JP2015073499A - 圧電スピーカの駆動方法、放音装置、防獣装置、防獣プログラム、防獣方法および防獣システム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の低下とともに高効率化を図ること、低電圧駆動化とともに防獣性能を高めることにある。【解決手段】圧電スピーカ（１４−１、１４−２）を含む共振回路（２６）を形成し、前記共振回路（２６）により前記圧電スピーカ（１４−１、１４−２）を特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させ、前記圧電スピーカ（１４−１、１４−２）から前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力させる。【選択図】図５

Description

本発明は、圧電スピーカなどの電気音響変換器を用いる超音波などの放音技術、この放音技術を用いるたとえば、イノシシ、シカ、サルなどの有害獣を圃場や市街地などから遠ざける防獣技術に関する。

里山などの自然が損なわれている人口密集地では、イノシシなどの野性動物の生息環境が大きく様変わりしている。これに気候変化が加わり、野性動物の食物不足が顕著となっている。興味本位に餌づけされた野性動物は人の存在を無視する。

山野に隣接する圃場では、食物不足に陥ったイノシシなどの野性動物が出没し、農作物を荒らすことが報告されている。餌づけされた野性動物は田畑から食物を漁り、収穫期を狙って農作物を襲うなどの獣害が生じている。

このような獣害を回避するため、動物が嫌う周波数の音波を発生させて特定地域から動物を追い払うことが知られている（たとえば、特許文献１）。多種類の鳥獣に対する防獣や鳥獣の音慣れ防止のため、電気信号に高低変化、連続または不連続などの形態変化を付与することが知られている（たとえば、特許文献２）。

特開２０１３−１５８３３４号公報 特開２００８−１１７７７号公報

イノシシなどによる獣害からたとえば、農作物を防護するには、圃場に電気柵や動植物の進入を阻止する囲いを設置すればよい。しかし、電気柵に常時通電すれば、電力損失や安全性の確保が困難であろうし、圃場の囲いは設置費用が膨大である。

これに対し、音波などの電気信号を用いた場合には安全性は高いものの、高出力を継続的に維持するには電力消費が大きく、経済的でない。太陽光発電を利用して蓄電すれば、電力の有効利用を図ることができるが、発電出力のみで防獣対策を行うことは不可能であり、商用電源に頼らざるを得ないという課題がある。

超音波などの音響を利用した防獣対策では、スピーカなどの電気音響器の音響変換効率が低いために電力消費が大きく、設置箇所が制限されたり、長時間動作を妨げるという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、消費電力の低下とともに高効率化を図ることにある。

また、本発明の他の目的は上記課題に鑑み、低電圧駆動化とともに防獣性能を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の圧電スピーカの駆動方法は、圧電スピーカを含む共振回路を形成し、前記共振回路により前記圧電スピーカを特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させ、前記圧電スピーカから前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力させる。

上記目的を達成するため、本発明の放音装置は、電気信号を音響振動に変換する電気音響変換器と、前記電気音響変換器を特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させる共振回路とを備え、前記電気音響変換器から前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力する。

上記目的を達成するため、本発明の防獣装置は、電気信号を音響振動に変換する電気音響変換器と、前記電気音響変換器を特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させる共振回路と、前記共振回路に供給する信号を生成する信号生成部とを備え、前記電気音響変換器から前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力する。

上記目的を達成するためには、上記防獣装置において、前記共振回路は、インダクタまたはキャパシタを含んでもよい。

上記目的を達成するためには、上記防獣装置において、さらに、人体を検出する人体センサを備え、前記信号生成部は、前記人体センサが人体を検出した際、信号生成を停止してもよい。

上記目的を達成するためには、上記防獣装置において、さらに、蓄電池を含む電源部と、前記蓄電池の過放電を検出する過放電検出部とを備え、前記過放電検出部が過放電を検出した際、前記信号生成部は信号生成を停止してもよい。

上記目的を達成するためには、上記防獣装置において、前記電気音響変換器は、圧電スピーカであってもよい。

上記目的を達成するためには、上記防獣装置において、前記信号生成部は、乱数により、周波数、周波数の変化幅、変化速度、変化レベル、信号発生時間および信号停止時間のいずれかまたは２以上が変化する超音波信号を生成してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の防獣プログラムは、電気音響変換器から防獣音を出力する防獣装置に搭載されたコンピュータで実行する防獣プログラムであって、乱数を発生し、前記乱数により、周波数、周波数の変化幅、変化速度、変化レベル、信号発生時間および信号停止時間のいずれかまたはこれらのうちの２以上が変化する超音波信号を生成し、前記超音波信号を前記電気音響変換器に入力する処理を前記コンピュータに実行させる。

