JP2019047414A - 超音波出力装置、および発音制御方法 - Google Patents

超音波出力装置、および発音制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】超音波を出力するように構成された複数の超音波出力部を備える超音波出力装置簡素な構成で、音が聞こえる範囲を変更できるようにする。【解決手段】本開示の超音波出力装置1において、複数の超音波スピーカ22A,22Bは、超音波を同方向に出力するように構成される。処理部10は、S140,S150,S160で、要求される音波の到達距離に応じた信号を表す距離信号を取得し、該距離信号が示す到達距離が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカ22A,22Bが多くなるように、複数の超音波スピーカ22A,22Bのうちの発音させる超音波スピーカ22A,22Bを表す少なくとも1つの発音スピーカを設定するように構成される。処理部10は、S150,S160で、少なくとも1つの発音スピーカに対して、該発音スピーカに超音波を出力させるための音波信号を提供するように構成される。【選択図】図5

Description

本開示は、超音波を出力するように構成された複数の超音波出力部を備える超音波出力装置、および超音波出力部の発音制御方法に関する。
下記の引用文献1には、複数の超音波出力部として、車両に搭載された複数の超音波スピーカを、異なる方向に超音波を出力できるように配置し、車両の車速や舵角に応じて超音波スピーカの向きを変えることで音が聞こえる範囲を変更する技術が提案されている。
特開2011−162073号公報
一般的に、音を出力する技術では、音が聞こえる距離を変更する際に、例えばスピーカからの出力を変更することが考えられるが、スピーカからの出力を変更する構成では不要な範囲にまで音が拡散して煩わしいという問題がある。特許文献1の技術では、超音波スピーカの向きを変える機構を備えるので、音の放射方向を変更でき、上記の問題は概ね解決できるが、超音波スピーカの向きを変える機構の構成が煩雑であるという問題があった。
本開示は、超音波を出力するように構成された複数の超音波出力部を備える超音波出力装置簡素な構成で、音が聞こえる範囲を変更できるようにする技術を提供する。
本開示の超音波出力装置(1,2)は、複数の超音波スピーカ(22A,22B)と、発音設定部(17:S140、S150、S160)と、信号提供部(18:S150、S160)と、を備える。
複数の超音波スピーカは、超音波を同方向に出力するように構成される。発音設定部は、要求される音波の到達距離に応じた信号を表す距離信号を取得し、該距離信号が示す到達距離が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカが多くなるように、複数の超音波スピーカのうちの発音させる超音波スピーカを表す少なくとも1つの発音スピーカを設定するように構成される。信号提供部は、少なくとも1つの発音スピーカに対して、該発音スピーカに超音波を出力させるための音波信号を提供するように構成される。
ここで、複数の超音波スピーカを備える構成では、それぞれの超音波スピーカから出力された音波が重ね合わせによって増幅され、音波が重ね合された領域では音圧が上昇する。音波が重ね合された領域では、音波はより遠くまで聞こえ、また、音波が重ね合せられる数が多いほど、音波はより遠くまで聞こえる。
発音スピーカの数が少ない場合には、音波が重ね合せられる数が少ないため、音波の到達距離は比較的短くなる。一方で、発音スピーカの数が多い場合には、音波が重ね合せられる数が多いため、音波の到達距離は比較的長くなる。
ただし、発音スピーカの数が少ない場合であっても発音スピーカの数が多い場合であっても、音の広がり方はほとんど変化しない。音波の照射方向の中心を音軸とすると、音軸付近では発音スピーカからの音波が多く重ね合せられるが、音軸から離れる領域では、ほとんど音波が重ね合せられないからである。なお、上記作用の詳細は実施形態の説明で述べる。
このような超音波出力装置によれば、発音スピーカの数を変更する簡素な構成で、音が聞こえる範囲、少なくとも音波の到達距離を変更することができる。
なお、この欄および特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
超音波出力装置の構成を示すブロック図である。 実施形態において超音波スピーカの配置例を示す正面図である。 超音波スピーカの出力特性を示す平面図である。 音波の重ね合せを示す平面図である。 作動判定処理のフローチャートである。 他の実施形態において超音波スピーカの配置例を示す正面図である。
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
[1.第1実施形態]
[1−1.処理部以外の構成]
