JP2017018024A - 生物排除装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】音放射が可能な再生手段40と、排除対象生物が異常時に発生する原音声を用いて創生した擬似音声を超音波信号に重畳して、排除対象生物が発する音声の音圧レベルと同等又は同等以上の音圧レベルとして再生手段から放射させる制御部55とを備え、再生手段は、複数個の超音波発振子を組み合わせて構成された放射器帯を、超音波発振子の一部を構成している振動板の直径で決定する間隔で複数個並べて構成した。
【選択図】図1
Description
しかしながら、超音波帯域を利用していない、比較的高等なコミュニケーションを有するカラス等の排除対象生物には大きな影響を与えていない等の問題点があった。すなわち、カラスは、人間と略同等の可聴周波数帯域を有しており、超音波帯域の周波数に対して聴感能力が低く、結果的に、超音波を聞いていない(聞こえていない)。そのために、カラスに対しては、超音波帯域の周波数を付与しただけでは排除効果を全く得られない場合があった。
そのため、特許文献1に記載の技術では、排除対象生物を長期間にわたって確実に排除することができなかった。
図1は、本発明の実施の形態1に係る生物排除装置1の基本的な構成を示す基本ブロック概念図である。以下、図1を参照しながら、生物排除装置1について説明する。生物排除装置1は、排除対象生物に対して、超音波に重畳した音声を付与させるようにしたものである。
なお、以下の説明において、「付与」には、「与える」、「提示」、「暴露」が含まれるものとする。
さらに、図1では、生物排除装置1が、「検知センサー95」を備えた場合を例に示しているが、「検知センサー95」は生物排除装置1に必須の構成ではない。
音声伝送手段80は、単一の超音波周波数(例えば、40kHz)を発振することができる音放射手段(例えば、共振型の音発生装置(再生手段40))から、所定の周波数幅を持たせた振幅変調又は周波数変調した超音波帯域の信号(たとえば、40kHz±2kHzなど)を放射するようになっている。
このとき、生物排除装置1は、単一の超音波周波数に、周波数幅を持たせた変調波による超音波帯域の音を重畳する。
また、加算部30に超音波信号創生部10を加えずに、排除信号部12からの信号をそのまま制御部55に伝送させることもできるソフト的な信号処理も行える構成をも有する。これにより、超音波信号に重畳させずに、排除に必要な音声だけを出すことも可能となり、特殊な再生手段を用いなくても、従来のスピーカー手段でも、排除に必要な音声を再生/放射することが可能となる。
なお、排除信号部12は、原音声信号12a、擬似(音声)信号12b、超音波信号12c、過渡信号12d、人間音声信号12e、これら忌避音声信号以外に、一般的な音声信号を創出し、発信できるようになっている。
この原音声信号12aとしては、異常時、たとえば排除対象生物が天敵に襲われている時つまり恐怖時に排除対象生物が発生する音声や、恐怖時に排除対象生物が発生する回避行動を促すための音声を利用している。
この擬似(音声)信号12bは、(原音声信号12a)のたとえば周波数特性、発声間隔、無音間隔などを参考に、和音や倍音で構成して創生している。
この過渡信号12dとしては、たとえばガラスの割れた音や雷の音など、非常に高い音圧レベルが過渡的(短時間)に含まれる突発的な音声を利用して構成している。
人間音声信号12eとしては、人間が排除対象生物を追い払うときに発生する、短時間の威嚇的及び脅し的な音声を利用している。短時間の威嚇的及び脅し的な音声とは、たとえば「コラー」や「ウワー」等の音声である。なお、短時間の威嚇的及び脅し的な音声を発生する人間の性別を特に限定するものではないが、以下の例では男性が発生した音声を利用した場合を例に示している。
CPU部51は、加算部30で創生された信号に基づいて、再生手段40、発光手段70及び圧力付与手段90の動作を制御する機能を有している。
付与機能制御手段52は、発光手段70及び圧力付与手段90の動作を制御するための情報をCPU部51に提供する機能を有している。
付与機能制御手段52には、発光手段70に対する発光のタイミング(時間、時刻)や、発光周波数に関する情報が予め記憶されている。
