非線形媒質を通じた音響送信装置及び方法

专利摘要:
１つの送信機で１つの信号源のみを利用して人体のような非線形媒質を通じて別途の受信装置なしに音響信号を伝送する音響送信装置及び方法を提供する。本発明による非線形媒質を通じた音響送信装置は、音響信号の伝送過程で非線形媒質の周波数特性に起因して発生する歪みを補償するために、前記音響信号をあらかじめ歪曲させる前置歪み部と；前記あらかじめ歪曲された音響信号を２つの信号レベルを有する信号に変調するシグマデルタ変調部と；前記変調された信号と可聴周波数より高い周波数を有する搬送波とを乗算し、前記変調された信号を搬送波周波数帯域に移動させることによって、高周波変調信号を生成する高周波変調部と；前記高周波変調信号を前記非線形媒質を通じて伝達するのに適した形態の音波信号に変換して、前記音波信号を伝送する送信部と、を含む。
公开号:JP2011508481A
申请号:JP2010537840
申请日:2008-09-25
公开日:2011-03-10
发明作者:スン；ウォン カン、；テ；ウォク カン、；キュン；ソ キム、；ジュン；ブン キム、；ジン；キュン キム、；スン；ウン キム、；ジェ；ホン シム、；キ；ヒュク パク、；ヒュン；イル パク、；チャン；ヘ ヒュン、；ジュン；ファン ファン、；イン；ギ リム、
申请人:韓國電子通信研究院Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ；
IPC主号:H04R3-00

专利说明:

[0001] 本発明は、音響送信装置及び方法に関し、特に非線形媒質を通じて音響信号を伝送するための音響送信装置及び方法に関する。]
背景技術

[0002] 従来、音信号を伝達する最も普遍的な方式は、人間の口またはスピーカーなどの音発生装置を利用して空気を通じて直接的に信号を伝達するものであった。]
[0003] このような方式は、良い品質の音信号を比較的容易に伝達することはできるが、周辺の雑音に敏感であり、当該受信者以外にも信号が伝達されるという短所がある。]
[0004] このような短所を補完するために、超音波信号アレイを利用して所望の所にのみ信号を伝達する技術が開発されたが、このための送信装置は、体積が大きいため、移動する環境では利用するのに適していない。]
[0005] また、ＲＦ電気信号または赤外線などを利用して信号を無線で伝達し、別途の信号受信装置及びイヤホンなどを利用して音を再生する方式もあるが、これは、別途の受信装置が常に人体の聴覚器官の近くに配設されなければならないという短所がある。]
[0006] また、別途の受信装置なしに人体を通信チャネルとして利用して信号を伝達する技術もあるが、このような人体音響送信システムは、２つの送信機を必要とし、基本的に同じ搬送波周波数を使用するが、互いに異なって変調された２つの信号を送信しなければならないので、装置の構成が複雑で且つ多くの電力を消費する。]
[0007] また、２つの送信機間の周波数及び位相差、２つの送信信号の経路差による問題などが発生する問題点がある]
発明が解決しようとする課題

[0008] したがって、本発明は、１つの送信機で１つの信号源のみを利用して人体のような非線形媒質を通じて別途の受信装置なしに音響信号を伝送する音響送信装置及び方法を提供することにある。]
課題を解決するための手段

[0009] 本発明による非線形媒質を通じた音響送信装置は、音響信号の伝送過程で非線形媒質の周波数特性に起因して発生する歪みを補償するために、前記音響信号をあらかじめ歪曲させる前置歪み部と；前記あらかじめ歪曲された音響信号を２つの信号レベルを有する信号に変調するシグマデルタ変調部と；前記変調された信号と可聴周波数より高い周波数を有する搬送波とを乗算し、前記変調された信号を搬送波周波数帯域に移動（ｓｈｉｆｔ）させることによって、高周波変調信号を生成する高周波変調部と；前記高周波変調信号を前記非線形媒質を通じて伝達するのに適した形態の音波信号に変換して、前記音波信号を伝送する送信部と；を含むことを特徴とする。]
[0010] また、本発明による非線形媒質を通じて音響信号を伝送する方法は、前記音響信号の伝送過程で送信装置及び非線形媒質の周波数特性に起因して発生する歪みを補償するために、前記音響信号をあらかじめ歪曲させる段階と；前記あらかじめ歪曲された信号を２つの信号レベルを有する信号にシグマデルタ変調する段階と；前記シグマデルタ変調された信号と可聴周波数より高い周波数を有する搬送波とを乗算し、高周波変調信号を生成する段階と；前記高周波変調信号を前記非線形媒質を通じて伝達するのに適した形態の音波信号に変換して、前記音波信号を伝送する段階と；を含むことを特徴とする。]
発明の効果

