JP6330098B1 - オーディオコントローラ、プログラム、超音波スピーカ、音源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波スピーカによって再生される可聴音の歪みを解消する。【解決手段】 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は、音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第１周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、第１周波数特性を第２周波数特性に変換する手段を備え、第２周波数特性に基づいて、超音波スピーカを駆動させる手段を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、オーディオコントローラ、プログラム、超音波スピーカ、及び、音源装置に関する。

パラメトリックスピーカとは、狭い指向性を有する超音波により可聴音を発生させるスピーカである。パラメトリックスピーカを用いることにより、特定のリスナにのみ可聴音を聴かせることができる。

例えば、特許文献１には、超音波を放射するパラメトリックスピーカと、超音波より広い指向性を有する音波を放射するスピーカ（以下「広指向性スピーカ」という）と、を制御する制御部が開示されている。この制御部は、音源であるディスプレイの前に存在する人物の数に応じて、パラメトリックスピーカによる音の再生、及び、広指向性スピーカによる音の再生を選択的に切り替える。

特開２０１３−０７０２１３号公報

しかし、パラメトリックスピーカは、狭い指向性を有する超音波を焦点に集束させることによって、焦点に可聴音の音源を形成する。超音波は、人間が認識できない程度に高い周波数（例えば、２０ｋＨｚ）を有するので、特許文献１のようなパラメトリックスピーカにより再生される可聴音では、低周波数成分になるほど歪みが増加する。

そのため、従来、パラメトリックスピーカのような超音波スピーカは、用途に制約がある。

本発明の目的は、超音波スピーカによって再生される可聴音の歪みを解消することである。

本発明の一態様は、
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の音圧レベルと周波数との関係に関する第１周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、前記第１周波数特性を第２周波数特性に変換する手段を備え、
前記第２周波数特性に基づいて、前記超音波スピーカを駆動させる手段を備える、
オーディオコントローラである。

本発明によれば、超音波スピーカによって再生される可聴音の歪みを解消することができる。

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。 本実施形態の概要の説明図である。 図１の超音波スピーカの駆動タイミングの決定方法の説明図である。 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６の動作例１において形成される音源を示す図である。 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８の動作例２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の処理のフローチャートである。 図１０のオーディオ信号のデコード（Ｓ１０２）の説明図である。 図１０の処理においてタッチパネルディスプレイに表示される画面例を示す図である。 図１０のイコライジング（Ｓ１０４）の第１例の説明図である。 図１０のイコライジング（Ｓ１０４）の第２例及び第３例の説明図である。 図１０のイコライジング（Ｓ１０４）の第４例の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（１）オーディオシステムの構成
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１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、音源２３と、タッチパネルディスプレイ２６と、を備える。

図２に示すように、オーディオコントローラ１０は、超音波スピーカ２１を制御する情報処理装置の一例である。
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。

記憶装置１１は、プログラム及びデータを記憶するように構成される。記憶装置１１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、ストレージ（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。

プログラムは、例えば、以下のプログラムを含む。
・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

データは、例えば、以下のデータを含む。
・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）

プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶されたプログラムを起動することによって、オーディオコントローラ１０の機能を実現するように構成される。プロセッサ１２は、コンピュータの一例である。

入出力インタフェース１３は、オーディオコントローラ１０に接続される入力デバイス（例えば、音源２３、カメラ２４、リスナ位置検出部２５、及び、タッチパネルディスプレイ２６）から入力信号を受け付け、且つ、オーディオコントローラ１０に接続される出力デバイス（例えば、超音波スピーカ２１）に出力信号を出力するように構成される。

通信インタフェース１４は、オーディオコントローラ１０とサーバ（不図示）との間の通信を制御するように構成される。

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、超音波を放射するように構成される。

音源２３は、オーディオコントローラ１０にオーディオ信号を与えるように構成される。音源２３は、以下のものを含む。
・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、ＤＶＤ（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

カメラ２４は、画像情報を取得するように構成される。カメラ２４は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）カメラである。

リスナ位置検出部２５は、リスナＬの位置を検出するように構成される。
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。
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。

