JP2012114780A - パラメトリックスピーカ - Google Patents
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Abstract
【課題】PWM変調と同様の消費電力と、AM変調と同様の同一パルス幅での作動によって圧電スピーカの音色等が変わる不具合のないパラメトリックスピーカを提供する。
【解決手段】車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカは、通報音の電気信号を発生する通報音信号発生部7と、可聴音信号の高低レベルを分割判定するレベル判定部1と、判定レベルに応じた数の超音波パルス信号Xを出力するシリアルパルス変換部2と、出力された超音波パルス信号Xにより圧電スピーカ3を駆動するパワーアンプ4とで構成される。パルス信号の有無でパワーアンプ4を作動させるため、PWM変調と同様、パワーアンプ4の消費電力を抑えることができる。また、パルス幅は常に一定であるため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカ3の発生音圧にズレが生じず、音色等が変わらない。
【選択図】 図1
【解決手段】車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカは、通報音の電気信号を発生する通報音信号発生部7と、可聴音信号の高低レベルを分割判定するレベル判定部1と、判定レベルに応じた数の超音波パルス信号Xを出力するシリアルパルス変換部2と、出力された超音波パルス信号Xにより圧電スピーカ3を駆動するパワーアンプ4とで構成される。パルス信号の有無でパワーアンプ4を作動させるため、PWM変調と同様、パワーアンプ4の消費電力を抑えることができる。また、パルス幅は常に一定であるため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカ3の発生音圧にズレが生じず、音色等が変わらない。
【選択図】 図1
Description
本発明は、可聴音信号(可聴周波数の電気信号:オーディオ信号等)を超音波変調して圧電スピーカ(圧電素子によって振動板を振動させるスピーカ)から放出し、超音波の伝播路(空気中や水中)で変調信号が復調することで可聴音が再生されるパラメトリックスピーカに関し、車両の存在を車両の周囲に知らせる車両接近通報装置等に用いて好適な技術に関する。
(従来技術)
パラメトリックスピーカにおいて、可聴音信号を超音波変調する手段として「AM変調(振幅変調)」と「PWM変調(パルス幅変調)」が用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。
なお、AM変調は、「可聴音信号の電圧の上下変化」を「所定の超音波周期における電圧の上下変化(電圧の増減変化)」に変調する手段である。
また、PWM変調は、「可聴音信号の電圧の上下変化」を「所定の超音波周期のパルス幅変化」に変調する手段である。
パラメトリックスピーカにおいて、可聴音信号を超音波変調する手段として「AM変調(振幅変調)」と「PWM変調(パルス幅変調)」が用いられている(例えば、特許文献1、2参照)。
なお、AM変調は、「可聴音信号の電圧の上下変化」を「所定の超音波周期における電圧の上下変化(電圧の増減変化)」に変調する手段である。
また、PWM変調は、「可聴音信号の電圧の上下変化」を「所定の超音波周期のパルス幅変化」に変調する手段である。
(従来技術の問題点1)
「AM変調」を用いたパラメトリックスピーカは、上述したように、変調後の信号は「電圧の上下変化」であるため、入力される可聴音信号の信号レベルが大きくなるに従って電圧の上下変化を大きくする必要がある。
このため、圧電スピーカを駆動するパワーアンプには、一般的に電圧の上下変化をリニアに可変できるアナログアンプ(例えば、プッシュプルのB級アンプ等)を用いており、増幅素子(パワートランジスタ等)の能動領域を使用して増幅を行なうため、パワーアンプの消費電力が大きくなってしまう。
「AM変調」を用いたパラメトリックスピーカは、上述したように、変調後の信号は「電圧の上下変化」であるため、入力される可聴音信号の信号レベルが大きくなるに従って電圧の上下変化を大きくする必要がある。
このため、圧電スピーカを駆動するパワーアンプには、一般的に電圧の上下変化をリニアに可変できるアナログアンプ(例えば、プッシュプルのB級アンプ等)を用いており、増幅素子(パワートランジスタ等)の能動領域を使用して増幅を行なうため、パワーアンプの消費電力が大きくなってしまう。
(従来技術の問題点2)
一方、「PWM変調」は、上述したように、変調後の信号は「パルス幅変化」であるため、パワーアンプはパルス幅(パルス発生時間)によって圧電スピーカを駆動する。このため、上述した「AM変調」の場合に比較して、パワーアンプの最大出力を抑えることができ、パワーアンプがアナログアンプであっても、消費電力を抑えることができる。
また、「PWM変調」を用いたパラメトリックスピーカでは、パルスの有無で電力増幅を行なうデジタルアンプ(例えば、D級アンプ等)を用いることができる。デジタルアンプは、アナログアンプに比較して、消費電力が小さく、軽量小型で、コストを抑えることができる。このため、パワーアンプにデジタルアンプを採用することで、消費電力の低下効果に加え、コスト低減等の効果を得ることができる。
一方、「PWM変調」は、上述したように、変調後の信号は「パルス幅変化」であるため、パワーアンプはパルス幅(パルス発生時間)によって圧電スピーカを駆動する。このため、上述した「AM変調」の場合に比較して、パワーアンプの最大出力を抑えることができ、パワーアンプがアナログアンプであっても、消費電力を抑えることができる。
