JP2009253399A - スピーカ用故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輸送車両が営業運行中であっても故障診断を行いやすいスピーカ用故障診断装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スピーカ用故障診断装置４は、スピーカ２ａ〜２ｄに同一の音声データを出力する音声送出部５と、スピーカ２ａ〜２ｄとの距離が互いに異なる位置に設置されたマイクロホン３と、マイクロホン３でスピーカ２ａ〜２ｄの再生音を入力する音声入力部６と、スピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との距離に応じて生じるスピーカ２ａ〜２ｄからの再生音の伝搬遅延時間に基づいて出力源となるスピーカを特定する音声解析部７と、音声解析部７で特定したスピーカの再生音の有無を検出してスピーカの故障を診断する故障診断部１１とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のスピーカを備えた車両内において個別のスピーカの故障診断を行うスピーカ用故障診断装置に関する。

列車などの各車両内には複数のスピーカが設けられ、これらのスピーカは車内放送装置に接続されている。そしてこの車内放送装置を使って、例えば到着時刻の案内などの車内放送の音声を各スピーカから出力している。このような中で、音声を出力するスピーカが正常に機能しているかどうかを診断する技術が提案されている。

例えば従来のスピーカ用故障診断装置は、スピーカに試験用の基準信号を送出し、スピーカから発せられる音圧レベルを測定することで、正常または異常を検出していた（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０００−２６１８９５号公報

従来のスピーカ用故障診断装置は、試験用の耳障りな基準信号を送出する必要があるため、営業運行中の車内放送が行われる時間に検査を行いにくく、例えば営業運行が終了した後で検査をしていた。そのため、輸送車両の営業運行中にスピーカが故障し、車両故障など緊急放送が必要な場合に各車両に備えた各スピーカの故障診断を行いにくいといった課題があった。

そこで本発明は、輸送車両が営業運行中であっても複数のスピーカの故障診断を行いやすくすることが可能なスピーカ用故障診断装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明のスピーカ用故障診断装置は、車両内に設けられた複数のスピーカの故障を診断するスピーカ用故障診断装置において、複数のスピーカに同一の音データを出力する音声送出部と、各スピーカとの距離が互いに異なる位置に設置されたマイクロホンと、マイクロホンによって複数のスピーカから再生した再生音を入力する音声入力部と、各スピーカとマイクロホンとの距離に応じて生じる各スピーカからの再生音の伝搬遅延時間に基づいて再生音の出力源となるスピーカを特定する音声解析部と、音声解析部で特定したスピーカの再生音の有無を検出する音声検出部と、音声検出部により特定されたスピーカの再生音がある場合を正常と判断し、特定されたスピーカの再生音がない場合を故障と判断する故障診断部とを備えていることを特徴とする。

このような構成により、音声解析部により各スピーカとマイクロホンとの距離に応じて生じる各スピーカからの再生音の伝搬遅延時間に基づいて各スピーカの故障の有無が診断できるので、特別な診断用データを用いることなく、営業運行中であってもスピーカの故障の有無を診断することができる。これにより、輸送車両が営業運行中であっても、例えば車両内の放送用データなどを用いて複数のスピーカの故障診断を行いやすくすることができる。

また、音声解析部は、スピーカとマイクロホンとの距離に応じて音声送出部から出力された音声データを遅延する遅延部と、遅延部により遅延した遅延音声データと音声入力部で入力した再生音声データとを比較する比較部とを備え、比較部は、遅延音声データと再生音声データとの一致度合いが高くなるにつれ一致信号の出力を大きくするようにしてもよい。

このような構成により、音声送出部から出力された音声データを遅延させることでスピーカからの再生音の伝搬遅延時間に基づく位相ずれを調整しスピーカの再生元を特定することができ、比較部で遅延音声データと再生音声データとの一致度合いを検出することでこの特定したスピーカの再生音の有無を検出することができる。

また、音声検出部は、比較部からの一致信号を所定の閾値と比較し、一致信号が所定の閾値以上のとき特定したスピーカの再生音があると判断し、一致信号が所定の閾値未満のとき特定したスピーカの再生音がないと判断するようにしてもよい。

このような構成により、一致信号の大きさを所定の閾値と比較することにより各スピーカの故障の有無を診断でき、簡易な回路によりスピーカの故障の有無を検出することができる。