上記目的を達成するため、本発明の防獣方法は、電気信号を音響振動に変換する電気音響変換器を含む共振回路により、前記電気音響変換器を特定周波数に電気的に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させ、前記電気音響変換器から前記特定周波数の音響振動を出力させ、または前記特定周波数を含む音響振動を出力させる。

上記目的を達成するため、本発明の防獣システムは、電気音響変換器を共振素子に含む共振回路を備えて特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力する防獣装置と、前記防獣装置から出力される前記音響振動を検出する音響検出装置とを含む。

(1) 本発明の圧電スピーカの駆動方法によれば、圧電スピーカを電気的に共振させて駆動するので、低電力化とともに、高効率の駆動を維持することができる。

(2) 本発明の放音装置によれば、圧電スピーカを共振させて超音波を含む音響振動などを放音させるので、放音効率を高めることができる。

(3) 本発明の防獣装置、防獣プログラムまたは防獣方法によれば、低電圧動作および低消費電力化が図られ、継続的かつ効率的な動作が得られ、経済的である。

(4) イノシシなどからの獣害を防止でき、または軽減できる。

(5) イノシシなどの野性動物に対し、音慣れを防止でき、継続的に防獣効果を得ることができる。

(6) 本発明の防獣システムによれば、防獣装置から離間した状態で動作を確認でき、イノシシなどの獣害から作業者を防護できる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

第１の実施の形態に係る防獣装置の外観形態を示す斜視図である。 他の防獣装置を示す斜視図である。 防獣装置の配置形態を示す図である。 防獣装置の前面形態および内部構造を示す図である。 防獣装置のハードウェアの一例を示すブロック図である。 圧電スピーカを含む共振回路の一例を示す回路図である。 信号生成部のハードウェアの一例を示すブロック図である。 電源部の一例を示すブロック図である。 信号生成部の機能の処理手順を示すフローチャートである。 信号生成部の拡張された機能の処理手順を示すフローチャートである。 信号生成の処理手順を示すフローチャートである。 超音波周波数遷移の一例を示す図である。 拡張された機能の超音波信号遷移の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係る防獣システムを示すブロック図である。 動作確認装置の構成例を示す図である。 他の実施の形態に係る共振回路を示している。 他の実施の形態に係る共振回路を示している。

〔第１の実施の形態〕

図１は、第１の実施の形態に係る防獣装置の一例を示している。この防獣装置２は本発明の防獣装置または放音装置の一例である。この防獣装置２はたとえば、支柱４を用いて防獣区域６に設置される。防獣区域６はイノシシなどの獣害が予想される地域たとえば、田畑などの圃場や、市街地である。

この設置例では、支柱４が台座７により地中に固定され、その中途部に防獣装置２の筐体８が固定されている。支柱４の頂部には太陽光パネル１０が設置されている。この太陽光パネル１０は、太陽光発電装置の一例であり、太陽光を電気エネルギに変換し、発電する。この発電出力は防獣装置２に給電されている。太陽光パネル１０は太陽光を効率よく受けるため、太陽に向けて設置される。

防獣装置２の筐体８は金属などの耐水性材料で形成されたたとえば、直方体形であり、その前面に蓋部１２が開閉可能に備えられている。この蓋部１２には一例として二つの圧電スピーカ１４−１、１４−２が設置されている。圧電スピーカ１４−１、１４−２は、電気信号を超音波を含む音響振動に変換する電気音響変換器の一例である。これら圧電スピーカ１４−１、１４−２はたとえば、ピエゾホーンスピーカである。これら圧電スピーカ１４−１、１４−２の上側には庇部１６が取り付けられている。この庇部１６により、積雪、霜、降雨、塵埃から圧電スピーカ１４−１、１４−２が防護される。圧電スピーカ１４−１、１４−２から発せられる防獣音の指向性に応じ、放音方向を設定すればよい。

防獣装置２は単一であってもよいが、図２に示すように、複数構成としたとえば、二つの防獣装置２−１、２−２を備えてもよい。このように防獣装置２−１、２−２を備え、各防獣装置２−１、２−２の放音方向を異ならせることにより防獣面積の拡大や防獣機能を増強することが可能である。このような構成によれば、イノシシなどの野性動物を追い払うことができ、農作物や市街地に対する防獣効果が得られる。

