JP2012158221A - 音波発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウーファ等の大型スピーカを用いなくても、低音を含む通報音を発生可能な車両接近通報装置を提供する。
【解決手段】通報音に２５０Ｈｚ（小型スピーカでは再生困難な低音）を含ませて再生したい場合、信号生成部は、２５０Ｈｚに対して倍音関係を成し、且つ２５０Ｈｚを隔ててなる「多数の唸り周波数信号」を発生する。すると、小型スピーカの再生音に「２５０Ｈｚ間隔の唸り現象が生じ、小型スピーカから出ていない「２５０Ｈｚ」が、唸り現象によってあたかも小型スピーカから出ているように聞こえるようになる。この結果、ウーファ等の大型スピーカを用いることなく、小型スピーカでは再生不能な「２５０Ｈｚ」を含む通報音を車外へ向けて発生することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、音波を発生させる音波発生装置に関し、例えば、電気自動車、燃料電池車両、ハイブリッド車両など、走行音が静かな車両の存在を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。

低音を再生するには、ウーファのような大きな振動板を搭載するスピーカを用いる必要がある。
しかしながら、搭載上の制約や、コスト上の制約等により、振動板の大きいスピーカ（ウーファ等）を搭載することが困難な場合がある。
このため、小型スピーカ（マイクロスピーカ）を用いた音波発生装置では、低音再生が困難であり、低音の少ない再生音しか発生させることができなかった。

上記の不具合を、車両接近通報装置を例に説明する。
車両の存在を通報音によって知らせる車両接近通報装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の車両接近通報装置は、ダイナミックスピーカを用いて通報音を発生するものである。
通報音として、単音、和音、音楽、音声、擬似エンジン音など、種々の音波信号が考えられるが、音の厚みを増したり、耳障りを良くする等の目的で、通報音に４００Ｈｚ以下の低音を含んで発生させることが望まれる。

具体的な一例を図７を用いて説明する。
通報音として擬似エンジン音を発生させる場合、擬似エンジン音は、可聴範囲において実際のエンジン音に近いことが望まれる。
実際のエンジン音の周波数特性は、図７に示すように、４００Ｈｚ以下の低音が含まれる。
しかしながら、車外へ向けて通報音を発生するスピーカにウーファ等の大型スピーカを用いるのは、搭載上の制約等から困難である。このため、小型スピーカ（マイクロスピーカ）で擬似エンジン音を発生させると、４００Ｈｚ以下の低音が不足してしまう。
このように、ウーファ等の大型スピーカの搭載が困難な車両接近通報装置では、低音を含む通報音の発生が困難になっていた。

特開２００５−２８９１７５号公報

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、ウーファ等の大型スピーカを用いなくても低音再生が可能な音波発生装置の提供にある。

〔請求項１の手段〕
請求項１の手段は、可聴範囲の低音周波数にて設定した「目標再生周波数をＡＨｚ」とした場合、振動板を振動させる「周波数信号」を発生する信号生成部は、ＡＨｚに対して倍音関係を成し、且つＡＨｚを隔ててなる「複数の唸り周波数信号」を発生する。
「複数の唸り周波数信号」によって駆動されるスピーカの再生音には、「目標再生周波数（ＡＨｚ）」間隔の唸り現象（時間軸に対する音圧の強弱）が生じ、「目標再生周波数（ＡＨｚ）」が唸り音となって発生する。
即ち、スピーカから出ていない「目標再生周波数（ＡＨｚ）」が、唸り現象によってあたかもスピーカから出ているように聞こえるようになる。
この技術によって、スピーカの再生能力よりも低い周波数（ＡＨｚ）を発生させることが可能になり、ウーファ等の大型スピーカを用いなくても、低音を発生させることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２の手段は、「複数の唸り周波数信号」の生成手段として変調回路を用いるものである。
変調回路を用いることにより「多数の唸り周波数信号」を発生させることができる。「多数の唸り周波数信号」が発生することで、「目標再生周波数（ＡＨｚ）」間隔の唸り現象が顕著となり、「目標再生周波数（ＡＨｚ）」が顕著な唸り音となって発生する。これにより、「目標再生周波数（ＡＨｚ）」を高い音圧で発生させることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３の音波発生装置は、通報音を車外へ発生させて車両の存在を知らせる車両接近通報装置に用いられる。
このため、ウーファ等の大型スピーカを車両に搭載しなくても、「目標再生周波数（ＡＨｚ）」の低音を含む通報音を車外へ向けて発生させることができる。

周波数信号の説明図である（実施例１）。 唸り現象の発生状態を示すタイムチャートである（実施例１）。 車両接近通報装置の概略図である（実施例１）。 車両用ホーンの断面図である（実施例１）。 周波数信号の説明図である（実施例２）。 複数の唸り周波数信号が付与された再生音の周波数特性である（実施例２）。 実エンジン音の周波数特性である（参考例）。