タッチパネルディスプレイ２６は、オーディオコントローラ１０に対するユーザの指示を受け付ける機能と、オーディオシステム１に関する情報を表示する機能と、を有する。

（１−１）超音波スピーカの構成
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。

図３に示すように、超音波スピーカ２１の放射面には、カバー２１ａ（図３Ａ）が配置されている。カバー２１ａを取り外すと、筐体２１ｂ上の放射面（図３Ｂ）が露出する。

放射面には、複数の超音波トランスデューサ２１ｃから構成されるフェーズドアレイＦＡが配置される。複数の超音波トランスデューサ２１ｃは、ＸＺ平面（以下「アレイ面」という）に配置される。

超音波スピーカ２１は、各超音波トランスデューサ２１ｃを駆動させる駆動部（不図示）を備える。駆動部は、複数の超音波トランスデューサ２１ｃを個別に駆動する。各超音波トランスデューサ２１ｃは、駆動部の駆動により振動する。各超音波トランスデューサ２１ｃの振動により、超音波が発生する。複数の超音波トランスデューサ２１ｃから放射された超音波は、空間上を伝播し、空間上の焦点で集束する。焦点で集束した超音波は、可聴音の音源を形成する。

（２）本実施形態の概要
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。

図４に示すように、音源２３は、オーディオ信号をオーディオコントローラ１０に与える。

オーディオコントローラ１０は、音源２３からオーディオ信号を入力する。オーディオ信号は、音圧レベルの周波数特性を含む。
オーディオコントローラ１０は、オーディオ信号に対するイコライジングを実行することにより、オーディオ信号の第１周波数特性を第２周波数特性に変換する。
オーディオコントローラ１０は、第２周波数特性に基づく駆動信号を生成し、超音波スピーカ２１に出力する。

超音波スピーカ２１は、オーディオコントローラ１０によって生成された駆動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、空間上の焦点で集束する。焦点で集束した超音波は、可聴音の音源を形成する。この可聴音は、第２周波数特性を有する。
焦点の近傍に位置するリスナＬ１は、焦点に形成された音源からの可聴音を聴くことができる。
一方、焦点から離れた位置に位置するリスナＬ２は、この可聴音を聴くことはできない。つまり、超音波により形成された音源からの可聴音は、焦点の近傍から漏れることはない。

一般に、リスナＬ１がリスナＬ２に聴こえないように音源２３のオーディオ信号に対応する音を聴くためには、リスナＬ１が、音漏れを防ぐ構造を有する音声出力デバイス（例えば、イヤホン、又は、ヘッドフォン）を装着する必要がある。しかし、このような音声出力デバイスを装着する行為は、ユーザに不自然な感覚を与え得る。特に、このような音声出力デバイスを長時間装着する行為は、ユーザに疲労感を与える。

これに対して、本実施形態では、リスナＬ１は、このような音声出力デバイスを装着することなく、リスナＬ２に聴こえないように可聴音を聴くことができる。例えば、周囲への音漏れが好ましくない環境（一例として、図書館）において、リスナＬ１は、音声出力デバイスを装着することなく、自然な状態で音源２３の音を聴くことができる。特に、音源２３の音を長時間再生する場合、リスナＬ１は、音声出力デバイスの装着による疲労を回避することができる。

（３）超音波スピーカの動作例
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。

超音波スピーカ２１は、所定の変調方式で変調した超音波を放射する。
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

超音波スピーカ２１は、複数の超音波トランスデューサ２１ｃの駆動タイミングを個別に制御することにより、各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を与える。焦点位置及び焦点数は、この位相差に依存する。つまり、超音波スピーカ２１は、位相差を制御することにより、焦点位置及び焦点数を変化させることができる。

本実施形態の超音波スピーカの位相差の形成方法について説明する。図５は、図１の超音波スピーカの駆動タイミングの決定方法の説明図である。

記憶装置１１には、フェーズドアレイＦＡの基準点（例えば、中心）に対する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）のフェーズドアレイＦＡ上の相対位置を示す超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）の座標（ｘ（ｎ），ｙ（ｎ），ｚ（ｎ））が記憶されている。ｎは、超音波トランスデューサ２１ｃの識別子（正の整数）である。

例えば、リスナ位置検出部２５がリスナＬの位置を検出すると、プロセッサ１２は、図５に示すように、基準点に対する焦点ＦＰの相対位置を示す焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）を決定する。
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。

