WO2014041587A1 - スピーカ装置及び電子機器 - Google Patents

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WO2014041587A1
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大介 杉井
岸波　雄一郎
康晴 大西
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Ｎｅｃカシオモバイルコミュニケーションズ株式会社
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    • H04S7/302—Electronic adaptation of stereophonic sound system to listener position or orientation
    • H04S7/303—Tracking of listener position or orientation

Definitions

  • the present invention relates to a speaker device and an electronic device.
  • a parametric speaker that uses ultrasonic waves as a carrier wave has been developed as a technology to prevent others from hearing the sound. Since ultrasonic waves are highly directional, using a parametric speaker can form a sound field only in a specific direction, such as near the user.
  • Patent Document 1 an ultrasonic transducer array including a plurality of ultrasonic transducers is used as a parametric speaker, and sound directivity is controlled by individually controlling the ultrasonic transducers. It is disclosed. Patent Document 1 also describes changing the frequency of a carrier wave in accordance with the distance to an area where audible sound is to be reproduced.
  • the frequency at which the sound pressure becomes highest among the reproduced audible sounds increases as the frequency of the carrier wave increases. For this reason, if a plurality of frequencies are used as the carrier frequency, the quality of the audible sound can be improved. On the other hand, when a carrier wave having a plurality of frequencies is used, the average frequency of the carrier wave becomes high, which causes a problem that the power consumption of the speaker becomes high.
  • An object of the present invention is to provide a speaker device and an electronic device that can improve the quality of audible sound as required and can suppress an increase in power consumption.
  • a plurality of parametric speakers to which a modulation signal obtained by modulating an audio signal into an ultrasonic band is input; Based on the audio quality required for the audio signal, it is determined whether or not the frequency of the modulation signal is different between the plurality of parametric speakers, and based on the determination result, the frequency at each of the plurality of parametric speakers is determined.
  • an electronic apparatus having the above-described speaker device is provided.
  • the quality of the audible sound can be increased as necessary, and the increase in power consumption can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a functional configuration of the speaker device according to the first embodiment.
  • the speaker device includes a frequency setting unit 120, a modulation unit 130, and a plurality of parametric speakers 140.
  • the parametric speaker 140 receives a modulation signal obtained by modulating an audio signal in the audible range into an ultrasonic band.
  • the frequency setting unit 120 acquires information indicating the voice quality required for the voice output from the parametric speaker 140. Then, the frequency setting unit 120 determines whether or not to change the frequency of the modulation signal among the plurality of parametric speakers 140 based on the acquired information indicating the voice quality. Then, the frequency setting unit 120 sets the frequency of the modulation signal in each of the plurality of parametric speakers 140 based on the determination result.
  • the modulation unit 130 generates a modulation signal having a frequency set by the frequency setting unit 120. This modulated signal is input to each parametric speaker 140.
  • FIG. 2 shows how the sound pressure of the frequency of the demodulated sound changes depending on the frequency of the modulation signal. As shown in this figure, as the frequency of the modulation signal increases, the frequency at which the sound pressure of the demodulated sound is maximized increases.
  • the speaker device is built in an electronic device, for example, a portable electronic device such as a portable communication terminal.
  • the parametric speaker 140 is also required to have low power consumption.
  • the frequency of the modulation signal is increased, the impedance of the parametric speaker 140 is decreased, so that the power consumption of the parametric speaker 140 is increased.
  • the frequency setting unit 120 varies the frequency of the modulation signal among the plurality of parametric speakers 140 when the required voice quality is high. Further, when the required voice quality is low, the frequency setting unit 120 matches the frequency of the modulation signal among a plurality of parametric speakers. Then, the frequency setting unit 120 sets the frequency at this time to be lower than the highest frequency among the frequencies when the voice quality is high. Therefore, the amount of power consumed by the parametric speaker 140 can be reduced. Note that the frequency setting unit 120 may lower the frequency of the modulation signal when the required voice quality is low than the average frequency when the voice quality is high.
  • the parametric speaker 140 has vibration means for outputting sound waves, for example, an ultrasonic vibrator such as a piezoelectric vibrator.
  • the plurality of parametric speakers 140 are arranged in an array, for example.