図1に示す超音波出力装置1は、例えば乗用車等の車両に搭載され、対象領域内に位置する対象者に対して、車両の接近を示す警報音を出力する装置である。ここで、対象者とは、通知の対象となる人物を表す。例えば、対象者には、一般的な歩行者、視覚障碍者等が該当する。
超音波出力装置1は、図1に示すように、処理部10と、複数の超音波出力部20A,20Bと、物体検知部31と、車速検知部32と、を備える。
物体検知部31は、周知のレーダやカメラ等として構成され、対象者、他車両等のターゲットについての測距点や撮像画像等の情報を、検知や撮像によって取得し、取得した情報を処理部10に送る。
車速検知部32は、超音波出力装置1が搭載された車両の車速Vを検知し、この車速Vの情報を処理部10に送る。
それぞれの超音波出力部20A,20Bは、1または複数の超音波アンプ21A,21Bと、複数の超音波スピーカ22A,22Bとを備える。
超音波アンプ21A,21Bは、処理部10にて生成された信号の波形を予め設定された増幅率となるように増幅して、超音波スピーカ22A,22Bから出力する。なお、超音波アンプ21A,21Bは、図1に示すように、複数の超音波スピーカ22A,22Bに対して設けられていればよいが、個々の超音波スピーカ22A,22B毎に設けられてもよい。
超音波スピーカ22A,22Bは、人間の可聴帯域よりも高い周波数(例えば20kHz以上)の空気振動を発生させる超音波発生器であり、例えば、超音波再生に適した圧電スピーカとして構成されている。圧電スピーカには、セラミックスピーカ、ピエゾスピーカ等が含まれる。
超音波スピーカ22A,22Bは、図2に示すように、複数の超音波スピーカ22A,22Bを縦横に並べたアレイ配置として構成したスピーカ群1Aを構成する。スピーカ群1Aにおいて、超音波スピーカ22A,22Bは、互いに隣接して配置され、超音波を同方向に出力するように、音波の出力面が同一平面上に位置するとともに同方向に向けて構成される。
図2に示す例においてスピーカ群1Aは、縦3個、横4個の12個の超音波スピーカ22A,22Bによるアレイとして構成される。スピーカ群1Aを構成する超音波スピーカ22A,22Bのうち、左上の縦2個、横3個の6個については、超音波アンプ21Aが発音させる超音波スピーカ22Aとされ、残りの6個については、超音波アンプ21Bが発音させる超音波スピーカ22Bとされる。
このような超音波スピーカ22A,22Bは、図3に示すように、車両100の進行方向側の面として、例えば車両100の前面に配置され、車両100の進行方向として、例えば前方に向けて音波を出力する。
本実施形態のスピーカ群1Aでは、図3に示すような特性が得られた。図3では、超音波スピーカ22Aのみの6個だけ発音させたとき、超音波スピーカ22Aおよび22Bの12個を発音させたとき、のそれぞれにおいて、音波の強度がある基準値となる位置をプロットしている。
ただし、図3のプロットは、超音波スピーカ22A,22Bを、いずれも同じ位相の音を同じ大きさの出力で発音させた結果である。また、基準値としては、超音波スピーカ22Aおよび22Bの計算上の出力に対して−6dBとなる値を採用している。
図3からは、超音波スピーカ22A,22Bを6個だけ発音させても、12個を発音させても、車両の左右方向における音波が聞こえる範囲は、変化が少ないことが分かる。一方で、車両の前方向には、超音波スピーカ22A,22Bを6個だけ発音させたときよりも、12個を発音させたときのほうが、より遠くに音波が到達することが分かる。
すなわち、本実施形態の構成では、発音させるスピーカの数を変化させたときに、車両の左右方向に音波が広がることを抑制しつつ、車両の前方向にだけ音波を到達させる距離を変化させるという作用を奏する。
ここで、本実施形態の構成で上記の作用が得られる理由を、図4を用いて説明する。図4では、超音波スピーカ22A,22Bを水平方向に5つ並べたモデルを示し、このうちの中央3個を超音波スピーカ22Aとし、両端の1つずつを超音波スピーカ22Bとする。
このように複数の超音波スピーカ22A,22Bを備える構成では、それぞれの超音波スピーカ22A,22Bから出力された音波が重ね合わせによって増幅され、音波が重ね合された領域では音圧が上昇する。音波が重ね合された領域では、音波はより大きな音として聞こえ、また、音波が重ね合せられる数が多いほど、音波はより遠くまで聞こえる。
超音波スピーカ22A,22Bの数が少ない場合、すなわち、超音波スピーカ22Aのみを発音させる場合には、音波が重ね合せられる数が少ないため、音波の到達距離は比較的短くなる。具体的には、超音波スピーカ22Aのみを発音させる場合には、図4の領域51で重ね合わせによって音波が増幅され、音圧が大きくなる。
次に、超音波スピーカ22A,22Bの数が多い場合、すなわち、超音波スピーカ22A,22Bを発音させる場合には、音波が重ね合せられる数が多いため、音波の到達距離は比較的長くなる。具体的には、超音波スピーカ22A,22Bを発音させる場合には、図4の領域51および領域52で重ね合わせによって音波が増幅され、音圧が大きくなる。
