WO2019016905A1 - 音響処理装置及び音響出力装置 - Google Patents

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acoustic
sound
unit
output
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宮阪　修二
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株式会社ソシオネクスト
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/15—Transducers incorporated in visual displaying devices, e.g. televisions, computer displays, laptops

Definitions

  • the present invention relates to an acoustic processing device that processes an acoustic signal and an acoustic output device that outputs a sound.
  • television receivers (hereinafter, also simply referred to as “televisions”) tend to be chassis-designed with emphasis on thinning and design-oriented, and the speakers are directed downward to emit sound toward the lower surface of the television panel.
  • the sound emitted downward from the speaker is reflected and diffused on the upper surface of the stand on which the television is placed, and has no directivity.
  • Patent Document 1 discloses a technique for reproducing the explanatory sounds of a plurality of displayed items without interfering with each other by directional reproduction using ultrasonic waves.
  • the sound in which the sound signal emitted downward from the lower surface of the television panel is reflected on the upper surface of the television stand has little directivity and diffuses in four directions as described above.
  • the volume of the sound output can only be reduced.
  • it is comfortable for the normal listener who is listening to a specific listener at the same time, such as an explanatory voice for visually impaired people only such specific sound has directivity. I can not do it.
  • the directional speaker can be made detachable, and by not connecting the directional speaker to the television when the directional reproduction is not required, the same appearance as before can be maintained, and the design of the television body can be improved. It is conceivable to perform normal band reproduction and directional reproduction without loss.
  • the conventional television is not provided with an audio terminal capable of outputting an ultrasonic signal, in addition to an audio terminal for connecting a headphone and an external speaker, a dedicated audio for newly outputting an ultrasonic signal It is necessary to provide a terminal.
  • the present invention provides an acoustic processing device capable of performing acoustic reproduction with normal audible band and acoustic reproduction with directivity without providing a dedicated audio terminal for outputting an ultrasonic signal.
  • Another object of the present invention is to provide an acoustic output device capable of directional reproduction without losing its design.
  • an acoustic processing device is an acoustic signal including a frequency component equal to or less than Fh and having a sampling frequency of Fs, where Fh is a preset frequency.
  • An oversampling unit for oversampling a signal at a sampling frequency of 2 ⁇ Fs or more, a modulation unit for modulating an ultrasonic signal at a frequency Fc of 2 ⁇ Fh or more as a carrier using the acoustic signal, an acoustic output terminal, And a selection unit that selects at least one of the output signal of the oversampling unit and the output signal of the modulation unit and outputs the selected signal to the sound output terminal.
  • an audio output device includes an audible band speaker outputting sound in an audible band in the vertical direction and sound by ultrasonic waves in the horizontal direction. And an ultrasonic speaker for outputting.
  • an acoustic processing device capable of performing acoustic reproduction with normal audible band and acoustic reproduction with directivity without providing a dedicated audio terminal for outputting an ultrasonic signal is realized.
  • an acoustic output device capable of directional reproduction without impairing the design is realized.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the upper limit frequency Fh, the sampling frequency Fs, and the Nyquist frequency Fn.
  • FIG. 3 is a timing chart showing an example of a signal for explaining the operation of the oversampling unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing frequency components of the output signal from the oversampling unit.
  • FIG. 5 is a timing chart showing an example of a signal for explaining the operation of the modulation unit.
  • FIG. 6 is a diagram showing frequency components of an output signal from the modulation unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency components of the output signal from the adder.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the upper limit frequency Fh, the sampling frequency Fs, and the Nyquist frequency Fn.
  • FIG. 3 is a timing
  • FIG. 8 is a diagram showing that an output signal from the sound processing apparatus can be used by a speaker in the audible band and an ultrasonic speaker.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing apparatus according to the first modification of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing device according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing device according to the third modification of the first embodiment.
  • FIG. 12 is an external view of the sound output apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the sound output device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a sound processing apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the sound processing device 10 is a signal processing device that outputs an acoustic signal in the audible band and an ultrasonic signal including the acoustic signal by processing an acoustic signal, and includes the oversampling unit 11, the modulation unit 12, the adder 13, and , And an acoustic output terminal 14.
  • an audible band speaker 20, a headphone 21, and an ultrasonic speaker 22 are also illustrated as the speakers connected to the sound output terminal 14.
  • the "acoustic signal” is not only voice but also a signal widely including all sounds such as musical instruments.
  • the acoustic signal to be input is a digital signal with a sampling frequency of Fs, where Fh is a preset frequency, and the sampling frequency is Fs (hereinafter Fh is also referred to as “upper limit frequency”).
  • the upper limit frequency Fh is an upper limit value of a main frequency component on human auditory sense, and specifically, is a value of 14 kHz or more and 24 kHz or less, and is 20 kHz in the present embodiment.
  • the sampling frequency Fs is, for example, 48 kHz standardized as a sampling frequency of an audio signal in main media such as digital television broadcast and DVD (Digital Versatile Disc) / BD (Blu-ray (registered trademark) Disc).
  • An acoustic signal having a sampling frequency Fs of 48 kHz can include signal components up to 24 kHz, which is its Nyquist frequency Fn.
  • the relationship between the upper limit frequency Fh, the sampling frequency Fs, and the Nyquist frequency Fn is as shown in FIG.
  • the upper limit frequency Fh has individual differences and further decreases with age, so depending on the application, it may be set to 17 kHz, 14 kHz, or the like. That is, the sampling frequency Fs and the Nyquist frequency Fn are frequencies defined as the standard of the device for providing the input signal to the sound processing apparatus 10 of the present invention, while the upper limit frequency Fh relates to the present embodiment. It is a frequency which is uniquely determined (by the use or design convenience etc.) of the sound processing apparatus 10.
  • the oversampling unit 11 is a signal processing unit that oversamples the input acoustic signal to a signal with a sampling frequency of 2 ⁇ Fs or more. In the present embodiment, the oversampling unit 11 oversamples the input acoustic signal to a signal having a sampling frequency Fs of 192 kHz.
  • the modulation unit 12 is a signal processing unit that modulates an ultrasonic signal with a frequency Fc of 2 ⁇ Fh or more as a carrier wave using the input acoustic signal.
  • the modulation unit 12 oversamples the input acoustic signal to a sampling frequency Fs that is four times, and amplitude-modulates an ultrasonic signal at a frequency Fc of 40 kHz, using the obtained signal as a modulation signal.
  • the adder 13 is a signal processing unit that adds the output signal of the oversampling unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputs the result to the sound output terminal 14.
  • the adder 13 is an example of a selection unit that selects at least one of the output signal of the oversampling unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputs the selected signal to the sound output terminal 14.
  • the sound output terminal 14 is a terminal for outputting the output signal from the adder 13, and the audible band speaker 20, the headphone 21 or the ultrasonic speaker 22 is selectively connected.
  • the audible band speaker 20 is a commercially available speaker for the audible band.
  • the headphones 21 are generally commercially available headphones and may be of an inner phone type.
  • the ultrasonic speaker 22 is a speaker that emits ultrasonic waves, and may be a so-called parametric speaker in which a plurality of transducers capable of emitting ultrasonic waves are arranged on a plane.
  • the oversampling unit 11, the modulation unit 12, and the adder 13 may be realized as software by a ROM storing a program, a RAM temporarily holding data, a processor executing a program, or the like. And may be realized in hardware by digital signal processing circuits such as digital adders.
  • FIG. 3 is a timing chart showing an example of a signal for explaining the operation of the oversampling unit 11. More specifically, (a) of FIG. 3 illustrates an example of an acoustic signal input to the oversampling unit 11. (B) of FIG. 3 illustrates an example of a signal in an intermediate process in the oversampling unit 11. (C) of FIG. 3 shows an example of the output signal from the oversampling unit 11.
