WO2020004460A1 - 超音波コントローラ、超音波スピーカ、及び、プログラム - Google Patents

超音波コントローラ、超音波スピーカ、及び、プログラム Download PDF

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WO2020004460A1
WO2020004460A1 PCT/JP2019/025370 JP2019025370W WO2020004460A1 WO 2020004460 A1 WO2020004460 A1 WO 2020004460A1 JP 2019025370 W JP2019025370 W JP 2019025370W WO 2020004460 A1 WO2020004460 A1 WO 2020004460A1
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WO
WIPO (PCT)
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ultrasonic
control
speaker
focal point
sound pressure
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/025370
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English (en)
French (fr)
Inventor
陽一 落合
貴之 星
Original Assignee
ピクシーダストテクノロジーズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic controller, an ultrasonic speaker, and a program.
  • Ultrasonic speakers that emit ultrasonic waves having directivity are known.
  • An ultrasonic speaker can generate an audible sound in a specific range.
  • the focus is set near the listener's ear. Therefore, it is desirable for the ultrasonic speaker to suppress the sound pressure of the ultrasonic wave.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-23689 discloses a technique for suppressing grating lobes in order to suppress the sound pressure of ultrasonic waves.
  • JP-A-2003-23689 the audible sound beam in an unintended direction can be suppressed, but the ultrasonic distribution around the focal point is not intended. In this case, a high sound pressure area is formed around the focal point.
  • the high sound pressure area causes abnormal noise for listeners around the focal point. Also, since the high sound pressure area expands the area where the audible sound is generated, it is difficult to locally generate the audible sound.
  • the conventional ultrasonic speaker cannot control the ultrasonic distribution around the focal point.
  • An object of the present invention is to control the ultrasonic distribution around the focal point.
  • An ultrasonic controller that controls a vibrator array having a plurality of ultrasonic vibrators that emit ultrasonic waves focused on at least one focal point at an arbitrary position in space, Means for calculating focus coordinates of the focus and control point coordinates of at least one control point, The sound pressure of the control point is lower than the sound pressure of the focal point, Based on the focal point coordinates and the control point coordinates, comprising means for generating control parameters for controlling each ultrasonic transducer, Based on the control parameters of each ultrasonic transducer, comprising means for individually controlling each ultrasonic transducer so as to emit ultrasonic waves focused on the focal point, It is an ultrasonic controller.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an audio system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the audio system of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ultrasonic speaker of FIG. 1. It is an explanatory view of the outline of the present embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a control principle of the ultrasonic controller in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of determining an oscillation timing of the ultrasonic speaker of FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a method of determining an oscillation timing of the ultrasonic speaker of FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of an operation example 1 of the ultrasonic speaker of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of an audio system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the audio system of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the ultrasonic speaker of FIG
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a sound source formed in Operation Example 1 of FIG. 8.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of Operation Example 2 of the ultrasonic speaker of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a sound source formed in Operation Example 2 of FIG. 10.
  • 5 is a flowchart of a process of controlling the audio system according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of sound pressure information and first surround pan parameters referred to in the processing of FIG. 12.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of sound pressure information divided into a first frequency band to a third frequency band in the processing of FIG. 12.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a second surround pan parameter generated in the processing of FIG. 12.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram of the operation and effect of Modification Example 5.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of the audio system of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the audio system of FIG.
  • an audio system 1 is installed in a use environment SP.
  • the audio system 1 is located in front of the listener L.
  • the audio system 1 includes an ultrasonic controller 10, an ultrasonic speaker 21, a loudspeaker 22, a sound source 23, a camera 24, a position detector 25, and a woofer 26.
  • the ultrasonic controller 10 is an example of an information processing device that controls a speaker set (the ultrasonic speaker 21, the loudspeaker 22, and the woofer 26).
  • the ultrasonic controller 10 includes a storage device 11, a processor 12, an input / output interface 13, and a communication interface 14.
  • the storage device 11 is configured to store programs and data.
  • the storage device 11 is, for example, a combination of a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a storage (for example, a flash memory or a hard disk).
  • the programs include, for example, the following programs.
  • -OS Operating System
  • program-Application program that executes information processing (for example, a control application that controls the audio system 1)
  • the data includes, for example, the following data.
  • ⁇ Database referred to in information processing ⁇ Data obtained by executing information processing (that is, execution result of information processing)
  • the processor 12 is configured to realize the function of the ultrasonic controller 10 by activating the program stored in the storage device 11.
  • Processor 12 is an example of a computer.
  • the input / output interface 13 receives an input signal from an input device (a sound source 23, a camera 24, and a position detection unit 25) connected to the ultrasonic controller 10, and outputs an output device (ultrasonic) connected to the ultrasonic controller 10. It is configured to output an output signal to the acoustic speaker 21 and the loudspeaker 22).
  • an input device a sound source 23, a camera 24, and a position detection unit 25
  • an output device ultrasonic
  • the communication interface 14 is configured to control communication between the ultrasonic controller 10 and a server (not shown).
  • the ultrasonic speaker 21 is configured to emit an ultrasonic wave under the control of the ultrasonic controller 10.
  • the loudspeaker 22 and the woofer 26 are configured to generate an audible sound under the control of the ultrasonic controller 10.
  • the sound source 23 is configured to provide an audio signal to the ultrasonic controller 10.
  • the sound source 23 includes the following. ⁇ TV ⁇ Audio media player (cassette player, CD (Compact Disc) player, DVD (Digital Versatile Disc) player, Blu-ray disc player) ⁇ Digital audio player
  • the camera 24 is configured to acquire image information of the use environment SP.
  • the camera 24 is, for example, a CMOS (Complementary @ MOS) camera.
  • the position detection unit 25 is configured to detect a position of a person.
  • the position detection unit 25 is, for example, an infrared sensor.
  • the infrared sensor irradiates infrared light and receives reflected light of the infrared light, and generates an electric signal according to the reflected light. Thereby, the position of the person is detected.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the ultrasonic speaker of FIG.
  • a cover 21a (FIG. 3A) is arranged on the radiation surface of the ultrasonic speaker 21.
  • the radiation surface (FIG. 3B) on the housing 21b is exposed.
  • a transducer array FA including N (N is an integer of 2 or more) ultrasonic transducers TR is arranged on the radiation surface.
  • the ultrasonic transducer TR (n) (n is an integer of 1 to N) is arranged on an XZ plane (hereinafter, referred to as “array plane”).
  • the ultrasonic speaker 21 includes a drive unit (not shown) that drives each ultrasonic transducer TR (n).
  • the drive unit individually drives each ultrasonic transducer TR (n).
  • Each ultrasonic transducer TR (n) generates an ultrasonic wave by oscillating according to the driving of the driving unit.
  • Ultrasonic waves emitted from each ultrasonic transducer TR (n) propagate in space and are focused at a focal point in space. The focused ultrasound waves form an audible sound source.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the outline of the present embodiment.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the control principle of the ultrasonic controller in FIG.
  • the sound source 23 supplies an audio signal to the ultrasonic controller 10.
  • the ultrasonic controller 10 inputs position information (x0, y0, z0) regarding a position in a space where a sound source is to be formed.
  • the position information (x0, y0, z0) is given to the ultrasonic controller 10 by at least one of the following, for example. -Instructions of an operator who operates the ultrasonic controller 10-Input signals input from input devices (at least one of the sound source 23, the camera 24, and the position detection unit 25)-Signal patterns of audio signals
  • the ultrasonic controller 10 calculates the focal coordinates (xfp, yfp, zfp) of at least one focal point FP and the control point coordinates (xcp (m) of at least one control point CP (m). , Ycp (m), zcp (m)).
  • m is an identifier (a positive integer) of the control point CP.
  • the control point CP is a point at which the sound pressure of the ultrasonic wave is lower than the sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point FP.
  • the sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point FP (hereinafter referred to as “focus sound pressure”) is SPfp
  • the sound pressure of the ultrasonic wave at the control point CP (hereinafter referred to as “control point sound pressure”) is SPcp.
  • the ultrasonic controller 10 forms a control point CP having a control point sound pressure SPcp smaller than the focus sound pressure SPfp in the space, in addition to the focus FP.
  • SPcp The sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point FP
  • the ultrasonic controller 10 controls each ultrasonic transducer TR (n) based on the focal point coordinates (xfp, yfp, zfp) and the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)). Generate the parameter PAR (n).
  • the control parameter PAR (n) includes at least one of the oscillation amplitude A (n) and the oscillation phase P (n) of the ultrasonic transducer TR (n).
  • the ultrasonic controller 10 outputs a control parameter PAR (n) to each ultrasonic transducer TR (n).
  • Each ultrasonic transducer TR (n) oscillates according to the control parameter PAR (n).
  • ultrasonic waves USW based on the control parameter PAR (n) are emitted from the transducer array FA.
  • the ultrasonic wave USW emitted from the transducer array FA is focused at the focal point FP.
  • the space in which the focus FP is formed acts as a sound source.
  • the ultrasonic waves radiated from the transducer array FA weaken each other at the control point CP, and therefore, the ultrasonic waves radiate in the area (hereinafter referred to as “control area”) CA in the space where the control point CP (m) is formed. Sound pressure is reduced. This allows the listener L to hear the audible sound only in the vicinity of the focal point FP, and to reduce the sound pressure of the ultrasonic waves at positions other than the focal point FP around the focal point FP. .
  • the ultrasonic speaker 21 emits an ultrasonic wave modulated by a predetermined modulation method.
  • the modulation method is, for example, one of the following. • AM (Amplitude Modulation) modulation • FM (Frequency Modulation) modulation • PM (Phase Modulation) modulation
  • the ultrasonic controller 10 gives an oscillation phase difference to the ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR (n) by individually controlling the oscillation timing of the plurality of ultrasonic transducers TR (n).
  • the focal position and the number of focal points depend on the oscillation phase difference. That is, the ultrasonic speaker 21 can change the focal position and the number of focal points by controlling the oscillation phase difference.
  • FIG. 6 and 7 are explanatory diagrams of a method of determining the oscillation timing of the ultrasonic speaker of FIG.
  • the storage device 11 stores coordinates (xtr (n), ytr (n), ytr (n), and the relative position of the ultrasonic transducer TR (n) on the transducer array FA with respect to a reference point (for example, the center) of the transducer array FA. ztr (n)) is stored. n is an identifier (positive integer) of the ultrasonic transducer TR.
  • the processor 12 when the operator operating the ultrasonic controller 10 gives an instruction for designating the focal point FP, the processor 12 causes the focal point coordinates (xfp, yfp, zfp) is determined.
  • the processor 12 stores the coordinates (xtr (n), ytr (n), ztr (n)) of the ultrasonic transducer TR (n) stored in the storage device 11, the focal coordinates (xfp, yfp, zfp), ,
  • the focal length r (n) between the ultrasonic transducer TR (n) and the focal point FP is calculated.
  • the processor 12 executes the acoustic hologram calculation using the focal coordinates (xfp, yfp, zfp) as an input, so that, for example, the focal sound pressure SPfp becomes maximum and the sound pressure of the control area within a predetermined range of the focal point FP is reduced.
  • the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)) of the control point CP (m) to be minimized; the control point sound pressure SPcp (m) of the control point CP (m); To determine.
  • the processor 12 stores the coordinates (xtr (n), ytr (n), ztr (n)) of the ultrasonic transducer TR (n) stored in the storage device 11 and the control point coordinates (xcp (m), ycp ( m), zcp (m)) and the control point sound pressure SPcp (m) based on the control point distance q (n, m) between the ultrasonic transducer TR (n) and each control point CP (m). ) Is calculated.
  • the processor 12 generates a time difference between the oscillation timing of the (n + 1) th ultrasonic transducer TR (n + 1) to oscillate and the oscillation timing of the nth ultrasonic transducer TR (n) (hereinafter, referred to as “oscillation time difference”).
