JP2019075641A - 放送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 アナログ信号のための伝送線を使っても、劣化の少ないディジタル信号を送信して、放送を行うことのできるシステムを提供する。【手段】 伝送線６には、音送信ユニット２と複数の音再生ユニット４が接続されている。振幅変換手段２４は、音信号を、振幅に応じて時間的占有比率を異ならせるよう変換するものである。通常のディジタル符号化では、最上位ビットと最下位ビットにおける重み付けが大きく異なっている。このため、最上位ビットにエラーが生じた場合には復元したオーディオ信号の振幅が大きく異なり、本来の音が全く失われてしまうことになる。振幅に応じて時間的占有比率を異ならせるようにしているので、振幅の大きい部分の周波数が低く（パルス幅が広く）ノイズが乗りにくい。したがって、ノイズによるエラーが復元した音に与える影響を少なくすることができる。ノイズやレベル減少の多い伝送路６を用いても、音の劣化の少ない伝送を実現することができる。【選択図】 図１

Description

この発明は車両や建物などにおける放送システムに関するものである。

列車などの車両や建物構内などに放送のための送信ユニットを設置し、伝送線を敷設して複数の再生ユニットを接続し、放送を行うシステムが用いられている。たとえば、列車においては、到着駅、到着時刻の案内などに用いられている。

特許文献１には、音信号をディジタル信号として伝送線を介して放送するシステムが開示されている。特許文献１のシステムでは、従来、アナログ音信号を送るための既設の伝送線を、ディジタル信号の伝送に用いている。したがって、新たに、ディジタル信号伝送のための伝送線を敷設する必要がないというメリットがある。

また、特許文献１のシステムでは、送信ユニットからの制御によって、通常の放送を中止してテスト信号を送信し、これを各再生ユニット（スピーカ）が受信できるかどうかによって、故障の判断を行うようにしている。

特開２００９−０５５２８２

しかしながら、上記特許文献１のシステムでは、アナログ信号のための伝送線を使ってディジタル信号を送信するため、伝送速度によってはディジタル信号が正しく送信できないという問題があった。

また、故障検知を行うためには、送信ユニットの側からテスト信号を送信しなければならず処理が煩雑であった。

さらに、上記のような放送システムにおいては、周囲の雑音の大きさに応じて、スピーカの音量を調整する必要がある。従来、放送前に周囲の雑音を計測し、これに応じてスピーカの音量を調整していた。このため、調整時以降の環境雑音の変化により、スピーカの音量が最適ではなくなるという問題があった。

この発明は、少なくとも上記のいずれかの問題を解決した放送システムを提供することを目的とする。

(1)(2)(3)この発明にかかる放送システムは、音送信ユニットと、これに接続線によって接続された複数の音再生ユニットとを備えた放送システムであって、
前記音送信ユニットは、音信号を、その中央値からの振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する振幅変換手段であって、前記音信号が正の最大振幅に近づくほど第１のレベルの信号の時間的占有比率を大きくし、負の最小振幅に近づくほど第２のレベル信号の時間的占有比率を大きくするように変換する振幅変換手段と、前記振幅比率信号を前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段とを備え、
前記音再生ユニットは、前記接続線を介して送信されてきた前記振幅比率信号を受信する受信手段と、受信した前記振幅比率信号を、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率に基づいて、振幅値を得て音信号を復元して再生器に与える音信号復元手段とを備えたことを特徴とする放送システム。

したがって、周波数特性の好ましくない接続線を用いても、音信号を適切に送信することができる。

(4)(5)(6)この発明に係る放送システム、音送信ユニットと、これに接続線によって接続された複数の音再生ユニットとを備えた放送システムであって、
前記音送信ユニットは、制御データによって変調された可聴周波数上限または下限近傍の周波数の制御信号を音信号に重畳して重畳音信号とする重畳手段と、重畳音信号を、その振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する振幅変換手段であって、前記重畳音信号が最大振幅に近づくほど第１のレベルの信号の時間的占有比率を大きくし、最小振幅に近づくほど第２のレベル信号の時間的占有比率を大きくするように変換する振幅変換手段と、前記振幅比率信号を前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段とを備え、
前記音再生ユニットは、前記接続線を介して送信されてきた前記振幅比率信号を受信する受信手段と、受信した前記振幅比率信号を、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率に基づいて、振幅値を得て重畳音信号を復元して再生器に与える音信号復元手段と、前記復元された重畳音信号から制御データを復元する制御データ復元手段と、復元された制御データに基づいて、前記音再生ユニットの制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする放送システム。

したがって、周波数特性の好ましくない接続線を用いても、音信号を適切に送信することができる。さらに、制御信号を送信して制御することができる。

(7)この発明に係るシステムは、音再生ユニットの制御手段は、前記重畳音信号の再生中に、再生器の近傍に設けられたマイクから取得した再生音に含まれる環境雑音成分を取り出す雑音取得手段と、取り出した環境雑音成分の大きさに基づいて、前記再生器に与える重畳音信号のレベルを制御するレベル制御手段とを備えていることを特徴としている。

したがって、リアルタイムに音量調整を行うことができる。

(8)この発明に係るシステムは、再生ユニットの制御手段は、自己テスト実施の制御データを音送信ユニットから受けて、再生器に対して自己テスト用の音信号を与える自己テスト音信号出力手段と、自己テスト音信号の再生中に、再生器の近傍に設けられたマイクによって取得した再生音が適正であるかどうかを判断する判断手段とを備え、音再生ユニットは、自らの音再生ユニットを識別する識別情報を付した判断結果を制御データとして音送信ユニットに送信することを特徴としている。