この実施の形態では防獣装置２、２−１、２−２が支柱４に取り付けられているが、これに限定されない。圃場にある生木に設置してもよく、圃場に設置された建屋の壁面に設置してもよい。場合によっては、筐体８を地上に設置してもよく、設置状態も地上の傾斜面に設置してもよい。

図３は、圃場を包囲するように設置された複数の防獣装置２−１、２−２、２−３、２−４の設置例を示している。このように防獣装置２−１、２−２、２−３、２−４の包囲網を形成すれば、防獣区域６内の防獣効果をより高めることができる。また、電気柵などの併用もより効果的である。

図４のＡは、防獣装置２の前面形態を示している。蓋部１２に設置された圧電スピーカ１４−１、１４−２の間には動作確認用のインジケータ１８が設置されている。このインジケータ１８にはたとえば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。防獣装置２が動作しているとき、インジケータ１８を点灯させる。これにより、ユーザは防獣装置２の動作を視認することができる。圧電スピーカ１４−１、１４−２から発せられる防獣音がヒトの聴覚で認識できない場合にも、インジケータ１８の点灯の有無により、動作中か停止中かを確認することができる。

図４のＢは、防獣装置２の内部構造を示している。筐体８の内部には回路ユニット２０、端子板２２および蓄電池２４が搭載される。蓄電池２４は電源の一例であり、この蓄電池２４には太陽光パネル１０の発電出力が蓄電される。

＜防獣装置２のハードウェア＞

図５は、防獣装置２のハードウェアの一例を示している。この防獣装置２には共振回路２６、増幅器２８、信号生成部３０、定電圧回路３２、過放電検出回路３４および電源部３６が含まれる。これらは回路ユニット２０に搭載される。

共振回路２６は、圧電スピーカ１４−１、１４−２および直列共振用コイル３８を含み、特定周波数に共振しまたは該特定周波数を含む周波数域で共振する。共振回路２６は、共振素子に圧電スピーカ１４−１、１４−２および直列共振用コイル３８を含むたとえば、直列共振回路である。直列共振用コイル３８はインダクタの一例である。この共振回路２６はキャパシタを含んでもよい。

この共振回路２６には回路電流検出部３９が備えられている。この回路電流検出部３９には共振回路２６の共振時の回路電流が検出される。この回路電流はインジケータ１８に加えられている。このインジケータ１８は、共振時、点灯し、共振動作の有無を表示する。これにより、共振の有無を視認することができる。この回路電流検出部３９について、共振回路２６に直接接続してもよく、回路電流を非接触で検出する形態のいずれでもよい。

増幅器２８は共振回路２６を負荷とし、共振動作を維持するために電気エネルギを共振回路２６に供給する。この増幅器２８にはたとえば、スイッチングパワーアンプを用いればよい。この増幅器２８は電源部３６から給電されて動作する。

信号生成部３０は、乱数コントロールにより超音波信号を生成する。この信号生成部３０には超音波信号発生用マイクロコンピュータが用いられる。

定電圧回路３２は電源部３６の出力を受けて定電圧出力を発生する。この定電圧出力が信号生成部３０に供給される。これにより、信号生成部３０の安定化動作が得られる。

過放電検出回路３４は過放電検出部の一例である。この過放電検出回路３４では蓄電池２４から給電される電源部３６の出力を受け、この出力電圧が一定の電圧以下またはその電圧を下まわった場合に蓄電池２４の過放電とし、この過放電を検出する。この過放電検出回路３４では、この検出により、この過放電を表す検出出力を発生する。この検出出力は、信号生成部３０に動作停止情報として付与される。

電源部３６は、太陽光パネル１０からの出力、蓄電池２４の出力または商用交流電源５２（図８）の供給を受け、直流電圧を出力する。この電源部３６にインジケータを接続し、インジケータの点灯の有無により、電源部３６から給電されているか否かを視認してもよい。

＜圧電スピーカ１４−１、１４−２を含む共振回路２６＞

図６は、圧電スピーカ１４−１、１４−２を含む共振回路２６の一例を示している。

この共振回路２６では、圧電スピーカ１４−１、１４−２の静電容量Ｃ１、Ｃ２は一例として直列化されている。これら静電容量Ｃ１、Ｃ２に直列共振用コイル３８のインダクタンスＬが直列に含まれ、共振回路２６が直列共振回路を構成している。この共振回路２６には増幅器２８の増幅出力が駆動出力として供給される。