  • ⁇ T (n + 1) is calculated using a function of the focal point coordinates and the control point coordinates (for example, Equation 2).
  • the oscillation time difference ⁇ T is, for example, a function of the focal length, the control point distance, and the sound speed.
  • ⁇ T (n + 1) f (r (n + 1), q (n + 1), c) (Equation 2) -C: Sound velocity-Focal length: r (n + 1) Control point distance: q (n + 1)
  • the processor 12 calculates the focal coordinates (xfp, yfp, zfp), the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)) and the coordinates (xtr) stored in the storage device 11. (N + 1), ytr (n + 1), ztr (n + 1)) are used to calculate the oscillation time difference ⁇ T (n + 1) of each ultrasonic transducer TR (n + 1). The processor 12 supplies a drive signal to each ultrasonic transducer TR (n + 1) according to the oscillation time difference ⁇ T (n + 1).
  • Each ultrasonic transducer TR oscillates with a time difference according to the drive signal.
  • the ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR have an oscillation phase difference corresponding to the oscillation time difference ⁇ T, and thus are focused at the focal point FP.
  • the ultrasonic controller 10 individually controls the oscillation amplitudes A (n) of the plurality of ultrasonic transducers TR (n) so that the oscillation amplitude difference between the ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR (n) is increased.
  • the focal position and the number of focal points, and the control point position and the number of control points depend on the oscillation amplitude difference. That is, the ultrasonic speaker 21 can change the focal position and the number of focal points and the control point position and the number of control points by controlling the oscillation amplitude difference.
  • the processor 12 performs the acoustic hologram calculation using the focal coordinates (xfp, yfp, zfp) as an input, similarly to the first example of the generation of the control parameters, thereby controlling the control point coordinates (xcp (m), ycp ( m), zcp (m)) and the control point sound pressure SPcp (m).
  • the processor 12 calculates the control point distance q (n, m) as in the first example of generating the control parameters.
  • the processor 12 calculates the oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1) between the oscillation amplitude A (n + 1) of the ultrasonic transducer TR (n + 1) and the oscillation amplitude A (n) of the ultrasonic transducer TR (n) by using Expression 3. Use and calculate.
  • the oscillation amplitude difference ⁇ A is a function of the focal length, the control point distance, the control point sound pressure SPcp (m), and the sound speed.
  • ⁇ A (n + 1) g (r (n + 1), q (n + 1), SPcp (m), c) (Equation 3) -C: Sound velocity-Focal length: r (n + 1) Control point distance: q (n + 1) -Control point sound pressure: SPcp (m)
  • the processor 12 calculates the focal coordinates (xfp, yfp, zfp), the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)) and the coordinates (xtr) stored in the storage device 11.
  • N + 1), ytr (n + 1), ztr (n + 1)) and the control point sound pressure SPcp (m) are used to calculate the oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1) of each ultrasonic transducer TR (n + 1).
  • the processor 12 supplies a drive signal to each ultrasonic transducer TR (n + 1) according to the oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1).
  • Each ultrasonic transducer TR oscillates at the same time according to the drive signal.
  • the ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR have an oscillation amplitude difference ⁇ A, and are focused at the focal point FP.
  • the ultrasonic controller 10 generates a control parameter by a combination of the first example and the second example of the generation of the control parameter. That is, the ultrasonic controller 10 calculates the focal coordinates (xfp, yfp, zfp), the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)), and the coordinates (xtr) stored in the storage device 11. (N + 1), ytr (n + 1), ztr (n + 1)) and the control point sound pressure SPcp (m), the oscillation time difference ⁇ T (n + 1) and oscillation amplitude difference of each ultrasonic transducer TR (n + 1). Calculate ⁇ A (n + 1).
  • an oscillation phase difference and an oscillation amplitude difference are given to the ultrasound radiated from each ultrasound transducer TR.
  • the focal position and the number of focal points depend on the combination of the oscillation phase difference and the oscillation amplitude difference. That is, the ultrasonic speaker 21 can change the focal position and the focal number by controlling the combination of the oscillation phase difference and the oscillation amplitude difference.
  • the processor 12 calculates at least one of the oscillation time difference ⁇ T and the oscillation amplitude difference ⁇ A of each ultrasonic transducer TR.
  • the processor 12 supplies a drive signal to each ultrasonic transducer TR according to at least one of the oscillation time difference ⁇ T and the oscillation amplitude difference ⁇ A.
  • the ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR have an oscillation phase difference corresponding to the oscillation time difference ⁇ T, and thus are focused at the focal point FP. I do.
  • each ultrasonic transducer TR oscillates at an oscillation amplitude corresponding to the drive signal
  • the ultrasonic waves emitted from each ultrasonic transducer TR have an oscillation amplitude difference ⁇ A, and are focused at the focal point FP.
  • the ultrasonic waves focused at the focal point FP form a sound source.
  • An audible sound is generated from this sound source. That is, the ultrasonic speaker 21 can form an audible sound source at an arbitrary position in space.
  • the distribution of the audible range in which the listener L can hear the audible sound is defined by a combination of the focal point coordinates (xfp, yfp, zfp) and the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)). Accordingly, the processor 12 can change the audible range by adjusting at least one of the oscillation phase difference and the oscillation amplitude difference of the ultrasonic wave.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of an operation example 1 of the ultrasonic speaker of the present embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a sound source formed in the first operation example of FIG. In the operation example 1, an ultrasonic wave is focused on one focal point.
  • the ultrasonic speaker 21 of the operation example 1 emits an ultrasonic wave USW1 having at least one of an oscillation phase difference and an oscillation amplitude difference.
  • the ultrasonic wave USW1 is focused at a focal point FP1 separated from the center of the transducer array FA by a focal distance d1.
  • the ultrasonic speaker 21 forms a point sound source SS1 at the focal point FP1, and forms a control area CA formed by the control points CP (m) around the point sound source SS1.
  • the point sound source SS1 is formed at the ear of the listener L
  • the control area CA is formed around the ear of the listener L.
  • the sound pressure of the ultrasonic waves weakens.
  • the listener L can hear the audible sound from the point sound source SS1 without being affected by the sound pressure of the ultrasonic wave in the control area CA.
  • the size of the point sound source SS1 can be suppressed (that is, the point sound source SS1 is formed only in a limited range).
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of Operation Example 2 of the ultrasonic speaker according to the present embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a sound source formed in Operation Example 2 of FIG. In the operation example 2, the ultrasonic waves are focused on a plurality of focal points.
  • the ultrasonic speakers 21 of the operation example 2 emit ultrasonic waves USW2a and USW2b having an oscillation phase difference corresponding to a time difference of vibration.
  • the ultrasonic wave USW2a is focused at a focal point FP2a away from the center of the transducer array FA by a focal distance d2a.
  • the ultrasonic wave USW2b is focused at a focal point FP2b separated from the center of the transducer array FA by a focal distance d2b.
  • the ultrasonic speaker 21 forms point sound sources SS2a and SS2b at the focal points FP2a and FP2b, respectively, and forms control areas CAa and CAb around the point sound sources SS2a and SS2b.
  • the focal point FP2a is located at the ear of the listener L1
  • the point sound source SS2a is formed at the ear of the listener L1
  • the control area CAa is formed around the ear of the listener L1.
  • the sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point FP2a weakens.
  • the focal point FP2b When the focal point FP2b is located at the ear of the listener L2, the point sound source SS2b is formed at the ear of the listener L2, and the control area CAb is formed at the side of the listener L2 where the circumference of the ear weakens. In the control area CAb, the sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point FP2b weakens. In this case, the listener L1 can hear the audible sound from the point sound source SS2a without being affected by the sound pressure of the ultrasonic waves in the control areas CAa and CAb.
  • the listener L2 can hear the audible sound from the point sound source SS2b without being affected by the sound pressure of the ultrasonic waves in the control areas CAa and CAb. Further, the size of the point sound sources SS2a and SS2b can be suppressed (that is, the point sound sources SS2a and SS2b are formed only in a limited range).
  • the ultrasonic speaker 21 can form a point sound source at three or more focal points. In this case, a control area is formed around each focal point.
  • FIG. 12 is a flowchart of a process of controlling the audio system according to the present embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of sound pressure information and first surround pan parameters referred to in the processing of FIG.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of sound pressure information divided into the first to third frequency bands in the processing of FIG.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of the second surround pan parameter generated in the process of FIG.
  • the sound source 23 outputs an audio signal (S200). Specifically, the sound source 23 encodes the audio signal and outputs the signal to the ultrasonic controller 10.
  • the audio signal includes sound pressure information of a sound to be reproduced (FIG. 13A) and a first surround pan parameter (FIG. 13B).
  • FIG. 13A is an example of sound pressure information.
  • the horizontal axis is frequency (Hz) and the vertical axis is sound pressure (dB).
  • FIG. 13B is an example of the first surround pan parameter in the 5.1ch surround mode.
  • the first surround pan parameters include the center speaker (C), the right front speaker (R), the left front speaker (L), the right surround speaker (RS), the left surround speaker (LS), and the sound pressure of the woofer (LFE). (Ie, panning).
  • the ultrasonic controller 10 acquires the use environment information (S100).
  • the processor 12 generates layout information indicating the layout of the usage environment SP.
  • the layout information includes information indicating a three-dimensional size of the use environment SP and information indicating a three-dimensional shape.
  • the camera 24 captures image information of the usage environment SP.
  • the processor 12 generates layout information indicating the layout of the usage environment SP by applying three-dimensional modeling to the image information captured by the camera 24, and stores the layout information in the storage device 11.
  • the processor 12 stores the layout information (for example, three-dimensional CAD data) of the usage environment SP in the storage device 11 via the input / output interface 13 or the communication interface 14.
  • the position detection unit 25 detects the position of a person by irradiating infrared rays and receiving reflected light of the infrared rays.
  • the processor 12 specifies the relative position by generating three-dimensional coordinates indicating the relative position of the listener L with respect to the ultrasonic speaker 21 based on the electric signal generated by the position detection unit 25.
  • the ultrasonic controller 10 executes input of an audio signal (S101). Specifically, the processor 12 inputs the audio signal output from the sound source 23 in step S200.
  • the ultrasonic controller 10 executes decoding of the audio signal (S102). Specifically, the processor 12 extracts sound pressure information (FIG. 13A) and first surround pan parameters (FIG. 13B) from the audio signal by decoding the audio signal. The processor 12 stores the sound pressure information and the first surround pan parameter in the storage device 11.
  • the processor 12 extracts sound pressure information (FIG. 13A) and first surround pan parameters (FIG. 13B) from the audio signal by decoding the audio signal.
  • the processor 12 stores the sound pressure information and the first surround pan parameter in the storage device 11.
  • step S102 the ultrasonic controller 10 determines a focus position and a control point position (S103).
  • the processor 12 transmits the listener L to the ultrasonic speaker 21 based on the detection result of the position detection unit 25 in step S100. Specify relative position. The processor 12 determines the positions of the focus FP1 and the control point CP (m) in FIG. 9 based on the specified relative position.
  • the processor 12 determines an ultra-high level based on the detection result of the position detection unit 25 in step S100.
  • the relative position of the listener L with respect to the acoustic speaker 21 is specified.
  • the processor 12 determines the positions of the plurality of focal points FP2a and FP2b in FIG. 11 and the position of the control point CP (m) based on the specified relative position.
  • the processor 12 when the user inputs a user instruction for designating the position of the focal point through the input / output interface 13 in step S100, the processor 12 returns the focal point FP1 of FIG. 9 based on the user instruction. And the position of the control point CP (m) is determined.