したがって、各音再生ユニットごとに自己テストを行い、その結果を音送信ユニットに集約することができる。

(9)この発明に係るシステムは、振幅比率信号は、アナログまたはディジタルの音信号をΔΣ変換して得られたものであることを特徴としている。

したがって、周波数特性の好ましくない接続線を用いて音信号を適切に伝送することができる。

(10)この発明に係るシステムは、振幅比率信号は自己クロック信号として送信されることを特徴としている。

したがって、別途クロック信号を送信する必要がない。

(11)この発明に係るシステムは、自己クロック信号は、マンチェスターコード信号であることを特徴としている。

したがって、別途クロック信号を送信する必要がない。

(12)この発明に係る動的ゲイン制御装置は、音信号に基づいて再生音を出力する再生器と、再生器の近傍設けられたマイクと、マイクから取得した再生音に含まれる環境雑音成分を取り出す雑音取得手段と、取り出した環境雑音成分の大きさに基づいて、前記再生器に与える音信号のレベルを制御するレベル制御手段とを備たことを特徴としている。

したがって、音の再生中にリアルタイムに、雑音との関係において適切な音量に調整することができる。

(13)(14)(15)この発目に係る放送システムは、音送信ユニットと、これに接続線によって接続された複数の音再生ユニットとを備えた放送システムであって、
前記音送信ユニットは、音信号または音信号に基づく変換信号および自己テスト実施の制御データを、前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段と、判断結果および音再生ユニットの識別情報を含む制御データを受信する受信手段と、前記制御データに基づいて、各音再生ユニットの正常異常を判断する統合判断手段とを備え、
前記音再生ユニットは、前記接続線を介して送信されてきた音信号または変換信号および自己テスト実施の制御データを受信する受信手段と、受信した音信号または変換信号を変換器に与えて再生するよう制御する復元手段と、自己テスト実施の制御データを受けると再生器に対して自己テスト用の音信号を与える自己テスト音信号出力手段と、自己テスト音信号再生中に、再生器近傍に設けられたマイクによって取得した再生音が適正であるかどうかを判断する判断手段と、自らの音再生ユニットを識別する識別情報を付した判断結果を制御データとして音送信ユニットに送信する送信手段とを備えたことを特徴としている。

したがって、各音再生ユニットにおいて自己診断を行い、その結果を集約することができる。

「振幅変換手段」は、実施形態においては、ΔΣ変換器２４やステップＳ４がこれに対応する。

「送信手段」は、少なくとも直接または間接的に接続線に信号を出力する機能を有するものをいい、実施形態では、マンチェスタエンコーダ２６、Ｄ／Ａ変換器２７などがこれに対応する。

「受信手段」は、少なくとも直接または間接的に接続線から信号を受ける機能を有するものをいい、実施形態では、マンチェスタデコーダ４２、Ａ／Ｄ変換器４７などがこれに対応する。

「音信号復元手段」は、実施形態においてはΔΣ復元器４４やステップＳ１３がこれに対応する。

「再生器」は、スピーカ４５がこれに対応する。

「重畳手段」は、実施形態においては、ステップＳ３がこれに対応する。

「制御データ復元手段」は、実施形態においては、ステップＳ１６がこれに対応する。

「プログラム」とは、ＣＰＵにより直接実行可能なプログラムだけでなく、ソース形式のプログラム、圧縮処理がされたプログラム、暗号化されたプログラム等を含む概念である。

この発明の一実施形態による放送システムの機能ブロック図である。 放送システムを列車放送システムに適用した場合のシステム構成図である。 システムのハードウエア構成である。 制御部２８をＣＰＵ３０を用いて構成した場合のハードウエア構成である。 ΔΣ変換器２４の構成を示す図である。 ΔΣ変換およびマンチェスターコード化を説明するための図である。 第２の実施形態による放送システムの機能ブロック図である。 システムのハードウエア構成である。 制御部２８をＣＰＵ３０を用いて構成した場合のハードウエア構成である。 制御プログラム３７のフローチャートである。 制御データとその変調を説明するための図である。 制御部５０のハードウエア構成である。 制御プログラム６７のフローチャートである。 制御プログラム６７のフローチャートである。 制御プログラム６７のフローチャートである。 再生音の自動調整の関係式である。 制御プログラム６７のフローチャートである。

１．第１の実施形態
1.1機能構成
図１に、この発明の一実施形態による放送システムの機能ブロック図を示す。伝送線６には、音送信ユニット２と複数の音再生ユニット４が接続されている。

音送信ユニット２の音信号出力手段２２は、放送する音信号を出力するものであり、マイクや音信号記録装置などである。これらは、音信号をアナログ信号として出力するものであってもよいし、ディジタル信号として出力するものであってもよい。

振幅変換手段２４は、音信号を、その振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する。この振幅比率信号においては、音信号が最大振幅の時には第１のレベルのみが出力される。最大振幅よりも振幅が小さくなるにしたがって、第２のレベルの割合が増加し、中間値（最大振幅と最小振幅の中間）においては、第１のレベルと第２のレベルが交互に繰り返されて、両者の時間的占有比率が等しくなる。この中間値を「０」とすれば、マイナスの方向に振幅が大きくなるにしたがって、さらに第２のレベルの割合が増加し、マイナスの最大振幅においては、第２のレベルのみが出力される。

通常のディジタル符号化では、最上位ビットと最下位ビットにおける重み付けが大きく異なっている。たとえば、１６ビットの符号化であれば、約６万倍の重みの違いがある。このため、最下位ビットにエラーが生じても復元したオーディオ信号には影響が少ないが、最上位ビットにエラーが生じた場合には復元したオーディオ信号の振幅が大きく異なり、本来の音が全く失われてしまうことになる。

この実施形態では、上記のように、振幅に応じて時間的占有比率を異ならせるようにしているので、振幅の大きい部分の周波数が低く（パルス幅が広く）ノイズが乗りにくい。したがって、ノイズによるエラーが復元した音に与える影響を少なくすることができる。