  • the oversampling unit 11 converts an input signal as shown in (a) of FIG. 3, that is, an acoustic signal with a sampling frequency Fs of 48 kHz as shown in (b) of FIG. A signal of four times the number of samples is generated by inserting three samples whose amplitude is zero between each sample of. Subsequently, the oversampling unit 11 generates an output signal with a sampling frequency Fs of 192 kHz as shown in (c) of FIG. 3 by applying a low pass filter of 24 kHz to the generated signal.
  • the distortion component in the high region is smoothly interpolated by removing the high-frequency distortion component with the low-pass filter having the 24 kHz Nyquist frequency of the original acoustic signal as the cutoff frequency.
  • the sampling frequency Fs can generate a signal of 192 kHz.
  • the oversampling process illustrated in FIG. 3 is merely an example, and may be another method.
  • FIG. 4 is a diagram showing frequency components of the output signal from the oversampling unit 11. As shown in FIG. As shown in the figure, the output signal from the oversampling unit 11 is a signal with a sampling frequency Fs of 192 kHz, but in the band lower than the upper limit frequency Fh (here, 20 kHz), the aurally main frequency component is It contains.
  • Fs sampling frequency
  • Fh upper limit frequency
  • FIG. 5 is a timing chart showing an example of a signal for explaining the operation of the modulation unit 12. More specifically, (a) of FIG. 5 illustrates an example of a signal (a signal with a sampling frequency Fs of 192 kHz) in an intermediate process in the modulation unit 12. (B) of FIG. 5 shows an example of an ultrasonic wave signal (a 40 kHz sine wave with a sampling frequency of 192 kHz) as a carrier wave used for modulation. (C) of FIG. 5 shows an example of an output signal (that is, a modulated signal) from the modulation unit 12.
  • the modulation unit 12 first performs four-fold oversampling on the acoustic signal having a sampling frequency Fs of 48 kHz input thereto, thereby obtaining a signal having a sampling frequency Fs of 192 kHz as shown in (a) of FIG. 5. Generate Subsequently, the modulation unit 12 amplitude-modulates the 40 kHz sine wave (ultrasound signal) shown in (b) of FIG. 5 as a carrier wave using the signal obtained by oversampling as a modulation signal. A modulated signal as shown in (c) of 5 is generated.
  • the frequency Fc of the carrier wave is set to a value twice or more the upper limit frequency Fh.
  • the carrier frequency Fc is 40 kHz.
  • the frequency Fc of the carrier wave is not limited to 40 kHz, and may be a value larger than 40 kHz.
  • the carrier frequency Fc may be set to 28 kHz.
  • the modulation unit 12 In modulation by the modulation unit 12, the simplest method is to multiply the signal shown in (a) of FIG. 5 by the carrier wave shown in (b) of FIG.
  • the modulation method may be any other method.
  • FIG. 6 is a diagram showing frequency components of the output signal from the modulation unit 12.
  • the output signal from the modulation unit 12 includes the main frequency component (frequency component below the upper limit frequency Fh) of the input acoustic signal in the side band of the carrier frequency of 40 kHz. That is, the modulated signal (sideband) is in the range of ⁇ Fh of the carrier frequency Fc.
  • the sidebands exist on the left and right sides (low and high frequencies) of the carrier wave, modulation may be performed so that only the low frequency side is generated, or only the high frequency side is generated.
  • the modulation may be performed as described above, or the modulation may be performed so that at least one of the low band and the high band is selectively generated according to the frequency component of the signal before the modulation.
  • processing in the oversampling unit 11 or the processing in the modulation unit 12 may be first or simultaneous.
  • the adder 13 adds the output signal from the oversampling unit 11 and the output signal from the modulation unit 12. Specifically, since the output signal from the oversampling unit 11 and the output signal from the modulation unit 12 are both signals with a sampling frequency Fs of 192 kHz, the adder 13 calculates the corresponding samples of these two signals. Add the amplitudes.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency components of the output signal from the adder 13.
  • the carrier frequency Fc is set to 2 ⁇ Fh or more
  • the output signal of the adder 13 is input to the sound output terminal 14.
  • the sound output terminal 14 may be compatible with a widely available audio minijack.
  • An audible band speaker 20 may be connected to the sound output terminal 14, a headphone 21 may be connected, or an ultrasonic speaker 22 may be connected.
  • the audio band speaker 20, the headphone 21, and the ultrasonic speaker 22 have built-in or attached filters or amplifiers according to their respective characteristics.
  • FIG. 8 is a view showing that an output signal from the sound processing apparatus 10 according to the present embodiment can be used by the speaker in the audible band (the speaker 20 for the audible band and the headphone 21) and the ultrasonic speaker 22.
  • the aurally main frequency component of the original sound signal and the frequency component of the carrier wave of the ultrasonic band modulated by the sound signal are It exists without interfering with each other. Therefore, when an audible band speaker (audible band speaker 20 or headphone 21) capable of reproducing only the audible band is connected to the sound output terminal 14, the ultrasonic component is not reproduced and only the original sound signal is reproduced.
  • the ultrasonic speaker 22 when the ultrasonic speaker 22 is connected to the sound output terminal 14, the ultrasonic speaker 22 can reproduce only the signal of the ultrasonic band and the person can not hear the ultrasonic component, so the person can use ultrasonic waves. Only the swell of the component (i.e. the sound in the audible band) is heard.
  • the signal of the ultrasonic band reproduced by the ultrasonic speaker 22 since the signal of the ultrasonic band reproduced by the ultrasonic speaker 22 is obtained by modulating the ultrasonic signal with the acoustic signal of the audible band, the ultrasonic speaker 22 causes the wave of the sound wave due to the carrier wave and the sideband As a result, coupled with the straightness of the ultrasonic signal, a sharp sound with directivity is reproduced.
  • sound processing apparatus 10 when the frequency set in advance is Fh, sound processing apparatus 10 according to the present embodiment includes a frequency component equal to or lower than Fh and has a sampling frequency of Fs, which is a digital signal of 2 ⁇ Fs.
  • An oversampling unit 11 for oversampling to a signal of the above sampling frequency, a modulation unit 12 for modulating an ultrasound signal of a frequency Fc of 2 ⁇ Fh or more as a carrier using an acoustic signal, an acoustic output terminal 14, and oversampling
  • a selection unit here, an adder 13 for selecting at least one of the output signal of the unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputting the selected signal to the sound output terminal 14 is provided.
  • At least one of the acoustic signal and the ultrasonic signal in the audible band is selected and output from one acoustic output terminal 14, so that ordinary audio can be generated without providing a dedicated audio terminal for outputting the ultrasonic signal.
  • Acoustic reproduction with a band and acoustic reproduction with directivity can be performed.
  • the selection unit is the adder 13 which adds the output signal of the oversampling unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputs the result to the sound output terminal 14.
  • acoustic reproduction in the normal audible band and Acoustic reproduction with directivity can be selectively performed.
  • audio reproduction with normal audible band and audio reproduction with directivity can be performed by one signal, and the audio band speaker (audio band speaker 20 and headphone 21) and ultrasonic speaker 22 are common.
  • the sound output terminal 14 can be used by being detached.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing apparatus 10a according to the first modification of the first embodiment.
  • the sound processing apparatus 10a corresponds to the sound processing apparatus 10 according to the first embodiment in which the modulation unit 12 is replaced with a new modulation unit 12a.
  • the modulation unit 12a modulates the ultrasonic signal as a carrier wave using the output signal from the oversampling unit 11, instead of using the acoustic signal input to the acoustic processing device 10a.
