JP2020088737A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる位置に存在する複数の歩行者へ音声を通知すること。【解決手段】実施形態に係るスピーカ装置は、パネルと、振動素子と、制御部とを備える。パネルは、移動体の表面に設けられる。振動素子は、パネルを振動させる。制御部は、振動素子を超音波帯域の搬送波で可聴音を変調した信号で振動させてパネルに定在波を発生させることで、パネルの表面から少なくとも２方向へ可聴音を出力させる。【選択図】図２

Description

本発明は、スピーカ装置に関する。

従来、モータによって走行するＨＶ車両やＥＶ車両において、周囲に向けて音声を発生することで、車両の存在を周囲に知らしめるいわゆる接近通知装置がある。

この種の接近通知装置として、狭指向性を有するパラメトリックスピーカを用いるものがある(例えば、特許文献１参照)。

特開２０１１−０５０１８４号公報

しかしながら、従来技術では、複数の方角に歩行者がいる場合、複数のパラメトリックスピーカを用いる必要があり、コストが増加するため好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異なる位置に存在する複数の歩行者へ音声を通知することができるスピーカ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態に係るスピーカ装置は、パネルと、振動素子と、制御部とを備える。前記パネルは、移動体の表面に設けられる。前記振動素子は、前記パネルを振動させる。前記制御部は、前記振動素子を超音波帯域の搬送波で可聴音を変調した信号で振動させて前記パネルに定在波を発生させることで、前記パネルの表面から少なくとも２方向へ可聴音を出力させる。

本発明によれば、異なる位置に存在する複数の歩行者へ音声を通知することができる。

図１Ａは、スピーカ装置の搭載例を示す図である。 図１Ｂは、スピーカ装置の概要を示す図である。 図２は、スピーカ装置のブロック図である。 図３は、パネルの模式図である。 図４は、パネルに形成される帯状振動領域の模式図である。 図５は、パネルに形成される定在波の模式図である。 図６は、変調部の構成例を示す図である。 図７は、スピーカ装置が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図８は、変形例に係るパネルの模式図である。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係るスピーカ装置について詳細に説明する。なお、本実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて実施形態に係るスピーカ装置の概要について説明する。図１Ａは、スピーカ装置の搭載例を示すである。図１Ｂは、スピーカ装置の概要を示す図である。

図１Ａに示すように、スピーカ装置１は、例えば、車両Ｃの前方に取り付けられる。車両Ｃは、例えば、ＨＶ車両やＥＶ車両などモータ駆動により走行する車両である。

車両Ｃは、エンジン車両に比べて、走行騒音が小さいため、車両Ｃの周囲の人たちが車両Ｃの接近を気づかない場合がある。スピーカ装置１は、車両Ｃの走行を周囲に気づかせるいわゆる接近通知装置として機能する。

ところで、接近通知装置として、狭指向性を有する音声を発生させるパラメトリックスピーカが用いられる場合がある。パラメトリックスピーカを用いることで、限られた方角のみへ音声が通知されるため、周囲への騒音に配慮することができる。

しかしながら、パラメトリックスピーカ自体が高価であることや、同時に複数の領域へ音声を出力するためには、複数のパラメトリックスピーカを用いる必要があり、コストが増加するため好ましくない。

これに対して、実施形態に係るスピーカ装置１は、１つのパネルを振動させて同時に複数の方角へ音声を発生させることが可能である。すなわち、図１Ａに示すように、異なる位置に存在する歩行者に対して、それぞれ音声Ｒｓを通知することができる。

具体的には、図１Ｂに示すように、実施形態に係るスピーカ装置１は、制御部１０と、振動素子５と、パネルＰとを備える。また、図１Ｂに示す例では、パネルＰが車両ＣのナンバープレートＮを覆うカバーである場合を示す。

振動素子５は、例えばピエゾ素子であり、一例としてパネルＰの端部に設けられる。振動素子５は、例えば、制御部１０によって印加される交流電圧の駆動信号Ｖｏに応じて伸縮することでパネルＰを振動させる。なお、本実施形態において、振動素子５は、車両Ｃの外側に配置されるため、防塵および防水加工されていることが好ましい。

パネルＰは、振動素子５の振動に応じて振動する板状部材であり、ガラスやプラスチックなどの部材である。なお、図１Ｂにように、パネルＰは、車両Ｃの前方からナンバープレートＮを覆うため、透過性の部材であることが好ましい。

