特開 2022-50866 変調器、及び超指向性音響装置

(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】P2022050866

(43)【公開日】2022-03-31

(54)【発明の名称】変調器、及び超指向性音響装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20220324BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020157035

(22)【出願日】2020-09-18

(71)【出願人】

【識別番号】591036457

【氏名又は名称】三菱電機エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003166

【氏名又は名称】特許業務法人山王内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安武 憲太郎

【テーマコード（参考）】

5D220

【Ｆターム（参考）】

5D220AA44

(57)【要約】

【課題】オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上する。
【解決手段】変調器１は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報の信号レベルの、オーディオ信号の信号レベルに対する変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなるように、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対して演算処理を行う包絡線情報処理部１２を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

オーディオ信号の包絡線を抽出することによって包絡線情報を生成する包絡線抽出部と、
前記包絡線抽出部が生成した包絡線情報の信号レベルの、前記オーディオ信号の信号レベルに対する変化率が、前記オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなるように、前記包絡線抽出部が生成した包絡線情報に対して演算処理を行う包絡線情報処理部と、
搬送波信号を生成する搬送波信号生成部と、
前記包絡線情報処理部が演算処理を行った包絡線情報に基づいて、前記搬送波信号生成部が生成した搬送波信号を振幅変調することによって、包絡線搬送波信号を生成する包絡線搬送波信号生成部と、
前記オーディオ信号に基づいて、前記搬送波信号生成部が生成した搬送波信号をＳＳＢ変調することによって、ＳＳＢ変調信号を生成するＳＳＢ変調信号生成部と、を備えていることを特徴とする、変調器。

【請求項2】

前記包絡線情報処理部は、前記演算処理として累乗根処理を行う累乗根処理部を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の変調器。

【請求項3】

前記包絡線情報処理部は、前記包絡線抽出部が生成した包絡線情報に対してノイズゲート処理を行うノイズゲート処理部をさらに備え、
前記累乗根処理部は、前記ノイズゲート処理部がノイズゲート処理を行った包絡線情報に対して前記累乗根処理を行うことを特徴とする、請求項２に記載の変調器。

【請求項4】

前記包絡線情報処理部は、前記包絡線抽出部が生成した包絡線情報に対してエクスパンダー処理を行うエクスパンダー処理部をさらに備え、
前記累乗根処理部は、前記エクスパンダー処理部がエクスパンダー処理を行った包絡線情報に対して前記累乗根処理を行うことを特徴とする、請求項２に記載の変調器。

【請求項5】

前記包絡線搬送波信号生成部が生成した包絡線搬送波信号と、前記ＳＳＢ変調信号生成部が生成したＳＳＢ変調信号とを加算する加算部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の変調器。

【請求項6】

請求項５に記載の変調器と、
前記加算部が加算した信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器が増幅した信号に基づいて超音波を発生する超音波エミッタと、を備えていることを特徴とする、超指向性音響装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、超指向性の技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、音声の指向性を高める超指向性の技術では、超音波帯域の搬送波が用いられる。そのような技術の例として、特許文献１に記載の超指向性音響装置が挙げられる。当該超指向性音響装置は、オーディオ信号の包絡線情報に基づいて超音波帯域の搬送波信号を振幅変調することにより包絡線搬送波信号を生成する一方で、当該オーディオ信号に基づいて当該搬送波信号をＳＳＢ変調することによりＳＳＢ変調信号を生成する。当該超指向性音響装置は、生成した包絡線搬送波信号とＳＳＢ変調信号とを加算し、加算した信号を増幅器で増幅し、増幅した信号を超音波エミッタに供給することにより超音波を放射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－２２３４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような従来の包絡線搬送波信号を用いた超指向性音響装置では、元となるオーディオ信号の信号レベルの変動に比べて、再生音に相当する、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルの変動が大きくなり、オーディオ信号と再生音とのリニアリティに問題がある。
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示に係る変調器は、オーディオ信号の包絡線を抽出することによって包絡線情報を生成する包絡線抽出部と、包絡線抽出部が生成した包絡線情報の信号レベルの、オーディオ信号の信号レベルに対する変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなるように、包絡線抽出部が生成した包絡線情報に対して演算処理を行う包絡線情報処理部と、搬送波信号を生成する搬送波信号生成部と、包絡線情報処理部が演算処理を行った包絡線情報に基づいて、搬送波信号生成部が生成した搬送波信号を振幅変調することによって、包絡線搬送波信号を生成する包絡線搬送波信号生成部と、オーディオ信号に基づいて、搬送波信号生成部が生成した搬送波信号をＳＳＢ変調することによって、ＳＳＢ変調信号を生成するＳＳＢ変調信号生成部と、を備えている。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態１に係る超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。

