磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システム
【課題】音声を出力する出力装置において、音声信号を無線伝送により受信再生しても、電力は有線で供給を受ける必要があった。
【解決手段】特定周波数を発振する共振周波数発振器と、低域濾過処理により音声信号となるシリアル信号、を生成するストリーム変調器と、前記シリアル信号を前記特定周波数で変調した変調信号に変換する伝送変調器と、前記変調信号を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅された前記変調信号を前記特定周波数で磁気共振させる共振器と、
を具備する磁気共振型無線音声送信装置。
【解決手段】特定周波数を発振する共振周波数発振器と、低域濾過処理により音声信号となるシリアル信号、を生成するストリーム変調器と、前記シリアル信号を前記特定周波数で変調した変調信号に変換する伝送変調器と、前記変調信号を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅された前記変調信号を前記特定周波数で磁気共振させる共振器と、
を具備する磁気共振型無線音声送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共振を利用して無線で音声と電力を送信する送信機と、磁気共振を利用して無線で音声を受信する受信機と、送受信機を組み合わせた磁気共振型無線音声伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線音声伝送受信技術としては、送信機からは音声データを伝送し、受信機では受信した音声を外部電源で駆動するスピーカで出力するものがあった。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は、特許文献１に記載された従来の無線音声送受信システムを示すブロック図である。図１５において、１００は無線音楽プレーヤ、１０１は無線スピーカ、１０２は電源部である。音楽プレーヤー１００は内部にＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信部１０３を備える。電源部は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０８、充電部１０９で構成される。無線スピーカ１０１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信部１０４、充電式電池１０５、スピーカ駆動手段（パワーアンプ）１０６、スピーカ１０７で構成される。
【０００４】
音楽プレーヤー１００において再生された音楽データは無線通信部１０３で無線スピーカ１０１に送信される。無線スピーカ１０１では、無線通信部１０４で音楽プレーヤーから送信された音楽データを受信し、スピーカ駆動手段１０６で電力増幅され１０７のスピーカを駆動し音声が演奏される。無線通信分１０４とスピーカ駆動手段１０６は充電式電池１０５から電力供給が行われ電子回路が動作するようになっている。また、充電式電池１０９は、充電部１０９により外部給電され電力を充電する。そして、充電部１０９はＡＣ／ＤＣコンバータを介してＡＣ電源から有線で電力が供給される仕組みになっている。この構成により、音楽プレーヤー１００から無線伝送された音声データは無線スピーカで演奏可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の従来の無線音声伝送受信技術では、無線で音声データのみを伝送し電力を無線伝送しないため、受信側でＡＣ電源を用いた電力供給や充電池が必要で、スピーカの完全な無線化が出来ないと言う課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、受信側のスピーカにＡＣ電源供給や充電池が不要な完全なる無線スピーカ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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の磁気共振型無線音声送信装置は、特定周波数を発振する共振周波数発振器と、低域濾過処理により音声信号となるシリアル信号を生成するストリーム変調器と、前記シリアル信号を前記特定周波数で変調した変調信号に変換する伝送変調器と、前記変調信号を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅された前記変調信号を前記特定周波数で磁気共振させる共振器と、を具備する。
【０００９】
また、本発明の磁気共振型無線音声受信装置は、特定周波数で磁気共振する共振器と、前記共振器からの入力を復調し、シリアル信号を復元する伝送復調器と、前記シリアル信号を低域濾過処理により音声信号に変換するするローパスフィルターと、前記音声信号を出力するスピーカと、を具備する。
【００１０】
上記の磁気共振型無線音声送信装置と、磁気共振型無線音声受信装置を用いて、磁気共振型無線音声伝送システムを構成する。
【００１１】
以上により、音声と共に電力をも無線伝送を行い、ＡＣコードの無い無線スピーカを提供することが出来る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムによれば、従来行えなかった受信側無線スピーカの完全配線レスにより、スピーカの設置の自由度や容易性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムのブロック構成図
