JP2003210515A - Pllを利用した聴覚障害者用火災報知電子音及びチャイム音の自動検出法 - Google Patents

Pllを利用した聴覚障害者用火災報知電子音及びチャイム音の自動検出法

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JP2003210515A
JP2003210515A JP2002008830A JP2002008830A JP2003210515A JP 2003210515 A JP2003210515 A JP 2003210515A JP 2002008830 A JP2002008830 A JP 2002008830A JP 2002008830 A JP2002008830 A JP 2002008830A JP 2003210515 A JP2003210515 A JP 2003210515A
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fire alarm
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Shinji Miyazaki
信次 宮崎
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 聴力障害者が検知できない1)火災警報電子
音および2)チャイム音(インターホンのチャイム音を
含む)を電子回路により自動検出するときに発生する誤
動作(偽警報)を減少させること. 【解決手段】 位相ロックループ(PLL)回路を用い
て,1)に関しては消防庁告示に定める第1警戒音もし
くは第2警戒音の有無を検出しさらにそのオンオフが
0.5sごとに3回交互に繰り返されると言う条件を付
加する,2)に関してはロックインした状態でのPLL
の位相差出力の大きな変動が,入力音量が一定値を超え
ている持続時間中の初めの一定期間に3回以上起きない
という条件を用いる.