このような共振回路２６では、圧電スピーカ１４−１、１４−２のそれぞれの静電容量Ｃ１、Ｃ２が共振素子として用いられ、直列化された静電容量Ｃ１、Ｃ２とインダクタンスＬとの直列共振を行う。この直列共振により、特定の共振周波数ｆ１または共振周波数ｆ１を含む特定の周波数域において、圧電スピーカ１４−１、１４−２の駆動の低消費電力化および高効率化が図られ、太陽光パネル１０の出力や蓄電池２４の出力によるいわゆる電池駆動が可能となっている。

このような圧電スピーカ１４−１、１４−２に対し、電磁スピーカは、音響変換効率が低く、その主な原因は殆どのエネルギがボイスコイルの電気抵抗成分により熱で消費され、これを補完するため、大電力での駆動が必要である。消費電力が大きく、主にＡＣ１００〔Ｖ〕の交流電源を用いるとすれば、電磁スピーカでは、設置場所に制限を受けることになる。これに対し、圧電スピーカ１４−１、１４−２では、構造がシンプルで、電圧で動作する構造であり、音響変換効率が高い。圧電スピーカ１４−１、１４−２はこのような特性を備えている。しかし、圧電スピーカ１４−１、１４−２に含まれる圧電素子の電気特性は、殆どが静電容量成分により皮相電力を多く含む。

圧電スピーカ１４−１、１４−２を含む共振回路２６を構成する。この共振回路２６では、圧電スピーカ１４−１、１４−２の容量成分である静電容量Ｃ１、Ｃ２に直列共振用コイル３８を接続し、直列共振用コイル３８が持つインダクタンスＬとで直列共振回路を形成する。この共振周波数は使用する超音波周波数帯域内とすれば、圧電スピーカ１４−１、１４−２の皮相電力を削減できる。換言すれば、共振回路２６では圧電スピーカ１４−１、１４−２の皮相電力の殆どが共振回路２６内で再使用され、電力消費を大幅に削減でき、圧電スピーカ１４−１、１４−２が持つ高効率特性を発揮させる駆動が可能である。共振時、圧電スピーカ１４−１、１４−２の端子間電圧を計測すると、共振回路２６に加えられる入力電圧を超える電圧が発生している。この結果、共振時の消費電力は極めて小さくなることが確認されている。

＜信号生成部３０のハードウェア＞

図７は、信号生成部３０のハードウェアの一例を示している。この信号生成部３０には超音波信号発生用マイクロコンピュータ（以下「マイコン」と称する）が用いられている。この信号生成部３０には、この超音波信号を生成する情報処理手段として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０、ＲＯＭ（Read-Only Memory）４２、ＲＡＭ（Random-Access Memory）４４、入出力部（Ｉ／Ｏ）４６が備えられている。これらの素子はバス４８で接続されている。この信号生成部３０には、定電圧回路３２から定電圧化出力が加えられている。

ＣＰＵ４０はＲＯＭ４２に格納されたＯＳ（Operating System）やファームウェアプログラムを実行し、超音波信号を生成する。ＲＯＭ４２は、ＯＳ、乱数発生プログラム、信号生成プログラムを格納する。ＲＡＭ４４は処理のワークエリアを構成する。

そして、Ｉ／Ｏ４６は操作信号の取込みや制御出力の取出しを行う。このＩ／Ｏ４６には増幅器２８、過放電検出回路３４および入力操作部５０が接続されている。このＩ／Ｏ４６から駆動信号が増幅器２８に出力される。過放電検出回路３４の検出出力がＩ／Ｏ４６に取り込まれ、過放電検出により信号生成を停止する。入力操作部５０にはたとえば、ディップスイッチやキーボードなどの入力機器が接続され、これらによって初期設定などの各種設定や所望の情報入力を行う。

＜電源部３６＞

図８は、防獣装置２の電源部３６の一例を示している。この電源部３６には、給電入力に太陽光パネル１０、蓄電池２４または商用交流電源５２のいずれを用いてもよい。そこで、この電源部３６には、充電回路５４およびＡＣ−ＤＣコンバータ５６が備えられている。

充電回路５４には、太陽光パネル１０およびＡＣ−ＤＣコンバータ５６の直流出力が加えられている。これらの直流入力により、充電回路５４から蓄電池２４に充電電流が流れる。蓄電池２４は太陽光パネル１０の直流出力があれば、その直流出力により充電される。夜間などの太陽光が不足する場合には、商用交流電源５２の給電によりＡＣ−ＤＣコンバータ５６から得た直流出力で蓄電池２４が充電される。