【図２】実施の形態１におけるストリーム変調器のパルス幅変調器を表すブロック構成図
【図３】実施の形態１における音声信号波形と鋸歯状波形とパルス幅変調信号波形を表す波形図
【図４】実施の形態１におけるストリーム変調器のパルス密度変調器を表すブロック構成図
【図５】実施の形態１および実施の形態２における共振周波数発振器のブロック構成図
【図６】実施の形態１における振幅変調波形を表す波形図
【図７】実施の形態１および実施の形態２における電力増幅器を表すブロック構成図
【図８】実施の形態１および実施の形態２におけるＬＣ共振器の共振特性を表す特性図
【図９】実施の形態１における伝送復調器を表すブロック構成図
【図１０】実施の形態１における全波整流後の信号波形を表す波形図
【図１１】実施の形態１におけるスピーカを駆動する信号波形を表す波形図
【図１２】実施の形態２における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムのブロック構成図
【図１３】実施の形態２における３値ストリーム波形を表す波形図
【図１４】実施の形態２における３値ストリーム波形の変調後波形を表す波形図
【図１５】従来の無線音声送受信システムを表すブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムを表す構成図である。図１において、１は入力端子、２はストリーム変調器、３は共振周波数発振器、４は伝送変調器、５は電力増幅器、６、７は共振周波数ｆｒのＬＣ共振器、８は伝送復調器、９はローパスフィルター、１０はスピーカである。このように構成された磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムに関して、以下に図面を用いて詳細を説明する。
【００１５】
図１において、入力端子１より音声が入力される、入力された音声は、ストリーム変調器２で低域濾過を行うことにより音声信号となる形態の１ビットシリアル信号に変換される。１ビットシリアル信号は、例えば、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）やパルス密度変調（Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＤＭ）である。
【００１６】
図２はパルス幅変調を行う場合の１ビット変調器２の構成図である。１１は入力端子、１２は鋸歯状波発生器、１３は比較器、１４は出力端子である。入力端子１１より入力された音声信号ｓｉｇ（ｔ）は、比較器１３のマイナス入力に入力され、同時に鋸歯状波発生器で生成された鋸歯状波ｋ（ｔ）が比較器１３のプラス入力に入力され、比較器１３よりパルス幅変調信号ｐｗｍ（ｔ）が出力される。
【００１７】
図３（ａ）、（ｂ）は比較器１３の入出力波形で、音声信号ｓｉｇ（ｔ）がパルス幅変調信号ｐｗｍ（ｔ）に変換される様子を表している。図３（ａ）において鋸歯状波ｋ（ｔ）と音声信号ｓｉｇ（ｔ）が比較され、図３（ｂ）のｐｗｍ（ｔ）が出力される。すなわち、ｓｉｇ（ｔ）≧ｋ（ｔ）の時ｐｗｍ（ｔ）＝１、ｓｉｇ（ｔ）＜ｋ（ｔ）の時ｐｗｍ（ｔ）＝０を出力する。このｐｗｍ（ｔ）は、低域濾過によりｓｉｇ（ｔ）が復元される信号波形である。尚、パルス幅変調信号を生成するために用いる鋸歯状波は、三角波で置き換えても良い。
【００１８】
次に、パルス幅信号ｐｗｍ（ｔ）は伝送変調器４に入力され、共振周波数発振器３で発振した周波数ｆｒでＡＭ変調が掛けられる。共振周波数発振器３は、例えば図５で構成される。
【００１９】
図５において２１は水晶振動子、２２はＣＭＯＳインバーター、２３は抵抗器、２４、２５はコンデンサ、２６は出力端子である。ＣＭＯＳインバーター２２は抵抗器２３でセルフバイアスが掛けられ、周波数ｆｒの急峻なバンドパスフィルター特性を持つ水晶振動子２１と接続され、正確な周波数ｆｒの発振を行う。周波数ｆｒの信号はｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）の数式で表される。周波数ｆｒは、先程のパルス幅変調信号ｐｗｍ（ｔ）と共に伝送変調器４に入力され、伝送変調器の中で両者を掛け合わし、振幅変調出力ａｍ（ｔ）＝ｐｗｍ（ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）を得る。
【００２０】
図６はａｍ（ｔ）の信号波形を示しており、ｐｗｍ（ｔ）＝１の時に周波数ｆｒのみが存在し、ｐｗｍ（ｔ）＝０の時には信号が０になることを示している。
【００２１】
振幅変調出力ａｍ（ｔ）は、次に、電力増幅器５に入力され送信用の電力増幅がなされる。
電力増幅器は増幅効率と変調信号の特性を考慮すると、図７に示す増幅回路で、周波数ｆｒを効率良く増幅するのが良い。
【００２２】
図７は、スイッチング型の増幅器を構成しており、２７は入力端子、２８は駆動回路、２９、３０はトランジスタＳ１、Ｓ２、３１はバンドパスフィルター、３２はマッチング回路である。入力端子２７より入力された振幅変調信号ａｍ（ｔ）は駆動回路２８を経て、周波数ｆｒで２つのトランジスタをスイッチング動作させることにより増幅を行う。スイッチング出力は、通過周波数ｆｒのバンドパスフィルターを通した後にマッチング回路でインピーダンスマッチングを取り、出力端子３３に出力される。出力信号は、共振周波数ｆｒを有するＬＣ共振器に入力され、磁気共振現象を利用して受信側のＬＣ共振器７に送られる。