  • the modulation unit 12 in order to generate a signal with a sampling frequency Fs of 192 kHz shown in (a) of FIG. 5, the modulation unit 12 is four times over the acoustic signal input to the acoustic processing device 10a. I was sampling. In this modification, the modulation unit 12a omits the oversampling process by using the output signal from the oversampling unit 11 as an input signal.
  • the modulation unit 12a performs modulation using the output signal from the oversampling unit 11 as the modulation signal and using the ultrasonic signal shown in (b) of FIG. 5 as the carrier wave, as shown in (c) of FIG. Generate the modulated signal shown.
  • the modulation unit 12a uses the output signal from the oversampling unit 11 to modulate the ultrasound signal as a carrier wave.
  • the oversampling unit 11 is shared not only for oversampling to generate a signal in the audible band, but also for preprocessing of modulation by the modulation unit 12, and processing in the modulation unit 12a is simplified. .
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing apparatus 10b according to the second modification of the first embodiment.
  • the acoustic processing device 10 b includes acoustic signals (the first acoustic signal and the second acoustic signal, respectively) that are input to the oversampling unit 11 and the modulation unit 12 are separate signals. It corresponds to what was separated into).
  • the oversampling unit 11 oversamples the first acoustic signal to a signal with a sampling frequency of 2 ⁇ Fs or more.
  • the modulation unit 12 modulates an ultrasonic signal with a frequency Fc of 2 ⁇ Fh or higher as a carrier wave using the second acoustic signal.
  • the first sound signal is, for example, a sound signal (main sound) of a main part of television broadcasting
  • the second sound signal may be a sub sound accompanying the broadcasting, or a visually impaired person. It may be an explanatory voice for
  • the first audio signal may be primary audio in the Blu-ray Disc standard, while the second audio signal may be secondary audio associated therewith.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of the sound processing device 10c according to the third modification of the first embodiment.
  • the sound processing apparatus 10c corresponds to the sound processing apparatus 10 according to the first embodiment in which the adder 13 is replaced with a switch 13a.
  • the switch 13a is a device that selects one of the output signal of the oversampling unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputs the selected signal to the sound output terminal 14.
  • the switch 13a includes, for example, a mechanical switch or a semiconductor switch.
  • the switch 13 a is an example of a selection unit that selects at least one of the output signal of the oversampling unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputs the selected signal to the sound output terminal 14.
  • the switching control of the switch 13a may be switching in conjunction with a manual operation by a switch such as a button or a dial provided on the sound processing device 10c, or the type of a speaker or headphone connected to the sound output terminal 14 It may be switched automatically according to For example, the switch 13a determines the type of the connected speaker or headphone according to the presence or voltage of a specific connection pin of the speaker or headphone inserted into the sound output terminal 14, and as a result, the speaker in the audible band ( When it is detected that the audible band speaker 20 or the headphone 21 is connected, switching is performed so that the output signal from the oversampling unit 11 is output to the sound output terminal 14 while the ultrasonic speaker 22 is connected. When detected, the output signal from the modulation unit 12 is switched so as to be output to the sound output terminal 14.
  • a switch such as a button or a dial provided on the sound processing device 10c
  • the selection unit is the switch 13 a that selects one of the output signal of the oversampling unit 11 and the output signal of the modulation unit 12 and outputs the selected signal to the sound output terminal 14.
  • an acoustic signal in the audible band and an ultrasonic signal including the acoustic signal are selectively output from the acoustic output terminal 14. Therefore, by switching the selection unit, the acoustic reproduction and directivity of the normal audible band are achieved. Sound reproduction can be selectively performed.
  • FIG. 12 is an external view of the sound output apparatus 30 according to the second embodiment.
  • the acoustic output device 30 includes, as characteristic components, an audible band speaker 20 that outputs sound in the audible band in the vertical direction, and an ultrasonic speaker 22 that outputs sound by ultrasonic waves in the horizontal direction.
  • an example is shown in which the sound output device 30 is applied to a television, and the sound output includes the case 31 in which the display 32 and the audible band speaker 20 are incorporated, and the ultrasonic speaker 22. Apparatus 30 is shown.
  • the audible band speaker 20 is fixed inside the housing 31. Note that although the audible band speaker 20 appears to be exposed on the surface in FIG. 12 for the purpose of explanation, since it is actually built in the housing 31, it can not be viewed from the front.
  • the audible band speaker 20 is disposed downward on the lower surface of the case 31 from the viewpoint of emphasizing the design of the television case.
  • the ultrasonic speaker 22 is detachably connected to the sound output terminal provided in the housing 31 and is arranged to emit sound in the horizontal direction. This is to provide a highly directional ultrasonic signal to a listener facing the television screen.
  • the listener is, for example, a listener requiring an explanatory voice for the visually impaired.
  • the ultrasonic speaker 22 may also be fixed inside the housing 31 or may be attached to the housing 31 in a detachable form.
  • the design of the television case is not impaired, and in the case where directional sound is required, the ultrasonic speaker is provided to the sound output terminal such as the headphone output terminal conventionally provided in the television.
  • the sound output terminal such as the headphone output terminal conventionally provided in the television.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of the sound output device 30 according to the present embodiment.
  • the sound output device 30 includes an antenna 40, a tuner 41, a disk 42, a disk drive 43, a front end 44, a demultiplexing unit 45, an image decoder 46, an image output unit 47, an audio decoder 48, an audio output unit 49, a display 32, and audio.
  • the processor 10 b and the ultrasonic speaker 22 are provided.
  • the antenna 40 is an antenna for television broadcast reception, and is, for example, a parabola antenna.
  • the antenna 40 may be a receiver or a connector connected to a cable for distributing the television broadcast.
  • the tuner 41 is a television broadcast tuner, and may be a type incorporated in the housing 31 or may be a type installed outside the housing 31 such as a set top box.
  • the disc 42 is a recording medium for recording and reproduction, and is, for example, a DVD, a BD, or the like.
  • the disk drive 43 is a drive device for recording video content on the disk 42 and reproducing video content recorded on the disk 42.
  • the disk drive 43 may be a type incorporated in the housing 31 or may be an independent device. It may be of a type installed outside the housing 31 such as a BD recorder.
  • the front end 44 is a circuit that demodulates the signal read from the disk 42 and performs signal processing such as error correction.
  • the demultiplexing unit 45 demultiplexes the video stream output from the tuner 41 or the front end 44 into an image stream and an audio stream, and outputs the demultiplexed video stream to the image decoder 46 and the audio decoder 48, respectively.
  • the image decoder 46 is a circuit that decodes and outputs the encoded image stream output from the demultiplexing unit 45.
  • the image output unit 47 is a circuit that shapes the waveform of the image stream output from the image decoder 46 and outputs it as an image signal.
  • the display 32 is a display panel that displays the image signal output from the image output unit 47, and is, for example, an LCD.
  • the sound decoder 48 decodes the coded sound stream output from the demultiplexing unit 45, and the first sound signal (here, a signal for main voice) and the second sound signal (here, sub-voice signal) And a signal to be output separately.
  • the acoustic decoder 48 is an example of an acoustic signal acquisition unit that acquires an acoustic signal that is a digital signal having a sampling frequency of Fs and including frequency components equal to or lower than Fh, where Fh is a preset frequency.
  • the sound output unit 49 is a circuit that converts the first sound signal output from the sound decoder 48 into an analog signal and amplifies the signal.