[0011] 本発明は、別途の受信装置なしに１つの送信装置で媒質の非線形特性及び聴覚器官の特性を利用して音響信号を伝送するものであって、別途の受信装置を必要としないので、行動の自律性を向上させることができ、システムの構成が容易になる。]
[0012] また、１つの送信装置による１つの送信信号を利用するので、２つの送信信号を利用するときに発生し得る技術的問題が発生せず、電力消耗が減少し、装置の構成が簡単であるため、製造費用が減少するという効果がある。]
[0013] また、シグマ−デルタ変調を利用することによって、送信信号のレベルが２つに制限されるので、効率が良い非線形増幅器を使用することができるという効果がある。]
図面の簡単な説明

[0014] 本発明の一実施例による音響送信装置の内部構成図である。
本発明の実施例による音響送信装置で伝送する音響信号を例示した図である。
図２に示された音響信号を本発明の一実施例よってシグマ−デルタ変調した結果の信号を例示した図である。
図２に示された音響信号を本発明の一実施例よってシグマ−デルタ変調した結果の信号の周波数成分を例示した図である。
本発明の一実施例よって高周波変調された音響信号の波形を示す例示図である。] 図２
実施例

[0015] 以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。なお、図面において、同一の構成要素は、同一の参照符号で示す。また、本発明の要旨を不明瞭にすることができる公知の機能及び構成に関する詳細な説明は省略する。]
[0016] 図１は、本発明の実施例による音響送信装置の内部構成を示し、図２は、本発明による音響送信装置で伝送する音響信号の例を示す。] 図１ 図２
[0017] 図１を参照すれば、本発明の実施例による音響送信装置１００は、前置歪み部（ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｅｒ）１０１、シグマデルタ変調部１０２、高周波変調部１０３、送信部１０４を含む。] 図１
[0018] 前置歪み部１０１は、伝送しようとする可聴周波数帯域の音響信号ａ（ｔ）を送信部１０４及び非線形媒質１０５の周波数特性を考慮してあらかじめ歪曲させる機能を行う。これは、音響信号が送信部１０４及び非線形媒質１０５を通過しつつ発生することができる歪み現象を補償するためのものである。]
[0019] シグマデルタ変調部１０２は、前置歪み部１０１を通じてあらかじめ歪曲された音響信号ｓ（ｔ）を０またはＡの２つの信号レベルを有する信号Ｍ（ｔ）に変調して出力する機能を行う。シグマデルタ変調部１０２は、音響信号の帯域幅の二倍より大きい周波数で前記信号を処理し、これによる量子化雑音は、ループフィルタを通じて可聴周波数帯域である低周波では抑制され、可聴周波数外の高周波では増幅される。図３は、図２に示された音響信号を１−ビット２次シグマ−デルタ変調した結果の例を示す。] 図２ 図３
[0020] この際、シグマデルタ変調部１０２で出力される信号Ｍ（ｔ）は、音響信号ｓ（ｔ）と量子化雑音ｑ（ｔ）が互いに異なる伝達関数を有し、次のように表現されることができる。]
[0021] ]
[0022] ここで、信号伝達関数（Signal Transfer Function：ＳＴＦ）は、単純時間遅延器であるか、低域通過特性を示し、量子化雑音伝達関数（Noise Transfer Function：ＮＴＦ）は、高域通過特性を示す。一実施例において、１−ビット量子化器を使用することによって、量子化雑音ｑ（ｔ）は、大きくなるが、図４に示された波形のように、可聴周波数内での量子化雑音は、伝送しようとする信号に比べて充分に小くなる。] 図４