【図2】実施の形態１に係る超指向性音響装置の変調器による変調方法を示すフローチャートである。

【図3】実施の形態１に係る変調器の包絡線情報処理部による包絡線情報処理の具体例を説明するためのグラフである。

【図4】実施の形態１に係る変調器の包絡線情報処理部による包絡線情報処理の具体例を説明するためのグラフである。

【図5】実施の形態１に係る累乗根処理部の累乗根処理による効果を説明するための両対数グラフである。

【図6】図６Ａは、実施の形態１に係る超指向性音響装置の変調器の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ｂは、実施の形態１に係る超指向性音響装置の変調器の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。

【図7】実施の形態２に係る超指向性音響装置の構成を示すブロック図である。

【図8】実施の形態２に係る超指向性音響装置の変調器による変調方法を示すフローチャートである。

【図9】実施の形態２に係る変調器の包絡線情報処理部による包絡線情報処理の具体例を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

上述の従来の地指向性音響装置において、超音波エミッタから放射される包絡線搬送波の音圧レベルと変調波の音圧レベルとは、それぞれ、オーディオ信号のレベルに比例して大きくなる。また、空気中で可聴帯域に自己復調した可聴帯域の、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音も、オーディオ信号のレベルに比例して大きくなる。しかし、オーディオ信号の信号レベルに対する、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の変化率は、オーディオ信号の信号レベルに対する包絡線搬送波の音圧レベルの変化率、及びオーディオ信号の信号レベルに対する変調波の音圧レベルの変化率よりも大きくなるという問題がある。例えば、超音波である搬送波の音圧レベルと変調波の音圧レベルとがそれぞれ２５ｄＢ上昇した場合、再生音となる可聴域の差音のレベルは、５０ｄB上昇してしまう（「鎌倉友男、酒井新一、野村英之著 日本音響学会誌74巻 6 号 (2018),p345 352 パラメトリックアレイとその特徴」参照）。以下で説明する実施の形態１は、上記のような問題を解決するためになされたものである。

【0009】

以下、本開示をより詳細に説明するため、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る超指向性音響装置１００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、超指向性音響装置１００は、変調器１、増幅器２、及び超音波エミッタ３を備えている。変調器１は、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５、及び加算部１６を備えている。
ゲイン調整部１０は、オーディオ信号に対してゲイン調整を行う。より詳細には、実施の形態１では、ゲイン調整部１０は、オーディオ信号の信号レベルを、後述する包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２、包絡線搬送波信号生成部１４及びＳＳＢ変調信号生成部１５の各処理が可能なレベルに調整する。ゲイン調整部１０は、ゲイン調整を行ったオーディオ信号を包絡線抽出部１１及びＳＳＢ変調信号生成部１５にそれぞれ出力する。