また、「PWM変調」を用いたパラメトリックスピーカでは、パルスの有無で電力増幅を行なうデジタルアンプ(例えば、D級アンプ等)を用いることができる。デジタルアンプは、アナログアンプに比較して、消費電力が小さく、軽量小型で、コストを抑えることができる。このため、パワーアンプにデジタルアンプを採用することで、消費電力の低下効果に加え、コスト低減等の効果を得ることができる。
ここで、「PWM変調」を用いて圧電スピーカを駆動する場合、図4(a)に示すように、圧電スピーカに用いられる圧電素子(振動子)の周波数特性の山形カーブ(山形状を成すカーブ)の片側を使用する。
圧電素子の周波数特性は、図4(a)に示すように、周波数変化に対する音圧変化が非線形であって直線的ではない。その結果、「パルス幅の変化(パルス波長の変化)」の変化に対して「音圧変化(圧電素子の歪量変化)」が直線的に対応しない。
圧電素子の周波数特性は、図4(a)に示すように、周波数変化に対する音圧変化が非線形であって直線的ではない。その結果、「パルス幅の変化(パルス波長の変化)」の変化に対して「音圧変化(圧電素子の歪量変化)」が直線的に対応しない。
このことを、図4(a)を参照して説明すると、図4(a)のαHzにおける音圧値α’と、βHzにおける音圧値β’と、γHzにおける音圧値γ’とが、直線的に対応しない。このため、「パルス幅の変化(パルス波長の変化)」に対する「音圧変化」が非線形になってしまう。
この結果、入力された可聴音信号に対して、圧電スピーカの発生音圧にズレが生じる不具合(音色等が変わる不具合)があった。
この結果、入力された可聴音信号に対して、圧電スピーカの発生音圧にズレが生じる不具合(音色等が変わる不具合)があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、パワーアンプの消費電力を抑えるとともに、圧電素子における周波数特性の山形カーブが非線形であっても、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカの発生音圧にズレが生じないパラメトリックスピーカを提供することにある。
〔請求項1の手段〕
請求項1の手段のパラメトリックスピーカは、「入力された可聴音信号の変化」を「一定周期毎の超音波パルス信号の数の増減変化」に変換することで超音波変調する。
これにより、パワーアンプは、超音波パルス信号の有無によりコントロールされる。このため、PWM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、パワーアンプの消費電力を抑えることができる。
具体的には、超音波パルス信号の有無によってパワーアンプを駆動するものであるため、パワーアンプがアナログアンプであっても、パワーアンプの最大出力を抑えることができ、消費電力を抑えることができる。
また、超音波パルス信号の有無によってパワーアンプを駆動するものであるため、パワーアンプにデジタルアンプを用いることが可能になり、消費電力の低減効果に加え、パワーアンプの軽量小型化、および低コスト化を達成できる。
請求項1の手段のパラメトリックスピーカは、「入力された可聴音信号の変化」を「一定周期毎の超音波パルス信号の数の増減変化」に変換することで超音波変調する。
これにより、パワーアンプは、超音波パルス信号の有無によりコントロールされる。このため、PWM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、パワーアンプの消費電力を抑えることができる。
具体的には、超音波パルス信号の有無によってパワーアンプを駆動するものであるため、パワーアンプがアナログアンプであっても、パワーアンプの最大出力を抑えることができ、消費電力を抑えることができる。
また、超音波パルス信号の有無によってパワーアンプを駆動するものであるため、パワーアンプにデジタルアンプを用いることが可能になり、消費電力の低減効果に加え、パワーアンプの軽量小型化、および低コスト化を達成できる。
一方、本発明の超音波パルス信号のパルス幅(波長の幅)は、常に所定幅(一定幅)である。
このため、圧電スピーカに用いられる圧電素子の周波数特性の山形カーブが非線形であっても、同一の周波数(所定の超音波波長幅)のみで圧電スピーカの駆動を行なうため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカの発生音圧にズレが生じない。
即ち、請求項1の手段のパラメトリックスピーカは、パワーアンプの消費電力を抑えることができるとともに、入力された可聴音信号に対して音色等が変わる不具合がない。
このため、圧電スピーカに用いられる圧電素子の周波数特性の山形カーブが非線形であっても、同一の周波数(所定の超音波波長幅)のみで圧電スピーカの駆動を行なうため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカの発生音圧にズレが生じない。
即ち、請求項1の手段のパラメトリックスピーカは、パワーアンプの消費電力を抑えることができるとともに、入力された可聴音信号に対して音色等が変わる不具合がない。
〔請求項2の手段〕
請求項2の手段のパルス数変調手段は、
入力された可聴音信号の高低レベルを複数レベルに分割判定するレベル判定部と、
このレベル判定部の判定レベルが低レベルなほど一定周期内におけるパルス数を少なく発生し、前記レベル判定部の判定レベルが高レベルなほど一定周期内におけるパルス数を多く発生するシリアルパルス変換部とで構成される。
