JP4040188B2 - 警報音装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、能動的指向性制御を用いた警報音装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、警報音の指向特性を制御するためには、ホーンスピーカシステムを用いた構成が一般的に採用されている。以下、従来の警報音装置について図１６を参照しながら説明する。
【０００３】
図１６において、２１はホーンドライバ、２２は音響放射方向及び指向角を制御するホーン、２３はホーン音響放射面、ｋはホーン音響放射面の口径、ｍはホーン中における音の進行方向を示す矢印である。一般に指向角が狭いほどホーン音響放射面の口径ｋは大きくなる。また、放射する音の音圧周波数特性の乱れを小さくするためにホーン２２の音響インピーダンスの周波数変化を小さくする必要がある。そこで、ホーン２２は音波の進行方向ｍに垂直な断面積を連続的かつなめらかに変化させている。
【０００４】
このような構成の警報音装置では、ホーンドライバ２１で再生された音波はホーン２２の内部を矢印ｍの方向に導かれ、指向性が制御されホーン音響放射面２３から外部へ放射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の警報音装置においては、警報音を狭指向性にするためにはその構造上からホーン音響放射面を大きくしなければならないという課題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、複数の指向特性を信号処理によって実現する警報音装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の警報音装置は、電気信号である音響信号を出力する音響信号源と、音響信号を入力し空気振動である警報音に変換して放射する警報音源と、警報音源近傍に設置し空気振動である制御音を放射する制御音源と、制御音源の位置を基準として警報音源と反対側の位置に存在する制御点に取り付けた１つの誤差検出器と、誤差検出器の出力と音響信号源の出力をもとに、誤差検出器の出力を零にするための制御音に応じた制御信号を生成するように音響信号を信号処理し、生成した電気信号である制御信号を制御音源に出力する演算手段と、を具備し、警報音源及び制御音源の各々は、入力される電気信号を空気振動に変換するホーンドライバと、一方の開口端にホーンドライバが取り付けられ、ホーンドライバから出力される空気振動の波面を音波の進行方向に向かって連続的に変化させ、波面を変化させた空気振動を他方の開口端に形成される音響放射面から放射するホーンとを有し、警報音源及び制御音源の各々が有するホーンは、奇数回の折り返しをした折り返しホーン形状を有し、警報音源及び制御音源は、音響放射面が互いに反対方向になるように、かつ音響放射面間隔が制御音の波長の略１／４となるように設置される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１を示したもので、１は警報音源、２は音響管、３は制御音源、４は音響信号源、ａは制御点である。図２および図３は本実施の形態によって得られる警報音の指向特性の一例を示す指向特性図である。
【００１５】
警報音源１は音響信号源４からの入力を警報音に変換して放射する。音響管２は警報音源に接続され警報音をその内部に導く。制御音源３は音響管２によって導かれた警報音源１の出力を制御音として放射する。音響管２は所望する周波数において制御点ａで制御音が警報音と略同振幅かつ逆位相になるように、警報音源１からの入力を音響管２の長さ及び形状によって調整する。従って、制御点では警報音と制御音は互いに打ち消し合うこととなる。また、音響管２の長さ及び形状を変化させることによって制御点の位置は変化する。従って、警報音と制御音の相互干渉によって形成される指向特性は音響管２の長さ及び形状に伴って変化し、様々な指向特性を実現することができる。
【００１６】
図２には本実施の形態において制御点ａを制御音源３正面方向に設置した場合、図３には制御点ａと各音源間の距離が等しくなるように設置した場合の指向特性図を示す。図２のような指向特性を形成する場合、音響管２の長さは指向特性を制御する周波数の波長をλ、警報音源１の音響放射面と制御音源３の音響放射面間隔をＤとすると略Ｄ±λ／２＞０となる。また、図３のような指向特性を形成する場合、音響管２の長さは略λ／２となる。