【0010】

包絡線抽出部１１は、オーディオ信号の包絡線を抽出することによって包絡線情報を生成する。より詳細には、実施の形態１では、包絡線抽出部１１は、ゲイン調整部１０がゲイン調整を行ったオーディオ信号の包絡線を抽出することによって包絡線情報を生成する。包絡線抽出部１１は、生成した包絡線情報を包絡線情報処理部１２に出力する。より具体的には、例えば、包絡線抽出部１１は、一定時間毎に上記のオーディオ信号のレベル値を検出し、順次検出した値を連続させたものを包絡線情報として出力する。なお、当該検出処理では、例えば、包絡線抽出部１１は、オーディオ信号の可聴音声成分の変化を精度よく表すようにサンプリングし、オーディオ信号の包絡線を忠実に抽出する。また、包絡線は、後述する超音波エミッタ３から出力させる超音波帯域の搬送波を制御するものなので、例えば、包絡線抽出部１１は、当該搬送波を可聴音声帯域で変調することにならないように、包絡線が高くても数十［Ｈｚ］程度までの周波数で変化するように抽出する。

【0011】

包絡線情報処理部１２は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報の信号レベルの、オーディオ信号の信号レベルに対する変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなるように、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対して演算処理を行う。

【0012】

より詳細には、実施の形態１では、包絡線情報処理部１２は、累乗根処理部２０を備えている。累乗根処理部２０は、上記の演算処理として、累乗根処理を行う。より具体的には、累乗根処理部２０は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対して、上記の演算処理としてｎ乗根処理を行う（ｎ＞１）。

【0013】

さらに詳細には、実施の形態１では、包絡線情報処理部１２は、ノイズゲート処理部２１をさらに備えている。ノイズゲート処理部２１は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対してノイズゲート処理を行う。そして、累乗根処理部２０は、ノイズゲート処理部２１がノイズゲート処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行う。累乗根処理部２０は、累乗根処理を行った包絡線情報を包絡線搬送波信号生成部１４に出力する。

【0014】

なお、上記のように、実施の形態１では、包絡線情報処理部１２の累乗根処理部２０が包絡線情報に対して累乗根処理を行う構成について説明する。しかし、包絡線情報処理部１２は、少なくとも、包絡線情報の信号レベルの変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなるように、包絡線情報に対して演算処理を行えばよく、当該構成に限定されない。

【0015】

搬送波信号生成部１３は、搬送波信号を生成する。より詳細には、搬送波信号生成部１３は、超音波帯域の搬送波信号を生成する。搬送波信号生成部１３は、生成した搬送波信号を包絡線搬送波信号生成部１４及びＳＳＢ変調信号生成部１５にそれぞれ出力する。

【0016】

包絡線搬送波信号生成部１４は、包絡線情報処理部１２が演算処理を行った包絡線情報に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号を振幅変調することによって、包絡線搬送波信号を生成する。換言すれば、包絡線搬送波信号生成部１４は、累乗根処理部２０が累乗根処理を行った包絡線情報と、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号とを掛算することによって包絡線搬送波信号を生成する。包絡線搬送波信号生成部１４は、生成した包絡線搬送波信号を加算部１６に出力する。

【0017】

ＳＳＢ変調信号生成部１５は、オーディオ信号に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号をＳＳＢ変調することによって、ＳＳＢ変調信号を生成する。より詳細には、実施の形態１では、ＳＳＢ変調信号生成部１５は、ゲイン調整部１０がゲイン調整を行ったオーディオ信号に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号をＳＳＢ変調することによって、ＳＳＢ変調信号を生成する。なお、ここにおけるＳＳＢは、Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄの略である。ＳＳＢ変調信号生成部１５は、生成したＳＳＢ変調信号を加算部１６に出力する。

【0018】

加算部１６は、包絡線搬送波信号生成部１４が生成した包絡線搬送波信号と、ＳＳＢ変調信号生成部１５が生成したＳＳＢ変調信号とを加算する。加算部１６は、加算した信号を増幅器２に出力する。

