JP4522121B2 - Superdirective speaker modulator - Google Patents
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Description
この発明は、可聴音を指向性放射する超指向性スピーカ用変調器に関するものである。 The present invention relates to a modulator for a super-directional speaker that radiates audible sound in a directional manner.
従来の超指向性スピーカ用変調器は、変調信号のオーディオ信号を係数器でm倍し、その信号に直流バイアスを加算した後、平方根変換してから超音波帯域発振器の出力搬送波信号と掛算器で掛け算し、変調信号を得ている。この変調信号をパワーアンプで増幅し、超音波振動子アレーに供給することで音波となって放射している。
すなわち、上記の係数器から掛算器までの処理は、変調度mの音声信号を平方根処理し、振幅変調した処理を行っている(例えば、特許文献1参照)。
A conventional superdirective speaker modulator multiplies an audio signal of a modulation signal by a multiplier, adds a DC bias to the signal, performs square root conversion, and then outputs an output carrier signal of an ultrasonic band oscillator and a multiplier. Multiplication is performed to obtain a modulated signal. This modulated signal is amplified by a power amplifier and supplied to an ultrasonic transducer array to be emitted as a sound wave.
That is, the processing from the coefficient unit to the multiplier is a process in which an audio signal having a modulation degree m is subjected to square root processing and amplitude-modulated (see, for example, Patent Document 1).
従来の超指向性スピーカー用変調器では、音源信号がないときに搬送波信号がそのまま放射器から出力されてしまうという問題がある。また、その変調方式に振幅変調を採用しているため、小レベルのオーディオ信号が入力された場合、変調率が低下する。このため、超音波振動素子から空気中に放射し自己生成される復調音は、所望の音圧レベルを得ることができないという問題がある。
また、様々な形態のオーディオ信号に対して、所望の音圧レベルを得るためには後段の増幅装置においてゲインを上げなければならにという問題点もあった。
The conventional superdirective speaker modulator has a problem that the carrier wave signal is output from the radiator as it is when there is no sound source signal. Further, since amplitude modulation is adopted as the modulation method, the modulation rate is lowered when a low level audio signal is input. For this reason, there is a problem that the demodulated sound that is radiated into the air from the ultrasonic vibration element and is self-generated cannot obtain a desired sound pressure level.
In addition, in order to obtain a desired sound pressure level with respect to various types of audio signals, there has been a problem that the gain must be increased in the subsequent amplification device.
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、入力されるオーディオ信号レベルに合わせ搬送波信号レベルをコントロールすることで、最適な変調出力を可能としたものである。
さらに、小レベルのオーディオ信号の時は、変調信号ゲインを上げることで音圧レベルを上げ、さらにはまた、入力されるオーディオ信号にあわせ、変調信号ゲインを可変することにより聴取しやすい音声提供を可能としたものである。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and enables optimum modulation output by controlling the carrier signal level in accordance with the input audio signal level.
Furthermore, when the audio signal is at a low level, the sound pressure level is increased by increasing the modulation signal gain. Furthermore, the audio signal can be easily heard by changing the modulation signal gain according to the input audio signal. It is possible.
この発明に係る超指向性スピーカ用変調器は、オーディオ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換器と、このA/D変換器の出力信号から包絡線レベルを求める包絡線器と、前記A/D変換器の出力に係数を乗じる係数器と、前記包絡線器と前記係数器の出力を加算する加算器と、この加算器出力を平方根処理する平方根変換器と、前記A/D変換器の出力信号を基に周期情報とレベル情報を生成する信号レベルコントロール部と、前記信号レベルコントロール部の出力信号により制御される超音波帯域発振器と、前記平方根変換器と前記超音波帯域発振器の出力信号を掛け算する掛算器と、前記掛算器の出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するD/A変換器と、前記信号レベルコントロール部の出力信号と任意に設定される値にもとづいてゲイン値を生成するゲイン可変器と、前記D/A変換器の出力に前記ゲイン可変器の出力を乗じる掛算器を備えるものである。 The superdirective speaker modulator according to the present invention includes an A / D converter that converts an audio signal from an analog signal to a digital signal, and an envelope that obtains an envelope level from an output signal of the A / D converter. A multiplier that multiplies the output of the A / D converter by a coefficient, an adder that adds the outputs of the envelope and the coefficient multiplier, a square root converter that performs a square root process on the output of the adder, and the A / D A signal level control unit that generates period information and level information based on an output signal of the D converter, an ultrasonic band oscillator controlled by an output signal of the signal level control unit, the square root converter, and the ultrasonic band A multiplier for multiplying the output signal of the oscillator, a D / A converter for converting the output signal of the multiplier from a digital signal to an analog signal, and an output signal of the signal level control unit; A gain variable unit for generating a gain value based on the value set in mind, those comprising a multiplier for multiplying an output of said variable gain across the output of the D / A converter.
