JP2019068400A - 音声検出システム及びその動作条件の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】音声出力手段から音声が適切に出力されたか否かを比較的確実に検出できる。【解決手段】警報送信装置１０から警報発生装置２０へと電気信号線３１を通じて警報音を示す音声送信信号Ｓｅが送信される。警報発生装置２０のスピーカ２２からは警報音が出力される。出力された警報音は、マイク２３によって取得され、マイク２３から増幅部２４へと音声取得信号が出力される。増幅部２４によって増幅された音声取得信号は、ＥＯ変換部２５によって光信号である検出信号Ｓｏに変換され、光信号線３２を通じて警報送信装置１０へと送信される。警報送信装置１０において、ＯＥ変換部１３によって検出信号Ｓｏから変換された電気信号に基づき、検出部１４が音声の検出結果を出力する。電力抽出部２１は、音声送信信号Ｓｅから電力を抽出し、増幅部２４に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、音声検出システム及びその動作条件の設定方法に関する。

従来、受信した音声信号に対応する音声をスピーカから発生させる装置がある。かかる装置の一例として、特許文献１のように、ダムの下流に設置され、ダムからの水の放流に関する警報を発する放流警報装置を設けることがある。

特開２０１０−１６５２７９号公報

スピーカから適切に音声が発生したか否かを検出するため、特許文献１では、スピーカのインピーダンスが測定される。しかしながら、これだけでは、スピーカ（音声出力手段）から音声が適切に出力されたか否かが確実に検出されるとは限らない。

本発明の目的は、音声出力手段から音声が適切に出力されたか否かを比較的確実に検出できる音声検出システム及びその動作条件の設定方法を提供することにある。

本発明の音声検出システムは、可聴域内である第１の周波数帯域の音を示す電気信号である第１の信号と前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域の音を示す電気信号である第２の信号とを合成することで音声送信信号を生成すると共に、生成した音声送信信号を送信する音声送信手段と、前記音声送信手段から送信された前記音声送信信号に対応する音声を出力する音声出力手段と、前記音声出力手段が出力させた音声を取得すると共に、取得した音声に関する電気信号である音声取得信号を生成する音声取得手段と、前記音声取得手段が生成した前記音声取得信号を処理する信号処理手段と、前記音声送信手段から前記音声出力手段までの前記音声送信信号の伝送経路上に設けられ、前記音声送信信号から前記第２の信号の少なくとも一部を取り出すと共に、取り出した信号から得られる電力を前記信号処理手段における処理用の電力として前記信号処理手段に供給する電力抽出手段と、前記信号処理手段が前記音声取得信号を処理することで生成された信号である処理信号に基づいて前記音声出力手段から音声が適切に出力されたか否かを検出する検出手段と、を備えている。

本発明の音声検出システムによると、音声出力手段が出力させた音声を音声取得手段が取得して生成した音声取得信号に基づいて音声出力手段から音声が適切に出力されたか否かを検出する。したがって、音声出力手段が適切に音声を出力したか否かが比較的確実に検出される。また、信号処理手段が検出手段における検出のために音声取得信号に処理を施す。信号処理手段には音声送信信号から抽出された電力が供給される。つまり、信号処理手段における音声検出のための処理に音声送信信号から抽出された電力が用いられる。このため、音声検出のための電力を外部から供給する必要性が低いシステムが実現する。

さらに、本発明においては、音声送信信号から電力が抽出される際に、可聴域の音声に対応する第１の信号から電力が抽出されるのではなく、第２の信号から電力が抽出される。第１の信号は、可聴域の音声に対応する信号であることから、信号の振幅が音声の内容に応じて時間的に変動する。このため、仮に、第１の信号から抽出された電力が信号処理手段に供給されたとすると、例えば、信号処理に応じた所望の電力が供給されないおそれがある。これに対し、第２の信号は、可聴域内である第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域の音を示す信号である。このため、第２の信号は、可聴域の音声の内容に関わらず、信号の内容を自由に調整することができる。つまり、信号処理に応じた所望の電力が供給できるように信号の内容を任意に調整することが可能である。したがって、第２の信号から電力が抽出される本発明においては、信号処理に応じて所望の電力が適切に供給されやすい。

また、本発明においては、前記電力抽出手段が、前記音声送信信号から前記第２の信号の少なくとも一部を取り出す第１のフィルタ回路と、前記第１のフィルタ回路が取り出した信号を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される電流から高周波成分を取り除く第２のフィルタ回路とを有していてもよい、これによると、第１のフィルタ回路により音声送信信号から取り出された第２の信号が、整流回路によって整流される。さらに、整流回路によって整流された電流から第２のフィルタ回路によって高周波成分（リップル）が取り除かれる。したがって、信号処理手段への電力供給が安定しやすい。

また、本発明においては、前記音声送信手段が、前記音声送信信号を増幅する増幅器を有し、前記第２の周波数帯域が、前記増幅器が増幅可能な周波数帯域内である一方で、前記音声出力手段が出力可能な周波数帯域外であることが好ましい。これによると、第２の周波数帯域が音声送信手段による増幅可能な範囲内であることから、第２の信号に対応する電力供給用の信号成分が適切に増幅されて音声出力手段へと送信される。一方、第２の周波数帯域が音声出力手段の出力可能な範囲外であることから、第２の周波数帯域の音が音声出力手段から発生しない。したがって、仮に、第２の周波数帯域の音が発生した場合に動物等に対する環境被害等が発生するおそれがあったとしても、第２の周波数帯域に対応する音が発生しないので、かかる環境被害等が回避される。

また、本発明においては、前記電力抽出手段が、前記伝送経路に並列に接続されたコンデンサを有し、当該コンデンサを通じて前記音声送信信号から前記第２の信号の少なくとも一部を取り出してもよい。これによると、コンデンサを用いて音声送信信号から適切に電力を抽出できる。

また、本発明においては、前記電力抽出手段が、前記伝送経路に設けられた一次コイルと、前記一次コイルが発生させた磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる二次コイルと、を有し、前記二次コイルが発生させた誘導起電力によって前記音声送信信号から電力を抽出してもよい。これによると、一次コイル及び二次コイルを用いた電磁誘導によって音声送信信号から適切に電力を抽出できる。