【００２３】
図８はＬＣ共振器の特性の一例を示しており、特定周波数ｆｒでのみ高効率で電力が、ＬＣ共振器６からＬＣ共振器７に伝送されることを示している。高効率は送信インピーダンスと受信インピーダンスがマッチングしている状態で達成される。ＬＣ共振器７で受信した電力増幅された振幅変調信号は、伝送復調器８で復調がなされる。
【００２４】
伝送復調器８は、図９で示されるように構成されている。３４は入力端子、３５はマッチング回路、３６は整流器、３７は包絡線検波器、３８は出力端子である。入力端子３４より入力された振幅変調信号は、インピーダンスをマッチングさせ高効率を実現するマッチング回路３５を経て、整流器３６に入力される。整流器３６は全波整流器で通常は４本のダイオードのブリッジ回路によって実現される。
【００２５】
図１０は、整流器３６の出力で振幅変調波が全波整流された信号を示している、全波整流された信号は、包絡線検波器３７で信号の包絡線が抽出されパルス幅変調波を復元する。包絡線検波器は例えばコンデンサで実現される。
【００２６】
復元されたパルス幅変調は、ローパスフィルター９で低域濾過することにより図１１に示す元の音声信号が復元される。この復元された音声信号は、送信側の電力増幅器５で電力増幅され、ＬＣ共振器６、７で電力を伴った伝送がされた信号から生成されるので、パワーアンプなしにスピーカを駆動することが出来る電力増幅された音声信号である。
【００２７】
図１におけるストリーム変調器はパルス幅変調（ＰＷＭ）で説明をしたが、パルス密度変調（ＰＤＭ）を用いてもよい。パルス密度変調は、例えば図４に示されるΔΣ変調器を用いて生成することが出来る。ΔΣ変調器の構成は、図４に示すごとく、１５は入力端子、１６は加算器、１７は積分器、１８は量子化器、１９は遅延器、２０は出力端子である。
【００２８】
アナログ信号を１ビットのビットストリームに符号化する方法としてよく用いられるものに「Δ変調符号化方式」がある。これはアナログ信号波形を階段状の波形で追跡する方法で、
・入力信号の上昇勾配が大きい時には“１”
・入力信号の下降勾配が小さい時には“０”
に符号化される。すなわちΔ変調により得られる１ビットストリームはアナログ信号の傾き、すなわち微分値の大きさを“０”,“１”の頻度で表していることになる。
【００２９】
上述のΔ変調に関して、入力される信号を予め積分しておけば、原信号の振幅に対応した符号化列が生成されるはずである。これが図４に示すΔΣ変調の基本構成である。図４において、入力端子１５より音声信号が入力され、加算器１６でフィーバック信号を減算する。その出力を積分器１７で積分した後に量子化器１８を用いて“１”、“０”の信号に変換しパルス密度変調信号ｐｄｍ（ｔ）を得る。ｐｄｍ（ｔ）は原信号との微分波形を生成するために１サンプルの遅延器１９を経て前述の加算器１６にフィードバックされ微分信号が再循環積分される。
【００３０】
このような構成で生成されたパルス密度変調波形も前出のパルス幅変調波形と同様にローパスフィルターで低域濾過することにより元の音声信号が復元出来る信号である。既説明のｐｗｍ（ｔ）をｐｄｍ（ｔ）に置き換えることにより同様な、磁気共振型無線音声伝送が行える。
【００３１】
かかる構成によれば、磁気共振型無線音声送信装置と磁気共振型無線音声受信装置を用いて磁気共振型無線音声伝送システムを構成することにより、配線の無い無線スピーカを提供し、配置の自由度を増すことが出来る。
【００３２】
（実施の形態２）
図１２は、本実施の形態における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムを表す構成図である。図１２において図１と同一の構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。４０はデータ復調器、４１は増幅器、４２は電力取出し器である。
【００３３】
ここでは、１ビットのビットストリーム以外の多値ストリームの代表として図１３に示す３値ストリームｄ（ｔ）を扱う例に関して記載する。３値とは“-１”,“０”,“１”の３値であり、前述の２値のストリームと同様にローパスフィルターにより現信号が生成可能なストリームである。
【００３４】
このように構成された磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムに関して、以下に図面を用いて詳細を説明する。図１２において、入力端子１より音声が入力される、入力された音声は、ストリーム変調器２で低域濾過を行うことにより音声信号となる形態の前述の３値シリアル信号ｄ（ｔ）に変換される。
【００３５】
次に、３値ストリーム信号ｄ（ｔ）は伝送変調器４に入力され、共振周波数発振器３で発振した周波数ｆｒでＡＭ変調が掛けられる。共振周波数発信器３は、実施の形態１と同様に図５の構成で示されるもので実現が可能である。３値ストリーム信号ｄ（ｔ）に共振周波数発信器３を適用した場合の動作は以下のものとなる。
【００３６】