図面を参照して実施形態を説明する。
音波発生装置は、電気信号を音波信号へ変換する装置であって、
・電気信号を振動板１の振動に変換して音波を発生させるスピーカ２と、
・振動板１を振動させる「周波数信号」を発生する信号生成部３を有するスピーカ制御回路４と、
を具備する。
この音波発生装置は、可聴範囲の低音周波数にて設定した「目標再生周波数をＡＨｚ」とした場合、信号生成部３は、ＡＨｚに対して倍音関係を成し、且つＡＨｚを隔ててなる「複数の唸り周波数信号」を発生するものである。

理解補助のために、「複数の唸り周波数信号」の具体例を示すと、例えば、「ＡＨｚ×２、ＡＨｚ×３、ＡＨｚ×４・・・等」によって構成されるものである。
なお、「複数の唸り周波数信号」の数は限定されるものではないが、多いほど唸り現象が顕著になるため好ましいものである。

以下において本発明を車両接近通報装置に適用した具体例（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本発明の一例であって、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１］
図１〜図４を参照して本発明の音波発生装置が適用された車両接近通報装置を説明する。
車両接近通報装置は、電動モータによって車両走行可能な走行音が静かな車両（電気自動車、ハイブリッド車両等）に搭載され、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、通報音を車外へ放出して、車両の存在を車両の周囲に知らせるものである。

この実施例に示す車両接近通報装置は、図３に示すように、
・ダイナミックスピーカとして用いられる車両用ホーン２と、
・この車両用ホーン２の作動制御を行なうスピーカ制御回路４と、
を備えて構成される。

（車両用ホーン２の説明）
車両用ホーン２は、車外へ向けて警笛音を発生する周知構造の電磁式の警笛音発生装置であり、警笛音を車外へ向けて発生するように車両の前方（例えば、フロントグリルの内部）に装着されるものである。
具体的に、車両用ホーン２は、乗員によってホーンスイッチ（例えば、ステアリングのホーンボタン）が操作された際に警笛音を発生するものであり、直流で閾値以上の自励電圧（例えば、８Ｖ以上の電圧：具体的にはバッテリ電圧）が与えられることによって警笛音を発生するものである。

車両用ホーン２の具体的な構造例を、図４を参照して説明する。
車両用ホーン２は、ステー１１を介して車両前部に取り付けられるものであり、
・通電により磁力を発生するコイル１２と、
・このコイル１２の発生磁力により磁気吸引力を発生する固定鉄心１３（磁気吸引コア）と、
・振動板１（ダイヤフラム）の中心部に支持されて固定鉄心１３に向かって移動可能に支持される可動鉄心１４（可動コア）と、
・この可動鉄心１４の移動に連動し、可動鉄心１４が固定鉄心１３に向かって移動することにより固定接点１５から離れてコイル１２の通電を遮断する可動接点１６と、
を備える。

そして、車両用ホーン２の通電端子（コイル１２の両端に接続される端子）に、直流で閾値以上の自励電圧（８Ｖ以上の電圧）が与えられることによって、
（ｉ）コイル１２の通電により可動鉄心１４が固定鉄心１３に磁気吸引されて、固定接点１５から可動接点１６が離れてコイル１２の通電が停止する吸引動作と、
（ｉｉ）コイル１２の通電停止によって振動板１がリターンスプリングの作用を可動鉄心１４に付与して可動鉄心１４が初期位置へ戻り、固定接点１５と可動接点１６が接触してコイル１２の通電が再開する復元動作と、
を連続して繰り返す。

このように、コイル１２の通電の断続（固定鉄心１３の磁気吸引力の発生の断続）が発生することで可動鉄心１４とともに振動板１が振動して車両用ホーン２が警笛音を発生する。
なお、図４（ａ）の車両用ホーン２は、警笛音を渦巻ホーン１７（渦巻状のラッパ部材：渦巻状の音響管）によって増強させて車外へ放出させるものである。また、図４（ｂ）の車両用ホーン２は、共振板（ディスク）１８で増強した警笛音を車外へ放出させるものである。

一方、この実施例の車両用ホーン２は、上述したように、通報音を発生させるダイナミックスピーカとして用いられるものである。
具体的に、車両用ホーン２は、自励電圧より低い他励電圧（例えば、８Ｖ未満の電圧）の「周波数信号（電気信号）」を車両用ホーン２のコイル１２に与えることで、コイル１２とともに振動板１を「周波数信号」で振動させて、「周波数信号」に対応した音波（空気の疎密波）を発生させるものである。