【００１７】
以上のように、本実施の形態の構成によれば、警報音に対して制御音を干渉させることにより、各々制御点ａ方向へは警報音の放射が低減された指向特性が形成される。
【００１８】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２を示したもので、その構成と電気信号の流れを示した図である。図５は警報音源および制御音源に入力する信号の一例を示した図、図６から図７は本実施の形態で得られる指向特性の一例を示した図である。図４において、５は誤差検出器、６は演算手段である。なお、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。これについては以下の各実施の形態についても同様とする。
【００１９】
警報音源１は音響信号源４の出力を警報音に変換して放射する。一方、制御音源３は演算手段６の出力を制御音に変換して放射する。演算手段６は音響信号源４の出力の振幅および位相を調整した後、制御音源３に出力する。
【００２０】
警報音源１からの警報音のうち誤差検出器５の方向に放射される音は誤差検出器５で検出され、演算手段６に入力する。演算手段６は少なくとも、誤差検出器５の出力信号Ｓ２を零にするための制御音の振幅および位相特性Ｓ３または、音響信号源Ｓ１の出力と略同振幅かつ逆位相特性Ｓ４にする信号処理を選択的に行い、制御音源３に制御音として出力する。
【００２１】
演算手段６の出力信号が誤差検出器５の出力信号を零にするための制御音の振幅および位相特性Ｓ３の場合は、誤差検出器５の位置における警報音が制御音によって打ち消され、警報音は誤差検出器５の方向に音響放射が最も少ない指向特性となる。
【００２２】
また、演算手段６の出力信号が音響信号源４の出力と略同振幅かつ逆位相特性Ｓ４の場合は、制御音源３から放射される制御音と警報音源１から放射される警報音は、略同振幅かつ逆位相になる。従って、警報音はその音響放射の主軸方向を警報音源１前方に向け、音響放射が最も少ない方向を音響放射の主軸方向と垂直な方向に向くようなダイポール指向特性となる。
【００２４】
上記構成により、演算手段６が制御音源３へ出力する制御音信号が変化し、警報音の指向特性を変化することが可能になる。従って、指向特性の選択は演算手段６において可能になるため、装置の構成を変化させることなく様々な指向特性を実現することができる。図６は演算手段６の出力を誤差検出器５の出力信号を零にするための制御音の振幅および位相特性とした場合の警報音の指向特性、図７は演算手段６の出力を音響信号源４の出力と略同振幅かつ逆位相特性とした場合の警報音の指向特性である。各々装置の構成を変えることなく形成することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態は警報音源から警報音が放射される場合について示したが、音声、音楽等の放射音についても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２７】
（実施の形態３）
図８は本発明の実施の形態３を示したもので、警報音源１または制御音源３の一方、もしくは双方に用いる音源の構成を示したものである。図８において７はホーンドライバ、８はホーンドライバ７に設けられたホーンである。ホーン８は音波の進行方向（図８の矢印方向）に垂直な断面積が連続的に変化している。従って、ホーン８は音響インピーダンスの周波数変化が小さく、ホーン８からの音響放射は音圧周波数特性の乱れが少ないので、良好な指向特性および音響特性を得ることが出来る。
【００２８】
（実施の形態４）
図９から図１２は本発明の実施の形態４を示したもので、図９および図１１は、制御対象となっている周波数における警報音源１と制御音源３の放射音の広がりを平面的に示した模式図である。また、図１０および図１２は制御対象となっている周波数における警報音源１と制御音源３の放射音の広がりを警報音源１、制御音源３、制御点ａを含み断面的に示した波形図である。各図は警報音源１と制御音源３を結ぶ直線上に制御点ａを設置した場合を示す。また、図９および図１０は警報音源１と制御音源３の間隔が制御周波数の波長の１／４の場合、図１１および図１２は警報音源１と制御音源３の間隔が制御周波数の波長の１／２の場合を示す。
【００２９】
図９および図１１において、ｂ１は警報音の波形の山部を示す線、ｃ１は制御音の波形の谷部を示す線、ｄは警報音源１と制御音源３の音源間の距離、ｅは音響放射の主軸方向を示す矢印、ｆは警報音ｂ２と制御音ｃ２が干渉することによって生成される波形を示す。