また、付与機能制御手段52には、圧力付与手段90に対する空気の噴出タイミング(時間、時刻)や圧力の強さに関する情報が予め記憶されている。
なお、これらの情報は、書き換え可能にしておくとよい。
再生手段40は、たとえば20kHz以上の超音波帯域の音放射を行える素子を用いて構成している。
たとえば、再生手段40は、圧電素子による共振手段で構成したり、一般的な電気−音響変換素子(高周波帯域を再生するスピーカー素子)である紙やプラスチックなどで形成された振動板などを2個以上備え持つもので構成したり、することができる。
発光手段70は、音声以外の他の付与手段として「光」を排除対象生物に対して付与するようになっている。
この発光手段70を、光発光ユニットとして生物排除装置1に着脱自在にしておくとよい。
発光手段70は、発光源を備えている。
発光源は、排除対象生物に対応させて選定すればよい。発光源としては、たとえば、ランプ、紫外線を発光するLED、青色LED、白色や赤色を発光するLED等を利用することができる。
圧力付与手段90は、音声以外の他の付与手段として「圧力波」を排除対象生物に対して付与するようになっている。つまり、圧力付与手段90は、空気を発砲することで圧力波を付与する。
この圧力付与手段90を、圧力波発生ユニットとして生物排除装置1に着脱自在にしておくとよい。
圧力付与手段90は、空気などの気体を、塊状(渦輪(リング状))にして、対象エリアに存在する排除対象生物に対して付与するものである。
なお、圧力付与手段90としては、「圧力波」を排除対象生物に対して付与できるものであればどのような構成のものでも適用することができる。たとえば、一般的な空気砲を圧力付与手段90として適用するとよい。
検知センサー95は、検知範囲に存在する排除対象生物を検知するためのものである。
検知センサー95としては、たとえば赤外線、超音波または可視光などを利用した動物検知センサー、あるいは、カメラなどの撮像装置等を利用することができる。
たとえば、制御部55は、検知センサー95が排除対象生物を検知した際に、駆除/排除信号20を放射させるようにしてもよい。このとき、制御部55は、「光」及び「圧力波」のすくなくとも1つを付与するようにしてもよい。
また、駆除/排除信号20の放射時間や放射タイミングは、ON/OFFを繰り返すタイマーによって定期的又は不定期的に実行されるように設定してもよい。たとえば、制御部55に、付与開始時刻、付与終了時刻、または付与時間間隔を予め定めておき、タイマーによって付与タイミングを制御するようにしてもよい。
さらに、検知センサー95又はタイマーによる自動制御の他に、音声放射できるマニュアル放射スイッチ等の制御方法を生物排除装置1に備えるようにしてもよい。
<音声による排除>
ここで、音声を用いて排除対象生物としてのカラスを排除する場合について説明する。
音声コミュニケーションを用いている動物や集団行動をする動物の場合には、仲間を誘導するための音声コミュニケーションを利用していることが知られている。
カラスは、発達した脳と発声器官を有しており、複数の鳴き声を利用し、仲間同士で高等な音声コミュニケーションを行うことが知られている。
なお、以下の説明において、上記内容を表すために、「異常時音声」と称するものとする。また、「異常時音声」以外の時を「平常時音声」と称するものとする。
カラスが発生する「平常時音声」の周波数特性は、800Hz〜4kHz±1kHzにおける帯域の変化が大きく、発生時間が平均で0.3秒〜0.5秒±0.2秒となっていることがわかった。
「平常時音声」の発生時においては、平常時音声の周波数帯域の音圧レベルの強弱は、略同時に変化しており、周波数帯域に対する時間変化の重み付けは見られない(図2に示す(1a)、(1b)、(1c)参照)。
帯域(2b)は、800Hz〜2kHzの中周波数帯域である。
帯域(2c)は、2kHz〜4kHz±1kHzの高周波数帯域である。
これらから、帯域(2a)〜帯域(2c)の順に音圧レベルの変動があり、図3中の最大音圧レベルの0dBから−30dB前後まで順に変化する特性傾向を有することがわかった。つまり、「異常時音声」においては、時間変化に重み付けがされているということがわかる。
