JP2008233582A - 音声発生回路、方法およびブザー発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】警報音の音量を調節する。
【解決手段】音声発生回路１００は、本回路の外部に接続されるスピーカ１１２に対して、カップリングキャパシタＣ１を介して電気信号Ｓｏｕｔを出力する。第１信号生成部１０は、第１周波数ｆ１を有する矩形状の第１信号Ｓｏｕｔ１を生成する。第２信号生成部２０は、第１信号Ｓ１と同一のパルス幅を有し、第１周波数ｆ１と異なる第２周波数ｆ２を有する矩形状の第２信号Ｓｏｕｔ２を生成する。音声発生回路１００はスピーカ１１２に対して、第１信号Ｓｏｕｔ１または第２信号Ｓｏｕｔ２のいずれかを出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブザー（警報音）の発生技術に関する。

防犯やユーザへの警報を目的として、スピーカなどの電気音響変換素子から、大音量のブザー音（単にブザーともいう）を発生させる装置が利用される。この装置は、緊急時において、確実かつ迅速にブザーを発生するために、なるべく簡易に構成することが要求される。たとえば、こうしたブザー発生装置として、矩形波状のパルス信号を生成し、このパルス信号を電気音響変換素子に対して出力する方法が知られている。

特開平２−１２５２９７号公報

矩形波状のパルス信号は、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧（０Ｖまたは−Ｖｄｄ）の間でスイングする。音量は電圧振幅に比例するため、電源電圧Ｖｄｄを変化させないと、ブザーの音量を調節できないという問題がある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その包括的な目的は、音量を変更可能な音声発生回路の提供にある。

本発明のある態様は、本回路の外部に接続される電気音響変換素子に対して、電気信号を出力する音声発生回路に関する。この音声発生回路は、第１周波数を有する矩形状の第１信号を生成する第１信号生成部と、第１信号と同一のパルス幅を有し、第１周波数と異なる第２周波数を有する矩形状の第２信号を生成する第２信号生成部と、を備える。音声発生回路は、電気音響変換素子に対して、電気信号として、第１信号または第２信号のいずれかを出力する。

この態様によると、パルス幅が等しく、周波数（すなわち周期）の異なる第１、第２信号を生成することにより、音程の変化を抑制しつつ、音量を変化させることができる。

音声発生回路は、起動から所定時間、第１、第２信号のうち周波数の低い方を出力し、所定時間の経過後、周波数の高い方を出力してもよい。
この場合、起動直後は、小さな音量とし、その後、大音量とすることができる。

第２信号生成部は、第１信号生成部からの第１信号を受け、所定の比率でパルスを間引くことにより第２信号を生成してもよい。
起動から所定時間、第１信号を出力し、所定時間の経過後、第２信号を出力してもよい。

第２信号生成部は、第１信号をカウントするカウンタと、カウンタのカウント値を受け、カウント値が整数ｍ変化するごとに所定レベルとなる制御信号を生成するエンコーダと、第１信号およびエンコーダからの制御信号を受け、制御信号が所定レベルの間、第１信号を出力し、制御信号が所定レベルと別のレベルの間、固定レベルを出力する出力部と、を含んでもよい。

第１周波数は、第１の値と第２の値で周期的に切り替えられてもよい。

音声発生回路は、所定の周波数で発振する発振器と、発振器からのクロック信号を利用して所定時間を計測するタイマと、をさらに備えてもよい。

第１、第２信号生成部、発振器およびタイマは、当該音声発生回路に対して電源が供給されると動作を開始してもよい。この場合、電源供給すれば音声を発生することができる。

本発明の別の態様は、電気音響変換素子に対して電気信号を出力する音声発生方法に関する。この方法は、第１周波数を有する矩形状の第１信号を生成するステップと、第１信号と同一のパルス幅を有し、第１周波数と異なる第２周波数を有する矩形状の第２信号を生成するステップと、電気音響変換素子に対して、電気信号として第１信号または第２信号のいずれかを出力するステップと、を備える。

本発明の別の態様は、ブザー発生方法である。この方法は、ブザーの発生開始から所定時間、電気音響変換素子に対して、矩形波状の第１信号を間引いた第２信号を出力するステップと、所定時間経過後、電気音響変換素子に対して、第１信号を出力するステップと、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、音量を簡易に調節できる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る音声発生回路１００を搭載した警報装置２００の構成を示すブロック図である。警報装置２００は、携帯電話端末や、ポータブル警報器などに搭載され、ユーザが所定の動作を実行することにより、警報音（ブザー）を大音量で発生する。

