特表 2023-539388 超指向性スピーカー用増幅装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-13

(54)【発明の名称】超指向性スピーカー用増幅装置

(51)【国際特許分類】

   H03F 3/217 20060101AFI20230906BHJP

【ＦＩ】

H03F3/217

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023534879

(86)(22)【出願日】2020-11-04

(85)【翻訳文提出日】2023-04-13

(86)【国際出願番号】 KR2020015270

(87)【国際公開番号】W WO2022034972

(87)【国際公開日】2022-02-17

(31)【優先権主張番号】10-2020-0102344

(32)【優先日】2020-08-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523055248

【氏名又は名称】キム，ヒョン チョル

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】キム，ヒョン チョル

【テーマコード（参考）】

5J500

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA66

5J500AH10

5J500AH25

5J500AH35

5J500AK53

5J500AK62

(57)【要約】

本発明の一態様による超指向性スピーカー用増幅装置は、入力信号を既に定義された周波数のキャリア周波数でパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成する変調部；および前記ＰＷＭ信号を増幅して超指向性スピーカーに出力する増幅部を含む。ここで、前記増幅部は、前記増幅された信号から前記キャリア周波数を減衰させることなく前記超指向性スピーカーに出力するように構成され、超指向性スピーカーの指向性をさらに向上させることができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

指向性向上のための超指向性スピーカー用増幅装置であって、
入力信号を既に定義された周波数のキャリア周波数にパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成する変調部；および
前記ＰＷＭ信号を増幅して超指向性スピーカーに出力する増幅部
を含み、
前記増幅部は、
前記増幅された信号から前記キャリア周波数を減衰させることなく前記超指向性スピーカーに出力する、
超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項2】

前記キャリア周波数は、
超音波帯域の周波数で定義されることを特徴とする、
請求項１に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項3】

前記キャリア周波数は、
３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの周波数で定義されることを特徴とする、
請求項１に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項4】

前記増幅部は、
前記ＰＷＭ信号を既に設定された比率で増幅する変圧器；を含んで構成されることを特徴とする、
請求項２または３に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項5】

前記変圧器は、
入力端に入力される信号を既に設定された割合で増幅して出力端に出力する巻線型変圧器に該当することを特徴とする、
請求項４に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項6】

前記増幅部は、
前記ＰＷＭ信号に対応してオンオフ動作することにより、前記変圧器の入力端に既に設定された電圧を印加または遮断するスイッチ；をさらに含むことを特徴とする、
請求項５に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項7】

前記超指向性スピーカーは、
前記キャリア周波数の信号を出力することのできるスピーカーモジュールを含むことを特徴とする、
請求項１に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項8】

指向性向上のための超指向性スピーカー用増幅装置であって、
入力信号を既に定義された周波数のキャリア周波数にパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成する変調部；
前記ＰＷＭ信号に対応してオンオフ動作するスイッチ；および
前記スイッチのオンオフ動作に応じて入力端に既に設定された電圧が印加または遮断され、入力端に印加される電圧を既に設定された比率で増幅して出力端に出力する変圧器
を含み、
前記変圧器の出力端は、前記超指向性スピーカーの入力端と連結され、前記増幅された信号を前記超指向性スピーカーに出力する、
超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項9】

前記キャリア周波数は、
超音波帯域の周波数で定義されることを特徴とする、
請求項８に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【請求項10】

前記キャリア周波数は、
３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの周波数で定義されることを特徴とする、
請求項８に記載の超指向性スピーカー用増幅装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スピーカー用増幅装置に関し、より詳しくは、超指向性スピーカーの指向性をさらに向上させることのできる増幅装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超指向性スピーカーは特定方向への指向性を持ち、音波を出力することができるスピーカーであり、主にトンネル、高速道路、海上などで警告音を出力する用途に活用されている。このような超指向性スピーカーを駆動するには、入力信号を増幅させるための増幅装置（アンプ）が必須である。

【0003】

従来技術によるスピーカー用アンプは、出力方式に応じてクラスＡ、Ｂ、ＡＢ、Ｄなどに分類することができる。このうちクラスＤアンプについて図１を参照してより詳細に説明する。図１を参照すると、クラスＤアンプ１０は、パルス幅変調（ＰＷＭ、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技術を用いた増幅装置であり、アナログシグナルをＰＷＭ信号に変調する変調回路１１と、ＰＷＭ信号をスイッチング装置を用いて電力増幅する増幅回路１２と、増幅されたＰＷＭ信号から高周波数帯域のＰＷＭキャリア周波数（スイッチング周波数）の信号をフィルタリングしてアナログ信号に復調するＬＣフィルタ１３（ＬＰＦ）を含み、復調されたアナログ信号はスピーカー２０に出力される。