周波数ｆｒの信号はｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）の数式で表される。周波数ｆｒは、先程の３値ストリーム信号ｄ（ｔ）と共に伝送変調器４に入力され、伝送変調器の中で両者を掛け合わし、振幅変調出力ｄ（ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）を得る。図１４は変調後の信号波形を示しており、ｄ（ｔ）＝１の時に周波数ｆｒのみが存在し、ｐｗｍ（ｔ）＝０の時には信号が０になり、ｄ（ｔ）＝−１の時には位相の反転した周波数ｆｒのみが存在することを示している。
【００３７】
振幅変調出力は、実施の形態１の場合と同様に電力増幅器５で電力増幅がなされ、ＬＣ共振器６、７を介して、受信側へ伝達される。
【００３８】
ＬＣ共振器７で受信した電力増幅された振幅変調信号は、データ復調器４０で復調がなされる。データ復調器４０は、実施の形態１の伝送復調器８とは異なりｄ（ｔ）が“１”,”−１“の状態で同一の包絡線となるために包絡線検波を用いることは出来ない。すなわち、３値ストリームが振幅変調された信号は波形の包絡線検波ではなく、発振周波数の位相が０、πかに応じて変調された信号を位相復調する必要がある。
【００３９】
一般的に位相に情報が重畳された信号を復調するには同期検波を用いる。同期検波とは変調周波数ｆｒを別手段で生成しそれを信号と掛け算することにより原信号を得る方法である。
・ｄ（ｔ）＝１の時、ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）＝（１−ｃｏｓ（２π×ｆｒ×ｔ））／２
・ｄ（ｔ）＝０の時、０×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）＝０
・ｄ（ｔ）＝−１の時、―ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）＝−（１−ｃｏｓ（２π×ｆｒ×ｔ））／２
であるから、ローパスフィルターによりｃｏｓ（２π×ｆｒ×ｔ）を除去すれば、１／２、０、−１／２が復調される。信号を２倍すれば各々１、０、−１が復元出来る。
【００４０】
データ復調器４０はこのような動作をするものである。この時、変調周波数の生成や掛け算必要な電力は、４２の電力取出し器で取り出せば良い。電力取出し器は図９の伝送復調器と同一の構成で構成可能である。
【００４１】
同期検波を行い３値ストリームｄ（ｔ）を生成した後は、必要に応じて増幅器４１で電力増幅を行い、ローパスフィルター９により元の音声信号を復元しスピーカ１０が演奏される。
【００４２】
かかる構成によれば、３値ストリームを振幅変調によって伝送した場合でも、同期検波によりも音声信号を復元出来、配線の無い無線スピーカを提供することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムは、無線で電力と音声を同時に伝送出来るため、設置の自由な無線スピーカに使用できる。また、音声以外の信号(例えば映像信号)を伝送すれば映像表示装置などの、データと電力の双方を用いる機器すべてに応用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１１、１５、２７、３４ 入力端子
２ ストリーム変調器
３ 共振周波数発振器
４ 伝送変調器
５ 電力増幅器
６、７ ＬＣ共振器
８ 伝送復調器
９ ローパスフィルター
１０ スピーカ
１２ 鋸歯状波発生器
１３ 比較器
１４、２０、２６、３３、３８ 出力端子
１６ 加算器
１７ 積分器
１８ 量子化器
１９ 遅延器
２１ 水晶発振子
２２ ＣＭＯＳインバーター
２３ 抵抗器
２４、２５ コンデンサ
２８ 駆動回路
２９、３０ トランジスタ
３１ バンドパスフィルター
３２、３５ マッチング回路
３６ 整流器
３７ 包絡線検波器
４０ データ復調器
４１ 増幅器
４２ 電力取出し器
１００ 無線プレーヤー
１０１ 無線スピーカ
１０２ 電源部
１０３、１０４ 無線通信部
１０５ 充電式電池
１０６ スピーカ駆動手段
１０７ スピーカ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気共振を利用して無線で音声と電力を送信する送信機と、磁気共振を利用して無線で音声を受信する受信機と、送受信機を組み合わせた磁気共振型無線音声伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無線音声伝送受信技術としては、送信機からは音声データを伝送し、受信機では受信した音声を外部電源で駆動するスピーカで出力するものがあった。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１５は、特許文献１に記載された従来の無線音声送受信システムを示すブロック図である。図１５において、１００は無線音楽プレーヤ、１０１は無線スピーカ、１０２は電源部である。音楽プレーヤー１００は内部にＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信部１０３を備える。電源部は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０８、充電部１０９で構成される。無線スピーカ１０１は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信部１０４、充電式電池１０５、スピーカ駆動手段（パワーアンプ）１０６、スピーカ１０７で構成される。
【０００４】