ただし、超音波スピーカ22A,22Bの数が少ない場合であっても超音波スピーカ22A,22Bの数が多い場合であっても、音の広がり方はほとんど変化しない。超音波スピーカ22A,22Bからの音波の照射方向、つまり車両の前方向の中心を音軸とすると、音軸付近では超音波スピーカ22A,22Bからの音波が多く重ね合せられるが、音軸から離れる領域では、ほとんど音波が重ね合せられないからである。図4によれば、車両の前方向において音波が重ねられた領域52が大きく広がっているのに対して、車両の左右方向には、超音波スピーカ22Bの幅程度しか領域52が広がっていないことが分かる。
[1−2.処理部の構成]
超音波出力装置1は、上記のようなスピーカ群1Aによる音波の広がり方の特性を利用して、下記の構成によって車両の走行状態に応じて音波の到達距離を変更する構成を実現する。
超音波出力装置1の処理部10は、CPU11と、RAM、ROM、フラッシュメモリ等の半導体メモリ(以下、メモリ12)と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。処理部10の各種機能は、CPU11が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ12が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。
また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、非遷移的実体的記録媒体とは、記録媒体のうちの電磁波を除く意味である。また、処理部10を構成するマイクロコンピュータの数は1つでも複数でもよい。
超音波出力装置1の処理部10は、CPU11がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、ターゲット認識部16と、作動判定部17と、信号生成部18と、を備える。
処理部10を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。
超音波出力装置1の処理部10において、ターゲット認識部16の機能では、物体検知部31にて得られた情報に基づいて、ターゲットの位置と種別とを認識する。なお、この処理では、複数の測距点から物体の種別を特定する技術や、撮像画像から撮像画像中の物体の種別を特定する技術等、周知の技術を用いることができる。
作動判定部17の機能では、後述する波動判定処理を実施することによって、発音させる超音波スピーカ22A,22Bを設定し、発音させる。
信号生成部18の機能では、超音波をより低い周波数に変調することによってパターン音を生成し、指向性を有する音として出力する。信号生成部18の機能が指向性を有する音を生成するのは、音波が届く範囲を対象者にとって危険となる領域に限定し、危険とならない領域に音波が広がりにくくするためである。つまり、音軸に近づくと急激に音圧が上がる特性を有する音で音波が届く範囲を生成する。
具体的には、信号生成部18の機能では、所定の周波数(例えば40kHz)を有する振幅一定の超音波の波形を振幅変調し、この波形を所定の警報音を示す信号パターンに成形することによって、警報音を示す波形を生成する。なお、この波形を生成するためには、振幅一定の超音波の波形を目標とする周波数に振幅変調した後、警報音を示す信号パターンと一致するよう出力レベルを変更するとよい。
[1−3.処理]
次に、処理部10が実行する作動判定処理について、図5のフローチャートを用いて説明する。まず、S110で、処理部10は、センサデータを取得する。センサデータには、物体検知部31、および車速検知部32にて得られた情報が含まれる。
続いて、S120で、処理部10は、ターゲットの種別を認識する。この処理は、前述のターゲット認識部16の機能を用いて実施される。具体的には、ターゲットが、歩行者、自転車、他車両等であることを識別する。
続いて、S130で、処理部10は、歩行者を検知したか否かを判定する。処理部10は、S130で歩行者を検知していないと判定した場合には、図5の作動判定処理を終了する。
一方、処理部10は、S130で歩行者を検知したと判定した場合には、S140へ移行し、車速検知部32から得られた車速Vが閾値Vth以上であるか否かを判定する。ここで、車速Vは、要求される音波の到達距離に応じた信号を表す距離信号に該当する。すなわち、車速Vが大きくなるにつれて、制動距離が伸び、車両が警報を行う範囲をより車両の前方に広くする必要が生じるため、車速Vは要求される音波の到達距離を示すと言える。
処理部10は、S140で車速Vが閾値Vth以上であると判定した場合には、S150へ移行し、スピーカ吹鳴数を「多」に設定する。すなわち、超音波スピーカ22Aのみでなく、超音波スピーカ22A,22Bを発音させる。この結果、音波の到達距離をより遠くに設定できる。
この際、上記図3に示すように、車両が警報を行う範囲を車両の左右方向に広がらないようにすることができる。車速Vが大きくなったときに、車両が警報を行う範囲を車両の左右方向に広がらないようにするのは、車速Vが大きくなるにつれて車両が急旋回することが難しくなるため、車両が警報を行う範囲を車両の左右方向に広げる必要がないからである。