請求項2の手段のパルス数変調手段は、
入力された可聴音信号の高低レベルを複数レベルに分割判定するレベル判定部と、
このレベル判定部の判定レベルが低レベルなほど一定周期内におけるパルス数を少なく発生し、前記レベル判定部の判定レベルが高レベルなほど一定周期内におけるパルス数を多く発生するシリアルパルス変換部とで構成される。
〔請求項3の手段〕
請求項3の手段における「1つの超音波パルス信号」は、正負の電圧波形(正電圧パルスと負電圧パルス)を組み合わせて形成される。
これにより、パルス数変調手段の出力によって、直接「プッシュプルのパワーアンプ」を駆動することができる。即ち、パラメトリックスピーカの回路構成をシンプルに設けることができる。
請求項3の手段における「1つの超音波パルス信号」は、正負の電圧波形(正電圧パルスと負電圧パルス)を組み合わせて形成される。
これにより、パルス数変調手段の出力によって、直接「プッシュプルのパワーアンプ」を駆動することができる。即ち、パラメトリックスピーカの回路構成をシンプルに設けることができる。
〔請求項4の手段〕
請求項4の手段は、「超音波パルス信号のパルス幅」と「圧電素子の共振周波数の一波長分の長さ(1/共振周波数)」とが、略一致するものである。
これにより、最大歪みで圧電素子を作動させることができ、圧電スピーカの能力を最大に利用することが可能になる。
請求項4の手段は、「超音波パルス信号のパルス幅」と「圧電素子の共振周波数の一波長分の長さ(1/共振周波数)」とが、略一致するものである。
これにより、最大歪みで圧電素子を作動させることができ、圧電スピーカの能力を最大に利用することが可能になる。
〔請求項5の手段〕
請求項5の手段のパラメトリックスピーカは、車両に搭載されて、車両の存在を車両の周囲に知らせる車両接近通報装置に用いられる。
これにより、パワーアンプの消費電力を抑えることができるとともに、入力された可聴音信号に対して音色等が変わる不具合のないパラメトリックスピーカによって、車両の存在を車両の周囲に知らせることができる。
請求項5の手段のパラメトリックスピーカは、車両に搭載されて、車両の存在を車両の周囲に知らせる車両接近通報装置に用いられる。
これにより、パワーアンプの消費電力を抑えることができるとともに、入力された可聴音信号に対して音色等が変わる不具合のないパラメトリックスピーカによって、車両の存在を車両の周囲に知らせることができる。
図面を参照して実施形態を説明する。
パラメトリックスピーカは、
・可聴周波数帯域の可聴音信号を入力可能に設けられ、入力された可聴音信号の高低レベルを複数レベルに分割判定するレベル判定部1と、
・このレベル判定部1の判定レベルが低レベルなほど一定周期T内におけるパルス数を少なく発生し、レベル判定部1の判定レベルが高レベルなほど一定周期T内におけるパルス数を多く発生するシリアルパルス変換部2と、
・このシリアルパルス変換部2の出力する超音波パルス信号Xを用いて圧電スピーカ3を駆動するパワーアンプ4とで構成される。
なお、レベル判定部1とシリアルパルス変換部2とによって、パルス数変調手段5(本発明の超音波変調手段)が構成されるものである。
パラメトリックスピーカは、
・可聴周波数帯域の可聴音信号を入力可能に設けられ、入力された可聴音信号の高低レベルを複数レベルに分割判定するレベル判定部1と、
・このレベル判定部1の判定レベルが低レベルなほど一定周期T内におけるパルス数を少なく発生し、レベル判定部1の判定レベルが高レベルなほど一定周期T内におけるパルス数を多く発生するシリアルパルス変換部2と、
・このシリアルパルス変換部2の出力する超音波パルス信号Xを用いて圧電スピーカ3を駆動するパワーアンプ4とで構成される。
なお、レベル判定部1とシリアルパルス変換部2とによって、パルス数変調手段5(本発明の超音波変調手段)が構成されるものである。
以下において本発明が適用された具体的な一例(実施例)を、図面を参照して説明する。以下で説明する実施例は具体的な一例であって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は同一機能物を示すものである。
(実施例の具体的な構成)
この実施例のパラメトリックスピーカは、走行音の静かな車両に搭載されて、車両の存在を車両の周囲に知らせる車両接近通報装置に搭載されるものである。
具体的に、車両接近通報装置を搭載する車両は、電気自動車やハイブリッド車両など、など車両走行音が静かな自動車であり、車両の走行状態に応じて、あるいはセンサによって歩行者を検出した際に、パラメトリックスピーカによって通報音(例えば、55dB程度の警報音、和音、音楽、擬似エンジン音など)を車外へ放出するパラメトリックスピーカを搭載する。
この実施例のパラメトリックスピーカは、走行音の静かな車両に搭載されて、車両の存在を車両の周囲に知らせる車両接近通報装置に搭載されるものである。
具体的に、車両接近通報装置を搭載する車両は、電気自動車やハイブリッド車両など、など車両走行音が静かな自動車であり、車両の走行状態に応じて、あるいはセンサによって歩行者を検出した際に、パラメトリックスピーカによって通報音(例えば、55dB程度の警報音、和音、音楽、擬似エンジン音など)を車外へ放出するパラメトリックスピーカを搭載する。
パラメトリックスピーカは、「可聴音信号(耳に聞こえる音波の電気信号)」を超音波変調して圧電スピーカ3から放射させ、圧電スピーカ3から放射された超音波(耳に聞こえない音波)が伝播途中の空気中で自己復調することで、圧電スピーカ3から離れた場所で可聴音を再生する技術である。
具体的に、車両に搭載されるパラメトリックスピーカは、超音波を放射可能な圧電スピーカ3と、圧電スピーカ3の作動制御を行なう制御回路6とを備える。
