JP4040188B2 - 警報音装置 - Google Patents
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Description
【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)
- 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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JP26789098A JP4040188B2 (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 警報音装置 |
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JP26789098A Expired - Lifetime JP4040188B2 (ja) | 1998-09-22 | 1998-09-22 | 警報音装置 |
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- 1998-09-22 JP JP26789098A patent/JP4040188B2/ja not_active Expired - Lifetime
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