プロセッサ１２は、ｎ＋１番目に駆動する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）の駆動タイミングと、ｎ番目に駆動する超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ）との駆動タイミングとの時間差（以下「駆動時間差」という）ΔＴ（ｎ＋１）を、式１を用いて、計算する。
ΔＴ（ｎ＋１）＝−ｒ（ｎ＋１）／ｃ …（式１）
・ｃ：音速

上記のとおり、プロセッサ１２は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、記憶装置１１に記憶された座標（ｘ（ｎ＋１），ｙ（ｎ＋１），ｚ（ｎ＋１））と、を用いて、各超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）の駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）を計算する。プロセッサ１２は、この駆動時間差ΔＴ（ｎ＋１）に従い、各超音波トランスデューサ２１ｃ（ｎ＋１）に駆動信号を供給する。
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。

焦点ＦＰで集束した超音波は、音源を形成する。この音源から、可聴音が発生する。つまり、超音波スピーカ２１は、任意の位置に可聴音を発生させることができる。

焦点距離が短くなるほど、焦点深度は小さくなる。焦点深度が小さくなるほど、超音波の指向性は低下する。つまり、焦点距離が短くなるほど、超音波の進行方向からずれた方向にも音波が伝わる傾向にある。換言すると、超音波スピーカ２１は、焦点位置を変えることにより、可聴音の音波が進行する進行範囲を変化させることができる。

リスナＬが可聴音を聴き取れる可聴範囲の分布は、焦点ＦＰを軸とする略回転対称の形状を形成する。可聴範囲は、超音波ビームに対して可聴音が進む方向又は角度、及び、焦点ＦＰとリスナＬとの距離の組合せによって規定される。可聴範囲は、超音波スピーカ２１の使用環境の環境音と可聴音の音量との大小関係によって決まる。可聴音の音量は、超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波の振幅又は変調度によって決まる。従って、プロセッサ１２は、超音波の振幅又は変調度を調整することにより、可聴範囲を変化させることができる。

（３−１）動作例１（単焦点）
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。

図６に示すように、動作例１では、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｉが、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
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。

図７に示すように、超音波スピーカ２１は、焦点ＦＰ１に点音源ＳＳ１を形成する。
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。

（３−２）動作例２（複焦点）
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。

図８に示すように、動作例２では、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｉが、２つのグループＧ１及びＧ２に分かれる。グループＧ１は、超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｅから構成される。グループＧ２は、超音波トランスデューサ２１ｃｆ〜２１ｃｉから構成される。

グループＧ１（超音波トランスデューサ２１ｃａ〜２１ｃｅ）は、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
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。

グループＧ２（超音波トランスデューサ２１ｃｆ〜２１ｃｉ）は、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
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。

図９に示すように、超音波スピーカ２１は、焦点ＦＰ２ａ及びＦＰ２ｂに、それぞれ、点音源ＳＳ２ａ及びＳＳ２ｂを形成する。
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。

なお、超音波スピーカ２１は、３個以上の焦点に点音源を形成することも可能である。

（４）オーディオシステムの制御
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１０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１１は、図１０のオーディオ信号のデコード（Ｓ１０２）の説明図である。図１２は、図１０の処理においてタッチパネルディスプレイに表示される画面例を示す図である。図１３は、図１０のイコライジング（Ｓ１０４）の第１例の説明図である。図１４は、図１０のイコライジング（Ｓ１０４）の第２例及び第３例の説明図である。図１５は、図１０のイコライジング（Ｓ１０４）の第４例の説明図である。

ステップＳ２００の後、音源２３は、オーディオ信号の出力（Ｓ２００）を実行する。
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、再生すべき音の第１周波数特性（図１１）を含む。
図１１では、横軸が周波数（Ｈｚ）であり、縦軸が音圧レベル（ｄＢ）である。

Ｓ２００の後、オーディオコントローラ１０は、オーディオ信号の入力（Ｓ１０１）を実行する。
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。

ステップＳ１０１の後、オーディオコントローラ１０は、オーディオ信号のデコード（Ｓ１０２）を実行する。
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、第１周波数特性（図１１）を取り出す。
プロセッサ１２は、第１周波数特性を記憶装置１１に記憶する。

ステップＳ１０２の後、オーディオコントローラ１０は、焦点位置の決定（Ｓ１０３）を実行する。
具体的には、タッチパネルディスプレイ２６には、画面Ｐ１００（図１２）が表示される。

