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技術 オーディオコントローラ、プログラム、超音波スピーカ、音源装置

出願人 ピクシーダストテクノロジーズ株式会社
発明者 落合陽一
出願日 2017年10月3日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2017-193373
公開日 2019年4月25日 (2ヶ月経過) 公開番号 2019-068314
状態 特許登録済
技術分野 可聴帯域変換器の回路等
主要キーワード 周波数閾値 焦点座標 ピーク閾値 略回転対称 出力周波数特性 特徴量解析 可変アーム 可聴範囲
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

超音波スピーカによって再生される可聴音の歪みを解消する。

解決手段

少なくとも1つの超音波スピーカ、及び、音源接続可能なオーディオコントローラは、音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、オーディオ信号の音圧レベル周波数との関係に関する第1周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、第1周波数特性を第2周波数特性に変換する手段を備え、第2周波数特性に基づいて、超音波スピーカを駆動させる手段を備える。

概要

背景

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

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

概要

超音波スピーカによって再生される可聴音の歪みを解消する。 少なくとも1つの超音波スピーカ、及び、音源と接続可能なオーディオコントローラは、音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、オーディオ信号の音圧レベル周波数との関係に関する第1周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、第1周波数特性を第2周波数特性に変換する手段を備え、第2周波数特性に基づいて、超音波スピーカを駆動させる手段を備える。

目的

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

効果

実績

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牽制数
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請求項1

少なくとも1つの超音波スピーカ、及び、音源接続可能なオーディオコントローラであって、前記音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、前記オーディオ信号の音圧レベル周波数との関係に関する第1周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、前記第1周波数特性を第2周波数特性に変換する手段を備え、前記第2周波数特性に基づいて、前記超音波スピーカを駆動させる手段を備える、オーディオコントローラ。

請求項2

前記超音波スピーカが放射する超音波位相差を用いて、前記超音波を集束させる焦点位置及び焦点数の少なくとも1つを制御する手段を備える、請求項1に記載のオーディオコントローラ。

請求項3

前記制御する手段は、前記超音波スピーカの複数の超音波トランスデューサ駆動タイミングを個別に制御することにより、前記位相差を生成する、請求項2に記載のオーディオコントローラ。

請求項4

前記制御する手段は、複数の超音波トランスデューサから構成されるフェーズドアレイアレイ面曲率を変えることにより、前記位相差を生成する、請求項2に記載のオーディオコントローラ。

請求項5

前記制御する手段は、前記超音波スピーカに対するリスナの相対位置に基づいて、前記焦点位置を制御する、請求項2〜4の何れかに記載のオーディオコントローラ。

請求項6

コンピュータを、請求項1〜5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

請求項7

請求項1〜5の何れかに記載のオーディオコントローラと接続可能な超音波スピーカであって、複数の超音波トランスデューサを備え、前記オーディオコントローラの制御に従って、前記複数の超音波トランスデューサを個別に駆動する駆動部を備える、超音波スピーカ。

請求項8

前記複数の超音波トランスデューサは、平面上に配置され、前記駆動部は、前記複数の超音波トランスデューサから放射される超音波に位相差が形成されるように、各超音波トランスデューサを個別に振動させる、請求項7に記載の超音波スピーカ。

請求項9

少なくとも1つの超音波スピーカを制御するオーディオコントローラと接続可能な音源装置であって、音源のオーディオ信号を生成する手段を備え、前記オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第1周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、前記第1周波数特性を第2周波数特性に変換する手段を備え、前記第2周波数特性を含むオーディオ信号を前記オーディオコントローラに出力する手段を備える、音源装置。

技術分野

0001

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

背景技術

0002

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

0003

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

先行技術

0004

特開2013−070213号公報

発明が解決しようとする課題

0005

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

0006

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

0007

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

課題を解決するための手段

0008

本発明の一態様は、
少なくとも1つの超音波スピーカ、及び、音源と接続可能なオーディオコントローラであって、
前記音源からオーディオ信号を入力する手段を備え、
前記オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第1周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、前記第1周波数特性を第2周波数特性に変換する手段を備え、
前記第2周波数特性に基づいて、前記超音波スピーカを駆動させる手段を備える、
オーディオコントローラである。

発明の効果

0009

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

図面の簡単な説明

0010

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

実施例

0011

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。

0012

(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。

0013

図1に示すように、オーディオシステム1は、オーディオコントローラ10と、超音波スピーカ21と、音源23と、タッチパネルディスプレイ26と、を備える。

0014

図2に示すように、オーディオコントローラ10は、超音波スピーカ21を制御する情報処理装置の一例である。
オーディオコントローラ10は、記憶装置11と、プロセッサ12と、入出力インタフェース13と、通信インタフェース14と、を備える。