  • the frequency setting unit 120 stores a basic resonance frequency of the ultrasonic transducer in advance, and selects a frequency that is an integral multiple of the basic resonance frequency. For example, when the required voice quality is low, the frequency setting unit 120 sets the basic resonance frequency as the frequency of the modulation signal. In addition, when the required voice quality is high, the frequency setting unit 120 sets the fundamental resonance frequency and a frequency N times the fundamental resonance frequency (where N ⁇ 2 and an integer) to each modulation signal of the plurality of parametric speakers 140. Set as the frequency. The frequency setting unit 120 sets N in ascending order.
  • the modulation unit 130 modulates an audio signal to be reproduced by the parametric speaker 140 into a modulation signal for the parametric speaker. At this time, the frequency of the carrier wave of the modulation signal is set to the frequency set by the frequency setting unit 120.
  • the frequency setting unit 120 may directly input the audio quality required for the audio signal from the user, or may determine the audio quality based on the attribute information of the audio signal to be reproduced.
  • the attribute information here is, for example, the genre (music, movie sound, meeting, etc.) to which the audio signal belongs.
  • the quality of the sound output from the parametric speaker 140 can be increased as necessary. Further, an increase in power consumption of the parametric speaker 140 can be suppressed.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the speaker device according to the second embodiment.
  • This speaker device has the same configuration as that of the speaker device according to the first embodiment, except that the speaker device 110 is provided.
  • the directivity of the sound output from the parametric speaker 140 is changed depending on the number of people located around the electronic device. For example, when there is only a user of the electronic device around the electronic device, the directivity may not be so high. However, when there is a person other than the user around the electronic device, it is necessary to increase directivity so that the voice other than the user cannot hear.
  • the number detection unit 110 detects the number of people located around an electronic device having a speaker device.
  • the frequency setting unit 120 sets the frequency of the modulation signal when the required voice quality is low based on the number of people detected by the number of people detection unit 110. Specifically, the frequency setting unit 120 sets the frequency higher when the number of people detected by the number of people detection unit 110 is more than that when the number of people detected is one. This is because, as described above, the directivity of the sound output from the parametric speaker 140 increases as the frequency of the modulation signal increases. The directivity of the sound output from the parametric speaker 140 increases as the frequency of the modulation signal increases. Therefore, according to this embodiment, the above-described needs can be satisfied.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of the configuration of the number-of-people detection unit 110.
  • the number detection unit 110 includes an imaging unit 112 and an image processing unit 114.
  • the imaging unit 112 is a camera attached to an electronic device, for example, and generates image data by imaging the periphery of the electronic device.
  • the image processing unit 114 detects the number of people located around the electronic device by processing the image data generated by the imaging unit 112.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a second example of the configuration of the number-of-people detection unit 110.
  • the number detection unit 110 includes a sound acquisition unit 116 and a sound processing unit 118.
  • the sound acquisition unit 116 is, for example, a microphone attached to the electronic device, and converts sound around the electronic device into sound data.
  • the audio processing unit 118 processes the audio data generated by the audio acquisition unit 116 and recognizes the number of sound sources determined to be a person, thereby detecting the number of people located around the electronic device. Since the parametric speaker 140 is used, the region where the audible sound is demodulated can be separated from the microphone. In this case, an acoustic echo canceller is not required because an acoustic echo is hardly generated.
  • the number-of-people detection unit 110 preferably has two microphones spaced apart from each other. If it does in this way, the number of persons detection part 110 can also identify a sound source using BSS (Blind
  • BSS Blind
  • the number of persons detecting unit 110 may use the method shown in FIG. 5 and the method shown in FIG.
  • the frequency setting unit 120 sets the frequency of the modulation signal based on the number of people detected by the number of people detection unit 110. Therefore, if the required voice quality is low, if there is only a user of the electronic device around the electronic device, the directivity is lowered, and if there are people other than the user around the electronic device, the directivity is reduced. Can be high.

