特開 2022-21931 パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022021931

(43)【公開日】2022-02-03

(54)【発明の名称】パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカ

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20220127BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020125841

(22)【出願日】2020-07-22

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和２年３月２日、電子情報通信学会 関西支部 第２５回 学生会研究発表講演会 講演論文集発行

(71)【出願人】

【識別番号】593006630

【氏名又は名称】学校法人立命館

(71)【出願人】

【識別番号】591141784

【氏名又は名称】学校法人大阪産業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(72)【発明者】

【氏名】西浦 敬信

(72)【発明者】

【氏名】旭 浩平

(72)【発明者】

【氏名】中山 雅人

【テーマコード（参考）】

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D220AA44

5D220AB01

5D220AB08

(57)【要約】

【課題】パラメトリックスピーカの復調音の音圧を改善させるパラメトリックスピーカを提供する。
【解決手段】パラメトリックスピーカの音圧改善方法は、可聴音の目標信号６０に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、前記変調により生成された変調信号６５を超音波発生素子３０から出力すること、を備える。前記キャリアは、パルス変調キャリア６２である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可聴音の目標信号に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、
前記変調により生成された変調信号を超音波発生素子から出力すること、を備え、
前記キャリアは、パルス変調キャリアである
パラメトリックスピーカの音圧改善方法。

【請求項2】

前記変調は、前記目標信号に応じて前記パルス変調キャリアの振幅を変化させるパルス振幅変調である
請求項１に記載のパラメトリックスピーカの音圧改善方法。

【請求項3】

キャリアを生成するキャリア生成器と、
前記キャリアの振幅又は周波数を可聴音の目標信号に応じて変調する変調回路と、
前記変調回路によって変調した変調信号を放射する超音波発生素子と、を備え、
前記キャリア生成器は、パルス変調キャリアを生成するパルス変調キャリア生成器である
パラメトリックスピーカ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、パラメトリックスピーカを開示している。パラメトリックスピーカは、超音波帯域のキャリアを可聴音である目標信号に応じて変調した変調信号を、超音波発生素子を介して放射するよう構成されている。放射された変調信号は、空気の非線形性に基づいて自己復調することで復調される。パラメトリックスピーカは、復調された変調信号によって生じた可聴音である復調音を伝えるよう構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－３４９８１６号公報

【発明の概要】

【0004】

パラメトリックスピーカは、空気の非線形性に基づいて変調信号を自己復調するため、復調音圧が小さいという課題がある。そのため、パラメトリックスピーカにおいて復調音の音圧改善が望まれる。

【0005】

本開示のある側面は、パラメトリックスピーカの音圧改善方法である。開示のパラメトリックスピーカの音圧改善方法は、可聴音である目標信号に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、前記変調により生成された変調信号を超音波発生素子から出力すること、を備える。前記キャリアは、パルス変調キャリアである。

【0006】

本開示の他の側面は、パラメトリックスピーカである。開示のパラメトリックスピーカは、キャリアを生成するキャリア生成器と、前記キャリアの振幅又は周波数を可聴音の目標信号に応じて変調する変調回路と、前記変調回路によって変調した変調信号を放射する超音波発生素子と、を備える。前記キャリア生成器は、パルス変調キャリアを生成するパルス変調キャリア生成器である。

【0007】

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施形態におけるパラメトリックスピーカの概略構成を表すブロック図である。