また、故障と判断したスピーカの位置情報を報知する報知部をさらに備えてもよい。このような構成により、報知部がスピーカの故障を報知するため、スピーカの故障を即座に認識することができる。

また、報知部は、複数のスピーカの配置に対応した複数の発光体を備え、故障と判断したスピーカに対応する位置の発光体を発光させるようにしてもよい。このような構成により、故障と判断したスピーカに対応する位置の発光体が発光するため、故障したスピーカを即座に特定することができる。

また、音声送出部は、車両内で放送される音声データを用いてもよい。このような構成により、音声送出部は輸送車両内で放送される音声データを用いて故障を診断できるため、輸送車両が営業運行中であっても容易にスピーカの故障診断を行うことができる。

本発明は、複数個のスピーカを備えた車両内において、営業運行中であっても故障診断を行いやすくすることが可能なスピーカ用故障診断装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態）
図１および図２を参照しながら、本発明の実施の形態におけるスピーカ用故障診断システムについて説明する。図１は本発明の実施の形態における輸送車両内のスピーカ２ａ〜２ｄと音検出用のマイクロホン３の配置を示す概要図、図２は同スピーカ用故障診断システム１の回路ブロック図である。ここでは説明を容易にするために、輸送車両１３として、複数の車両が連結された列車のうち、１つの車両を例に説明する。各車両における機器はネットワークを介して接続されている。なお、輸送車両１３はバス、船、飛行機など乗り物であってもよい。

図１に示すように、輸送車両１３の内部における前部、後部の各側面に、同じ音データを出力する４個のスピーカ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設けられている。また、輸送車両１３の内部で、４個のスピーカの全てと互いに異なる距離Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄを隔てた位置に、スピーカ２ａ〜２ｄからの再生音をピックアップするマイクロホン３が設けられている。

従って、マイクロホン３は４個のスピーカ２ａ〜２ｄから再生する同一の音声データの再生音をそれぞれ異なった伝搬遅延時間の差、すなわち位相差でピックアップする。ただし、４個のスピーカ２ａ〜２ｄからの再生音を別々にピックアップすることはできず、全ての再生音が混合された状態でピックアップされる。

次に、マイクロホン３から入力された各スピーカ２ａ〜２ｄの再生音を用いて故障しているスピーカを判定するスピーカ用故障診断システム１の回路構成について説明する。

図２に示すように、スピーカ用故障診断システム１は、４個のスピーカ２ａ〜２ｄと、スピーカ２ａ〜２ｄの故障を診断するスピーカ用故障診断装置４とを備えている。なお、スピーカは４個に限定されるものではなく、マイクロホン３からの距離が互いに異なるように配置すればよく、３個、５個、６個などでも同様に設置することができる。これにより、スピーカの故障を診断することができる。ここでは説明を容易にするために、４個のスピーカ２ａ〜２ｄを設置する場合について説明する。

スピーカ用故障診断装置４は、スピーカ２ａ〜２ｄに同一の音声データを出力する音声送出部５と、スピーカ２ａ〜２ｄとの距離が互いに異なる位置に設置されると共に、スピーカ２ａ〜２ｄから再生する同一の音声データによる再生音をそれぞれ異なった位相差でピックアップするマイクロホン３と、マイクロホン３によってスピーカ２ａ〜２ｄから再生した再生音を入力する音声入力部６と、各スピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との距離に応じて生じる各スピーカ２ａ〜２ｄからの再生音の伝搬遅延時間に基づいて再生音の出力源となるスピーカを特定する音声解析部７と、音声解析部７で特定したスピーカの再生音の有無を検出する音声検出部１０と、音声検出部１０により特定したスピーカの再生音がある場合を正常と判断し、特定したスピーカの再生音がない場合を故障と判断する故障診断部１１とを備えている。なお、音声送出部５は、音声データとして輸送車両内の営業運行中に放送される音声データなどを用いることができる。