したがって、ノイズやレベル減少の多い伝送路６を用いても、音の劣化の少ない伝送を実現することができる。このような変換方式として、たとえば、ΔΣ変換を用いることができる。送信手段２６は、振幅比率信号を伝送線６を介して、各音再生ユニット４に送信する。

音再生ユニット４の受信手段４２は、この振幅比率信号を受信する。音信号復元手段４４は、振幅比率信号を元の音信号に変換する。再生器４６は、復元された音信号を音として再生する。このようにして、各音再生ユニット４から音が再生される。

1.2ハードウエア構成と動作
この発明に係る放送システムを、列車放送システムに適用した場合のシステム構成を図２に示す。この図では、多くの車両のうち、２つの車両２０ａ、２０ｂのみを示している。車両２０ａは車掌の乗車する車両である。車両２０ａの音送信ユニット２には、マイク１６からの音信号や記録されている音源データ１８が入力される。この音は、伝送線６を介して車両２０ａの各部（ドア、車内、車外など）に設けられた音再生ユニット４に送信されて再生される。

なお、他の車両２０ｂにも音送信ユニット２、音再生ユニット４が設けられている。他の車両２０ｂの音送信ユニット２へは、イーサネット（商標）などのネットワーク線１４、１２、ネットワーク制御器１０を介して、放送のための音がディジタルデータとして伝送される。

従来の車両において、車両間はディジタルに適合したネットワーク線１２、１４が配設されている。しかし、音送信ユニット２から音再生ユニット４の間は、オーディオ（アナログ）のための接続線６が配設されている。この実施形態では、既設のオーディオ用の接続線６を用いて、ディジタル化した音放送システムを実現している。

図３に、音送信ユニット２、音再生ユニット４のハードウエア構成を示す。音送信ユニット２において、音信号は振幅変換手段であるΔΣ変換器２４によって変換される。さらに、この実施形態では、ΔΣ変換された音信号は、マンチェスタエンコーダ２６によってマンチェスタコード化され、アンプ２１を介して伝送線６に送出される。したがって、この実施形態では、マンチェスタエンコーダ２６が送信手段を構成している。なお、マンチェスタ信号を用いない場合には、ΔΣ変換器２４の最終段が送信手段となる。

制御部２８は、ΔΣ変換器２４にいずれの音信号（マイク、記録された音など）を入力するかを制御する。また、音信号を図２のネットワーク１２を介して他の車両に伝送するための処理などを行う。

図４に、制御部２８の詳細を示す。ＣＰＵ３０には、メモリ３１、イーサネット通信回路３２、不揮発性メモリ３３、Ｉ／Ｏポート３４が接続されている。イーサネット通信回路３２は、ネットワーク１２と通信を行うための回路である。

不揮発性メモリ３３には、オペレーティングシステム３６、制御プログラム３７が記録されている。制御プログラム３７は、オペレーティングシステム３６と協働してその機能を発揮するものである。

ＣＰＵ３０は、制御プログラム３７にしたがって、操作者の操作（操作ボタンなどの操作）に応じて、Ｉ／Ｏポート３４を介して切換器３５を制御し、マイク、記録信号などのうちいずれの音信号をΔΣ変換器２４に与えるかを切り換える。

なお、切り換えられて選択された音信号は、イーサネット通信回路３２にも与えられ、他の車両の音送信ユニット２にも送信される。

図３に戻って、選択された音信号はΔΣ変換器２４に与えられる。ΔΣ変換器２４は、たとえば、図５に示すような回路にて構成することができる。図６Ａに示すような波形を、ΔΣ変換すると、図６Ｂに示すようなパルス波形となる。すなわち、波形が正の最大振幅の時には「Ｈ」が継続し、負の最大振幅の時には「Ｌ」が継続する。波形が正の最大振幅から下がるに連れて、徐々に「Ｌ」の割合が増えていく。波形が中間点（最大振幅と最小振幅の中間）になると、「Ｈ」と「Ｌ」の割合が均等となる。また、この時に、ΔΣ変換信号の周波数は最大になる。さらに、負の方向に振幅が大きくなるに連れて、「Ｌ」の割合が増えていく。そして、負の最大振幅になると、「Ｌ」が継続することとなる。この実施形態では、ΔΣ変換信号の最も高い周波数部分が、１ＭＨｚ程度となるようにしている。

次に、図３のマンチェスタエンコーダ２６は、このΔΣ変換信号を受けて、これをマンチェスターコードにする。マンチェスタエンコーダ２６は、ΔΣ変換信号の最も高い周波数の２倍の周波数ｆcにて、ΔΣ変換信号をコード化するものである。

図６Ｃ、図６Ｄを参照して、マンチェスターコード化を説明する。図６Ｃは、図６ＢのΔΣ変換信号の一部を拡大したものである。マンチェスターエンコーダ２６は、上記の周波数ｆcのクロックとΔΣ変換信号のＸＯＲによって、図６Ｄに示すようなマンチェスターコードを生成する。なお、図６Ｄでは、正弦波としているが矩形波としてもよい。

マンチェスターコードは、ΔΣ変換信号において同じ値が連続する場合でも、同じレベルが連続することはなく、クロック信号を別途送信しなくとも、受信側においてクロック信号を得ることができる（自己クロック信号）。

マンチェスタエンコーダ２６は、図６Ｄのマンチェスタコード信号を、アンプ２１によって増幅し、伝送線６に送り出す。なお、伝送線６に重畳される直流電圧（後述する）の影響を避けるため、コンデンサを介して伝送線６に接続するようにしている。

送出されたマンチェスタコード信号は、伝送線６を介して、各音再生ユニット４に伝達される。

音再生ユニット４は、マンチェスタデコーダ４２、ΔΣ復元器４４、Ｄクラス増幅器４８を備えている。伝送されてきたマンチェスターコード信号は、アンプ４１を介して、マンチェスタデコーダ４２に与えられる。マンチェスタデコーダ４２によって、図６Ｂに示すようなΔΣ変換信号にされる。ΔΣ復元器４４は、ΔΣ変換信号を受けて、これを図６Ａに示すような音信号に復元する。このΔΣ復元器４４としては、Ｓｉｎｃ３フィルタを用いることができる。