一方、処理部10は、S140で車速Vが閾値Vth未満であると判定した場合には、S160へ移行し、スピーカ吹鳴数を「少」に設定する。すなわち、超音波スピーカ22Aのみを発音させる。このように設定するのは、車速Vが小さいときには、制動距離が短いため、車両が警報を行う範囲を狭く設定することが好ましいからである。
このように、処理部10は、S150またはS160で、設定したスピーカを吹鳴した後、図4の作動判定処理を終了する。
[1−4.効果]
以上詳述した第1実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1a)本開示の超音波出力装置1は、複数の超音波スピーカ22A,22Bと、処理部10と、を備える。複数の超音波スピーカ22A,22Bは、超音波を同方向に出力するように構成される。処理部10は、要求される音波の到達距離に応じた信号を表す距離信号、或いは単に車速を取得し、該距離信号が示す到達距離、或いは車速が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカ22A,22Bが多くなるように、複数の超音波スピーカ22A,22Bのうちの発音させる超音波スピーカ22A,22Bを表す少なくとも1つの発音スピーカを設定するように構成される。発音スピーカは、距離信号或いは車速に応じて、超音波スピーカ22Aのみ、或いは、超音波スピーカ22A,22Bの両方に設定される。処理部10は、少なくとも1つの発音スピーカに対して、該発音スピーカに超音波を出力させるための音波信号を提供するように構成される。
このような超音波出力装置1によれば、発音スピーカの数を変更する簡素な構成で、音が聞こえる範囲、少なくとも音波の到達距離を変更することができる。また、音が聞こえる方向が広がることを抑制しつつ、音波の到達距離を変更することができる。すなわち、指向性がより鋭くなるように、指向性を変更することができる。
(1b)上記の超音波出力装置1において処理部10は、超音波出力装置1を搭載する車両を搭載車両として、該搭載車両の走行速度を取得するように構成され、距離信号として走行速度を用いて、走行速度が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカ22A,22Bが多くなるように、発音スピーカを設定するように構成される。
このような超音波出力装置1によれば、搭載車両の走行速度が大きくなるにつれて超音波スピーカ22A,22Bを多くするので、搭載車両の走行速度が大きくなるにつれて、より遠くまで音波が到達するように構成することができる。この際、車両の進行方向、すなわち、音軸の方向にだけ音波が到達するように構成でき、音が音軸から離れた方向に広がることを抑制できるので、車両の進行方向外に音が漏れることを抑制することができる。
(1c)上記の超音波出力装置1において、複数の超音波スピーカ22A,22Bは、互いに隣接して配置されて構成される。
このような超音波出力装置1によれば、隣接して配置した超音波スピーカ22A,22Bの間隔を適宜設定することで、音の重なり方を変化させることができるので、指向性を調整することができる。
[2.他の実施形態]
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(2a)上記実施形態のように、超音波スピーカ22A,22Bの配置は任意であるが、例えば、図6に示すスピーカ群1Bのように、中心となる超音波スピーカ22Aを取り囲むように他の超音波スピーカ22A,22Bを配置してもよい。この場合、音波の到達距離を短く設定する際に発音させる超音波スピーカ22Aを、より中心に配置し、これらの超音波スピーカ22Aを取り囲むように超音波スピーカ22Bを配置してもよい。
このようなスピーカ群1Bによれば、音波の到達距離を短く設定する際に発音させる超音波スピーカ22Aの全てが周囲を他の超音波スピーカ22A,22Bで囲まれるように配置するので、超音波スピーカ22Aをより均等に振動させることができる。また、この構成によれば、超音波スピーカ22A,22B間の隙間を最小化できるので、スピーカ群1Bを小型化することができる。
(2b)上記実施形態では、処理部10は、要求される音波の到達距離に応じた信号として車速Vを取得したが、例えば、周囲の照度、天候等の見通しの良し悪しに関する信号を、要求される音波の到達距離に応じた信号として取得してもよい。また、要求される音波の到達距離を示す信号を取得してもよい。
(2c)上記実施形態では、処理部10は、要求される音波の到達距離を2段階で変更する構成について述べたが、要求される音波の到達距離を3段階以上で変更する構成であってもよい。