音声解析部７は、スピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との距離に応じて音声送出部５から出力された音声データを遅延部８ａ〜８ｄにより遅延した遅延音データとスピーカ２ａ〜２ｄから再生された再生音を音声入力部６で入力した再生音声データとを比較する比較部９ａ〜９ｄとを備え、比較部９ａ〜９ｄは遅延音声データと再生音声データとの一致度合いに応じた一致信号を出力する。遅延量は再生音の伝搬遅延時間に基づいて遅延部８ａ〜８ｄに予め設定される。すなわち、音は約３４０ｍ／ｓの速度で空気中を進むため、マイクロホン３との距離が約０．３４ｍ離れるごとに約１ｍｓの遅延を生じる。よって、例えばスピーカ２ａとマイクロホン３との距離Ｌａが０．６８ｍであった場合は、遅延部８ａに２ｍｓの遅延量を設定する。同様に、遅延部８ｂに距離Ｌｂ÷３４０（ｓ）、遅延部８ｃに距離Ｌｃ÷３４０（ｓ）、遅延部８ｄに距離Ｌｄ÷３４０（ｓ）の遅延量を設定する。

音声検出部１０は、各比較部９ａ〜９ｄから出力される一致信号を音声検出部１０ａ〜１０ｄで検出し、一致信号が検出された場合は特定したスピーカの再生音があることを検出し、各比較部９ａ〜９ｄから一致信号が出力されない場合は特定したスピーカの再生音がないことを検出する。故障診断部１１は、各音声検出部１０ａ〜１０ｄの検出結果により、故障したスピーカを特定する。

このような構成により、音声解析部７により各スピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との距離に応じて生じる各スピーカ２ａ〜２ｄからの再生音の伝搬遅延時間に基づいて再生音の出力源となるスピーカを特定し、各スピーカ２ａ〜２ｄの故障の有無が故障診断部１１により診断できるので、特別な診断用データを用いることなく、営業運行中であってもスピーカの故障の有無を診断することができる。これにより、輸送車両が営業運行中であっても例えば車両内の放送用データなどを用いてスピーカ２ａ〜２ｄの故障診断を行いやすくすることができる。

さらに、スピーカ用故障診断装置４は、故障診断部１１によって故障と判断したスピーカの位置情報を報知する報知部１２を備えている。報知部１２は、スピーカ２ａ〜２ｄの配置位置に対応する発光体１２ａ〜１２ｄを備え、各発光体１２ａ〜１２ｄは故障と判断したスピーカの位置を特定することができるように点滅発光する。例えば、故障診断部１１が音声検出部１０ｂの出力からスピーカ２ｂが故障とする診断結果を出力した場合は、発光体１２ｂを点滅発光する。発光体１２ａ〜１２ｄは、公知の発光ダイオードで構成されている。なお、公知の液晶表示装置を用いて報知するようにしてもよい。さらに、公知の音声出力装置によりメッセージを伝えるようにしてもよい。

次に、図３および図４を参照しながら、スピーカ用故障診断装置４の動作について説明する。図３は本発明の実施の形態におけるスピーカ用故障診断装置４の動作を説明するためのフローチャート、図４は同マイクロホン３に入力される各スピーカの再生音の伝搬遅延時間を説明するための波形図である。

スピーカ用故障診断装置４は音声送出部５を備え、営業運行中に４個のスピーカ２ａ〜２ｄに車内放送用の音声データを出力する。従って、４個のスピーカ２ａ〜２ｄからは同一の音声データによる再生音が発せられる。この４個のスピーカ２ａ〜２ｄからの再生音は、それぞれ異なった伝搬遅延時間の位相差を有し、混合された状態でマイクロホン３によりピックアップされる。

スピーカ用故障診断装置４は、音声解析部７にスピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との距離に応じた伝搬遅延時間に基づいて遅延部８ａ〜８ｄに予め遅延量を設定する（Ｓ１）。なお、この遅延量を更新可能にすることで、スピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との配置が変更となっても対応することができる。新たな配置に応じて遅延量を設定するようにすればよい。

次に、このマイクロホン３によりピックアップされた再生音声データは音声入力部６に入力される（Ｓ２）。そして、入力された再生音声データは次に音声解析部７に供給され、いずれのスピーカ２ａ〜２ｄから発せられた再生音であるかが解析される（Ｓ３）。

音声解析部７は、音声送出部５から出力された音声データを遅延部８ａ〜８ｄに設定された遅延量に応じて遅延させ、遅延した遅延音声データとスピーカ２ａ〜２ｄから再生された再生音を音声入力部６で入力した再生音声データとを比較部９ａ〜９ｄで比較する。このように、音声解析部７は伝搬遅延時間に応じて遅延部８ａ〜８ｄに予め遅延量を設定して、比較部９ａ〜９ｄで遅延量によって遅延された遅延音声データと音声入力部６で入力した再生音声データとを比較することにより、再生音声データの出力源を特定すると共に再生音声データの有無を検出することができる。比較部９ａ〜９ｄは、遅延音声データと再生音声データとが一致するにつれ大きな一致信号を出力する。これにより、一致信号の大きさを所定の閾値と比較することにより各スピーカ２ａ〜２ｄの故障の有無を診断でき、簡易な回路によりスピーカの故障の有無を検出することができる。