また、本発明においては、前記信号処理手段が、前記音声取得手段が生成した前記音声取得信号を増幅してもよい。これによると、音声が適切に出力されたか否かが増幅された音声取得信号に基づいて検出される。このため、検出結果がより適切になる。

また、本発明においては、前記処理信号が、前記信号処理手段から光通信方式による信号伝送を介して前記検出手段に送信されることが好ましい。本発明においては、信号処理手段への供給用の電力が第２の信号から抽出される。仮に、信号処理手段において大きな電力が必要であり、そのために第２の信号の電力を大きく設定する必要があるとすると、信号全体の電力の大きさには限度があることから、第１の信号の電力が十分確保できないおそれがある。これに対し、光通信方式においては、電気通信と比べて信号が減衰しにくい。このため、信号処理手段における信号の増幅度がそれほど大きくなくてよい。つまり、信号処理手段における処理に電力がそれほど必要でない。よって、第２の信号の電力を大きく設定する必要が小さく、したがって第１の信号の電力が十分確保できなくなるおそれも小さくなる。

また、本発明においては、前記音声取得信号が、取得された音声を示すアナログ電気信号であり、前記信号処理手段が、前記アナログ電気信号を前記取得された音声を示すデジタル信号に変換してもよい。これによると、音声取得信号がデジタル信号に変換されるので、音声検出のための各種のデジタル処理を処理信号に施すことが可能となる。

また、本発明においては、複数の前記音声出力手段が設けられており、前記信号処理手段が、前記複数の音声出力手段が出力させた音声を示す電気信号における互いに異なる周波数帯域の成分のそれぞれを取得し、前記検出手段が、前記成分のそれぞれに基づいて前記音声出力手段から適切に音声が出力されたか否かを検出してもよい。これによると、音声が適切に出力されたか否かが音声出力手段ごとに検出される。

また、本発明の別の観点による上記音声検出システムの動作条件の設定方法は、前記音声送信手段から前記音声出力手段までの前記音声送信信号の伝送経路の抵抗値及び前記音声出力手段のインピーダンス値の合計と前記音声出力手段における所望の出力電力値とに少なくとも基づいて、前記音声送信手段が送信する前記音声送信信号の出力電圧値を設定する。これによると、音声出力手段において所望の出力電力を確保できる。

また、本発明においては、前記音声送信手段から前記音声出力手段までの前記音声送信信号の伝送経路に断線が発生しているか否かを検出する断線検出手段をさらに備えていることが好ましい。これによると、断線による感電等のリスクを下げることができる。

本発明の一参考形態である第１の参考形態の概略構成を示す機能ブロック図である。 本発明の別の一参考形態である第２の参考形態の概略構成を示す機能ブロック図である。 第１の参考形態の変形例を示す回路図である。 本発明の一実施形態の概略構成を示す機能ブロック図である。 図４の電力抽出部の一構成例を示す回路図である。 図４の電力抽出部の別の構成例を示す回路図である。

本発明の一参考形態である第１の参考形態に係る放流警報システム１について図１を参照しつつ説明する。放流警報システム１は、河川に設置されたダムから貯留された水が放流される際に、放流による河川の水位の上昇等をダムの下流域に警告するための警報音を発生させるシステムである。放流警報システム１は、ダムの近くに設置された警報送信装置１０（音声送信手段）、ダムから離隔した下流域に設置された警報発生装置２０、警報送信装置１０からの電気信号を警報発生装置２０に伝送する電気信号線３１、及び、警報発生装置２０からの光信号を警報送信装置１０に伝送する光信号線３２を有している。ダムの下流域の複数地点において警報音を発生させる場合には、これらの構成が複数組設けられ、各地点に警報発生装置２０が配置される。電気信号線３１は電気信号を伝送する導体の信号線を含んでいる。光信号線３２は光信号を伝送する光ファイバーケーブルからなる。警報送信装置１０は、警報音に応じた電気信号である音声送信信号Ｓｅを生成し、電気信号線３１を通じて警報発生装置２０へと送信する。警報発生装置２０は、音声送信信号Ｓｅに応じた警報音を発生させる。警報発生装置２０においては、後述の通り、警報音が適切に出力されたか否かを検出するための光信号である検出信号Ｓｏが生成される。光信号線３２は、警報発生装置２０から警報送信装置１０へと検出信号Ｓｏを伝送する。

以下、警報送信装置１０及び警報発生装置２０の構成について詳細に説明する。警報送信装置１０は、図１に示すように、音声信号生成部１１、昇圧部１２、ＯＥ変換部１３及び検出部１４（検出手段）を含んでいる。警報送信装置１０の少なくとも一部は、コンピュータを用いて構築されている。コンピュータには、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）が用いられる。ＰＬＣは、以下に示す音声信号生成部１１及び検出部１４等における各種の機能を実現するようにプログラムされている。

音声信号生成部１１は、警報音を示す音声データに基づいて音声に対応するアナログ電気信号である音声送信信号Ｓｅを生成する。音声信号生成部１１は、音声送信信号Ｓｅを増幅する増幅回路を有しており、この増幅回路によって増幅された音声送信信号Ｓｅを昇圧部１２へと出力する。昇圧部１２は、音声信号生成部１１が生成した音声送信信号Ｓｅをトランスによって所定の電圧まで昇圧する。所定の電圧は、後述のスピーカ２２において所望の出力電力（例えば、定格電力）で音声を発生させることができるように設定されている。その設定方法については後述する。昇圧された音声送信信号Ｓｅは、電気信号線３１を通じて警報発生装置２０へと送信される。ＯＥ変換部１３は、光信号線３２を通じて警報発生装置２０から送信された検出信号Ｓｏを、その検出信号Ｓｏに応じた電気信号に変換する。検出部１４は、ＯＥ変換部１３が生成した電気信号に基づいてスピーカ２２から音声が適切に出力されたか否かを示す検出結果を表示部（発光ダイオード（ＬＥＤ）、ディスプレイ等）に出力させる。例えば、検出部１４は、検出信号Ｓｏが示す音声の振幅が所定の大きさを超えた場合に警報音が適切に出力されたと判定する。そして、警報音が適切に出力されたことを示すＬＥＤ点灯がなされる。あるいは、その判定結果がディスプレイに表示されてもよいし、検出信号Ｓｏが示す音声の波形のグラフがディスプレイに表示されてもよい。または、検出結果を示す音声がスピーカから出力されてもよい。