[0023] 図４は、図２に示された音響信号を本発明の一実施例によってシグマ−デルタ変調した結果の信号の周波数成分を例示した図である。] 図２ 図４
[0024] シグマデルタ変調部１０２において使用されるサンプリング周波数及びループフィルタ次数は、伝達しようとする音響信号の品質によって決定されることができる。]
[0025] 一方、前記実施例では、音響送信装置１００に前置歪み部１０１及びシグマデルタ変調部１０２が別に具現されるものと説明されたが、シグマデルタ変調部１０２に前置歪み部１０１の歪み機能を補完するか、代替することができる信号伝達関数を含むように具現することができる。]
[0026] 高周波変調部１０３は、シグマデルタ変調部１０２から出力された信号Ｍ（ｔ）を搬送波周波数周辺の帯域に移動させるために、可聴周波数より高い周波数を有する搬送波信号と前記信号Ｍ（ｔ）とを乗算し、高周波変調信号ｐ（ｔ）を生成する。これを数式で表現すれば、次の通りである。]
[0027] ここで、ｃｏｓｗｃｔは、搬送波成分を示す。]
[0028] 図５は、本発明の一実施例によって高周波変調された出力信号の波形の例を示す。] 図５
[0029] 送信部１０４は、高周波変調部１０３から出力された高周波変調信号ｐ（ｔ）を非線形媒質１０５を通過するときの減衰を考慮して増幅し、音波信号に変換する機能を行う。送信部１０４は、増幅器及び音波信号に変換するための変換器を含む。]
[0030] 以下、前述のような本発明の音響送信装置によって伝送された音響信号が別途の受信装置なしに非線形媒質を通じて人体の聴覚器官に受信される過程を説明する。媒質が非線形伝達関数を有する場合、受信端では、伝送信号だけでなく、伝送信号の二乗、三乗、四乗などの成分も一緒に現われる。]
[0031] 例えば、高周波変調部１０３を通じて出力される高周波変調信号ｐ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）ｃｏｓｗｃｔ自体は、可聴周波数外の信号なので、聴覚器官が感知することができないが、この信号の二乗である



は、可聴周波数帯の成分Ｍ２（ｔ）があるので、感知される。]
[0032] この際、Ｍ（ｔ）がＡＭ（Amplitude Modulation）信号の場合、すなわちＭ（ｔ）＝１＋ｍｓ（ｔ）である場合、可聴周波数帯の信号は、Ｍ２（ｔ）＝１＋２ｍｓ（ｔ）＋ｍ２ｓ２（ｔ）（ｍは、変調指数）となる。]
[0033] ここで、ｓ２（ｔ）は、信号歪みを現し、このような歪みを無くすために、ＡＭ信号の平方根信号、すなわち



を使用することができる。この際、１＋ｍｓ（ｔ）は、常に負ではない信号となるようにしなければならない。しかし、この場合にも、ｐ（ｔ）信号の四乗などの項があるので、信号の歪みは、相変らず存在するようになる。]
[0034] しかし、本発明によってシグマデルタ変調部１０２を通じて変調された信号Ｍ（ｔ）は、０またはＡの２つの信号レベルだけで表現され、媒質の非線形性によって二乗、三乗、四乗などの成分が現われるとしても、信号の大きさが変化するだけで、信号の歪みは発生しない。また、シグマデルタ変調部１０２によって大きくなった可聴周波数外の大きい量子化雑音は、聴覚器官の低域通過特性によって自然に除去される。]
[0035] 結果的に、本発明の音響送信装置を利用すれば、別途の受信装置を使用せずに、音信号を大きい歪みなしに伝達することができ、本発明によって高周波変調された信号ｐ（ｔ）は、０またはＡの２つのレベルだけを有する信号なので、効率が良い非線形増幅器を使用することができるという長所がある。]
[0036] 一方、空気が媒質の場合、ｐ（ｔ）＝Ｍ（ｔ）ｃｏｓｗｃｔの信号が伝達されれば、媒質の非線形性によって可聴周波数帯では近似的に