なお、パネルＰは、ナンバープレートＮを覆うカバーに限られず、ナンバープレートＮや、バンパなどをパネルＰとすることも可能である。ナンバープレートＮは、主面が車両Ｃの前方に向けて配置される。したがって、パネルＰをナンバープレートＮを覆うカバーとすることで、車両Ｃの前方に位置する歩行者へ効率よく音声を通知することができる。

制御部１０は、振動素子５を振動させる駆動信号Ｖｏを生成し、各振動素子５に印加する。図１Ｂに示すように、駆動信号Ｖｏは、超音波帯域の搬送波Ｓｃを可聴領域の音声信号Ｓｓで変調した信号である。

ここで、音声信号Ｓｓは、例えば、エンジン音を模擬した疑似エンジン音などの警告音に対応する信号である。すなわち、スピーカ装置１から疑似エンジン音などの警告音を発生させることで、聴衆者（例えば、歩行者）が容易に車両Ｃの存在に気づくことができる。

ここで、搬送波Ｓｃの周波数は、パネルＰに定在波が発生する周波数である。これにより、パネルＰに定在波が発生し、定在波によって複数の帯状の振動領域が発生する。そして、複数の振動領域それぞれが音源として機能する。

複数の振動領域は、超音波帯域で振動し、複数の帯状の振動領域でそれぞれ発生した超音波は、互いに位相干渉を起こし、特定方向にのみ進行する。これにより、スピーカ装置１は、パネルＰに直交する軸Ｌ１に対して対称となる放射角θの狭指向性を有することとなる。

このように、スピーカ装置１は、同時に複数方向へ音声を発生させることが可能である。したがって、実施形態に係るスピーカ装置１によれば、異なる位置に存在する複数の歩行者へ音声を通知することができる。

また、スピーカ装置１は、パラメトリックスピーカに比べて、部品点数が少なく安価である。したがって、スピーカ装置１を上述の接近通知装置へ適用することで、パラメトリックスピーカを用いる場合に比べて安価に実現することができる。

また、スピーカ装置１は、搬送波Ｓｃの周波数を変更することで、上記の放射角θを変更することも可能である。すなわち、スピーカ装置１は、パネルＰを固定した状態で、歩行者などの対象者の位置に応じて、音声の放射方向を調整することができる。なお、この点の詳細については、図４および図５を用いて後述する。

なお、図１Ａでは、スピーカ装置１が、車両Ｃの前方に向かって音声Ｒｓを発生させる場合について示したが、これに限定されず、車両Ｃの周囲であれば、その他の方向に向けて音声Ｒｓが通知されるように、スピーカ装置１を設けることにしてもよい。すなわち、パネルＰが車両Ｃの表面に設けられていれば、パネルＰの向きは問わない。

次に、図２を用いてスピーカ装置１の構成例について説明する。図２は、スピーカ装置１のブロック図である。なお、図２には、障害物検出装置５０を併せて示す。

障害物検出装置５０は、例えば、車両Ｃの周囲を撮像するカメラによって撮像された画像データから歩行者等を検知する。例えば、障害物検出装置５０は、歩行者のモデル画像と画像データとのマッチング処理によって歩行者を検出することができる。

上述のように、スピーカ装置１は、狭指向性スピーカである。このため、障害物検出装置５０は、画像データから歩行者の顔の位置を特定し、スピーカ装置１に対する顔の位置に関する位置情報をスピーカ装置１へ渡す。

これにより、スピーカ装置１は、歩行者の顔に向けて音声を発生させることができる。言い換えれば、歩行者へ効率よく車両Ｃの存在を知らしめることが可能となる。

なお、障害物検出装置５０からスピーカ装置１へ通知される位置情報には、パネルＰの主面を基準とした仰俯角方向(上下方向)および方位角方向（左右方向）のそれぞれの座標情報を含む。すなわち、位置情報には、歩行者の顔の高さに関する情報が含まれる。

スピーカ装置１は、振動素子５と、制御部１０と、記憶部２０と、パネルＰと、回転部Ｄとを備える。振動素子５は、上述のように、ピエゾ素子であり、制御部１０から入力される駆動信号Ｖｏに応じて伸縮することで、パネルＰを振動させる。

パネルＰは、上述のように、端部に振動素子５が設けられ、振動素子５の振動に応じて振動する。回転部Ｄは、パネルＰを仰俯角方向に回転させる。回転部Ｄは、モータなどの動力源によってパネルＰを仰俯角方向に回転させることができる。例えば、回転部Ｄは、制御部１０から入力される指示信号に基づき、モータを駆動させて、パネルＰの主面、すなわち、仰俯角方向に対する音声Ｒｓの放射角を任意の向きへ回転させることができる。