警報装置２００は、音声発生回路１００、電池１１０、スピーカ１１２、カップリングキャパシタＣ１、スイッチＳＷ１を備える。
電池１１０は音声発生回路１００の電源であって、スイッチＳＷ１を介して音声発生回路１００の電源端子１０２に電源電圧Ｖｄｄを供給する。スイッチＳＷ１がオフ状態では、音声発生回路１００は動作せず、ユーザがスイッチＳＷ１をオンすると、音声発生回路１００が警報音の発生を開始する。音声発生回路１００は、電子機器に搭載されるその他のプロセッサ等に依存せず、自律的に動作する。

出力端子１０４には、カップリングキャパシタＣ１を介してスピーカ１１２が接続される。以下、出力端子１０４から出力される電気信号を出力信号Ｓｏｕｔという。出力信号Ｓｏｕｔは、電源電圧Ｖｄｄと接地電圧０Ｖを交互に繰り返す矩形波状の周期信号である。なお、周期信号の波形は、警報音の音色によって適宜設定すればよい。たとえば一般的な「ピーピーピー」という警報音は、１ｋＨｚと２ｋＨｚの矩形波信号を所定の間隔で交互に繰り返すことにより生成される。カップリングキャパシタＣ１によって出力信号Ｓｏｕｔの直流成分が除去されると、スピーカ１１２からは大音量の警報音（ブザー）が出力される。

警報装置２００が携帯電話などに搭載される場合、スイッチＳＷ１のオンと同時に、大音量で警報音の出力を開始すると、ユーザの耳に大音量が入力されるため好ましくない。そこで、音声発生回路１００は、起動開始から一定時間、音量を小さく設定し、その後、大音量で警報音を発生する。一定時間は、ユーザが警報音の発生開始を知覚してから電子機器を耳から離すのに必要な時間程度であり、たとえば１秒程度であってもよい。

以下、音声発生回路１００の構成について説明する。まず、音声発生回路１００による音量調節の原理を説明する。

音声発生回路１００は、複数の音量に対応する少なくとも２種類の出力信号Ｓｏｕｔを生成する。以下、音量は２段階で調節されるものとし、大音量に対応するときの出力信号Ｓｏｕｔを第１信号Ｓｏｕ１、小音量に対応するときの出力信号Ｓｏｕｔを第２信号Ｓｏｕｔ２という。

第１信号Ｓｏｕｔ１と第２信号Ｓｏｕｔ２は、パルス幅が同一であるが、周波数（周期）が異なっている。具体的には、音量が大きい第１信号Ｓｏｕｔ１の方が周波数が高く設定される。音声発生回路１００は、第１信号Ｓｏｕｔ１と第２信号Ｓｏｕｔ２を生成し、音量に応じていずれかを選択してスピーカ１１２に出力する。

図２（ａ）〜（ｅ）は、図１の音声発生回路１００の動作波形を示す図である。なお、示される波形、縦軸、横軸は説明のために簡略化されている。図２（ｅ）において、時刻ｔ０〜ｔ１の期間が、第２信号Ｓｏｕｔ２の波形を示し、時刻ｔ１以降の波形が、第１信号Ｓｏｕｔ１の波形を示す。第１信号Ｓｏｕｔ１と第２信号Ｓｏｕｔ２のパルス幅（ハイレベルの期間）は、いずれも所定値ＴＨに設定されている。また、第２信号Ｓｏｕｔ２の周波数（以下、第２周波数ｆ２という）は、第１信号Ｓｏｕｔ１の周波数（以下、第１周波数ｆ１という）の整数ｍ分の１、たとえば１／３に設定される。なお、整数ｍは３に限定されず、音量に応じて任意の値に設定すればよい。

第１信号Ｓｏｕｔ１と第２信号Ｓｏｕｔ２のパルス幅は等しいため、スピーカ１１２に供給される信号の周波数成分はほぼ等しくなり、音程（音色）の変化はほとんどない。また、第２信号Ｓｏｕｔ２と第１信号Ｓｏｕｔ１の正味の電力を比較すると、第２信号Ｓｏｕｔ２の方が小さいため、スピーカ１１２から出力される音量は小さくなる。

このように、本実施の形態に係る音声発生回路１００によれば、音色をほとんど変化させずに、音量のみを調節することができる。さらにこの回路によれば、電源電圧Ｖｄｄを変化させる必要がないため、回路が簡素化できる。