帯域(3b)は、800Hz〜2kHzの中周波数帯域で、1.2kHz+500Hz(−100Hz)前後を変化させる。
帯域(3c)は、2kHz〜4kHz±1kHzの高周波数帯域で、4kHz+1000Hz(−500Hz)前後を変化させる。
そして、この順に、最大音圧レベルを最大30dB以内までで変化させ、発音時間を均等配分とすることで、「擬似音声」を創生している。
図6に示す「B」は、過渡信号12dを放出した時の周波数特性を示している
図6に示す「C」は、擬似信号12bを放出した時の周波数特性を示している。
図6に示す「D」は、過渡信号12dを放出した時の周波数特性を示している。
図6に示す「E」は、人間音声信号12eを放出した時の周波数特性を示している。
図6に示す「F」は、原音声信号12aを放出した時の周波数特性を示している。
「B」及び「D」に示す過渡信号12dは、インパルス的な時間変化を行う「音=音響特性」であり、発生時間を0.05秒以下の非常に短い時間とした音声信号であり、カラスの排除に寄与する。
「E」に示す人間音声信号12eは、男性が発生する音声であり、語尾含めて0.5秒にしており、「異常時音声」と同様にカラスの排除に寄与する。
また、自然界におけるカラスの音声(鳴き声)の音圧レベルは、たとえば、カラスと計測器の距離が10mであった場合でも70dB〜80dBを有しており、非常に高い音圧レベルを有している。
再生手段40で放射できる音圧レベルは、近接での測定時において最低でも124dB以上とする。
よって、線形的に空間伝搬する音響信号とは異なって、線形的な音圧レベルの減衰特性を得られず、音圧レベル減衰がほとんど行われずに、且つ、空気圧の影響を受けずに、空間上を超音波信号が直線的に伝搬することができるようになる。
この結果、空間を伝搬する途中では、音は何も聞こえない。
そして、駆除/排除信号20の停止時間は、3秒〜5秒としている。
連続的に駆除/排除信号20を放射することは、音への慣れ対策として行わない。
その他、排除に必要な音声処理を変更可能としておき、定期的又は不定期的に音声を交換できるようにしておくとよい。
なお、音声を、たとえば各種メモリーカードを利用して交換したり、有線通信又は無線通信を利用して交換したり、直接入力して交換したりすることができるようにしておくとよい。
排除対象生物の排除を更に効果的に実行する手段について説明する。上述したように、生物排除装置1では、ランダムに選択された駆除/排除信号20により、排除対象生物の排除を効果的に実行可能になっているが、排除対象生物の排除を更に効果的に実行する手段について説明する。ここでは、非定常的(ランダム)な発光を用いて排除対象生物としてのカラスを排除する場合について説明する。
そこで、生物排除装置1では、カラスの視覚的な特徴を利用して、昼夜を問わず、不定期、不連続による発光をカラスに付与することを可能にしている。
カラス以外の他の鳥獣に対しては、白色や赤色のLEDを発光手段70の発光源として用いるとよい。また、発光周波数を可変できるLEDを用いることで、多数の害鳥獣に対応することが可能となる。
光を利用することで、音声によるコミュニケーションに劣る排除対象生物、たとえばハトやリスなどにも効果的に作用することになる。
発光としては、単発発光、連続発光があり、発光時間としては、所定の発光時間B1、D1、F1があり、付与時間としては、所定の時間間隔A1、C1、E1がある。
そして、所定の時間間隔A1が過ぎると、生物排除装置1は、発光手段70を用いて所定の発光時間B1で単発発光させる。
その後、生物排除装置1は、所定の時間間隔C1の間、発光手段70から何も発光させない。
所定の時間間隔C1が過ぎると、生物排除装置1は、発光手段70を用いて所定の発光時間D1、所定の発光時間F1を所定の時間間隔E1を空けて連続発光させる。
なお、図7に示した所定の発光時間B1、D1、F1、及び、所定の時間間隔A1、C1、E1は、任意なものであり、適宜決定すればよい。また、これらを繰り返してもよいが、単純な繰り返しは「慣れ」等を発生させることに繋がるため避けた方が好ましい。
図8は、生物排除装置1が付与する音声及び発光のタイミングの一例を説明するための説明図である。図8に基づいて、生物排除装置1から付与する音声及び発光のタイミングの一例を説明する。