図１２に示すように、画面Ｐ１００は、表示オブジェクトＡ１００と、ボタンオブジェクトＢ１００と、を含む。
表示オブジェクトＡ１００は、超音波スピーカ２１のシンボル画像ＩＭＧ１００ａと、焦点ＦＰのシンボル画像ＩＭＧ１００ｂと、を含む。
ボタンオブジェクトＢ１００は、焦点ＦＰの位置を移動させるためのユーザの指示を受け付けるオブジェクトである。
シンボル画像ＩＭＧ１００ｂは、ボタンオブジェクトＢ１００に対するユーザの操作に応じて、表示オブジェクトＡ１００内を移動する。オーディオコントローラ１０は、シンボル画像ＩＭＧ１００ａに対するシンボル画像ＩＭＧ１００ｂの相対的な位置に基づいて、焦点ＦＰの位置を決定する。

ステップＳ１０３の後、オーディオコントローラ１０は、イコライジング（Ｓ１０４）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１０２で記憶装置１１に記憶された第１周波数特性を第２周波数特性に変換する。

ステップＳ１０４の第１例を説明する。

記憶装置１１には、超音波スピーカ２１の出力レベルに関する出力周波数特性（図１３Ａ）が記憶されている。プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶された出力周波数特性を参照して、出力レベルの傾向が変わる変曲点に相当する周波数（以下「周波数閾値」という）ｆｔｈ１を特定する。

プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶された第１周波数特性ＦＳ１（図１３Ｂ）にイコライジング係数を適用することにより、第２周波数特性ＦＳ２（図１３Ｂ）を得る。
より具体的には、プロセッサ１２は、周波数閾値ｆｔｈ１未満の周波数成分（以下「低周波数成分」という）について、音圧レベルがオーディオ信号より高くなり、且つ、略均等になるようなイコライジング係数を決定する。これにより、低周波数成分についての第２周波数特性ＦＳ２ａが得られる。
プロセッサ１２は、周波数閾値ｆｔｈ１以上の周波数成分（以下「高周波数成分」という）について、音圧レベルがオーディオ信号より低く、且つ、低周波数性成分の第２周波数特性ＦＳ２ａより低くなるようなイコライジング係数を決定する。これにより、高周波数成分についての第２周波数特性ＦＳ２ｂが得られる。

図１３Ｂに示すように、ステップＳ１０４の第１例によれば、低周波数成分の音が強調された可聴音が再生される。

ステップＳ１０４の第２例を説明する。第２例は、オーディオ信号の周波数特性が、周波数が高くなるほど音圧レベルも高くなる特性を示す場合（つまり、高音が強いオーディオ信号）の例である。

図１４Ａに示すように、 ステップＳ１０４の第２例の第１周波数特性ＦＳ１は、低周波成分の音圧レベルが低く、高周波成分の音圧レベルが高い傾向を有する。

プロセッサ１２は、第１周波数特性ＦＳ１の下限値Ｆｍｉｎと上限値Ｆｍａｘの中央値（つまり、オーディオ信号の周波数レンジの中央値）を、周波数閾値ｆｔｈ２として決定する。

プロセッサ１２は、周波数閾値ｆｔｈ２未満の周波数成分（以下「低周波数成分」という）について、音圧レベルがオーディオ信号より高くなり、周波数閾値ｆｔｈ２以上の周波数成分（以下「高周波数成分」という）について、音圧レベルがオーディオ信号より低くなり、且つ、オーディオ信号の周波数レンジの全帯域において音圧レベルが略均等になるようなイコライジング係数を決定する。これにより、図１４Ａの第２周波数特性ＦＳ２が得られる。

ステップＳ１０４の第３例を説明する。第３例は、オーディオ信号の周波数特性が、周波数が高くなるほど音圧レベルが低くなる特性を示す場合（つまり、低音が強いオーディオ信号）の例である。

図１４Ｂに示すように、ステップＳ１０４の第３例の第１周波数特性ＦＳ１は、低周波成分及び高周波成分の音圧レベルが高い特性（例えば、所定の音圧レベル閾値Ｖ以上）を示す。