【0019】

増幅器２は、加算部１６が加算した信号を増幅する。増幅器２は、増幅した信号を超音波エミッタ３に出力する。
超音波エミッタ３は、増幅器２が増幅した信号に基づいて超音波を出力する。超音波エミッタ３が出力した超音波は、空気中で可聴帯域に自己復調する。

【0020】

なお、実施の形態１では、変調器１が加算部１６を備えている構成について説明するが、変調器１は、加算部１６を備えていなくてもよい。その場合、増幅器２は、包絡線搬送波信号生成部１４が生成した包絡線搬送波信号と、ＳＳＢ変調信号生成部１５が生成したＳＳＢ変調信号とをそれぞれ増幅し、超音波エミッタ３は、増幅器２が増幅した包絡線搬送波信号に基づいて超音波を出力し、また、増幅器２が増幅したＳＳＢ変調信号に基づいて別の超音波を出力する。これらの超音波は、空気中で混合され、可聴帯域に自己復調する。

【0021】

以下で、実施の形態１に係る超指向性音響装置１００の変調器１の動作について図面を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係る超指向性音響装置１００の変調器１による変調方法を示すフローチャートである。なお、変調器１は、以下で説明する各ステップが実行する前に、超指向性音響装置１００の外部からオーディオ信号を取得したものとする。

【0022】

図２が示すように、ゲイン調整部１０は、オーディオ信号に対してゲイン調整を行う（ステップＳＴ１）。ゲイン調整部１０は、ゲイン調整を行ったオーディオ信号を包絡線抽出部１１及びＳＳＢ変調信号生成部１５にそれぞれ出力する。

【0023】

次に、包絡線抽出部１１は、ゲイン調整部１０がゲイン調整を行ったオーディオ信号の包絡線を抽出することによって包絡線情報を生成する（ステップＳＴ２）。包絡線抽出部１１は、生成した包絡線情報を包絡線情報処理部１２に出力する。

【0024】

次に、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対してノイズゲート処理を行う（ステップＳＴ３）。ノイズゲート処理部２１は、ノイズゲート処理を行った包絡線情報を累乗根処理部２０に出力する。

【0025】

次に、包絡線情報処理部１２の累乗根処理部２０は、ノイズゲート処理部２１がノイズゲート処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行う（ステップＳＴ４）。累乗根処理部２０は、累乗根処理を行った包絡線情報を包絡線搬送波信号生成部１４に出力する。

【0026】

一方で、搬送波信号生成部１３は、搬送波信号を生成する（ステップＳＴ５）。搬送波信号生成部１３は、生成した搬送波信号を包絡線搬送波信号生成部１４及びＳＳＢ変調信号生成部１５にそれぞれ出力する。

【0027】

次に、包絡線搬送波信号生成部１４は、包絡線情報処理部１２が演算処理を行った包絡線情報に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号を振幅変調することによって、包絡線搬送波信号を生成する（ステップＳＴ６）。包絡線搬送波信号生成部１４は、生成した包絡線搬送波信号を加算部１６に出力する。

【0028】

次に、ＳＳＢ変調信号生成部１５は、ゲイン調整部１０がゲイン調整を行ったオーディオ信号に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号をＳＳＢ変調することによって、ＳＳＢ変調信号を生成する（ステップＳＴ７）。ＳＳＢ変調信号生成部１５は、生成したＳＳＢ変調信号を加算部１６に出力する。

【0029】

次に、加算部１６は、包絡線搬送波信号生成部１４が生成した包絡線搬送波信号と、ＳＳＢ変調信号生成部１５が生成したＳＳＢ変調信号とを加算する（ステップＳＴ８）。加算部１６は、加算した信号を増幅器２に出力する。
増幅器２は、加算部１６がステップＳＴ８で加算した信号を増幅する。超音波エミッタ３は、増幅器２が増幅した信号に基づいて超音波を出力する。