設置場所により商用交流電源５２が得られない場合には、蓄電池２４の随時給電や交換により電力不足を解消すればよい。

＜信号生成部３０の機能および処理＞

図９は、信号生成部３０の機能の処理手順を示している。この処理手順では、電源の投入により動作を開始し、スタートおよび初期化を行う（Ｓ１１）。この初期化に続き、マイコン自体の動作環境の初期設定を行う（Ｓ１２）。初期設定では、スイープ周波数設定、上限周波数／下限周波数または１スイープ時間設定を行う。スイープ時間設定はたとえば、３００〔ｍＳｅｃ〕である。

この初期化の後、スイープの上昇（ＵＰ）／下降（ＤＯＷＮ）の交互切り替え設定を行う（Ｓ１３）。このスイープのＵＰ／ＤＯＷＮでは所望の範囲で行えばよい。

乱数を発生し（Ｓ１４）、スイープ回数を乱数で設定する（Ｓ１５）。超音波信号を発生させ、既述の設定データに合わせる（Ｓ１６）。これにより、設定データに応じた超音波信号が得られる。

そして、過放電の検出を行う（Ｓ１７）。過放電状態であれば（Ｓ１７のＹＥＳ）、過放電中、その過放電を継続して監視する。この過放電が検出された際には給電動作を停止し、信号生成や共振動作が停止される。そして、この過放電が停止すれば（Ｓ１７のＮＯ）、Ｓ１３に戻り、Ｓ１３〜Ｓ１７の処理を行う。この過放電検出および動作停止により、蓄電池２４をダメージから防護でき、安定した充放電が確保される。

この機能処理には、図１０に示す処理手順を用いてもよい。図１０は、信号生成部３０の拡張された機能の処理手順を示している。

この処理手順では、Ｓ２１は既述の初期化（Ｓ１１）と同様である。この初期化の後、初期設定を行う（Ｓ２２）。この初期設定では、ａ）発振周波数の周波数範囲の設定、ｂ）１スイープ時間の設定、ｃ）蓄電池２４の過放電検出電圧の設定を行う。発振周波数の周波数範囲は、下限周波数ｆｍｉｎとしてたとえば、１９〔ｋＨｚ〕〜上限周波数ｆｍａｘとしてたとえば、３０〔ｋＨｚ〕を設定する。１スイープ時間範囲は、たとえば、０．３〔Ｓｅｃ〕〜７〔Ｓｅｃ〕を設定する。

初期設定の後、信号発生のＯＮ／ＯＦＦを乱数で選択する（Ｓ２３）。信号発生のＯＮの場合には（Ｓ２３のＯＮ）、スイープを開始周波数乱数および終了周波数乱数で設定する（Ｓ２４）。信号発生のＯＦＦの場合には（Ｓ２３のＯＦＦ）、Ｓ２４をジャンプし、Ｓ２５に移行する。

乱数選択の後、１スイープ時間および信号停止時間を乱数で設定する（Ｓ２５）。

この設定の後、超音波信号を発生する（Ｓ２６）。この場合、１スイープデータ分である。

そして、過放電の検出を行う（Ｓ２７）。過放電状態であれば（Ｓ２７のＹＥＳ）、過放電中、その過放電を継続して監視する。過放電が停止すれば（Ｓ２７のＮＯ）、Ｓ２３に戻り、Ｓ２３〜Ｓ２７の処理を行う。

このマイコン設定において、スイープを繰返す回数設定では、乱数を使用し繰り返し数設定たとえば、１〜３０回を設定する。超音波発生では、超音波信号たとえば、デューティ比５０〔％〕を発生させる。過放電電圧の検出では、過放電電圧以下を検出して超音波信号の発生を止め、消費電力を最小限に削減する。そして、動作可能な低電圧に復帰したことを検出すれば、超音波信号の発生を再開させる。

超音波のより広い要素を乱数によりコントロールする主要機能について、初期化では、マイコン自体の動作環境初期設定し、既述の発振周波数の周波数範囲設定、たとえば、３７段階、１セットの時間設定および蓄電池２４の過放電検出電圧を設定する。信号発生ＯＦＦでは、ＯＦＦのタイミングを乱数で設定する。スイープ周波数設定では、開始周波数および終了周波数を乱数で設定する。