  • the ultrasonic controller 10 executes generation of a second surround pan parameter (S104). Specifically, the processor 12 divides the frequency characteristics of the sound wave level information stored in the storage device 11 in step S102 into first to third frequency bands B1 to B3 (FIG. 14).
  • the first frequency band B1 is a frequency band equal to or higher than the first frequency threshold TH1.
  • the processor 12 determines the first frequency band B1 based on the output characteristics of the ultrasonic speaker 21.
  • the processor 12 adjusts the sound pressure of the ultrasonic speaker 21 so that the sound pressure of the ultrasonic speaker 21 becomes the highest and the sound pressure of the woofer 26 becomes the lowest for the frequency components constituting the first frequency band B1.
  • the sound pressure of the loudspeaker 22 and the sound pressure of the woofer 26 are determined.
  • the second frequency band B2 is a frequency band between the second frequency threshold TH2 and the first frequency threshold TH1.
  • the processor 12 determines the second frequency band B2 based on the output characteristics of the loudspeaker 22.
  • the processor 12 adjusts the sound pressure of the ultrasonic speaker 21 so that the sound pressure of the loudspeaker 22 becomes the highest and the sound pressure of the woofer 26 becomes the lowest for the frequency components constituting the second frequency band B2, The sound pressure of the loudspeaker 22 and the sound pressure of the woofer 26 are determined.
  • the third frequency band B3 is a frequency band equal to or less than the second frequency threshold TH2.
  • the processor 12 determines the third frequency band B3 based on the output characteristics of the woofer 26.
  • the processor 12 adjusts the sound pressure of the ultrasonic speaker 21 so that the sound pressure of the woofer 26 becomes the highest and the sound pressure of the ultrasonic speaker 21 becomes the lowest for the frequency components constituting the third frequency band B3. ,
  • the sound pressure of the loudspeaker 22 and the sound pressure of the woofer 26 are determined.
  • the processor 12 generates a second surround pan parameter (FIG. 15) based on the determined sound pressure (the sound pressure of the ultrasonic speaker 21, the sound pressure of the loudspeaker 22, and the sound pressure of the woofer 26).
  • the second surround pan parameter in FIG. 15 includes an ultrasonic speaker (US), a right front speaker (R), a left front speaker (L), a right surround speaker (RS), a left surround speaker (LS), and a woofer (LFE). 3) (that is, panning of the speaker components including the ultrasonic speaker 21).
  • FIG. 15A shows an example of the second surround pan parameter when the sound pressure of the first frequency band B1 is higher than the sound pressure of the second frequency band B2.
  • the loudspeaker 22 (the right front speaker (R), the left front speaker ( L), the right surround speaker (RS), and the left surround speaker (LS)) have a higher sound pressure than the ultrasonic speaker (US). That is, when the sound pressure of the first frequency band B1 is higher than the sound pressure of the second frequency band B2, the ultrasonic controller 10 emphasizes the sound of the ultrasonic speaker 21 over the sound of the loudspeaker 22.
  • FIG. 15B shows an example of the second surround pan parameter when the sound pressure of the first frequency band B1 is lower than the sound pressure of the second frequency band B2.
  • the loudspeaker 22 (the right front speaker (R), the left front speaker ( L), the right surround speaker (RS), and the left surround speaker (LS)) have a lower sound pressure than the ultrasonic speaker (US). That is, when the sound pressure of the first frequency band B1 is lower than the sound pressure of the second frequency band B2, the ultrasonic controller 10 emphasizes the sound of the loudspeaker 22 over the sound of the ultrasonic speaker 21.
  • the ultrasonic controller 10 determines a modulation level (S105). Specifically, the processor 12 performs modulation based on the sound pressure of the ultrasonic speaker (US) among the second surround pan parameters determined in step S104, and the focus position and the control point position determined in step S103. The level (for example, the AM modulation level of the ultrasonic wave radiated from the ultrasonic speaker 21) is determined.
  • step S105 the ultrasonic controller 10 executes an acoustic hologram calculation (S106).
  • the processor 12 sets the distribution of the oscillation phase difference corresponding to the phase distribution for forming the focal point FP and the control point CP at the focal position and the control point position determined at step S103 (hereinafter, referred to as the distribution).
  • An acoustic hologram calculation for obtaining “phase difference distribution” is performed.
  • the processor 12 determines the oscillation timing of each ultrasonic transducer TR (n) based on the phase difference distribution obtained by the acoustic hologram calculation.
  • the processor 12 performs an acoustic hologram calculation to obtain an amplitude distribution for forming the focus FP and the control point CP at the focus position and the control point position determined in step S103, respectively. .
  • the processor 12 determines the oscillation amplitude of each ultrasonic transducer TR (n) based on the amplitude distribution obtained by the acoustic hologram calculation.
  • step S105 the ultrasonic controller 10 generates a speaker control signal (S107).
  • the processor 12 determines, among the second surround pan parameters, the sound pressure of the ultrasonic speaker (US), at least one of the oscillation phase difference and the oscillation amplitude determined in step S106, and the modulation determined in step S105. Based on the level, a first speaker control signal (an example of “control parameter”) for controlling the ultrasonic speaker 21 is generated.
  • the processor 12 determines the sound pressure of the right front speaker (R), the left front speaker (L), the right surround speaker (RS), and the left surround speaker (LS) among the second surround pan parameters determined in step S104. Based on this, a second speaker control signal for controlling the loudspeaker 22 is generated.
  • the processor 12 generates a third speaker control signal for controlling the woofer 26 based on the sound pressure of the woofer (LFE) among the second surround pan parameters.
  • the processor 12 outputs the first to third speaker control signals to the ultrasonic speaker 21, the loudspeaker 22, and the woofer 26, respectively.
  • the ultrasonic speaker 21 emits an ultrasonic wave based on the first speaker control signal.
  • the ultrasonic waves emitted from the ultrasonic speaker 21 converge at the focal point FP determined in step S103, and weaken each other at the control point CP.
  • the focused ultrasound forms an audible sound source at the focal point FP. That is, the sound source formed at the focal point FP generates an audible sound.
  • the loudspeaker 22 and the woofer 26 generate audible sounds using the loudspeaker 22 and the woofer 26 as sound sources based on the second speaker control signal and the third speaker control signal, respectively.
  • the sound source 23 repeatedly executes the process of step S200 until the reproduction ends (S201-NO).
  • the ultrasonic controller 10 repeatedly executes the processing of steps S100 to S107 until the reproduction ends (S108-NO).
  • the audio system 1 can construct a surround environment according to the use environment SP, the position of the person, and the audio signal output from the sound source 23.
  • the focal position, the position of the control point, the number of focal points, and the number of control points of the ultrasonic speaker 21 are variable, restrictions on the use environment SP (for example, the layout of the use environment SP, the use environment SP) Listener L can be made to listen to a wider variety of sounds without receiving obstacles existing in the vehicle and the position of a person).
  • depth the size of the focal point in the radial direction
  • the depth of the point sound source is limited regardless of the focal length r (n). Can be. That is, a point sound source can be formed regardless of the focal length r (n).
  • Modification 1 is an example in which the transducer array FA has a curved surface shape.
  • the transducer array FA of the first modification is formed on a curved array surface having a variable curvature.
  • An actuator for example, a variable arm
  • the actuator is configured to change a curvature (ie, a curved shape) of the array surface.
  • the curvature of the array surface changes, the oscillation phase difference of the ultrasonic waves radiated from the transducer array FA also changes.
  • the first speaker control signal generated in step S107 includes a drive signal for driving the actuator.
  • the actuator changes the curvature of the array surface based on the drive signal.
  • the same effect as that of the present embodiment can be obtained even when the ultrasonic speaker 21 that gives the ultrasonic wave an oscillation phase difference by changing the curvature of the array surface is used.
  • the ultrasonic speaker 21 that gives the ultrasonic wave an oscillation phase difference by changing the curvature of the array surface is used.
  • the ultrasonic wave is focused on a single focal point (for example, the focal point FP1 in FIG. 8)
  • the sound pressure of the ultrasonic wave focused at the focal point is determined. Can be raised.
  • Modification 2 is an example in which a surround environment is constructed using a plurality of ultrasonic speakers 21.
  • the audio system 1 of the second modification includes a plurality of ultrasonic speakers 21.
  • steps S103 and S104 the processor 12 individually determines the focal positions, the positions of the control points, and the sound pressures of the plurality of ultrasonic speakers 21 based on the relative positions of each ultrasonic speaker 21 and the listener L.
  • the sound pressure of the audible sound from the sound source formed by the focused ultrasonic waves can be increased. Further, even if the number of ultrasonic waves focused at the focal point FP increases, by forming the control area CA around the focal point FP, the area where audible sound is generated can be narrowed. As a result, a more diverse surround environment can be constructed.
  • Modification 3 is an example in which the audible range is dynamically changed.
  • the storage device 11 stores an algorithm in which the relationship between the volume of the reproduced sound and the range of the control point area based on the focus is defined.
  • the processor 12 refers to the algorithm stored in the storage device 11 and At least one of the oscillation amplitude A (n) and the oscillation phase P (n) of the ultrasonic wave radiated from TR (n) is changed. In this case, the operator can arbitrarily change the audible range of the sound from the ultrasonic speaker 21.
  • the processor 12 outputs the oscillation phase P (n) or the oscillation amplitude A (n) of each ultrasonic transducer TR (n) according to the position of the person detected by the position detection unit 25. Change). For example, when the position detection unit 25 detects the position of the specific listener L, the processor 12 calculates the control point coordinates such that the positions of the listeners L other than the specific listener L are excluded from the audible range. In this case, only the specific listener L can hear the sound from the ultrasonic speaker 21.
  • the storage device 11 stores an algorithm that defines the relationship between the volume of the environmental sound and the range of the control point area based on the focus.
  • the ultrasonic controller 10 includes a sensor (not shown) for detecting the volume of the environmental sound.
  • the processor 12 adjusts the oscillation amplitude A (n) and the oscillation phase P (n) of each ultrasonic transducer TR (n) so that the audible range is kept uniform according to the sound volume detected by the sensor. Determine at least one. In this case, even if the environmental sound changes, the audible range can be maintained.
  • the ultrasonic controller 10 controls the oscillation amplitude A (n) and the oscillation phase P (n) of each ultrasonic transducer TR (n) according to the audio signal supplied from the sound source 23. Is determined. For example, if the first surround pan parameter included in the audio signal indicates a surround pan suitable for a wide audible range, the processor 12 changes the oscillation amplitude A (n) and the oscillation phase P (n) so that the audible range is widened. decide. If the first surround pan parameter indicates a surround pan suitable for a narrow audible range, the processor 12 determines the oscillation amplitude A (n) and the oscillation phase P (n) such that the audible range is narrowed. In this case, the audible range can be changed according to the sound to be reproduced.
  • the audible range can be dynamically changed according to an external factor of the ultrasonic speaker 21.
  • Modification 4 Modification 4 will be described.
  • Modification Example 4 is an example in which an ultrasonic wave is focused on a focal point FP without generating a difference in oscillation time between the ultrasonic transducers TR (n).
  • the processor 12 calculates the oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1) between the oscillation amplitude A (n + 1) of the ultrasonic transducer TR (n + 1) and the oscillation amplitude A (n) of the ultrasonic transducer TR (n) by using Expression 4. Use and calculate.
  • the oscillation amplitude difference ⁇ A is a function of the focal length and the speed of sound.
  • ⁇ A (n + 1) h (r (n + 1), c) (Equation 4) -C: Sound velocity-Focal length: r (n + 1)
  • the processor 12 uses each of the focal coordinates (xfp, yfp, zfp) and the coordinates (xtr (n + 1), ytr (n + 1), ztr (n + 1)) stored in the storage device 11.
  • An oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1) of the ultrasonic transducer TR (n + 1) is calculated.
