JP2015038615A

JP2015038615A - コンデンサで電子ホーンの駆動信号周波数を調整する方法及び回路

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Publication number: JP2015038615A
Application number: JP2014180772A
Authority: JP
Inventors: ユー・ワン; Yu Wang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2026-02-13
Also published as: JP6250503B2

Abstract

【課題】駆動信号の周波数を電子ホーンの動作周波数と一致させる、電子ホーン用駆動回路及び方法を提供する。【解決手段】発振周波数を有する信号を生成する発振回路と、発信周波数を有する信号に対して周波数分割を行って分周された信号を生成する分周回路とを含み、分周された信号に基づいて駆動信号を生成する電子ホーン用駆動回路であって、発振回路は可変コンデンサＣ２を含み、可変コンデンサの容量値を調整して発振周波数を変更する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用電子ホーンに関し、特に、電子ホーンの駆動信号の周波数を調整する
方法及び回路に関する。

自動車技術の発展につれて、自動車上の多数の部品は電子化されており、自動車のホー
ンに対しても若干の改善が行われ、その主な変更は、機械接触子の代わりに電子発振器が
用いられることによってホーンの寿命を長くし、電磁放射によって導入される干渉を低減
させることである。従来から、この点に関して数百の特許が発明された。しかし、その多
くは、ホーンの振動板や共振空胴を含むホーンの音響系の共振周波数と一致する周波数の
駆動回路を達成できていないので、実用化されていない。

ホーンの音響発生振動板は、音叉のように固有の共振周波数を有するので、電子ホーン
の主な技術要点は、ホーンの電子回路から発生する信号周波数をホーンの音響発生振動板
及び音響系の周波数と一致させ、それによって、ホーンが最適な音響を発生し、ホーンの
高い効率と安定性を達成することである。

現在のところ、電子ホーンのための周波数調整方法は、以下の三つの種類に分けること
ができる。
１、抵抗を調整して発振周波数を変更する方法
２、周波数合成の方法で発振周波数を変更する方法
３、マイクロコンピュータチップを使って直接に特定の周波数の信号を発生する方法。

これらの中で、第２及び第３の方法は、ホーンの振動板に良くに整合する信号周波数を
生じることができるが、コストが高い。また、第１の方法は、振動板と同じ信号周波数を
生じることができるが、車両の振動の下では不可避的に抵抗変化を生じ得る接触子を可変
抵抗が備えるので、抵抗変化に起因して動作中に周波数が変化し得る。

例えば第１の方法を取り上げると、可変抵抗を用いて一致点を見出し、次いで固定抵抗
で置換する代替の方法がある。この方法によると、車両が振動しているときにも固定抵抗
の抵抗変化がない。しかし、可変抵抗を、それと同じ抵抗を持つ固定抵抗で置換すること
はほとんどできない。例えば、駆動回路がホーンの振動板と良く整合される場合には、可
変抵抗は４．８５Ｋオームの抵抗値を持つようにテストされる。しかし、一般に、固定抵
抗は、例えば４．７Ｋオーム又は５．１Ｋオームなどの離散的な値を持ち、４．８５Ｋオ
ームの値を正確に有する固定抵抗は見出せない。テストされた抵抗を有する可変抵抗は、
近似してはいるが異なる抵抗を持つ固定抵抗で代替されなければならないので、周波数を
大きく変化させ、ホーンの性能を低下させる。可変抵抗とぴったり同じ抵抗を持つ固定抵
抗を見出したとしても、可変抵抗のリード線に沿う分布容量に起因して、固定抵抗で組み
立てられたホーンは、性能がテスト時とは大きく変化する。

このため、長い期間、安定性及び信頼性に関する問題は解決されなかった。１９９３年
１１月３０日に登録された「車両用ホーンを調節するための方法及び装置（Method and a
pparatus for adjusting vehicle horns）」という名称のアメリカ特許第５２６６９２１
号は、抵抗変化という問題を回避するためにレーザーを使って抵抗をトリミングする。し
かし、この方法は、周波数を適合点へと調節できないという独自の欠点がある。これは、
最適な点を通過した後になってのみ、或る点が最適な点であることが分かるからである。
最適な点を通過してしまうと過度調整になり、さもないと調整不足になる。このため、上
記の調整方法は工業的な応用性が悪く、大量生産において実用化できない。