図１１は、超音波信号生成の処理手順を示している。この処理手順では、電源の投入（Ｓ３１）により、初期設定（Ｓ３２）を実行し、電源部３６から供給される電源電圧の読み込みを行う（Ｓ３３）。

起動可能電圧以上であるかを監視する（Ｓ３４）。起動可能電圧未満であれば（Ｓ３４のＮＯ）、遅延時間処理を実行する（Ｓ３５）。この遅延時間処理は動作を待機状態とするために遅延時間を設定する処理であり、起動可能電圧に復帰するまで、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ３５の処理を継続して行う。この遅延時間処理の結果、起動可能電圧に到達すれば（Ｓ３４のＹＥＳ）、監視を完了する。

この遅延時間処理を完了すると、初期スイープ設定および割り込みなどの設定を行い（Ｓ３６）、電源電圧の読み込み（Ｓ３７）を行う。過放電電圧を検出すれば（Ｓ３８のＹＥＳ）、過放電処理を行う（Ｓ３９）。この過放電処理には、遅延処理（Ｓ４０）、電源電圧の読み込み（Ｓ４１）の後、復帰可能電圧の判定を行う（Ｓ４２）。復帰可能電圧を検出するまで、Ｓ４０〜Ｓ４２の処理を継続して行う。そして、復帰可能電圧を検出すれば（Ｓ４２のＹＥＳ）、過放電処理を完了する。

そして、１セット分のスイープ回数を乱数により計算し設定（Ｓ４３）、スイープの方向を、１セット毎にダウンスイープ（Down Sweep）とアップスイープ（Up Sweep）に切り替える（Ｓ４４）。これらの処理（Ｓ４３、Ｓ４４）の設定データに従い１セット分の超音波信号を生成する（Ｓ４５）。この超音波信号の生成の後、Ｓ３７に復帰し、既述のＳ３７〜Ｓ４５の処理を継続して行い、超音波信号を継続して生成させる。

＜超音波波形＞

図１２は、超音波周波数の遷移の一例を示している。この図１２では、横軸に時間、縦軸に周波数を取り、スイープ始点とスイープ終点との間で鋸波状に周波数が増加または減少して変化する超音波波形を示している。

この場合、スイープ始点およびスイープ終点の周波数は、初期設定で設定した下限周波数ｆｍｉｎと上限周波数ｆｍａｘで固定されている。一つの波形は１サイクルの単位を示し、波形の連続した規則性は１セット単位を示している。この例では各１セットは、Ｕｐ：６回、Ｄｏｗｎ：３回、Ｕｐ：１回、Ｄｏｗｎ：４回であり、不規則なサイクル数変化が生成されている。これは一例であって、この波形形態に本発明が限定されるものではない。１セット内の繰返し回数は乱数で設定され、野性動物が超音波波形の音慣れを回避できる程度の繰返し回数遷移を設定すればよい。

図１３は、拡張された機能の超音波信号遷移の一例を示している。この例では、図１２に示す超音波波形の遷移と異なり、信号休止区間を含ませ、スイープ始点およびスイープ終点の周波数とスイープ時間及び信号休止時間に不規則性処理を実現している。

＜第１の実施の形態の効果＞

(1) 圧電スピーカ１４−１、１４−２を含む共振回路２６は、共振周波数およびその付近でインピーダンスが低下するので、低い電圧での駆動が可能となり、蓄電池２４による低電圧駆動を行うことができる。たとえば、車載用の１２〔Ｖ〕の蓄電池２４を使用し、１００時間以上の継続動作が可能である。

(2) 増幅器２８に対し、圧電スピーカ１４−１、１４−２を含む共振回路２６が共振負荷であるため、駆動出力波形が消費電力効率の良いスイッチング式の矩形波駆動に使用でき、電力の高効率化を図ることができる。

(3) 過放電検出回路３４が備えられ、過放電が生じた際には動作を停止する。これにより、電源部３６に給電する蓄電池２４を過放電から防護でき、蓄電池２４の充放電を行うことができる。

(4) 超音波波形は共振回路２６により正弦波に近い波形となるので、野性動物に対して作用する音源の位置が特定し難く、不安感や恐怖心を懐かせることできる。正弦波の単音ではマルチパスや両耳の距離差により周波数や聞く位置が変化すると、両耳に達する音波の位相差が明確に変化し、音源の方向判別がつき難い性質があり、この性質を利用できる。この結果、高い防獣効果が得られる。