警報発生装置２０は、電力抽出部２１（電力抽出手段）、スピーカ２２（音声出力手段）、マイク２３（音声取得手段）、増幅部２４（信号処理手段）、ＥＯ変換部２５及び電力供給線２６を有している。電気信号線３１を通じて警報送信装置１０から送信された音声送信信号Ｓｅは、電力抽出部２１を経由してスピーカ２２へと到達する。スピーカ２２は、到達した音声送信信号Ｓｅに応じた警報音Ｐを発生させる。スピーカ２２としては、いわゆるハイインピーダンス仕様のスピーカが用いられている。ハイインピーダンス仕様のスピーカが用いられると、一般に、スピーカへの信号伝送の距離が大きい場合であっても、伝送経路における信号の損失が比較的小さい。このため、伝送経路の途中やスピーカの近くにおいて信号を増幅する必要性が低くなる。本参考形態においては、警報送信装置１０からスピーカ２２までの信号の伝送経路及びスピーカ２２のいずれにおいても、音声送信信号Ｓｅを増幅しない。マイク２３は、スピーカ２２から出力された警報音Ｐを取得できる位置に設置されている。マイク２３は、取得した音声に応じたアナログ電気信号である音声取得信号を生成し、増幅部２４へと出力する。増幅部２４は、マイク２３からの音声取得信号を増幅し、ＥＯ変換部２５へと出力する。ＥＯ変換部２５は、増幅部２４によって増幅された音声取得信号（処理信号）を、その音声取得信号に応じた光信号である検出信号Ｓｏに変換する。ＥＯ変換部２５によって生成された検出信号Ｓｏは、光信号線３２を通じて警報送信装置１０へと送信される。

ところで、警報発生装置２０は河川の流域に設置されるため、人家から離れた場所に設置されることも多い。そのような場所では、既存の給電設備から警報発生装置２０への電力供給が困難となるおそれがある。そこで、本参考形態は、警報音Ｐの検出のための電力を外部電源から供給しなくてもよいように、警報発生装置２０が電力抽出部２１及び電力供給線２６を有している。電力抽出部２１は、電気信号線３１及びスピーカ２２と接続された一次コイルと、電力供給線２６と接続された二次コイルとを有するトランスを含んでいる。一次コイルは、電気信号線３１からの音声送信信号Ｓｅをスピーカ２２へと伝送する配線の途中に挿入されている。この配線を通じて電気信号線３１からスピーカ２２へと音声送信信号Ｓｅが送信されると、配線の途中に設けられた一次コイルに音声送信信号Ｓｅの送信による電流が流れる。一次コイルに電流が流れるとその周囲の磁界が変化し、その磁界中に配置された二次コイルに誘導起電力が発生する。電力抽出部２１は、二次コイルの誘導起電力を電源として、電力供給線２６を通じて増幅部２４へと電力供給する。一次コイル及び二次コイルの巻き数等は、スピーカ２２へと到達した音声送信信号Ｓｅの強度が、スピーカ２２において所望の出力電力で警報音Ｐが発生するのを妨げない大きさになるように調整されている。つまり、電力抽出部２１が音声送信信号Ｓｅから抽出する電力は、スピーカ２２からの警報音Ｐの発生を妨げない程度に抑えられている

以下、警報送信装置１０の昇圧部１２における所定の電圧の設定方法について説明する。上記の通り、スピーカ２２にはハイインピーダンス仕様のものが採用されている。ハイインピーダンス仕様のスピーカには１００Ｖ又は７０Ｖの定電圧で信号伝送することが標準的であり、スピーカのインピーダンスも規格によって決まっている場合が多い。例えば、ハイインピーダンス仕様の定格１００Ｗのスピーカのインピーダンスは１００Ωである。一方、警報送信装置１０がダム近くに設置されるのに対し、警報発生装置２０はダムから遠く離れた場所に設置される。この場合、警報送信装置１０から警報発生装置２０までの伝送経路の抵抗がかなり大きくなる。例えば、電気信号線３１として１００ｍ当たり２Ωの抵抗を有する電線が用いられ、警報送信装置１０から警報発生装置２０までの距離が１０ｋｍであるとする。この場合、電気信号線３１の抵抗は２００Ωとなる。そうすると、ハイインピーダンス仕様の標準的方式に従った信号伝送、例えば、１００Ｖの定電圧による信号伝送の場合、定格１００Ｗ／１００Ωのスピーカでは、１００Ｖ＊１００Ｖ／（２００Ω＋１００Ω）≒３３Ｗまでの出力しか出せないことになる。かかる事情により、従来、ハイインピーダンス仕様が採用されていても、信号増幅による補償等が見込めない場合には、１ｋｍ程度の伝送距離が限度とされている。それを超える距離の伝送の場合には、伝送経路の中途やスピーカにおいて信号の増幅が必要となってくる。

そこで、本参考形態においては、信号伝送の電圧を標準的方式に従った定電圧にするのではなく、伝送経路の抵抗値を考慮しつつ、スピーカ２２における所望の出力電力に応じて設定する。具体的には、上記のように伝送経路の抵抗が２００Ω、定格１００Ｗ／１００Ωのスピーカで所望の出力電力が１００Ｗである場合、昇圧部１２において所定の電圧を１７３Ｖとする。これによると、スピーカ２２の出力電力は、１７３Ｖ＊１７３Ｖ／（２００Ω＋１００Ω）≒１００Ｗとなる。なお、この設定方法は、伝送経路において電気信号線３１以外の回路等のインピーダンスが無視できる場合に適用される。例えば、電力抽出部２１のインピーダンスが電気信号線３１の抵抗及びスピーカ２２のインピーダンスより十分小さく、無視できる場合に適用される。一方、電力抽出部２１等の伝送経路上のその他回路のインピーダンスが無視できない場合には、それらのインピーダンスも含めて上記同様にスピーカ２２の出力電力が所望の値になるように昇圧部１２における所定の電圧が設定されればよい。