（スピーカ制御回路４の説明）
スピーカ制御回路４は、
（ａ）「周波数信号（振動板１を振動させる電気信号）」を発生させる信号生成部３と、（ｂ）「周波数信号」によって車両用ホーン２を駆動するホーン駆動アンプ２１と、
（ｃ）通報音の発生制御を行なう信号処理部２２と、
を備える。
以下において、スピーカ制御回路４に搭載される上記（ａ）〜（ｃ）の手段を説明する。

（信号生成部３の説明）
信号生成部３は、予め保存した「周波数信号」を、信号処理部２２の指示により発生するものである。
信号生成部３で発生する「周波数信号」を、図１を参照して具体的に説明する。
車両から放出される通報音の耳障りを良くしたり、通報音の厚みを増す等の目的で、通報音に４００Ｈｚ以下の低音（例えば、２５０Ｈｚ等）を含んで発生させることが望まれる。

しかるに、車両搭載上の制約等から車両用ホーン２を大型化することができず、通報音に４００Ｈｚ以下の低音を含んで発生させることができなかった。具体的に、車両用ホーン２は、所定周波数（例えば、５００Ｈｚ）を基音とする警笛音を発生するものであり、基音より低い低音を発生させることが困難であった。
また、車両用ホーン２とは別に、通報音を発生するためのダイナミックスピーカを車両に搭載したとしても、車両搭載上の制約等からウーファ等の大型スピーカを搭載することができない。このため、車両用ホーン２とは異なるダイナミックスピーカを用いる場合であっても、通報音に４００Ｈｚ以下の低音を含んで発生させることが困難であった。
このような理由により、既存技術では、図１（ａ）に示すように、車両用ホーン２によって再生可能な５００Ｈｚ以上に「周波数信号」が設定されていた。

上記の問題点を解決するために、この実施例の信号生成部３は、次の技術を採用している。
この実施例では、目標再生周波数（車両用ホーン２では再生不能であるが、出したい音）を２５０Ｈｚ（ＡＨｚの一例）とする。
この場合、信号生成部３は、図１（ｂ）に示すように、２５０Ｈｚに対して倍音関係を成し、且つ２５０Ｈｚを隔ててなる「複数の唸り周波数信号」を発生するように設けられている。

この実施例の信号生成部３は、「複数の唸り周波数信号」の生成手段として変調回路を用いるものである。
変調回路を用いることにより「多数の唸り周波数信号」を発生させることができる。具体的には、図１（ｂ）に示すように、５００Ｈｚ以上において２５０Ｈｚ間隔の「唸り周波数」を連続して多数発生させることができる。
なお、図１（ｂ）中の２５０Ｈｚにおける破線信号αは、信号生成部３が発生していない信号である。

（ホーン駆動アンプ２１の説明）
ホーン駆動アンプ２１は、車両用ホーン２をダイナミックスピーカとして作動させるためのパワーアンプであり、信号生成部３の出力する「周波数信号」を増幅して、車両用ホーン２の通電端子に付与するものである。
なお、ホーン駆動アンプ２１の最大出力は、８Ｖ未満（他励電圧）に制限されており、通報音を発生させるための電圧出力によって車両用ホーン２が警笛音を発生しないように設けられている。

（信号処理部２２の説明）
信号処理部２２は、例えば車両に搭載されるＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略）から通報音作動信号（作動指示信号）が与えられることで通報音を発生させるものである。
具体的に、ＥＣＵが通報音作動信号を発生する一例を説明すると、
（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２０ｋｍ／ｈ以下の車両走行時など）に、通報音作動信号を信号処理部２２に与える、
（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、通報音作動信号を信号処理部２２に与えるものである。

（実施例の作動および効果）
ＥＣＵ等から信号処理部２２に通報音作動信号が与えられると、信号生成部３が発生する「周波数信号｛図１（ｂ）に示す「多数の唸り周波数信号」｝」をホーン駆動アンプ２１が増幅して車両用ホーン２の通電端子に付与する。
「多数の唸り周波数信号」が与えられた車両用ホーン２は、振動板１の振動によって「多数の唸り周波数音波」を発生する。この車両用ホーン２の再生音の波形を、図２に示す。

この図２に示すように、スピーカの再生音には「２５０Ｈｚ（目標再生周波数：ＡＨｚ）」間隔の唸り現象が生じ、その結果、「２５０Ｈｚ」が唸り音となって発生する。
即ち、車両用ホーン２から出ていない「２５０Ｈｚ」が、唸り現象によってあたかも車両用ホーン２から出ているように聞こえるようになる。
この結果、車両用ホーン２では再生不能な「２５０Ｈｚ」を含む通報音を発生することができる。

