JP5877344B2 - 超低周波警報発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、擬似的なエンジン音や高周波数音を発しなくても電気自動車の存在を歩行者、自転車運転者等に知らせることができ、また高齢により高音聴力が低下している歩行者、自転車運転者等に対しても電気自動車の存在を知らせることができる超低周波警報発生装置に関する。

電気自動車はエンジンが搭載されておらず駆動音が極めて小さい。また、通常、ハイブリッド電気自動車はエンジン自動車に比べて駆動音が小さい。
このため、電気自動車やハイブリッド電気自動車（本明細書では、単に「電気自動車」という）の普及に応じた対人事故の増加が問題となっている。
対人事故の防止には、見通しの悪い交差点などで電気自動車の存在を歩行者や自転車運転者に知らせることが有効である。また、電気自動車が歩行者や自転車を背後から追い越す場合にも、電気自動車の存在を歩行者や自転車運転者に知らせることが有効である。
従来、電気自動車の存在を歩行者や自転車運転者に知らせるために、電気自動車から擬似的なエンジン音を発生させる技術も知られている（特許文献１参照）。
また、電気自動車から高周波数音を発生させる技術も知られている（特許文献２、特許文献３参照）

特開平７−１８２５８７ 特開２０１１−１４８４３３ 特開２０１１−０３１６９５

しかし、電気自動車から擬似的なエンジン音を発生させる技術では、このエンジン音が新たな騒音となる。
また、高齢者は高音（すなわち高周波数音）を聴取しにくいため、電気自動車から高周波数音を発生させる技術は、高齢者についての効果が低減する。

本発明の目的は、擬似的なエンジン音や高周波数音を発しなくても電気自動車の存在を歩行者、自転車運転者等に知らせることができ、また高齢により高音領域の聴取能力が低下している歩行者、自転車運転者等に対しても電気自動車の存在を知らせることができる超低周波警報発生装置を提供することである。

人間の耳では、２０Ｈｚより低い周波数の音波を知覚することはできない。可聴域下限（２０Ｈｚ）より低い周波数の音は、超低周波音と称される。
また、周波数が２０Ｈｚより高い音波であっても、可聴域下限に近い音は人間の耳には聞こえないか、極めて聞こえにくい。
ところが、可聴域下限の近傍（２０Ｈｚ以上の特定周波数）の振幅一定の原信号を、特定の超低周波数の搬送波でＡＭ変調することで、このＡＭ変調音を警報（『圧迫感』）として人間に知覚させることができることを見出した。
本発明者は、上記のＡＭ変調音を、電気自動車の警報技術として利用できるとの確信のもと、本発明に想到した。

本発明の超低周波警報発生装置は以下を要旨とする。
（１）
周波数が可聴域下限に近い搬送波を、周波数が超低周波領域の原信号で振幅変調してＡＭ変調信号を出力する振幅変調器と、
前記ＡＭ変調信号を入力しＡＭ変調音を出力するスピーカと、
を備えた超低周波警報発生装置において、
前記搬送波は、周波数が２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ未満、前記原信号は、周波数が０．５Ｈｚ以上４Ｈｚ未満である、
ことを特徴とする超低周波警報発生装置。

人間が知覚できる音波の周波数の下限は２０Ｈｚである。この近傍の振幅一定の音（２０Ｈｚ以上）だけでは、知覚率（知覚度合い）は低い。
この音のもとになる信号を搬送波とし、この搬送波を、特定の周波数のもつ原信号で振幅変調すると、知覚率が向上する。
ただし、搬送波の周波数が５０Ｈｚ以上になると知覚率は向上するが、ＡＭ変調音が耳障りとなる。このため、本発明では、搬送波の周波数の上限は５０Ｈｚである。
原信号の周波数の最適な値は、たとえば搬送波の周波数が３０Ｈｚの場合には概ね２Ｈｚとすることができる。ただし、搬送波の周波数に応じて、原信号の最適な周波数も変わる。
また、本発明では、低周波音は、鼓膜を振動させるほか、骨伝導により警報音を知覚させる。このため、搬送波の周波数が高すぎると、骨伝導による知覚効果が低減する。
このようなことから、本発明では、「搬送波は、周波数が２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ未満、原信号は、周波数が０．５Ｈｚ以上４Ｈｚ未満」としてある。

（２）
前記搬送波の周波数の上側および下側に現れる振幅変調により生じた２つの波のパワー比が、少なくとも５０％以上であることを特徴とする（１）に記載の超低周波警報発生装置。

（３）
電気自動車、ハイブリッド電気自動車または電動二輪車に警報器として搭載されたことを特徴とする（１）に記載の超低周波警報発生装置。

（４）
周波数が２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ未満で、周波数差が１Ｈｚ以上８Ｈｚ未満の２つの音波を重畳して発生する超低周波警報発生装置であって、
前記２つの波のパワー比が少なくとも５０％以上であることを特徴とする超低周波警報発生装置。
この超低周波警報発生装置は、振幅変調を行わずに（振幅変調により搬送波の周波数の上側および下側に現れ２つの波を生じさせることなしに）、生成することができる。