【0030】

以下で、実施の形態１に係る超指向性音響装置１００の変調器１による変調方法における包絡線情報処理の具体例について図面を参照して説明する。図３及び図４は、それぞれ、実施の形態１に係る変調器１の包絡線情報処理部１２による包絡線情報処理の具体例を説明するためのグラフである。図３及び図４において、横軸は、オーディオ信号の信号レベルを示し、縦軸は、包絡線情報の信号レベルを示す。

【0031】

より詳細には、図３は、上述のステップＳＴ３においてノイズゲート処理部２１が包絡線情報に対してノイズゲート処理を行わずに、上述のステップＳＴ４において累乗根処理部２０が、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対して累乗根処理を行った場合における、オーディオ信号の信号レベルと包絡線情報の信号レベルとのグラフを示す。図４は、上述のステップＳＴ３においてノイズゲート処理部２１が包絡線情報に対してノイズゲート処理を行い、上述のステップＳＴ４において累乗根処理部２０が、ノイズゲート処理部２１がノイズゲート処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行った場合における、オーディオ信号の信号レベルと包絡線情報の信号レベルとのグラフを示す。

【0032】

図３が示すように、累乗根処理部２０による累乗根処理によって、オーディオ信号の信号レベルに対する、包絡線情報の信号レベルの変化率（図３の各曲線の傾き）は、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなっている。また、図３が示すように、累乗根処理部２０によるｎ乗根処理のｎが大きくなればなるほど、図３の各曲線がなだらかになっている。つまり、累乗根処理部２０によるｎ乗根処理のｎが大きくなればなるほど、当該変化率が小さくなっていく割合が小さくなる。

【0033】

図３が示すグラフの例のように、包絡線情報に対してノイズゲート処理を行わない場合、ｎの値を大きくするとノイズなどの不要な小レベルの信号も増大する。しかし、図４が示すグラフの例のように、包絡線情報に対してノイズゲート処理を行った場合、不要な小レベルの信号を除去できる。

【0034】

より具体的には、例えば、ノイズゲート処理部２１は、上述のステップＳＴ３において、元となったオーディオ信号の信号レベルが無音に対応する信号レベルである場合の包絡線情報の信号レベル（搬送波信号生成部１３が搬送波を出力しない包絡線搬送波信号の信号レベル）を閾値（図４では０．２）とし、信号レベルが当該閾値以下の包絡線情報を除去する。これにより、図４が示すように、不要な小レベルの信号を除去でき、オーディオ信号の信号レベルが無音に対応する信号レベルなどの低い信号レベルまで小さくなった場合には、超音波を出力しないため、省電力化を実現する効果、及び超音波による暴露を低減する効果を奏することができる。

【0035】

以下で、当該具体例における累乗根処理による効果について説明する。図５は、累乗根処理による効果を説明するための両対数グラフである。図５において、横軸は、オーディオ信号の信号レベルを示し、縦軸は、超音波エミッタ３が出力した超音波の音圧レベルを示す。図５のＡは、上述のステップＳＴ４において累乗根処理部２０が包絡線情報に対して累乗根処理を行わなかった場合に、超音波エミッタ３が出力した包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルを示す。図５のＢは、上述のステップＳＴ４において累乗根処理部２０が包絡線情報に対して累乗根処理を行った場合に、超音波エミッタ３が出力した包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルを示す。図５のＣは、超音波エミッタ３が包絡線搬送波信号に基づいて出力した包絡線搬送波の音圧レベル、及び超音波エミッタ３がＳＳＢ変調信号に基づいて出力したＳＳＢ変調波の音圧レベルを示す。