【図2】図２は、図１のパラメトリックスピーカにおける目標信号（可聴音）の再生原理（変調波出力方法）を表す概略図である。

【図3】図３は、第２実施形態におけるパラメトリックスピーカの概略構成を表すブロック図である。

【図4】図４は、図３のパラメトリックスピーカにおける目標信号（可聴音）の再生原理（変調波出力方法）を表す概略図である。

【図5】図５は、パラメトリックスピーカのキャリアに純音（余弦波）キャリアを用いた場合の、振幅変調方式、及び、周波数変調方式に関する概略図である。

【図6】図６は、純音（余弦波）のキャリアの波形の持つエネルギーを示す図である。

【図7】図７は、パルス変調のキャリアの波形の持つエネルギーを示す図である。

【図8】図８は、変調波におけるキャリアの音圧と復調音の音圧の関係を示す図である。

【図9】図９は、評価実験において、各変調方式における復調音の音圧レベルを示すグラフ図である。

【図10】図１０は、パラメトリックスピーカのキャリアに三角波キャリアを用いた場合の、振幅変調方式を表す概略図である。

【図11】図１１は、検証実験１において、各キャリアにおける復調音の音圧レベルの比較結果を示す図である。

【図12】図１２は、検証実験２において、各キャリアにおける復調音の音圧レベルの比較結果を示す図である。

【図13】図１３は、検証実験３において、各変調方式における高調波歪率を示す図である。

【図14】図１４は、検証実験４において、各変調方式における男声のＰＥＳＱ値を示す図である。

【図15】図１５は、検証実験４において、各変調方式における女声のＰＥＳＱ値を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜１．パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカの概要＞

【0010】

（１）実施形態に係るパラメトリックスピーカの音圧改善方法は、可聴音の目標信号に応じてキャリアの振幅又は周波数を変調し、前記変調により生成された変調信号を超音波発生素子から出力すること、を備える。前記キャリアは、パルス変調キャリアである。パルス変調キャリアの波形エネルギーは大きいため、キャリアをパルス変調キャリアにすることで、キャリアの音圧は増加する。これにより、生成された変調信号の音圧が増幅する。その結果、超音波発生素子から生じる可聴音の音圧を改善することができる。

【0011】

（２）前記変調は、前記目標信号に応じて前記パルス変調キャリアの振幅を変化させるパルス振幅変調である。この場合、パルス振幅変調により、音圧の増幅した変調信号が生成される。これにより、音圧の増幅した変調信号が超音波発生素子に入力される。その結果、超音波発生素子から生じる可聴音の音圧を改善することができる。

【0012】

（３）実施形態に係るパラメトリックスピーカは、キャリアを生成するキャリア生成器と、前記キャリアの振幅又は周波数を可聴音の目標信号に応じて変調する変調回路と、前記変調回路によって変調した変調信号を放射する超音波発生素子と、を備え、前記キャリア生成器は、パルス変調キャリアを生成することを特徴とする。パルス変調キャリア生成器によって、音圧が増幅するパルス変調キャリアが生成されることで、変調回路によって変調した変調信号の音圧も増幅する。その結果、超音波発生素子から生じる可聴音の音圧を改善することができる。

【0013】

＜２．パラメトリックスピーカの音圧改善方法、及び、パラメトリックスピーカの例＞

【0014】

＜２．１ 第１実施形態＞

【0015】

＜第１実施形態における構造＞

【0016】

図１は、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカを示している。図１に示す第１パラメトリックスピーカ１は、超音波帯域のキャリアを、可聴音である目標信号６０の振幅に応じて変調した変調信号６５を、放射するよう構成されている。第１実施形態においては、キャリアは、目標信号６０の振幅に応じて、振幅が変調される。

【0017】

第１パラメトリックスピーカ１は、複数の超音波発生素子３０を備える。複数の超音波発生素子３０それぞれは、変調信号６５を放射する。放射された変調信号６５は、空気の非線形性の影響により自己復調することで復調され、可聴音である復調音７０が生じる。キャリアとしては、パルス変調キャリア６２が用いられる。

【0018】

第１パラメトリックスピーカ１は、超音波発生素子３０から放射される変調信号６５を生成する信号処理回路１０を備える。信号処理回路１０は、パルス変調キャリア生成器１１を備える。パルス変調キャリア生成器１１は、パルス変調キャリア６２を生成する。パルス変調キャリア生成器１１は、例えば、水晶振動子等を用いた高周波発振器を含んで構成されている。

【0019】

信号処理回路１０は、パルス振幅変調回路１３を備える。パルス振幅変調回路１３は、パルス変調キャリア生成器１１からパルス変調キャリア６２の入力を受け付けるとともに、目標信号６０の入力を受け付ける。パルス振幅変調回路１３は、目標信号６０の振幅に基づいてパルス変調キャリア６２の振幅を変調し、パルス振幅変調信号６５を生成する。