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Abstract

　周波数設定部（１２０）は、パラメトリックスピーカ（１４０）から出力される音声に要求される音声品質を示す情報を取得する。そして周波数設定部（１２０）は、取得した音声品質を示す情報に基づいて、変調信号の周波数を、複数のパラメトリックスピーカ（１４０）相互間で異ならせるか否かを判断する。そして周波数設定部（１２０）は、判断結果に基づいて複数のパラメトリックスピーカ（１４０）それぞれにおける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、各パラメトリックスピーカ（１４０）に入力される。

Description

スピーカ装置及び電子機器
　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。超音波は指向性が高いため、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。
　例えば特許文献１には、複数の超音波振動子を備える超音波振動子アレイをパラメトリックスピーカとして使用すること、及び、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。また特許文献１には、可聴音を再生すべき領域までの距離に応じて搬送波の周波数を変更することも記載されている。
特開２００８－１１３１９０号公報
　パラメトリックスピーカは、搬送波の周波数が高くなるにつれて、再生された可聴音のうち最も音圧が高くなる周波数も高くなる。このため、搬送波の周波数として複数の周波数を用いれば、可聴音の品質を高くすることができる。一方、複数の周波数の搬送波を用いる場合、搬送波の平均周波数が高くなるため、スピーカの消費電力が高くなってしまう、という課題が出てくる。
　本発明の目的は、必要に応じて可聴音の品質を高くすることができ、かつ消費電力が高くなることを抑制できる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複数のパラメトリックスピーカと、
　前記音声信号に要求される音声品質に基づいて、前記変調信号の周波数を、前記複数のパラメトリックスピーカ相互間で異ならせるか否かを判断し、判断結果に基づいて前記複数のパラメトリックスピーカそれぞれにおける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、
　前記周波数設定手段は、
　　前記音声品質が高い場合には、前記変調信号の周波数を前記複数のパラメトリックスピーカ相互間で異ならせ、
　　前記音声品質が低い場合には前記変調信号の周波数を前記複数のパラメトリックスピーカ相互間で一致させ、かつ前記音声品質が高い場合における前記周波数のうち最も高い周波数よりも低くす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、必要に応じて可聴音の品質を高くすることができ、かつ消費電力が高くなることを抑制できる。
　上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。
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。 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す図である。 実施形態の効果を説明するための図である。 第２の実施形態に係るスピーカ装置の構成を示すブロック図である。 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。
　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、周波数設定部１２０、変調部１３０、及び複数の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。周波数設定部１２０は、パラメトリックスピーカ１４０から出力される音声に要求される音声品質を示す情報を取得する。そして周波数設定部１２０は、取得した音声品質を示す情報に基づいて、変調信号の周波数を、複数のパラメトリックスピーカ１４０相互間で異ならせるか否かを判断する。そして周波数設定部１２０は、判断結果に基づいて複数のパラメトリックスピーカ１４０それぞれにおける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、各パラメトリックスピーカ１４０に入力される。
　図２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、図３に示すように、複数のパラメトリックスピーカ１４０における変調信号の周波数を互いに異ならせると、復調される音声の音圧の周波数依存性が低くなる。従って、復調された音声の品質が高くなる。
　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。このため、パラメトリックスピーカ１４０には、消費電力が少ないことも要求される。ここで変調信号の周波数が高くなると、パラメトリックスピーカ１４０のインピーダンスが低下するため、パラメトリックスピーカ１４０の消費電力が大きくなってしまう。
　これに対して本実施形態において、周波数設定部１２０は、要求される音声品質が高い場合には変調信号の周波数を複数のパラメトリックスピーカ１４０相互間で異ならせる。また周波数設定部１２０は、要求される音声品質が低い場合には、変調信号の周波数を複数のパラメトリックスピーカ相互間で一致させる。そして周波数設定部１２０は、このときの周波数を、音声品質が高い場合における周波数のうち最も高い周波数よりも低くする。従って、パラメトリックスピーカ１４０が消費する電力量を少なくすることができる。なお、周波数設定部１２０は、要求される音声品質が低い場合の変調信号の周波数を、音声品質が高い場合における平均周波数よりも低くしてもよい。
　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。複数のパラメトリックスピーカ１４０は、例えばアレイ状に配置されている。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、この基本共振周波数の整数倍の周波数を選択する。例えば周波数設定部１２０は、要求される音声品質が低い場合には、基本共振周波数を変調信号の周波数として設定する。また周波数設定部１２０は、要求される音声品質が高い場合には、基本共振周波数、及び基本共振周波数のＮ倍（ただしＮ≧２かつ整数）の周波数を、複数のパラメトリックスピーカ１４０それぞれの変調信号の周波数として設定する。なお周波数設定部１２０は、Ｎを小さい順に設定していく。
　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。
　なお、周波数設定部１２０は、音声信号に要求される音声品質を、直接ユーザから入力されても良いし、再生すべき音声信号の属性情報に基づいて音声品質を判断しても良い。ここでの属性情報は、例えば音声信号が属するジャンル（音楽、映画の音声、又は会議等）である。
　以上、本実施形態によれば、パラメトリックスピーカ１４０から出力される音声の品質を必要に応じて高くすることができる。またパラメトリックスピーカ１４０の消費電力が増大することを抑制できる。
（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構成を示すブロック図である。このスピーカ装置は、人数検出部１１０を備えている点を除いて、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。
　パラメトリックスピーカ１４０が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、人数検出部１１０は、スピーカ装置を有している電子機器の周囲に位置する人の数を検出する。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、要求される音声品質が低い場合における変調信号の周波数を設定する。具体的には、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。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。
　図５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６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。なお、パラメトリックスピーカ１４０を用いているため、可聴音が復調される領域を、マイクから離すことができる。この場合、音響エコーが生じにくくなるため、音響エコーキャンセラーを必要としない。
　なお、人数検出部１１０は、互いに離間した２つのマイクを有するのが好ましい。このようにすると、人数検出部１１０は、ＢＳＳ（Blind Source separation）技術を使用して音源を特定し、この音源を、音声を出力すべき人であると認識することもできる。これにより、スピーカ装置を内蔵する電子機器のユーザの位置を、ヘッドセットなどの機材を使用しなくても、リアルタイムで検出することができる。
　また、人数検出部１１０は、図５に示した方法と図６に示した方法を併用しても良い。
　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、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、要求される音声品質が低い場合、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。
　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。