【0004】

このクラスＤアンプは、他のアンプと比べて電力効率の側面で非常に優れており、スピーカー装置として積極的に適用されている。しかしながら、超指向性スピーカーに従来のクラスＤアンプを適用する場合、指向性の側面で限界があり、超指向性スピーカーの指向性をさらに向上させることのできる増幅装置の開発が必要な現状である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであり、超指向性スピーカーの指向性をさらに向上させることのできる増幅装置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】

【0006】

本発明の一態様による超指向性スピーカー用増幅装置は、入力信号を既に定義された周波数のキャリア周波数にパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成する変調部；および前記ＰＷＭ信号を増幅して超指向性スピーカーに出力する増幅部を含む。ここで、前記増幅部は、前記増幅された信号から前記キャリア周波数を減衰させることなく、前記超指向性スピーカーに出力するように構成される。

【0007】

一実施態様において、前記キャリア周波数は、超音波帯域の周波数で定義されてもよい。

【0008】

一実施態様において、前記キャリア周波数は、３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの周波数で定義されてもよい。

【0009】

一実施態様において、前記増幅部は、前記ＰＷＭ信号を既に設定された比率で増幅する変圧器を含んで構成されてもよい。

【0010】

一実施態様において、前記変圧器は、入力端に入力される信号を既に設定された比率で増幅して出力端に出力する巻線型変圧器に該当してもよい。

【0011】

一実施態様において、前記増幅部は、前記ＰＷＭ信号に対応してオンオフ動作することによって、前記変圧器の入力端に既に設定された電圧を印加または遮断するスイッチをさらに含んでもよい。

【0012】

一実施態様において、前記超指向性スピーカーは、前記キャリア周波数の信号を出力することができるスピーカーモジュールを含んでもよい。

【0013】

本発明の他の一態様による超指向性スピーカー用増幅装置は、入力信号を既に定義された周波数のキャリア周波数にパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成する変調部；前記ＰＷＭ信号に対応してオンオフ動作するスイッチ；および前記スイッチのオンオフ動作に応じて入力端に既に設定された電圧が印加または遮断され、入力端に印加される電圧を既に設定された比率で増幅して出力端に出力する変圧器を含む。ここで、前記変圧器の出力端は、前記超指向性スピーカーの入力端と連結され、前記増幅された信号を前記超指向性スピーカーに出力する。

【0014】

一実施態様において、前記キャリア周波数は、超音波帯域の周波数で定義されてもよい。

【0015】

一実施態様において、前記キャリア周波数は、３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの周波数で定義されてもよい。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、パルス幅変調方式を用いることにより高い電力効率を有するとともに、超指向性スピーカーの指向性をさらに向上させる効果を示すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】クラスＤアンプの動作を説明するための参照図である。

【図2】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図である。

【図3】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図である。

【図4】本発明の一実施態様による超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図である。

【図5】本発明の他の一実施態様による超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図である。

【図6】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置の性能テスト過程を説明するための参照図である。

【図7】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置の性能テスト過程を説明するための参照図である。

【図8】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置の性能テスト過程を説明するための参照図である。

【図9】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置の性能テスト過程を説明するための参照図である。

【図10】本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置の性能テスト過程を説明するための参照図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明に関する詳細な説明は、当業界の通常の知識を有する者に本発明を完全に説明するためのものである。明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする場合、またはある構造および形状を「特徴」とする場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除外したり、他の構造および形状を排除するのではなく、他の構成要素、構造および形状を含んでもよいことを意味する。

【0019】

本発明は、様々な変換を加えることができ、様々な実施態様を有してもよいため、特定の実施態様を提示し、詳細な説明に詳しく説明する。しかしながら、これは実施態様による発明の内容を限定することを意図するものではなく、本発明の精神および技術範囲に含まれる全ての変換、均等物ないし代替物を包含するものと理解されるべきである。

【0020】

以下では、図２～図１０を参照して、本発明および本発明の様々な実施態様による超指向性スピーカー用増幅装置について説明する。

【0021】

図２および図３は、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図である。

【0022】

図２を参照すると、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００は、超指向性スピーカー２００の入力端に連結され、入力信号を増幅して超指向性スピーカー２００の入力端に出力するように機能する装置である。ここで、入力信号はアナログ信号であり、意図する音に対応する音信号に該当することができ、例えば警告音または警告音声に対応する音信号に該当し得る。

【0023】

超指向性スピーカー２００は、特定方向の指向性を有し、音波を出力することができる音出力装置であり、本発明に係る増幅装置１００が連結され得る超指向性スピーカー２００は、その名称、種類、大きさまたは出力に限定されない。