このようにして、この実施例の車両接近通報装置では、車両用ホーン２の再生限界より低い「２５０Ｈｚ」を含む通報音を車外へ向けて発生させることができる。即ち、ウーファ等の大型スピーカを搭載しなくても、低音を含む通報音を発生させることができる。
特にこの実施例では、変調回路を用いて「多数の唸り周波数信号」を発生させるため、「２５０Ｈｚ」間隔の唸り現象が顕著に発生し、「２５０Ｈｚ」が顕著な唸り音となって発生する。即ち、「２５０Ｈｚ」の音圧を、車両用ホーン２によって直接再生される「唸り周波数音波」の音圧と略同等に発生させることができる。

［実施例２］
図５、図６を参照して実施例２を説明する。なお、この実施例２において上記実施例１と同一符号は同一機能物を示すものであある。
通報音を発生させる車両用ホーン２（ダイナミックスピーカの一例）は、実施例１で説明したように、例えば、５００Ｈｚを基音とする警笛音を発生するものであり、基音より低い低音（２５０Ｈｚ等）を発生させることが困難である。

このため、既存技術では、通報音の一例として平均律の「ドの音」を発生させる場合、信号生成部３は、図５（ａ）に示すように、車両用ホーン２によって再生可能な５００Ｈｚ以上の「ドの周波数信号（５００Ｈｚと、その倍音の１ｋＨｚと、その倍音の２ｋＨｚと、その倍音の４ｋＨｚの信号）」の「周波数信号」を発生させるものであった。

これに対し、この実施例では、目標再生周波数を「２５０Ｈｚ（５００Ｈｚより１オクターブ低い「ドの音」：ＡＨｚの一例）」とする。
そこで、この実施例の信号生成部３は、図５（ｂ）に示すように、２５０Ｈｚに対して倍音関係を成し、且つ２５０Ｈｚを隔ててなる「複数の唸り周波数信号」を発生するように設けられている。

具体的に、この実施例の信号生成部３は、図５（ａ）に示す「ドの音」に、「７５０Ｈｚの信号」と、「１．２５ｋＨｚの信号」を追加した「周波数信号」を発生するものである。
即ち、この実施例における「唸り周波数信号」は、図５（ｂ）に示すように、「５００Ｈｚの信号、７５０Ｈｚの信号、１ｋＨｚの信号、１．２５ｋＨｚの信号」によって構成されるものである。

信号生成部３の生成する「周波数信号（ドの音の周波数信号＋７５０Ｈｚの信号＋１．２５ｋＨｚの信号）」をホーン駆動アンプ２１が増幅して車両用ホーン２の通電端子に付与すると、「複数の唸り周波数信号」が車両用ホーン２から再生されて、車両用ホーン２から「複数の唸り周波数音波」が発生して、時間軸において「２５０Ｈｚ」の唸り音が生じる。
その結果、図６の矢印βに示すように、車両用ホーン２から出ていない「２５０Ｈｚ」が、唸り現象によってあたかも車両用ホーン２から出ているように再生される。
即ち、車両用ホーン２では再生不能な「２５０Ｈｚのドの音」を発生することができる。

上記の実施例では、ダイナミックスピーカの一例として車両用ホーン２を用いる例を示したが、車両用ホーン２とは独立したダイナミックスピーカ（小型スピーカ等）を車両に搭載し、そのダイナミックスピーカから通報音を発生するように設けても良い。

上記の実施例では、ダイナミックスピーカ（実施例中では車両用ホーン２）によって通報音を発生する例を示したが、超音波を用いるパラメトリックスピーカを併用し、ダイナミックスピーカ（例えば、車両用ホーン２）とパラメトリックスピーカの両方から通報音を発生するように設けても良い。

上記の実施例では、本発明の音波発生装置を車両接近通報装置に適用する例を示したが、車両接近通報装置とは異なる音波発生装置（例えば、ビルや家屋等に設置される呼出音発生装置や警告音発生装置など）に本発明を適用しても良い。

１ 振動板
２ 車両用ホーン（スピーカ）
３ 信号生成部
４ スピーカ制御回路

Claims (3)

1. 電気信号を振動板（１）の振動に変換して音波を発生させるスピーカ（２）と、
   前記振動板（１）を振動させる周波数信号を発生する信号生成部（３）を有するスピーカ制御回路（４）と、
   を具備する音波発生装置において、
   可聴範囲の低音周波数にて設定した目標再生周波数をＡＨｚとした場合、
   前記信号生成部（３）は、前記ＡＨｚに対して倍音関係を成し、且つ前記ＡＨｚを隔ててなる複数の唸り周波数信号を発生することを特徴とする音波発生装置。
2. 請求項１に記載の音波発生装置において、
   前記信号生成部（３）は、複数の唸り周波数信号の生成手段として変調回路を用いることを特徴とする音波発生装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の音波発生装置において、
   この音波発生装置は、通報音を車外へ発生させて車両の存在を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音波発生装置。

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