音楽プレーヤー１００において再生された音楽データは無線通信部１０３で無線スピーカ１０１に送信される。無線スピーカ１０１では、無線通信部１０４で音楽プレーヤーから送信された音楽データを受信し、スピーカ駆動手段１０６で電力増幅され１０７のスピーカを駆動し音声が演奏される。無線通信分１０４とスピーカ駆動手段１０６は充電式電池１０５から電力供給が行われ電子回路が動作するようになっている。また、充電式電池１０９は、充電部１０９により外部給電され電力を充電する。そして、充電部１０９はＡＣ／ＤＣコンバータを介してＡＣ電源から有線で電力が供給される仕組みになっている。この構成により、音楽プレーヤー１００から無線伝送された音声データは無線スピーカで演奏可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２７８３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の従来の無線音声伝送受信技術では、無線で音声データのみを伝送し電力を無線伝送しないため、受信側でＡＣ電源を用いた電力供給や充電池が必要で、スピーカの完全な無線化が出来ないと言う課題を有していた。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、受信側のスピーカにＡＣ電源供給や充電池が不要な完全なる無線スピーカ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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の磁気共振型無線音声送信装置は、特定周波数を発振する共振周波数発振器と、低域濾過処理により音声信号となるシリアル信号を生成するストリーム変調器と、前記シリアル信号を前記特定周波数で変調した変調信号に変換する伝送変調器と、前記変調信号を電力増幅する電力増幅器と、電力増幅された前記変調信号を前記特定周波数で磁気共振させる共振器と、を具備する。
【０００９】
また、本発明の磁気共振型無線音声受信装置は、特定周波数で磁気共振する共振器と、前記共振器からの入力を復調し、シリアル信号を復元する伝送復調器と、前記シリアル信号を低域濾過処理により音声信号に変換するするローパスフィルターと、前記音声信号を出力するスピーカと、を具備する。
【００１０】
上記の磁気共振型無線音声送信装置と、磁気共振型無線音声受信装置を用いて、磁気共振型無線音声伝送システムを構成する。
【００１１】
以上により、音声と共に電力をも無線伝送を行い、ＡＣコードの無い無線スピーカを提供することが出来る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムによれば、従来行えなかった受信側無線スピーカの完全配線レスにより、スピーカの設置の自由度や容易性を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムのブロック構成図
【図２】実施の形態１におけるストリーム変調器のパルス幅変調器を表すブロック構成図
【図３】実施の形態１における音声信号波形と鋸歯状波形とパルス幅変調信号波形を表す波形図
【図４】実施の形態１におけるストリーム変調器のパルス密度変調器を表すブロック構成図
【図５】実施の形態１および実施の形態２における共振周波数発振器のブロック構成図
【図６】実施の形態１における振幅変調波形を表す波形図
【図７】実施の形態１および実施の形態２における電力増幅器を表すブロック構成図
【図８】実施の形態１および実施の形態２におけるＬＣ共振器の共振特性を表す特性図
【図９】実施の形態１における伝送復調器を表すブロック構成図
【図１０】実施の形態１における全波整流後の信号波形を表す波形図
【図１１】実施の形態１におけるスピーカを駆動する信号波形を表す波形図
【図１２】実施の形態２における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムのブロック構成図
【図１３】実施の形態２における３値ストリーム波形を表す波形図
【図１４】実施の形態２における３値ストリーム波形の変調後波形を表す波形図
【図１５】従来の無線音声送受信システムを表すブロック構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムを表す構成図である。図１において、１は入力端子、２はストリーム変調器、３は共振周波数発振器、４は伝送変調器、５は電力増幅器、６、７は共振周波数ｆｒのＬＣ共振器、８は伝送復調器、９はローパスフィルター、１０はスピーカである。このように構成された磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムに関して、以下に図面を用いて詳細を説明する。
【００１５】
図１において、入力端子１より音声が入力される、入力された音声は、ストリーム変調器２で低域濾過を行うことにより音声信号となる形態の１ビットシリアル信号に変換される。１ビットシリアル信号は、例えば、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）やパルス密度変調（Ｐｕｌｓｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＤＭ）である。
【００１６】