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は,聴力障害者が検知
できない火災報知電子音(以下,火災音と略す)及びチ
ャイム音(インターホンのチャイム音を含む)を電子的
に自動検出する方法に関するものである.
【0002】
【従来の技術】従来,火災音あるいはチャイム音(以下
まとめて信号音と略す)を自動検出する方法としては,
それぞれの音に合わせた帯域通過フィルタに整流平滑化
回路を組み合わせて特定の周波数帯域の音量レベルを取
り出し,比較器によりこれを論理信号に変換する方法が
用いられている.
【0003】
【考案が解決しようとする課題】しかし,このような方
法は周囲の環境雑音(人間の声を含む;以下環境雑音と
略す)に強い当該帯域成分が含まれていると,これを信
号音と区別することができず誤動作が高頻度で起きると
いう問題がある.誤動作の頻度をほぼ零に近くまで下げ
ない限り,自動検出法が実際に聴覚障害者の生活の中で
使われることは期待できない.
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで,本発明は信号音
の純音性が高いことに着目し,位相ロックループ(Phas
e Locked Loop;PLL)を利用してこれらの信号音を
追尾させ,環境雑音との判別能力を向上させるものであ
る.さらに,火災音及びチャイム音の主成分周波数の時
間的変化パターンの情報もあわせて利用し,判別能力を
向上させる.
【0005】火災音に関しては,消防法施行令25条の
2−2の2三ハ(イ),及び消防法施行規則第24条第5
号ト及び第5号の2二の規定に基づき,平成9年6月3
0日付消防庁告示第9号により自動火災報知設備の地区
音響装置の基準が定められている.これらによれば,公
共宿泊施設においては(他に非常ベルもしくは自動サイ
レンを用いない場合)音響装置を各部屋に設置すること
及び部屋のどの場所でも床から1m上方で75dBの音
圧以上を保つことが規定されている.さらに,スピーカ
による音声警報を発する地区音響装置にあっては,音声
放送の前に740Hzの第1警報音(持続0.5s)と
494Hzの第2警報音(持続0.5s)を連続して3
回ずつ交互に反復することとされている.
【0006】本発明の第一(すなわち「請求項1」)に
おいてはこのことに着目し,第1警報音もしくは第2警
報音の周波数(740Hzもしくは495Hz)を中心
周波数とするPLLを用いる.ここでは例として第2警
報音(495Hz)を中心周波数とするPLLを用いる
場合につき原理を説明する(「図1」).
【0007】マイクロホン1からの微小電圧信号を増幅
器2で増幅し,中心周波数495Hzで比較的狭帯域
(Qにして30−50程度)の帯域通過フィルタ3を通
して得られる信号4を当該PLL5に入力する.第2警
報音が発生しているときは,当該PLLの電圧制御発振
器(Voltage Controlled Oscillator;VCO)の同相
論理出力6と帯域フィルタ出力4は完全に位相が一致す
る.したがってVCOの論理出力6を同期信号とし,帯
域フィルタの出力信号4を入力として同期検波を行え
ば,両者の位相の一致程度(および帯域フィルタ出力4
の信号レベル)によって増減する同期検波出力11が得
られる.
【0008】同期検波の方式としては大きく2つの方法
が使える.第1はアナログ式の同期検波であり,第2は
ディジタル式の同期検波である.図1ではディジタル式
を採用したの例のブロック図を示してある.
【0009】アナログ式の同期検波の場合には(帯域フ
ィルタ出力4とVCO論理レベル信号6の)位相の一致
程度と(帯域フィルタ出力4の)信号のレベルの両方に
依存した検波出力が得られる.具体的にこれを実現する
回路としては例えば,二重平衡混合器(Double Balanced
Mixer)と低域通過フィルタを組み合わせる方式があ
る.
【0010】ディジタル式の同期検波の場合には,帯域
フィルタ出力4とVCO同相論理レベル出力6の位相の
一致程度のみに依存する出力が得られる.具体的にこれ
を実現する回路としては例えば図1に示したように,比
較器7により帯域フィルタ出力4と逆相の論理出力8を
得て,これとVCO出力6との排他的論理和(XOR)
9をとり,低域通過フィルタ10を通す方式がある.
【0011】第2警戒音(495Hz)が発生している
ときは,帯域フィルタ3の出力4とPLL5のVCO同
相論理レベル出力6は完全に位相が一致する.したがっ
て,同期検波出力11としては高いレベルの信号が得ら
れる.
【0012】一方第1警報音(740Hz)が発生して
いるときは,PLLの帯域幅を740Hzがロックイン
する位相範囲(+/−90度)にぎりぎり入るよう(帯
域幅:中心周波数の+/−25%程度)に選んでおけ
ば,帯域フィルタ出力4とVCO論理レベル出力6は位
相が90度近くずれることになる.このとき同期検波出
力11としては低いレベルの信号が得られる.
【0013】PLL5のループフィルタの時定数を長め
(おおよそ30−50ms)に設定しておくことによ
り,位相変化の激しい周囲雑音にはPLLは追尾でき
ず,帯域フィルタ出力4とVCO論理レベル出力6がラ
ンダムな位相関係をもつようにできる.その場合には,
同期検波出力11は前2項に述べた高レベルと低レベル
の中間の値を揺らぎつつ保つことになる.
【0014】したがって,同期検波出力11を適切な閾
値をもつ比較器12で2値化すれば,第2警報音が発生
しているときH,それ以外のときLをもつ論理レベル信
号13が得られる.ちなみにマイクロホン1によって拾
われる信号(この場合第2警報音)のレベルが周囲雑音に
比べてある程度以上大きい場合にはアナログ式同期検波
とディジタル式同期検波は実質上同等の検出能を与え
る.
【0015】この論理レベル信号の変化パターンをモニ
ターして第1警報音と第2警報音の持続が各々0.5s
であり交互に3回続くことを選別条件としてさらに加え
ることにより,環境雑音にたまたま495Hz近傍の成
分が入ってきたときでも,誤って火災信号として検出す
る確率を減少させることができる.
【0016】本発明の第二(すなわち「請求項2」)は
チャイム音の検出に関するものである.チャイム音は
「ピーン・ポーン(・ピーン・ポーン)」から分かるよ
うに,1s乃至1.5s程度続く純音に近い第1音と1.5
s乃至2.5秒続く第1音より少し低いこれまた純音に近
い(もしくはほぼ同じ周波数でゆっくりした唸りを伴
う)第2音から構成されている.しかし,チャイム音は
メーカ・機種により基本周波数が様々で,火災音のよう
な一律な規制は無い.ただし,市場に出ているチャイム
の基本周波数の大多数は450Hzないし600Hzの
範囲に収まっている.また,マイクロホンをチャイム音
の音源の近傍に設置することも一般的には可能である.
【0017】これらの点を考慮に入れて(以下「図2」に
したがう),チャイム音検出用の帯域通過フィルタ17
は比較的広帯域(Qにして10程度)とし,中心周波数
は525Hz程度とする.
【0018】ここで用いるPLL19は中心周波数を5
25Hz程度に設定し,帯域は広帯域(おおよそ中心周
波数の0.3−1.7倍)とし,ループフィルタの時定
数は20ms程度と短くしておく.このとき,環境雑音
が入るとPLL19はそれを追尾する(ロックインす
る)ので,PLL19の位相差出力20は環境雑音の位
相変化に応じて変化する.
【0019】一方,チャイム音の第1音が入ると,PL
L19はその基本周波数にロックインされ第1音が続い
ている間一定の位相差出力20を保つ.ついで第2音が
入るとPLL19はやはりその基本周波数を追尾し,第
2音が続いている間別の一定の位相差出力20を保つ
(唸りがあるときはその唸りの低周波の変動を伴う).
【0020】したがって,位相差出力20を高域通過フ
ィルタ21(時定数20ms程度)に通したあと,整流
平滑化回路22(漏れ時定数20ms程度)で処理する
と,環境雑音の場合には頻雑に高いレベルの信号が得ら
れるのに対し,チャイム音の場合には第1音の始点,第
2音の始点のみの2回だけ高いレベルの信号が発生する
に過ぎない(唸り成分は高域通過フィルタで除去され
る).適切な閾値をもつ比較器23によりこれを論理レ
ベル信号に変換する.論理レベル信号の頻度により,入
力が環境雑音であるかチャイム音であるかを判別でき
る.
【0021】さらに判別能力を高めるために,帯域通過
フィルタ17の出力18を整流平滑化回路24(漏れ時
定数0.5s程度)で処理し,入力の音量のレベルを測
る.これを適切な閾値をもつ比較器25で論理レベル信
号に変換する.
【0022】この論理レベル信号がH(すなわち入力の
音量が一定レベルより大きい)になってから例えば2.
5s以内にLに戻ればチャイム音ではないと判断する.
2.5s以上続いてもその間に例えば3回以上比較器2
3からH(すなわち大きな位相差変動)が発生されてい
ればこれまたチャイム音でないと判断する.このよう
に,帯域フィルタの出力レベルと持続時間の情報だけで
なく,PLLを用いて入力信号の位相変化の程度に関す
る情報を加えることにより,チャイム検出の信頼性を飛
躍的に向上させることができる.
【0023】
【発明の実施形態】本発明を実施するに当たっては,P
LLを除き特定の電子回路を用いる必要は無い.実施形
態は電源,回路基盤の大きさ,消費電力,部品価格等に
より様々に考えられる.低電圧(例えば3V)の電池駆
動が望まれる場合には,PLLとして標準CMOSシリ
ーズからディジタルPLL−ICを選ぶ必要が生じる.
電池駆動を必要としない場合には+/−5V駆動用のア
ナログPLL−ICが使える(もちろん標準CMOSデ
ィジタルPLL−ICを使うこともできる).アナログ
PLL−ICとディジタルPLL−ICの諸定数の関係
は,ディジタルPLL−ICのメーカのマニュアルに詳
しい解説が載っている.
【0024】
【実施例】+/−5V駆動を前提とした場合,図1,図
2の各ブロックに用いることのできるICの型番を図の
説明に添付した.また,同図の2次処理はディスクリー
トICを組み合わせて行うこともできるが,PIC(pr
ogrammable IntegratedCircuit)1個で実現する方が簡
単である.
【0025】
【発明の効果】本発明により,火災音(「請求項1」)
及びチャイム音(「請求項2」)の検出の信頼性が向上す
る.それによって,聴覚障害者がこれらの音の自動検出
装置で今まで悩まされていた頻繁に起こる誤動作(偽警
報)の問題が解決され,自動検出装置が実用に供される
ようになる.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のうち火災音の検出法の実施例のブロッ
ク図である.
【符号の説明】
1 マイクロホン 2 増幅器 1/4T
L084 3 帯域通過フィルタ 1/4T
L084 4 帯域通過フィルタ出力 5 PLL LM56
5 6 VCO同相論理出力 7 比較器 1/4T
L084 8 比較期出力(4が大なるときL) 9 排他的論理和回路 1/4S
N74HC266 10 低域通過フィルタ 1/4T
L084 11 同期検波出力 12 比較器 1/4T
L084 13 比較器出力 14 2次処理回路 PIC1
2C509
【図2】本発明のうちチャイム音の検出法の実施例のブ
ロック図である.
【符号の説明】
15 マイクロホン 16 増幅器 1/4T
L084 17 帯域通過フィルタ 1/4T
L084 18 帯域通過フィルタ出力 19 PLL LM56
5 20 位相差出力 21 高域通過フィルタ 1/4T
L084 22 整流平滑化回路 1/4T
L084 23 比較器 1/4T
L084 24 整流平滑化回路 1/4T
L084 25 比較器 1/4T
L084 26 2次処理回路 PIC1
2C509