【0020】

パルス振幅変調回路１３は、例えば、デジタル回路によって構成されていてもよいし、アナログ回路によって構成されていてもよい。デジタル回路は、例えばＣＰＵ等のプロセッサ、及び、メモリを備えたコンピュータによって構成される。プロセッサは、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、コンピュータを、例えば、パルス振幅変調回路１３として機能させるよう構成されている。

【0021】

パルス振幅変調回路１３は、増幅器２０に接続されている。増幅器２０は、パルス振幅変調回路１３からパルス振幅変調信号６５の入力を受け付ける。増幅器２０は、パルス振幅変調信号６５を増幅し、増幅したパルス振幅変調信号６５を超音波発生素子３０に入力する。増幅器２０は、例えば、超音波帯域の増幅特性が良好なオペアンプ等を用いて構成されている。増幅器２０で増幅されたパルス振幅変調信号６５は、超音波発生素子３０に入力され、超音波発生素子３０から放射される。

【0022】

＜第１実施形態における変調波出力＞

【0023】

図２は、第１実施形態におけるパラメトリックスピーカ１の原理を示す。第１パラメトリックスピーカ１は、変調方式として、パルス振幅変調方式を用いる。

【0024】

目標信号６０は、可聴域における音を表す信号である。可聴域は、周波数（低い音である２０[Ｈｚ]～高い音である２０[ｋＨｚ]）の範囲を示す。目標信号６０は、音響信号ともいう。

【0025】

パルス変調キャリア６２は、パルス変調に用いられるキャリアである。パルス変調は、パルス状のキャリアの振幅又は周波数を変調することである。パルス変調キャリアは、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが大きい。パルス変調キャリアは、例えば、矩形波である。矩形波のキャリアは、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが大きい。パルス変調キャリアは、波形の立ち上がり及び立下りが矩形波に比べて緩やかである台形波であってもよい。台形波も、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが大きい。立ち上がり及び立下りは、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。矩形波又は台形波のようなパルス状のキャリアは、波形の立ち上がりと立ち下がりとの間に、値がほぼ一定の区間を有するとともに、立ち下がりと立ち上がりとの間に値がほぼ一定の区間を有する。

【0026】

これに対して三角波のキャリアは、パルス状ではなく、余弦波のキャリアと比較して、キャリアエネルギーが小さい。パルス状のキャリアには含まれない。キャリアの波形が持つエネルギーに関しては、後述によって説明する。

【0027】

目標信号６０の振幅に基づいてパルス変調キャリア６２の振幅を変調するパルス振幅変調方式によって、パルス振幅変調信号６５が生成される。パルス振幅変調信号６５は、複数の超音波発生素子３０に入力され、空気中に放射される。空気中に放射されたパルス振幅変調信号６５は、空気中を伝搬する過程で空気の非線形性により歪みを生じ、この歪みによって自己復調する。これにより、空気中に放射されたパルス振幅変調信号６５は、人間が音として知覚することができる復調音７０となる。

【0028】

＜２．２ 第２実施形態＞

【0029】

＜第２実施形態における構造＞

【0030】

図３は、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカ１を示している。第２実施形態に係るパラメトリックスピーカ１は、超音波帯域のキャリアの周波数を、可聴音である目標信号６０の振幅に応じてパルス変調キャリア６２の周波数を変調した変調信号６７を、放射するよう構成されている。

【0031】

第２実施形態に係るパラメトリックスピーカ１は、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカ１のパルス振幅変調回路１３に替えて、パルス周波数変調回路１５を備える。第２実施形態において、説明を省略した点は、第１実施形態と同様である。

【0032】

パルス周波数変調回路１５は、パルス変調キャリア生成器１１からパルス変調キャリア６２の入力を受け付けるとともに、目標信号６０の入力を受け付ける。パルス周波数変調回路１５は、目標信号６０の振幅に基づいてパルス変調キャリア６２の周波数を変調し、パルス周波数変調信号６７を生成する。