図２はパルス幅変調を行う場合の１ビット変調器２の構成図である。１１は入力端子、１２は鋸歯状波発生器、１３は比較器、１４は出力端子である。入力端子１１より入力された音声信号ｓｉｇ（ｔ）は、比較器１３のマイナス入力に入力され、同時に鋸歯状波発生器で生成された鋸歯状波ｋ（ｔ）が比較器１３のプラス入力に入力され、比較器１３よりパルス幅変調信号ｐｗｍ（ｔ）が出力される。
【００１７】
図３（ａ）、（ｂ）は比較器１３の入出力波形で、音声信号ｓｉｇ（ｔ）がパルス幅変調信号ｐｗｍ（ｔ）に変換される様子を表している。図３（ａ）において鋸歯状波ｋ（ｔ）と音声信号ｓｉｇ（ｔ）が比較され、図３（ｂ）のｐｗｍ（ｔ）が出力される。すなわち、ｓｉｇ（ｔ）≧ｋ（ｔ）の時ｐｗｍ（ｔ）＝１、ｓｉｇ（ｔ）＜ｋ（ｔ）の時ｐｗｍ（ｔ）＝０を出力する。このｐｗｍ（ｔ）は、低域濾過によりｓｉｇ（ｔ）が復元される信号波形である。尚、パルス幅変調信号を生成するために用いる鋸歯状波は、三角波で置き換えても良い。
【００１８】
次に、パルス幅信号ｐｗｍ（ｔ）は伝送変調器４に入力され、共振周波数発振器３で発振した周波数ｆｒでＡＭ変調が掛けられる。共振周波数発振器３は、例えば図５で構成される。
【００１９】
図５において２１は水晶振動子、２２はＣＭＯＳインバーター、２３は抵抗器、２４、２５はコンデンサ、２６は出力端子である。ＣＭＯＳインバーター２２は抵抗器２３でセルフバイアスが掛けられ、周波数ｆｒの急峻なバンドパスフィルター特性を持つ水晶振動子２１と接続され、正確な周波数ｆｒの発振を行う。周波数ｆｒの信号はｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）の数式で表される。周波数ｆｒは、先程のパルス幅変調信号ｐｗｍ（ｔ）と共に伝送変調器４に入力され、伝送変調器の中で両者を掛け合わし、振幅変調出力ａｍ（ｔ）＝ｐｗｍ（ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）を得る。
【００２０】
図６はａｍ（ｔ）の信号波形を示しており、ｐｗｍ（ｔ）＝１の時に周波数ｆｒのみが存在し、ｐｗｍ（ｔ）＝０の時には信号が０になることを示している。
【００２１】
振幅変調出力ａｍ（ｔ）は、次に、電力増幅器５に入力され送信用の電力増幅がなされる。
電力増幅器は増幅効率と変調信号の特性を考慮すると、図７に示す増幅回路で、周波数ｆｒを効率良く増幅するのが良い。
【００２２】
図７は、スイッチング型の増幅器を構成しており、２７は入力端子、２８は駆動回路、２９、３０はトランジスタＳ１、Ｓ２、３１はバンドパスフィルター、３２はマッチング回路である。入力端子２７より入力された振幅変調信号ａｍ（ｔ）は駆動回路２８を経て、周波数ｆｒで２つのトランジスタをスイッチング動作させることにより増幅を行う。スイッチング出力は、通過周波数ｆｒのバンドパスフィルターを通した後にマッチング回路でインピーダンスマッチングを取り、出力端子３３に出力される。出力信号は、共振周波数ｆｒを有するＬＣ共振器に入力され、磁気共振現象を利用して受信側のＬＣ共振器７に送られる。
【００２３】
図８はＬＣ共振器の特性の一例を示しており、特定周波数ｆｒでのみ高効率で電力が、ＬＣ共振器６からＬＣ共振器７に伝送されることを示している。高効率は送信インピーダンスと受信インピーダンスがマッチングしている状態で達成される。ＬＣ共振器７で受信した電力増幅された振幅変調信号は、伝送復調器８で復調がなされる。
【００２４】
伝送復調器８は、図９で示されるように構成されている。３４は入力端子、３５はマッチング回路、３６は整流器、３７は包絡線検波器、３８は出力端子である。入力端子３４より入力された振幅変調信号は、インピーダンスをマッチングさせ高効率を実現するマッチング回路３５を経て、整流器３６に入力される。整流器３６は全波整流器で通常は４本のダイオードのブリッジ回路によって実現される。
【００２５】
図１０は、整流器３６の出力で振幅変調波が全波整流された信号を示している、全波整流された信号は、包絡線検波器３７で信号の包絡線が抽出されパルス幅変調波を復元する。包絡線検波器は例えばコンデンサで実現される。
【００２６】
復元されたパルス幅変調は、ローパスフィルター９で低域濾過することにより図１１に示す元の音声信号が復元される。この復元された音声信号は、送信側の電力増幅器５で電力増幅され、ＬＣ共振器６、７で電力を伴った伝送がされた信号から生成されるので、パワーアンプなしにスピーカを駆動することが出来る電力増幅された音声信号である。
【００２７】
図１におけるストリーム変調器はパルス幅変調（ＰＷＭ）で説明をしたが、パルス密度変調（ＰＤＭ）を用いてもよい。パルス密度変調は、例えば図４に示されるΔΣ変調器を用いて生成することが出来る。ΔΣ変調器の構成は、図４に示すごとく、１５は入力端子、１６は加算器、１７は積分器、１８は量子化器、１９は遅延器、２０は出力端子である。
【００２８】
アナログ信号を１ビットのビットストリームに符号化する方法としてよく用いられるものに「Δ変調符号化方式」がある。これはアナログ信号波形を階段状の波形で追跡する方法で、
・入力信号の上昇勾配が大きい時には“１”
・入力信号の下降勾配が小さい時には“０”
に符号化される。すなわちΔ変調により得られる１ビットストリームはアナログ信号の傾き、すなわち微分値の大きさを“０”,“１”の頻度で表していることになる。
【００２９】
