した復調音70の音圧の大きさは、音圧レベル[dB]として算出した。 In the verification experiment 2, specifically, the demodulation generated by the sawtooth wave amplitude modulation method when the pulse modulation carrier 62, the pure tone (cosine wave) carrier 82, and the sawtooth wave carrier are used as the carriers of the parametric speaker 1. Sound waves including sound 70 were recorded with a microphone. The magnitude of the sound pressure of the demodulated sound 70 recorded by the microphone was calculated as the sound pressure level [dB].

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ1から0.8mの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは25.7[dB]、温度及び湿度は20.2度及び64.1パーセント、サンプリング周波数は192[kHz]、量子化ビット数16bit(出力)、32bit(収録)、音源は白色雑音(0~8[kHz])、入力電圧10[V]とした。 The microphones were placed at a distance of 0.8 m from the parametric speaker 1 as in the evaluation experiment. Other experimental conditions are as follows. The experimental environment is an office environment, the noise level is 25.7 [dB], the temperature and humidity are 20.2 degrees and 64.1%, the sampling frequency is 192 [kHz], the number of quantization bits is 16 bits (output), and 32 bits (recording). ), The sound source was white noise (0 to 8 [kHz]), and the input voltage was 10 [V].

実験に用いたキャリアは、第1キャリア、第2キャリア、第3キャリアの3つである。第1キャリアは、純音(余弦波)キャリア82である。第2キャリアは、ノコギリ波キャリアである。第3キャリアは、パルス変調キャリア62である。 The carriers used in the experiment are the first carrier, the second carrier, and the third carrier. The first carrier is a pure tone (cosine wave) carrier 82. The second carrier is a sawtooth carrier. The third carrier is a pulse modulation carrier 62.

図12には、各キャリアにおける復調音70の音圧レベル[dB]を示す。横軸は、第1キャリア、第2キャリア、第3キャリアを示す。縦軸は、復調音70の音圧レベル[dB]を示す。各キャリアのグラフにそれぞれ記入されている値は、復調音70の音圧レベル[dB]の値を示す。図12では、復調音70の音圧レベル[dB]の値が大きいほど、復調音70がより改善されていることを示す。 FIG. 12 shows the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 in each carrier. The horizontal axis indicates a first carrier, a second carrier, and a third carrier. The vertical axis indicates the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70. The value entered in the graph of each carrier indicates the value of the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70. In FIG. 12, it is shown that the larger the value of the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 is, the more the demodulated sound 70 is improved.

図12に示すように、第1キャリア、第2キャリア、第3キャリアの中で最も復調音70の音圧レベル[dB]が高いのは、復調音の音圧レベルが129.9[dB]である第3キャリアであることがわかった。 As shown in FIG. 12, among the first carrier, the second carrier, and the third carrier, the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 is the highest because the sound pressure level of the demodulated sound is 129.9 [dB]. It turned out to be the third carrier.

すなわち、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]が、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式より大きい値であることを示している。また、パルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]が、ノコギリ波キャリアを用いたノコギリ波振幅変調方式の復調音70の音圧レベル[dB]に比べて、より大きい値であることを示している。 That is, it is shown that the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 is larger than that of the amplitude modulation method using the pure tone (cosine wave) carrier 82. Further, the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier is higher than the sound pressure level [dB] of the demodulated sound 70 of the sawtooth wave amplitude modulation method using the sawtooth wave carrier. , Indicates a greater value.

パルス変調キャリア62の波形が持つエネルギーは、純音(余弦波)キャリア82の波形の持つエネルギーよりも大きい。また、パルス変調キャリア62の波形が持つエネルギーは、ノコギリ波キャリアの波形が持つエネルギーよりも大きい。このことから、波形の持つエネルギーが増幅すると、復調音70の音圧も増幅することを示している。 The energy of the waveform of the pulse modulation carrier 62 is larger than the energy of the waveform of the pure tone (cosine wave) carrier 82. Further, the energy of the waveform of the pulse modulation carrier 62 is larger than the energy of the waveform of the sawtooth wave carrier. This indicates that when the energy of the waveform is amplified, the sound pressure of the demodulated sound 70 is also amplified.

検証実験2より、改めて、パルス変調キャリア62が復調音70の音圧の改善に有効であることが示された。さらに、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された(図8参照)。 From the verification experiment 2, it was shown again that the pulse modulation carrier 62 is effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70. Furthermore, it was shown that as the sound pressure of the carrier increases, the sound pressure of the demodulated sound also increases (see FIG. 8).