  • the audible band speaker 20 is a speaker that reproduces the first sound signal output from the sound output unit 49 and outputs sound in the audible band, and is disposed downward on the lower surface of the housing 31 as described above. ing. That is, the audible band speaker 20 is connected to the acoustic signal acquisition unit (here, the acoustic output unit 49 so that the acoustic signal acquired by the acoustic signal acquisition unit (here, the first acoustic signal) is input. And the sound decoder 48).
  • the acoustic processing device 10 b is an acoustic processing device according to the second modification of the first embodiment, and oversamples the first acoustic signal output from the acoustic decoder 48 and the second audio signal output from the acoustic decoder 48.
  • the ultrasonic signal is modulated as a carrier wave using an acoustic signal, and the two obtained signals are added and output from the acoustic output terminal 14.
  • the ultrasonic speaker 22 is connected to the sound output terminal 14 of the sound processing apparatus 10b as needed, and is arranged to emit sound in the horizontal direction as described above. That is, the ultrasonic speaker 22 is connected to the sound processing apparatus 10b (here, the sound of the sound processing apparatus 10b so that the output signal from the selection unit (here, the adder 13) of the sound processing apparatus 10b is input. It is connected to the output terminal 14).
  • the audible band speaker 20 incorporated in the housing 31 is connected to the sound decoder 48 via the sound output unit 49, while the ultrasonic speaker 22 is As it is connected to the sound output terminal 14 of the sound processing apparatus 10b, the main voice is emitted without directivity and the sub sound is emitted with a directivity toward a specific listener without impairing the design of the television case. Be heard.
  • the sub audio can also be heard through the headphones.
  • the audible band speaker 20 is connected to the sound decoder 48 via the sound output unit 49, but instead, the sound band output unit 30 is connected via the sound output unit 49.
  • You may connect to the output terminal of the oversampling part 11 with which the sound processing apparatus 10b is provided. That is, the output signal from the oversampling unit 11 included in the sound processing device 10 b may be input to the adder 13 and also to the sound output unit 49. As a result, the output signal from the oversampling unit 11 included in the sound processing apparatus 10b is input to the audible band speaker 20 through the sound output unit 49. Therefore, as in the second embodiment, from the audible band speaker 20, The main voice is emitted.
  • the sound processing apparatus and the sound output apparatus according to the present invention have been described above based on the first embodiment, the first to third modifications thereof, and the second embodiment, the present invention is not limited to these embodiments and modifications. It is not limited. Unless it deviates from the main point of the present invention, what applied various modification which a person skilled in the art thinks to this embodiment and modification, and another form constructed combining some components in the embodiment and modification. Also included within the scope of the present invention.
  • the device incorporating the sound processing device according to the first embodiment or the sound output device according to the second embodiment is a high resolution audio compatible device that has been developed and commercialized in recent years, high resolution audio Since the audio output terminal for outputting a signal is provided, such a high resolution audio compatible audio output terminal may be used in common with the audio output terminal 14 in the above-described embodiment and modification. This is because the high resolution audio standard has the ability to reproduce 96 kHz or 192 kHz signals.
  • the sound output apparatus 30 according to the second embodiment includes the sound processing apparatus 10b according to the second modification of the first embodiment.
  • the sound processing apparatus according to the first embodiment is replaced with the sound processing apparatus 10b.