以上説明した第１の参考形態によると、警報送信装置１０において、検出信号Ｓｏに基づいて警報音の検出が行われ、その検出結果がディスプレイ等に表示される。よって、スピーカ２２から警報音が適切に出力されたか否かがディスプレイの表示等に基づいて確かめられる。検出信号Ｓｏは、スピーカ２２からの音声を直接マイク２３が取得した結果である音声取得信号に基づいて生成される。したがって、スピーカ２２から適切に音声を出力されたか否かが比較的確実に検出される。

一方、検出信号Ｓｏは、警報発生装置２０において、増幅部２４によって増幅された音声取得信号が光信号に変換されたものである。このため、警報音の検出のためには増幅部２４への電力供給が必要となるが、増幅部２４には、スピーカ２２に送信される音声送信信号Ｓｅ自体から電力抽出部２１によって抽出された電力が供給される。これにより、外部電源から電力が供給されなくても、電力抽出部２１が音声送信信号Ｓｅから抽出する電力によって増幅部２４が適切に音声取得信号を増幅する。このように、音声検出のための電力を外部電源に求める必要がなくなっている。

また、電力抽出部２１が音声送信信号Ｓｅから抽出する電力は、上記の通り、スピーカ２２からの警報音の発生を妨げない程度に抑えられている。増幅部２４に供給される電力が十分でないと、警報送信装置１０へと検出信号Ｓｏを送信するのに必要な増幅度が確保されないおそれがある。これに対し、本参考形態は、光信号である検出信号Ｓｏを警報送信装置１０へと送信する構成を採用している。つまり、増幅部２４によって増幅された音声取得信号は、ＥＯ変換部２５において光信号である検出信号Ｓｏに変換され、その検出信号Ｓｏが光信号線３２によって警報送信装置１０へと送信される。光信号線３２においては、電気信号線３１と比べて信号が減衰しにくい。このため、増幅部２４において増幅度はそれほど大きくなくてよい。つまり、スピーカ２２からの警報音Ｐの出力を妨げない程度に音声送信信号Ｓｅから抽出される電力でも、音声検出に十分な増幅用の電力が賄われやすい。よって、警報送信装置１０へと検出信号Ｓｏを送信するのに必要な増幅度が確保されやすく、警報送信装置１０において検出信号Ｓｏに基づいて警報音が適切に検出される。

また、本参考形態においては、スピーカ２２への信号伝送の電圧が、ハイインピーダンス仕様の標準的方式に従って設定されるのではなく、スピーカ２２における所望の出力電力に応じて設定されている。これにより、スピーカ２２までの伝送経路やスピーカ２２において音声送信信号Ｓｅを増幅しなくても、スピーカ２２において所望の出力電力で警報音が発生する。つまり、スピーカ２２への信号伝送のための電力を外部電源から供給する必要もない。このように、本参考形態は、音声検出及びスピーカ２２への信号伝送のいずれのためにも外部電源から警報発生装置２０に電力を供給しない。これによって、警報発生装置２０に外部電源から一切電力を供給しない構成が可能となっている。

なお、本参考形態においては、スピーカ２２から出力される音声が十分大きく、マイク２３によって生成される音声取得信号のＳＮ比が十分高い場合には、増幅部２４が設けられていなくてもよい。この場合、増幅のための電力を必要としないため、電力抽出部２１も不要である。これにより、音声取得信号が増幅されることなく、ＥＯ変換部２５によって検出信号Ｓｏに変換されて警報送信装置１０に送信される。音声取得信号の処理に電力が用いられないため、警報発生装置２０全体として外部から電力を供給する必要性がさらに低くなる。

本発明の別の一参考形態である第２の参考形態に係るスピーカシステム２について図２を参照しつつ説明する。スピーカシステム２は、複数のＰＡ（Ｐｕｂｌｉｃ Ａｄｄｒｅｓｓ）機器からなるＰＡシステム等に適用される。なお、第２の参考形態の構成は第１の参考形態の構成と共通点が多い。このため、共通の構成には同じ符号を付すと共に、その説明を適宜省略する。

スピーカシステム２は、音声送信部４１（音声送信手段）、電力抽出部２１、電気信号線３１及び３１ｘ〜３１ｚ、スピーカ４２ｘ〜４２ｚ（音声発生手段）、マイク２３、ＡＤ変換部４３（信号処理手段）、分析部４４並びに検出部４５（検出手段）を有している。スピーカシステム２においては、全ての信号が電気信号線によって送信される。スピーカシステム２の少なくとも一部は、コンピュータを用いて構築されている。コンピュータにおいてハードウェアがソフトウェアに従って演算処理、入出力処理等の各種の情報処理を実行することにより、分析部４４及び検出部４５等における各種の機能が実現される。なお、分析部４４の機能を実現するハードウェアは、消費電力がなるべく小さいものが用いられるとよい。例えば、低消費電力仕様のＣＰＵが用いられてもよい。音声送信部４１は、音声を示す音声送信信号Ｓｅを生成する。音声送信信号Ｓｅは、電気信号線３１及び３１ｘ〜３１ｚを通じてスピーカ４２ｘ〜４２ｚへと送信される。スピーカ４２ｘ〜４２ｚは、同じ音声送信信号に対して互いに異なる周波数特性を有する音声を出力する。例えば、スピーカ４２ｘからの出力は低音の周波数帯域の音声を主とするウーハーの特性を有し、スピーカ４２ｙからの出力は高温の周波数帯域の音声を主とするツイーターの特性を有し、スピーカ４２ｚからの出力は高音と低音の中間の周波数帯域の音声を主とするミッドバスの特性を有している。電力抽出部２１は電気信号線３１と電気信号線３１ｘ〜３１ｚとの間に挿入されている。電力抽出部２１は、音声送信部４１から電気信号線３１を通じて送信された信号Ｓｅから電力を抽出し、電力供給線２６を通じてＡＤ変換部４３へと供給する。ＡＤ変換部４３は電力抽出部２１から供給される電力によって動作し、外部電源からの電力供給は受けない。