具体的に、車両に搭載されるパラメトリックスピーカは、超音波を放射可能な圧電スピーカ3と、圧電スピーカ3の作動制御を行なう制御回路6とを備える。
圧電スピーカ3は、薄い平板形状に設けられた圧電セラミックの両面に電極を形成した圧電素子と、薄い金属製の振動板(ステンレス、黄銅、アルミニウム等の金属板)とを接着した圧電振動部を有する。圧電セラミックは、電極を介して充放電(または、正電圧と負電圧が交番印加)されると圧電効果による機械的な歪みが生じて伸縮する。この圧電セラミックの伸縮によって振動板が湾曲変位することで振動板が空気に音波(空気の疎密波)を発生させる。
この構成により、圧電素子に超音波周波数の交流を印加することにより、圧電スピーカ3は、空気中に超音波(人間の可聴帯域よりも高い周波数の空気振動)を発生させることができる。
この構成により、圧電素子に超音波周波数の交流を印加することにより、圧電スピーカ3は、空気中に超音波(人間の可聴帯域よりも高い周波数の空気振動)を発生させることができる。
この圧電スピーカ3は、複数配置されてスピーカアレイとして車両に搭載される。
圧電スピーカ3の搭載位置の具体例を示すと、圧電スピーカ3のスピーカーアレイは、例えば車両の前方(グリル内)に装着されるものであり、車両の前方に向けて通報音を発生するように設けられている。なお、圧電スピーカ3が配置される場所は、車両前方に限定されるものではなく、車両の後退を知らせるために車両の後方に配置したり、車両の右左折を知らせるために車両の側面に配置するなど、他の位置に搭載するものであっても良い。
圧電スピーカ3の搭載位置の具体例を示すと、圧電スピーカ3のスピーカーアレイは、例えば車両の前方(グリル内)に装着されるものであり、車両の前方に向けて通報音を発生するように設けられている。なお、圧電スピーカ3が配置される場所は、車両前方に限定されるものではなく、車両の後退を知らせるために車両の後方に配置したり、車両の右左折を知らせるために車両の側面に配置するなど、他の位置に搭載するものであっても良い。
制御回路6は、
・通報音の電気信号(可聴音信号に相当する)を発生する通報音信号発生部7と、
・所定幅の超音波パルス信号Xを発生可能に設けられ、一定周期T毎において、入力された可聴音信号の信号レベルに応じた数の超音波パルス信号Xを発生させるパルス数変調手段5と、
・このパルス数変調手段5の出力する超音波パルス信号Xを用いて圧電スピーカ3を駆動するパワーアンプ4と、
で構成される。
・通報音の電気信号(可聴音信号に相当する)を発生する通報音信号発生部7と、
・所定幅の超音波パルス信号Xを発生可能に設けられ、一定周期T毎において、入力された可聴音信号の信号レベルに応じた数の超音波パルス信号Xを発生させるパルス数変調手段5と、
・このパルス数変調手段5の出力する超音波パルス信号Xを用いて圧電スピーカ3を駆動するパワーアンプ4と、
で構成される。
パルス数変調手段5は、
・入力された可聴音信号の高低レベル(信号電圧の大きさレベル)を複数レベルに分割判定するレベル判定部1と、
・このレベル判定部1の判定レベルが低レベルなほど一定周期T内の発生パルス数を少なく発生し、レベル判定部1の判定レベルが高レベルなほど一定周期T内の発生パルス数を多く発生するシリアルパルス変換部2と、
で構成される。
・入力された可聴音信号の高低レベル(信号電圧の大きさレベル)を複数レベルに分割判定するレベル判定部1と、
・このレベル判定部1の判定レベルが低レベルなほど一定周期T内の発生パルス数を少なく発生し、レベル判定部1の判定レベルが高レベルなほど一定周期T内の発生パルス数を多く発生するシリアルパルス変換部2と、
で構成される。
レベル判定部1を、図2を参照して具体的に説明する。
ここで、この実施例では、超音波パルス信号Xのパルス幅と、圧電スピーカ3に搭載する圧電素子の共振周波数の一波長分の長さ(1/共振周波数)とが、略一致するように設定されている。
具体的に、超音波パルス信号Xのパルス幅を「1/80kHz」に設定するものであり、圧電スピーカ3は、共振周波数が「80kHz」の圧電素子を用いるものである。
なお、この実施例では、超音波パルス信号Xのパルス幅に基づいて圧電素子の共振周波数を設定しているが、逆に、圧電素子の共振周波数に基づいて超音波パルス信号Xのパルス幅を設定しても良い。
ここで、この実施例では、超音波パルス信号Xのパルス幅と、圧電スピーカ3に搭載する圧電素子の共振周波数の一波長分の長さ(1/共振周波数)とが、略一致するように設定されている。
具体的に、超音波パルス信号Xのパルス幅を「1/80kHz」に設定するものであり、圧電スピーカ3は、共振周波数が「80kHz」の圧電素子を用いるものである。
なお、この実施例では、超音波パルス信号Xのパルス幅に基づいて圧電素子の共振周波数を設定しているが、逆に、圧電素子の共振周波数に基づいて超音波パルス信号Xのパルス幅を設定しても良い。
そして、レベル判定部1は、図2に示すように、可聴音信号における一定周期T毎の信号レベルを、0レベル(最低レベル)〜8レベル(最大レベル)に均等分割し、一定周期T内の可聴音信号の信号レベルが、レベル0〜レベル8のいずれかであるかを判定(決定)するように設けられている。
なお、後述するように、シリアルパルス変換部2は、レベル8の時に一定周期T内に「超音波パルス信号X(1/80kHz幅の信号)」を「8つ」出力するように設けられている。このため、この実施例の一定周期Tは、「1/80kHz×8=1/10kHz」に設定されている。
即ち、この実施例のレベル判定部1は、一定周期T(1/10kHz)毎に、入力される可聴音信号の信号レベルが、0レベル〜8レベルのいずれかであるかを判定するものである。