【0033】

パルス周波数変調回路１５は、例えば、デジタル回路によって構成されていてもよいし、アナログ回路によって構成されていてもよい。デジタル回路は、例えばＣＰＵ等のプロセッサ、及び、メモリを備えたコンピュータによって構成される。プロセッサは、メモリに格納されたコンピュータプログラムを実行する。コンピュータプログラムは、コンピュータを、例えば、パルス周波数変調回路１５として機能させるよう構成されている。

【0034】

パルス周波数変調回路１５は、第１実施形態と同様に、増幅器２０に接続される。増幅器２０は、パルス周波数変調回路１５からパルス周波数変調信号６７の入力を受け付ける。増幅器２０は、パルス周波数変調信号６７を増幅し、増幅したパルス周波数変調信号６７を超音波発生素子３０に入力する。増幅器２０で増幅されたパルス周波数変調信号６７は、超音波発生素子３０に入力され、超音波発生素子３０から放射される。

【0035】

＜第２実施形態における変調波出力方法＞

【0036】

図４は、第２実施形態におけるパラメトリックスピーカ１の原理を示す。パラメトリックスピーカ１は、変調方式として、パルス周波数変調方式を用いる。

【0037】

目標信号６０は、第１実施形態と同様の信号である。

【0038】

パルス変調キャリア６２は、第１実施形態と同様に、パルス変調に用いられるキャリアである。

【0039】

目標信号６０の振幅に基づいてパルス変調キャリア６２の周波数を変調するパルス周波数変調方式によって、パルス周波数変調信号６７が生成される。パルス周波数変調信号６７は、複数の超音波発生素子３０に入力され、空気中に放射される。空気中に放射されたパルス周波数変調信号６７は、空気中を伝搬する過程で空気の非線形性により歪みを生じ、この歪みによって自己復調する。これにより、空気中に放射されたパルス周波数変調信号６７は、人間が音として知覚することができる復調音７０となる。

【0040】

＜３．キャリアの波形が持つエネルギー＞

【0041】

パラメトリックスピーカ１に用いられるキャリアには、パルス変調キャリア６２の他に、例えば、純音（余弦波）キャリア８２がある。以下では、キャリアの波形が持つエネルギーに関して、純音（余弦波）キャリア８２と、パルス変調キャリア６２と、それぞれの波形が持つエネルギーを比較する。キャリアの波形のエネルギーとは、キャリアの波形の強さを示す。キャリアの波形の強さは、キャリアの音圧を示す。

【0042】

まず、パラメトリックスピーカ１のキャリアに純音（余弦波）キャリア８２を用いた場合における、振幅変調方式、及び、周波数変調方式を、図５に示す。目標信号６０は、第１実施形態、及び、第２実施形態と同様の信号である。

【0043】

純音（余弦波）キャリア８２は、周期的に余弦波形を描く波動を持つ。純音キャリアは、完全な余弦波形を描くものであってもよいし、余弦波形の近似波形を描くものであってもよい。純音とは、単一の振動数で、完全な正弦波形（余弦波形）を描く音のことであり、例えば、音叉又は真空管発振器などが発する音のことである。

【0044】

目標信号６０の振幅に基づいて純音（余弦波）キャリア８２の振幅を変調する振幅変調方式によって、振幅変調信号８５が生成される。また、目標信号６０の振幅に基づいて純音（余弦波）キャリア８２の周波数を変調する周波数変調方式によって、周波数変調信号８７が生成される。

【0045】

図６には、純音（余弦波）キャリア８２に基づいて、純音（余弦波）の波形、及び、純音（余弦波）の波形が持つエネルギーＥ１を表す式を示す。ここで、波形１周期の長さ（時刻）をＮ、波形の最大振幅をＡ_Ｃとすると、純音（余弦波）の波形の持つエネルギーＥ１は式（１）で表すことができる。式（１）に示すように、純音（余弦波）の波形の持つエネルギーＥ１（余弦波エネルギー）は、Ｎ／２Ａ_Ｃ ^２である。