  • the processor 12 supplies a drive signal to each ultrasonic transducer TR (n + 1) according to the oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1).
  • Each ultrasonic transducer TR oscillates at the same time according to the drive signal.
  • the ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR have an oscillation amplitude difference ⁇ A, and are focused at the focal point FP.
  • the ultrasonic waves can be focused on the focal point FP without generating the oscillation time difference ⁇ T between the ultrasonic transducers TR.
  • Modification 5 controls the phase difference between the sound pressure distribution of the ultrasonic wave focused on the focal point FP and the sound pressure distribution of the ultrasonic wave at each control point CP (m) (hereinafter, referred to as “control point phase difference”). This is an example.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of the operation and effect of the fifth modification.
  • the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m) are determined in consideration of the following conditions. The priority of the following conditions is determined according to the use of the ultrasonic speaker 21.
  • Dependent. A change in the sound pressure distribution of the focal point FP (specifically, the shape of the main lobe of the ultrasonic wave focused on the focal point FP) caused by the control point CP is equal to or less than a certain value.
  • the change in the sound pressure of the focal point FP (specifically, the peak value of the main lobe of the ultrasonic wave focused on the focal point FP) caused by the control point CP is not more than a certain value.
  • Condition 3) The sound pressure of the control point CP is lower than the sound pressure of the focus FP (specifically, the peak value of the main lobe of the ultrasonic wave focused on the focus FP).
  • the ultrasonic controller 10 of Modification 5 determines the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m) that meet the above conditions 1 to 3.
  • the processor 12 controls the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)) and the control point sound similarly to the first example of the generation of the control parameter.
  • the control point phase difference ⁇ SPcp (m) is determined in addition to the pressure SPcp (m).
  • the control point phase difference ⁇ SPcp (m) is defined as a phase (hereinafter, referred to as “focus phase”) Pfp of the ultrasonic wave focused on the focal point FP and a phase of the control point CP (m) (hereinafter, referred to as “control point phase”) Pcp ( m).
  • the processor 12 calculates the oscillation time difference ⁇ T (n + 1) using a function of the focal point coordinates and the control point coordinates (for example, Equation 5).
  • the oscillation time difference ⁇ T is, for example, a function of the focal length, the control point distance, the control point phase difference, and the sound speed.
  • ⁇ T (n + 1) f (r (n + 1), q (n + 1), ⁇ SPcp (m), c) (Equation 5)
  • -C Sound velocity-Focal length: r (n + 1)
  • Control point phase difference ⁇ SPcp (m)
  • the processor 12 controls the control point coordinates (xcp (m), ycp (m), zcp (m)) and the control point sound similarly to the first example of the generation of the control parameter.
  • the control point amplitude difference ⁇ Acp (m) is determined.
  • the control point amplitude difference ⁇ Acp (m) is the amplitude (hereinafter referred to as “focal amplitude”) Afp of the ultrasonic wave focused on the focal point FP and the amplitude of the control point CP (m) (hereinafter referred to as “control point amplitude”) Acp ( m).
  • the processor 12 calculates the oscillation amplitude difference ⁇ A (n + 1) using Expression 7.
  • the oscillation amplitude difference ⁇ A is a function of the focal length, the control point distance, the control point sound pressure SPcp (m), the control point amplitude difference ⁇ Acp (m), and the sound speed.
  • ⁇ A (n + 1) g (r (n + 1), q (n + 1), SPcp (m), ⁇ Acp (m), c) (Equation 7) -C: Sound velocity-Focal length: r (n + 1) Control point distance: q (n + 1) -Control point sound pressure: SPcp (m) Control point amplitude difference: ⁇ Acp (m)
  • the horizontal axis in FIG. 16 is the Y coordinate, and the vertical axis is the sound pressure.
  • the solid line is the sound pressure distribution of the ultrasonic wave focused on the focal point FP when the control point CP is not set.
  • the broken line is the sound pressure distribution of the ultrasonic wave focused on the focal point FP when the control point CP is set.
  • the sound pressure distribution when the control point CP is set is longer than the sound pressure distribution when the control point CP is not set in the radiation direction (Y direction) of the ultrasonic wave with respect to the focal point FP. (That is, the depth of the focal point FP) becomes shorter.
  • the sound pressure distribution MLfp1 of the focal point FP when the control point CP is set is more localized than the sound pressure distribution MLfp0 of the focal point FP when the control point CP is not set.
  • control point coordinates (xcp (m), ycp (m), and zcp (m) are determined so as to satisfy the conditions 1 to 3. This is a condition. This is synonymous with controlling the control point phase difference so as to satisfy conditions 1 to 3. As a result, a localized sound pressure distribution MLfp1 near the focal point FP can be formed, and the control point CP can be controlled. Can be minimized.
  • a first aspect of the present embodiment is: An ultrasonic controller 10 that controls a transducer array FA having a plurality of ultrasonic transducers TR (n) that emit ultrasonic waves focused on at least one focal point at an arbitrary position in space, Means for calculating the focal coordinates of the focal point and the control point coordinates of at least one control point (for example, the processor 12 executing the processing of step S103);
  • the control point sound pressure SPcp is lower than the focus sound pressure SPfp, Means for generating a control parameter for controlling each ultrasonic transducer TR (n) based on the focal point coordinates and the control point coordinates (for example, the processor 12 executing the processing of step S107);
  • the control point is a point where the sound pressure of the ultrasonic wave is lower than the sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point, Means for individually controlling each of the ultrasonic transducers TR (n) based on the control parameters of each of the ultrasonic transducers TR (n) so as to emit
  • the sound pressure of the ultrasonic wave focused on the focal point in the control point region weakens. This makes it possible to control the ultrasonic distribution around the focal point. As a result, the listener L can hear the audible sound from the point sound source without being affected by the sound pressure of the ultrasonic wave in the control area. Further, the size of the point sound source can be suppressed (that is, the point sound source is formed only in the intended area).
  • a second aspect of the present embodiment is:
  • the generating means generates control parameters such that ultrasonic waves radiated from each ultrasonic transducer TR (n) are weakened at a control point.
  • a third aspect of the present embodiment is: The calculating means calculates focus coordinates and control point coordinates based on the position of the person.
  • a point sound source corresponding to the position of a person (for example, a listener) can be formed.
  • a fourth aspect of the present embodiment is:
  • the control parameter includes at least one of an oscillation amplitude and an oscillation phase.
  • a fifth aspect of the present embodiment is:
  • the controlling means is the ultrasonic controller 10 that generates the oscillation phase difference of the ultrasonic waves emitted by the transducer array FA by individually controlling the oscillation timing of the plurality of ultrasonic transducers TR (n).
  • the sound pressure of each ultrasonic transducer TR (n) can be used up to the upper limit.
  • a sixth aspect of the present embodiment includes: The controlling means generates an oscillation phase difference of ultrasonic waves emitted from the transducer array FA by changing a curvature of an array surface of the transducer array FA including a plurality of ultrasonic transducers TR (n).
  • the same effect as in the first aspect can be obtained even when the transducer array FA has a curved surface.
  • a seventh aspect of the present embodiment is: A means for acquiring usage environment information regarding the usage environment (for example, the processor 12 executing the processing of step S100);
  • the calculating means is the ultrasonic controller 10 which further calculates the focal point coordinates and the control point coordinates with further reference to the use environment information.
  • the seventh aspect it is possible to form a point sound source according to the use environment.
  • An eighth aspect of the present embodiment is: An ultrasonic speaker 21 connectable to the ultrasonic controller 10 according to any of the above, A plurality of ultrasonic transducers TR (n), An ultrasonic speaker 21 including a drive unit that individually drives a plurality of ultrasonic transducers TR (n) under the control of the ultrasonic controller 10.
  • a ninth aspect of the present embodiment is: This is a program for causing a computer (for example, the processor 12) to function as each unit described in any of the above.
  • the storage device 11 may be connected to the ultrasonic controller 10 via the network NW.
  • the speaker component (combination of the ultrasonic speaker 21, the loudspeaker 22, and the woofer 26) in FIG. 2 is an example. This embodiment is also applicable to the following speaker components.
  • the ultrasonic speaker 21 alone that is, a speaker component that does not include a speaker other than the ultrasonic speaker 21 (the loudspeaker 22 and the woofer 26 in FIG. 2)
  • the camera 24 may detect the relative position of the listener L instead of the position detection unit 25. For example, the camera 24 acquires the image information of the listener L.
  • the processor 12 applies feature amount analysis based on the feature amount of a person to the image information acquired by the camera 24. Thereby, the position of the person in the image information (the position in the image space) is specified.
  • the processor 12 specifies the relative position by generating three-dimensional coordinates indicating the relative position of the listener L with respect to the ultrasonic speaker 21 based on the specified position in the image space.
  • the ultrasonic speaker 21 may detect the relative position of the listener L instead of the position detection unit 25.
  • an ultrasonic sensor that detects a reflected wave of an ultrasonic wave emitted by the ultrasonic transducer TR is provided.
  • the processor 12 emits ultrasonic waves by driving the ultrasonic transducer TR.
  • the ultrasonic wave is reflected on the listener L.
  • the ultrasonic sensor detects a reflected wave from the listener L.
  • the processor 12 estimates the relative position of the listener L based on the time from when the ultrasonic wave is emitted until the reflected wave is detected by the ultrasonic sensor.
  • the ultrasonic speaker 21 can be similarly applied to a case where the ultrasonic transducer TR (n) vibrates simultaneously with different oscillation amplitudes and a case where the ultrasonic vibrator TR (n) vibrates with a time difference and different oscillation amplitudes.
  • the control point CP is at least one of a null point at which the sound pressure of the ultrasonic wave becomes zero and a point at which the sound pressure of the ultrasonic wave is lower than that of the ultrasonic wave focused on the focal point FP.