また、振幅変調は簡単な回路構成でできるので、安価に回路が成形できると共に、屋外等に設置した場合には、デジタル回路の場合に必要な外来ノイズの強力な対策構造や回路構成、回路に見られる複雑な回路設定等も必要ない。そこで、生物排除装置1では、デジタル処理を必要としない構成を採用し、回路に対するコストメリットも大きいという特徴を持っている。
しかしながら、公知である一般的なパラメトリックスピーカーは、目的とする場所に対してのみ「音響信号」を提供するものであり、パラメトリック方式としては、非常に指向性が狭いという特性がある。また、パラメトリックスピーカーのための素子の構造が専用でないために、高い音圧レベルで音放射を行うための振動板等の振幅を作れないなどの短所を有している。そのため、従来は目的とする場所にだけ音の提供を人間が聞こえる程度の音圧レベルで提供する程度のものであった。
この場合に、指向性がある程度広げられる中低域用の一般的なスピーカーでの音放射が有利であるが、カラスの発音の音圧レベルと同等以上の音圧レベルを広い範囲で放射すると、当然、人間にも付与されるので、先述の通り、「騒音」として人間に不快を与えてしまうことになる。
そこで、生物排除装置1では、音声搬送を行えるユニット(再生手段40)を複数近接配置することで、直線的な指向性を有する広い指向性を持つ音声搬送装置を構成することを可能としている。
このようにすれば、離れたところに対して、広い範囲で目的の音声を送ることができるようになっているので、カラス以外の周辺の住宅街等の住民(人間)に対して音(音声)が付与されることがなく、騒音問題は発生しない。
また、複数の再生手段40を備えることにすれば、高い音圧レベルの確保をより確実にすることができる。
よって、排除対象生物以外に、排除に必要な音響信号(音声)を付与することがないために、排除対象生物が飛来する建物周囲の一般施設などには、騒音等の影響を与える事がない。
また、超音波によって必要な音声等の周波数を搬送しているために、超音波以外の周波数を再生させるための、たとえば高性能なスピーカー装置を用いる必要はなく、安価に装置の構成を行うことができる。
そのため、生物排除装置1に発光手段70を用いれば、音声による排除効果に加え、発光による排除効果を奏することが可能になる。
また、生物排除装置1によれば、超音波搬送による音声伝搬を利用するために、排除対象生物に対してのみに直接付与することができる。そのため、排除対象生物以外に、排除に必要な音響信号(音声)を付与することがなく、排除対象生物が飛来する建物周囲の一般施設などには、騒音等の影響を与えることがない。
図9は、生物排除装置1が付与する音声及び圧力のタイミングの一例を説明するための説明図である。図9に基づいて、生物排除装置1からカラスに向けて付与する音声及び圧力について説明する。
そのため、生物排除装置1によれば、音声による排除効果に加え、圧力による排除効果を奏することになる。
図10は、生物排除装置1が付与する音声、発光及び圧力のタイミングの一例を説明するための説明図である。図10に基づいて、生物排除装置1からカラスに向けて付与する音声、発光及び圧力について説明する。
そのため、生物排除装置1よれば、音声による排除効果に加え、発光及び圧力による排除効果を奏することになる。
図11は、生物排除装置1の再生手段40を構成している超音波発振子41の単体構造の一例の概要を示す概略図である。図12は、生物排除装置1の再生手段40の全体的な構成の一例の概要を示している。
図11及び図12では、たとえば40kHzの単一周波数で共振する圧電素子による超音波発振子41で構成した再生手段40の構成例を示しており、複数個の超音波発振子41で一つの放射器帯50を構成している。
すなわち、再生手段40は、超音波発振子41一つ当たりの振動板(たとえばPZT部61)の直径の2倍までとした間隔で、放射器帯50を2ブロック以上配置する構造としている。
こうすることにより、超音波の指向性を広げることができ、且つ、排除に必要な音圧レベルを確保できる。
隣り合う放射器帯50のいわゆる横方向の間隔を、放射器間隔xと定義する。横方向に並んだ放射器帯50Aと放射器帯50Bとでみると、近接している超音波発振子41の中心同士を結んだ直線が放射器間隔xとなる。