(5) 電力効率が良く蓄電池２４による連続動作が可能となり、節電を目的とした断続動作のためのＯＮ／ＯＦＦ切替えをする必要が無いし、また、広範囲の動物侵入を検知するための赤外線センサを設置するといった付随的な設備に頼る必要も無い。

(6) 太陽光発電および蓄電池２４による駆動が可能となり、設置場所の自由度が高く、広範囲で防獣機能を発揮させることができる。

(7) 共振回路２６を使用しているので、使用周波数帯域の設定が容易である。使用周波数帯域ｆｍｉｎ〜ｆｍａｘはたとえば、１９〔ｋＨｚ〕〜３０〔ｋＨｚ〕で、周波数によるレベル差を十分に取ることができる。

(8) 乱数使用の超音波不規則変化の効果

一定の規則的パターンの組み合わせによる超音波の変化では、野性動物がそのパターン変化を予測し音慣れにより、防獣効果が時間とともに低下する傾向があったが、上記実施の形態の防獣装置２ではパターンの不規則性により野生動物の音慣れ機能を低減させることができるので、継続的且つ長時間にわたり、信頼性の高い防獣効果が得られる。

野性動物に予測され難い不規則な乱数を使用したタイミングで超音波を変化させるので、野性動物には予測し難い超音波に変化させることができる。これにより、野性動物には警戒心を与え、且つ超音波に対する音慣れを抑制でき、防獣効果を長期に持続することができる。乱数に基づいた超音波の変化対象は 周波数、周波数の変化幅、変化速度、信号出力の一時停止時間を乱数により不規則に変化させればよい。しかも、イノシシ、シカ、サルなど防獣対象の動物の特性やシステム規模に応じて、これらのパラメータの全項目又は一部項目を組み合わせればよい。

一例として、周波数ｆｍｉｎたとえば、１９〔ｋＨｚ〕〜周波数ｆｍａｘたとえば、３０〔ｋＨｚ〕上昇スイープを１回〜３０回と、ｆｍａｘ〜ｆｍｉｎの下降スイープ１回〜３０回を繰り返すことにより、たとえば、１回〜３０回は毎回乱数により不規則に変化させる機能を用いれば、優れた防獣効果が得られることが確認された。

〔第２の実施の形態〕

図１４は、第２の実施の形態に係る防獣装置を示している。この防獣装置２では、人体センサ５８が備えられ、この人体センサ５８は人体から発せられる熱線を検出するたとえば、熱線センサで構成される。

この人体センサ５８は電源部３６から給電され、人体センサ５８が人体の到来を検出したとき、信号生成部３０の信号生成を停止させる。

〔第３の実施の形態〕

図１５のＡは、第３の実施の形態に係る防獣システムを示している。この防獣システム６０では、複数の防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎが備えられ、防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎの動作を遠隔的に確認する動作確認装置６２が備えられる。この場合、防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎは、単一の防獣装置２であってもよい。

動作確認装置６２を携えたユーザは、防獣装置２ないし防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎから発せられる音響振動のサービスエリアに入れば、その有無を動作確認装置６２の出力により確認することができる。

図１５のＢは、動作確認装置６２の一例を示している。この動作確認装置６２は音響検出装置の一例である。この動作確認装置６２には、音響センサ６４、センサ回路６６、表示部６８が備えられる。音響センサ６４は防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎから発せられる超音波信号を検出する。この検出信号はセンサ回路６６に加えられ、その検出レベルが防獣可能レベルを超えていれば、センサ出力が得られる。このセンサ出力は表示部６８に加えられ、ユーザは表示部６８の表示出力から防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎの動作の有無を視認することができる。

斯かる構成によれば、野性動物と離間した位置で防獣装置２ないし防獣装置２−１、２−２・・・２−Ｎの動作を確認でき、有害獣からユーザを防護することができる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、電気音響変換器の一例として圧電スピーカを用いたが、電磁スピーカを用いてもよく、電磁スピーカを併用してもよい。

(2) 上記実施の形態では、共振回路２６に直列共振回路を例示したが、図１６のＡおよびＢに示すように、圧電スピーカ１４−1、１４−２を並列化した並列共振回路であってもよく、直並列共振回路であってもよい。この場合、共振回路２６には既述の直列共振用コイル３８と同様に共振用コイル７０を用いればよい。この場合共振用コイル７０のインダクタンスＬが共振に寄与する。