(2d)上記実施形態における1つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、1つの構成要素が有する1つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、1つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される1つの機能を、1つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(2e)上述した超音波出力装置1の他、当該超音波出力装置1を構成要素とするシステム、当該超音波出力装置1としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、超音波出力方法、発音制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
[3.実施形態の構成と本開示の構成との対応関係]
上記実施形態での超音波スピーカ22A,22Bは、本開示での発音スピーカに相当する。また、上記実施形態において処理部10が実行する処理のうちのS110の処理は、本開示での速度取得部に相当し、上記実施形態でのS140、S150、S160の処理は、本開示での発音設定部、発音設定工程に相当する。また、上記実施形態でのS150、S160の処理は、本開示での信号提供部、信号提供工程に相当する。
1…超音波出力装置、1A,1B…スピーカ群、10…処理部、11…CPU、12…メモリ、16…ターゲット認識部、17…作動判定部、18…信号生成部、20A,20B…超音波出力部、21A,21B…超音波アンプ、22A,22B…超音波スピーカ、31…物体検知部、32…車速検知部、100…車両。

Claims (6)

  1. 超音波を同方向に出力するように構成された複数の超音波スピーカ(22A,22B)と、
    要求される音波の到達距離に応じた信号を表す距離信号を取得し、該距離信号が示す到達距離が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカが多くなるように、前記複数の超音波スピーカのうちの発音させる超音波スピーカを表す少なくとも1つの発音スピーカ(22A,22B)を設定するように構成された発音設定部(17:S140、S150、S160)と、
    前記少なくとも1つの発音スピーカに対して、該発音スピーカに超音波を出力させるための音波信号を提供するように構成された信号提供部(18:S150、S160)と、
    を備える超音波出力装置(1)。
  2. 請求項1に記載の超音波出力装置であって、
    当該超音波出力装置を搭載する車両を搭載車両として、該搭載車両の走行速度を取得するように構成された速度取得部(17:S110)、
    をさらに備え、
    前記発音設定部は、前記距離信号として前記走行速度を用いて、前記走行速度が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカが多くなるように、前記発音スピーカを設定する
    ように構成された超音波出力装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の超音波出力装置であって、
    前記複数の超音波スピーカは、互いに隣接して配置される
    ように構成された超音波出力装置。
  4. 超音波を同方向に出力するように構成された複数の超音波スピーカ(22A,22B)と、
    前記複数の超音波スピーカが搭載された車両の走行速度を取得するように構成された速度取得部(17:S110)と、
    前記走行速度を用いて、前記走行速度が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカが多くなるように、前記複数の超音波スピーカを制御する発音設定部を
    備える超音波出力装置。
  5. 超音波を同方向に出力するように構成された複数の超音波スピーカ(22A,22B)による発音を制御する制御装置(10)が実行する発音制御方法であって、
    要求される音波の到達距離に応じた信号を表す距離信号を取得し、該距離信号が示す到達距離が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカが多くなるように、前記複数の超音波スピーカのうちの発音させる超音波スピーカを表す少なくとも1つの発音スピーカを設定する発音設定工程(17:S140、S150、S160)と、
    前記少なくとも1つの発音スピーカに対して、該発音スピーカに超音波を出力させるための音波信号を提供する信号提供工程(18:S150、S160)と、
    を実施する発音制御方法。
  6. 車両に搭載され、超音波を同方向に出力するように構成された複数の超音波スピーカ(22A,22B)の制御方法であって、
    前記車両の走行速度を取得し、
    前記走行速度が大きくなるにつれて発音させる超音波スピーカが多くなるように、前記複数の超音波スピーカを制御する
    超音波スピーカの発音制御方法。
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