JPH0458758B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0458758B2 JPH0458758B2 JP18378583A JP18378583A JPH0458758B2 JP H0458758 B2 JPH0458758 B2 JP H0458758B2 JP 18378583 A JP18378583 A JP 18378583A JP 18378583 A JP18378583 A JP 18378583A JP H0458758 B2 JPH0458758 B2 JP H0458758B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- wave
- electroacoustic transducer
- ultrasonic
- sound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R3/00—Circuits for transducers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、可聴周波数帯の電気信号を音響信号
として空気中に放射するための電気音響変換装置
に関する。
として空気中に放射するための電気音響変換装置
に関する。
従来技術
現在、電気音響変換器としては、動電形直接放
射スピーカとホーンロードスピーカが主流である
が、いづれの方式においても空気中において振動
板を振動させることにより空気の疎密波を作り機
械振動エネルギーを音響エネルギーに変換するも
のである。
射スピーカとホーンロードスピーカが主流である
が、いづれの方式においても空気中において振動
板を振動させることにより空気の疎密波を作り機
械振動エネルギーを音響エネルギーに変換するも
のである。
而して、可聴周波数帯域の信号によつて振幅変
調を施された超音波を有限振幅レベルで空気また
は水等の媒質中に放射し、媒質の非線形効果に基
づく自己復調作用によつて媒質中に生じる復調音
波を通信手段として用いる方式については、パラ
メトリツクスピーカとして既に種々報告されてい
る。
調を施された超音波を有限振幅レベルで空気また
は水等の媒質中に放射し、媒質の非線形効果に基
づく自己復調作用によつて媒質中に生じる復調音
波を通信手段として用いる方式については、パラ
メトリツクスピーカとして既に種々報告されてい
る。
しかしながら、上記方式は、第２高調波ひずみ
成分が多いという欠点を有しており、特に、第２
高調波ひずみ率は振幅変調時に変調度に直接関連
しており、変調が深くなる程悪くなる。
成分が多いという欠点を有しており、特に、第２
高調波ひずみ率は振幅変調時に変調度に直接関連
しており、変調が深くなる程悪くなる。
目 的
本発明は、上述のごとき欠点、すなわち、可聴
周波数帯域の信号によつて振幅変調された超音波
を有限振幅レベルで空気中に放射し、空気の非線
形効果により自己復調された可聴信号を得る方式
のスピーカ（パラメトリツクスピーカと称する）
において欠点とされている第２高調波ひずみ特性
の劣化を防ぐことを目的としてなされたものであ
る。
周波数帯域の信号によつて振幅変調された超音波
を有限振幅レベルで空気中に放射し、空気の非線
形効果により自己復調された可聴信号を得る方式
のスピーカ（パラメトリツクスピーカと称する）
において欠点とされている第２高調波ひずみ特性
の劣化を防ぐことを目的としてなされたものであ
る。
構 成
本発明の構成については、以下、実施例に基づ
いて説明する。
いて説明する。
音波の非線形現象を利用したパラメトリツクス
ピーカは、その指向性の鋭さに一つの特徴をもつ
が、これは高い周波数の搬送波を可聴音である信
号波で振幅変調し有限振幅波として送波するもの
で、音波の非線形相互作用によつて信号に関係し
た２次波が空間内に縦型アレー状に分布する結果
として指向性が鋭く、サイドローブも小さくなる
ものである。
ピーカは、その指向性の鋭さに一つの特徴をもつ
が、これは高い周波数の搬送波を可聴音である信
号波で振幅変調し有限振幅波として送波するもの
で、音波の非線形相互作用によつて信号に関係し
た２次波が空間内に縦型アレー状に分布する結果
として指向性が鋭く、サイドローブも小さくなる
ものである。
いま、半径ａの円形送波器より包絡ｆ(t)をもつ
た有限振幅音波 P1＝P0f(t)sinω0t ……(1) を放射したとする。ここで、P0は音源音圧、ω0
は搬送波の角周波数である。もし、この１次波が
平面波で十分コリメイトしていると仮定すると２
次波P2は音軸上にて P2＝βP0 2a2／16ρ0C0 4αr ∂2／∂t2f2（ｔ−Ｚ／C0