図３は、パネルＰの模式図である。なお、図３では、説明を簡単にするため、回転部Ｄ等の記載を省略して示す。図３に示すように、パネルＰは、パネルＰの上部に仰俯角方向に回転する回転軸ａｘを有する。

これにより、図３に帯状の矢印で示すように、音声Ｒｓの仰俯角方向への放射角を任意に調整することが可能となる。すなわち、パネルＰを仰俯角方向に回転可能とすることで、歩行者の顔の高さにあわせてパネルＰから音声を放射させることが可能となる。

なお、ここでは、仰俯角方向に回転する場合について示したが、仰俯角方向に限られず、パネルＰを方位角方向に回転させる回転部を備えることにしてもよい。また、図３に示す例では、回転軸ａｘが１つである場合について説明したが、回転軸ａｘは２つ以上であってもよい。

図２の説明に戻り、制御部１０について説明する。制御部１０は、決定部１１と、搬送波生成部１２と、変調部１３と、増幅部１４とを備える。

制御部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。

コンピュータのＣＰＵは、例えば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部１０の決定部１１、搬送波生成部１２、変調部１３および増幅部１４として機能する。

また、制御部１０の決定部１１、搬送波生成部１２、変調部１３および増幅部１４の少なくともいずれか一部または全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

また、記憶部２０は、例えば、ＲＡＭやＨＤＤに対応する。ＲＡＭやＨＤＤは、放射角情報２１や各種プログラムを記憶する。なお、スピーカ装置１は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。

放射角情報２１は、方位角方向への音声の放射角と、搬送波Ｓｃの周波数との対応関係を示す情報である。例えば、搬送波Ｓｃの周波数が低いほど、図１Ｂに示す放射角θを小さくすることができ、搬送波Ｓｃの周波数が高いほど、放射角θを大きくすることができる。なお、放射角情報２１に記憶される搬送波Ｓｃのいずれの周波数についてもパネルＰの共振周波数である。

ここで、図４および図５を用いて放射角と搬送波Ｓｃの周波数との関係について説明する。図４は、パネルＰに形成される帯状振動領域Ａｇの模式図である。図４においては、定在波Ｗの腹を実線で示し、定在波Ｗの節を破線で示しており、定在波Ｗの腹部分が帯状振動領域Ａｇとして機能する。

定在波Ｗの腹部分は、パネルＰの長手方向（Ｙ軸方向）に沿って等間隔で発生するため、帯状振動領域Ａｇは、パネルＰの長手方向に沿って等間隔で発生する。帯状振動領域Ａｇの間隔は、搬送波Ｓｃの周波数に応じて変化し、搬送波Ｓｃの周波数を高くするほど、短くすることができる。

次に、スピーカ装置１の指向性について説明する。図５は、パネルＰに形成される定在波Ｗの模式図である。図５においては、説明を分かりやすくするために、定在波Ｗを部分的に示している。また、定在波Ｗにおいて位相が等しく、隣り合う腹を帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２とし、帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波のパネルＰに対する角度θを表している。

任意の角度θに対して、帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は、距離ｄｃｏｓθだけ位相がズレる。搬送波Ｓｃの波長をλとすると、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θにおいて帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波は互いに打消し合う。

つまり、距離ｄｃｏｓθが波長λ／２の奇数倍となる角度θでは、超音波がキャンセルされる。一方で、距離ｄｃｏｓθが波長λの整数倍（波長λ／２の偶数倍）となる角度θでは、帯状振動領域Ａｇ１，Ａｇ２で発生する超音波が互いに強め合う。

すなわち、スピーカ装置１は、距離ｄｃｏｓθが波長λの整数倍となる角度θに、狭指向性を有する音声を出力することが可能である。また、上述のように、帯状振動領域Ａｇ間の距離は、搬送波Ｓｃの周波数によって変化する。

したがって、スピーカ装置１では、搬送波Ｓｃの周波数を調整することで、放射角θを調整することが可能となる。上記の放射角θと搬送波Ｓｃの周波数との関係を示す情報が、記憶部２０に放射角情報２１として記憶される。

制御部１０の決定部１１は、音声の放射方向を決定する。例えば、決定部１１は、上述の障害物検出装置５０から入力される歩行者の顔の位置情報に基づいて放射方向を決定することができる。

すなわち、決定部１１は、歩行者の顔の位置に向けてパネルＰから音声が放射されるように放射方向を決定する。本実施形態において、決定部１１は、放射方向として仰俯角方向および方位角方向を決定することができる。