  • the apparatus 10 is provided with an acoustic processing apparatus realized by an acoustic processing apparatus 10a according to the first modification of the first embodiment, an acoustic processing apparatus 10c according to the third modification of the first embodiment, or a combination of components thereof. May be
  • the output signal from the oversampling unit 11 and the output signal from the modulation unit 12 are both signals with a sampling frequency Fs of 192 kHz, they are not necessarily signals with the same sampling frequency Fs. It does not have to be.
  • the adder 13 interpolates the output signal with the smaller sampling frequency Fs to align the sampling frequencies Fs, and then adds the two output signals. Good.
  • the present invention is an audio processing apparatus for processing an audio signal and an audio output apparatus for outputting sound, in particular, since it can simultaneously reproduce normal sound and an ultrasonic signal having directivity, for example, a television receiver, It can be used for playback equipment such as DVD / BD.

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Abstract

音響処理装置（１０）は、予め設定した周波数をＦｈとしたとき、Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部（１１）と、音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調するモジュレーション部（１２）と、音響出力端子（１４）と、オーバーサンプリング部（１１）の出力信号及びモジュレーション部（１２）の出力信号を加算して音響出力端子（１４）に出力する加算器（１３）とを備える。

Description

音響処理装置及び音響出力装置
　本発明は、音響信号を処理する音響処理装置及び音を出力する音響出力装置に関する。
　近年のテレビ受像機（以下、単に「テレビ」ともいう）は、薄型化重視、デザイン性重視の筐体設計が行われる傾向にあり、スピーカはテレビパネルの下面に向けて出音するように下向きに設置されているケースがほとんどである。その場合、スピーカから下向きに出音された音声は、テレビを置いている台の上面で反射して拡散し、指向性をもたない。
　一方、従来、超音波スピーカを用いた指向性の鋭い音の再生技術が提案されている。この技術は、可聴帯域の信号を用いて、超音波信号を搬送波として変調することで、それによって生成される側帯波と搬送波とによる音波のうねりを聴かせるものであり、超音波信号がもつ直進性と相まって、指向性の鋭い音をリスナーに提供する。特許文献１には、超音波を用いた指向性再生によって、複数の陳列物の説明音声を相互に邪魔しないように再生する技術が開示されている。
国際公開第２０１２／１５７２１９号
　ところで、テレビパネルの下面から下向きに出音された音声信号がテレビ台の上面で反射した音は、上述したように、指向性がほとんどなく、四方に拡散する。よって、例えば、夜間に隣室に音を漏らさないようにしようとするには、出音のボリュームを小さくするしかない。また、視覚障碍者用の解説音声など、特定のリスナーに向けて出音する方が同時に試聴している健常者にとって快適であるような場合でも、そのような特定の音だけに指向性を持たせるようなことができない。
　そこで、指向性の鋭い音声を出音するために、前述の指向性再生の技術をテレビに内蔵させ、超音波スピーカでその出力信号を再生するようにすることが考えられる。ところが、指向性スピーカについては、その音を聞きたいリスナーに正対して配置されなければならないので、近年のテレビ筐体のデザイン性（スピーカの存在を感じさせない外観）を損ねる。
　それを回避するためには、指向性スピーカを着脱可能とし、指向性再生を必要としない場合に指向性スピーカをテレビに接続しないことで、従来と同様の外観を保ち、テレビ本体のデザイン性を損ねずに通常帯域の再生と指向性再生とを行うことが考えられる。
　しかしながら、従来のテレビには、超音波信号を出力できるオーディオ端子が備えられていないので、ヘッドホンや外付けスピーカを接続するためのオーディオ端子のほかに、新たに超音波信号を出力する専用のオーディオ端子を設ける必要がある。
　そこで、本発明は、超音波信号を出力する専用のオーディオ端子を設けることなく、通常の可聴帯域の音響再生と指向性を伴った音響再生とを行うことができる音響処理装置を提供することを目的とする。また、デザイン性を損なわないで指向性再生も行える音響出力装置を提供することをも目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る音響処理装置は、予め設定した周波数をＦｈとしたとき、前記Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部と、前記音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調するモジュレーション部と、音響出力端子と、前記オーバーサンプリング部の出力信号及び前記モジュレーション部の出力信号の少なくとも一つを選択して前記音響出力端子に出力する選択部とを備える。
　また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る音響出力装置は、鉛直方向に向けて可聴帯域の音を出力する可聴帯域用スピーカと、水平方向に向けて超音波による音を出力する超音波スピーカとを備える。
　なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム又はコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
　本発明により、超音波信号を出力する専用のオーディオ端子を設けることなく、通常の可聴帯域の音響再生と指向性を伴った音響再生とを行うことができる音響処理装置が実現される。また、デザイン性を損なわないで指向性再生も行える音響出力装置が実現される。
図１は、実施の形態１に係る音響処理装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、上限周波数Ｆｈ、サンプリング周波数Ｆｓ、ナイキスト周波数Ｆｎの関係を示す図である。 図３は、オーバーサンプリング部の動作を説明するための信号例を示すタイミングチャートである。 図４は、オーバーサンプリング部からの出力信号の周波数成分を示す図である。 図５は、モジュレーション部の動作を説明するための信号例を示すタイミングチャートである。 図６は、モジュレーション部からの出力信号の周波数成分を示す図である。 図７は、加算器からの出力信号の周波数成分を示す図である。 図８は、音響処理装置からの出力信号が、可聴帯域のスピーカと超音波スピーカとで供用できることを示す図である。 図９は、実施の形態１の変形例１に係る音響処理装置の構成例を示すブロック図である。 図１０は、実施の形態１の変形例２に係る音響処理装置の構成例を示すブロック図である。 図１１は、実施の形態１の変形例３に係る音響処理装置の構成例を示すブロック図である。 図１２は、実施の形態２に係る音響出力装置の外観図である。 図１３は、本実施の形態に係る音響出力装置の構成例を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、信号波形、処理手順等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る音響処理装置１０の構成例を示すブロック図である。
　音響処理装置１０は、音響信号を処理することで可聴帯域の音響信号と音響信号を含む超音波信号とを出力する信号処理装置であり、オーバーサンプリング部１１、モジュレーション部１２、加算器１３、及び、音響出力端子１４を備える。なお、本図には、音響出力端子１４に接続されるスピーカ類として、可聴帯域用スピーカ２０、ヘッドホン２１、及び、超音波スピーカ２２も併せて図示されている。なお、「音響信号」とは、音声だけでなく、広く、楽器等のあらゆる音を含む信号である。
　入力される音響信号は、予め設定した周波数をＦｈとしたとき、Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である（以下、Ｆｈを「上限周波数」ともいう）。上限周波数Ｆｈは、人の聴感上の主要な周波数成分の上限値であり、具体的には、１４ｋＨｚ以上２４ｋＨｚ以下の値であり、本実施の形態では、２０ｋＨｚである。サンプリング周波数Ｆｓは、例えば、デジタルテレビ放送やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）／ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）　Ｄｉｓｃ）など主要なメディアにおける音声信号のサンプリング周波数として規格化された４８ｋＨｚである。サンプリング周波数Ｆｓが４８ｋＨｚの音響信号は、そのナイキスト周波数Ｆｎである２４ｋＨｚまでの信号成分を含むことができる。これらの上限周波数Ｆｈ、サンプリング周波数Ｆｓ、ナイキスト周波数Ｆｎの関係は、図２に示される通りである。