【0024】

図３を参照すると、超指向性スピーカー用増幅装置１００は、変調部１１０および増幅部１２０を含んで構成される。

【0025】

変調部１１０は、超指向性スピーカー用増幅装置１００に入力される入力信号を既に定義された方式でパルス幅変調する装置（または回路）に該当する。ここで、変調部１１０は、入力信号を既に定義された周波数のキャリア周波数（またはスイッチング周波数）にパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成することができる。一方、入力信号を変調してＰＷＭ信号を生成する方式は、本発明の核心の技術的思想ではなく、従来の様々なパルス幅変調回路で具現することができるため、その詳細な説明は省略する。

【0026】

一実施態様において、キャリア周波数は超音波帯域の周波数で定義されてもよい。すなわち、変調部１１０は、超音波帯域の特定周波数をキャリア周波数にして入力信号をパルス幅変調することによりＰＷＭ信号を生成することができる。超音波帯域は、可聴周波数範囲（２０Ｋｈｚ）以上の周波数帯域を意味し、本発明において超音波帯域は２０Ｋｈｚ以上１Ｇｈｚ以下と定義する。

【0027】

一実施態様において、キャリア周波数は３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの周波数で定義されてもよい。すなわち、変調部１１０は、３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの範囲内にある特定周波数をキャリア周波数として入力信号をパルス幅変調することによりＰＷＭ信号を生成することができる。より好ましい実施態様として、変調部１１０は、入力信号を４０Ｋｈｚに該当するキャリア周波数にパルス幅変調してＰＷＭ信号を生成してもよい。

【0028】

増幅部１２０は、変調部１１０によって生成されたＰＷＭ信号を増幅して超指向性スピーカー２００に出力する装置（または回路）に該当する。ここで、増幅部１２０は、増幅された信号からキャリア周波数を減衰させることなく超指向性スピーカー２００に出力するように構成されてもよい。

【0029】

すなわち、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００は、従来のクラスＤアンプ１０とは異なり、ＬＣフィルタ１３などのＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｔｅｒ）を含まず、増幅された信号から高周波数帯域のＰＷＭキャリア周波数（スイッチング周波数）の信号をフィルタリングせず、そのまま超指向性スピーカー２００に出力するように構成される。

【0030】

本発明の実施態様に従って、変調部１１０は、超音波帯域の特定周波数（好ましくは３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの範囲内にある特定周波数、より好ましくは４０Ｋｈｚ）をキャリア周波数として入力信号をパルス幅変調することによってＰＷＭ信号を生成する場合、増幅部１２０は、ＰＷＭ信号を増幅して超指向性スピーカー２００に出力するが、増幅された信号から超音波帯域のキャリア周波数を減衰させることなく超指向性スピーカー２００に出力するように構成されることができる。ここで、超指向性スピーカー２００は、本発明に係るキャリア周波数の信号を出力することのできるスピーカーモジュールを含んで構成されてもよく、例えば、超音波帯域の音信号を出力することのできるスピーカーモジュール（例えば、圧電トランスデューサーなど）を含んで構成されてもよい。

【0031】

すなわち、このような本発明の実施態様によれば、超指向性スピーカー２００は、増幅された入力信号と超音波帯域の信号を一緒に出力することにより、より改善された指向性を有し、遠距離で音波を出力することができ、パルス幅変調方式を使用することにより、高い電力効率を有することができるという利点がある。

【0032】

以下では、図４および図５を参照して、本発明に係る増幅部１２０の細部構成の実施態様についてより詳しく説明する。図４は、本発明の一実施態様による超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図であり、図５は、本発明の他の一実施態様による超指向性スピーカー用増幅装置を説明するための参照図である。

【0033】

図４を参照すると、増幅部１２０は、変圧器１２１およびスイッチ１２２を含んで構成されてもよい。

【0034】

一実施態様において、変圧器１２１は、変調部１１０によって生成されたＰＷＭ信号を既に設定された比率で増幅するように動作してもよい。ここで、変圧器１２１は、入力端に入力される信号を既に設定された比率で増幅し、アナログ信号に変換して出力端に出力する巻線型変圧器に該当し得る。

【0035】

一実施態様において、スイッチ１２２は、変調部１１０によって生成されたＰＷＭ信号に対応してオンオフ動作することによって、変圧器１２１の入力端に既に設定された電圧を印加または遮断するように動作してもよい。