したがって、本発明の目的は、電子ホーンを駆動する駆動信号の周波数を調整する方法
及び回路を提供することにある。

第１の側面によれば、本発明は、発振周波数を有する信号を生成する発振回路を含み、
この信号に基づいて電子ホーンを駆動して音響を発生する駆動信号を生成する電子ホーン
用駆動回路であって、前記発振回路は可変コンデンサを含み、この可変コンデンサの容量
値を調整して発振周波数を変更することによって、生成した駆動信号の周波数を、電子ホ
ーンの動作周波数と一致させることを特徴とする、電子ホーン用駆動回路を提供する。

第２の側面によれば、本発明は、可変コンデンサを備える発振回路で発振周波数を有す
る信号を生成し、この信号に基づいて電子ホーンを駆動して音響を発生する駆動信号を生
成するステップを含む電子ホーンの駆動方法であって、前記可変コンデンサの容量値を調
整して発振周波数を変更することによって、生成した駆動信号の周波数を、電子ホーンの
動作周波数と一致させるステップをさらに含むことを特徴とする、電子ホーンの駆動方法
を提供する。

本発明では、好ましくは、前記発振回路はモノリシックプロセッサ内のＲＣ発振器で実
現される。
好ましくは、前記発振回路は可変コンデンサと並列接続される第２のコンデンサを含む
。より好ましくは、可変コンデンサと第２のコンデンサとの容量値の比は約１：１０〜１
５である。

好ましくは、発振周波数は約２０４００〜３３４００Ｈｚである。
好ましくは、前記発振回路はインバータからなるマルチバイブレータである。代わりに
、前記発振回路は、ゲート回路、シュミット回路、演算増幅器又は個別部品から形成され
る。

本発明は可変コンデンサで駆動信号の周波数を調整し、（１）連続的に周波数調整でき
る、（２）長期間にわたって周波数のドリフトがない、（３）コストが低い、（４）大量
生産に適するという利点を達成する。

添付の図面を参照して記述される以下の詳細な説明から、本発明の上の及び他の目的、
特徴及び利点は明らかになるであろう。図面において、同じ要素には、同じ参照符号が付
してある。

図１は、本発明に係る電子ホーンのための駆動回路のブロック図である。図１に示すよ
うに、該駆動回路は、周波数発振器１２、分周器１４、パルス幅変調ユニット１６及び電
力駆動ユニット１８を含む。周波数発振器１２は可変コンデンサ１３を含む。周波数発振
器１２は、発振周波数を有する信号を生成する。可変コンデンサ１３の容量値を変更する
ことによって、発振周波数を変更することができる。

一つの好ましい実施の形態において、周波数発振器１２は高周波数で発振する。通常、
個々のホーンの周波数は、その指定基本周波数の±５％の範囲内に調整される必要がある
。高い周波数での発振は、可変コンデンサ１３の容量値を低減するのに役立ち、回路の体
積を減少し、回路の安定性を向上させる。加えて、回路の安定性を向上させ、外部からの
影響を低減するために、発振周波数は高すぎないことが好ましい。一般に、個々のホーン
の音響発生周波数要件に応じて、発振周波数は２０〜３５ＫＨｚ程度である。発振周波数
がこれより高いと、分周器の段数を増加する必要があり、精度の調整に対して悪影響を与
える。発振周波数がこれより低いと、調節範囲が同じであれば、可変コンデンサの容量値
を増加しなければならず、これは、可変コンデンサの体積を増加し、ホーンの組み立てに
悪影響を与えることを意味する。

他の好ましい実施の形態においては、回路の安定性及び有効な調節範囲を保証するため
に、及び、温度変化に起因する可変コンデンサの容量値の変化によって生じる周波数安定
性に対する悪影響を低減するために、固定コンデンサと可変コンデンサとの並列接続が用
いられる。可変コンデンサと固定コンデンサとの容量比が１：１０〜１５程度であること
が好ましい。

分周器１４は周波数発振器１２からの出力信号を受け取り、この信号を、分周後の周波
数がホーンの動作周波数に一致するよう分周し、分周した信号をパルス幅変調ユニット１
６に出力する。パルス幅変調手段１６は、分周調整された信号に対してパルス幅調整を行
う。ホーンから生成された音響が所定の周波数スペクトルと一致するよう、パルス幅変調
ユニットは信号のパルス幅を調節し、その高調波成分を変更する必要がある。また、ホー
ンの音響スペクトル要件が基準に合致するならば、ホーンの電気音響変換能率が向上され
る。ホーン駆動電力の低減は、有効にエネルギー節約という結果を生じる。５：３のデュ
ーティサイクル比を持つ信号によって駆動することにより、更なる電力が節約され、良好
な音質が達成される。