0015

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。

0016

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

0017

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)

0018

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

0019

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

0020

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

0021

超音波スピーカ21は、オーディオコントローラ10の制御に従って、超音波を放射するように構成される。

0022

音源23は、オーディオコントローラ10にオーディオ信号を与えるように構成される。音源23は、以下のものを含む。
テレビ
オーディオメディアプレーヤカセットプレーヤ、CD(Compact Disc)プレーヤ、DVD(Digital Versatile Disc)プレーヤ、ブルーレイディスクプレーヤ)
・デジタルオーディオプレーヤ

0023

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

0024

リスナ位置検出部25は、リスナLの位置を検出するように構成される。
リスナ位置検出部25は、例えば、赤外線センサである。赤外線センサは、赤外線照射し、且つ、赤外線の反射光受光すると、反射光に応じて電気信号を生成する。これにより、リスナLの位置が検出される。
プロセッサ12は、リスナ位置検出部25が生成した電気信号に基づいて、超音波スピーカ21に対するリスナLの相対位置を示す三次元座標を生成することにより、当該相対位置を特定する。

0025

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

0026

(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。

0027

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。

0028

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

0029

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

0030

(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。

0031

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

0032

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

0033

超音波スピーカ21は、オーディオコントローラ10によって生成された駆動信号に基づいて超音波を放射する。

0034

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

0035

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

0036

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

0037

(3)超音波スピーカの動作例
本実施形態の超音波スピーカの動作例について説明する。

0038

超音波スピーカ21は、所定の変調方式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

0039

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

0040

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

0041

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

0042

例えば、リスナ位置検出部25がリスナLの位置を検出すると、プロセッサ12は、図5に示すように、基準点に対する焦点FPの相対位置を示す焦点座標(xfp,yfp,zfp)を決定する。
プロセッサ12は、記憶装置11に記憶された超音波トランスデューサ21c(n)の座標(x(n),y(n),z(n))と、焦点座標(xfp,yfp,zfp)と、に基づいて、超音波トランスデューサ21c(n)と焦点FPとの距離r(n)を計算する。

0043

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

0044

上記のとおり、プロセッサ12は、焦点座標(xfp,yfp,zfp)と、記憶装置11に記憶された座標(x(n+1),y(n+1),z(n+1))と、を用いて、各超音波トランスデューサ21c(n+1)の駆動時間差ΔT(n+1)を計算する。プロセッサ12は、この駆動時間差ΔT(n+1)に従い、各超音波トランスデューサ21c(n+1)に駆動信号を供給する。
各超音波トランスデューサ21cは、この駆動信号に応じて駆動する。各超音波トランスデューサ21cから放射された超音波は、駆動時間差ΔT(n+1)に応じた位相差を有するので、焦点FPで集束する。

0045

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

0046

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

0047

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

0048

(3−1)動作例1(単焦点)
本実施形態の超音波スピーカの動作例1について説明する。図6は、本実施形態の超音波スピーカの動作例1の説明図である。図7は、図6の動作例1において形成される音源を示す図である。動作例1では、1つの焦点に超音波を集束させる。

0049

図6に示すように、動作例1では、超音波トランスデューサ21ca〜21ciが、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
超音波スピーカ21からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波USW1が放射される。超音波USW1は、フェーズドアレイFAの中心から焦点距離d1だけ離れた焦点FP1で集束する。

0050

図7に示すように、超音波スピーカ21は、焦点FP1に点音源SS1を形成する。
例えば、焦点FP1がリスナLの元に位置する場合、点音源SS1はリスナLの耳元に形成される。この場合、リスナLには、耳元で点音源SS1からの可聴音が聴こえる。

0051

(3−2)動作例2(複焦点)
本実施形態の超音波スピーカの動作例2について説明する。図8は、本実施形態の超音波スピーカの動作例2の説明図である。図9は、図8の動作例2において形成される音源を示す図である。動作例2では、複数の焦点に超音波を集束させる。

0052

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

0053

グループG1(超音波トランスデューサ21ca〜21ce)は、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
超音波スピーカ21からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波USW2aが放射される。超音波USW2aは、フェーズドアレイFAの中心から焦点距離d2aだけ離れた焦点FP2aで集束する。