隣り合う放射器帯50のいわゆる縦方向の間隔を、放射器間隔yと定義する。縦方向に並んだ放射器帯50Aと放射器帯50Dとでみると、近接している超音波発振子41の中心同士を結んだ直線が放射器間隔yとなる。
なお、横方向及び縦方向とは、便宜的に使用しているだけであり、再生手段40の設置状況により、方向は変化する。
このとき、一つ当たりの放射器帯50の指向性は、放射器帯50の一つ当たりの縦幅及び横幅に相当する幅での指向性を保つことになる。
よって、一つ当たりの放射器帯50からは、直線的に音放射が行われることになる。
つまり、振動板の直径が10mmとしたら、放射器間隔x及び放射器間隔yは20mm以内とする。
この間隔を保つことで、以下の図13に示す指向特性の確保ができるということが、実機による実験的検証(音響特性分析)で確認できている。
そこで、超音波発振子41の数を増やし集合体として放射器帯50を構成することで、一つ当たりの放射器帯50から放射できる音圧レベルが近接で90dB以上(入力電圧15Vとして)となる。
つまり、生物排除装置1によれば、再生手段40から、90dB以上の音圧レベルを放射できることになる。
なお、超音波発振子41の個数を14個に限定するものではなく、14個以上でもそれ以下でもよい。つまり、超音波発振子41の個数は、排除対象となる排除対象生物に付与すべき必要な音圧レベルの確保を目的として、調整することが可能になっている。
つまり、超音波スピーカーから放射される音声は、直線的に進行することになり、限られた範囲にしか到達しない。よって、排除対象生物に到達する場合は排除対象生物の排除が効果的に実行できるものの、電線等に止まる鳥類のような排除対象生物に対しては、音声が到達した場所では効果的に排除できるが、音声が到達しない場所では効果的な排除ができない。
広い指向性を得るために、生物排除装置1では、それぞれの放射器帯50からの指向性の幅が放射先で広い指向性になっていることを測定しながら、放射器帯50のそれぞれの位置関係を決定させている。
たとえば、カラスが電柱上で叫んでいた場合に、10m離れた位置でその鳴き声の音圧レベルを測定すると、瞬間的に最大80dBとなることがある。
よって、排除対象生物であるカラスと生物排除装置1との距離が10mあるとすると、カラスの鳴き声と同等以上の音圧レベルをカラスに付与しなければならない。
そのため、たとえば80dB以上の音圧レベルの音声を放射させることを目的として、生物排除装置1では、図11及び図12に示したように6個の放射器帯50で再生手段40構成し、目的の音圧レベルを確保している。
そのため、図14に示すように、1つの放射器帯500では、音声の暴露範囲が狭く、排除効果があまり得られない。
それに対し、生物排除装置1の再生手段40では、複数の放射器帯50を横方向に放射器間隔xで並べたことで図13に示すように放射器全体幅Xに沿った指向特性を放射器帯50の正面方向に形成できるということが測定できた。
なお、図13では、横方向の放射器全体幅Xについて図示しているが、図13に示した内容は縦方向の放射器全体幅Yについても同様である。
放射器帯50を複数個で用いた場合は、放射器帯50の保有数が増える毎に、トータルの音圧レベルを増加することができ、排除対象生物が離れたところにいる場合は放射器帯50の個数を変化させて組み合わせることで、目的とする音圧レベルを調整できるようになっている。
いずれの場合であっても、放射器間隔x及び放射器間隔yは、超音波発振子41の振動板(たとえばPZT部61)の直径の2倍までの範囲で決定する。
すなわち、排除対象生物自身の直近の場所に、天敵がいるような、又は近くで忌避音を発している個体がいるような錯覚を起こさせることができ、排除対象生物にパニック状態を引き起こさせる事ができる。
複数個の超音波発振子41が最終のアンプ35に結線されるときには、アンプ35の入力インピーダンスに対応する結線が、出力=音圧レベルを十分に得るために必要になる。
そこで、複数個の超音波発振子41を直列+並列の組み合せ複合結線とすることで、低インピーダンス化を図ることができるものとする。