電力駆動ユニット１８は、パルス幅変調された信号を電力増幅することによって、ホー
ンの電磁コイルを駆動する。電力駆動ユニット１８は、トランジスタなどのデバイスで実
現され得る。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動回路を示す。この駆動回路は、可変コン
デンサを用いて回路の発振周波数を調整し、モノリシックプロセッサによって分周及びパ
ルス幅調整を行い、トランジスタを用いて電力増幅を行ってホーンを駆動する。

前記駆動回路は、電源部と、発振・分周・パルス幅変調部と、電力増幅部とを含む。電
源部は、逆極性接続防止のためのダイオードＤ１と電流制限抵抗Ｒ１と定電圧ダイオード
Ｚ１とからなる直列接続定電圧回路を含む。ダイオードＤ１は、そのアノードが正の電源
端子に接続され、そのカソードが抵抗Ｒ１に接続される。コンデンサＣ１と抵抗Ｒ２とは
定電圧ダイオードＺ１に対して並列に接続され、次いで、負の電源端子と抵抗Ｒ１との間
に接続されて、安定な電圧を提供する。電源電圧は例えば９〜４８Ｖであり、生成される
安定な電圧は例えば５Ｖ前後である。当業者には理解されるように、電源部は他の種類の
定電圧回路によっても実現され得る。

発振・分周・パルス幅変調部はモノリシックプロセッサ２２で構成される。当業者は理
解するとおり、モノリシックプロセッサ２２はＲＣ発振機能を有する任意のモノリシック
プロセッサであってよい。モノリシックプロセッサ２２は、定電圧ダイオードＺ１のカソ
ードに接続され且つ定電圧ダイオードＺ１により安定電圧を提供されるＶＤＤ端子と、負
の電源端子に接続されるＶＳＳ端子とを有する。可変コンデンサＣ２及び固定コンデンサ
Ｃ３からなる並列回路が、モノリシックプロセッサ２２の入力端子ＯＳＣ１と負の電源端
子との間に接続される。抵抗Ｒ３はモノリシックプロセッサのＶＤＤ端子と入力端子ＯＳ
Ｃ１との間に接続される。リセット端子ＭＣＬＲはＶＤＤ端子に接続される。

動作時に、モノリシックプロセッサ内の発振器はＲＣ発振モードに設定される。抵抗Ｒ
３及びコンデンサＣ２、Ｃ３の値を選択することによって、ＲＣ発振器の発振周波数は３
２ＫＨｚ前後に設定され得る。可変コンデンサＣ２の容量値は、結果として生じる周波数
を連続的に調整するよう変更される。可変コンデンサと固定コンデンサとの容量比は、好
ましくは１：１０〜１５程度である。個々のホーン音響発生周波数要件にしたがって、発
振周波数は２０４００〜３３４００Ｈｚ前後に設定される。発振周波数を固定するように
Ｒ及びＣの数値を選択するために、個々のモノリシックプロセッサ技術マニュアルが参照
される。

分周及びパルス幅変調は、モノリシックプロセッサ内のレジスタにより行われる。分周
はパルス幅変調前に行われ、代わりに、分周及びパルス幅変調を同時に完了してもよい。
レジスタのパラメータを設定することによって、異なる分周比及び異なるデューティーサ
イクル比が選択され得る。例えば、発振信号に対して６４分周が行われ、その場合、レジ
スタを用いて、高、低の電圧レベルを比５：３にしたがって調整しながら、高、低の電圧
レベルを６４倍拡張し、次いで、モノリシックプロセッサの出力端子ＯＵＴ１を介して出
力する。

電力増幅部は電界効果トランジスタＴ１を含む。電界効果トランジスタＴ１は、モノリ
シックプロセッサの信号出力端子に接続されたゲートを有し、分周及びパルス幅変調され
た信号を受信する。また、電界効果トランジスタＴ１のゲートは抵抗Ｒ４を介して負の電
源端子に接続される。電界効果トランジスタＴ１は負の電源端子に接続されたソースを有
する。ダイオードＤ２とコンデンサＣ４とによって形成される並列接続回路は、トランジ
スタＴ１のドレインとソースとの間に接続される。ダイオードＤ２のアノードは電界効果
トランジスタＴ１のソースに接続される。電界効果トランジスタＴ１、ダイオードＤ２及
びコンデンサＣ４は吸収保護回路を構成する。電界効果トランジスタＴ１のドレインとダ
イオードＤ１のカソードとの間にホーン２４が接続される。