【００３０】
警報音の山部を示す線ｂ１、制御音の谷部を示す線ｃ１はそれぞれ警報音源１、制御音源３が点音源とみなせる場合にはそれぞれの音源を中心とした円で示される。制御音は制御点ａで警報音と干渉してお互いに打ち消し合うように制御音源３から放射されるため、警報音が制御点ａの位置で山部になる場合、制御音は同位置で谷部になり、図９および図１１に示すように警報音の山部ｂ１と制御音の谷部ｃ１は制御点ａで接する。
【００３１】
また、図１０および図１２に示すように、制御点ａで消音される警報音ｂ２と制御音ｃ２の周波数は一致するため、制御点ａにおいて警報音ｂ２が山部のとき、制御音ｃ２を谷部として音の干渉によって警報音を消音すると、制御点ａ位置のみならず制御点ａ以遠についても警報音ｂ２は消音される。また、音響放射の主軸方向ｅでは、警報音源１、制御音源３が点音源とみなせる場合にはその音源間隔ｄを波長の略１／４にすることによって、図１０に示すように警報音を制御音の干渉によって増幅することができる。一方、図１１に示すように、警報音源１と制御音源３の間隔ｄを制御周波数の波長の１／２とした場合、図１２に示すように制御点ａのみならず音響放射の主軸方向ｅについても警報音ｂ２と制御音ｃ２は相互干渉によって消音してしまう。以上示したように、音源間隔ｄを制御する周波数の波長の略１／４にすることにより、警報音は制御音と相互干渉する事によって音響放射の主軸方向では警報音が増幅する事ができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では警報音源１と制御音源３を結ぶ直線上に制御点ａを設置した場合について示したが、制御点位置が警報音源１と制御音源３を結ぶ直線上でない場合についても同様に音源間隔ｄを調整することによって、制御点での制御音による警報音の消音と音響放射の主軸方向での制御音による警報音の増幅が実現できる。また、本実施の形態では警報音と制御音を点音源とした場合について示したが、点音源でない場合についても各音源から制御点までの放射音の行路差を制御する周波数の波長の略１／４にすることによって同様な効果が得られる。
【００３３】
（実施の形態５）
図１３は本発明の実施の形態５を示したもので、警報音源１または制御音源３の一方、もしくは双方に用いる音源の構成を示したものである。図１３において、９は２回の折り返しを行った折り返しホーン、ｇは折り返しホーン９のホーン中心軸、ｈは折り返しホーン９のホーン長である。ホーンドライバー７から放射した音は、折り返しホーン９の内部をホーン中心軸ｇにそって矢印の方向に導かれ、指向特性が制御されて外部へ放射される。この構成により、折り返しホーン９の音波の進行方向に垂直な断面積はホーン長ｈを大きくすることなく滑らかに変化する事ができる。従って、折り返しホーン９は音響インピーダンスの周波数変化が小さく、折り返しホーン９からの音響放射は音圧周波数特性の乱れが少ないので、小規模な寸法でありながら良好な指向特性および音響特性を得ることができる。また、ホーンを折り返すことによって、ホーンドライバー７への風雨の浸入を押さえることができる。
【００３４】
なお、本実施の形態５では、折り返しホーンを２回とした場合を例を示したが、１回、３回、４回・・・ｎ回とホーンの折り返し回数を変化させた場合で実施しても同様な効果が得られる。
【００３５】
（実施の形態６）
図１４および図１５は本発明の実施の形態６を示したもので、図１４は、警報音源１または制御音源３の一方、もしくは双方に用いる音源の構成を示す。また、図１５は、警報音源１および制御音源３の双方に本実施の形態５を実施した場合の構成を示したものである。
【００３６】
図１４、１５において、１０は３回の折り返しを行った折り返しホーン、１０ａは折り返しホーン１０の開口端で有るところの音響放射面、ｉは折り返しホーンの開口端間の距離である。図１４において、ホーンドライバー７から放射した音は折り返しホーン１０の内部をホーン中心軸ｇにそって矢印の方向に導かれ、指向特性が制御されて外部へ放射される。この構成により、折り返しホーン１０の音波の進行方向に垂直な断面積はホーン長ｈを大きくすることなく滑らかに変化する事ができる。従って、折り返しホーン１０は音響インピーダンスの周波数変化が小さく、折り返しホーン１０からの音響放射は音圧周波数特性の乱れが少ないので、小規模な寸法でありながら良好な指向特性および音響特性を得ることができる。
【００３７】