<5.3 検証実験3> <5.3 Verification experiment 3>

検証実験3は、具体的には、パラメトリックスピーカ1から放射した復調音70を含む音波をマイクロホンで収録し、収録した復調音70における高調波歪率 [dB]を算出した。 Specifically, in the verification experiment 3, a sound wave including the demodulated sound 70 emitted from the parametric speaker 1 was recorded with a microphone, and the harmonic distortion factor [dB] in the recorded demodulated sound 70 was calculated.

高調波歪率とは、高い周波数の波形のみを除去し、高周波数成分を除いた高調波歪成分とノイズ成分の大きさを、基本波との比率で示したものである。 The harmonic distortion factor is the magnitude of the harmonic distortion component and the noise component excluding the high frequency component by removing only the high frequency waveform as the ratio to the fundamental wave.

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ1から0.8mの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは36.6[dB]、温度及び湿度は24.9度及び69.3パーセント、サンプリング周波数は192[kHz]、音源はLog-upTSP(0~8[kHz])、入力電圧16[V]とした。 The microphones were placed at a distance of 0.8 m from the parametric speaker 1 as in the evaluation experiment. Other experimental conditions are as follows. The experimental environment is an office environment, the noise level is 36.6 [dB], the temperature and humidity are 24.9 degrees and 69.3%, the sampling frequency is 192 [kHz], and the sound source is Log-upTSP (0-8 [kHz]. ), The input voltage was 16 [V].

実験を行った変調方式は、次の3つである。実験例1は、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式である。実験例2は、純音(余弦波)キャリア82を用いた周波数変調方式である。実験例3は、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式である。 The following three modulation methods were tested. Experimental Example 1 is an amplitude modulation method using a pure tone (cosine wave) carrier 82. Experimental Example 2 is a frequency modulation method using a pure tone (cosine wave) carrier 82. Experimental Example 3 is a pulse amplitude modulation method using a pulse modulation carrier 62.

図13には、各変調方式における復調音70の高調波歪率[dB]を示す。横軸は、実験例1、2、3における各変調方式を示す。縦軸は、各変調方式における復調音70の高調波歪率[dB]を示す。各変調方式のグラフに記入されている数値は、各変調方式における復調音70の高調波歪率[dB]の値を示す。したがって、図13では、高調波歪率[dB]の値が小さいほど、高調波歪率[dB]が低く、復調音70に悪影響を与えていないことを示す。 FIG. 13 shows the harmonic distortion factor [dB] of the demodulated sound 70 in each modulation method. The horizontal axis shows each modulation method in Experimental Examples 1, 2 and 3. The vertical axis shows the harmonic distortion factor [dB] of the demodulated sound 70 in each modulation method. The numerical value entered in the graph of each modulation method shows the value of the harmonic distortion rate [dB] of the demodulated sound 70 in each modulation method. Therefore, in FIG. 13, it is shown that the smaller the value of the harmonic distortion factor [dB] is, the lower the harmonic distortion factor [dB] is, and the demodulated sound 70 is not adversely affected.

図13に示すように、実験例1、実験例2、実験例3の中で高調波歪率[dB]の値が最も低いのは、高調波歪率の値が-8.18[dB]である実験例3であることがわかった。これは、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式の高調波歪率[dB]が、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式より小さい値であることを示す。また、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式の高調波歪率[dB]が、周波数変調方式の高調波歪率[dB]に比べて、より小さい値であることを示す。 As shown in FIG. 13, the value of the harmonic distortion factor [dB] is the lowest among Experimental Example 1, Experimental Example 2, and Experimental Example 3 because the value of the harmonic distortion factor is −8.18 [dB]. It was found that it was Experimental Example 3. This indicates that the harmonic distortion rate [dB] of the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 is smaller than that of the amplitude modulation method using the pure tone (cosine wave) carrier 82. Further, it is shown that the harmonic distortion rate [dB] of the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 is smaller than the harmonic distortion rate [dB] of the frequency modulation method.