この実施形態では、復元したアナログの音信号を、Ｄクラス増幅器４８によって増幅してスピーカ４５から再生するようにしている。このようにして、各音再生ユニット４から音が再生される。

なお、この実施形態では、伝送線６に電源を重畳して電源ラインを別途配設する必要がないようにしている。図３に示すように、音送信ユニット２の電源２２から、直流電圧が伝送線６に重畳されている。この直流電圧は、伝送線６を介して、各音再生ユニット４に伝えられる。各音再生ユニット４においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ４３によって所望の電圧に変換されて、電源として取り出される。なお、伝送線６の信号の影響を受けないように、コイルを介して伝送線６と接続されている。

1.3その他
(1)上記実施形態では、列車放送システムに適用した場合を説明したが、建物における構内放送システム、飛行機や船などの放送システムなどにも適用することができる。

(2)上記実施形態では、電源電圧を直流として重畳するようにしている。しかし、低周波として重畳してもよい。

(3)上記実施形態および変形例は、その本質に反しない限り、他の実施形態や変形例においても適用することができる。

２．第２の実施形態
2.1機能構成
図７に、この発明の第２の実施形態による音放送システムの機能ブロック図を示す。伝送線６には、音送信ユニット２と複数の音再生ユニット４が接続されている。

音送信ユニット２の音信号出力手段２２は、放送する音信号を出力するものであり、マイクや音信号記録装置などである。これらは、音信号をアナログ信号として出力するものであってもよいし、ディジタル信号として出力するものであってもよい。

重畳手段２３は、制御信号によって変調したオーディオの低音成分周波数（たとえば３０Ｈｚ）を、音信号に重畳する。なお、この実施形態では、音信号の周波数帯域を１００Ｈｚ〜８ｋＨｚとしているので、両者が干渉するおそれはない。また、制御信号によって変調する成分は、オーディオの高周波成分周波数（たとえば９ｋＨｚ）としてもよい。

振幅変換手段２４は、音信号を、その振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する。この振幅比率信号においては、音信号が最大振幅の時には第１のレベルのみが出力される。最大振幅よりも振幅が小さくなるにしたがって、第２のレベルの割合が増加し、中間値（最大振幅と最小振幅の中間）においては、第１のレベルと第２のレベルが交互に繰り返されて、両者の時間的占有比率が等しくなる。この中間値を「０」とすれば、マイナスの方向に振幅が大きくなるにしたがって、さらに第２のレベルの割合が増加し、マイナスの最大振幅においては、第２のレベルのみが出力される。送信手段２６は、振幅比率信号を伝送線６を介して、各音再生ユニット４に送信する。

音再生ユニット４の受信手段４２は、この振幅比率信号を受信する。音信号復元手段４４は、振幅比率信号を元の音信号に変換する。再生器４６は、復元された音信号を音として再生する。このようにして、各音再生ユニット４から音が再生される。

また、復元された音信号のオーディオ低周波成分には、制御信号が変調されている。制御信号復元手段４１は、この制御信号を復元する。制御手段４５は、復元された制御信号に基づいて各部を制御する。

2.2音送信ユニット２のハードウエア構成
この発明に係る放送システムを、列車放送システムに適用した場合のシステム構成は、図２と同様である。

図８に、音送信ユニット２、音再生ユニット４のハードウエア構成を示す。音送信ユニット２において、音信号は制御部２８によって処理され、Ｄ／Ａ変換器２７、アンプ２１を介して伝送線６に送出される。この実施形態では、Ｄ／Ａ変換器２７が送信手段を構成している。

なお、この実施形態では、音送信ユニット２と音再生ユニット４との間において制御信号をやり取りできるようにしている。このため、伝送線６に対して送出するＤ／Ａ変換器２７だけでなく、伝送線６からの信号を取り込むＡ／Ｄ変換器１１が設けられている。

図９に、制御部２８の詳細を示す。ＣＰＵ３０には、メモリ３１、イーサネット通信回路３２、不揮発性メモリ３３、Ｉ／Ｏポート３４、切替器３５が接続されている。イーサネット通信回路３２は、ネットワーク１２と通信を行うための回路である。

不揮発性メモリ３３には、オペレーティングシステム３６、制御プログラム３７が記録されている。制御プログラム３７は、オペレーティングシステム３６と協働してその機能を発揮するものである。

切替器３５は、操作者による操作ボタン（図示せず）の操作により、マイク、記録信号などのうちいずれの音信号を取り込むかを切り換える。なお、この実施形態では、切替器３５にはディジタルデータとして音信号が与えられている。取り込まれた音信号は、メモリ５１に記録される。

2.3放送側の処理
図１０に、音送信ユニット２の制御プログラム３７のフローチャートを示す。ＣＰＵ３０は、メモリ３１にバッファされた音信号を読み出す（ステップＳ１）。なお、この実施形態では、音信号は１００Ｈｚ〜８ｋＨｚの帯域の信号としている。

次に、ＣＰＵ３０は、操作者から制御指令が入力されているかどうかを判断する（ステップＳ２）。制御指令は、操作者が操作ボタン２９を操作することによって与えられる。この実施形態では、操作指令として、各音再生ユニット４の動作チェックの指令、特定の音再生ユニット４に対してのみ音信号を送る指令などを用意している。ＣＰＵ３０は、押下された操作ボタン２９に対応して、操作指令を生成する。