【0046】

図７には、パルス変調キャリア６２に基づいて、矩形波の波形、及び、矩形波の波形が持つエネルギーＥ２（矩形波エネルギー）を表す式を示す。ここで、波形１周期の長さ（時刻）をＮ、波形の最大振幅をＡ_Ｃとすると、矩形波の波形の持つエネルギーＥ２は式（２）で表すことができる。式（２）に示すように、矩形波の波形が持つエネルギーＥ２は、ＮＡ_Ｃ ^２である。

【0047】

純音（余弦波）の波形と矩形波の波形それぞれの最大振幅Ａ_Ｃが同等であっても、矩形波の波形のエネルギーＥ２は、純音（余弦波）の波形のエネルギーＥ１の２倍になる。これにより、矩形波の波形は、純音（余弦波）の波形に比べて、波形の持つエネルギーが大きいことがわかる。すなわち、矩形波の波形は、純音（余弦波）の波形に比べて、音圧が大きいことを示している。

【0048】

したがって、パルス変調キャリア６２を用いて生成されたパルス振幅変調信号６５、及び、パルス周波数変調信号６７は、音圧が大きい。その結果、複数の超音波発生素子３０から放射されるパルス振幅変調信号６５、及び、パルス周波数変調信号６７の音圧も大きくなる。これにより、人間が音として知覚することができる復調音７０は、音圧が大きくなる。言い換えると、キャリアの波形のエネルギーが大きくなることで、キャリアの音圧が大きくなる。キャリアの音圧が大きくなることで、復調音の音圧が大きくなる。すなわち、キャリアの波形のエネルギーが大きくなることで、復調音７０の音圧が大きくなる。その結果、復調音７０の音圧が改善される。

【0049】

純音（余弦波）のキャリアの波形のエネルギーとパルス変調キャリア６２の波形のエネルギーとの比較により、図８に示すように、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることがわかる。図８に示すグラフ図の横軸はキャリアの音圧レベル[ｄＢ]を、縦軸は復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を、示す。

【0050】

音圧レベルとは、大気圧からの圧力変化量である音圧の圧力の強さを表す。音圧レベルが大きいとは、すなわち、音圧が大きいことを示す。

【0051】

＜４．評価実験＞

【0052】

本出願の発明者は、パルス変調キャリア６２が、パラメトリックスピーカ１の復調音７０の音圧改善に有効であることを確認するために評価実験を行った。具体的には、パラメトリックスピーカ１から放射した復調音７０を含む音波をマイクロホンで収録し、収録した復調音７０の音圧の大きさを音圧レベル[ｄＢ]として算出した。

【0053】

マイクロホンは、パラメトリックスピーカ１から０．８ｍの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境は防音室、残響時間は０．１５[ｓ]、暗騒音レベルは２１．０[ｄＢ]、温度及び湿度は２０．３度及び３８．７パーセント、音源は白色雑音（０～８[ｋＨｚ]）、入力電圧１０[Ｖ]とした。

【0054】

実験を行った変調方式は、次の３つである。実験例１は、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式である。実験例２は、純音（余弦波）キャリア８２を用いた周波数変調方式である。実験例３は、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式である。

【0055】

図９には、各変調方式における復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を示す。横軸は、実験例１、２、３における各変調方式を示す。縦軸は、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を示す。実験例のグラフにそれぞれ記入されている値は、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の値を示す。図９では、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の値が大きいほど、復調音７０の音圧がより改善されていることを示す。

【0056】

図９に示すように、実験例１、２、３の中で最も音圧レベル[ｄＢ]が高いのは、復調音の音圧レベルが７７．４[ｄＢ]である実験例３のパルス変調方式であることがわかる。これは、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]が、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式、もしくは、周波数変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]に比べて、より大きいことを示している。言い換えると、キャリアの波形のエネルギーが大きいパルス変調キャリア６２を用いることで、キャリアの音圧が大きくなり、復調音７０の音圧がより改善したことがわかる。この結果から、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された。

【0057】

復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]に関して、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式と周波数変調方式とを比較した結果、周波数変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の方が大きい結果であった。しかしながら、驚くべきことに、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式と純音（余弦波）キャリア８２を用いた周波数変調方式とを比較した結果、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]が上回る結果となった。