即ち、この実施例のレベル判定部1は、一定周期T(1/10kHz)毎に、入力される可聴音信号の信号レベルが、0レベル〜8レベルのいずれかであるかを判定するものである。
シリアルパルス変換部2を、図3を参照して具体的に説明する。
シリアルパルス変換部2は、レベル判定部1で判定された判定結果(0レベル〜8レベルのいずれか)に応じた数の超音波パルス信号Xを一定周期T内に発生させるものであって、
・レベル判定部1で判定された判定結果が0レベルの時には一定周期T内に超音波パルス信号Xを発生せず、
・レベル判定部1で判定された判定結果が1レベルの時には一定周期T内に1つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が2レベルの時には一定周期T内に2つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が3レベルの時には一定周期T内に3つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が4レベルの時には一定周期T内に4つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が5レベルの時には一定周期T内に5つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が6レベルの時には一定周期T内に6つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が7レベルの時には一定周期T内に7つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が8レベルの時には一定周期T内に8つの超音波パルス信号Xを発生するものである。
なお、一定周期T内における超音波パルス信号Xの数が少ない場合には、図3に示すように、超音波パルス信号Xの発生間隔が密集せずに分散するように設けられている。
シリアルパルス変換部2は、レベル判定部1で判定された判定結果(0レベル〜8レベルのいずれか)に応じた数の超音波パルス信号Xを一定周期T内に発生させるものであって、
・レベル判定部1で判定された判定結果が0レベルの時には一定周期T内に超音波パルス信号Xを発生せず、
・レベル判定部1で判定された判定結果が1レベルの時には一定周期T内に1つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が2レベルの時には一定周期T内に2つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が3レベルの時には一定周期T内に3つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が4レベルの時には一定周期T内に4つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が5レベルの時には一定周期T内に5つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が6レベルの時には一定周期T内に6つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が7レベルの時には一定周期T内に7つの超音波パルス信号Xを発生し、
・レベル判定部1で判定された判定結果が8レベルの時には一定周期T内に8つの超音波パルス信号Xを発生するものである。
なお、一定周期T内における超音波パルス信号Xの数が少ない場合には、図3に示すように、超音波パルス信号Xの発生間隔が密集せずに分散するように設けられている。
また、この実施例における超音波パルス信号Xは、正負の電圧波形を組み合わせたものである。具体的に、1つの超音波パルス信号Xは、「正電圧パルス信号Y」と「負電圧パルス信号Z」を組み合わせたものであって、1つの超音波パルス信号Xが発生する毎に、正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Zとが交番発生するものである。
ここで、シリアルパルス変換部2に接続される発振回路8は、超音波パルス信号Xを形成するための発振器(水晶発振器等)であり、80kHz一定で発振するものである。
また、レベル判定部1に接続される減衰回路9は、80kHzに同期した一定周期T(10kHz)を形成する回路であり、この実施例では発振回路8が発生する80kHzを1/8に減衰した10kHzの周期を形成するものである。
また、レベル判定部1に接続される減衰回路9は、80kHzに同期した一定周期T(10kHz)を形成する回路であり、この実施例では発振回路8が発生する80kHzを1/8に減衰した10kHzの周期を形成するものである。
パワーアンプ4は、パルス数変調手段5(具体的には、シリアルパルス変換部2)から超音波パルス信号X(正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z)が与えられる毎に、各圧電スピーカ3の圧電素子に正電圧と負電圧を1回ずつ交番印加するものである。
パワーアンプ4の具体的な一例を示すと、この実施例のパワーアンプ4は、プッシュプルのアナログアンプ(例えば、B級アンプ)であり、シリアルパルス変換部2から正電圧パルス信号Yが与えられると各圧電素子に正電圧を印加(または、パワーアンプ4の回路内の位相反転により負電圧を印加)し、シリアルパルス変換部2から負電圧パルス信号Zが与えられると各圧電素子に負電圧を印加(または、パワーアンプ4の回路内の位相反転により正電圧を印加)するものである。