図４に示すように、スピーカ２ａ〜２ｄとマイクロホン３との距離に応じてスピーカ２ａ〜２ｄに再生される再生音には伝搬遅延が発生する。この伝搬遅延時間相当の遅延量で遅延した遅延音声データを用いて、マイクロホン３から入力された再生音声データＩＮ中に遅延部８ａ〜８ｄの出力である遅延音声データと同一位相の成分ＩＮａ〜ＩＮｄが含まれているとそれぞれの成分に対応する比較部９ａ〜９ｄの出力が大きくなる。逆に、いずれかのスピーカ２ａ〜２ｄが故障していてそのスピーカ２ａ〜２ｄからの再生音声データの成分ＩＮａ〜ＩＮｄがマイクロホン３から入力されない場合は、該当する比較部９ａ〜９ｄの出力は小さくなる。

このとき、音声データの周波数とスピーカ２ａ〜２ｄの距離との関係によってはピックアップされる音声データの干渉により音声データの成分ＩＮａ〜ＩＮｄの信号レベルが小さくなることも考えられるが、通常の車内放送では単一周波数でなく多くの周波数成分が含まれるので、平均的には上述したような各スピーカ２ａ〜２ｄからの音声データの有無に応じてほぼ的確に特定された比較出力を得ることができる。

音声検出部１０は、各比較部９ａ〜９ｄから出力される一致信号を音声検出部１０ａ〜１０ｄそれぞれで所定の閾値と比較する。音声検出部１０ａ〜１０ｄで所定の閾値以上の一致信号が検出された場合は特定したスピーカの再生音があることを検出する。一方、音声検出部１０ａ〜１０ｄで所定の閾値未満の一致信号が出力された場合は特定したスピーカの再生音がないと検出する。

次に、スピーカ用故障診断装置４は、故障診断部１１により、各音声検出部１０ａ〜１０ｄの判定結果により、故障したスピーカを特定する（Ｓ４）。すなわち、音声検出部１０ａ〜１０ｄでそれぞれのスピーカ２ａ〜２ｄからの再生音声データの出力があるか否かが判定され、この判定結果から再生音声データがある場合はそのスピーカは正常と診断され、再生音声データがない場合は故障と診断される。

スピーカ用故障診断装置４は、再生音声データが検出されず故障であると診断されたスピーカ２ａ〜２ｄがあると、その診断結果により発光ダイオードなどの発光体１２ａ〜１２ｄが駆動されて、故障箇所のスピーカ位置に対応した発光ダイオードを点滅するなどして表示がなされる（Ｓ５）。なお、発光体１２ａ〜１２ｄとして液晶表示装置を用い、直接にスピーカ２ａ〜２ｄの位置を報知するようにしてもよい。例えば、「１号車の前部右側のスピーカが故障です。」などのメッセージを表示する。また、音声により前述のメッセージを伝えるようにしてもよい。この報知部１２により、スピーカの故障を即座に認識することができる。なお、報知部１２は故障したスピーカを報知した後、故障情報をエラーログとしてメモリ（図示せず）に蓄積してもよい。さらに、報知部１２は車内、車外、複数の車両への一斉通報、複数の車両に対する個別通報など通報範囲を変更できるようにしてもよい。

以上のように本実施の形態のスピーカ用故障診断装置４によれば、スピーカ２ａ〜２ｄからの再生音声データの位相差に基づいて各スピーカ２ａ〜２ｄの故障の有無が診断できるので、特別な診断用データを用いることなく、営業運行中の放送データであってもスピーカ２ａ〜２ｄの故障の有無を診断することができる。これにより、車両故障など緊急放送が必要な場合にも各車両に備えた各スピーカの故障診断を行うことができる。また、列車が新幹線などの大型輸送車両になると１６連結にもなり、その連結された長さが７００ｍになる。このような大型輸送車両で診断作業を行うと、複数人で無線機器を使って相互確認を行いながら作業を進める必要があった。そこで、本実施の形態のスピーカ用故障診断装置４を用いれば、各車両に放送すべき営業運行中の放送データを使って故障診断することができる。このため、検査時間を大幅に削減できると共に、検査に必要な人員も大幅に削減することができる。