【0036】

図５のＡ及びＢが示すように、図５のＢが示す、オーディオ信号の信号レベルに対する差音の音圧レベルの変化率（図５のＢの傾き）は、図５のＡが示す、オーディオ信号の信号レベルに対する差音の音圧レベルの変化率（図５のＡの傾き）よりも小さくなっている。つまり、上述のステップＳＴ４において累乗根処理部２０が包絡線情報に対して累乗根処理を行うことにより、オーディオ信号の信号レベルの変動に対する差音の音圧レベルの変動が小さくなっている。これにより、図５のＢが示す、オーディオ信号の信号レベルに対する差音の音圧レベルの変化率（図５のＢの傾き）は、図５のＣが示す、オーディオ信号の信号レベルに対する包絡線搬送波の音圧レベルの変化率及びＳＳＢ変調波の音圧レベルの変化率とそれぞれ同等になり、リニアリティが改善されている。

【0037】

上記の効果の理由は以下の通りである。つまり、累乗根処理が行われた包絡線情報は、オーディオ信号の信号レベルに対する信号レベルの変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなる。そのような包絡線情報に基づいて生成された包絡線搬送波信号も、オーディオ信号の信号レベルに対する信号レベルの変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなる。そして、そのような包絡線搬送波信号に基づいて出力された包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音は、オーディオ信号の信号レベルの変動に対する音圧レベルの変動が小さくなるため、オーディオ信号に対するリニアリティが改善される。

【0038】

超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、超指向性音響装置１００の変調器１は、図２に示した各ステップの処理を実行するための処理回路を備える。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。

【0039】

図６Ａは、超指向性音響装置１００の変調器１の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図６Ｂは、超指向性音響装置１００の変調器１の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。

【0040】

上記処理回路が図６Ａに示す専用のハードウェアの処理回路３０である場合、処理回路３０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はこれらを組み合わせたものが該当する。

【0041】

超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各機能を別々の処理回路で実現してもよいし、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。

【0042】

上記処理回路が図６Ｂに示すプロセッサ３１である場合、超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。
なお、ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ３２に記憶される。

【0043】

プロセッサ３１は、メモリ３２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各機能を実現する。すなわち、超指向性音響装置１００の変調器１は、これらの各機能がプロセッサ３１によって実行されるときに、図３及び図４に示した各ステップの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ３２を備える。

【0044】

これらのプログラムは、超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各手順又は方法をコンピュータに実行させる。メモリ３２は、コンピュータを、超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。

【0045】

プロセッサ３１には、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。

【0046】

メモリ３２には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、ハードディスク、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などが該当する。

【0047】

超指向性音響装置１００の変調器１における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。

【0048】

例えば、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１並びに包絡線情報処理部１２のノイズゲート処理部２１及び累乗根処理部２０の各機能は、専用のハードウェアとしての処理回路で機能を実現する。搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５及び加算部１６については、プロセッサ３１がメモリ３２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより機能を実現してもよい。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせにより上記機能のそれぞれを実現することができる。

【0049】

以上のように、実施の形態１に係る変調器１は、オーディオ信号の包絡線を抽出することによって包絡線情報を生成する包絡線抽出部１１と、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報の信号レベルの、オーディオ信号の信号レベルに対する変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなるように、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対して演算処理を行う包絡線情報処理部１２と、搬送波信号を生成する搬送波信号生成部１３と、包絡線情報処理部１２が演算処理を行った包絡線情報に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号を振幅変調することによって、包絡線搬送波信号を生成する包絡線搬送波信号生成部１４と、オーディオ信号に基づいて、搬送波信号生成部１３が生成した搬送波信号をＳＳＢ変調することによって、ＳＳＢ変調信号を生成するＳＳＢ変調信号生成部１５と、を備えている。

【0050】

上記の構成によれば、演算処理が行われた包絡線情報は、オーディオ信号の信号レベルに対する信号レベルの変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなる。これにより、オーディオ信号の信号レベルの変動に対する、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルの変動を抑制することができる。よって、オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上することができる。

【0051】

上述のように、従来の超指向性音響装置では、元となるオーディオ信号のレベル変動に比べて、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルの変動が大きくなるというリニアリティの問題がある。これにより、例えば、小レベルのオーディオ信号が入力された場合、人間の聴感において、不自然な程小さい可聴音声として感じてしまうという問題が生じる。しかし、実施の形態１に係る変調器１の上記の構成によれば、オーディオ信号の信号レベルに対する、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルの変動を抑制することができ、オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上することができるため、上記のような問題も解消することができる。