この発明によれば、入力されるオーディオ信号レベルに合わせた搬送波信号レベルを調整することを可能とするため、最適な変調出力を可能とし所望の音圧レベルを得ることが可能となる。 According to the present invention, since it is possible to adjust the carrier signal level in accordance with the input audio signal level, it is possible to achieve optimum modulation output and obtain a desired sound pressure level.
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における超指向性スピーカ用変調器の構成を示す図である。図1をもとに説明する。この超指向性スピーカ用変調器は、オーディオ信号を出力する変調信号源1と、オーディオ信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換するA/D変換器2と、A/D変換器2の出力は信号レベルコントロール部3へ供給されるとともに、並列に配置された包絡線器4と係数器5に供給されている。包絡線器4と係数器5の出力は加算器6に入力されている。加算された出力は平方根変換器7に入力される。平方根変換器7の出力は、信号レベルコントロール部3出力信号でコントロールされるオーディオ信号より高い一定周波数の搬送波を出力する超音波帯域発振器8の出力と掛算器9で掛け算された後D/A変換器10に入力されている。このD/A変換器10の出力は掛算器12で信号レベルコントロール部3の出力信号をもとにゲイン可変器11で生成される信号と掛け合わされて出力信号を得る構成をとる。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a superdirective speaker modulator according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. This will be described with reference to FIG. The superdirective speaker modulator includes a modulation signal source 1 that outputs an audio signal, an A /
超指向性スピーカーは、パラメトリック作用により可聴信号を得るために超音波を発信する指向性の高いスピーカーの放射部である図示しない放射器が設けられている。
超指向性スピーカーであるパラメトリックスピーカーは、人には聞こえない超音波を利用し、強力な超音波が空気を伝搬する過程でひずみ成分が発生し、そのひずみ成分を利用することによって可聴帯域の音を得る原理(非線形性)を採用している。可聴音を得るための変換効率は低いが、音放射方向の狭いエリアにビーム状に音が集中するという「超指向性」を呈することができる。従来の指向性の低いスピーカーは、いわば裸電球の光のように、背面を含む広いエリアに音場を形成するので、エリアをコントロールすることが出来なかったが、パラメトリックスピーカーで使用するスピーカーは、あたかもスポットライトのように聞こえるエリアを限定することが可能となり、非常に指向性の高いスピーカーとなっている。
The super-directional speaker is provided with a radiator (not shown) that is a radiation part of a highly directional speaker that transmits an ultrasonic wave to obtain an audible signal by a parametric action.
Parametric speakers, which are superdirective speakers, use ultrasonic waves that cannot be heard by humans, and distortion components are generated in the process of strong ultrasonic waves propagating through the air. The principle of obtaining (non-linearity) is adopted. Although the conversion efficiency for obtaining an audible sound is low, it can exhibit “superdirectivity” in which sound is concentrated in a beam shape in an area where the sound radiation direction is narrow. Conventional low directivity speakers, like the light of a bare bulb, form a sound field in a wide area including the back, so the area could not be controlled, but the speakers used with parametric speakers are It is possible to limit the area that sounds like a spotlight, making it a highly directional speaker.