上述のΔ変調に関して、入力される信号を予め積分しておけば、原信号の振幅に対応した符号化列が生成されるはずである。これが図４に示すΔΣ変調の基本構成である。図４において、入力端子１５より音声信号が入力され、加算器１６でフィーバック信号を減算する。その出力を積分器１７で積分した後に量子化器１８を用いて“１”、“０”の信号に変換しパルス密度変調信号ｐｄｍ（ｔ）を得る。ｐｄｍ（ｔ）は原信号との微分波形を生成するために１サンプルの遅延器１９を経て前述の加算器１６にフィードバックされ微分信号が再循環積分される。
【００３０】
このような構成で生成されたパルス密度変調波形も前出のパルス幅変調波形と同様にローパスフィルターで低域濾過することにより元の音声信号が復元出来る信号である。既説明のｐｗｍ（ｔ）をｐｄｍ（ｔ）に置き換えることにより同様な、磁気共振型無線音声伝送が行える。
【００３１】
かかる構成によれば、磁気共振型無線音声送信装置と磁気共振型無線音声受信装置を用いて磁気共振型無線音声伝送システムを構成することにより、配線の無い無線スピーカを提供し、配置の自由度を増すことが出来る。
【００３２】
（実施の形態２）
図１２は、本実施の形態における磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムを表す構成図である。図１２において図１と同一の構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。４０はデータ復調器、４１は増幅器、４２は電力取出し器である。
【００３３】
ここでは、１ビットのビットストリーム以外の多値ストリームの代表として図１３に示す３値ストリームｄ（ｔ）を扱う例に関して記載する。３値とは“-１”,“０”,“１”の３値であり、前述の２値のストリームと同様にローパスフィルターにより現信号が生成可能なストリームである。
【００３４】
このように構成された磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムに関して、以下に図面を用いて詳細を説明する。図１２において、入力端子１より音声が入力される、入力された音声は、ストリーム変調器２で低域濾過を行うことにより音声信号となる形態の前述の３値シリアル信号ｄ（ｔ）に変換される。
【００３５】
次に、３値ストリーム信号ｄ（ｔ）は伝送変調器４に入力され、共振周波数発振器３で発振した周波数ｆｒでＡＭ変調が掛けられる。共振周波数発信器３は、実施の形態１と同様に図５の構成で示されるもので実現が可能である。３値ストリーム信号ｄ（ｔ）に共振周波数発信器３を適用した場合の動作は以下のものとなる。
【００３６】
周波数ｆｒの信号はｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）の数式で表される。周波数ｆｒは、先程の３値ストリーム信号ｄ（ｔ）と共に伝送変調器４に入力され、伝送変調器の中で両者を掛け合わし、振幅変調出力ｄ（ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）を得る。図１４は変調後の信号波形を示しており、ｄ（ｔ）＝１の時に周波数ｆｒのみが存在し、ｐｗｍ（ｔ）＝０の時には信号が０になり、ｄ（ｔ）＝−１の時には位相の反転した周波数ｆｒのみが存在することを示している。
【００３７】
振幅変調出力は、実施の形態１の場合と同様に電力増幅器５で電力増幅がなされ、ＬＣ共振器６、７を介して、受信側へ伝達される。
【００３８】
ＬＣ共振器７で受信した電力増幅された振幅変調信号は、データ復調器４０で復調がなされる。データ復調器４０は、実施の形態１の伝送復調器８とは異なりｄ（ｔ）が“１”,”−１“の状態で同一の包絡線となるために包絡線検波を用いることは出来ない。すなわち、３値ストリームが振幅変調された信号は波形の包絡線検波ではなく、発振周波数の位相が０、πかに応じて変調された信号を位相復調する必要がある。
【００３９】
一般的に位相に情報が重畳された信号を復調するには同期検波を用いる。同期検波とは変調周波数ｆｒを別手段で生成しそれを信号と掛け算することにより原信号を得る方法である。
・ｄ（ｔ）＝１の時、ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）＝（１−ｃｏｓ（２π×ｆｒ×ｔ））／２
・ｄ（ｔ）＝０の時、０×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）＝０
・ｄ（ｔ）＝−１の時、―ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）×ｓｉｎ（２π×ｆｒ×ｔ）＝−（１−ｃｏｓ（２π×ｆｒ×ｔ））／２
であるから、ローパスフィルターによりｃｏｓ（２π×ｆｒ×ｔ）を除去すれば、１／２、０、−１／２が復調される。信号を２倍すれば各々１、０、−１が復元出来る。
【００４０】
データ復調器４０はこのような動作をするものである。この時、変調周波数の生成や掛け算必要な電力は、４２の電力取出し器で取り出せば良い。電力取出し器は図９の伝送復調器と同一の構成で構成可能である。
【００４１】
同期検波を行い３値ストリームｄ（ｔ）を生成した後は、必要に応じて増幅器４１で電力増幅を行い、ローパスフィルター９により元の音声信号を復元しスピーカ１０が演奏される。
【００４２】