なお、本実施の形態においては遅延部８ａ〜８ｄを用いて音声送出部５から出力される音声データを再生音の伝搬遅延時間に応じて遅延させ、特定のスピーカ２ａ〜２ｄからの再生音の有無を検出するようにしたが、この他にも、マイクロホン３に入力された再生音声データをウエーブレットなどの周波数解析により位相や周波数成分などの特徴量を分析し、その分析結果に基づいて特定のスピーカ２ａ〜２ｄの故障を検出するようにしてもよい。

また、マイクロホン３とスピーカ２ａ〜２ｄとの距離において、Ｌａ＜Ｌｂ＜Ｌｃ＜Ｌｄとしたとき、Ｌａの２倍以下にＬｄを設定するようにしてもよい。これにより、スピーカ２ａ〜２ｄからの再生音を直接に拾うことができ、壁などで反射する反射音の影響を抑えることができる。

本発明によれば、輸送車両の車内放送からスピーカの故障を診断でき、輸送車両が営業運行中であっても故障診断を行いやすく、列車、輸送車両、飛行機などのスピーカ用故障診断装置に有用である。

本発明の実施の形態における輸送車両内のスピーカと音声検出用のマイクロホンの配置を示す概要図 本発明の実施の形態におけるスピーカ用故障診断システムの回路ブロック図 本発明の実施の形態におけるスピーカ用故障診断装置の動作を示すフローチャート 同スピーカ用故障診断装置においてマイクロホンに入力される各スピーカの再生音の伝搬遅延時間を説明する波形図

符号の説明

１ スピーカ用故障診断システム
２ａ〜２ｄ スピーカ
３ マイクロホン
４ スピーカ用故障診断装置
５ 音声送出部
６ 音声入力部
７ 音声解析部
８ａ〜８ｄ 遅延部
９ａ〜９ｄ 比較部
１０，１０ａ〜１０ｄ 音声検出部
１１ 故障診断部
１２ 報知部
１２ａ〜１２ｄ 発光体
１３ 輸送車両

Claims (6)

1. 車両内に設けられた複数のスピーカの故障を診断するスピーカ用故障診断装置において、
   前記複数のスピーカに同一の音声データを出力する音声送出部と、
   各スピーカとの距離が互いに異なる位置に設置されたマイクロホンと、
   前記マイクロホンによって前記複数のスピーカから再生した再生音を入力する音声入力部と、
   各スピーカと前記マイクロホンとの距離に応じて生じる各スピーカからの再生音の伝搬遅延時間に基づいて再生音の出力源となるスピーカを特定する音声解析部と、
   前記音声解析部で特定したスピーカの再生音の有無を検出する音声検出部と、
   前記音声検出部により特定されたスピーカの再生音がある場合を正常と判断し、特定されたスピーカの再生音がない場合を故障と判断する故障診断部と、
   を備えていることを特徴とするスピーカ用故障診断装置。
2. 前記音声解析部は、前記スピーカと前記マイクロホンとの距離に応じて前記音声送出部から出力された前記音声データを遅延する遅延部と、前記遅延部により遅延した遅延音声データと前記音声入力部で入力した再生音声データとを比較する比較部とを備え、
   前記比較部は、前記遅延音声データと前記再生音声データとの一致度合いが高くなるにつれ一致信号の出力を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ用故障診断装置。
3. 前記音声検出部は、前記比較部からの一致信号を所定の閾値と比較し、前記一致信号が前記所定の閾値以上のとき特定したスピーカの再生音があると判断し、前記一致信号が前記所定の閾値未満のとき特定したスピーカの再生音がないと判断することを特徴とする請求項２に記載のスピーカ用故障診断装置。
4. 故障と判断したスピーカの位置情報を報知する報知部をさらに備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のスピーカ用故障診断装置。
5. 前記報知部は、前記複数のスピーカの配置に対応した複数の発光体を備え、故障と判断したスピーカに対応する位置の発光体を発光させることを特徴とする請求項４に記載のスピーカ用故障診断装置。
6. 前記音声送出部は、前記車両内で放送される音声データを用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のスピーカ用故障診断装置。

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