  • audio system 10 ultrasonic controller 11: storage device 12: processor 13: input / output interface 14: communication interface 21: ultrasonic speaker 21 a: cover 21 b: housing 22: loudspeaker 23: sound source 24: camera 25: position Detector 26: Woofer

Landscapes

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Abstract

空間上の任意の位置の少なくとも１つの焦点に集束する超音波を放射する振動子アレイを制御する超音波コントローラは、焦点の焦点座標と、少なくとも１つの制御点の制御点座標と、を計算する手段を備え、制御点の音圧は、焦点の音圧より低く、焦点座標及び制御点座標に基づいて、各超音波振動子を制御する制御パラメータを生成する手段を備え、各超音波振動子の制御パラメータに基づいて、焦点に集束する超音波を放射するように、各超音波振動子を個別に制御する手段を備える。

Description

超音波コントローラ、超音波スピーカ、及び、プログラム
　本発明は、超音波コントローラ、超音波スピーカ、及び、プログラムに関する。
　指向性を有する超音波を放射する超音波スピーカが知られている。超音波スピーカは、特定の範囲に可聴音を発生させることができる。特に、特定の焦点で集束する超音波を放射することにより、焦点に点音源を形成可能な超音波スピーカが注目されている。
　一般に、焦点は、リスナの耳の近くに設定される。そのため、超音波スピーカには、超音波の音圧を抑えることが望ましい。
　例えば、特開２００３－２３６８９号公報には、超音波の音圧を抑えるために、グレーティングローブを抑制する技術が開示されている。
　しかし、特開２００３－２３６８９号公報では、意図しない方向への可聴音ビームを抑制することはできるが、焦点周辺の超音波分布を意図した分布にするものではない。この場合、焦点周辺に、高音圧領域が形成される。
　高音圧領域は、焦点周辺のリスナにとって、異音の原因になる。
　また、高音圧領域は可聴音が発生する領域を拡げるため、局所的に可聴音を発生させることが難しい。
　このように、従来の超音波スピーカでは、焦点周辺の超音波分布を制御することができない。
　本発明の目的は、焦点周辺の超音波分布を制御することである。
　本発明の一態様は、
　空間上の任意の位置の少なくとも１つの焦点に集束する超音波を放射する複数の超音波振動子を有する振動子アレイを制御する超音波コントローラであって、
　前記焦点の焦点座標と、少なくとも１つの制御点の制御点座標と、を計算する手段を備え、
　　前記制御点の音圧は、前記焦点の音圧より低く、
　前記焦点座標及び前記制御点座標に基づいて、各超音波振動子を制御する制御パラメータを生成する手段を備え、
　各超音波振動子の制御パラメータに基づいて、前記焦点に集束する超音波を放射するように、各超音波振動子を個別に制御する手段を備える、
超音波コントローラである。
　本発明によれば、焦点周辺の超音波分布を制御することができる。
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の超音波コントローラの制御の原理の説明図である。 図１の超音波スピーカの発振タイミングの決定方法の説明図である。 図１の超音波スピーカの発振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８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１０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１２の処理において参照される音圧情報及び第１サラウンドパンパラメータの概略図である。 図１２の処理において第１周波数帯域～第３周波数帯域に分割される音圧情報の概略図である。 図１２の処理において生成される第２サラウンドパンパラメータの概略図である。 変形例５の作用効果の説明図である。
　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、使用環境ＳＰにオーディオシステム１が設置される。オーディオシステム１は、リスナＬの前方に位置する。
　図２に示すように、オーディオシステム１は、超音波コントローラ１０と、超音波スピーカ２１と、ラウドスピーカ２２と、音源２３と、カメラ２４と、位置検出部２５と、ウーファ２６と、を備える。
　超音波コントローラ１０は、スピーカセット（超音波スピーカ２１、ラウドスピーカ２２、及び、ウーファ２６）を制御
する情報処理装置の一例である。
　超音波コントローラ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、超音波コントローラ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、超音波コントローラ１０に接続される入力デバイス（音源２３、カメラ２４、及び、位置検出部２５）から入力信号を受け付け、且つ、超音波コントローラ１０に接続される出力デバイス（超音波スピーカ２１及びラウドスピーカ２２）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、超音波コントローラ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、超音波コントローラ１０の制御に従って、超音波を放射するように構成される。
　ラウドスピーカ２２及びウーファ２６は、超音波コントローラ１０の制御に従って、可聴音を発生させるように構成される。
　音源２３は、超音波コントローラ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、使用環境ＳＰの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。
　位置検出部２５は、人の位置を検出するように構成される。
　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、人の位置が検出される。
（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、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の超音波振動子ＴＲを含む振動子アレイＦＡが配置される。超音波振動子ＴＲ（ｎ）（ｎは１～Ｎの整数）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、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）を駆動する駆動部（不図示）を備える。駆動部は、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）を個別に駆動する。各超音波振動子ＴＲ（ｎ）は、駆動部の駆動に従い発振することにより、超音波を発生させる。各超音波振動子ＴＲ（ｎ）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５は、図１の超音波コントローラの制御の原理の説明図である。
　図４に示すように、音源２３は、オーディオ信号を超音波コントローラ１０に与える。
　超音波コントローラ１０は、音源を形成すべき空間上の位置に関する位置情報（ｘ０、ｙ０、ｚ０）を入力する。
　位置情報（ｘ０、ｙ０、ｚ０）は、例えば、以下の少なくとも１つによって超音波コントローラ１０に与えられる。
　・超音波コントローラ１０を操作するオペレータの指示
　・入力デバイス（音源２３、カメラ２４、及び、位置検出部２５の少なくとも１つ）から入力される入力信号
　・オーディオ信号の信号パターン
　超音波コントローラ１０は、入力された位置情報に基づいて、少なくとも１つの焦点ＦＰの焦点座標（ｘｆｐ、ｙｆｐ、ｚｆｐ）と、少なくとも１つの制御点ＣＰ（ｍ）の制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））と、を計算する。ｍは、制御点ＣＰの識別子（正の整数）である。制御点ＣＰとは、焦点ＦＰに集束する超音波の音圧より超音波の音圧が低い点である。焦点ＦＰに集束する超音波の音圧（以下「焦点音圧」という）をＳＰｆｐと、制御点ＣＰの超音波の音圧（以下「制御点音圧」という）をＳＰｃｐとは、式１の関係を満たす。つまり、超音波コントローラ１０は、焦点ＦＰ以外に、焦点音圧ＳＰｆｐより小さい制御点音圧ＳＰｃｐを有する制御点ＣＰを空間上に形成する。
　０≦ＳＰｃｐ／ＳＰｆｐ＜１　…（式１）
　超音波コントローラ１０は、焦点座標（ｘｆｐ、ｙｆｐ、ｚｆｐ）及び制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））に基づいて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の制御パラメータＰＡＲ（ｎ）を生成する。制御パラメータＰＡＲ（ｎ）は、超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅Ａ（ｎ）及び発振位相Ｐ（ｎ）の少なくとも１つを含む。
　超音波コントローラ１０は、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）に制御パラメータＰＡＲ（ｎ）を出力する。
　各超音波振動子ＴＲ（ｎ）は、制御パラメータＰＡＲ（ｎ）に従って発振する。その結果、振動子アレイＦＡから、制御パラメータＰＡＲ（ｎ）に基づく超音波ＵＳＷが放射される。振動子アレイＦＡから放射された超音波ＵＳＷは、焦点ＦＰで集束する。これにより、焦点ＦＰが形成された空間が音源として振る舞う。
　一方、振動子アレイＦＡから放射された超音波は、制御点ＣＰでは互いに弱め合うので、制御点ＣＰ（ｍ）が形成された空間上の領域（以下「制御領域」という）ＣＡでは超音波の音圧が低減される。これにより、リスナＬに対して、焦点ＦＰの近傍でのみ可聴音を聴かせることができ、且つ、焦点ＦＰの周辺において、焦点ＦＰ以外の位置での超音波の音圧を低減することができる。
（３）超音波スピーカの制御
　本実施形態の超音波スピーカの制御について説明する。
（３－１）超音波スピーカの制御パラメータの生成
　本実施形態の超音波スピーカの制御パラメータの生成について説明する。
　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
（３－１－１）制御パラメータの生成の第１例
　本実施形態の制御パラメータの生成の第１例について説明する。
　超音波コントローラ１０は、複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振タイミングを個別に制御することにより、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）から放射される超音波に発振位相差を与える。焦点位置及び焦点数は、この発振位相差に依存する。つまり、超音波スピーカ２１は、発振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２１の発振位相差の形成方法について説明する。図６～図７は、図１の超音波スピーカの発振タイミングの決定方法の説明図である。
　記憶装置１１には、振動子アレイＦＡの基準点（例えば、中心）に対する超音波振動子ＴＲ（ｎ）の振動子アレイＦＡ上の相対位置を示す座標（ｘｔｒ（ｎ），ｙｔｒ（ｎ），ｚｔｒ（ｎ））が記憶されている。ｎは、超音波振動子ＴＲの識別子（正の整数）である。
　例えば、超音波コントローラ１０を操作するオペレータが、焦点ＦＰを指定するための指示を与えると、プロセッサ１２は、図６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振動子ＴＲ（ｎ）の座標（ｘｔｒ（ｎ），ｙｔｒ（ｎ），ｚｔｒ（ｎ））と、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、に基づいて、超音波振動子ＴＲ（ｎ）と焦点ＦＰとの焦点距離ｒ（ｎ）を計算する。
　プロセッサ１２は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）を入力として用いて音響ホログラム計算を実行することにより、例えば、焦点音圧ＳＰｆｐが最大となり、且つ、焦点ＦＰ所定範囲の制御領域の音圧が最小となるような制御点ＣＰ（ｍ）の制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））と、制御点ＣＰ（ｍ）の制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）と、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振動子ＴＲ（ｎ）の座標（ｘｔｒ（ｎ），ｙｔｒ（ｎ），ｚｔｒ（ｎ））と、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ），ｙｃｐ（ｍ），ｚｃｐ（ｍ））と、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）と、に基づいて、超音波振動子ＴＲ（ｎ）と各制御点ＣＰ（ｍ）との制御点距離ｑ（ｎ，ｍ）を計算する。
　プロセッサ１２は、ｎ＋１番目に発振させる超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振タイミングと、ｎ番目に発振させる超音波振動子ＴＲ（ｎ）との発振タイミングとの時間差（以下「発振時間差」という）ΔＴ（ｎ＋１）を、焦点座標及び制御点座標の関数（例えば、式２）を用いて、計算する。式２に示すように、発振時間差ΔＴは、例えば、焦点距離、制御点距離、及び、音速の関数である。
　ΔＴ（ｎ＋１）＝ｆ（ｒ（ｎ＋１），ｑ（ｎ＋１），ｃ）　…（式２）
　・ｃ：音速
　・焦点距離：ｒ（ｎ＋１）
　・制御点距離：ｑ（ｎ＋１）