）……(2) となる。なお、βは媒質の非線形パラメータ、ρ0
は媒質密度、C0は音速、αは１次波の線形吸収
係数である。式(2)よりP2はf2に比例している。即
ち包絡の自乗という非線形操作を受けて２次波が
生ずる。この自乗操作は音波に２次の非線形性の
直接的結果であつて、再生信号のひずみの発生原
因となる。そこで、いま、 ｆ(t)＝√１＋(t) ……(3) とすると、P1は信号Ｓ(t)に比例し、ひずみは生
じなくなる。
た有限振幅音波 P1＝P0f(t)sinω0t ……(1) を放射したとする。ここで、P0は音源音圧、ω0
は搬送波の角周波数である。もし、この１次波が
平面波で十分コリメイトしていると仮定すると２
次波P2は音軸上にて P2＝βP0 2a2／16ρ0C0 4αr ∂2／∂t2f2（ｔ−Ｚ／C0
）……(2) となる。なお、βは媒質の非線形パラメータ、ρ0
は媒質密度、C0は音速、αは１次波の線形吸収
係数である。式(2)よりP2はf2に比例している。即
ち包絡の自乗という非線形操作を受けて２次波が
生ずる。この自乗操作は音波に２次の非線形性の
直接的結果であつて、再生信号のひずみの発生原
因となる。そこで、いま、 ｆ(t)＝√１＋(t) ……(3) とすると、P1は信号Ｓ(t)に比例し、ひずみは生
じなくなる。
本発明は、従来のスピーカ等の音響変換器とは
全く異る手段、つまり空気の非線形による有限振
幅音波のパラメトリツク作用を利用するものであ
るが、パラメトリツク作用によつて空気中で自己
復調されて再生された音波（２次波と称する）
は、超音波領域のキヤリア音波と同等の指向性パ
ターンを有するのが特徴である。
全く異る手段、つまり空気の非線形による有限振
幅音波のパラメトリツク作用を利用するものであ
るが、パラメトリツク作用によつて空気中で自己
復調されて再生された音波（２次波と称する）
は、超音波領域のキヤリア音波と同等の指向性パ
ターンを有するのが特徴である。
一般に、超音波の周波数が高くなると、振動子
より放射される音波はビーム状になつて直進する
ようになる。
より放射される音波はビーム状になつて直進する
ようになる。
今、半径ａの振動子アレーから振幅変調を受け
た超音波がビーム状で放射されると仮定した場
合、アレーからｘなる距離の点での音圧Ｐは次式
で表わせる。
た超音波がビーム状で放射されると仮定した場
合、アレーからｘなる距離の点での音圧Ｐは次式
で表わせる。
Ｐ＝P0｛１＋ｍ・ｇ（ｔ−ｘ／C0））e-〓xsin（ω
0t−k0x）……(4) ただし、C0は音速、αは各周波数ω0の音波の
減衰係数、P0は初期音圧、ｍは変調度、ｇ(t)は
変調波である。(3)式で表わされる有限振幅レベル
の超音波が空気中で非線形パラメトリツク作用に
よつて復調されて生じる２次波の音圧は以下の非
斉次波動方程式によつて表わされる。
0t−k0x）……(4) ただし、C0は音速、αは各周波数ω0の音波の
減衰係数、P0は初期音圧、ｍは変調度、ｇ(t)は
変調波である。(3)式で表わされる有限振幅レベル
の超音波が空気中で非線形パラメトリツク作用に
よつて復調されて生じる２次波の音圧は以下の非
斉次波動方程式によつて表わされる。
▽2Ps−１／C0 2・∂2Ps／∂t2＝−ρ0∂q／∂t……(5
) 式(5)において、Ps：２次波の音圧、ρ0：空気の
密度、ｑ：１次波ビーム中に生じる２次波の仮想
音源密度、ただしｑは次式で表わせる。
) 式(5)において、Ps：２次波の音圧、ρ0：空気の
密度、ｑ：１次波ビーム中に生じる２次波の仮想
音源密度、ただしｑは次式で表わせる。
ｑ＝β／ρ0 2C0 4・∂／∂tρ2 ……(6)
従つて(4)，(6)式よりアレーからの距離ｘ（軸上）
の点での仮想音源密度を計算すると次式を得る。
の点での仮想音源密度を計算すると次式を得る。
ｑ＝βP0 2／ρ0 2C0 4e-2〓x∂／∂t〔ｍ・ｇ（ｔ−
ｘ／C0）＋１／２m2g2（ｔ−ｘ／C0）〕……(7) 上記(7)式の右辺第１項は信号成分に基づく仮想
音源密度を表わしており、第２項はひずみ成分の
仮想音源密度を表わしている。
ｘ／C0）＋１／２m2g2（ｔ−ｘ／C0）〕……(7) 上記(7)式の右辺第１項は信号成分に基づく仮想
音源密度を表わしており、第２項はひずみ成分の
仮想音源密度を表わしている。
本発明は以上に説明した如く、非線形パラメト
リツク作用を利用した音響変換器において生じる
ひずみ成分を除去するための変調方式に関するも
のである。すなわち、変調信号にある直流成分を
加えて√変換した後にキヤリア信号との積をとる
様な変調方式である。
リツク作用を利用した音響変換器において生じる
ひずみ成分を除去するための変調方式に関するも
のである。すなわち、変調信号にある直流成分を
加えて√変換した後にキヤリア信号との積をとる