スピーカ４２ｘ〜４２ｚが音声送信信号Ｓｅに応じた音声Ｐｘ〜Ｐｚを発すると、マイク２３は、音声Ｐｘ〜Ｐｚが重複した音声を取得し、取得した音声に応じたアナログ電気信号である音声取得信号を生成する。音声取得信号はＡＤ変換部４３に入力される。ＡＤ変換部４３は、音声取得信号を、その信号に対応するデジタル電気信号に変換して分析部４４に出力する。分析部４４は、ＡＤ変換部４３から入力されたデジタル電気信号に周波数分析を施す。分析部４４は、デジタル電気信号にフィルタ処理を施すことで、デジタル電気信号が示す音声から複数の周波数帯域の成分をそれぞれ取り出す。この複数の周波数帯域は、スピーカ４２ｘ〜４２ｚに応じて互いに異なる帯域である。そして、分析部４４は、各周波数帯域の成分が正常な状態であるか否かを判定する。これにより、分析部４４は、スピーカ４２ｘ〜４２ｚから音声Ｐｘ〜Ｐｚが適切に出力されたか否かをスピーカごとに検出する。各周波数帯域の成分が適切な状態であるか否かは、例えば、ディープラーニング等の機械学習による学習済みのニューラルネットワークに実行させてもよい。ニューラルネットワークは、様々な音声、音楽等をスピーカ４２ｘ〜４２ｚから出力させた際の音声Ｐｘ〜Ｐｚにおける各周波数帯域の成分について、その波形が適切か否かを判定できるようになるまで学習させてある。あるいは、分析部４４が各周波数帯域に関して適切な波形を複数パターン保持しており、これらの波形パターンと各周波数帯域の成分との比較に基づいて判定してもよい。検出部４５は、分析部４４による検出結果をディスプレイ等に出力させる。例えば、スピーカ４２ｘ〜４２ｚのそれぞれについて適切に音声を出力したか否かを示す文字や画像がディスプレイ上に表示されてもよい。

なお、スピーカ４２ｘ〜４２ｚから音声が適切に出力されたか否かの検出は、音声送信信号の生成に係る機器や、音声送信信号のスピーカへの伝送経路上に設けられた各種の機器に故障が発生していないかどうかの検出を含んでいてもよい。例えば、この検出は、音声中の特定の周波数帯域に通常の音声出力では発生しない成分が含まれているか否かを判定することによりなされてもよい。

以上説明した第２の参考形態によると、デジタル電気信号から取り出された複数の周波数帯域の成分に基づいて、スピーカ４２ｘ〜４２ｚから音声が適切に出力されたか否かがスピーカごとに検出される。音声検出の基となるデジタル電気信号は、ＡＤ変換部４３によって音声取得信号から変換された信号である。そして、このＡＤ変換部４３に電力抽出部２１から電力が供給されることによって、外部電源からの電力供給を受けずに信号のデジタル変換処理が適切に実行される。このように、第２の参考形態では、外部電源からの電力供給に頼らずに実行されるデジタル変換処理によって音声検出が適切になされる。なお、電力抽出部２１からの電力がＡＤ変換部４３のみならず、分析部４４にも供給されてもよい。

なお、第２の参考形態においては、スピーカ４２ｘ〜４２ｚに送信される音声送信信号に音声検出用のパイロット信号が挿入されてもよい。音声送信信号は、スピーカごとに異なる周波数帯域にパイロット信号が挿入されつつ、スピーカ４２ｘ〜４２ｚに個別に送信される。そして、分析部４４が各周波数帯域の成分においてパイロット信号の状態を確認することで、スピーカ４２ｘ〜４２ｚから音声が適切に出力されたか否かがスピーカごとに検出されてもよい。

以下、本発明の一実施形態に係る放流警報システム１００について、図４〜図６を参照しつつ説明する。放流警報システム１００は、上述の第１の参考形態と同様、河川に設置されたダムから貯留された水が放流される際に、放流による河川の水位の上昇等をダムの下流域に警告するための警報音を発生させるシステムである。本実施形態の構成は第１の参考形態の構成と共通点が多い。このため、共通の構成には同じ符号を付すと共に、その説明を適宜省略する。放流警報システム１００は、第１の参考形態における警報送信装置１０及び警報発生装置２０の代わりに、警報送信装置１１０（音声送信手段）及び警報発生装置１２０を設けたものである。

警報送信装置１１０は、図４に示すように、音声信号生成部１１１、昇圧部１２、ＯＥ変換部１３、検出部１１４及びスピーカ１１８を含んでいる。これらのうち、音声信号生成部１１１、検出部１１４及びスピーカ１１８は、第１の参考形態における音声信号生成部１１及び検出部１４の代わりに設けられている構成である。音声信号生成部１１１は、可聴域信号生成部１１５、電源用信号生成部１１６及び合成・増幅部１１７を有している。可聴域信号生成部１１５は、警報音を示す音声データに基づいて可聴域内の周波数帯域（第１の周波数帯域）の音に対応するアナログ電気信号（以下、「可聴域信号」という）を生成する。可聴域とは、ヒトが聴き取ることができる周波数帯域をいう。具体的には、可聴域の下限は２０Ｈｚ程度、上限は１５０００Ｈｚ〜２００００Ｈｚ程度である。電源用信号生成部１１６は、可聴域外の特定の周波数帯域（第２の周波数帯域；以下、「電源用帯域」という）の音に主に対応する電源用のアナログ電気信号（以下、「電源用信号」という）を生成する。電源用帯域は、１５０００Ｈｚ以上、好ましくは２００００Ｈｚ以上の帯域である。電源用信号は電源用帯域の音に対応する、振幅及び周波数が一定の、つまり、振幅及び周波数が時間的に変動しない正弦波の信号からなる。合成・増幅部１１７は、可聴域信号生成部１１５が生成した可聴域信号と電源用信号生成部１１６が生成した電源用信号とを合成する。これにより、可聴域の音及び電源用帯域の音の両方が重畳した音に対応する音声送信信号Ｓｅが生成される。また、合成・増幅部１１７は、可聴域及び電源用帯域の両方について信号を増幅して出力可能な増幅器を備えている。これにより、合成・増幅部１１７は、音声送信信号Ｓｅを増幅して昇圧部１２へと出力する。昇圧部１２は、第１の参考形態同様、合成・増幅部１１７からの音声送信信号Ｓｅをトランスによって所定の電圧まで昇圧する。昇圧された音声送信信号Ｓｅは、電気信号線３１を通じて警報発生装置１２０へと送信される。