以下、上述の原理を利用した音声発生回路１００の具体的な構成を説明する。図１の音声発生回路１００は、第１信号生成部１０、第２信号生成部２０、オシレータ３０、タイマ３２を備える。
第１信号生成部１０は、第１周波数ｆ１を有する上述の第１信号Ｓ１を生成する。第１信号生成部１０は、一般的なオシレータやカウンタを利用して構成できる。第１信号生成部１０により生成される第１信号Ｓ１は、上述の第１信号Ｓｏｕｔ１と同じ波形を有しており、図２（ａ）に示される。
第２信号生成部２０は、第１信号Ｓｏｕｔ１と同一のパルス幅を有し、第１周波数ｆ１と異なる第２周波数ｆ２を有する矩形状の第２信号Ｓｏｕｔ２を生成する。

オシレータ３０およびタイマ３２は、音量を小さくする所定時間Ｔｐを設定するための時間管理部であり、スイッチＳＷ１がオンしてから所定時間Ｔｐを計測する。オシレータ３０はスイッチＳＷ１がオンして、電源電圧Ｖｄｄが供給されると同時に起動し、クロックＣＫを生成する。第１信号生成部１０、第２信号生成部２０はこのクロックＣＫにもとづいて第１信号Ｓｏｕｔ１、第２信号Ｓｏｕｔ２を生成してもよい。
タイマ３２は、クロックＣＫをカウントして所定時間Ｔｐを測定する。タイマ３２は、所定時間Ｔｐが経過する以前においてローレベル、所定時間Ｔｐ経過後にハイレベルとなる制御信号Ｓ５を出力する。制御信号Ｓ５は図２（ｄ）に示される。

第２信号生成部２０は、第１信号生成部１０からの第１信号Ｓ１を受ける。第２信号生成部２０は、上述の第２信号Ｓｏｕｔ２を生成するために、第１信号Ｓ１のパルスを、所定の比率ｍ（＝３）で間引く。間引き処理によって、第２信号Ｓｏｕｔ２が生成される。なお、間引き処理を停止すれば、第２信号生成部２０からの出力信号Ｓｏｕｔは、第１信号Ｓ１となる。

この機能を実現するために、第２信号生成部２０は、カウンタ２２、エンコーダ２４、セレクタ２６を含む。カウンタ２２は、第１信号Ｓ１をカウントする。カウンタ２２からは、図２（ｂ）に示されるカウント値Ｓ４が出力される。図２（ｂ）において、ｎはあるタイミングにおけるカウント値を示している。

エンコーダ２４は、カウンタ２２からのカウント値Ｓ４を受ける。エンコーダ２４は、カウント値Ｓ４が間引き率に対応する整数ｍだけ変化するごとに、所定レベル（ハイレベル）となる制御信号Ｓ２を出力する。なお、エンコーダ２４は、タイマ３２からの制御信号Ｓ５を監視し、制御信号Ｓ５がハイレベルとなると、制御信号Ｓ２をハイレベルに固定する。

セレクタ２６は、２入力を備え、第１入力には、第１信号生成部１０からの第１信号Ｓ１が、第２入力には、固定レベル（ローレベルＬ）が入力されている。セレクタ２６は、エンコーダ２４からの制御信号Ｓ２に応じて、２つの入力のいずれかを出力する。具体的には、制御信号Ｓ２がハイレベルのとき、第１入力の第１信号Ｓ１を選択し、制御信号Ｓ２がローレベルのとき第２入力のローレベルＬを選択する。セレクタ２６の出力信号Ｓｏｕｔは、図２（ｅ）に示される。
つまり、セレクタ２６は、制御信号Ｓ２がハイレベルの間、第１信号Ｓ１を出力し、制御信号Ｓ２がローレベルの間、固定レベル（ローレベル）を出力する。セレクタ２６は、第１信号Ｓ１と制御信号Ｓ２の論理積を出力するＡＮＤゲートで構成してもよい。

以上が音声発生回路１００の構成である。以下、その動作を図２（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。時刻ｔ０にスイッチＳＷ１がオンすると、音声発生回路１００の各ブロックが動作を開始する。時刻ｔ０に第１信号生成部１０は第１信号Ｓ１を生成し始める。カウンタ２２は、第１信号Ｓ１のパルス数をカウントし、エンコーダ２４はカウント値Ｓ４がｍ＝３変化するごとに、制御信号Ｓ２をハイレベルとする。セレクタ２６の出力信号Ｓｏｕｔは、制御信号Ｓ２がハイレベルの間、第１信号Ｓ１を出力する。したがって、出力信号Ｓｏｕｔは、第１信号Ｓ１を１／３の比率で間引いた第２信号Ｓｏｕｔ２となり、音量が小さく設定される。

時刻ｔ０から所定時間Ｔｐが経過した時刻ｔ１に、制御信号Ｓ５がハイレベルとなる。その結果、制御信号Ｓ２がハイレベルに固定され、セレクタ２６は第１信号Ｓ１を出力し続ける。つまり、時刻ｔ１以降の出力信号Ｓｏｕｔは、第１信号Ｓｏｕｔ１となり、大音量の警報音が出力される。