様な変調方式である。
この場合、被変調信号は次式で表わせる。
Ｖ＝√１＋.(t)sinω0t ……(8)
となる。従つて、振動子アレーからｘなる距離の
点での１次波（被変調超音波）の音圧は となる。この場合の２次波の仮想音源密度は(6)式
を用いて ｑ＝βP0 2／2ρ0 2C0 4e-2dx・ｍ・∂／∂tｇ（ｔ−ｘ
／C0） ……(10) となる。したがつて本変調方式を用いると(7)式右
辺第２項に示されるごとき、ひずみ成分が消減
し、再生音の品質が著しく向上することが期待で
きる。
点での１次波（被変調超音波）の音圧は となる。この場合の２次波の仮想音源密度は(6)式
を用いて ｑ＝βP0 2／2ρ0 2C0 4e-2dx・ｍ・∂／∂tｇ（ｔ−ｘ
／C0） ……(10) となる。したがつて本変調方式を用いると(7)式右
辺第２項に示されるごとき、ひずみ成分が消減
し、再生音の品質が著しく向上することが期待で
きる。
実施例 １
本発明を実施するための基本的構成例を第１図
に示す。第１図において、１は変調信号源（可聴
周波数帯）、２は係数器、３は直流源、４は加算
器、５は√変換器、６は超音波帯域発振器、７は
掛算器、８はパワーアンプ、９は超音波振動子ア
レーである。
に示す。第１図において、１は変調信号源（可聴
周波数帯）、２は係数器、３は直流源、４は加算
器、５は√変換器、６は超音波帯域発振器、７は
掛算器、８はパワーアンプ、９は超音波振動子ア
レーである。
実施例 ２
本発明の変形実施例を第２図に示す。同図にお
いて、１０は二重積分器、その他は第１図と同じ
である。本変調方式に基づく非線形パラメトリツ
クスピーカにおいて得られる再生音圧はアレーの
軸上ｘの点で最終的に次式で与えられている。
いて、１０は二重積分器、その他は第１図と同じ
である。本変調方式に基づく非線形パラメトリツ
クスピーカにおいて得られる再生音圧はアレーの
軸上ｘの点で最終的に次式で与えられている。
Ps＝βP0 2a2m／16ρ0C0 4αx ∂2／∂t2ｇ（ｔ−ｘ／C
0）……(11) つまり、再生音圧は原変調信号の２階微分に比
例する。従つて、第２図示すごとく変調以前に予
め変調信号を二重積分器に通してその後変調を施
すことにより、元の変調信号に比例した再生音
圧、つまり Ps＝βP0 2a2m／16ρ0C0 4αxｇ（ｔ−ｘ／C0）……(12
) を得ることができる。
0）……(11) つまり、再生音圧は原変調信号の２階微分に比
例する。従つて、第２図示すごとく変調以前に予
め変調信号を二重積分器に通してその後変調を施
すことにより、元の変調信号に比例した再生音
圧、つまり Ps＝βP0 2a2m／16ρ0C0 4αxｇ（ｔ−ｘ／C0）……(12
) を得ることができる。
効 果
以上の説明から明らかなように、本発明による
と、再生音の高調ひずみが改善され、高品質な再
生音が得られる。従来方式では変調度（ｍ≦１）
が深くなるとひずみ率が著しく劣化したが、本発
明では基本的にｍとは無関係にひずみを低減でき
るので、ｍが大きい場合（但しｍ≦１）において
効果が著しい。ここで再生音圧はｍに比例するの
で、大きなｍを用いることが出来ることは音響変
換器の能率改善にとつても非常に望ましい方向で
ある。
と、再生音の高調ひずみが改善され、高品質な再
生音が得られる。従来方式では変調度（ｍ≦１）
が深くなるとひずみ率が著しく劣化したが、本発
明では基本的にｍとは無関係にひずみを低減でき
るので、ｍが大きい場合（但しｍ≦１）において
効果が著しい。ここで再生音圧はｍに比例するの
で、大きなｍを用いることが出来ることは音響変
換器の能率改善にとつても非常に望ましい方向で
ある。
第１図及び第２図は、それぞれ本発明の実施例
を説明するための電気回路図である。 １……変調信号源、２……係数器、３……直流
源、４……加算器、５……√変換器、６……超音
波帯域発振器、７……掛算器、８……パワーアン
プ、９……超音波振動子アレー、１０……二重積
分器。
を説明するための電気回路図である。 １……変調信号源、２……係数器、３……直流
源、４……加算器、５……√変換器、６……超音
波帯域発振器、７……掛算器、８……パワーアン
プ、９……超音波振動子アレー、１０……二重積
分器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 可聴周波数帯の信号源からの電気信号を音響
信号に変換する超音波振動素子を備え、有限振幅
超音波を空気中に放射し、非線形特性によるパラ
メトリツク作用により可聴信号を得る電気音響変
換装置において、入力信号に直流成分を所定の割
合で加算し、1/2乗変換を行う第１の変換手段と、
前記第１の変換手段の出力信号を当該出力信号よ