当業者は理解するように、電力増幅回路はトランジスタ、電界効果トランジスタ、絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの電子デバイスで実現され得る。モノ
リシックプロセッサ２２から出力される信号は、電界効果トランジスタＴ１により増幅さ
れてホーン２４を駆動し、音を発生する。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る駆動回路を示す図である。この駆動回路は、
可変コンデンサを用いて回路の発振周波数を調整し、デジタル回路で分周を実行し、パル
ス組み合わせ手法でパルス幅変調を行い、トランジスタで電力増幅を実行する解決策を提
供する。

前記駆動回路は、電源部、発振部、分周部、パルス幅変調部及び電力増幅部を含む。電
源部は、逆極性接続防止ダイオードＤ１、電流制限抵抗Ｒ１及び定電圧ダイオードＺ１が
直列に接続された定電圧回路を含む。逆極性接続防止ダイオードＤ１は、正の電源端子に
接続されたアノードと、抵抗Ｒ１に接続されたカソードとを有する。コンデンサＣ１は定
電圧ダイオードＺ１と並列接続され、また、負の電源端子と抵抗Ｒ１との間に接続され、
これによって安定な電圧ＶＤＤを提供する。

発振部はＣＭＯＳ反転増幅器Ｎ１、Ｎ２を含む。反転増幅器Ｎ１の出力端子と入力端子
との間には、抵抗Ｒ５、Ｒ６を含む回路が接続される。反転増幅器Ｎ２の出力端子は、可
変コンデンサＣ２とコンデンサＣ３とによって形成される並列回路を介して、Ｒ５とＲ６
との間の接合点に接続される。それによって、反転増幅器Ｎ１、Ｎ２、抵抗Ｒ５、Ｒ６及
びコンデンサＣ２、Ｃ３はマルチバイブレータを構成する。該マルチバイブレータは、発
振周波数を有する信号を反転増幅器Ｎ２の出力端子に出力する。発振周波数は、ｆ＝１／
２．２Ｒ３・（Ｃ２＋Ｃ３）で求めることができる。可変コンデンサＣ２の容量値は発振
周波数を連続的に調整するよう変更される。可変コンデンサＣ２と固定コンデンサＣ３と
の間の容量比は、１：１０〜１５程度であることが好ましい。

分周部は、カスケード接続された一組のフリップフロップＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ
５、Ｑ６を含む。発振部から生成された発振周波数信号は、反転増幅器Ｎ２の出力端子に
おいてフリップフロップＱ１の入力端子に入力される。フリップフロップＱ１の出力端子
はフリップフロップＱ２の入力端子に接続される。フリップフロップＱ２の出力端子はフ
リップフロップＱ３の入力端子に接続され、以下同様にしてフリップフロップＱ５の出力
端子はフリップフロップＱ６の入力端子に接続される。フリップフロップＱ６の出力端子
は６４分周された信号を出力する。留意されるように、フリップフロップの数は６に限ら
れるものではなく、所望の分周比に従って変更され得る。また、フリップフロップの組は
他の方式で接続されてもよい。

パルス幅変調部は、アンドゲート及びオアゲートを用いることにより、パルス組み合わ
せの方法でパルス幅変調を行い、アンドゲートＡ１及びオアゲート０１を含む。フリップ
フロップＱ４、Ｑ５からの出力信号は、それぞれアンドゲートＡ１の二つの入力端子に出
力される。アンドゲートＡ１の出力端子はオアゲート０１の一方の入力端子に接続され、
フリップフロップＱ６の出力端子はオアゲート０１の他方の入力端子に接続される。オア
ゲート０１は、高低レベル比が５：３であるパルス幅変調された信号を生成し、この信号
は電力増幅部に入力されてホーン２４を駆動し、音響を生成する。図４は、図３に示すパ
ルス幅変調部で生成される波形図を示している。当業者は理解するように、パルス組み合
わせの他の方式を用いて可変パルス幅比の信号を生成してもよい。

電力増幅部は電界効果トランジスタＴ１を含む。電界効果トランジスタＴ１のゲートは
オアゲート０１の出力端子に接続されて、パルス幅変調された信号を受け取る。電力増幅
部の他の部分は、図２に示す電力増幅部と同じであり、ここでの説明は省略する。電界効
果トランジスタＴ１により増幅された信号はホーン２４を駆動して音響を発生する。