0054

グループG2(超音波トランスデューサ21cf〜21ci)は、両端部から中央に向かう順に、時間差で振動する。
超音波スピーカ21からは、振動の時間差に応じた位相差を有する超音波USW2bが放射される。超音波USW2bは、フェーズドアレイFAの中心から焦点距離d2bだけ離れた焦点FP2bで集束する。

0055

図9に示すように、超音波スピーカ21は、焦点FP2a及びFP2bに、それぞれ、点音源SS2a及びSS2bを形成する。
例えば、焦点FP2aがリスナL1の耳元に位置する場合、点音源SS2aはリスナL1の耳元に形成される。この場合、リスナL1には、耳元で点音源SS2aからの可聴音が聴こえる。
焦点FP2bがリスナL2の耳元に位置する場合、点音源SS2bはリスナL2の耳元に形成される。この場合、リスナL2には、耳元で点音源SS2bからの可聴音が聴こえる。

0056

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。

0057

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

0058

テップS200の後、音源23は、オーディオ信号の出力(S200)を実行する。
具体的には、音源23は、オーディオ信号をエンコードし、オーディオコントローラ10に出力する。
オーディオ信号は、再生すべき音の第1周波数特性(図11)を含む。
図11では、横軸が周波数(Hz)であり、縦軸が音圧レベル(dB)である。

0059

S200の後、オーディオコントローラ10は、オーディオ信号の入力(S101)を実行する。
具体的には、プロセッサ12は、ステップS200で音源23から出力されたオーディオ信号を入力する。

0060

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

0061

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

0062

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

0063

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

0064

ステップS104の第1例を説明する。

0065

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

0066

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

0067

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

0068

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

0069

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

0070

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

0071

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

0072

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

0073

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

0074

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

0075

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

0076

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

0077

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

0078

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

0079

その結果、低周波数成分の音量が維持又は補正された可聴音が再生可能になる。

0080

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

0081

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

0082

プロセッサ12は、駆動信号を超音波スピーカ21に出力する。
超音波スピーカ21は、駆動信号に基づいて、超音波を放射する。超音波スピーカ21から放射された超音波は、ステップS103で決定された焦点FPで集束する。集束した超音波は、焦点FPに可聴音の音源を形成する。焦点FPに形成された音源は、可聴音を発生させる。

0083

音源23は、再生が終了するまで(S201−NO)、ステップS200の処理を繰り返し実行する。
オーディオコントローラ10は、再生が終了するまで(S107−NO)、ステップS101〜S106の処理を繰り返し実行する。

0084

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

0085

(5)変形例
本実施形態の変形例について説明する。

0086

(5−1)変形例1
変形例1について説明する。変形例1は、フェーズドアレイFAが曲面形状を有する例である。

0087

変形例1のフェーズドアレイFAは、可変曲率を有する曲面形状のアレイ面上に形成される。
超音波スピーカ21には、アクチュエータ(例えば、可変アーム)が接続される。アクチュエータは、アレイ面の曲率(つまり、曲面形状)を変えるように構成される。アレイ面の曲率が変わると、フェーズドアレイFAから放射される超音波の位相差も変化する。

0088

具体的には、ステップS106で生成される駆動信号は、アクチュエータを駆動させるための駆動信号を含む。
アクチュエータは、駆動信号に基づいて、アレイ面の曲率を変える。

0089

変形例1によれば、アレイ面の曲率を変えることにより超音波に位相差を与える超音波スピーカ21を用いる場合にも、上記本実施形態と同様の効果が得られる。
特に、単一の焦点(例えば、図6の焦点FP1)に超音波を集束させる場合、複数の超音波トランスデューサ21cの放射方向が当該焦点を向くので、当該焦点で集束する超音波の音圧レベルを上げることができる。

0090

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

0091

変形例2の第1例では、プロセッサ12は、オーディオシステム1のオペレータ(例えば、リスナL)の指示(例えば、音量を変化させるための操作)を受け付けると、当該指示に応じて、超音波トランスデューサ21cから放射される超音波の振幅又は変調度を変更する。
この場合、オペレータは、超音波スピーカ21による音の可聴範囲を任意に変更することができる。

0092

変形例2の第2例では、プロセッサ12は、リスナ位置検出部25によって検出されたリスナLの位置に応じて、超音波トランスデューサ21cから放射される超音波の振幅又は変調度を変更する。例えば、プロセッサ12は、複数のリスナLのうち一部のリスナLの位置が可聴範囲から除外されるように、振幅又は変調度を決定する。
この場合、特定のリスナLにのみ、超音波スピーカ21による音を聴かせることができる。