さらに、折り返し回数が奇数回であるため、図１５に示すように、警報音源１および制御音源３に折り返しホーンを用いた際に、折り返しホーンの開口端であるところの音響放射面１０ａ間の距離ｉを短くすることができ、音源間距離の設定をより短くすることができるため、波長が短い周波数においても実施の形態４に示したような音響放射の主軸方向において、警報音と制御音が相互に干渉して増幅することが可能になる。また、ホーンを折り返すことによって、ドライバーホーン７への風雨の浸入を押さえることができる。
【００３８】
なお、本実施の形態６では、折り返しホーンを３回とした場合を例を示したが、１回、５回、７回・・・ｎ回とホーンの折り返し回数を他の奇数回とした場合で実施しても同様な効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の警報音装置によれば、小規模な構成でありながら、複数の指向特性を形成できる。
【００４０】
また、警報音源と制御音源の間隔を最適化することにより、制御点方向への警報音を制御音によって、消音する一方、音響放射の主軸方向へは警報音を制御音によって増幅することができる。
【００４１】
また、警報音源および制御音源を、ホーンドライバーとホーンドライバーに接続し、音波の進行方向に垂直な断面積が連続的に変化するホーンを有して構成することにより、ホーンは音響インピーダンスの周波数変化が小さく、その音響放射は音圧周波数特性の乱れが少なくなるので、外部放射される音は一層良好な指向特性および音響特性を得ることができる。
【００４２】
さらに、ホーンを少なくとも１回の折り返しホーンとする構成により、ホーン長を大きくすることなく小型な警報音装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における要部のブロック図
【図２】 本発明の実施の形態１による指向特性例を示す図
【図３】 本発明の実施の形態１による指向特性例を示す図
【図４】 本発明の実施の形態２における要部のブロック図
【図５】 本発明の実施の形態２による電気信号波形図
【図６】 本発明の実施の形態２による指向特性例を示す図
【図７】 本発明の実施の形態２による指向特性例を示す図
【図８】 本発明の実施の形態３における音源の構成を示す図
【図９】 本発明の実施の形態４における音源と制御点の位置関係および警報音と制御音の伝搬を平面で示す図
【図１０】 本発明の実施の形態４における音源と制御点の位置関係および警報音と制御音の伝搬を断面で示す図
【図１１】 本発明の実施の形態４における音源と制御点の位置関係および警報音と制御音の伝搬を平面で示す図
【図１２】 本発明の実施の形態４における音源と制御点の位置関係および警報音と制御音の伝搬を断面で示す図
【図１３】 本発明の実施の形態５における音源の構成を示す図
【図１４】 本発明の実施の形態６における音源の構成を示す図
【図１５】 本発明の実施の形態６における音源の構成を示す図
【図１６】 従来の警報音装置の音源部を示した図

Claims (1)

1. 電気信号である音響信号を出力する音響信号源と、
   前記音響信号を入力し空気振動である警報音に変換して放射する警報音源と、
   前記警報音源近傍に設置し空気振動である制御音を放射する制御音源と、
   前記制御音源の位置を基準として前記警報音源と反対側の位置に存在する制御点に取り付けた１つの誤差検出器と、
   前記誤差検出器の出力と前記音響信号源の出力をもとに、前記誤差検出器の出力を零にするための制御音に応じた制御信号を生成するように前記音響信号を信号処理し、生成した電気信号である制御信号を前記制御音源に出力する演算手段と、を具備し、
   前記警報音源及び前記制御音源の各々は、
   入力される電気信号を空気振動に変換するホーンドライバと、
   一方の開口端に前記ホーンドライバが取り付けられ、前記ホーンドライバから出力される空気振動の波面を音波の進行方向に向かって連続的に変化させ、波面を変化させた空気振動を他方の開口端に形成される音響放射面から放射するホーンとを有し、
   前記警報音源及び前記制御音源の各々が有する前記ホーンは、奇数回の折り返しをした折り返しホーン形状を有し、
   前記警報音源及び前記制御音源は、音響放射面が互いに反対方向になるように、かつ音響放射面間隔が前記制御音の波長の略１／４となるように設置される、警報音装置。

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