この結果より、パルス変調キャリア62を用いた復調音70が最も高調波歪率[dB]が低いことがわかる。すなわち、高調波歪率[dB]が復調音70の改善に悪影響を与えていないことが示された。 From this result, it can be seen that the demodulated sound 70 using the pulse modulation carrier 62 has the lowest harmonic distortion factor [dB]. That is, it was shown that the harmonic distortion factor [dB] did not adversely affect the improvement of the demodulated sound 70.

検証実験3より、高調波歪率[dB]の観点において、パルス変調キャリア62が復調音70の音圧の改善に有効であることが示された。 From the verification experiment 3, it was shown that the pulse modulation carrier 62 is effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70 from the viewpoint of the harmonic distortion factor [dB].

<5.4 検証実験4> <5.4 Verification Experiment 4>

検証実験4は、具体的には、パラメトリックスピーカ1から放射した復調音70をマイクロホンで収録し、収録した復調音70における音声品質の評価を行った。 Specifically, in the verification experiment 4, the demodulated sound 70 radiated from the parametric speaker 1 was recorded with a microphone, and the sound quality of the recorded demodulated sound 70 was evaluated.

音声品質の評価指標には、PESQ(Perceptual Evaluation of Speech Quality)という客観的音声品質評価法を用いた。これは、国際規格化されている電話音声の品質評価基準であって、指標は-0.5~4.5の範囲に分布し、該指標の値が大きいほど品質が良いとされている。 As an evaluation index of voice quality, an objective voice quality evaluation method called PESQ (Perceptual Assessment of Speech Quality) was used. This is an internationally standardized quality evaluation standard for telephone voice, and the index is distributed in the range of -0.5 to 4.5, and it is said that the larger the value of the index, the better the quality.

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ1から0.8mの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは36.6[dB]、温度及び湿度は24.9度及び69.3パーセント、サンプリング周波数は192[kHz]、音源は評価実験と異なる実験条件を中心に説明する。音源は男声(3話者×5音源)及び女声(3話者×5音源)、入力電圧16[V]とした。 The microphones were placed at a distance of 0.8 m from the parametric speaker 1 as in the evaluation experiment. Other experimental conditions are as follows. The experimental environment is an office environment, the noise level is 36.6 [dB], the temperature and humidity are 24.9 degrees and 69.3%, the sampling frequency is 192 [kHz], and the sound source is explained focusing on the experimental conditions different from the evaluation experiment. do. The sound sources were a male voice (3 speakers x 5 sound sources), a female voice (3 speakers x 5 sound sources), and an input voltage of 16 [V].

実験を行った変調方式は、次の3つである。実験例1は、純音(余弦波)キャリアを用いた振幅変調方式である。実験例2は、純音(余弦波)キャリアを用いた周波数変調方式である。実験例3は、パルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式である。 The following three modulation methods were tested. Experimental Example 1 is an amplitude modulation method using a pure tone (cosine wave) carrier. Experimental Example 2 is a frequency modulation method using a pure tone (cosine wave) carrier. Experimental Example 3 is a pulse amplitude modulation method using a pulse modulation carrier.

図14には各変調方式における男声のPESQ値を、図15には各変調方式における女声のPESQ値を、示す。横軸は、実験例1、2、3における各変調方式を示す。縦軸は、PESQ値を示す。グラフ図に記入されている数値は、各変調方式におけるPESQ値を示す。さらに、グラフ図は、実験例1~3それぞれに1パーセントの有意差があるか否かを示す。 FIG. 14 shows the PESQ value of the male voice in each modulation method, and FIG. 15 shows the PESQ value of the female voice in each modulation method. The horizontal axis shows each modulation method in Experimental Examples 1, 2 and 3. The vertical axis shows the PESQ value. The numerical value entered in the graph shows the PESQ value in each modulation method. Further, the graph shows whether or not there is a significant difference of 1% between Experimental Examples 1 to 3 respectively.

図14に示すように、実験例1と実験例3、もしくは、実験例2と実験例3、いずれも1パーセントの有意差があると判定された。また、男声のPESQ値の中で最も値が高いのは、実験例3であるパルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式であり、2.79であった。 As shown in FIG. 14, it was determined that there was a significant difference of 1% between Experimental Example 1 and Experimental Example 3, or Experimental Example 2 and Experimental Example 3. The highest PESQ value among male voices was the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier of Experimental Example 3, which was 2.79.