決定部１１は、決定した放射方向のうち、仰俯角に応じた指示信号であるチルト信号を回転部Ｄへ出力するとともに、方位角に応じた指示信号であるパン信号を搬送波生成部１２へ出力する。

つまり、実施形態に係るスピーカ装置１において、仰俯角方向の放射角については、回転部Ｄによって調整し、方位角方向の放射角については、後述の信号処理によって調整する。

これにより、任意の向きへ音声を出力することが可能となる。また、決定部１１は、例えば、警告音に応じた音声信号Ｓｓを生成し、変調部１３へ出力する。

搬送波生成部１２は、決定部１１から入力されるパン信号および記憶部２０の放射角情報２１に基づいて搬送波Ｓｃを生成し、変調部１３へ出力する。搬送波生成部１２は、パン信号によって指示された方位角に応じた搬送波Ｓｃの周波数を放射角情報２１から選択し、選択した周波数の搬送波Ｓｃを生成する。また、搬送波生成部１２によって生成された搬送波Ｓｃは、変調部１３へ入力される。

変調部１３は、搬送波生成部１２から入力される搬送波Ｓｃを決定部１１から入力される音声信号Ｓｓで変調した変調信号を生成する。変調部１３によって生成された変調信号は、増幅部１４によって所定の増幅されたのちに、駆動信号Ｖｏとして各振動素子５へ入力される。

なお、増幅部１４は、例えば、歩行者との距離に応じて変調信号の増幅率を設定することも可能である。具体的には、歩行者との距離が近いほど、増幅率を高く設定したりすることができる。これにより、車両Ｃから歩行者までの距離が近い場合において、より確実に歩行者へ警告音を通知することが可能となる。

次に、図６を用いて変調部１３の具体的な構成例について説明する。図６は、変調部１３の構成例を示す図である。なお、変調部１３が、ＳＳＢ変調を行うものとする。ＳＳＢ変調では、２つの側波帯のうちの一方が除去される。

図６に示すように、変調部１３は、再生音調整部３３ａと、２つのπ／２移相器３３１ａ，３３１ｂと、２つの乗算部１３２ａ，１３２ｂと、３つの加算部１３３，１３４，１３５とを備える。

まず、変調部１３に搬送波Ｓｃおよび音声信号Ｓｓが入力され、搬送波Ｓｃは、乗算部１３２ａへ入力される。音声信号Ｓｓは、再生音調整部１３ａを介して乗算部１３２ｂへ入力される。再生音調整部１３ａは、たとえば音質変化を防止するための補正処理等を行う。

乗算部１３２ａでは、位相が遅れていない搬送波Ｓｃと、位相がπ／２遅れた音声信号Ｓｓとにより第１の変調信号Ｓｍ１が生成され、加算部１３３へ入力される。また、乗算部１３２ｂでは、位相がπ／２遅れた搬送波Ｓｃと、位相が遅れていない音声信号Ｓｓとにより第２の変調信号Ｓｍ２が生成され、加算部１３３へ入力される。

そして、加算部１３３では、第１の変調信号Ｓｍ１と第２の変調信号Ｓｍ２とが加算され、音声信号Ｓｓの下側波帯（ＬＳＢ：Lower Side Band）および搬送波Ｓｃが除去された信号が生成されて、加算部１３４へ入力される。

そして、加算部１３４は、加算部１３３から入力された信号と、変調部１３へ入力された搬送波Ｓｃとを合成して、音声信号Ｓｓの上側波帯（ＵＳＢ：Upper Side Band）のみを含む変調信号Ｓｍが生成され、加算部１３５へ入力される。

そして、加算部１３５では、変調信号Ｓｍと再生音調整部１３ａを介した音声信号Ｓｓとが加算されて、出力される。なお、再生音調整部１３ａを介して音声信号Ｓｓをスルー出力する回路は、スピーカ装置１は、特性上可聴音域の信号出力も可能であるため、指向性を狭める必要がない場面において広指向再生を行うために用いることができる。

なお、図６に示す例では、音声信号Ｓｓの下側波帯を完全に除去したが、これに限定されず、下側波帯の一部を除去して、下側波帯が上側波帯よりも抑制された状態の変調信号Ｓｍを生成してもよい。また、音声信号Ｓｓの下側波帯を除去したが、これに限定されず、上側波帯を除去して、下側波帯が残った変調信号Ｓｍを生成してもよい。

次に、図７を用いて実施形態に係るスピーカ装置１が実行する処理手順について説明する。図７は、スピーカ装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す処理手順は、制御部１０によって繰り返し実行される。