制御指令の例を、図１１に示す。この実施形態では、最初の４ビットの「１０１０」は開始ビットである。これにより、制御指令の送信開始が宣言される。

次の４ビットは、送信元ユニットのＩＤを示している。図に示す「１０００」であれば、ＩＤとして「１０００」の付されたユニットからの送信であることがわかる。

次の４ビットは、送信先ユニットのＩＤを示している。図に示す「１００１」であれば、ＩＤとして「１００１」の付されたユニットに対する指令であることがわかる。したがって、この例であれば、「１００１」の付されたユニットのみが対象となる。なお、「１１１１」であれば、全ての音再生ユニット４が対象となる。また、複数の音再生ユニット４をグループ化しておき、当該グループのみを対象とするように指令することもできる。

次の４ビットは指令内容である。たとえば、「０１０１」は特定の音再生ユニット４においてのみ音信号が再生されることを意味する。

したがって、図１１の場合であれば、ＩＤとして「１００１」を持つ音再生ユニット４においてのみ、音信号を再生する制御指令となる。

制御指令が与えられていれば、ＣＰＵ３０は、上記制御信号によって３０Ｈｚのオーディオ信号を変調する（ステップＳ３）。この実施形態では、制御指令の「１」「０」に対応づけて、３０Ｈｚのオーディオ信号の「有」「無」としている。図１１の下側に対応する波形を示す。この実施形態では、「１」に対応して、３０Ｈｚの１周期分のオーディオ信号を出すようにしている（複数周期の信号に対応させても良い）。なお、これらの処理は、ディジタルデータとして行われ、図１１の波形の振幅を示すディジタルデータが算出されることになる。

ＣＰＵ３０は、ステップＳ１で読み出した音信号に、変調した３０Ｈｚの信号を重畳する。音信号は１００Ｈｚ〜８ｋＨｚとしているので、変調された３０Ｈｚの信号とは干渉しない。なお、これらの処理は、ディジタルデータとして行われる。

次に、ＣＰＵ３０は、３０Ｈｚの信号が重畳された音信号を、ΔΣ変換する（ステップＳ４）。なお、制御信号がない場合には、音信号のみをΔΣ変換する。第１の実施形態では、ΔΣ変換をハードウエア回路によって実現しているが、この実施形態では、ＣＰＵ３０がディジタル処理としてΔΣ変換を行うようにしている。ディジタル演算処理によって行われるという点が異なっているが、処理の内容は第１の実施形態と同じである（図６Ａ、Ｂ、Ｃ参照）。

つづいて、ＣＰＵ３０は、ΔΣ変換信号をマンチェスターコード化する（ステップＳ５）。すなわち、図６Ｄに示す、「１」「０」のデータに変換する。その原理は、第１の実施形態と同じである。

ＣＰＵ３０は、生成したマンチェスターコードを、Ｉ／Ｏポート３４を介してＤ／Ａ変換器２７に出力する（ステップＳ６）。これにより、Ｄ／Ａ変換器２７からは、図６Ｄに示すような波形のアナログ信号が出力される。この信号は、図８のアンプ２１、コンデンサを介して、伝送線６に出力される。

伝送線６に接続された各音再生ユニット４は、この信号を受信する。

2.2音再生ユニット４のハードウエア構成
図８に、音送信ユニット２、音再生ユニット４のハードウエア構成を示す。音再生ユニット４は、伝送線６からの信号を受信し、アンプ４１、Ａ／Ｄ変換器４７を介して制御部５０に取り込む。この実施形態では、Ａ／Ｄ変換器４７が受信手段を構成している。

なお、この実施形態では、音送信ユニット２と音再生ユニット４との間において制御信号をやり取りできるようにしている。このため、伝送線６から取り込むＡ／Ｄ変換器４７だけでなく、伝送線６に対して送出するＤ／Ａ変換器５１が設けられている。

また、調整などのためのマイク５７がスピーカ４５の近傍に設けられている。マイク５７の信号は、Ａ／Ｄ変換器５９を介して制御部５０に与えられている。

図１２に、制御部５０の詳細を示す。ＣＰＵ６０には、メモリ６１、不揮発性メモリ６３、Ｉ／Ｏポート６４が接続されている。

不揮発性メモリ６３には、オペレーティングシステム６６、制御プログラム６７が記録されている。制御プログラム６７は、オペレーティングシステム６６と協働してその機能を発揮するものである。

伝送線６から取り込んだ音信号は、Ａ／Ｄ変換器４７によってディジタルデータに変換され、メモリ６１に記録される。すなわち、図６Ｄに示す波形データがディジタルデータとして記録される。

2.3再生側の処理
図１３に、制御プログラム６７のフローチャートを示す。ＣＰＵ６０は、メモリ６１にバッファされた音信号を読み出す（ステップＳ１１）。この音信号は、図６Ｄのマンチェスタ符号を表す波形データである。

ＣＰＵ６０は、マンチェスタ符号を表す波形データから、図６Ｄの「０」「１」に示すようなデータに変換する（ステップＳ１２）。このデータは、音信号をΔΣ変換したデータに該当する（図６Ｂ、図６Ｃ参照）。

ＣＰＵ６０は、このΔΣ変換データに基づいて、図６Ａに示すような音信号（ディジタルデータ）を復元する（ステップＳ１３）。ＣＰＵ６０は、復元した音信号を、Ｉ／Ｏポート６４を介して、Ｄ／Ａ変換器４９に与える。これにより、図６Ａに示すような音信号（アナログ波形）が、Ｄ／Ａ変換器４９から出力される。

したがって、Ｄクラス増幅器４８はこれを増幅してスピーカ４５から音として再生する。再生した音信号に制御信号（３０Ｈｚのオーディオ音）が含まれていても、人間の耳の感度が低い周波数領域であるから、人間には意識されない。なお、制御信号の音が人間に意識される場合には、当該周波数の音をフィルタによって削除してからスピーカ４５にて再生するようにすればよい。