　上記のとおり、プロセッサ１２は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））と、記憶装置１１に記憶された座標（ｘｔｒ（ｎ＋１），ｙｔｒ（ｎ＋１），ｚｔｒ（ｎ＋１））と、を用いて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振時間差ΔＴ（ｎ＋１）を計算する。プロセッサ１２は、この発振時間差ΔＴ（ｎ＋１）に従い、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）に駆動信号を供給する。
　各超音波振動子ＴＲは、この駆動信号に応じて時間差で発振する。各超音波振動子ＴＲから放射された超音波は、発振時間差ΔＴに応じた発振位相差を有するので、焦点ＦＰで集束する。
（３－１－２）制御パラメータの生成の第２例
　本実施形態の制御パラメータの生成の第２例について説明する。
　超音波コントローラ１０は、複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅Ａ（ｎ）を個別に制御することにより、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）から放射される超音波に発振振幅差を与える。焦点位置及び焦点数、並びに、制御点位置及び制御点数は、この発振振幅差に依存する。つまり、超音波スピーカ２１は、発振振幅差を制御することにより、焦点位置及び焦点数、制御点位置及び制御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２１の発振振幅差の形成方法について説明する。
　プロセッサ１２は、制御パラメータの生成の第１例と同様に、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）を入力として用いて音響ホログラム計算を実行することにより、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））と、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）と、を決定する。
　プロセッサ１２は、制御パラメータの生成の第１例と同様に、制御点距離ｑ（ｎ，ｍ）を計算する。
　プロセッサ１２は、超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振振幅Ａ（ｎ＋１）と、超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅Ａ（ｎ）との発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）を、式３を用いて、計算する。式３に示すように、発振振幅差ΔＡは、焦点距離、制御点距離、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）、及び、音速の関数である。
　ΔＡ（ｎ＋１）＝ｇ（ｒ（ｎ＋１），ｑ（ｎ＋１），ＳＰｃｐ（ｍ）,ｃ）　…（式３）
　・ｃ：音速
　・焦点距離：ｒ（ｎ＋１）
　・制御点距離：ｑ（ｎ＋１）
　・制御点音圧：ＳＰｃｐ（ｍ）
　上記のとおり、プロセッサ１２は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））と、記憶装置１１に記憶された座標（ｘｔｒ（ｎ＋１），ｙｔｒ（ｎ＋１），ｚｔｒ（ｎ＋１））と、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）と、を用いて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）を計算する。プロセッサ１２は、この発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）に従い、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）に駆動信号を供給する。
　各超音波振動子ＴＲは、この駆動信号に応じて同時に発振する。各超音波振動子ＴＲから放射された超音波は、発振振幅差ΔＡを有するので、焦点ＦＰで集束する。
（３－１－３）制御パラメータの生成の第３例
　本実施形態の制御パラメータの生成の第３例について説明する。
　超音波コントローラ１０は、制御パラメータの生成の第１例及び第２例の組合せによって、制御パラメータを生成する。つまり、超音波コントローラ１０は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ，ｚｆｐ）と、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））と、記憶装置１１に記憶された座標（ｘｔｒ（ｎ＋１），ｙｔｒ（ｎ＋１），ｚｔｒ（ｎ＋１））と、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）と、を用いて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振時間差ΔＴ（ｎ＋１）及び発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）を計算する。
　複数の超音波振動子ＴＲの発振位相及び発振振幅の組合せを個別に制御することにより、各超音波振動子ＴＲから放射される超音波に発振位相差及び発振振幅差を与える。焦点位置及び焦点数は、この発振位相差及び発振振幅差の組合せに依存する。つまり、超音波スピーカ２１は、発振位相差及び発振振幅差の組合せ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。
（３－１－４）制御パラメータの生成の小括
　上記のとおり、プロセッサ１２は、各超音波振動子ＴＲの発振時間差ΔＴ及び発振振幅差ΔＡの少なくとも１つを計算する。プロセッサ１２は、発振時間差ΔＴ及び発振振幅差ΔＡの少なくとも１つに従い、各超音波振動子ＴＲに駆動信号を供給する。
　各超音波振動子ＴＲがこの駆動信号に応じた時間差で発振する場合、各超音波振動子ＴＲから放射された超音波は、発振時間差ΔＴに応じた発振位相差を有するので、焦点ＦＰで集束する。
　各超音波振動子ＴＲがこの駆動信号に応じた発振振幅で発振する場合、各超音波振動子ＴＲから放射された超音波は、発振振幅差ΔＡ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、空間上の任意の位置に可聴音の音源を形成することができる。
　制御点ＣＰ（ｍ）の数が多いほど、焦点ＦＰのサイズは小さくなる（つまり、より局所的な焦点ＦＰが形成される）。焦点ＦＰのサイズが小さくなるほど、焦点ＦＰに形成された音源からの可聴音を聴き取ることができる領域が小さくなる。これにより、焦点ＦＰに近い領域で聴き取ることができるが、焦点ＦＰから遠い領域では聴き取ることができない可聴音の音源を空間上の任意の焦点ＦＰに形成することができる。
　リスナＬが可聴音を聴き取れる可聴範囲の分布は、焦点座標（ｘｆｐ，ｙｆｐ、ｚｆｐ）及び制御点座標（ｘｃｐ（ｍ），ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））の組合せによって規定される。
　従って、プロセッサ１２は、超音波の発振位相差及び発振振幅差の少なくとも１つ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。
（３－２）超音波スピーカの動作例
　本実施形態の超音波スピーカ２１の動作例について説明する。
（３－２－１）動作例１（単焦点）
　本実施形態の超音波スピーカ２１の動作例１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１の説明図である。図９は、図８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８に示すように、動作例１の超音波スピーカ２１からは、発振位相差及び発振振幅差の少なくとも１つを有する超音波ＵＳＷ１が放射される。超音波ＵＳＷ１は、振動子アレイ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９に示すように、超音波スピーカ２１は、焦点ＦＰ１に点音源ＳＳ１を形成し、且つ、点音源ＳＳ１の周囲に制御点ＣＰ（ｍ）によって構成される制御領域ＣＡ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、且つ、制御領域ＣＡはリスナＬの耳の周辺に形成される。制御領域ＣＡでは、超音波の音圧が弱め会う。
　この場合、リスナＬは、制御領域ＣＡにおける超音波の音圧の影響を受けることなく、点音源ＳＳ１からの可聴音を聴くことができる。
　また、点音源ＳＳ１のサイズを抑制する（つまり、限られた範囲にのみ点音源ＳＳ１を形成する）ことができる。
（３－２－２）動作例２（複焦点）
　本実施形態の超音波スピーカ２１の動作例２について説明する。図１０は、本実施形態の超音波スピーカの動作例２の説明図である。図１１は、図１０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１０に示すように、動作例２の超音波スピーカ２１からは、振動の時間差に応じた発振位相差を有する超音波ＵＳＷ２ａ及びＵＳＷ２ｂが放射される。
　超音波ＵＳＷ２ａは、振動子アレイＦＡの中心から焦点距離ｄ２ａだけ離れた焦点ＦＰ２ａで集束する。
　超音波ＵＳＷ２ｂは、振動子アレイ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１１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を形成し、且つ、点音源ＳＳ２ａ及びＳＳ２ｂの周囲に制御領域ＣＡａ及びＣＡｂ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、且つ、制御領域ＣＡａはリスナＬ１の耳の周辺に形成される。制御領域ＣＡａでは、焦点ＦＰ２ａに集束する超音波の音圧が弱め合う。
　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、且つ、制御領域ＣＡｂはリスナＬ２の耳の周弱め合う辺に形成される。制御領域ＣＡｂでは、焦点ＦＰ２ｂに集束する超音波の音圧が弱め合う。
　この場合、リスナＬ１は、制御領域ＣＡａ及びＣＡｂにおける超音波の音圧の影響を受けることなく、点音源ＳＳ２ａからの可聴音を聴くことができる。一方、リスナＬ２は、制御領域ＣＡａ及びＣＡｂにおける超音波の音圧の影響を受けることなく、点音源ＳＳ２ｂからの可聴音を聴くことができる。
　また、点音源ＳＳ２ａ及びＳＳ２ｂのサイズを抑制する（つまり、限られた範囲にのみ点音源ＳＳ２ａ及びＳＳ２ｂを形成する）ことができる。
　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。この場合、各焦点の周囲に、制御領域が形成される。
（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１２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１３は、図１２の処理において参照される音圧情報及び第１サラウンドパンパラメータの概略図である。図１４は、図１２の処理において第１周波数帯域～第３周波数帯域に分割される音圧情報の概略図である。図１５は、図１２の処理において生成される第２サラウンドパンパラメータの概略図である。
　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、超音波コントローラ１０に出力する。
　オーディオ信号は、再生すべき音の音圧情報（図１３Ａ）と、第１サラウンドパンパラメータ（図１３Ｂ）と、を含む。
　図１３Ａは、音圧情報の例である。横軸が周波数（Ｈｚ）であり、縦軸が音圧（ｄＢ）である。
　図１３Ｂは、５．１ｃｈサラウンドモードの第１サラウンドパンパラメータの例である。第１サラウンドパンパラメータは、センタスピーカ（Ｃ）、右フロントスピーカ（Ｒ）、左フロントスピーカ（Ｌ）、右サラウンドスピーカ（ＲＳ）、左サラウンドスピーカ（ＬＳ）、及び、ウーファ（ＬＦＥ）の音圧のバランス（つまり、パンニング）を示す。
　超音波コントローラ１０は、使用環境情報の取得（Ｓ１００）を実行する。
　具体的には、プロセッサ１２は、使用環境ＳＰのレイアウトを示すレイアウト情報を生成する。レイアウト情報は、使用環境ＳＰの３次元のサイズを示す情報と、３次元形状を示す情報と、を含む。
　一例として、カメラ２４は、使用環境ＳＰの画像情報を撮像する。プロセッサ１２は、カメラ２４によって撮像された画像情報に三次元モデリングを適用することにより、使用環境ＳＰのレイアウトを示すレイアウト情報を生成し、記憶装置１１に記憶する。
　別の例として、プロセッサ１２は、入出力インタフェース１３又は通信インタフェース１４を介して、使用環境ＳＰのレイアウト情報（例えば、３次元ＣＡＤデータ）を記憶装置１１に記憶する。
　位置検出部２５は、赤外線を照射し、且つ、赤外線の反射光を受光することにより、人の位置を検出する。
　プロセッサ１２は、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。
　ステップＳ１００及びＳ２００の後、超音波コントローラ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、超音波コントローラ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、音圧情報（図１３Ａ）と、第１サラウンドパンパラメータ（図１３Ｂ）と、を取り出す。
　プロセッサ１２は、音圧情報と、第１サラウンドパンパラメータと、を記憶装置１１に記憶する。
　ステップＳ１０２の後、超音波コントローラ１０は、焦点位置及び制御点位置の決定（Ｓ１０３）を実行する。
　第１例として、ステップＳ１００で位置検出部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、ステップＳ１００で位置検出部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。
　プロセッサ１２は、特定した相対位置に基づいて、図９の焦点ＦＰ１及び制御点ＣＰ（ｍ）の位置を決定する。
　第２例として、ステップＳ１００で位置検出部２５によって複数（例えば、２人）のリスナＬ１及びＵ２が検出された場合、プロセッサ１２は、ステップＳ１００で位置検出部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。