図７に示すように、スピーカ装置１は、障害物検出装置５０から歩行者の位置情報が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。スピーカ装置１は、上記の位置情報が入力された場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）、パネルＰから音声を放射する放射角を決定する（ステップＳ１０２）。

続いて、スピーカ装置１は、ステップＳ１０２にて決定した放射角のうち、仰俯角を回転部Ｄへ指示し（ステップＳ１０３）、方位角に基づいて搬送波Ｓｃの周波数を選択し、搬送波Ｓｃを生成する（ステップＳ１０４）。

その後、スピーカ装置１は、搬送波Ｓｃを音声信号Ｓｓで変調する変調処理を行い（ステップＳ１０５）、増幅したのちに、各振動素子５へ駆動信号Ｖｏを印加し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

なお、スピーカ装置１は、ステップＳ１０１の判定処理において、位置情報が入力されていない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）、すなわち、歩行者がいない場合、そのまま処理を終了する。

上述したように、実施形態に係るスピーカ装置１は、パネルＰと、振動素子５と、制御部１０とを備える。パネルＰは、車両Ｃ（移動体の一例）の表面に設けられる。振動素子５は、パネルＰを振動させる。制御部１０は、振動素子５を超音波帯域の搬送波で可聴音を変調した信号で振動させてパネルＰに定在波を発生させることで、パネルＰの表面から少なくとも２方向へ可聴音を出力させる。したがって、実施形態に係るスピーカ装置１によれば、異なる位置に存在する複数の歩行者へ音声を通知することができる。

ところで、上述した実施形態では、同時に２方向へ音声を出力する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、スピーカ装置１は、同時に３方向へ音声を出力することができる。

図８は、変形例に係るパネルＰ１の模式図である。図８に示すように、パネルＰ１には、遮蔽部Ｐｃが設けられる。遮蔽部Ｐｃは、複数の帯状振動領域Ａｇの延在方向に沿って延在するとともに、帯状振動領域Ａｇの配列方向に沿って複数配列される。

遮蔽部Ｐｃで覆われた帯状振動領域Ａｇの一部から出射される音波が遮蔽される。したがって、各帯状振動領域Ａｇで位相干渉により打ち消されていた音波が遮蔽部Ｐｃの存在により打ち消されなくなることでヌル領域が無くなり、正面方向への音波の出射が強くなる。

つまり、遮蔽部Ｐｃを設けることで、上述の放射角θに加え、パネルＰ１から垂直方向へ音声を出力することが可能となる。したがって、同時に３方向へ音声を出力することができるので、同時により多くの歩行者へ音声を通知することが可能となる。

ところで、上述した実施形態では、障害物検出装置５０によって検出された歩行者に対して、スピーカ装置１が音声を通知する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、スピーカ装置１を例えば、クラクションとして用いることや、宣伝車のスピーカとして用いることも可能である。

また、スピーカ装置１は、警告音に限らず、他の音源を音声として出力することも可能である。また、パネルＰを車両Ｃから取り外して用いることにしてもよい。すなわち、スピーカ装置１を必要に応じて取り外して用いることで、多様なニーズにあわせて用いることができる。

また、上述した実施形態では、移動体の一例として車両Ｃを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、移動体は、船舶や列車などであってもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な様態は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲および、その均等物によって定義される統括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変化が可能である。

１ スピーカ装置
５ 振動素子
１０ 制御部
１１ 決定部
１２ 搬送波生成部
１３ 変調部
１４ 増幅部
５０ 障害物検出装置
Ｃ 車両（移動体の一例）
Ｐ パネル
Ｄ 回転部

Claims (6)

1. 移動体の表面に設けられたパネルと、
   前記パネルを振動させる振動素子と、
   前記振動素子を超音波帯域の搬送波で可聴音を変調した信号で振動させて前記パネルに定在波を発生させることで、前記パネルの表面から少なくとも２方向へ可聴音を出力させる制御部と
   を備えることを特徴とするスピーカ装置。
2. 前記制御部は、
   前記移動体の存在を周囲に知らせる警告音を前記パネルから出力させること
   を特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
3. 前記制御部は、
   前記移動体の周囲の障害物を検出するセンサの検出結果に基づいて前記警告音を出力すること
   を特徴とする請求項２に記載のスピーカ装置。
4. 前記制御部は、
   前記振動素子を振動させる搬送波の周波数を変更することで、前記可聴音の放射角を制御すること
   を特徴とする請求項１、２または３に記載のスピーカ装置。
5. 前記パネルを回転させる回転部
   をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスピーカ装置。
6. 前記パネルは、
   ナンバープレートを覆うカバーであること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のスピーカ装置。

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