ＯＥ変換部１３は、光信号線３２を通じて警報発生装置１２０から送信された検出信号Ｓｏを、その検出信号Ｓｏに応じた電気信号に変換する。検出部１１４は、検出部１４と同様、ＯＥ変換部１３が生成した電気信号に基づいてスピーカ２２から音声が適切に出力されたか否かを示す検出結果を表示部に出力させる。また、検出部１１４にはスピーカ１１８が接続されている。検出部１１４は、ＯＥ変換部１３からの電気信号をスピーカ１１８に出力する。スピーカ１１８は、入力された電気信号に応じた音声を出力する。なお、検出部１１４及びスピーカ１１８は、本発明における検出手段を構成する。

警報発生装置１２０は、電力抽出部１２１（電力抽出手段）、スピーカ２２（音声出力手段）、マイク２３（音声取得手段）、増幅部２４（信号処理手段）、ＥＯ変換部２５及び電力供給線２６を有している。電気信号線３１を通じて警報送信装置１１０から送信された音声送信信号Ｓｅは、電力抽出部１２１を経由してスピーカ２２へと到達する。スピーカ２２は、到達した音声送信信号Ｓｅに応じた警報音Ｐを発生させる。スピーカ２２は、可聴域の音は出力可能であるが、電源用帯域の音は出力しない周波数特性を有している。このため、警報音Ｐは、可聴域信号に対応する音を含むが、電源用帯域の音は含まない。したがって、電源用帯域の音によって警報音Ｐが耳障りになることがなく、また、電源用帯域のような高周波帯域の音によるヒト以外の動物等への環境被害が発生しにくい。

マイク２３は、スピーカ２２から出力された警報音Ｐを取得し、取得した音声に応じたアナログ電気信号である音声取得信号を生成する。増幅部２４は、マイク２３が生成した音声取得信号を所定の増幅率で増幅し、ＥＯ変換部２５へと出力する。ＥＯ変換部２５は、増幅部２４によって増幅された音声取得信号（処理信号）を、その音声取得信号に応じた光信号である検出信号Ｓｏに変換する。ＥＯ変換部２５によって生成された検出信号Ｓｏは、光信号線３２を通じて警報送信装置１１０へと送信される。

電力抽出部１２１は、音声送信信号Ｓｅから電力を抽出すると共に、抽出した電力を、音声取得信号の増幅用の電源電力として電力供給線２６を通じて増幅部２４に供給する。電力抽出部１２１は、抽出回路１２６、整流回路１２８及び低域通過フィルタ１２９（第２のフィルタ回路）を有している。抽出回路１２６は、電気信号線３１からの音声送信信号Ｓｅをスピーカ２２へと伝送する配線の途中に設けられている。

抽出回路１２６は、音声送信信号Ｓｅから電源用帯域の成分を取り出す回路である。抽出回路１２６は、図５に示すようにトランスを用いて構成されてもよいし、図６に示すようにコンデンサを用いて構成されてもよい。抽出回路１２６においてトランスが用いられる場合は、図５に示すように、電気信号線３１に設けられた一次コイル１５１と、一次コイル１５１が発生させる磁界中に配置された二次コイル１５２と、高域通過フィルタ１５３（第１のフィルタ回路）とが設けられる。このトランスは、一次コイル１５１に音声送信信号Ｓｅによる電流が発生した際、電磁誘導によって二次コイル１５２が発生させる電流を出力する。なお、抽出回路１２６としてトランスが用いられる場合には、上記の通り、信号伝送の電圧を設定する際に、トランスのインピーダンスが十分小さければこれを無視して電圧を設定することができる。高域通過フィルタ１５３は、ある周波数を下限とする高周波帯域の電流（高周波成分）を通過させるフィルタ回路を備えている。この高周波帯域の下限は、電源用帯域の下限に対応する周波数程度に設定されている。これにより、高域通過フィルタ１５３は、トランスの出力電流から可聴域の周波数帯域の成分を取り除き、電源用帯域の成分を含む電流を整流回路１２８へと出力する。

抽出回路１２６においてコンデンサが用いられる場合は、図６に示すように、コンデンサ１６１及び１６２が電気信号線３１に並列に接続される。コンデンサ１６１及び１６２は、電気信号線３１中の音声送信信号Ｓｅにおける高周波帯域の成分である電源用信号の成分を取り出す高域通過フィルタ（第１のフィルタ回路）として機能する。音声送信信号Ｓｅからコンデンサ１６１及び１６２を通じて抽出された電源用信号の成分は、整流回路１２８へと出力される。なお、抽出回路１２６としてコンデンサが用いられる場合には、コンデンサ１６１及び１６２のインピーダンスが十分大きければ、信号伝送の電圧を設定する際にこれらを無視して電圧を設定することができる。例えば、コンデンサ１６１及び１６２として、可聴域信号の成分に対してはインピーダンスが十分大きく、且つ、電源用信号の成分に対してはインピーダンスが比較的小さいものが用いられればよい。