図15に示すように、実験例1と実験例3は1パーセントの有意差があり、実験例2と実験例3は1パーセントの有意差がないと判定された。また、女声のPESQ値の中で最も値が高いのは、実験例3であるパルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式であり、2.59であった。 As shown in FIG. 15, it was determined that Experimental Example 1 and Experimental Example 3 had a significant difference of 1%, and Experimental Example 2 and Experimental Example 3 did not have a significant difference of 1%. The highest PESQ value among female voices was the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier of Experimental Example 3, which was 2.59.

このように、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式におけるPESQ値が、純音(余弦波)キャリア82を用いた振幅変調方式、もしくは、周波数変調方式のPESQ値に比べて、男声・女声ともに、約0.1向上している。これにより、パルス変調キャリア62を用いたパルス振幅変調方式における復調音70は、音質を劣化させることなく人間が音として知覚していることがわかる。 In this way, the PESQ value in the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 is higher than the PESQ value in the amplitude modulation method using the pure tone (cosine wave) carrier 82 or the frequency modulation method for both male and female voices. , About 0.1 improvement. From this, it can be seen that the demodulated sound 70 in the pulse amplitude modulation method using the pulse modulation carrier 62 is perceived by humans as sound without deteriorating the sound quality.

検証実験4より、音声品質の観点において、パルス変調キャリア62が復調音70の音圧の改善に有効であることが示された。 From the verification experiment 4, it was shown that the pulse modulation carrier 62 is effective in improving the sound pressure of the demodulated sound 70 from the viewpoint of voice quality.

<6.付記>
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
<6. Addendum>
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

1 パラメトリックスピーカ、第1パラメトリックスピーカ、第2パラメトリックスピーカ
10 信号処理回路
11 パルス変調キャリア生成器
13 パルス振幅変調回路
20 増幅器
30 超音波発生素子
15 パルス周波数変調回路
60 目標信号(可聴音)
62 パルス変調キャリア
65 パルス振幅変調信号
67 パルス周波数変調信号
70 復調音
82 純音(余弦波)キャリア
85 振幅変調信号
87 周波数変調信号
83 三角波キャリア
86 三角波振幅変調信号
E1 純音(余弦波)の波形のエネルギー
E2 パルス変調波の波形のエネルギー
1 Parametric speaker, 1st parametric speaker, 2nd parametric speaker 10 Signal processing circuit 11 Pulse modulation carrier generator 13 Pulse amplitude modulation circuit 20 Amplifier 30 Ultrasonic generator 15 Pulse frequency modulation circuit 60 Target signal (audible sound)
62 Pulse modulation carrier 65 Pulse amplitude modulation signal 67 Pulse frequency modulation signal 70 Demodulation sound 82 Pure sound (cosine wave) carrier 85 Vibration modulation signal 87 Frequency modulation signal 83 Triangular wave carrier 86 Triangular wave amplitude modulation signal E1 Pure sound (cosine wave) waveform energy E2 pulse modulation wave waveform energy

Claims (3)

可聴音の目標信号に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、
前記変調により生成された変調信号を超音波発生素子から出力すること、を備え、
前記キャリアは、パルス変調キャリアである
パラメトリックスピーカの音圧改善方法。
Modulate the carrier amplitude or frequency according to the target signal of the audible sound,
It comprises outputting the modulation signal generated by the modulation from the ultrasonic wave generating element.
The carrier is a method for improving the sound pressure of a parametric speaker which is a pulse modulation carrier.
前記変調は、前記目標信号に応じて前記パルス変調キャリアの振幅を変化させるパルス振幅変調である
請求項1に記載のパラメトリックスピーカの音圧改善方法。
The method for improving the sound pressure of a parametric speaker according to claim 1, wherein the modulation is pulse amplitude modulation in which the amplitude of the pulse modulation carrier is changed according to the target signal.
キャリアを生成するキャリア生成器と、
前記キャリアの振幅又は周波数を可聴音の目標信号に応じて変調する変調回路と、
前記変調回路によって変調した変調信号を放射する超音波発生素子と、を備え、
前記キャリア生成器は、パルス変調キャリアを生成するパルス変調キャリア生成器である
パラメトリックスピーカ。
A carrier generator that generates carriers and
A modulation circuit that modulates the amplitude or frequency of the carrier according to the target signal of the audible sound.
An ultrasonic generating element that radiates a modulated signal modulated by the modulation circuit is provided.
The carrier generator is a parametric speaker which is a pulse modulation carrier generator that generates a pulse modulation carrier.
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