図17〜図20は、実施の形態2に係る生物排除装置の設置例を説明するための説明図である。図17〜図20に基づいて、実施の形態1に係る生物排除装置1の具体的な設置例である実施の形態2について説明する。なお、図17〜図20では、生物排除装置1から放射する駆除/排除信号20の放射エリアを破線で図示している。
電力搬送等を行う鉄塔や電柱が存在している場所では、鉄塔や電柱そのものや、それらに架線されている電力線そのものに排除対象生物Zが止まる場合がある。鉄塔や電柱に対しては、排除対象生物Zの繁殖期に至ると、巣が作られて、しばしばショート等による停電問題も発生する。
生物排除装置1を設置する場合、図17に示すように、排除対象生物Zが止まると想定される場所に向けて「音声」などを付与できるように設置する。
なお、光や圧力は、音声によるコミュニケーションに劣る排除対象生物、たとえば、ハトやリスなどにも効果的に働く。
図18に示すように、電柱150に架線されている電力線151に排除対象生物Zが止まる場合がある。
生物排除装置1を設置する場合、図18に示すように、排除対象生物Zが止まると想定される場所に向けて「音声」などを付与できるように設置する。
なお、光や圧力は、音声によるコミュニケーションに劣る排除対象生物、たとえば、ハトやリスなどにも効果的に働く。
牛舎や屋外家屋、倉庫、駅、寺、神社等の建物160の内部などでは、人間から離れたところに排除対象生物Zが集まることが想定される。あるいは、建物160の屋根近傍の隙間に排除対象生物Zが集まることも想定される。
また、駅構内のホームなどでは、上から落ちる糞などから鉄道利用者を守るために排除対象生物Zの排除を目的としたネットなどを用いることがあるが、上部の配線等のメンテ対応などの観点から、ネットが全てに行き渡ることはない。
生物排除装置1を設置する場合、図19に示すように、排除対象生物Zが止まると想定される場所に向けて「音声」などを付与できるように設置する。
なお、光や圧力は、音声によるコミュニケーションに劣る排除対象生物、たとえば、ハトやリスなどにも効果的に働く。
航空機180においては、航空機180に鳥などの排除対象生物Zが衝突するバードストライクという問題がある。
さらに、付与開始時刻、付与終了時刻、または付与時間間隔を予め定めておき、時間によって付与タイミングを制御するようにしてもよい。
Claims (10)
- 排除対象生物を排除する生物排除装置であって、
音放射が可能な再生手段と、
前記排除対象生物が異常時に発生する原音声を用いて創生した擬似音声を超音波信号に重畳して、前記排除対象生物が発する音声の音圧レベルと同等又は同等以上の音圧レベルとして前記再生手段から放射させる制御部と、を備え、
前記再生手段は、
複数個の超音波発振子を組み合わせて構成された放射器帯を、前記超音波発振子の一部を構成している振動板の直径で決定する間隔で複数個並べて構成している
生物排除装置。 - 前記間隔は、
前記振動板の直径の2倍までの長さである
請求項1に記載の生物排除装置。 - 前記再生手段は、
前記放射器帯を、前記超音波発振子を平面的に多角形状あるいは円形状に配置して構成している
請求項1又は2に記載の生物排除装置。 - 前記制御部は、
前記原音声による音声信号、
前記擬似音声による音声信号、
過渡的な衝撃音又は爆発音の音声信号、
及び、
人間が発する音声による音声信号が
ランダムに選択されて出力される
請求項1〜3のいずれか一項に記載の生物排除装置。 - 前記排除対象生物に対して付与する光を発光する発光手段を更に備えた
請求項1〜4のいずれか一項に記載の生物排除装置。 - 前記排除対象生物に対して付与する圧力を付与可能な圧力付与手段を更に備えた
請求項1〜5のいずれか一項に記載の生物排除装置。 - 電柱又は鉄塔に設置した
請求項1〜6のいずれか一項に記載の生物排除装置。 - 電柱又は鉄塔を架線している電力線に設置した
請求項1〜6のいずれか一項に記載の生物排除装置。 - 建物に設置した
請求項1〜6のいずれか一項に記載の生物排除装置。 - 航空機及び滑走路の少なくとも一方に設置した
請求項1〜6のいずれか一項に記載の生物排除装置。
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