パワーアンプ4の具体的な一例を示すと、この実施例のパワーアンプ4は、プッシュプルのアナログアンプ(例えば、B級アンプ)であり、シリアルパルス変換部2から正電圧パルス信号Yが与えられると各圧電素子に正電圧を印加(または、パワーアンプ4の回路内の位相反転により負電圧を印加)し、シリアルパルス変換部2から負電圧パルス信号Zが与えられると各圧電素子に負電圧を印加(または、パワーアンプ4の回路内の位相反転により正電圧を印加)するものである。
なお、パワーアンプ4には、ゲイン調整器(ボリューム等)が設けられている。そして、ゲイン調整器の設定値が大きく設定された場合には各圧電素子に印加される電圧差が大きくなり、逆に、ゲイン調整器の設定値が小さく設定された場合には各圧電素子に印加される電圧差が小さくなる。
このゲイン調整器により「車両から所定距離離れた位置」における「通報音の音圧」が所定レベル(例えば、55dB)に設定されるものである。
このゲイン調整器により「車両から所定距離離れた位置」における「通報音の音圧」が所定レベル(例えば、55dB)に設定されるものである。
一方、制御回路6は、常に通報音を発生するものではなく、車両の走行状態や、車両の周囲の状態、あるいは運転者の要求などに応じて、通報音を発生するように設けられている。
具体的に制御回路6は、
(i)車両の運転状態が所定の運転状態の時(通報音の発生が要求される走行状態の時:例えば、車速25km/h以下の車両走行時など)に通報音を発生させる、
(ii)あるいは、車両の走行中で、車両の走行方向に人の存在が「人の認知システム(図示しない)」によって確認された場合に通報音を発生させるものである。
具体的に制御回路6は、
(i)車両の運転状態が所定の運転状態の時(通報音の発生が要求される走行状態の時:例えば、車速25km/h以下の車両走行時など)に通報音を発生させる、
(ii)あるいは、車両の走行中で、車両の走行方向に人の存在が「人の認知システム(図示しない)」によって確認された場合に通報音を発生させるものである。
(実施例の具体的な作動)
制御回路6は、ECU等から作動指示が与えられたり、あるいは作動条件が成立すると(上述したように、例えば、車速25km/h以下で車両が走行する場合)、通報音信号発生部7が「通報音を成す可聴音信号」を発生する。
すると、レベル判定部1が一定周期T(1/10kHz)毎に、入力される可聴音信号の信号レベルが、0レベル〜8レベルのいずれかであるかを判定する。
そして、シリアルパルス変換部2は、「レベル判定部1で判定された判定結果(0レベル〜8レベルのいずれか)に応じた数」の「超音波パルス信号X(正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z)」を一定周期T毎に発生させる。
制御回路6は、ECU等から作動指示が与えられたり、あるいは作動条件が成立すると(上述したように、例えば、車速25km/h以下で車両が走行する場合)、通報音信号発生部7が「通報音を成す可聴音信号」を発生する。
すると、レベル判定部1が一定周期T(1/10kHz)毎に、入力される可聴音信号の信号レベルが、0レベル〜8レベルのいずれかであるかを判定する。
そして、シリアルパルス変換部2は、「レベル判定部1で判定された判定結果(0レベル〜8レベルのいずれか)に応じた数」の「超音波パルス信号X(正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z)」を一定周期T毎に発生させる。
パワーアンプ4は、シリアルパルス変換部2が超音波パルス信号X(正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z)を1つ出力する毎に、各圧電スピーカ3に正負の電圧を1回ずつ交番印加する。
すると、超音波パルス信号Xが与えられる毎に各圧電スピーカ3が1/80kHzで超音波振動し、その結果、各圧電スピーカ3から「通報音の信号波形」をパルス密度(単位時間あたりのパルス数)で変調した超音波(聞こえない音波)を放射する。
各圧電スピーカ3が放射した超音波は、空気中を伝播するにつれて、空気の粘性等によって変調成分(パルス信号の密度成分)が自己復調され、結果的に超音波の発生源(圧電スピーカ3を搭載する車両)から離れた場所で「通報音」が再生される。
すると、超音波パルス信号Xが与えられる毎に各圧電スピーカ3が1/80kHzで超音波振動し、その結果、各圧電スピーカ3から「通報音の信号波形」をパルス密度(単位時間あたりのパルス数)で変調した超音波(聞こえない音波)を放射する。
各圧電スピーカ3が放射した超音波は、空気中を伝播するにつれて、空気の粘性等によって変調成分(パルス信号の密度成分)が自己復調され、結果的に超音波の発生源(圧電スピーカ3を搭載する車両)から離れた場所で「通報音」が再生される。
(実施例の効果1)
この実施例の車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカは、超音波パルス信号Xの有無によりパワーアンプ4を作動させるものであるため、PWM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、パワーアンプ4の消費電力を抑えることができる。
また、超音波パルス信号Xのパルス幅(波長の幅)は、常に一定(1/80kHz)である。このため、圧電スピーカ3に用いられる圧電素子の周波数特性の山形カーブが非線形であっても、一定波長{1/80kHz:図4(b)参照}のみで圧電スピーカ3の駆動を行なうため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカ3の発生音圧にズレが生じない。
