社団法人 電子情報通信学会 信学技報 THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, IEICE Technical Report INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS EA2012-38 (2012-06) -31- アレイ制御を用いた指向性可変なパラメトリックスピーカ 武岡 成人 † †静岡理工科大学 理工学部 〒437-8555 静岡県袋井市豊沢 2200-2 E-mail: †[email protected]あらまし 本論文ではパラメトリックスピーカへのアレイ制御の導入として,多チャンネル構成の提案・試作, 実用的な規模での指向性制御,アレイ信号処理の実験について報告する。具体的にはスピーカ駆動信号に高速 1bit 信号処理を導入し,最大 576ch の制御点での駆動可能な実験装置を作成すると共に指向性制御実験,多方向出力実 験を行った。また多点制御により可能となる平面波以外の出力を利用して,受聴点での超音波帯域の制御を提案し 基礎実験として焦点制御による実験を行った。提案手法により任意の方向へ複数のビーム出力が可能になるなどパ ラメトリックスピーカの用途を大きく広げる可能性がある。 キーワード パラメトリックスピーカ,アレイ信号処理,高速 1bit 信号処理 Steerable Parametric Loudspeaker Using Array Control Shigeto TAKEOKA † †Shizuoka Institute of Science and Technology 2200-2 Toyosawa, Fukuroi-shi, Shizuoka, 437-8555 Japan E-mail: †[email protected]Abstract In this paper, an introduction of array control to parametric loudspeaker system is described. The author propose the parametric loudspeaker system consisting of 576 ultrasonic transducers controlled individually by using high speed 1-bit signal processing, experiments of directivity control of parametric loudspeaker and multi beam emitting. The system can also reproduce non-plane wave front. By using this system, it is suggested a method to suppress the ultrasonic waves without reduction of the reproduced audible sound. 1. まえがき 極めて指向性の高いスピーカとしてパラメトリッ クスピーカが知られている。これは超音波を何らかの 方法で変調し,空気伝播過程における非線形性を利用 して空気中で復調するもので,復調音が一種のエンド ファイアアレイを構成し結果として可聴音でありなが ら極めて高い指向性を持つ出力が得られる。 空気中のパラメトリック効果を利用するこのスピ ーカは 1983 年の米山らによる提案 [1] 以来国内では鎌 倉らを中心として最適変調方式や数値計算など様々な 研究がなされ [2] ,発表件数等の観点からはある程度集 束をしていた様に思われる。一方近年超音波振動子が 比較的安価に供給されるようになってきたこと,海外 では防犯用など受聴以外の用途での発展に伴い商業レ ベルで開発が盛んになってきたこと,ポリフッ化ビニ リデン( PVDF )な ど新 し い 振 動 膜 の実 用 化 な ど も あ り , 開発・研究の分野でもパラメトリックスピーカが再び 注目を集めつつある。 パラメトリックスピーカを構成するトランスデュ ーサは前述の様に新しい素材もあるが,出力の帯域が 通常と異なることから超音波域( 30~100kHz 程度)に 共振点を持つセラミック振動子を同相駆動のアレイと する手法が従来用いられてきた。一方,これら構造に 着目すればアレイを構成していることからアレイ信号 処理の適用も可能なはずであり,近年特に海外を中心 としてパラメトリックスピーカの指向性制御に関する 研究が行われつつある [3][4] 。パラメトリックスピーカ は“ Audio Spot Light ”と呼ばれるほどの指向性を持つ ことから,これらの指向性を任意に制御することが可 能であればその用途が大きく広がることが期待できよ う。しかしながら例えば 40kHz の駆動信号に対して虚 像なくアレイ制御を行うには厳密には 5cm 以下の間隔 での制御が必要となる。実用的な音圧を得るには何百 という制御点数が必要になってしまうことから,シミ ュレーションや限られた制御点数での実験結果の報告 が主であった。 そこで本報ではパラメトリックスピーカへのアレ イ 制 御 を導 入 と し て,多 チ ャ ン ネ ル構 成 の 提 案・試 作 , 実用的な規模での指向性制御,アレイ信号処理の実験 について報告する。具体的にはスピーカ駆動信号に高 速 1bit 信号処理を導入し,最大 576ch の制御点での駆 動可能な実験装置を作成すると共に指向性制御実験, 多方向出力実験を行った。また多点制御により可能と なる平面波以外の出力を利用して,受聴点での超音波 帯域の制御を提案し基礎実験として焦点制御による実 験を行った。
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THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, IEICE Technical Report
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS EA2012-38 (2012-06)
[3] D. Olszewski, F. Prasetyo, and K. Linhard, “Steerable highly directional audio beamloudspeaker,”Inter- speech, pp.137-146, 2005.
[4] C. Shi and W. S. Gan, “Grating lobe elimination in steerable parametric loudspeaker,” IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 58, no. 2, pp.437-450, 2011.