プロセッサ１２は、第２例と同様に周波数閾値ｆｔｈ２を決定した後、低周波数成分について、音圧レベル（つまり、音圧レベル閾値Ｖ以上の値）を維持し、高周波数成分について、音圧レベルがオーディオ信号より高くなるようなイコライジング係数を決定する。これにより、図１４Ｂの第２周波数特性ＦＳ２が得られる。

ステップＳ１０４の第４例を説明する。第４例は、第１周波数特性のピーク値を参照して、イコライジング係数を決定する例である。

図１５に示すように、プロセッサ１２は、第１周波数特性ＦＳ１のピーク値ＳＬｐ１を特定する。
プロセッサ１２は、ピーク値ＳＬｐ１に所定の定数値（例えば、６ｄＢ）を減じることにより、ピーク閾値Ｐｔｈを決定する。
プロセッサ１２は、第２周波数特性ＦＳ２のピーク値がピーク閾値Ｐｔｈと等しくなるように、第１周波数特性ＦＳ１の周波数レンジの全帯域を、音圧レベルが低下する方向にシフトさせる。これにより、図１５の第２周波数特性ＦＳ２が得られる。

ステップＳ１０４の後、オーディオコントローラ１０は、変調パラメータの決定（Ｓ１０５）を実行する。
具体的には、プロセッサ１２は、記憶装置１１に記憶された第１周波数特性ＦＳ１の音圧レベルと、ステップＳ１０４で得られた第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルと、を比較して、変調パラメータを決定する。

より具体的には、プロセッサ１２は、低周波数成分についての第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルが所定条件を満たす場合、第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルが所定の音圧閾値以上になるように、変調パラメータを決定する。
所定条件とは、以下の何れかである。
・低周波成分についての第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルが音圧閾値未満である場合
・低周波成分についての第１周波数特性ＦＳ１の音圧レベルに対する第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルの比が所定値以下である場合

その結果、低周波数成分の音量が維持又は補正された可聴音が再生可能になる。

ステップＳ１０５の後、オーディオコントローラ１０は、駆動信号の生成（Ｓ１０６）を実行する。

具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１０３で決定した焦点位置と、ステップＳ１０５で決定した変調パラメータと、に基づいて、駆動信号を生成する。

プロセッサ１２は、駆動信号を超音波スピーカ２１に出力する。
超音波スピーカ２１は、駆動信号に基づいて、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。焦点ＦＰに形成された音源は、可聴音を発生させる。

音源２３は、再生が終了するまで（Ｓ２０１−ＮＯ）、ステップＳ２００の処理を繰り返し実行する。
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Ｓ１０１〜Ｓ１０６の処理を繰り返し実行する。

本実施形態では、ステップＳ１０４において、超音波スピーカ２１の出力周波数特性を考慮して、音源２３から出力されたオーディオ信号の第１周波数特性を第２周波数特性に変換するイコライジングを実行する。ステップＳ１０６では、その結果、超音波スピーカ２１からは、第２周波数特性に基づく駆動信号を有する超音波ＵＳＷが放射される。放射された超音波ＵＳＷは、焦点ＦＰで集束する。集束した超音波ＵＳＷは、可聴音の音源を形成する。
これにより、超音波スピーカ２１によって再生される可聴音の歪みを解消することができる。
例えば、図４のリスナＬ１は、音声出力デバイス（イヤホン又はヘッドフォン）の代わりに超音波スピーカ２１を用いることによって、音声出力デバイスを装着することなく、リスナＬ２に聴こえないように音を再生することができる。

（５）変形例
本実施形態の変形例について説明する。

（５−１）変形例１
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。

変形例１のフェーズドアレイＦＡは、可変曲率を有する曲面形状のアレイ面上に形成される。
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。

具体的には、ステップＳ１０６で生成される駆動信号は、アクチュエータを駆動させるための駆動信号を含む。
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。

変形例１によれば、アレイ面の曲率を変えることにより超音波に位相差を与える超音波スピーカ２１を用いる場合にも、上記本実施形態と同様の効果が得られる。
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。

（５−２）変形例２
変形例２について説明する。変形例２は、可聴範囲を動的に変化させる例である。

変形例２の第１例では、プロセッサ１２は、オーディオシステム１のオペレータ（例えば、リスナＬ）の指示（例えば、音量を変化させるための操作）を受け付けると、当該指示に応じて、超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波の振幅又は変調度を変更する。
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。