ＣＰＵ６０は、復元した音信号に制御信号（３０Ｈｚのオーディオ信号）が含まれているかどうかを判断する（ステップＳ１５）。含まれていなければ、上記の再生処理を繰り返す。含まれていれば、上記の再生処理を実行しつつ、制御信号に対する処理を並行して行う（ステップＳ１５）。なお、ＣＰＵ６０は、振幅をディジタル化したディジタルデータとしての音信号に、３０Ｈｚの成分が所定のレベル以上含まれているかどうかによって、この判断を行う。

図１４に、制御信号に対する処理のフローチャートを示す。ＣＰＵ６０は、開始ビットが取得できたかどうかを判断する（ステップＳ２１）。ＣＰＵ６０は、音信号に対して３０Ｈｚのバンドパスフィルタ処理を行う。このようにして得た３０Ｈｚの成分に基づいて、開始ビットがあるかどうかを判断する。図１１の下側に示すような波形に基づいて、上側の「１」「０」を認識する。

開始ビットが認識できると、ＣＰＵ６０は、続く４ビットを送信元ユニットのＩＤとして取得し、さらに、続く４ビットを対象ユニットのＩＤとして取得する。図１１の場合であれば、「１００１」が対象ユニットのＩＤとして取得される。次に、指令内容を取得する。図１１の場合であれば、「０１０１」が取得される。この実施形態においては、「０１０１」の指令内容は、対象音再生ユニット４においてのみ音信号を再生するというものである。

続いて、ＣＰＵ６０は、取得した制御信号の内容に基づいて指令を実行する（ステップＳ２４）。図１１のような指令であれば、自らの音再生ユニット４に与えられたＩＤが、「１００１」であるかを判断する。違っていれば、図１３、ステップＳ１４の出力を停止する。これにより、音が再生されなくなる。合致していれば、そのまま出力を継続する。したがって、指定された「１００１」のＩＤを持つ再生ユニット４からのみ音が再生される。

以上のように、この実施形態では、オーディオの下限または上限付近の周波数に制御信号を重畳して伝送するようにしている。したがって、音を伝送する伝送線６とは別に制御線を設ける必要がない。制御信号により、音送信ユニット２の側から、音再生ユニット４に対して様々な制御を行うことができる。

なお、この実施形態においては、音再生ユニット４にて、周囲の雑音を考慮した再生音に自動調整を行うことができるようにしている。この調整は、音を再生している時にダイナミックに行うことができるようにしている。

図１５に、ダイナミックな自動音量調整のフローチャートを示す。この処理は、図１３、図１４の処理と並行して行われる。

ＣＰＵ６０は、音信号を再生している際に、マイク５７から取得したマイク音データを取得する（ステップＳ４１）。マイク５７は、スピーカ４５の近傍に設けられているので、マイク５７から取得したマイク音データは、音送信ユニット２から送られてきた音データの再生音に加えて環境雑音が含まれている。

ＣＰＵ６０は、マイク音データをＦＦＴ解析する（ステップＳ４２）。これにより、マイク音データに含まれる各周波数成分が算出される。次に、スピーカ４５に与えた音データの再生音（ステップＳ１３にて復元したマイク音データに対応する再生音データ）について、ＦＦＴ解析を行う（ステップＳ４３）。

次に、ＣＰＵ６０は、マイク音データのＦＦＴ解析データと、再生音データのＦＦＴ解析データとの差分を算出する（ステップＳ４４）。得られた差分データは、環境雑音の各周波数成分となる。ＣＰＵ６０は、環境雑音の各周波数成分の大きさの平均値を求める。

ＣＰＵ６０は、算出したこの環境雑音の平均値に基づいて、再生音データの再生レベルを調整する（ステップＳ４５）。環境雑音が大きい場合には再生音データの再生レベルも大きくし、環境雑音が小さい場合には再生音データの再生レベルも小さくする。両者の関係は直線的としても良いが、図１６に示すように二次曲線的な関係としてもよい。

上記のように、この実施形態では、周囲の雑音に応じてリアルタイムに再生音の大きさの調整が行われる。なお、再生音の大きさが余りにも頻繁に変化するとかえって聞きづらいという問題が生じる。したがって、ＣＰＵ６０は、所定時間の環境雑音の平均値をとってから（たとえば２分ごとなど）、調整を行うようにしてもよい。

なお、レベルの調整は、デジタルデータとして行ってもよいし、Ｄクラス増幅器４８などのボリュームを調整するようにしてもよい。

2.4自己診断処理
次に、この実施形態では、音送信ユニット２からの制御により、各音再生ユニット４の自己診断を行うことができるようにしている。自己診断は、音再生ユニットから音を再生していない時に行う。たとえば、列車を使用していない夜間に行う。あるいは、列車使用中であっても、各音再生ユニットに制御信号を与えて音再生を中止し、その間に自己診断を行うようにしてもよい。

自己診断を行う際、音送信ユニット２は、自己診断を行うための制御信号を送信する。制御信号送出の方法は、前述のとおり３０Ｈｚのオーディオ信号を変調して行う。

これを受信した各音再生ユニット４は、図１４の処理によって自己診断の指令であることを判断し、自己診断を実行する。

自己診断のフローチャートを図１７に示す。音再生ユニット４のＣＰＵ６０は、不揮発性メモリ６３に記録されているテスト信号をＤ／Ａ変換器５１に出力して、スピーカ４５から出力する（ステップＳ５１）。このテスト信号は、全周波数成分にわたって均等なレベルを持つ信号（ホワイトノイズ）を出力するものである。その他のテスト信号を用いてもよい。

ＣＰＵ６０は、このテスト信号が再生されている時に、マイク音５７からマイク音を取得する（ステップＳ５２）。続いて、取得したマイク音をＦＦＴ解析し、スピーカ４５、Ｄクラス増幅器４８の周波数特性を算出する。算出した周波数特性を、予め記録している設置時のスピーカ４５、Ｄクラス増幅器４８の周波数特性と比較する（ステップＳ５３）。たとえば、主要な周波数におけるレベルの劣化率が全て所定値以下に収まっているかどうかを判断し、一つでも劣化率が所定値を超える周波数があれば要修理であるとする。