　なお、上限周波数Ｆｈは、個人差があり、更に加齢によって低下するので、用途によっては、１７ｋＨｚや１４ｋＨｚなどに設定してもよい。つまり、サンプリング周波数Ｆｓ、及び、ナイキスト周波数Ｆｎは、本発明の音響処理装置１０に入力信号を提供する機器の規格として定められた周波数であり、一方、上限周波数Ｆｈは、本実施の形態に係る音響処理装置１０について固有に（用途や設計上の利便性などで）定める周波数である。
　オーバーサンプリング部１１は、入力された音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングする信号処理部である。本実施の形態では、オーバーサンプリング部１１は、入力された音響信号をサンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号にオーバーサンプリングする。
　モジュレーション部１２は、入力された音響信号を用いて、２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調する信号処理部である。本実施の形態では、モジュレーション部１２は、入力された音響信号を４倍のサンプリング周波数Ｆｓにオーバーサンプリングし、得られた信号を変調信号として、４０ｋＨｚの周波数Ｆｃの超音波信号を振幅変調する。
　加算器１３は、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号を加算して音響出力端子１４に出力する信号処理部である。なお、この加算器１３は、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号の少なくとも一つを選択して音響出力端子１４に出力する選択部の一例である。
　音響出力端子１４は、加算器１３からの出力信号を出力する端子であり、可聴帯域用スピーカ２０、ヘッドホン２１、又は、超音波スピーカ２２が選択的に接続される。可聴帯域用スピーカ２０は、一般的に市販されている可聴帯域用のスピーカである。ヘッドホン２１は、一般的に市販されているヘッドホンであり、インナーホンタイプのものであってもよい。超音波スピーカ２２は、超音波を出音するスピーカであり、超音波を出音できるトランスデューサを複数個、平面上に複数配置した所謂パラメトリックスピーカであってもよい。
　なお、オーバーサンプリング部１１、モジュレーション部１２及び加算器１３は、プログラムを格納したＲＯＭ、一時的にデータを保持するＲＡＭ、プログラムを実行するプロセッサ等によってソフトウェア的に実現されてもよいし、デジタルフィルタ、デジタル加算器等のデジタル信号処理回路によってハードウェア的に実現されてもよい。
　次に、以上のように構成された本実施の形態における音響処理装置１０の動作について説明する。
　図３は、オーバーサンプリング部１１の動作を説明するための信号例を示すタイミングチャートである。より詳しくは、図３の（ａ）は、オーバーサンプリング部１１に入力される音響信号の一例を示す。図３の（ｂ）は、オーバーサンプリング部１１での中間過程における信号の一例を示す。図３の（ｃ）は、オーバーサンプリング部１１からの出力信号の一例を示す。
　オーバーサンプリング部１１は、まず、図３の（ａ）に示されるような入力信号、つまり、サンプリング周波数Ｆｓが４８ｋＨｚの音響信号に対して、図３の（ｂ）に示されるように、音響信号の各サンプル間に振幅がゼロである３つのサンプルを挿入することで４倍のサンプル数の信号を生成する。続いて、オーバーサンプリング部１１は、生成した信号に対して、２４ｋＨｚのローパスフィルタをかけることで、図３の（ｃ）に示されるようなサンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの出力信号を生成する。このように、振幅がゼロのサンプルで補間した信号に対して、元の音響信号のナイキスト周波数である２４ｋＨｚをカットオフ周波数とするローパスフィルタで高域の歪成分を除去することで、滑らかに補間された、サンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号を生成できる。なお、図３に示すオーバーサンプリング処理は、一例に過ぎず、他の方法であってもよい。
　図４は、オーバーサンプリング部１１からの出力信号の周波数成分を示す図である。本図に示されるように、オーバーサンプリング部１１からの出力信号は、サンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号であるが、上限周波数Ｆｈ（ここでは、２０ｋＨｚ）以下の帯域に、聴感上主要な周波数成分を含んでいる。
　図５は、モジュレーション部１２の動作を説明するための信号例を示すタイミングチャートである。より詳しくは、図５の（ａ）は、モジュレーション部１２での中間過程における信号（サンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号）の一例を示す。図５の（ｂ）は、変調に用いられる搬送波としての超音波信号（サンプリング周波数１９２ｋＨｚによる４０ｋＨｚのサイン波）の一例を示す。図５の（ｃ）は、モジュレーション部１２からの出力信号（つまり、被変調信号）の一例を示す。
　モジュレーション部１２は、まず、入力されたサンプリング周波数Ｆｓが４８ｋＨｚの音響信号に対して、４倍のオーバーサンプリングをすることで、図５の（ａ）に示されるようなサンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号を生成する。続いて、モジュレーション部１２は、オーバーサンプリングで得られた信号を変調信号として用いて、図５の（ｂ）に示される４０ｋＨｚのサイン波（超音波信号）を搬送波として振幅変調することで、図５の（ｃ）に示されるような被変調信号を生成する。
　ここで、搬送波の周波数Ｆｃは、上限周波数Ｆｈの２倍以上の値に設定されている。本実施の形態では、上限周波数Ｆｈを２０ｋＨｚとしたので、搬送波の周波数Ｆｃは４０ｋＨｚとした。ただし、搬送波の周波数Ｆｃは、４０ｋＨｚに限られず、４０ｋＨｚより大きい値であってもよい。また、上限周波数Ｆｈを例えば１４ｋＨｚとみなすなら（すなわち、１４ｋＨｚ以上の周波数成分が聴こえないはずのユーザを対象とする場合、あるいは、入力される音響信号が１４ｋＨｚをカットオフ周波数とするローパスフィルタが掛けられた信号である場合、あるいは、入力される音響信号に対して１４ｋＨｚをカットオフ周波数とするローパスフィルタを掛ける場合）、搬送波の周波数Ｆｃは２８ｋＨｚに設定してもよい。
　モジュレーション部１２による変調では、そのもっとも単純な方法は、図５の（ａ）に示される信号と図５の（ｂ）に示される搬送波とを乗じることである。ただし、変調の方法は、他のどのような方法であってもよい。
　図６は、モジュレーション部１２からの出力信号の周波数成分を示す図である。本図に示されるように、モジュレーション部１２からの出力信号は、搬送波の周波数４０ｋＨｚの側帯に、入力された音響信号の主要な周波数成分（上限周波数Ｆｈ以下の周波数成分）が含まれている。つまり、変調された信号（側帯波）は、搬送波の周波数Ｆｃの±Ｆｈの範囲に存在する。なお、図６では、側帯波は搬送波の左右（低域及び高域）に存在しているが、低域側のみが生成されるように変調をしてもよいし、高域側のみが生成されるように変調をしてもよいし、変調前の信号の周波数成分に応じて選択的に低域及び高域の少なくとも一方が生成されるように変調をしてもよい。
　なお、オーバーサンプリング部１１での処理とモジュレーション部１２での処理は、いずれが先であってもよいし、同時であってもよい。
　次に、加算器１３は、オーバーサンプリング部１１からの出力信号とモジュレーション部１２からの出力信号とを加算する。具体的には、オーバーサンプリング部１１からの出力信号及びモジュレーション部１２からの出力信号は、いずれも、サンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号なので、加算器１３は、それら２つの信号について、対応するサンプルの振幅を加算する。
　図７は、加算器１３からの出力信号の周波数成分を示す図である。ここで注目すべきポイントは、上述したように、搬送波の周波数Ｆｃを２×Ｆｈ以上に設定していたので、入力された音響信号に含まれる聴感上主要な周波数成分と変調後の信号の側帯波とが重なりあわない、ということである。こうすることで、元の音響信号の主要な成分と変調後の超音波信号とが互いに干渉しあわない状態となる。
　加算器１３の出力信号は、音響出力端子１４に入力される。音響出力端子１４は、広く市販されているオーディオミニジャックに適合したものであってもいい。音響出力端子１４には、可聴帯域用スピーカ２０が接続されてもよいし、ヘッドホン２１が接続されてもよいし、超音波スピーカ２２が接続されてもよい。ここで、可聴帯域用スピーカ２０、ヘッドホン２１、及び、超音波スピーカ２２は、それぞれの特性に応じたフィルタやアンプが内蔵あるいは付随されていることは言うまでもない。
　図８は、本実施の形態に係る音響処理装置１０からの出力信号が、可聴帯域のスピーカ（可聴帯域用スピーカ２０及びヘッドホン２１）と超音波スピーカ２２とで供用できることを示す図である。本図に示されるように、音響処理装置１０からの出力信号には、もとの音響信号の聴感上主要な周波数成分と、音響信号で変調された超音波帯の搬送波の周波数成分とが、互いに干渉しあうことなく存在している。よって、可聴帯域しか再生できない可聴帯域用のスピーカ（可聴帯域用スピーカ２０又はヘッドホン２１）を音響出力端子１４に接続した場合、超音波成分が再生されず元の音響信号だけが再生される。一方、超音波スピーカ２２を音響出力端子１４に接続した場合、超音波スピーカ２２は超音波帯の信号しか再生できず、かつ、人は超音波成分を聞くことができないので、人には超音波成分のうねり（つまり、可聴帯域の音）だけが聞こえる。前述したように、超音波スピーカ２２が再生する超音波帯の信号は、可聴帯域の音響信号で超音波信号を変調したものなので、超音波スピーカ２２によって、搬送波と側帯波とによる音波のうねりが生じ、超音波信号の直進性と相まって、指向性の鋭い音が再生される。