【0058】

パルス変調キャリア６２を用いたパルス周波数変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]は、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式、もしくは、周波数変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]に比べて、より大きくなる。さらに、パルス変調キャリア６２を用いたパルス周波数変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]は、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]よりも大きくなる。

【0059】

このように、各キャリアそれぞれを用いて収録した復調音７０の音圧の大きさを音圧レベル[ｄＢ]として算出した結果、パルス変調キャリア６２は、復調音７０の音圧の改善に有効であることが示された。さらに、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された（図８参照）。

【0060】

＜５．検証実験＞
本出願の発明者は、パラメトリックスピーカ１に用いるパルス変調キャリア６５が、パラメトリックスピーカ１の復調音７０の音圧改善に有効であること確認するために検証実験を行った。

【0061】

＜５．１ 検証実験１＞

【0062】

パラメトリックスピーカ１に用いるキャリアには、パルス変調キャリア６２、及び、純音（余弦波）キャリア８２の他に、例えば、三角波キャリア８３がある。図１０には、目標信号６０の振幅に基づいて三角波キャリア８３の振幅を変調し、生成される三角波振幅変調信号８６を示す。

【0063】

まず、パラメトリックスピーカ１のキャリアに三角波キャリア８３を用いた場合の、三角波振幅変調方式に関して、図１０に示す。目標信号６０は、第１実施形態、及び、第２実施形態と同様の信号である。目標信号６０の振幅に基づいて三角波キャリア８３の振幅を変調する三角波振幅変調方式によって、三角波振幅変調信号８６が生成される。

【0064】

検証実験１は、具体的には、パラメトリックスピーカ１のキャリアとして純音（余弦波）キャリア８２、及び、三角波キャリア８３を用いた場合の三角波振幅変調方式にて生成された復調音７０を含む音波をマイクロホンで収録した。マイクロホンで収録した復調音７０の音圧の大きさは、音圧レベル[ｄＢ]として算出した。

【0065】

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ１から０．８ｍの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは３６．６[ｄＢ]、温度及び湿度は２４．９度及び６９．３パーセント、サンプリング周波数は１９２[ｋＨｚ]、音源はＴＳＰ信号（０～８[ｋＨｚ]）、入力電圧１６[Ｖ]とした。

【0066】

実験に用いたキャリアは、第１キャリアと第２キャリアの２つである。第１キャリアは、純音（余弦波）キャリア８２（図５参照）である。第２キャリアは、三角波キャリア８３（図１０参照）である。

【0067】

図１１には、各キャリアにおける復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を示す。横軸は、第１キャリア、及び、第２キャリアといった各キャリアを示す。縦軸は、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を示す。各キャリアのグラフにそれぞれ記入されている値は、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の値を示す。図１１では、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の値が大きいほど、復調音７０がより改善されていることを示す。

【0068】

図１１に示すように、三角波キャリア８３である第２キャリアの復調音７０の音圧レベルが６３．３[ｄＢ]を示し、純音（余弦波）キャリア８２である第１キャリアの復調音７０の音圧レベル７１．９[ｄＢ]よりも小さいことがわかった。これは、三角波キャリア８３の波形の持つエネルギーが、純音（余弦波）キャリア８２の波形の持つエネルギーよりも小さい値であることを示す。つまり、キャリアの波形が持つエネルギーが減少すると、キャリアの音圧も減少し、復調音７０の音圧が減少することを示している。

【0069】

検証実験１より、三角波キャリア８３が復調音７０の音圧の改善に有効ではないことが示された。さらに、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された（図８参照）。

【0070】

＜５．２ 検証実験２＞

【0071】

検証実験２は、具体的には、パラメトリックスピーカ１のキャリアとしてパルス変調キャリア６２、純音（余弦波）キャリア８２、及び、ノコギリ波キャリアを用いた場合のノコギリ波振幅変調方式にて生成された復調音７０を含む音波をマイクロホンで収録した。マイクロホンで収録した復調音７０の音圧の大きさは、音圧レベル[ｄＢ]として算出した。