　プロセッサ１２は、特定した相対位置に基づいて、図１１の複数の焦点ＦＰ２ａ及びＦＰ２ｂ、並びに、制御点ＣＰ（ｍ）の位置を決定する。
　第３例として、ステップＳ１００において、ユーザが、入出力インタフェース１３を介して、焦点の位置を指定するためのユーザ指示を入力した場合、プロセッサ１２は、ユーザ指示に基づいて、図９の焦点ＦＰ１及び制御点ＣＰ（ｍ）の位置を決定する。
　ステップＳ１０３の後、超音波コントローラ１０は、第２サラウンドパンパラメータの生成（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に記憶した音波レベル情報の周波数特性を第１周波数帯域Ｂ１～第３周波数帯域Ｂ３に分割する（図１４）。
　図１４に示すように、第１周波数帯域Ｂ１は、第１周波数閾値ＴＨ１以上の周波数帯域である。
　プロセッサ１２は、超音波スピーカ２１の出力特性に基づいて第１周波数帯域Ｂ１を決定する。
　プロセッサ１２は、第１周波数帯域Ｂ１を構成する周波数成分について、超音波スピーカ２１の音圧が最も高くなり、且つ、ウーファ２６の音圧が最も低くなるように、超音波スピーカ２１の音圧と、ラウドスピーカ２２の音圧と、ウーファ２６の音圧と、を決定する。
　第２周波数帯域Ｂ２は、第２周波数閾値ＴＨ２と第１周波数閾値ＴＨ１との間の周波数帯域である。
　プロセッサ１２は、ラウドスピーカ２２の出力特性に基づいて第２周波数帯域Ｂ２を決定する。
　プロセッサ１２は、第２周波数帯域Ｂ２を構成する周波数成分について、ラウドスピーカ２２の音圧が最も高くなり、且つ、ウーファ２６の音圧が最も低くなるように、超音波スピーカ２１の音圧と、ラウドスピーカ２２の音圧と、ウーファ２６の音圧と、を決定する。
　第３周波数帯域Ｂ３は、第２周波数閾値ＴＨ２以下の周波数帯域である。
　プロセッサ１２は、ウーファ２６の出力特性に基づいて第３周波数帯域Ｂ３を決定する。
　プロセッサ１２は、第３周波数帯域Ｂ３を構成する周波数成分について、ウーファ２６の音圧が最も高くなり、且つ、超音波スピーカ２１の音圧が最も低くなるように、超音波スピーカ２１の音圧と、ラウドスピーカ２２の音圧と、ウーファ２６の音圧と、を決定する。
　プロセッサ１２は、決定した音圧（超音波スピーカ２１の音圧、ラウドスピーカ２２の音圧、及び、ウーファ２６の音圧）に基づいて、第２サラウンドパンパラメータ（図１５）を生成する。
　図１５の第２サラウンドパンパラメータは、超音波スピーカ（ＵＳ）、右フロントスピーカ（Ｒ）、左フロントスピーカ（Ｌ）、右サラウンドスピーカ（ＲＳ）、左サラウンドスピーカ（ＬＳ）、及び、ウーファ（ＬＦＥ）の音圧のバランス（つまり、超音波スピーカ２１を含むスピーカコンポーネントのパンニング）を示している。
　図１５Ａは、第１周波数帯域Ｂ１の音圧が第２周波数帯域Ｂ２の音圧より高い場合の第２サラウンドパンパラメータの例を示している。
　図１５Ａに示すように、第１周波数帯域Ｂ１の音圧が第２周波数帯域Ｂ２の音圧より高い場合の第２サラウンドパンパラメータでは、ラウドスピーカ２２（右フロントスピーカ（Ｒ）、左フロントスピーカ（Ｌ）、右サラウンドスピーカ（ＲＳ）、及び、左サラウンドスピーカ（ＬＳ））の音圧より、超音波スピーカ（ＵＳ）の音圧が高い。
　つまり、第１周波数帯域Ｂ１の音圧が第２周波数帯域Ｂ２の音圧より高い場合、超音波コントローラ１０は、ラウドスピーカ２２の音より超音波スピーカ２１の音を強調する。
　図１５Ｂは、第１周波数帯域Ｂ１の音圧が第２周波数帯域Ｂ２の音圧より低い場合の第２サラウンドパンパラメータの例を示している。
　図１５Ａに示すように、第１周波数帯域Ｂ１の音圧が第２周波数帯域Ｂ２の音圧より低い場合の第２サラウンドパンパラメータでは、ラウドスピーカ２２（右フロントスピーカ（Ｒ）、左フロントスピーカ（Ｌ）、右サラウンドスピーカ（ＲＳ）、及び、左サラウンドスピーカ（ＬＳ））の音圧より、超音波スピーカ（ＵＳ）の音圧が低い。
　つまり、第１周波数帯域Ｂ１の音圧が第２周波数帯域Ｂ２の音圧より低い場合、超音波コントローラ１０は、超音波スピーカ２１の音よりラウドスピーカ２２の音を強調する。
　ステップＳ１０４の後、超音波コントローラ１０は、変調レベルの決定（Ｓ１０５）を実行する。
　具体的には、プロセッサ１２は、ステップＳ１０４で決定した第２サラウンドパンパラメータのうち超音波スピーカ（ＵＳ）の音圧と、ステップＳ１０３で決定した焦点位置及び制御点位置と、に基づいて、変調レベル（例えば、超音波スピーカ２１から放射される超音波のＡＭ変調レベル）を決定する。
　ステップＳ１０５の後、超音波コントローラ１０は、音響ホログラム計算（Ｓ１０６）を実行する。
　ステップＳ１０６の第１例では、プロセッサ１２は、ステップＳ１０３で決定した焦点位置及び制御点位置に、それぞれ、焦点ＦＰ及び制御点ＣＰを形成するための位相分布に対応する発振位相差の分布（以下「位相差分布」という）を得るための音響ホログラム計算を実行する。
　プロセッサ１２は、音響ホログラム計算によって得られた位相差分布に基づいて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振タイミングを決定する。
　ステップＳ１０６の第２例では、プロセッサ１２は、ステップＳ１０３で決定した焦点位置及び制御点位置に、それぞれ、焦点ＦＰ及び制御点ＣＰを形成するための振幅分布を得るための音響ホログラム計算を実行する。
　プロセッサ１２は、音響ホログラム計算によって得られた振幅分布に基づいて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅を決定する。
　ステップＳ１０５の後、超音波コントローラ１０は、スピーカ制御信号の生成（Ｓ１０７）を実行する。
　具体的には、プロセッサ１２は、第２サラウンドパンパラメータのうち、超音波スピーカ（ＵＳ）の音圧と、ステップＳ１０６で決定した発振位相差及び発振振幅の少なくとも１つと、ステップＳ１０５で決定した変調レベルと、に基づいて、超音波スピーカ２１を制御するための第１スピーカ制御信号（「制御パラメータ」の一例）を生成する。
　プロセッサ１２は、ステップＳ１０４で決定した第２サラウンドパンパラメータのうち、右フロントスピーカ（Ｒ）、左フロントスピーカ（Ｌ）、右サラウンドスピーカ（ＲＳ）、及び、左サラウンドスピーカ（ＬＳ）の音圧に基づいて、ラウドスピーカ２２を制御するための第２スピーカ制御信号を生成する。
　プロセッサ１２は、第２サラウンドパンパラメータのうち、ウーファ（ＬＦＥ）の音圧に基づいて、ウーファ２６を制御するための第３スピーカ制御信号を生成する。
　プロセッサ１２は、第１スピーカ制御信号～第３スピーカ制御信号を、それぞれ、超音波スピーカ２１、ラウドスピーカ２２、及び、ウーファ２６に出力する。
　超音波スピーカ２１は、第１スピーカ制御信号に基づいて、超音波を放射する。超音波スピーカ２１から放射された超音波は、ステップＳ１０３で決定された焦点ＦＰで集束し、且つ、制御点ＣＰで互いに弱め合う。集束した超音波は、焦点ＦＰに可聴音の音源を形成する。つまり、焦点ＦＰに形成された音源は、可聴音を発生させる。
　ラウドスピーカ２２及びウーファ２６は、それぞれ、第２スピーカ制御信号及び第３スピーカ制御信号に基づいて、自身を音源とする可聴音を発生させる。
　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。
　超音波コントローラ１０は、再生が終了するまで（Ｓ１０８－ＮＯ）、ステップＳ１００～Ｓ１０７の処理を繰り返し実行する。
　これにより、オーディオシステム１は、使用環境ＳＰと、人の位置と、音源２３から出力されるオーディオ信号と、に応じたサラウンド環境を構築することができる。
　特に、オーディオシステム１では、超音波スピーカ２１の焦点位置、制御点の位置、焦点数、及び、制御点数が可変であるので、使用環境ＳＰの制約（例えば、使用環境ＳＰのレイアウト、使用環境ＳＰ内に存在する障害物、及び、人の位置）を受けずに、より多様な音をリスナＬに聴かせることができる。
　一般に、制御点を形成しない場合、焦点距離ｒ（ｎ）が長くなるほど、焦点の放射方向のサイズ（以下「奥行き」という）が大きくなるため、焦点に形成される点音源の奥行きも大きくなる。これに対して、本実施形態によれば、少なくとも１つの焦点に集束する超音波の音圧が制御点により弱め合うので、焦点距離ｒ（ｎ）にかかわらず、点音源の奥行きを制限することができる。つまり、焦点距離ｒ（ｎ）にかかわらず、点音源を形成することができる。
（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、振動子アレイＦＡが曲面形状を有する例である。
　変形例１の振動子アレイ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、振動子アレイＦＡから放射される超音波の発振位相差も変化する。
　具体的には、ステップＳ１０７で生成される第１スピーカ制御信号は、アクチュエータを駆動す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発振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８の焦点ＦＰ１）に超音波を集束させる場合、複数の超音波振動子ＴＲ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、複数の超音波スピーカ２１を用いてサラウンド環境を構築する例である。
　変形例２のオーディオシステム１は、複数の超音波スピーカ２１を備える。
　プロセッサ１２は、ステップＳ１０３及びＳ１０４において、各超音波スピーカ２１とリスナＬの相対位置に基づいて、複数の超音波スピーカ２１の焦点位置、制御点の位置、及び音圧を個別に決定する。
　変形例２によれば、本実施形態に比べて、焦点ＦＰで集束する超音波が増えるので、集束する超音波により形成された音源からの可聴音の音圧を上げることができる。また、焦点ＦＰで集束する超音波が増えたとしても、焦点ＦＰの周囲に制御領域ＣＡを形成することにより、可聴音が発生する領域を絞ることができる。その結果、より多様なサラウンド環境を構築することができる。
（５－３）変形例３
　変形例３について説明する。変形例３は、可聴範囲を動的に変化させる例である。
　変形例３の第１例では、記憶装置１１には、再生音の音量と、焦点を基準とする制御点領域の範囲との関係が規定されたアルゴリズムが記憶されている。
　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、記憶装置１１に記憶されたアルゴリズムを参照して、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）から放射される超音波の発振振幅Ａ（ｎ）及び発振位相Ｐ（ｎ）の少なくとも１つを変更する。
　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３の第２例では、プロセッサ１２は、位置検出部２５によって検出された人の位置に応じて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振位相Ｐ（ｎ）又は発振振幅Ａ（ｎ）を変更する。例えば、位置検出部２５が特定のリスナＬの位置を検出した場合、プロセッサ１２は、特定のリスナＬ以外のリスナＬの位置が可聴範囲から除外されるように、制御点座標を計算する。
　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３の第３例では、記憶装置１１には、環境音の音量と、焦点を基準とする制御点領域の範囲との関係が規定されたアルゴリズムが記憶されている。
　超音波コントローラ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、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅Ａ（ｎ）及び発振位相Ｐ（ｎ）の少なくとも１つを決定する。
　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３の第４例では、超音波コントローラ１０は、音源２３から与えられたオーディオ信号に応じて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅Ａ（ｎ）及び発振位相Ｐ（ｎ）の少なくとも１つを決定する。例えば、オーディオ信号に含まれる第１サラウンドパンパラメータが広い可聴範囲に適したサラウンドパンを示す場合、プロセッサ１２は、可聴範囲が広がるように、発振振幅Ａ（ｎ）及び発振位相Ｐ（ｎ）を決定する。第１サラウンドパンパラメータが狭い可聴範囲に適したサラウンドパンを示す場合、プロセッサ１２は、可聴範囲が狭まるように、発振振幅Ａ（ｎ）及び発振位相Ｐ（ｎ）を決定する。
　この場合、再生される音に応じて可聴範囲を変更することができる。
　変形例３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。
（５－４）変形例４
　変形例４について説明する。変形例４は、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振時間差を発生させることなく、超音波を焦点ＦＰに集束させる例である。
　プロセッサ１２は、超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振振幅Ａ（ｎ＋１）と、超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振振幅Ａ（ｎ）との発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）を、式４を用いて、計算する。式４に示すように、発振振幅差ΔＡは、焦点距離及び音速の関数である。
　ΔＡ（ｎ＋１）＝ｈ（ｒ（ｎ＋１），ｃ）　…（式４）
　・ｃ：音速
　・焦点距離：ｒ（ｎ＋１）
　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（ｘｔｒ（ｎ＋１），ｙｔｒ（ｎ＋１），ｚｔｒ（ｎ＋１））と、を用いて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）の発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）を計算する。プロセッサ１２は、この発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）に従い、各超音波振動子ＴＲ（ｎ＋１）に駆動信号を供給する。