整流回路１２８は、ブリッジ整流回路を備え、抽出回路１２６からの出力電流を整流して出力する。低域通過フィルタ１２９は、ある周波数を上限とする低周波帯域の電流を通過させるフィルタ回路を備えている。低域通過フィルタ１２９は、整流回路１２８の出力電流に残存した高周波成分（リップル）を電流から除去し、これによって得られた直流電流を増幅部２４へと出力する。よって、電力が増幅部２４へと安定に供給されやすい。

以上説明した本実施形態によると、第１の参考形態の構成に加え、警報送信装置１１０において可聴域信号と電源用信号の合成によって音声送信信号が生成されると共に、警報発生装置１２０において電源用信号の成分から電力が抽出される構成が設けられている。したがって、第１の参考形態による効果に加え、以下の効果が奏される。

可聴域信号は、警報音に対応する信号であることから、信号の振幅及び周波数が警報音の内容に応じて時間的に変動する。したがって、仮に、増幅部２４への供給電力が可聴域信号から抽出されるとすると、警報音の内容に応じて供給電力が変動する。増幅部２４への供給電力が変動すると、信号処理に応じた所望のタイミングで所望の電力が供給されず、増幅部２４において増幅率が安定しなかったり、増幅処理が途中で途切れたりするおそれが生じる。このため、警報発生装置１２０から光信号線３２を通じて警報送信装置１１０へと送信される検出信号Ｓｏにおいて振幅に抑揚が生じたり、信号が途中で途切れたりするおそれがある。

これに対し、本実施形態においては、可聴域信号からではなく電源用信号から電力が抽出される。電源用信号は、可聴域より高い電源用帯域の音に対応する信号である。このため、電源用信号は、警報音とは独立に信号の内容を調整することが可能である。本実施形態においては、上述の通り、電源用信号の振幅及び周波数が時間的に変動せず一定に調整されている。このため、電力抽出部１２１から増幅部２４に供給される電力は、時間的に変動せず一定の大きさに維持されやすい。したがって、増幅部２４は、時間的に一定の増幅率で途切れることなく音声取得信号を安定に増幅することができる。これにより、検出信号Ｓｏは、音声取得信号が示す警報音の波形を保持した信号となりやすい。検出信号Ｓｏが警報送信装置１１０に送信されると、検出信号Ｓｏに対応する音声がスピーカ１１８から出力される。音声取得信号が示す警報音の波形を検出信号Ｓｏが保持している場合、スピーカ１１８から出力される音声は、スピーカ２２からマイク２３が取得した警報音の音声を正確に再現したものとなる。したがって、検出部１１４による検出結果の出力のみならず、スピーカ１１８から出力される音声を作業員が聴き取ることによっても、警報発生装置１２０において警報音が適切に出力されたか否かを検出することが可能である。なお、警報送信装置１１０は、検出部１１４が検出結果を出力せず、スピーカ１１８からの出力のみによって警報音が適切に出力されたか否かを検出する構成であってもよい。この場合、スピーカ１１８のみが本発明における検出手段に対応することになる。

また、第１の参考形態と同様、警報発生装置１２０において音声検出のための電力を外部電源に求める必要がなくなっている。このため、警報発生装置１２０を設置する自由度が向上するとともに、装置構成が簡易になることでコストが削減され、装置の保守点検が容易になる。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態及び参考形態では、ダム放流の警報の出力やＰＡ機器等のスピーカからの音声出力を検出するために本発明が適用されている。しかし、旅客輸送機や商業施設等における放送設備に本発明が適用されてもよい。例えば、航空機、船舶、鉄道車両等の内部やショッピングモール、地下街等に設けられた放送設備（防災放送や緊急放送用等）に本発明が適用されてもよい。この場合、マイク（音声取得手段）及び増幅部等（信号処理手段）が放送用のスピーカの近くに設けられることになる。そして、スピーカへの音声送信信号の伝送経路にはトランス（電力抽出手段）が設けられ、このトランスを介して音声送信信号から抽出された電力が増幅部等に供給される。よって、音声検出のために外部電源から電力を供給する必要性が低い。このように、本発明に係るシステムは、既存の放送設備に対しても適用しやすい。

また、上述の実施形態及び参考形態においては、音声取得信号に処理が施された後の信号が光信号線や電気信号線によって伝送される。例えば、増幅部２４によって増幅された音声取得信号が光信号である検出信号Ｓｏに変換され、警報送信装置１１０に送信される。このように、増幅部２４等の信号処理手段による処理後の信号伝送は、有線電気通信方式及び光通信方式のいずれによってなされてもよい。また、無線電気通信方式によってなされてもよい。

また、上述の実施形態においては、音声取得信号に処理を施すために必要な電力が主に電力抽出部１２１からの電力によって賄われ、外部電源からの電力供給がなされていない。しかし、音声取得信号に処理を施すために必要な電力として、電力抽出部１２１からの電力供給と外部電源からの電力供給とが併用されてもよい。この場合においても、電力抽出部１２１からの電力供給がある分、外部電源からの電力供給の必要性が低くなる。よって、例えば、外部電源を追加する場合にも、大規模な設備の追加を回避しやすい。

また、上述の第１の参考形態において、断線を検出するための図３に示す回路（断線検出手段）が設けられてもよい。この回路は、昇圧部１２と電力抽出部２１との間に設けられた切替器５１と、切替器５１を通じて回路に直流定電流を供給する電流供給部５２と、直流定電流を検出する断線検出部５３とを備えている。切替機５１は、昇圧部１２とスピーカ２２とを接続させた第１状態と、電流供給部５２及び断線検出部５３とスピーカ２２とを接続させた第２状態とを切り替える。通常時には、切替機５１に回路を第２状態とさせる。そして、回路に直流定電流が発生していないかその電流値が小さい場合、断線検出部５３は、回路に断線が発生したおそれがある旨をＬＥＤ点灯や警報音の出力によって報知する。警報時にのみ、切替機５１に回路を第１状態とさせ、スピーカ２２から警報を発生させる。第１の参考形態においては、上述の通り昇圧部１２において音声送信信号Ｓｅが昇圧されており、断線による感電等のリスクが比較的高い。このため、図３に示す断線検出の回路を設けることは、第１の参考形態のような構成に特に有効である。なお、図３の回路は、上述の実施形態に係る放流警報システム１００に設けることも可能である。