　以上のように、本実施の形態に係る音響処理装置１０は、予め設定した周波数をＦｈとしたとき、Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部１１と、音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調するモジュレーション部１２と、音響出力端子１４と、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号の少なくとも一つを選択して音響出力端子１４に出力する選択部（ここでは、加算器１３）とを備える。
　これにより、一つの音響出力端子１４から、可聴帯域の音響信号及び超音波信号の少なくとも一つが選択されて出力されるので、超音波信号を出力する専用のオーディオ端子を設けることなく、通常の可聴帯域の音響再生と指向性を伴った音響再生とを行うことができる。
　また、本実施の形態では、上記選択部は、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号を加算して音響出力端子１４に出力する加算器１３である。
　これにより、音響出力端子１４から、可聴帯域の音響信号と超音波信号とが加算されて出力されるので、音響出力端子１４に接続したスピーカの種類に応じて、通常の可聴帯域の音響再生と指向性を伴った音響再生とを選択的に行うことができる。つまり、通常の可聴帯域の音声再生と指向性を伴った音声再生とが１つの信号によって行えることとなり、可聴帯域用のスピーカ（可聴帯域用スピーカ２０及びヘッドホン２１）と超音波スピーカ２２とを共通の音響出力端子１４に着脱して使用できる。
　（変形例１）
　次に、実施の形態１の変形例１に係る音響処理装置について説明する。
　図９は、実施の形態１の変形例１に係る音響処理装置１０ａの構成例を示すブロック図である。この音響処理装置１０ａは、実施の形態１に係る音響処理装置１０において、モジュレーション部１２を新たなモジュレーション部１２ａに置き換えたものに相当する。
　モジュレーション部１２ａは、音響処理装置１０ａに入力された音響信号を用いるのではなく、オーバーサンプリング部１１からの出力信号を用いて、超音波信号を搬送波として変調する。実施の形態１では、モジュレーション部１２は、図５の（ａ）に示されるサンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号を生成するために、音響処理装置１０ａに入力された音響信号に対して４倍のオーバーサンプリングをしていた。本変形例では、モジュレーション部１２ａは、オーバーサンプリング部１１からの出力信号を入力信号として用いることで、オーバーサンプリング処理を省略している。つまり、モジュレーション部１２ａは、オーバーサンプリング部１１からの出力信号を変調信号として用いて、図５の（ｂ）に示される超音波信号を搬送波として変調を行うことで、図５の（ｃ）に示される被変調信号を生成する。
　このように、本変形例に係るモジュレーション部１２ａは、オーバーサンプリング部１１からの出力信号を用いて、超音波信号を搬送波として変調する。これにより、オーバーサンプリング部１１は、可聴帯域の信号を生成するためのオーバーサンプリングだけでなく、モジュレーション部１２による変調の前処理のためにも共用され、モジュレーション部１２ａでの処理が簡素化される。
　（変形例２）
　次に、実施の形態１の変形例２に係る音響処理装置について説明する。
　図１０は、実施の形態１の変形例２に係る音響処理装置１０ｂの構成例を示すブロック図である。この音響処理装置１０ｂは、実施の形態１に係る音響処理装置１０において、オーバーサンプリング部１１及びモジュレーション部１２に入力される音響信号が別個の音響信号（それぞれ、第１音響信号及び第２音響信号）に分離されたものに相当する。
　つまり、オーバーサンプリング部１１は、第１音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングする。モジュレーション部１２は、第２音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調する。
　ここで、第１音響信号は、例えば、テレビ放送の本編の音声信号（主音声）であり、一方、第２音響信号は、当該放送に付随する副音声であってもよいし、視覚障碍者向けの解説音声であってもよい。あるいは、第１音響信号は、ブルーレイディスク規格におけるプライマリーオーディオであり、一方、第２音響信号は、それに付随するセカンダリーオーディオであってもよい。
　これにより、主音声と副音声のように、２種類の音響信号の一方に対して、通常の可聴帯域の音響再生を行い、他方に対して、指向性を伴った音響再生を行うことが可能となり、視覚障碍者及び健常者を含むような複数の視聴者を対象とした視聴における利便性が向上される。
　（変形例３）
　次に、実施の形態１の変形例３に係る音響処理装置について説明する。
　図１１は、実施の形態１の変形例３に係る音響処理装置１０ｃの構成例を示すブロック図である。この音響処理装置１０ｃは、実施の形態１に係る音響処理装置１０において、加算器１３を切替器１３ａに置き換えたものに相当する。
　切替器１３ａは、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号の一方を選択して音響出力端子１４に出力するデバイスであり、例えば、メカニカルな切替スイッチあるいは半導体スイッチ等で構成される。なお、この切替器１３ａは、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号の少なくとも一つを選択して音響出力端子１４に出力する選択部の一例である。
　切替器１３ａの切替制御については、音響処理装置１０ｃに設けたボタン又はダイヤル等のスイッチによる手動操作に連動して切り替えであってもよいし、音響出力端子１４に接続されたスピーカ又はヘッドホンの種類に応じて自動的に切り替えてもよい。例えば、切替器１３ａは、音響出力端子１４に差し込まれたスピーカ又はヘッドホンの特定の接続ピンの存否又は電圧等によって、接続されたスピーカ又はヘッドホンの種類を判別し、その結果、可聴帯域のスピーカ（可聴帯域用スピーカ２０又はヘッドホン２１）が接続されたと検知した場合には、オーバーサンプリング部１１からの出力信号が音響出力端子１４に出力されるように切り替え、一方、超音波スピーカ２２が接続されたと検知した場合には、モジュレーション部１２からの出力信号が音響出力端子１４に出力されるように切り替える。
　このように、本変形例に係る選択部は、オーバーサンプリング部１１の出力信号及びモジュレーション部１２の出力信号の一方を選択して音響出力端子１４に出力する切替器１３ａである。
　これにより、音響出力端子１４から、可聴帯域の音響信号及び音響信号を含む超音波信号が選択的に出力されるので、選択部を切り替えることで、通常の可聴帯域の音響再生と指向性を伴った音響再生とを選択的に行うことができる。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係る音響出力装置について説明する。
　図１２は、実施の形態２に係る音響出力装置３０の外観図である。
　音響出力装置３０は、特徴的な構成要素として、鉛直方向に向けて可聴帯域の音を出力する可聴帯域用スピーカ２０と、水平方向に向けて超音波による音を出力する超音波スピーカ２２とを備える。なお、本実施の形態では、音響出力装置３０をテレビに適用した例が示されており、ディスプレイ３２と可聴帯域用スピーカ２０とが組み込まれた筐体３１と超音波スピーカ２２とを備える音響出力装置３０が図示されている。
　可聴帯域用スピーカ２０は、筐体３１の内部に固定されている。なお、可聴帯域用スピーカ２０は、図１２では説明のためにその形状が表面に露出して見えているが、実際は筐体３１に内蔵されているので正面から目視できない。この可聴帯域用スピーカ２０は、テレビ筐体のデザイン性重視の観点から、筐体３１の下面に下向きに配置されている。
　超音波スピーカ２２は、筐体３１に設けられた音響出力端子に着脱可能に接続されており、水平方向に出音するように配置されている。これは、テレビ画面に正対しているリスナーに向けて超音波による指向性の強い信号を提供するためである。当該リスナーは、例えば視覚障碍者用の解説音声を必要とするリスナーである。なお、超音波スピーカ２２も、筐体３１の内部に固定されてもよいし、着脱可能な形態で筐体３１に取り付けられてもよい。
　このような構成とすることで、テレビ筐体のデザイン性を損ねず、しかも、指向性音声を必要とする場合に、ヘッドホン出力端子など、従来テレビが備えている音響出力端子に超音波スピーカを接続することで、特定のリスナー向けに指向性の強い音声を提供できる。
　図１３は、本実施の形態に係る音響出力装置３０の構成例を示すブロック図である。
　音響出力装置３０は、アンテナ４０、チューナ４１、ディスク４２、ディスクドライブ４３、フロントエンド４４、多重分離部４５、画像デコーダ４６、画像出力部４７、音響デコーダ４８、音響出力部４９、ディスプレイ３２、音響処理装置１０ｂ、及び、超音波スピーカ２２を備える。
　アンテナ４０は、テレビ放送受信用のアンテナであり、例えば、パラボラアンテナである。なお、音響出力装置３０がＣＡＴＶ等のように有線によってテレビ放送を受信する場合には、アンテナ４０は、テレビ放送を配信するケーブルに接続されるレシーバ又はコネクタであってもよい。
　チューナ４１は、テレビ放送用チューナであり、筐体３１に内蔵されたタイプであってもよいし、セットトップボックスのような筐体３１の外に設置されるタイプであってもよい。
　ディスク４２は、録画及び再生用の記録媒体であり、例えば、ＤＶＤ、ＢＤ等である。
　ディスクドライブ４３は、ディスク４２に映像コンテンツを記録したり、ディスク４２に記録された映像コンテンツを再生したりするドライブ装置であり、筐体３１に内蔵されたタイプであってもよいし、独立したＢＤレコーダのような筐体３１の外に設置されるタイプであってもよい。