変形例２の第２例では、プロセッサ１２は、リスナ位置検出部２５によって検出されたリスナＬの位置に応じて、超音波トランスデューサ２１ｃから放射される超音波の振幅又は変調度を変更する。例えば、プロセッサ１２は、複数のリスナＬのうち一部のリスナＬの位置が可聴範囲から除外されるように、振幅又は変調度を決定する。
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。

変形例２の第３例では、オーディオコントローラ１０は、環境音の音量を検出するセンサ（不図示）を備える。プロセッサ１２は、当該センサによって検出された音量に応じて、可聴範囲が一律に保たれるように、振幅又は変調度を決定する。
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。

変形例２によれば、超音波スピーカ２１の外部要因に応じて、可聴範囲を動的に変化させることができる。

（５−３）変形例３
変形例３について説明する。変形例３は、リスナＬの位置に従って焦点ＦＰの位置を決定する例である。

第１例として、ステップＳ１０３の前に、リスナ位置検出部２５によって１人のリスナＬが検出された場合、プロセッサ１２は、リスナ位置検出部２５の検出結果に基づいて、超音波スピーカ２１に対するリスナＬの相対位置を特定する。
ステップＳ１０３において、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。

第２例として、ステップＳ１０３の前に、リスナ位置検出部２５によって複数（例えば、２人）のリスナＬ１及びＵ３が検出された場合、プロセッサ１２は、リスナ位置検出部２５の検出結果に基づいて、超音波スピーカ２１に対するリスナＬの相対位置を特定する。
ステップＳ１０３において、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。

（５−４）変形例４
変形例４について説明する。変形例４は、ステップＳ１０５（図１０）において、リスナＬの指示に従って変調パラメータを決定する例である。

変形例４のプロセッサ１２は、入出力インタフェース１３を介して、リスナＬの指示に基づく設定情報を記憶装置１１に記憶する。設定情報は、音質及び音量の何れを優先するかを示す情報である。

プロセッサ１２は、ステップＳ１０５において、記憶装置１１に記憶された設定情報を参照して、変調パラメータを決定する。

一例として、設定情報が音質を優先することを示す場合、本実施形態と同様に、変調パラメータを決定する。
設定情報が音量を優先することを示す場合、プロセッサ１２は、第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルが増加するように、変調パラメータを決定する。例えば、プロセッサ１２は、第２周波数特性ＦＳ２の音圧レベルの最小値が第１周波数特性ＦＳ１の音圧レベルの最小値以上になるように、全周波数成分の音圧レベルが増加するような変調パラメータを決定する。

変形例４によれば、リスナＬが指定した設定情報に応じた可聴音を再生することができる。

（６）本実施形態の小括
本実施形態について小括する。

本実施形態の第１態様は、
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、
オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第１周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、第１周波数特性を第２周波数特性に変換する手段（例えば、ステップＳ１０４を実行するプロセッサ１２）を備え、
第２周波数特性に基づいて、超音波スピーカ２１を駆動させる手段（例えば、ステップＳ１０６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。

第１態様によれば、超音波スピーカ２１から放射された超音波は、空間上の焦点ＦＰで集束する。焦点ＦＰで集束した超音波は、可聴音の音源を形成する。この可聴音は、第２周波数特性を有する。
焦点の近傍に位置するリスナＬ１は、焦点に形成された音源からの可聴音を聴くことができる。
一方、焦点から離れた位置に位置するリスナＬ２は、この可聴音を聴くことはできない。つまり、超音波により形成された音源からの可聴音は、焦点の近傍から漏れることはない。
これにより、リスナＬ１は、音声出力デバイスを装着することなく、リスナＬ２に聴こえないように可聴音を聴くことができる。

本実施形態の第２態様は、超音波スピーカ２１が放射する超音波の位相差を用いて、超音波を集束させる焦点位置及び焦点数の少なくとも１つを制御する手段を備える。

第２態様によれば、超音波スピーカ２１を動かさずに焦点ＦＰが任意の位置に形成される。これにより、オーディオシステム１を使用するときのリスナＬの位置の制約を解消することができる。