即ち、車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカは、パワーアンプ4の消費電力を抑えることができるとともに、入力された可聴音信号に対して音色等が変わる不具合が生じない。
この実施例の車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカは、超音波パルス信号Xの有無によりパワーアンプ4を作動させるものであるため、PWM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、パワーアンプ4の消費電力を抑えることができる。
また、超音波パルス信号Xのパルス幅(波長の幅)は、常に一定(1/80kHz)である。このため、圧電スピーカ3に用いられる圧電素子の周波数特性の山形カーブが非線形であっても、一定波長{1/80kHz:図4(b)参照}のみで圧電スピーカ3の駆動を行なうため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカ3の発生音圧にズレが生じない。
即ち、車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカは、パワーアンプ4の消費電力を抑えることができるとともに、入力された可聴音信号に対して音色等が変わる不具合が生じない。
(実施例の効果2)
また、この実施例では、上述したように、「1つの超音波パルス信号X」を「正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z」で設けている。このため、パルス数変調手段5(シリアルパルス変換部2)の出力信号によってプッシュプルのパワーアンプ4を直接駆動して、パワーアンプ4により圧電スピーカ3を駆動することができる。
これにより、車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカの回路構成をシンプルに設けることができる。
また、この実施例では、上述したように、「1つの超音波パルス信号X」を「正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z」で設けている。このため、パルス数変調手段5(シリアルパルス変換部2)の出力信号によってプッシュプルのパワーアンプ4を直接駆動して、パワーアンプ4により圧電スピーカ3を駆動することができる。
これにより、車両接近通報装置に用いられるパラメトリックスピーカの回路構成をシンプルに設けることができる。
(実施例の効果3)
さらに、この実施例では、「超音波パルス信号Xのパルス幅(1/80kHz)」と「圧電スピーカ3に用いられる圧電素子の共振周波数(80kHz)の一波長分の長さ(1/80kHz)」とが、略一致するものである。
これにより、大きな歪みを圧電素子に発生させることができるため、圧電スピーカ3の能力を最大に利用できる。
さらに、この実施例では、「超音波パルス信号Xのパルス幅(1/80kHz)」と「圧電スピーカ3に用いられる圧電素子の共振周波数(80kHz)の一波長分の長さ(1/80kHz)」とが、略一致するものである。
これにより、大きな歪みを圧電素子に発生させることができるため、圧電スピーカ3の能力を最大に利用できる。
上記の実施例では、パワーアンプ4の一例としてアナログアンプ(プッシュプルのB級アンプ等)を用いる例を示したが、デジタルアンプ(D級アンプ等)を用いても良い。こ動を行なうため、AM変調を用いたパラメトリックスピーカと同様、入力された可聴音信号に対して圧電スピーカ3の発生音圧ぃ成するじじができる。
上記の実施例では、「1つの超音波パルス信号X」を「正電圧パルス信号Yと負電圧パルス信号Z」で設ける例を示したが、「1つの超音波パルス信号X」を「正電圧パルス信号Y」または「負電圧パルス信号Z」の一方のみで設けても良い。
その場合、パルス信号のONとOFFをトリガーとして、圧電素子の充電と放電(または、正電圧と負電圧)を切り替えるように設けても良い。
その場合、パルス信号のONとOFFをトリガーとして、圧電素子の充電と放電(または、正電圧と負電圧)を切り替えるように設けても良い。
上記の実施例で示した数値は、具体的な一例であって、種々変更可能なものである。
具体的には、「超音波パルス信号Xのパルス幅」と「圧電スピーカ3に用いられる圧電素子の共振周波数の一波長分の長さ(1/共振周波数)」とが一致せずにズレて設定されるものであっても良い。
また、「超音波パルス信号Xのパルス幅」を実施例の数値よりもさらに短く設定して、レベル判定部1の判定レベルを多くし、超音波変調する際の階調を細かく設けて、パルス数変調手段の分解能を高めても良い。
具体的には、「超音波パルス信号Xのパルス幅」と「圧電スピーカ3に用いられる圧電素子の共振周波数の一波長分の長さ(1/共振周波数)」とが一致せずにズレて設定されるものであっても良い。
また、「超音波パルス信号Xのパルス幅」を実施例の数値よりもさらに短く設定して、レベル判定部1の判定レベルを多くし、超音波変調する際の階調を細かく設けて、パルス数変調手段の分解能を高めても良い。
上記の実施例では、パラメトリックスピーカを、車両接近通報装置に用いる例を示したが、車室内のオーディオ装置(例えば、低音の補強手段)に用いるなど、他の車両の用途のパラメトリックスピーカに本発明を適用しても良い。
あるいは、車両以外のパラメトリックスピーカ(例えば、所定範囲の人だけに警告音、通報音、音楽、案内音声等を発生する装置等)に本発明を適用しても良い。