りも十分に高い周波数のキヤリアと乗算し、電力
増幅を行う第２の変換手段を設け、前記電気信号
を、前記第１、第２の変換手段で変換した後に、
前記超音波振動素子に供給するようにしたことを
特徴とする電気音響変換装置。 ２ 前記電気信号は、２重積分器を通して時間的
に２回積分されたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の電気音響変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18378583A JPS6075199A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 電気音響変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18378583A JPS6075199A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 電気音響変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6075199A JPS6075199A (ja) | 1985-04-27 |
| JPH0458758B2 true JPH0458758B2 (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=16141889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18378583A Granted JPS6075199A (ja) | 1983-09-30 | 1983-09-30 | 電気音響変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6075199A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008236198A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd | 超指向性スピーカ用変調器 |
| JP2013537741A (ja) * | 2010-07-22 | 2013-10-03 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | パラメトリックラウドスピーカの駆動 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4221792B2 (ja) * | 1998-01-09 | 2009-02-12 | ソニー株式会社 | スピーカ装置及びオーディオ信号送信装置 |
| GB2351169B (en) | 1999-06-14 | 2003-11-19 | Nokia Mobile Phones Ltd | Audio apparatus |
| TWI405380B (zh) * | 2009-12-22 | 2013-08-11 | Delta Electronics Inc | 過電壓與過溫度偵測電路 |
| JP5252137B1 (ja) | 2013-02-18 | 2013-07-31 | パナソニック株式会社 | 超音波スピーカシステム |
| CN106067996B (zh) * | 2015-04-24 | 2019-09-17 | 松下知识产权经营株式会社 | 语音再现方法、语音对话装置 |
| CN112469509B (zh) * | 2018-08-03 | 2022-05-27 | 神经技术Uab公司 | 用于生成参数化声音的方法以及实施所述方法的装置 |
-
1983
- 1983-09-30 JP JP18378583A patent/JPS6075199A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008236198A (ja) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd | 超指向性スピーカ用変調器 |
| JP2013537741A (ja) * | 2010-07-22 | 2013-10-03 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | パラメトリックラウドスピーカの駆動 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6075199A (ja) | 1985-04-27 |
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