【0072】

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ１から０．８ｍの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは２５．７[ｄＢ]、温度及び湿度は２０．２度及び６４．１パーセント、サンプリング周波数は１９２[ｋＨｚ]、量子化ビット数１６ｂｉｔ（出力）、３２ｂｉｔ（収録）、音源は白色雑音（０～８[ｋＨｚ]）、入力電圧１０[Ｖ]とした。

【0073】

実験に用いたキャリアは、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアの３つである。第１キャリアは、純音（余弦波）キャリア８２である。第２キャリアは、ノコギリ波キャリアである。第３キャリアは、パルス変調キャリア６２である。

【0074】

図１２には、各キャリアにおける復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を示す。横軸は、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアを示す。縦軸は、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]を示す。各キャリアのグラフにそれぞれ記入されている値は、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の値を示す。図１２では、復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]の値が大きいほど、復調音７０がより改善されていることを示す。

【0075】

図１２に示すように、第１キャリア、第２キャリア、第３キャリアの中で最も復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]が高いのは、復調音の音圧レベルが１２９．９[ｄＢ]である第３キャリアであることがわかった。

【0076】

すなわち、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]が、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式より大きい値であることを示している。また、パルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]が、ノコギリ波キャリアを用いたノコギリ波振幅変調方式の復調音７０の音圧レベル[ｄＢ]に比べて、より大きい値であることを示している。

【0077】

パルス変調キャリア６２の波形が持つエネルギーは、純音（余弦波）キャリア８２の波形の持つエネルギーよりも大きい。また、パルス変調キャリア６２の波形が持つエネルギーは、ノコギリ波キャリアの波形が持つエネルギーよりも大きい。このことから、波形の持つエネルギーが増幅すると、復調音７０の音圧も増幅することを示している。

【0078】

検証実験２より、改めて、パルス変調キャリア６２が復調音７０の音圧の改善に有効であることが示された。さらに、キャリアの音圧が大きくなると、復調音の音圧も大きくなることが示された（図８参照）。

【0079】

＜５．３ 検証実験３＞

【0080】

検証実験３は、具体的には、パラメトリックスピーカ１から放射した復調音７０を含む音波をマイクロホンで収録し、収録した復調音７０における高調波歪率 [ｄＢ]を算出した。

【0081】

高調波歪率とは、高い周波数の波形のみを除去し、高周波数成分を除いた高調波歪成分とノイズ成分の大きさを、基本波との比率で示したものである。

【0082】

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ１から０．８ｍの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは３６．６[ｄＢ]、温度及び湿度は２４．９度及び６９．３パーセント、サンプリング周波数は１９２[ｋＨｚ]、音源はＬｏｇ－ｕｐＴＳＰ（０～８[ｋＨｚ]）、入力電圧１６[Ｖ]とした。

【0083】

実験を行った変調方式は、次の３つである。実験例１は、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式である。実験例２は、純音（余弦波）キャリア８２を用いた周波数変調方式である。実験例３は、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式である。

【0084】

図１３には、各変調方式における復調音７０の高調波歪率[ｄＢ]を示す。横軸は、実験例１、２、３における各変調方式を示す。縦軸は、各変調方式における復調音７０の高調波歪率[ｄＢ]を示す。各変調方式のグラフに記入されている数値は、各変調方式における復調音７０の高調波歪率[ｄＢ]の値を示す。したがって、図１３では、高調波歪率[ｄＢ]の値が小さいほど、高調波歪率[ｄＢ]が低く、復調音７０に悪影響を与えていないことを示す。

【0085】

図１３に示すように、実験例１、実験例２、実験例３の中で高調波歪率[ｄＢ]の値が最も低いのは、高調波歪率の値が－８．１８[ｄＢ]である実験例３であることがわかった。これは、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式の高調波歪率[ｄＢ]が、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式より小さい値であることを示す。また、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式の高調波歪率[ｄＢ]が、周波数変調方式の高調波歪率[ｄＢ]に比べて、より小さい値であることを示す。

【0086】

この結果より、パルス変調キャリア６２を用いた復調音７０が最も高調波歪率[ｄＢ]が低いことがわかる。すなわち、高調波歪率[ｄＢ]が復調音７０の改善に悪影響を与えていないことが示された。