(3) 上記実施の形態では、二つの圧電スピーカ１４−１、１４−２を用いた場合を示したが、これに限定されない。図１７に示すように、単一の圧電スピーカ１４を用いて共振回路２６を構成してもよく、三以上の圧電スピーカを直列化してもよい。

(4) 共振回路２６にはキャパシタを併用してもよいし、キャパシタにはスイッチドキャパシタを用いてもよい。

(5) 上記実施の形態では、圃場に設置された防獣装置２を例示したが、市街化区域に設置してもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明の圧電スピーカの駆動方法、放音装置、防獣装置、防獣プログラム、防獣方法および防獣システムによれば、イノシシなどによる獣害からたとえば、農作物を防護でき、低消費電力化とともに防獣機能が高められ、防獣機能を継続的に維持できる。

２、２−１、２−２、２−３、２−４、２−Ｎ 防獣装置
４ 支柱
６ 防獣区域
７ 台座
８ 筐体
１０ 太陽光パネル
１２ 蓋部
１４−１、１４−２ 圧電スピーカ
１６ 庇部
１８ インジケータ
２０ 回路ユニット
２２ 端子板
２４ 蓄電池
２６ 共振回路
２８ 増幅器
３０ 信号生成部
３２ 定電圧回路
３４ 過放電検出回路
３６ 電源部
３８ 直列共振用コイル
３９ 回路電流検出部
４０ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４４ ＲＡＭ
４６ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
４８ バス
５０ 入力操作部
５２ 商用交流電源
５４ 充電回路
５６ ＡＣ−ＤＣコンバータ
５８ 人体センサ
６０ 防獣システム
６２ 動作確認装置
６４ 音響センサ
６６ センサ回路
６８ 表示部

Claims (11)

1. 圧電スピーカを含む共振回路を形成し、
   前記共振回路により前記圧電スピーカを特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させ、
   前記圧電スピーカから前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力させる
   ことを特徴とする圧電スピーカの駆動方法。
2. 電気信号を音響振動に変換する電気音響変換器と、
   前記電気音響変換器を特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させる共振回路と、
   を備え、前記電気音響変換器から前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力することを特徴とする放音装置。
3. 電気信号を音響振動に変換する電気音響変換器と、
   前記電気音響変換器を特定周波数に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させる共振回路と、
   前記共振回路に供給する信号を生成する信号生成部と、
   を備え、前記電気音響変換器から前記特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力することを特徴とする防獣装置。
4. 前記共振回路は、インダクタまたはキャパシタを含むことを特徴とする請求項３に記載の防獣装置。
5. さらに、人体を検出する人体センサを備え、
   前記信号生成部は、前記人体センサが人体を検出した際、信号生成を停止することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の防獣装置。
6. さらに、蓄電池を含む電源部と、前記蓄電池の過放電を検出する過放電検出部とを備え、前記過放電検出部が過放電を検出した際、前記信号生成部は信号生成を停止することを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれかの請求項に記載の防獣装置。
7. 前記電気音響変換器は、圧電スピーカであることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかの請求項に記載の防獣装置。
8. 前記信号生成部は、乱数により、周波数、周波数の変化幅、変化速度、変化レベル、信号発生時間および信号停止時間のいずれかまたは２以上が変化する超音波信号を生成する請求項３ないし請求項７のいずれかの請求項に記載の防獣装置。
9. 電気音響変換器から防獣音を出力する防獣装置に搭載されたコンピュータで実行する防獣プログラムであって、
   乱数を発生し、
   前記乱数により、周波数、周波数の変化幅、変化速度、変化レベル、信号発生時間および信号停止時間のいずれかまたはこれらのうちの２以上が変化する超音波信号を生成し、
   前記超音波信号を前記電気音響変換器に入力する
   処理を前記コンピュータに実行させるための防獣プログラム。
10. 電気信号を音響振動に変換する電気音響変換器を含む共振回路により、前記電気音響変換器を特定周波数に電気的に共振させまたは該特定周波数を含む周波数域で共振させ、
    前記電気音響変換器から前記特定周波数の音響振動を出力させ、または前記特定周波数を含む音響振動を出力させる
    ことを特徴とする防獣方法。
11. 電気音響変換器を共振素子に含む共振回路を備えて特定周波数の音響振動を出力し、または前記特定周波数を含む音響振動を出力する防獣装置と、
    前記防獣装置から出力される前記音響振動を検出する音響検出装置と、
    を含むことを特徴とする防獣システム。
    

Images