【0052】

実施の形態１に係る変調器１における包絡線情報処理部１２は、上述の演算処理として累乗根処理を行う累乗根処理部２０を備えている。
上記の構成によれば、累乗根処理が行われた包絡線情報は、オーディオ信号の信号レベルに対する信号レベルの変化率が、オーディオ信号の信号レベルが大きくなるに従って徐々に小さくなる。これにより、オーディオ信号の信号レベルに対する、包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音の音圧レベルの変動を抑制することができる。よって、オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上することができる。

【0053】

実施の形態１に係る変調器１における包絡線情報処理部１２は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対してノイズゲート処理を行うノイズゲート処理部２１をさらに備え、累乗根処理部２０は、ノイズゲート処理部２１がノイズゲート処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行う。

【0054】

上記の構成によれば、不要な小レベルの信号を除去できる。また、これにより、不要な超音波を発生しないことによって、省電力化を実現する効果、及び超音波による暴露を低減する効果を奏することができる。

【0055】

実施の形態１に係る変調器１は、包絡線搬送波信号生成部１４が生成した包絡線搬送波信号と、ＳＳＢ変調信号生成部１５が生成したＳＳＢ変調信号とを加算する加算部１６をさらに備えている。

【0056】

上記の構成によれば、包絡線搬送波信号とＳＳＢ変調信号とが加算された信号に基づいて超音波を適宜出力することにより、オーディオ信号に対するリニアリティに優れた包絡線搬送波とＳＳＢ変調波との差音を発生することができる。

【0057】

実施の形態１に係る超指向性音響装置１００は、実施の形態１に係る変調器１と、加算部１６が加算した信号を増幅する増幅器２と、増幅器２が増幅した信号に基づいて超音波を発生する超音波エミッタ３と、を備えている。
上記の構成によれば、超指向性音響装置１００において、実施の形態１に係る変調器１が奏する上述の各効果を奏することができる。

【0058】

実施の形態２．
実施の形態１では、不要な小レベルの信号を除去するために、包絡線情報に対してノイズゲート処理を行う構成について説明した。実施の形態２では、ノイズゲート処理の代わりに、包絡線情報に対してエクスパンダー処理を行う構成について説明する。

【0059】

以下で、実施の形態２について図面を参照して説明する。なお、実施の形態１で説明した構成と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図７は、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の構成を示すブロック図である。図７が示すように、実施の形態１に係る超指向性音響装置１００と比較して、超指向性音響装置１０１は、変調器４０の包絡線情報処理部４１がノイズゲート処理部２１の代わりにエクスパンダー処理部４２（伸長器）を備えている。

【0060】

エクスパンダー処理部４２は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対してエクスパンダー処理を行う。なお、ここにおけるエクスパンダー処理とは、閾値以下の包絡線情報の信号レベルを小さくする処理を意味する。エクスパンダー処理部４２は、エクスパンダー処理を行った包絡線情報を累乗根処理部２０に出力する。

【0061】

実施の形態２に係る累乗根処理部２０は、エクスパンダー処理部４２がエクスパンダー処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行う。累乗根処理部２０は、累乗根処理を行った包絡線情報を包絡線搬送波信号生成部１４に出力する。

【0062】

以下で、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の変調器４０の動作について図面を参照して説明する。図８は、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の変調器４０による変調方法を示すフローチャートである。なお、以下で説明する実施の形態２に係る変調方法のステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１、並びにステップＳＴ１４からステップＳＴ１７までの各ステップは、実施の形態１に係る変調方法のステップＳＴ１及びステップＳＴ２、並びにステップＳＴ５からステップＳＴ８までの各ステップと同様である。そのため、実施の形態２に係る変調方法のステップＳＴ１０及びステップＳＴ１１、並びにステップＳＴ１４からステップＳＴ１７までの各ステップについての説明を省略する。