Claims (8)

  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複数のパラメトリックスピーカと、
    　前記音声信号に要求される音声品質に基づいて、前記変調信号の周波数を、前記複数のパラメトリックスピーカ相互間で異ならせるか否かを判断し、判断結果に基づいて前記複数のパラメトリックスピーカそれぞれにおける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、
    　前記周波数設定手段は、
    　　前記音声品質が高い場合には、前記変調信号の周波数を前記複数のパラメトリックスピーカ相互間で異ならせ、
    　　前記音声品質が低い場合には前記変調信号の周波数を前記複数のパラメトリックスピーカ相互間で一致させ、かつ前記音声品質が高い場合における前記周波数のうち最も高い周波数よりも低くするスピーカ装置。
  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、前記周波数の少なくとも一つとして、前記振動手段の共振周波数の整数倍の周波数を選択し、かつ前記音声品質が低い場合には前記変調信号の周波数として前記振動手段の基本共振周波数を設定するスピーカ装置。
  3. 　請求項１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、
    　さらに、周囲に位置する人の人数を検出する人数検出手段を備え、
    　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し、かつ前記音声品質が低い場合には、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スピーカ装置。
  4. 　請求項３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。
  5. 　請求項３または４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人数を検出する画像処理手段を有するスピーカ装置。
  6. 　請求項３または４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。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載のスピーカ装置において、
    　前記周波数設定手段は、前記音声信号の属性に基づいて、前記音声品質を判断するスピーカ装置。
  8. 　請求項１～７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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