当業者には明らかなように、種々の変更及び修正ができる。例えば、発振回路は、モノ
リシックプロセッサ内のＲＣ発振器、ゲート回路（ナンドゲート及びノアゲートを含む）
、シュミット回路、演算増幅器又は個別部品によって形成されてもよい。また、分周回路
は、モノリシックプロセッサのレジスタによって、或いは、カスケード接続されたフリッ
プフロップ又はプログラマブル論理装置で実現されることができる。

また、パルス幅変調回路は、モノリシックプロセッサのレジスタによって、又は、デジ
タル回路（例えば、単安定回路、シュミット回路、プログラマブル論理装置など）によっ
て実現され得る。パルス幅を変調するために、ナンドゲートやノアゲートを含むゲート回
路、ダイオード又は演算増幅器によるパルス組み合わせのような他の方法を採用してもよ
い。

したがって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の真の精神及び範囲内に
入る全てのこのような変更及び修正は、添付の特許請求の範囲に包含される。

本発明に係る電子ホーンのための駆動回路のブロック図を示す。本発明の第１の実施の形態に係る駆動回路を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る駆動回路を示す図である。図３に示すパルス幅変調部によって生成される波形図である。

Claims

発振周波数を有する信号を生成する発振回路と、前記発信周波数を有する前記信号に対して周波数分割を行って分周された信号を生成する分周回路とを含み、前記分周された信号に基づいて駆動信号を生成して電子ホーンを駆動して音響を発生する電子ホーン用駆動回路であって、
前記発振回路は可変コンデンサを含み、該可変コンデンサの容量値を調整して前記発振周波数を変更することによって、前記駆動信号の周波数を前記電子ホーンの動作周波数と一致させることを特徴とする電子ホーン用駆動回路。
前記発振回路は、モノリシックプロセッサ内のＲＣ発振器で実現されることを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記発振回路は、可変コンデンサと並列接続される第２のコンデンサを含むことを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記可変コンデンサと前記第２のコンデンサとの容量値の比は約１：１０〜１５であることを特徴とする、請求項３記載の電子ホーン用駆動回路。
前記発振周波数は約２０４００〜３３４００Ｈｚであることを特徴とする、請求項１に記載の電子ホーン用駆動回路。
前記発振回路は、インバータからなるマルチバイブレータであることを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記発振回路は、ゲート回路、シュミット回路、演算増幅器又は個別部品からなることを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記駆動回路が定電圧回路を含むことを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記分周回路は、モノリシックプロセッサのレジスタ、多段フリップフロップ又はプログラマブル論理装置で実現されることを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記駆動回路が、前記分周された信号をパルス幅変調するパルス幅変調回路を含むことを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記パルス幅変調回路は、モノリシックプロセッサのレジスタ、ゲート回路又は他のデジタル回路で実現されることを特徴とする、請求項１０に記載の電子ホーン用駆動回路。
前記デジタル回路は、単安定回路、シュミット回路又はプログラマブル論理装置を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の電子ホーン用駆動回路。
前記分周回路が、前記発振周波数を有する前記信号を分周すると共にパルス幅変調して、分周且つパルス幅変調された信号を生成する分周・パルス幅変調回路を含み、前記駆動信号は、該分周及びパルス幅変調された信号に基づいて生成されることを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記パルス幅変調された信号が約５：３の高、低レベル比を有することを特徴とする、請求項１０記載の電子ホーン用駆動回路。
前記デジタル回路が、前記駆動信号を生成する電力増幅回路を含むことを特徴とする、請求項１記載の電子ホーン用駆動回路。
前記電力増幅回路は、トランジスタ、電界効果トランジスタ又は絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含むことを特徴とする、請求項１５記載の電子ホーン用駆動回路。
可変コンデンサを備える発振回路によって、発振周波数を有する信号を生成し、前記発信周波数を有する前記信号に対して分周を行い、前記分周された信号に基づいて駆動信号を生成して電子ホーンを駆動して音響を発生するステップを有する電子ホーン用駆動方法であって、
前記可変コンデンサの容量値を調整して前記発振周波数を変更し、前記駆動信号の周波数を前記電子ホーンの動作周波数と一致させるステップを有することを特徴とする、電子ホーンの駆動方法。
駆動信号を生成する前記ステップは、前記分周された信号をパルス幅変調するステップを含むことを特徴とする、請求項１７記載の電子ホーンの駆動方法。
駆動信号を生成する前記ステップは、前記発振周波数を有する前記信号を分周するとともにパルス幅変調するステップを含むことを特徴とする、請求項１７記載の電子ホーンの駆動方法。
駆動信号を生成する前記ステップは電力増幅するステップを含むことを特徴とする、請求項１７記載の電子ホーンの駆動方法。