0093

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

0094

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

0095

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

0096

第1例として、ステップS103の前に、リスナ位置検出部25によって1人のリスナLが検出された場合、プロセッサ12は、リスナ位置検出部25の検出結果に基づいて、超音波スピーカ21に対するリスナLの相対位置を特定する。
ステップS103において、プロセッサ12は、特定した相対位置に基づいて、図7の焦点FP1の位置を決定する。

0097

第2例として、ステップS103の前に、リスナ位置検出部25によって複数(例えば、2人)のリスナL1及びU3が検出された場合、プロセッサ12は、リスナ位置検出部25の検出結果に基づいて、超音波スピーカ21に対するリスナLの相対位置を特定する。
ステップS103において、プロセッサ12は、特定した相対位置に基づいて、図9の複数の焦点FP2a及びFP2bの位置を決定する。

0098

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

0099

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

0100

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

0101

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

0102

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

0103

(6)本実施形態の小括
本実施形態について小括する。

0104

本実施形態の第1態様は、
少なくとも1つの超音波スピーカ21、及び、音源23と接続可能なオーディオコントローラ10であって、
音源23からオーディオ信号を入力する手段(例えば、ステップS101を実行するプロセッサ12)を備え、
オーディオ信号の音圧レベルと周波数との関係に関する第1周波数特性の周波数成分のうち、所定の周波数閾値より高い周波数成分の音圧レベルを低減することにより、第1周波数特性を第2周波数特性に変換する手段(例えば、ステップS104を実行するプロセッサ12)を備え、
第2周波数特性に基づいて、超音波スピーカ21を駆動させる手段(例えば、ステップS106を実行するプロセッサ12)を備える、
オーディオコントローラ10である。

0105

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

0106

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

0107

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

0108

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

0109

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

0110

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

0111

第4態様によれば、アレイ面の曲率を変えることにより超音波に位相差を与える超音波スピーカ21を用いる場合にも、上記と同様の効果が得られる。
特に、単一の焦点(例えば、図6の焦点FP1)に超音波を集束させる場合、複数の超音波トランスデューサ21cの放射方向が当該焦点を向くので、当該焦点で集束する超音波の音圧レベルを上げることができる。

0112

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

0113

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

0114

本実施形態の第6態様は、
オーディオコントローラ10と接続可能な超音波スピーカ21であって、
複数の超音波トランスデューサ21cを備え、
オーディオコントローラ10の制御に従って、複数の超音波トランスデューサ21cを個別に駆動する駆動部を備える。

0115

本実施形態の第7態様の超音波スピーカ21では、
複数の超音波トランスデューサ21cは、平面上に配置され、
駆動部は、複数の超音波トランスデューサ21cから放射される超音波に位相差が形成されるように、各超音波トランスデューサ21cを個別に振動させる。

0116

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

0117

(7)その他の変形例

0118

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

0119

カメラ24が、リスナ位置検出部25の代わりに、リスナLの相対位置を検出しても良い。
例えば、カメラ24が、リスナLの画像情報を取得する。
プロセッサ12が、カメラ24が取得した画像情報に対して、人の特徴量に基づく特徴量解析を適用する。これにより、画像情報におけるリスナLの位置(画像空間上の位置)が特定される。
プロセッサ12は、特定した画像空間上の位置に基づいて、超音波スピーカ21に対するリスナLの相対位置を示す三次元座標を生成することにより、当該相対位置を特定する。

0120

超音波スピーカ21が、リスナ位置検出部25の代わりに、リスナLの相対位置を検出しても良い。
例えば、超音波トランスデューサ21cが放射する超音波の反射波を検出する超音波センサを備える。
ステップS100において、プロセッサ12は、超音波トランスデューサ21cを駆動させることにより、超音波を放射する。超音波は、リスナLに反射する。
超音波センサは、リスナLからの反射波を検出する。
プロセッサ12は、超音波を放射してから、超音波センサによって反射波が検出されるまでの時間に基づいて、リスナLの相対位置を推定する。

0121

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

0122

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

0123

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。

0124

1 :オーディオシステム
10 :オーディオコントローラ
11 :記憶装置
12 :プロセッサ
13 :入出力インタフェース
14 :通信インタフェース
21 :超音波スピーカ
21a :カバー
21b :筐体
21c :超音波トランスデューサ
23 :音源
24 :カメラ
25 :リスナ位置検出部
26 :タッチパネルディスプレイ

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