つぎに、図1にもとづき動作について説明する。変調信号源1から出力されるオーディオ信号は、A/D変換器2でアナログ信号から量子化データ値のデジタル信号へ変換される。A/D変換器2の標本化する周波数は、変調信号源1から出力されるオーディオ信号より充分大きな周波数で標本化でき、入力されるオーディオ信号にあわせ標本化であるサンプリング周波数を調整できるものとする。この量子化されたデータ値は、信号レベルコントロール部3へ入力されるとともに、並列に設けられた包絡線器4と係数器5へ入力される。
まず、包絡線器4と係数器5の方に入力された量子化されたデータ値は、包絡線器4で包絡線レベルをもとめられ、また、係数器5でm倍にされ出力される。この包絡線器4と係数器5の出力は加算器6で加算された後、平方根変換器7に入力される。平方根変換器7では、加算された信号の並行根処理が行われて出力される。
一方、信号レベルコントロール部3では量子化されたデータ値から周期情報とレベル情報を生成する。図2は、信号レベルコントロール部の詳細を示すブロック図である。図2をもとに、信号レベルコントロール部3の動作を説明する。入力された量子化データ値は、メモリ13に入力され蓄積されるとともに差分器14に出力される。メモリ13は、蓄積されるデータ管理するプログラムが内蔵されているものとする。差分器14で差分処理を行い、その結果を増減検出器15へ出力する。増減検出器15は、差分結果データより増加、減少傾向のそれぞれの境界値を割り出す。例えば、2つの減少境界値より周期(時間)と2つの減少境界値とその間の最大値をもとにレベルを割り出し、その周期情報とレベル情報をメモリ13経由で、パルス生成器16へ出力する。パルス生成器16に送られてくる周期情報とレベル情報を基にパルス生成を行い、超音波帯域発振器8へ出力する。超音波帯域発振器8は、送られてくるパルス情報を基に、そのパルスのレベルに応じた超音波である搬送波を掛算器9へ出力し、入力されるオーディオ信号により振幅変調される。振幅変調された信号はD/A変換器10でもとのアナログ信号に変換される。変換後、掛算器12でゲイン可変器11の出力と掛け合わされて変調信号のゲインを可変し、変調信号出力となる。ゲイン可変器11は、任意の基準より小さいときは、増加させるような数値を出力し、変調信号ゲインを増加させる。
Next, the operation will be described with reference to FIG. The audio signal output from the modulation signal source 1 is converted by the A /
First, the quantized data values input to the envelope 4 and the coefficient unit 5 are obtained as envelope levels by the envelope 4, and are multiplied by m by the coefficient 5 and output. The outputs of the envelope 4 and the coefficient unit 5 are added by an
On the other hand, the signal
たとえば、信号レベルコントロール部3から出力されるレベルAを0<A≦1の値となるようにする。ゲイン可変器11では式1/(X+A)に従い、変調信号ゲインの可変を行う。この式のXは、変調信号源1から出力されるオーディオ信号に基づき任意の値を設定できるものとする。信号レベルコントロール部3から出力されるレベルをゲイン可変器11の1/(X+A)式に代入することで小さいオーディオ信号レベル時、変調ゲインを上げることができる。たとえば、Xの値を0.3とすると、大きいオーディオ信号時、信号レベルコントロール部3から出力されるレベルを0.7としたとき、ゲイン可変器11の出力値は1倍となる。これに対し、小さいオーディオ信号の信号レベルコントロール部3から出力されるレベルを0.1としたとき、ゲイン可変器11の出力値は2.5倍になり小さいオーディオ信号時、変調信号ゲインを上げることが可能となる。
For example, the level A output from the signal
また、信号レベルコントロール部3〜出力されるレベルに応じて、ゲイン可変器11はaを定数としてa(1/X+A)のような指数関数、logaXのような対数関数などの単調増加関数としてのふるまいをしてもよい。
Further, according to the level output from the signal
1 変調信号源、2 A/D変換器、3 信号レベルコントロール部、4 包絡線器、5 係数器、6 加算器、7 平方根変換器、8 超音波帯域発振器、9 掛算器、10 D/A変換器、11 ゲイン可変器、12 掛算器、13 メモリ、14 差分器、15 増減検出器、16 パルス生成器。 1 Modulation signal source, 2 A / D converter, 3 signal level control unit, 4 envelope, 5 coefficient unit, 6 adder, 7 square root converter, 8 ultrasonic band oscillator, 9 multiplier, 10 D / A Converter, 11 Gain variable, 12 Multiplier, 13 Memory, 14 Differentiator, 15 Increase / decrease detector, 16 Pulse generator.
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