ＣＰＵ６０は、この解析結果を音送信ユニット２に対し、伝送線６を介して送信する（ステップＳ５４）。この解析結果は、図１１に示すものと同じように、開始ビット、送信元ユニットのＩＤ、送信先ユニットのＩＤ、判断結果（要修理か否か）のビット列として送信される。送信先ユニットのＩＤは、音送信ユニット２のＩＤとなる。

図１１の場合と同じように、ビット列によって、３０Ｈｚのオーディオ音声を変調して送信する。３０Ｈｚのオーディオ音声は、Ｄ／Ａ変換器５１によって図１１の下側の波形データに変換され、アンプ５３を介して伝送線６に送出される。

この信号は、各ユニットに伝達されるが、送信先ユニットＩＤにより、音送信ユニット２のみがこれを受け取って処理することになる。音送信ユニット２のＣＰＵ３０は、Ａ／Ｄ変換器１１を介してこの信号を取り込み、図１１に示すような「１」「０」のデータに復元する。送信元ユニットのＩＤと判断結果を対応付けて不揮発性メモリ３３に記録することにより、各音再生ユニット４の自己診断結果を取得することができる。

2.5その他
(1)上記実施形態では、各処理をＣＰＵが行うようにしている。しかし、その処理の一部または全部を、ハードウエア回路によって行うようにしてもよい。

(2)上記実施形態では、各処理をディジタルデータとして行っている。しかし、アナログ信号にて処理を行うようにしてもよい。たとえば、３０Ｈｚの制御信号を抽出する処理は、アナログの音声信号から３０Ｈｚのバンドパスフィルタによって抽出するようにしてもよい。

(3)上記実施形態では、リアルタイムにスピーカ４５の音量を調整するようにしている。しかし、音信号を再生していない時に、テスト音を再生して音量を調整するようにしてもよい。

(4)上記実施形態では、音信号を再生していない時に自己診断を行うようにしている。しかし、実際に再生する音を用いて自己診断を行うようにしてもよい。この場合、スピーカに与えた再生音のＦＦＴ解析値と、マイクから得られた音のＦＦＴ解析値によって、周波数特性を把握することができる。このようにすれば、リアルタイムに自己診断を行うことができる。

(5)上記実施形態では、列車放送システムにおいて、リアルタイムにスピーカ４５の音量を調整する場合を例として説明した。しかし、このリアルタイムの調整方法は、構内放送やテレビなどの通常のオーディオ機器などにおいても採用することができる。

(6)従来のアナログ方式の増幅器などは、大型化が避けられず、故障の際のための二重化を行うことが困難であって。このため、従来は、各車両のスピーカ５を二系列に分けて、一方の系列を当該車両の増幅器からドライブし、他方の系列を隣接する車両の増幅器からドライブするようにしている。これによって、ある車両の増幅器が故障しても、少なくとも一系列のスピーカは隣接する車両の増幅器によって駆動できるようにしている。ただし、このために、隣接する車両間でスピーカへの接続線を接続する必要があり構成が煩雑となっていた。

上記実施形態によれば、従来のアナログ方式に比べて増幅器などを小型軽量にすることができる。したがって、各車両において音再生ユニット４を二重化して設けることができる。また、車両を跨がって接続線を配線する必要が無く構成が簡素化される。

(7)上記実施形態では、オーディオ帯域用の接続線６を用いて放送を行うようにしている。しかし、ディジタル信号送出用の接続線６を用いてもよい。

なお、ディジタル信号送出用の接続線６を用いる場合には、必ずしも、ΔΣ変換を用いる必要はない。音信号や制御信号を通常のデジタルデータとして伝送するようにしてもよい（ＣＲＣなどのエラーコレクションを用いることが好ましい）。この場合であっても、上記実施形態のダイナミックな音量調整や自己診断を適用することができる。

Claims (15)