　フロントエンド４４は、ディスク４２から読み出された信号を復調してエラー訂正等の信号処理をする回路である。
　多重分離部４５は、チューナ４１又はフロントエンド４４から出力されてきた映像ストリームを画像ストリームと音声ストリームとに多重分離し、それぞれ、画像デコーダ４６及び音響デコーダ４８に出力する回路である。
　画像デコーダ４６は、多重分離部４５から出力されてきた、符号化された画像ストリームを復号して出力する回路である。
　画像出力部４７は、画像デコーダ４６から出力されてきた画像ストリームを波形整形して画像信号として出力する回路である。
　ディスプレイ３２は、画像出力部４７から出力されてきた画像信号を表示する表示パネルであり、例えば、ＬＣＤである。
　音響デコーダ４８は、多重分離部４５から出力されてきた、符号化された音響ストリームを復号し、第１音響信号（ここでは、主音声用の信号）と第２音響信号（ここでは、副音声用の信号）とに分離して出力する回路である。なお、この音響デコーダ４８は、予め設定した周波数をＦｈとしたとき、Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を取得する音響信号取得部の一例である。
　音響出力部４９は、音響デコーダ４８から出力されてきた第１音響信号をアナログ信号に変換して増幅等する回路である。
　可聴帯域用スピーカ２０は、音響出力部４９から出力されてきた第１音響信号を再生して可聴帯域の音を出力するスピーカであり、上述したように、筐体３１の下面に下向きに配置されている。つまり、可聴帯域用スピーカ２０は、音響信号取得部で取得された音響信号（ここでは、第１音響信号）が入力されるように、音響信号取得部と接続（ここでは、音響出力部４９を介して音響デコーダ４８と接続）されている。
　音響処理装置１０ｂは、上記実施の形態１の変形例２に係る音響処理装置であり、音響デコーダ４８から出力されてきた第１音響信号をオーバーサンプリングするとともに音響デコーダ４８から出力されてきた第２音響信号を用いて超音波信号を搬送波として変調し、得られた２つの信号を加算し、音響出力端子１４から出力する。
　超音波スピーカ２２は、必要に応じて、音響処理装置１０ｂの音響出力端子１４に接続され、上述したように、水平方向に出音するように配置されている。つまり、超音波スピーカ２２は、音響処理装置１０ｂの選択部（ここでは、加算器１３）からの出力信号が入力されるように、音響処理装置１０ｂと接続（ここでは、音響処理装置１０ｂの音響出力端子１４と接続）されている。
　このように、本実施の形態に係る音響出力装置３０では、筐体３１に内蔵された可聴帯域用スピーカ２０が音響出力部４９を介して音響デコーダ４８と接続され、一方、超音波スピーカ２２が音響処理装置１０ｂの音響出力端子１４と接続されるので、テレビ筐体のデザイン性を損ねず、主音声については無指向で出音され、副音声については特定のリスナーに向けて指向性をもって出音される。
　また、音響出力装置３０の音響出力端子１４に接続するものとして、超音波スピーカ２２に代えて、ヘッドホン２１とすることで、副音声をヘッドホンで聞くこともできる。
　なお、本実施の形態に係る音響出力装置３０では、可聴帯域用スピーカ２０は、音響出力部４９を介して音響デコーダ４８に接続されたが、これに代えて、音響出力部４９を介して、音響処理装置１０ｂが備えるオーバーサンプリング部１１の出力端子に接続されてもよい。つまり、音響処理装置１０ｂが備えるオーバーサンプリング部１１からの出力信号は、加算器１３に入力されるとともに、音響出力部４９にも入力されてもよい。これにより、音響処理装置１０ｂが備えるオーバーサンプリング部１１からの出力信号が音響出力部４９を経て可聴帯域用スピーカ２０に入力されるので、実施の形態２と同様に、可聴帯域用スピーカ２０から、主音声が出音される。
　以上、本発明の音響処理装置及び音響出力装置について、実施の形態１、その変形例１～３及び実施の形態２に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
　例えば、実施の形態１に係る音響処理装置を内蔵する機器、あるいは、実施の形態２に係る音響出力装置が、近年に開発及び商品化に行われているハイレゾオーディオ対応機器である場合、ハイレゾオーディオ信号を出力する音響出力端子を有するので、そのようなハイレゾオーディオ対応の音響出力端子を上記実施の形態及び変形例における音響出力端子１４と供用してもよい。ハイレゾオーディオ規格では、９６ｋＨｚ又は１９２ｋＨｚの信号を再生できる能力を備えているからである。
　また、上記実施の形態２に係る音響出力装置３０は、実施の形態１の変形例２に係る音響処理装置１０ｂを備えたが、音響処理装置１０ｂに代えて、実施の形態１に係る音響処理装置１０、実施の形態１の変形例１に係る音響処理装置１０ａ、実施の形態１の変形例３に係る音響処理装置１０ｃ、又は、それらの構成要素の組み合わせで実現される音響処理装置を備えてもよい。
　また、上記実施の形態１では、オーバーサンプリング部１１からの出力信号及びモジュレーション部１２からの出力信号は、いずれも、サンプリング周波数Ｆｓが１９２ｋＨｚの信号であったが、必ずしも同じサンプリング周波数Ｆｓの信号でなくてもよい。これら２つの出力信号のサンプリング周波数Ｆｓが異なる場合には、加算器１３は、サンプリング周波数Ｆｓが小さいほうの出力信号を補間等してサンプリング周波数Ｆｓを揃えた後に、２つの出力信号を加算すればよい。
　本発明は、音響信号を処理する音響処理装置及び音を出力する音響出力装置として、特に、通常の音声と指向性を持たせた超音波信号とを同時に再生できるので、例えば、テレビ受像機、ＤＶＤ／ＢＤ等の再生機器に利用できる。
　１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ　音響処理装置
　１１　オーバーサンプリング部
　１２、１２ａ　モジュレーション部
　１３　加算器
　１３ａ　切替器
　１４　音響出力端子
　２０　可聴帯域用スピーカ
　２１　ヘッドホン
　２２　超音波スピーカ
　３０　音響出力装置
　３１　筐体
　３２　ディスプレイ
　４０　アンテナ
　４１　チューナ
　４２　ディスク
　４３　ディスクドライブ
　４４　フロントエンド
　４５　多重分離部
　４６　画像デコーダ
　４７　画像出力部
　４８　音響デコーダ
　４９　音響出力部

Claims (9)

  1. 　予め設定した周波数をＦｈとしたとき、前記Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングするオーバーサンプリング部と、
    　前記音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調するモジュレーション部と、
    　音響出力端子と、
    　前記オーバーサンプリング部の出力信号及び前記モジュレーション部の出力信号の少なくとも一つを選択して前記音響出力端子に出力する選択部と
    　を備える音響処理装置。
  2. 　前記選択部は、前記オーバーサンプリング部の出力信号及び前記モジュレーション部の出力信号の一方を選択して前記音響出力端子に出力する切替器である
    　請求項１に記載の音響処理装置。
  3. 　前記選択部は、前記オーバーサンプリング部の出力信号及び前記モジュレーション部の出力信号を加算して前記音響出力端子に出力する加算器である
    　請求項１に記載の音響処理装置。
  4. 　前記モジュレーション部は、前記オーバーサンプリング部からの出力信号を前記音響信号として用いて、前記変調をする
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の音響処理装置。
  5. 　前記音響信号には、第１音響信号及び第２音響信号が含まれ、
    　前記オーバーサンプリング部は、前記第１音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングし、
    　前記モジュレーション部は、前記第２音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調する
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の音響処理装置。
  6. 　前記Ｆｈは、１４ｋＨｚ以上２４ｋＨｚ以下の値である
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の音響処理装置。
  7. 　鉛直方向に向けて可聴帯域の音を出力する可聴帯域用スピーカと、
    　水平方向に向けて超音波による音を出力する超音波スピーカと
    　を備える音響出力装置。
  8. 　さらに、
    　予め設定した周波数をＦｈとしたとき、前記Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を２×Ｆｓ以上のサンプリング周波数の信号にオーバーサンプリングして前記可聴帯域用スピーカに出力するオーバーサンプリング部と、
    　前記音響信号を用いて２×Ｆｈ以上の周波数Ｆｃの超音波信号を搬送波として変調し、前記超音波スピーカに出力するモジュレーション部とを備える
    　請求項７に記載の音響出力装置。
  9. 　さらに、
    　予め設定した周波数をＦｈとしたとき、前記Ｆｈ以下の周波数成分を含み、サンプリング周波数がＦｓのデジタル信号である音響信号を取得する音響信号取得部と、
    　前記音響信号取得部で取得された音響信号を入力として処理する請求項１～５のいずれか１項に記載の音響処理装置とを備え、
    　前記可聴帯域用スピーカは、前記音響信号取得部で取得された音響信号が入力されるように、前記音響信号取得部と接続され、
    　前記超音波スピーカは、前記音響処理装置の選択部からの出力信号が入力されるように、前記音響処理装置と接続される
    　請求項７に記載の音響出力装置。
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