の信号が現われるようになる。これを見れば、単純にＭ２（ｔ）信号が現われるものではなく、この信号を時間に対して二度微分した結果が出ることが分かる。これは、周波数領域で見れば、１２ｄＢ／ｏｃｔの形態の周波数歪みが現われることを意味する。また、送信部１０４の増幅器及び変換器などの周波数特性によって種類の異なる歪みが発生することができる。本発明では、このような歪みが相殺されるように、前置歪み部１０１を利用して送信部及び非線形媒質の周波数特性を考慮して音響信号をあらかじめ歪曲させる。]
[0037] 上述した本発明では、具体的な実施例に関して説明したが、さまざまな変形を本発明の範囲から逸脱せずに実施することができる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施例によって定められるものではなく、特許請求範囲と特許請求範囲と均等なものなどによって定められなければならない。]
[0038] １００音響送信装置
１０１前置歪み部
１０２シグマデルタ変調部
１０３高周波変調部
１０４ 送信部]

权利要求:

請求項1
音響信号の伝送過程で非線形媒質の周波数特性に起因して発生する歪みを補償するために、前記音響信号をあらかじめ歪曲させる前置歪み部と、前記あらかじめ歪曲された音響信号を２つの信号レベルを有する信号に変調するシグマデルタ変調部と、前記変調された信号と可聴周波数より高い周波数を有する搬送波とを乗算し、前記変調された信号を搬送波周波数帯域に移動させることによって、高周波変調信号を生成する高周波変調部と、前記高周波変調信号を前記非線形媒質を通じて伝達するのに適した形態の音波信号に変換して伝送する送信部と、を含む非線形媒質を通じた音響送信装置。
請求項2
前記前置歪み部は、前記送信部の周波数特性に起因した歪みを補償するために、前記音響信号をさらに歪曲させることを特徴とする請求項１に記載の非線形媒質を通じた音響送信装置。
請求項3
前記シグマデルタ変調部は、前記あらかじめ歪曲された音響信号を前記音響信号の帯域幅の二倍より大きい周波数で処理し、前記２つの信号レベルを有する信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の非線形媒質を通じた音響送信装置。
請求項4
前記シグマデルタ変調部で前記あらかじめ歪曲された音響信号を前記２つの信号レベルを有する信号に変換する間に発生する量子化雑音を、ループフィルタを通じて可聴周波数帯域である低周波に抑制することを特徴とする請求項１に記載の非線形媒質を通じた音響送信装置。
請求項5
前記シグマデルタ変調部は、前記前置歪み部の信号歪み機能を補償するか、代替することができる信号伝達関数を含むことを特徴とする請求項１に記載の非線形媒質を通じた音響送信装置。
請求項6
前記送信部は、前記高周波変調信号が前記非線形媒質を通過するときの減衰を考慮して、前記高周波変調信号を増幅する増幅部と、前記増幅された信号を音波信号に変換する変換部と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の非線形媒質を通じた音響送信装置。
請求項7
非線形媒質を通じて音響信号を伝送する方法において、前記音響信号の伝送過程で送信装置及び前記非線形媒質の周波数特性に起因して発生する歪みを補償するために、前記音響信号をあらかじめ歪曲させる段階と、前記あらかじめ歪曲された信号を２つの信号レベルを有する信号にシグマデルタ変調する段階と、前記シグマデルタ変調された信号と可聴周波数より高い周波数を有する搬送波とを乗算し、高周波変調信号を生成する段階と、前記高周波変調信号を前記非線形媒質を通じて伝達するのに適した形態の音波信号に変換して、前記音波信号を伝送する段階と、を含む非線形媒質を通じた音響伝送方法。
請求項8
前記高周波変調信号が前記非線形媒質を通過するときに生ずる信号の減衰に備えて十分な大きさで、前記高周波変調信号を増幅する段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の非線形媒質を通じた音響伝送方法。