さらに、図１の警報装置２００は、その他のプロセッサ等からの信号を受けず、電源電圧Ｖｄｄのみを受けて動作する。したがって、電子機器内の他のブロックに影響を受けずに、自律的に警報音を発生でき、さらにその音量の調節も自律的に行うことができる。つまり、外部回路が停止状態にあっても、電池１１０さえ動作していれば、警報音を発生できる。また、外部回路に依存しないため、スイッチＳＷ１がオンすると、ただちに警報音を発生できる。

この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、いくつかの変形例について説明する。

第２信号生成部２０としては、リングカウンタを用いてもよい。また、実施の形態では、第１信号Ｓ１を間引くことにより第２信号Ｓｏｕｔ２を生成したが、逆に第２信号Ｓｏｕｔ２を生成し、これをパルス幅を保持しつつ逓倍することにより第１信号Ｓｏｕｔ１を生成してもよい。

実施の形態では、間引き率を１／３に設定する場合を説明したが、さらに多くの間引き率を設定してもよい。この場合、多段階で音量を変更できる。

実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

本発明の実施の形態に係る音声発生回路を搭載した警報装置の構成を示すブロック図である。 図２（ａ）〜（ｅ）は、図１の音声発生回路の動作波形を示す図である。

符号の説明

１０ 第１信号生成部、 ２０ 第２信号生成部、 ２２ カウンタ、 ２４ エンコーダ、 ２６ セレクタ、 ３０ オシレータ、 ３２ タイマ、 １００ 音声発生回路、 １０２ 電源端子、 １０４ 出力端子、 １１０ 電池、 １１２ スピーカ、 Ｃ１ カップリングキャパシタ、 ＳＷ１ スイッチ、 ２００ 警報装置、 Ｓｏｕｔ１ 第１信号、 Ｓｏｕｔ２ 第２信号。

Claims (10)

1. 本回路の外部に接続される電気音響変換素子に対して、電気信号を出力する音声発生回路であって、
   第１周波数を有する矩形状の第１信号を生成する第１信号生成部と、
   前記第１信号と同一のパルス幅を有し、第１周波数と異なる第２周波数を有する矩形状の第２信号を生成する第２信号生成部と、
   を備え、
   前記電気音響変換素子に対して、前記電気信号として、前記第１信号または前記第２信号のいずれかを出力することを特徴とする音声発生回路。
2. 起動から所定時間、前記第１、第２信号のうち周波数の低い方を出力し、前記所定時間の経過後、周波数の高い方を出力することを特徴とする請求項１に記載の音声発生回路。
3. 前記第２信号生成部は、前記第１信号生成部からの前記第１信号を受け、所定の比率でパルスを間引くことにより前記第２信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の音声発生回路。
4. 起動から所定時間、前記第１信号を出力し、前記所定時間の経過後、前記第２信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の音声発生回路。
5. 前記第２信号生成部は、
   前記第１信号をカウントするカウンタと、
   前記カウンタのカウント値を受け、カウント値が整数ｍ変化するごとに所定レベルとなる制御信号を生成するエンコーダと、
   前記第１信号および前記エンコーダからの前記制御信号を受け、前記制御信号が前記所定レベルの間、前記第１信号を出力し、前記制御信号が前記所定レベルと別のレベルの間、固定レベルを出力する出力部と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の音声発生回路。
6. 前記第１周波数は、第１の値と第２の値で周期的に切り替えられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の音声発生回路。
7. 所定の周波数で発振する発振器と、
   前記発振器からのクロック信号を利用して前記所定時間を計測するタイマと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２または４に記載の音声発生回路。
8. 前記第１、第２信号生成部、前記発振器および前記タイマは、当該音声発生回路に対して電源が供給されると動作を開始することを特徴とする請求項７に記載の音声発生回路。
9. 電気音響変換素子に対して電気信号を出力する音声発生方法であって、
   第１周波数を有する矩形状の第１信号を生成するステップと、
   前記第１信号と同一のパルス幅を有し、第１周波数と異なる第２周波数を有する矩形状の第２信号を生成するステップと、
   前記電気音響変換素子に対して、前記電気信号として、前記第１信号または前記第２信号のいずれかを出力するステップと、
   を備えることを特徴とする音声発生方法。
10. ブザーの発生開始から所定時間、電気音響変換素子に対して、矩形波状の第１信号を間引いた第２信号を出力するステップと、
    前記所定時間経過後、電気音響変換素子に対して、前記第１信号を出力するステップと、
    を備えることを特徴とするブザー発生方法。

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