あるいは、車両以外のパラメトリックスピーカ(例えば、所定範囲の人だけに警告音、通報音、音楽、案内音声等を発生する装置等)に本発明を適用しても良い。
1 レベル判定部
2 シリアルパルス変換部
3 圧電スピーカ
4 パワーアンプ
5 パルス数変調手段
X 超音波パルス信号
T 一定周期
2 シリアルパルス変換部
3 圧電スピーカ
4 パワーアンプ
5 パルス数変調手段
X 超音波パルス信号
T 一定周期
Claims (5)
- 可聴音信号を入力可能に設けられるとともに、所定幅の超音波パルス信号(X)を発生可能に設けられ、一定周期(T)毎において、入力された可聴音信号の信号レベルに応じた数の超音波パルス信号(X)を発生させるパルス数変調手段(5)と、
このパルス数変調手段(5)の出力する超音波パルス信号(X)を用いて圧電スピーカ(3)を駆動するパワーアンプ(4)と、
を具備するパラメトリックスピーカ。 - 請求項1に記載のパラメトリックスピーカにおいて、
前記パルス数変調手段(5)は、
入力された可聴音信号の高低レベルを複数レベルに分割判定するレベル判定部(1)と、
このレベル判定部(1)の判定レベルが低レベルなほど一定周期(T)内におけるパルス数を少なく発生し、前記レベル判定部(1)の判定レベルが高レベルなほど一定周期(T)内におけるパルス数を多く発生するシリアルパルス変換部(2)と、
で構成されることを特徴とするパラメトリックスピーカ。 - 請求項1または請求項2に記載のパラメトリックスピーカにおいて、
1つの超音波パルス信号(X)は、正負の電圧波形(Y、Z)を組み合わせて形成されることを特徴とするパラメトリックスピーカ。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のパラメトリックスピーカにおいて、
超音波パルス信号(X)のパルス幅と、前記圧電スピーカ(3)に用いる圧電素子の共振周波数の一波長分の長さとが、略一致して設けられることを特徴とするパラメトリックスピーカ。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載のパラメトリックスピーカにおいて、
このパラメトリックスピーカは、車両に搭載されて、車両の存在を車両の周囲に知らせる車両接近通報装置に用いられることを特徴とするパラメトリックスピーカ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010263434A JP2012114780A (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | パラメトリックスピーカ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010263434A JP2012114780A (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | パラメトリックスピーカ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012114780A true JP2012114780A (ja) | 2012-06-14 |
Family
ID=46498475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010263434A Pending JP2012114780A (ja) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | パラメトリックスピーカ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2012114780A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014128019A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波素子およびパラメトリックスピーカ |
WO2016032400A1 (en) * | 2014-08-28 | 2016-03-03 | Nanyang Technological University | An amplifier circuit for a parametric transducer and a related audio device |
JP2018037980A (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | ヤマハファインテック株式会社 | 超音波スピーカ駆動装置及び超音波スピーカ駆動方法 |
-
2010
- 2010-11-26 JP JP2010263434A patent/JP2012114780A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10757506B2 (en) | 2014-08-28 | 2020-08-25 | Nanyang Technological University | Amplifier circuit for a parametric transducer and a related audio device |
JP2018037980A (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | ヤマハファインテック株式会社 | 超音波スピーカ駆動装置及び超音波スピーカ駆動方法 |
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