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平成9年6月30日付消防庁告示第9号
    に規定される火災報知電子音のうち第1警戒音(740
    Hz)もしくは第2警戒音(495Hz)の周波数を中
    心周波数にもつ位相ロックループ(PLL)回路(5)
    の電圧制御発振器(VCO)同相論理出力(6)と,同
    上周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ(3)の
    出力(4)との同期検波出力(11)をとりこれを比較
    器(12)に通すことにより第1警戒音もしくは第2警
    戒音の有無を論理信号(13)として検出し,さらにこ
    の論理信号がH,Lを0.5sの持続で交互に3回繰り
    返す条件を付加して誤動作を減少させた火災報知電子音
    の検出法.
  2. 【請求項2】 おおよそ525Hzに中心周波数をもつ
    PLL回路(19)の位相差出力(20)を高域通過フ
    ィルタ(21),整流平滑化回路(22),比較器(2
    3)で処理することにより入力信号の位相変化の頻度を
    計量し,あわせて上記周波数に中心周波数をもつ帯域フ
    ィルタ(17)の出力(18)を整流平滑化回路(2
    4)と比較器(25)で処理することにより入力信号の
    この帯域の音量が一定値を超える持続時間を計量し,後
    者が一定値以上でありかつその間に前者が一定回以上起
    きないことを基準として,チャイム音(インターホンの
    チャイム音を含む)を誤動作少なく検出する方法.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011014694A1 (en) * 2009-07-29 2011-02-03 Innovalarm Corporation Signal processing system and methods for reliably detecting audible alarms
JP2018532337A (ja) * 2015-07-09 2018-11-01 マイクロセミ セミコンダクター(ユー.エス.)インク. 音響警報検出器

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