【0087】

検証実験３より、高調波歪率[ｄＢ]の観点において、パルス変調キャリア６２が復調音７０の音圧の改善に有効であることが示された。

【0088】

＜５．４ 検証実験４＞

【0089】

検証実験４は、具体的には、パラメトリックスピーカ１から放射した復調音７０をマイクロホンで収録し、収録した復調音７０における音声品質の評価を行った。

【0090】

音声品質の評価指標には、ＰＥＳＱ（Ｐｅｒｃｅｐｔｕａｌ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｐｅｅｃｈ Ｑｕａｌｉｔｙ）という客観的音声品質評価法を用いた。これは、国際規格化されている電話音声の品質評価基準であって、指標は－０．５～４．５の範囲に分布し、該指標の値が大きいほど品質が良いとされている。

【0091】

マイクロホンは、評価実験と同様に、パラメトリックスピーカ１から０．８ｍの間隔をあけた場所に配置した。その他実験条件は、以下のとおりである。実験環境はオフィス環境、騒音レベルは３６．６[ｄＢ]、温度及び湿度は２４．９度及び６９．３パーセント、サンプリング周波数は１９２[ｋＨｚ]、音源は評価実験と異なる実験条件を中心に説明する。音源は男声（３話者×５音源）及び女声（３話者×５音源）、入力電圧１６[Ｖ]とした。

【0092】

実験を行った変調方式は、次の３つである。実験例１は、純音（余弦波）キャリアを用いた振幅変調方式である。実験例２は、純音（余弦波）キャリアを用いた周波数変調方式である。実験例３は、パルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式である。

【0093】

図１４には各変調方式における男声のＰＥＳＱ値を、図１５には各変調方式における女声のＰＥＳＱ値を、示す。横軸は、実験例１、２、３における各変調方式を示す。縦軸は、ＰＥＳＱ値を示す。グラフ図に記入されている数値は、各変調方式におけるＰＥＳＱ値を示す。さらに、グラフ図は、実験例１～３それぞれに１パーセントの有意差があるか否かを示す。

【0094】

図１４に示すように、実験例１と実験例３、もしくは、実験例２と実験例３、いずれも１パーセントの有意差があると判定された。また、男声のＰＥＳＱ値の中で最も値が高いのは、実験例３であるパルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式であり、２．７９であった。

【0095】

図１５に示すように、実験例１と実験例３は１パーセントの有意差があり、実験例２と実験例３は１パーセントの有意差がないと判定された。また、女声のＰＥＳＱ値の中で最も値が高いのは、実験例３であるパルス変調キャリアを用いたパルス振幅変調方式であり、２．５９であった。

【0096】

このように、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式におけるＰＥＳＱ値が、純音（余弦波）キャリア８２を用いた振幅変調方式、もしくは、周波数変調方式のＰＥＳＱ値に比べて、男声・女声ともに、約０．１向上している。これにより、パルス変調キャリア６２を用いたパルス振幅変調方式における復調音７０は、音質を劣化させることなく人間が音として知覚していることがわかる。

【0097】

検証実験４より、音声品質の観点において、パルス変調キャリア６２が復調音７０の音圧の改善に有効であることが示された。

【0098】

＜６．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【符号の説明】

【0099】

１ パラメトリックスピーカ、第１パラメトリックスピーカ、第２パラメトリックスピーカ
１０ 信号処理回路
１１ パルス変調キャリア生成器
１３ パルス振幅変調回路
２０ 増幅器
３０ 超音波発生素子
１５ パルス周波数変調回路
６０ 目標信号（可聴音）
６２ パルス変調キャリア
６５ パルス振幅変調信号
６７ パルス周波数変調信号
７０ 復調音
８２ 純音（余弦波）キャリア
８５ 振幅変調信号
８７ 周波数変調信号
８３ 三角波キャリア
８６ 三角波振幅変調信号
Ｅ１ 純音（余弦波）の波形のエネルギー
Ｅ２ パルス変調波の波形のエネルギー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】