上述の実施形態においては、電源用信号は一定の振幅及び一定の周波数を有する正弦波の信号とされている。しかし、可聴域信号を使用する場合と比べて安定した直流電流を供給できるのであれば、電源用信号の振幅や周波数がある程度変動してもよいし、正弦波以外の波形が用いられてもよい。また、所望のタイミングで所望の電力供給が可能となる範囲で、電源用信号の振幅や周波数が変動してもよい。例えば、スピーカ２２から警報音が出力される期間のうち、最初の数秒間と最後の数秒間についてのみ警報音を検出したい場合、全期間にわたって電源用信号から電力供給が可能である必要はない。この場合、例えば、最初と最後の各数秒間の期間には振幅一定の正弦波の信号となり、それ以外の期間には振幅がゼロとなるように、電源用信号が調整されてもよい。また、例えば、スピーカ１１８から出力される音において、最初の数秒間は徐々に音量が上昇していき、最後の数秒間は徐々に音量が下降していくように電源用信号が調整されてもよい。

また、上述の実施形態に係る変形例として、第２の参考形態における音声送信部４１及び電力抽出部２１の代わりに音声信号生成部１１１及び電力抽出部１２１が設けられた構成が実施されてもよい。

また、上述の一部の実施形態においては、コンピュータとしてＰＬＣが用いられている。しかし、ＰＬＣが用いられず、ＣＰＵ等を有するコンピュータ等、別の種類のコンピュータが用いられてもよい。

Ｐ 警報音
Ｐｘ〜Ｐｚ 音声
Ｓｅ、Ｓｘ〜Ｓｚ 音声送信信号
Ｓｏ 検出信号
１、１００ 放流警報システム
２ スピーカシステム
１０、１１０ 警報送信装置
１２ 昇圧部
１４、４５、１１４ 検出部
２０、１２０ 警報発生装置
２１、１２１ 電力抽出部
２２、４２ｘ〜４２ｚ、１１８ スピーカ
２３ マイク
２４ 増幅部
２５ ＥＯ変換部
２６ 電力供給線
３１、３１ｘ〜３１ｚ 電気信号線
３２ 光信号線
４１ 音声送信部
４３ ＡＤ変換部
４４ 分析部

Claims (11)

1. 可聴域内である第１の周波数帯域の音を示す電気信号である第１の信号と前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域の音を示す電気信号である第２の信号とを合成することで音声送信信号を生成すると共に、生成した音声送信信号を送信する音声送信手段と、
   前記音声送信手段から送信された前記音声送信信号に対応する音声を出力する音声出力手段と、
   前記音声出力手段が出力させた音声を取得すると共に、取得した音声に関する電気信号である音声取得信号を生成する音声取得手段と、
   前記音声取得手段が生成した前記音声取得信号を処理する信号処理手段と、
   前記音声送信手段から前記音声出力手段までの前記音声送信信号の伝送経路上に設けられ、前記音声送信信号から前記第２の信号の少なくとも一部を取り出すと共に、取り出した信号から得られる電力を前記信号処理手段における処理用の電力として前記信号処理手段に供給する電力抽出手段と、
   前記信号処理手段が前記音声取得信号を処理することで生成された信号である処理信号に基づいて前記音声出力手段から音声が適切に出力されたか否かを検出する検出手段と、
   を備えていることを特徴とする音声検出システム。
2. 前記電力抽出手段が、前記音声送信信号から前記第２の信号の少なくとも一部を取り出す第１のフィルタ回路と、前記第１のフィルタ回路が取り出した信号を整流する整流回路と、前記整流回路から出力される電流から高周波成分を取り除く第２のフィルタ回路とを有していることを特徴とする請求項１に記載の音声検出システム。
3. 前記音声送信手段が、前記音声送信信号を増幅する増幅器を有し、
   前記第２の周波数帯域が、前記増幅器が増幅可能な周波数帯域内である一方で、前記音声出力手段が出力可能な周波数帯域外であることを特徴とする請求項１又は２に記載の音声検出システム。
4. 前記電力抽出手段が、前記伝送経路に並列に接続されたコンデンサを有し、当該コンデンサを通じて前記音声送信信号から前記第２の信号の少なくとも一部を取り出すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の音声検出システム。
5. 前記電力抽出手段が、
   前記伝送経路に設けられた一次コイルと、
   前記一次コイルが発生させた磁界の変化に応じて誘導起電力を発生させる二次コイルと、を有し、
   前記二次コイルが発生させた誘導起電力によって前記音声送信信号から電力を抽出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の音声検出システム。
6. 前記信号処理手段が、前記音声取得手段が生成した前記音声取得信号を増幅することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の音声検出システム。
7. 前記処理信号が、前記信号処理手段から光通信方式による信号伝送を介して前記検出手段に送信されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の音声検出システム。
8. 前記音声取得信号が、取得された音声を示すアナログ電気信号であり、
   前記信号処理手段が、前記アナログ電気信号を前記取得された音声を示すデジタル信号に変換することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の音声検出システム。
9. 複数の前記音声出力手段が設けられており、
   前記信号処理手段が、前記複数の音声出力手段が出力させた音声を示す電気信号における互いに異なる周波数帯域の成分のそれぞれを取得し、
   前記検出手段が、前記成分のそれぞれに基づいて前記音声出力手段から適切に音声が出力されたか否かを検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の音声検出システム。
10. 前記音声送信手段から前記音声出力手段までの前記音声送信信号の伝送経路に断線が発生しているか否かを検出する断線検出手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の音声検出システム。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の音声検出システムの動作条件の設定方法であって、
    前記音声送信手段から前記音声出力手段までの前記音声送信信号の伝送経路の抵抗値及び前記音声出力手段のインピーダンス値の合計と前記音声出力手段における所望の出力電力値とに少なくとも基づいて、前記音声送信手段が送信する前記音声送信信号の出力電圧値を設定することを特徴とする音声検出システムの動作条件の設定方法。

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