　各超音波振動子ＴＲは、この駆動信号に応じて同時に発振する。各超音波振動子ＴＲから放射された超音波は、発振振幅差ΔＡを有するので、焦点ＦＰで集束する。
　変化例４によれば、各超音波振動子ＴＲの発振時間差ΔＴを発生させることなく、焦点ＦＰに超音波を集束させることができる。
（５－５）変形例５
　変形例５について説明する。変形例５は、焦点ＦＰに集束する超音波の音圧分布と、各制御点ＣＰ（ｍ）における超音波の音圧分布との間の位相差（以下「制御点位相差」という）を制御する例である。図１６は、変形例５の作用効果の説明図である。
　変形例５では、以下の条件を考慮して、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ）を決定する。以下の条件の優先順位は、超音波スピーカ２１の用途に依存する。
（条件１）制御点ＣＰに起因する焦点ＦＰの音圧分布（具体的には、焦点ＦＰに集束する超音波のメインローブの形状）の変化が一定以下であること。
（条件２）制御点ＣＰに起因する焦点ＦＰの音圧（具体的には、焦点ＦＰに集束する超音波のメインローブのピーク値）の変化が一定以下であること。
（条件３）制御点ＣＰの音圧が焦点ＦＰの音圧（具体的には、焦点ＦＰに集束する超音波のメインローブのピーク値）より小さいこと。
　変形例５の超音波コントローラ１０は、上記条件１～条件３を適合する制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ）を決定する。
　変形例５の第１例では、プロセッサ１２は、制御パラメータの生成の第１例と同様に、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））、及び、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）に加えて、制御点位相差ΔＳＰｃｐ（ｍ）を決定する。制御点位相差ΔＳＰｃｐ（ｍ）とは、焦点ＦＰに集束する超音波の位相（以下「焦点位相」という）Ｐｆｐと、制御点ＣＰ（ｍ）の位相（以下「制御点位相」という）Ｐｃｐ（ｍ）との差である。
　プロセッサ１２は、発振時間差ΔＴ（ｎ＋１）を、焦点座標及び制御点座標の関数（例えば、式５）を用いて、計算する。式５に示すように、発振時間差ΔＴは、例えば、焦点距離、制御点距離、制御点位相差、及び、音速の関数である。
　ΔＴ（ｎ＋１）＝ｆ（ｒ（ｎ＋１），ｑ（ｎ＋１），ΔＳＰｃｐ（ｍ），ｃ）…（式５）
　・ｃ：音速
　・焦点距離：ｒ（ｎ＋１）
　・制御点距離：ｑ（ｎ＋１）
　・制御点位相差：ΔＳＰｃｐ（ｍ）
　変形例５の第２例では、プロセッサ１２は、制御パラメータの生成の第１例と同様に、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ））、及び、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）に加えて、制御点振幅差ΔＡｃｐ（ｍ）を決定する。制御点振幅差ΔＡｃｐ（ｍ）とは、焦点ＦＰに集束する超音波の振幅（以下「焦点振幅」という）Ａｆｐと、制御点ＣＰ（ｍ）の振幅（以下「制御点振幅」という）Ａｃｐ（ｍ）との差である。
　プロセッサ１２は、式７を用いて発振振幅差ΔＡ（ｎ＋１）を計算する。式７に示すように、発振振幅差ΔＡは、焦点距離、制御点距離、制御点音圧ＳＰｃｐ（ｍ）、制御点振幅差ΔＡｃｐ（ｍ）、及び、音速の関数である。
　ΔＡ（ｎ＋１）＝ｇ（ｒ（ｎ＋１），ｑ（ｎ＋１），ＳＰｃｐ（ｍ）, ΔＡｃｐ（ｍ），ｃ）　…（式７）
　・ｃ：音速
　・焦点距離：ｒ（ｎ＋１）
　・制御点距離：ｑ（ｎ＋１）
　・制御点音圧：ＳＰｃｐ（ｍ）
　・制御点振幅差：ΔＡｃｐ（ｍ）
　図１６の横軸はＹ座標であり、且つ、縦軸は音圧である。実線は、制御点ＣＰを設定しない場合の焦点ＦＰに集束する超音波の音圧分布である。破線は、制御点ＣＰを設定する場合の焦点ＦＰに集束する超音波の音圧分布である。
　制御点ＣＰは、ステップＳ１０３において、焦点ＦＰ（Ｙ＝ｙｆｐ）から所定距離だけシフトした位置（Ｙ＝ｙｃｐ）に設定されている。
　図１６に示すように、制御点ＣＰを設定しない場合、Ｙ＞ｙｆｐの領域において、音圧分布がなだらかに減衰する。
　一方、Ｙ＝ｙｃｐの位置における音圧がゼロになるような制御点ＣＰを設定する場合、Ｙ＞Ｙｆｐの領域において、音圧分布の減衰が急峻になる。
　換言すると、制御点ＣＰを設定しない場合の音圧分布に比べて、制御点ＣＰを設定する場合の音圧分布の方が、焦点ＦＰを基準として超音波の放射方向（Ｙ方向）における長さ（つまり、焦点ＦＰの奥行き）が短くなる。この結果、制御点ＣＰを設定する場合の焦点ＦＰの音圧分布ＭＬｆｐ１は、制御点ＣＰを設定しない場合の焦点ＦＰの音圧分布ＭＬｆｐ０より局在化する。
　このように、変形例５によれば、条件１～条件３に適合するように、制御点座標（ｘｃｐ（ｍ）、ｙｃｐ（ｍ）、ｚｃｐ（ｍ）が決定される。このことは、条件１～条件３に適合するように、制御点位相差を制御することと同義である。その結果、焦点ＦＰ付近に局在化した音圧分布ＭＬｆｐ１を形成することができ、且つ、制御点ＣＰの設定に起因する影響を最小限に留めることができる。
（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、
　空間上の任意の位置の少なくとも１つの焦点に集束する超音波を放射する複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）を有する振動子アレイＦＡを制御する超音波コントローラ１０であって、
　焦点の焦点座標と、少なくとも１つの制御点の制御点座標と、を計算する手段（例えば、ステップＳ１０３の処理を実行するプロセッサ１２）を備え、
　　制御点の音圧ＳＰｃｐは、焦点の音圧ＳＰｆｐより低く、
　焦点座標及び制御点座標に基づいて、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）を制御する制御パラメータを生成する手段（例えば、ステップＳ１０７の処理を実行するプロセッサ１２）を備え、
　　制御点は、焦点に集束する超音波の音圧より、超音波の音圧が低い点であり、
　各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の制御パラメータに基づいて、焦点に集束する超音波を放射するように、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）を個別に制御する手段（例えば、ステップＳ１０７の処理を実行するプロセッサ１２）を備える、超音波コントローラ１０。
　第１態様によれば、制御点領域において焦点に集束する超音波の音圧が弱め合う。これにより、焦点周辺の超音波分布を制御することができる。
　その結果、リスナＬは、制御領域における超音波の音圧の影響を受けることなく、点音源からの可聴音を聴くことができる。
　また、点音源のサイズを抑制する（つまり、意図した領域にのみ点音源を形成する）ことができる。
　本実施形態の第２態様は、
　生成する手段は、制御点において、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）から放射される超音波が弱め合うように、制御パラメータを生成する、
超音波コントローラ１０である。
　本実施形態の第３態様は、
　計算する手段は、人の位置に基づいて、焦点座標及び制御点座標を計算する、
超音波コントローラ１０である。
　第３態様によれば、人（例えば、リスナ）の位置に応じた点音源を形成することができる。
　本実施形態の第４態様は、
　制御パラメータは、発振振幅及び発振位相の少なくとも１つを含む、
超音波コントローラ１０である。
　本実施形態の第５態様は、
　制御する手段は、複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）の発振タイミングを個別に制御することにより、振動子アレイＦＡが放射する超音波の発振位相差を生成する、超音波コントローラ１０である。
　第５態様によれば、点音源を形成するために、各超音波振動子ＴＲ（ｎ）の音圧の上限まで利用することができる。
　本実施形態の第６態様は、
　制御する手段は、複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）から構成される振動子アレイＦＡのアレイ面の曲率を変えることにより、振動子アレイＦＡが放射する超音波の発振位相差を生成する、
超音波コントローラ１０である。
　第６態様によれば、振動子アレイＦＡが曲面を有する場合であっても、第１態様と同様の効果を得ることができる。
　本実施形態の第７態様は、
　使用環境に関する使用環境情報を取得する手段（例えば、ステップＳ１００の処理を実行するプロセッサ１２）を備え、
　計算する手段は、使用環境情報を更に参照して、焦点座標及び制御点座標を計算する、超音波コントローラ１０である。
　第７態様によれば、使用環境に応じた点音源を形成することができる。
　本実施形態の第８態様は、
　上記の何れかに記載の超音波コントローラ１０と接続可能な超音波スピーカ２１であって、
　複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）を備え、
　超音波コントローラ１０の制御に従って、複数の超音波振動子ＴＲ（ｎ）を個別に駆動する駆動部を備える、超音波スピーカ２１である。
　本実施形態の第９態様は、
　コンピュータ（例えば、プロセッサ１２）を、上記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である。
（７）その他の変形例
　その他の変形例について説明する。
　記憶装置１１は、ネットワークＮＷを介して、超音波コントローラ１０と接続されてもよい。
　図２のスピーカコンポーネント（超音波スピーカ２１、ラウドスピーカ２２、及び、ウーファ２６の組合せ）は一例である。本実施形態は、以下のスピーカコンポーネントにも適用可能である。
　・超音波スピーカ２１単体（つまり、超音波スピーカ２１以外のスピーカ（図２のラウドスピーカ２２及びウーファ２６）を含まないスピーカコンポーネント）
　・図２に示されていないスピーカ（例えば、サブウーファ）を含むスピーカコンポーネント
　カメラ２４が、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、画像情報における人の位置（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、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、超音波振動子ＴＲ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、超音波振動子ＴＲを駆動することにより、超音波を放射させる。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。
　超音波スピーカ２１の動作例では、超音波振動子ＴＲ（ｎ）が時間差で振動する例を示したが、本実施形態はこれに限られない。超音波スピーカ２１は、超音波振動子ＴＲ（ｎ）が、同時に異なる発振振幅で振動する場合、及び、時間差で、且つ、異なる発振振幅で振動する場合にも、同様に適用可能である。
　制御点ＣＰは、超音波の音圧がゼロになるヌル点、及び、超音波の音圧が焦点ＦＰに集束する超音波より低い点の少なくとも１つである。
　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　　　　：超音波コントローラ
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
２２　　　　：ラウドスピーカ
２３　　　　：音源
２４　　　　：カメラ
２５　　　　：位置検出部
２６　　　　：ウーファ

Claims (9)

  1. 　空間上の任意の位置の少なくとも１つの焦点に集束する超音波を放射する複数の超音波振動子を有する振動子アレイを制御する超音波コントローラであって、
    　前記焦点の焦点座標と、少なくとも１つの制御点の制御点座標と、を計算する手段を備え、
    　　前記制御点の音圧は、前記焦点の音圧より低く、
    　前記焦点座標及び前記制御点座標に基づいて、各超音波振動子を制御する制御パラメータを生成する手段を備え、
    　各超音波振動子の制御パラメータに基づいて、前記焦点に集束する超音波を放射するように、各超音波振動子を個別に制御する手段を備える、
    超音波コントローラ。
  2. 　前記生成する手段は、前記制御点において、各超音波振動子から放射される超音波が弱め合うように、前記制御パラメータを生成する、
    請求項１に記載の超音波コントローラ。
  3. 　前記計算する手段は、人の位置に基づいて、前記焦点座標及び前記制御点座標を計算する、
    請求項１又は２に記載の超音波コントローラ。
  4. 　前記制御パラメータは、発振振幅及び発振位相の少なくとも１つを含む、
    請求項１～３の何れかに記載の超音波コントローラ。
  5. 　前記制御する手段は、前記複数の超音波振動子の発振タイミングを個別に制御することにより、前記振動子アレイが放射する超音波の発振位相差を生成する、
    請求項１～４の何れかに記載の超音波コントローラ。
  6. 　前記制御する手段は、複数の超音波振動子から構成される振動子アレイのアレイ面の曲率を変えることにより、前記振動子アレイが放射する超音波の発振位相差を生成する、
    請求項１～５の何れかに記載の超音波コントローラ。
  7. 　使用環境に関する使用環境情報を取得する手段を備え、
    　前記計算する手段は、前記使用環境情報を更に参照して、前記焦点座標及び前記制御点座標を計算する、
    請求項１～６の何れかに記載の超音波コントローラ。
  8. 　請求項１～７の何れかに記載の超音波コントローラと接続可能な超音波スピーカであって、
    　複数の超音波振動子を備え、
    　前記超音波コントローラの制御に従って、前記複数の超音波振動子を個別に駆動する駆動部を備える、超音波スピーカ。
  9. 　コンピュータを、請求項１～７の何れかに記載の各手段として機能させるためのプログラム。
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