【0063】

図８が示すように、エクスパンダー処理部４２は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対してエクスパンダー処理を行う（ステップＳＴ１２）。エクスパンダー処理部４２は、エクスパンダー処理を行った包絡線情報を累乗根処理部２０に出力する。

【0064】

次に、累乗根処理部２０は、エクスパンダー処理部４２がエクスパンダー処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行う（ステップＳＴ１３）。累乗根処理部２０は、累乗根処理を行った包絡線情報を包絡線搬送波信号生成部１４に出力する。

【0065】

以下で、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の変調器４０による変調方法における包絡線情報処理の具体例について図面を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係る変調器４０の包絡線情報処理部４１による包絡線情報処理の具体例を説明するためのグラフである。より詳細には、図９は、横軸がオーディオ信号の信号レベルであり、縦軸が上述のステップＳＴ１３の処理後の包絡線情報の信号レベルであるグラフを示す。

【0066】

図９が示すように、当該具体例では、エクスパンダー処理部４２は、上述のステップＳＴ１２において、エクスパンダーが動作する閾値を任意のオーディオ信号レベル（図９では０．２）に合わせ、当該閾値以下の包絡線情報の信号レベルを小さくする。これにより、小レベルのオーディオ信号に基づいた音声が完全に無音とならず、滑らかに聴こえるようにしつつ、ノイズなどの不要な小レベル信号に基づいた超音波のレベルを小さくすることができ、省電力化を実現する効果、及び超音波による暴露を低減する効果を奏することができる。

【0067】

なお、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の変調器４０における、ゲイン調整部１０、包絡線抽出部１１、包絡線情報処理部４１のエクスパンダー処理部４２及び累乗根処理部２０、搬送波信号生成部１３、包絡線搬送波信号生成部１４、ＳＳＢ変調信号生成部１５並びに加算部１６の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１は、図８に示したステップＳＴ１０からステップＳＴ１７までの処理を実行するための処理回路を備える。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の変調器４０の機能を実現するハードウェア構成は、図６Ａが示すハードウェア構成と同様である。また、実施の形態２に係る超指向性音響装置１０１の変調器４０の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成は、図６Ｂが示すハードウェア構成と同様である。

【0068】

以上のように、実施の形態２に係る変調器４０における包絡線情報処理部４１は、包絡線抽出部１１が生成した包絡線情報に対してエクスパンダー処理を行うエクスパンダー処理部４２をさらに備え、累乗根処理部２０は、エクスパンダー処理部４２がエクスパンダー処理を行った包絡線情報に対して累乗根処理を行う。

【0069】

上記の構成によれば、小レベルの信号を適度に小さくすることができる。これにより、小レベルのオーディオ信号に基づいた音声を適度に発生することができる。また、これにより、不要な小レベルの信号に基づいた超音波のレベルを小さくすることができるため、省電力化を実現する効果、及び超音波による暴露を低減する効果を奏することができる。
なお、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本開示に係る変調器は、オーディオ信号と再生音とのリニアリティを向上することができるため、超指向性の技術に利用可能である。

【符号の説明】

【0071】

１ 変調器、２ 増幅器、３ 超音波エミッタ、１０ ゲイン調整部、１１ 包絡線抽出部、１２ 包絡線情報処理部、１３ 搬送波信号生成部、１４ 包絡線搬送波信号生成部、１５ ＳＳＢ変調信号生成部、１６ 加算部、２０ 累乗根処理部、２１ ノイズゲート処理部、３０ 処理回路、３１ プロセッサ、３２ メモリ、４０ 変調器、４１ 包絡線情報処理部、４２ エクスパンダー処理部、１００ 超指向性音響装置、１０１ 超指向性音響装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】