1. 音送信ユニットと、これに接続線によって接続された複数の音再生ユニットとを備えた放送システムであって、
   前記音送信ユニットは、
   音信号を、その中央値からの振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する振幅変換手段であって、前記音信号が正の最大振幅に近づくほど第１のレベルの信号の時間的占有比率を大きくし、負の最小振幅に近づくほど第２のレベル信号の時間的占有比率を大きくするように変換する振幅変換手段と、
   前記振幅比率信号を前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段とを備え、
   前記音再生ユニットは、
   前記接続線を介して送信されてきた前記振幅比率信号を受信する受信手段と、
   受信した前記振幅比率信号を、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率に基づいて、振幅値を得て音信号を復元して再生器に与える音信号復元手段とを備えたことを特徴とする放送システム。
2. 音信号を、その中央値からの振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する振幅変換手段であって、前記音信号が正の最大振幅に近づくほど第１のレベルの信号の時間的占有比率を大きくし、負の最小振幅に近づくほど第２のレベル信号の時間的占有比率を大きくするように変換する振幅変換手段と、
   前記振幅比率信号を接続線を介して音再生ユニットに送信する送信手段と、
   を備えた音送信ユニット。
3. 接続線を介して音送信ユニットから送信されてきた振幅比率信号を受信する受信手段と、
   受信した前記振幅比率信号を、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率に基づいて、振幅値を得て音信号を復元して再生器に与える音信号復元手段と、
   を備えたことを特徴とする音再生ユニット。
4. 音送信ユニットと、これに接続線によって接続された複数の音再生ユニットとを備えた放送システムであって、
   前記音送信ユニットは、
   制御データによって変調された可聴周波数上限または下限近傍の周波数の制御信号を音信号に重畳して重畳音信号とする重畳手段と、
   重畳音信号を、その振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する振幅変換手段であって、前記重畳音信号が最大振幅に近づくほど第１のレベルの信号の時間的占有比率を大きくし、最小振幅に近づくほど第２のレベル信号の時間的占有比率を大きくするように変換する振幅変換手段と、
   前記振幅比率信号を前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段とを備え、
   前記音再生ユニットは、
   前記接続線を介して送信されてきた前記振幅比率信号を受信する受信手段と、
   受信した前記振幅比率信号を、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率に基づいて、振幅値を得て重畳音信号を復元して再生器に与える音信号復元手段と、
   前記復元された重畳音信号から制御データを復元する制御データ復元手段と、
   復元された制御データに基づいて、前記音再生ユニットの制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする放送システム。
5. 制御データによって変調された可聴周波数上限または下限近傍の周波数の制御信号を音信号に重畳して重畳音信号とする重畳手段と、
   重畳音信号を、その振幅値に応じて、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率を変えた振幅比率信号に変換する振幅変換手段であって、前記重畳音信号が最大振幅に近づくほど第１のレベルの信号の時間的占有比率を大きくし、最小振幅に近づくほど第２のレベル信号の時間的占有比率を大きくするように変換する振幅変換手段と、
   前記振幅比率信号を前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段と、
   を備えた音送信ユニット。
6. 接続線を介して送信されてきた振幅比率信号を受信する受信手段と、
   受信した前記振幅比率信号を、第１のレベルの信号と第２のレベルの信号の時間的占有比率に基づいて、振幅値を得て重畳音信号を復元する音信号復元手段と、
   前記復元された重畳音信号から制御データを復元して再生器に与える制御データ復元手段と、
   復元された制御データに基づいて、前記音再生ユニットの制御を行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする音再生ユニット。
7. 請求項４のシステムまたは請求項６の音再生ユニットにおいて、
   前記音再生ユニットの制御手段は、
   前記重畳音信号の再生中に、再生器の近傍に設けられたマイクから取得した再生音に含まれる環境雑音成分を取り出す雑音取得手段と、
   取り出した環境雑音成分の大きさに基づいて、前記再生器に与える重畳音信号のレベルを制御するレベル制御手段と、
   を備えていることを特徴とするシステムまたはユニット。
8. 請求項４〜７のいずれかのシステムまたはユニットにおいて、
   前記再生ユニットの制御手段は、
   自己テスト実施の制御データを音送信ユニットから受けて、再生器に対して自己テスト用の音信号を与える自己テスト音信号出力手段と、
   前記自己テスト音信号の再生中に、再生器の近傍に設けられたマイクによって取得した再生音が適正であるかどうかを判断する判断手段とを備え、
   前記音再生ユニットは、自らの音再生ユニットを識別する識別情報を付した判断結果を制御データとして音送信ユニットに送信することを特徴とするシステムまたはユニット。
9. 請求項１〜８のいずれかのシステムまたはユニットにおいて、
   前記振幅比率信号は、アナログまたはディジタルの音信号をΔΣ変換して得られたものであることを特徴とするシステムまたはユニット。
10. 請求項１〜９のいずれかのシステムまたはユニットにおいて、
    前記振幅比率信号は自己クロック信号として送信されることを特徴とするシステムまたはユニット。
11. 請求項１０のシステムまたはユニットにおいて、
    前記自己クロック信号は、マンチェスターコード信号であることを特徴とするシステムまたはユニット。
12. 音信号に基づいて再生音を出力する再生器と、
    再生器の近傍設けられたマイクと、
    マイクから取得した再生音に含まれる環境雑音成分を取り出す雑音取得手段と、
    取り出した環境雑音成分の大きさに基づいて、前記再生器に与える音信号のレベルを制御するレベル制御手段と、
    を備たことを特徴とする動的ゲイン制御装置
13. 音送信ユニットと、これに接続線によって接続された複数の音再生ユニットとを備えた放送システムであって、
    前記音送信ユニットは、
    音信号または音信号に基づく変換信号および自己テスト実施の制御データを、前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段と、
    判断結果および音再生ユニットの識別情報を含む制御データを受信する受信手段と、
    前記制御データに基づいて、各音再生ユニットの正常異常を判断する統合判断手段とを備え、
    前記音再生ユニットは、
    前記接続線を介して送信されてきた音信号または変換信号および自己テスト実施の制御データを受信する受信手段と、
    受信した音信号または変換信号を変換器に与えて再生するよう制御する復元手段と、
    自己テスト実施の制御データを受けると再生器に対して自己テスト用の音信号を与える自己テスト音信号出力手段と、
    自己テスト音信号再生中に、再生器近傍に設けられたマイクによって取得した再生音が適正であるかどうかを判断する判断手段と、
    自らの音再生ユニットを識別する識別情報を付した判断結果を制御データとして音送信ユニットに送信する送信手段と、
    を備えたことを特徴とする放送システム。
14. 接続線を介して複数の音再生ユニットに接続された音送信ユニットであって、
    音信号または音信号に基づく変換信号および自己テスト実施の制御データを、前記接続線を介して前記音再生ユニットに送信する送信手段と、
    判断結果および音再生ユニットの識別情報を含む制御データを受信する受信手段と、
    前記制御データに基づいて、各音再生ユニットの正常異常を判断する統合判断手段と、
    を備えた音送信ユニット。
15. 接続線を介して音送信ユニットに接続された音再生ユニットであって、
    前記接続線を介して送信されてきた音信号または変換信号および自己テスト実施の制御データを受信する受信手段と、
    受信した音信号または変換信号を変換器に与えて再生するよう制御する復元手段と、
    自己テスト実施の制御データを受けると再生器に対して自己テスト用の音信号を与える自己テスト音信号出力手段と、
    自己テスト音信号再生中に、再生器近傍に設けられたマイクによって取得した再生音が適正であるかどうかを判断する判断手段と、
    自らの音再生ユニットを識別する識別情報を付した判断結果を制御データとして音送信ユニットに送信する送信手段と、
    を備えた音再生ユニット。
    
    
    
    
    
    

Images