【0036】

図４を参照すると、スイッチ１２２はＭＯＳＦＥＴで具現されてもよく、ゲート端子が変調部１１０の出力端と連結され、変調部１１０によって生成されたデジタル信号の形態のＰＷＭ信号に対応してオンオフ動作するように構成されてもよい。変圧器１２１の入力端（１，４端子）に既に設定された電圧（例えば１２または２４Ｖ）が印加されるように、変圧器１２１の入力端は電圧供給装置（ＰＯＷＥＲ）と連結されて構成され、電圧供給ライン上にスイッチ１２２のソース端子とドレイン端子が構成され、スイッチ１２１のオンオフ動作に応じて変圧器１２１の入力端に既に設定された電圧が印加または遮断されるように構成されてもよい。変圧器１２１は、入力端（１，４端子）に入力される信号を既に設定された比率（例えば、５～１０倍）で増幅し、アナログ信号に変換して出力端（５，８端子）に出力する巻線型変圧器で構成されてもよい。ここで、変圧器１２１の出力端（５，８端子）は、超指向性スピーカー２００の入力端と連結され、増幅された信号を超指向性スピーカー２００に出力するように構成されてもよい。

【0037】

上述したように、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００は、従来のクラスＤアンプ１０とは異なり、ＰＷＭキャリア周波数（超音波帯域の特定周波数、好ましくは３０Ｋｈｚ～５０Ｋｈｚの範囲内にある特定周波数、より好ましくは、４０Ｋｈｚ）の信号をフィルタリングすることなく超指向性スピーカー２００に出力することができるように、変圧器１２１の出力端は、超指向性スピーカー２００の入力端と直結するように構成されてもよい。

【0038】

図５を参照すると、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００は、複数の超指向性スピーカー２００－１～２００－４と連結され、複数の超指向性スピーカー２００－１～２００－４のそれぞれに増幅信号を出力することができる。ここで、変圧器１２１の出力端（５，８端子）は、複数の超指向性スピーカー２００－１～２００－４のそれぞれの入力端と並列連結されるように構成されてもよい。一方、超指向性スピーカー用増幅装置１００と複数の超指向性スピーカー２００－１～２００－４を連結する際に、変圧器１２１のターン数と大きさを適宜に変更することでインピーダンスを維持させることができる。

【0039】

以下では、図６～図１０を参照して、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００の効果を説明する。図６～図１０は、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置の性能テスト過程を説明するための参考図である。

【0040】

本出願人は、超指向性スピーカー用増幅装置１００による指向性能を検証するために、従来のクラスＤアンプとの比較テストを進めた。

【0041】

＜比較テスト方法＞
１）背景騒音が６５ｄＢ（Ａ）以下の屋外環境において、高さ０．７５ｍのテーブル上に超指向性スピーカー（図６）を設置
２）測定前の騒音計はＳｏｕｎｄ Ｃａｌｉｂｒａｔｏｒで校正
３）実験例：超指向性スピーカーに本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置（図４に示された回路適用、キャリア周波数４０Ｋｈｚ）が具現されたアンプ（図７（Ａ））を連結
４）比較例：超指向性スピーカーにクラスＤアンプ（図７（Ｂ））を連結
５）実験例および比較例のそれぞれに正弦波信号（３ｋＨｚ、９０ｄｂ（Ａ））を印加
６）超指向性スピーカーの前面中央から５ｍ距離に騒音計を配置し、３０秒間の平均音圧レベルを測定（実験例：図９（Ａ）、比較例：図１０（Ａ））
７）以後、一定距離単位で左側方向へと騒音計を移動させ、中心点で測定した音圧レベルより－６ｄＢ（Ａ）減少する地点の距離を測定（実験例：図９（Ｂ）、比較例：図１０（Ｂ）））

【0042】

＜比較テスト結果＞

【0043】

１．実験例

【0044】

【表1】

【0045】

２．比較例

【0046】

【表2】

【0047】

前記実験例および比較例のテスト結果を参照すると、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００の場合、中心点で測定した音圧レベルより－６ｄＢ（Ａ）減少する地点の距離は９４ｃｍ（指向角１０．６度）であり、クラスＤアンプの場合３３５ｃｍ（指向角３３．６９度）であり、本発明に係る超指向性スピーカー用増幅装置１００によって、超指向性スピーカーの指向性が大幅に向上したことが確認できる。

【0048】

前記本発明および本発明の様々な実施態様による増幅装置１００は、パルス幅変調方式を用いることにより、高い電力効率を有し、同時に超指向性スピーカーの指向性をさらに向上させる効果を示すことができる。上記では、本発明の好ましい実施態様を中心に説明したが、当該技術分野の熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載された本発明の精神および領域から逸脱しない範囲内で本発明を種々修正および変更させることができることが理解できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】