かかる構成によれば、３値ストリームを振幅変調によって伝送した場合でも、同期検波によりも音声信号を復元出来、配線の無い無線スピーカを提供することが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明にかかる磁気共振型無線音声送信装置、磁気共振型無線音声受信装置、及び、磁気共振型無線音声伝送システムは、無線で電力と音声を同時に伝送出来るため、設置の自由な無線スピーカに使用できる。また、音声以外の信号(例えば映像信号)を伝送すれば映像表示装置などの、データと電力の双方を用いる機器すべてに応用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１、１１、１５、２７、３４ 入力端子
２ ストリーム変調器
３ 共振周波数発振器
４ 伝送変調器
５ 電力増幅器
６、７ ＬＣ共振器
８ 伝送復調器
９ ローパスフィルター
１０ スピーカ
１２ 鋸歯状波発生器
１３ 比較器
１４、２０、２６、３３、３８ 出力端子
１６ 加算器
１７ 積分器
１８ 量子化器
１９ 遅延器
２１ 水晶発振子
２２ ＣＭＯＳインバーター
２３ 抵抗器
２４、２５ コンデンサ
２８ 駆動回路
２９、３０ トランジスタ
３１ バンドパスフィルター
３２、３５ マッチング回路
３６ 整流器
３７ 包絡線検波器
４０ データ復調器
４１ 増幅器
４２ 電力取出し器
１００ 無線プレーヤー
１０１ 無線スピーカ
１０２ 電源部
１０３、１０４ 無線通信部
１０５ 充電式電池
１０６ スピーカ駆動手段
１０７ スピーカ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定周波数を発振する共振周波数発振器と、
低域濾過処理により音声信号となるシリアル信号、を生成するストリーム変調器と、
前記シリアル信号を前記特定周波数で変調した変調信号に変換する伝送変調器と、
前記変調信号を電力増幅する電力増幅器と、
電力増幅された前記変調信号を前記特定周波数で磁気共振させる共振器と、
を具備する磁気共振型無線音声送信装置。
【請求項２】
前記ストリーム変調器は、シリアル信号を生成する際に、パルス幅変調、パルス密度変調、３値変調、のいずれかの変調を用いる、
請求項１に記載の磁気共振型無線音声送信装置。
【請求項３】
前記伝送変調器が行う変調は、振幅変調である、
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の磁気共振型無線音声送信装置。
【請求項４】
特定周波数で磁気共振する共振器と、
前記共振器からの入力を復調し、シリアル信号を復元する伝送復調器と、
前記シリアル信号を低域濾過処理により音声信号に変換するローパスフィルターと、
前記音声信号を出力するスピーカと、
を具備する磁気共振型無線音声受信装置。
【請求項５】
前記伝送復調器は、全波整流と包絡線検波とにより信号を復調する、
請求項４に記載の磁気共振型無線音声受信装置。
【請求項６】
前記伝送復調器は同期検波により信号を復調する、
請求項４に記載の磁気共振型無線音声受信装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁気共振型無線音声送信装置と、
請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の磁気共振型無線音声受信装置と、
を備えた磁気共振型無線音声伝送システム。
【請求項１】
特定周波数を発振する共振周波数発振器と、
低域濾過処理により音声信号となるシリアル信号、を生成するストリーム変調器と、
前記シリアル信号を前記特定周波数で変調した変調信号に変換する伝送変調器と、
前記変調信号を電力増幅する電力増幅器と、
電力増幅された前記変調信号を前記特定周波数で磁気共振させる共振器と、
を具備する磁気共振型無線音声送信装置。
【請求項２】
前記ストリーム変調器は、シリアル信号を生成する際に、パルス幅変調、パルス密度変調、３値変調、のいずれかの変調を用いる、
請求項１に記載の磁気共振型無線音声送信装置。
【請求項３】
前記伝送変調器が行う変調は、振幅変調である、
請求項１乃至請求項２のいずれかに記載の磁気共振型無線音声送信装置。
【請求項４】
特定周波数で磁気共振する共振器と、
前記共振器からの入力を復調し、シリアル信号を復元する伝送復調器と、
前記シリアル信号を低域濾過処理により音声信号に変換するローパスフィルターと、
前記音声信号を出力するスピーカと、
を具備する磁気共振型無線音声受信装置。
【請求項５】
前記伝送復調器は、全波整流と包絡線検波とにより信号を復調する、
請求項４に記載の磁気共振型無線音声受信装置。
【請求項６】
前記伝送復調器は同期検波により信号を復調する、
請求項４に記載の磁気共振型無線音声受信装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の磁気共振型無線音声送信装置と、
請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の磁気共振型無線音声受信装置と、
を備えた磁気共振型無線音声伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−１５５４２７（Ｐ２０１１−１５５４２７Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４９７０（Ｐ２０１０−１４９７０）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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