本実施形態の第３態様の制御する手段は、超音波スピーカ２１の複数の超音波トランスデューサ２１ｃの駆動タイミングを個別に制御することにより、位相差を生成する。

第３態様によれば、駆動タイミングの制御によって位相差を生成するので、焦点位置をより高速に制御することができる。

本実施形態の第４態様の制御する手段は、複数の超音波トランスデューサ２１ｃから構成されるフェーズドアレイのアレイ面の曲率を変えることにより、位相差を生成する。

第４態様によれば、アレイ面の曲率を変えることにより超音波に位相差を与える超音波スピーカ２１を用いる場合にも、上記と同様の効果が得られる。
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。

本実施形態の第５態様の制御する手段は、超音波スピーカ２１に対するリスナの相対位置に基づいて、焦点位置を制御する。

第５態様によれば、リスナＬ１が再生中に動いた場合であっても、リスナＬ２に聴こえないように、リスナＬ１に可聴音を聴かせることができる。

本実施形態の第６態様は、
オーディオコントローラ１０と接続可能な超音波スピーカ２１であって、
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。

本実施形態の第７態様の超音波スピーカ２１では、
複数の超音波トランスデューサ２１ｃは、平面上に配置され、
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２１ｃを個別に振動させる。

本実施形態の第８態様の超音波スピーカ２１は、
少なくとも１つの超音波スピーカ２１を制御するオーディオコントローラ１０と接続可能な音源装置（例えば、音源２３）であって、
オーディオ信号を生成する手段を備え、
オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第１周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、第１周波数特性を第２周波数特性に変換する手段を備え、
第２周波数特性を含むオーディオ信号をオーディオコントローラ１０に出力する手段を備える、
音源装置（例えば、音源２３）である。

（７）その他の変形例

記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、オーディオコントローラ１０と接続されてもよい。

カメラ２４が、リスナ位置検出部２５の代わりに、リスナＬの相対位置を検出しても良い。
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。

超音波スピーカ２１が、リスナ位置検出部２５の代わりに、リスナＬの相対位置を検出しても良い。
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。

上記の実施形態では、複数の超音波トランスデューサ２１ｃを時間差で駆動する例を示したが、本実施形態はこれに限られるものではない。例えば、本実施形態では、複数の超音波トランスデューサ２１ｃを同時に駆動するパラメトリックスピーカにも適用可能である。この場合、ステップＳ１０３（図７）は省略される。焦点ＦＰの位置は、超音波スピーカ２１の放射面の向きによって決まる。

上記の実施形態では、オーディオコントローラ１０と音源２３とが接続される例を示したが、本実施形態はこれに限られるものではない。オーディオコントローラ１０は、音源２３に組み込まれてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の範囲は上記の実施形態に限定されない。また、上記の実施形態は、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更が可能である。また、上記の実施形態及び変形例は、組合せ可能である。

１ ：オーディオシステム
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
２３ ：音源
２４ ：カメラ
２５ ：リスナ位置検出部
２６ ：タッチパネルディスプレイ

Claims (9)

1. 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、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の音圧レベルと周波数との関係に関する第１周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、前記第１周波数特性を第２周波数特性に変換する手段を備え、
   前記第２周波数特性に基づいて、少なくとも１つの焦点位置で集束する位相差を有する超音波を放射するように、各超音波トランスデューサを個別に制御するための駆動信号を生成する手段を備え、
   前記駆動信号を超音波スピーカに出力する手段を備える、
   オーディオコントローラ。
2. 前記位相差を用いて、少なくとも１つの焦点位置を制御する手段を備える、
   請求項１に記載のオーディオコントローラ。
3. 前記制御する手段は、
   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、前記駆動信号を各超音波トランスデューサに出力する、
   請求項２に記載のオーディオコントローラ。
4. 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。
5. 前記制御する手段は、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２〜４の何れかに記載のオーディオコントローラ。
6. 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１〜５の何れかに記載のオーディオコントローラ。
7. コンピュータを、請求項１〜６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。
8. 請求項１〜６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、
   前記オーディオコントローラによって生成された駆動信号に従って、前記複数の超音波トランスデューサを個別に駆動する駆動部を備える、
   超音波スピーカ。
9. 請求項１〜６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音源装置であって、
   前記オーディオ信号を生成する手段を備え、
   前記オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第１周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、前記第１周波数特性を第２周波数特性に変換する手段を備え、
   前記第２周波数特性を含むオーディオ信号を前記オーディオコントローラに出力する手段を備える、
   音源装置。

Images