（５）
電気自動車、ハイブリッド電気自動車または電動二輪車に警報器として搭載されたことを特徴とする（４）に記載の超低周波警報発生装置。

低周波音は、回折しやすいので、建造物等の障害物の陰に隠れた歩行者、自転車運転者等にも、超低周波音を知覚させることができる。
高周波音を利用した警報技術では、高齢者が警報音を知覚しにくいといった不都合が生じる。本発明では警報音として可聴域下限近傍（２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下）の信号を、超低周波音（０．５Ｈｚ以上４Ｈｚ未満）でＡＭ変調しているので、高齢者が知覚しにくくなることはない。

本発明の超低周波警報発生装置の一実施形態を示す説明図である。 （Ａ）は図１の超低周波警報発生装置から出力されるＡＭ変調波のスペクトル図であり、（Ｂ）は搬送波（（ａ））、原信号（（ｂ））、ＡＭ変調信号（（ｃ））を示す図である。 （Ａ）は２Ｈｚの正弦波と４０Ｈｚの正弦波を乗算（ミキシング）した波を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の２Ｈｚ／４０Ｈｚミキシング波のスペクトラム図である。 （Ａ）は、２つの波のパワーが１：０．５であるときの音波を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の波のスペクトラム図である。 （Ａ）は２つの波のパワーが１：０．１であるときの音波を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の波のスペクトラム図である。 （Ａ）は周波数が異なる周波数を持つ複数の搬送波が重ね合わされ、この重ね合わされた波が原信号により振幅変調された例を示す図、（Ｂ）はミキシングされた波のスペクトル図である。 図１の超低周波警報発生装置にヒトセンサユニットを搭載した警報システムの使用例を示す図である。 ヒトセンサユニットを搭載した警報システムの構成を示す図である。 図１の超低周波警報発生装置にＧＰＳ端末および交差点検出機能を搭載した警報システムの使用例を示す図である。 ＧＰＳ端末および交差点検出機能を搭載した警報システムの構成を示す図である。 図１に示した超低周波警報発生装置の効果を実証するための実験例を示す説明図である。 搬送波の周波数を３０Ｈｚに固定し、原信号の超低周波数を０Ｈｚ，１Ｈｚ，２Ｈｚ，４Ｈｚ，８Ｈｚの５種類に変化させたときの被験者の応答の結果を示すグラフである。 原信号の超低周波数が２Ｈｚに固定し、搬送波の周波数を４０Ｈｚ，３５Ｈｚ，３０Ｈｚの３種類に変化させたときの被験者の応答の結果を示すグラフである。

図１は本発明の警報器として使用する超低周波警報発生装置の一実施形態を示す説明図である。
図１では、超低周波警報発生装置１は、波形生成器１１と、振幅変調器１２と、増幅器１３と、スピーカ１４とを備えている。
波形生成器１１は、搬送波Ｓ_CRと_ISとを生成する。本実施形態では、波形生成器１１は一ブロックで示してある。一般には、波形生成器１１は、搬送波生成回路と超低周波信号生成回路から構成できる。

周波数ｆ_CR（搬送波Ｓ_CRの周波数）は、可聴域下限の近傍（２０Ｈｚ以上４０Ｈｚ未満）の範囲内にある。
超低周波の周波数ｆ_IS（原信号Ｓ_ISの周波数）は、可聴域下限よりも小さい（本実施形態では、０．５Ｈｚ以上４Ｈｚ未満）の範囲内にある。

振幅変調器１２は、搬送波Ｓ_CRを原信号Ｓ_ISで振幅変調してＡＭ変調信号Ｓ_AMを出力する。
本実施形態では、３０Ｈｚの搬送波Ｓ_CRの周波数ｆ_CR（図２（Ｂ）（ａ））を、２Ｈｚの原信号Ｓ_ISの周波数ｆ_IS（図２（Ｂ）（ｂ））で変調することで、ＡＭ変調信号（図２（Ｂ）（ｃ））が生成される。

図３（Ａ）に、２Ｈｚの正弦波と４０Ｈｚの正弦波を乗算（ミキシング）した波（２Ｈｚ／４０Ｈｚミキシング波）を示し、図３（Ｂ）に（Ａ）の２Ｈｚ／４０Ｈｚミキシング波のスペクトラム図を示す。
図３（Ｂ）に示すように、２Ｈｚ／４０Ｈｚミキシング波を周波数軸上で見ると入力した２波形とは異なる２つの周波数成分が現れる。
これらの周波数は、３８Ｈｚ（４０Ｈｚ−２Ｈｚ）および４２Ｈｚ（４０Ｈｚ＋２Ｈｚ）である。
２Ｈｚ／４０Ｈｚミキシング波は、「うなり」を持つ波である。「うなり」は、周波数の近い２つの波が重ね合わされることで発生する現象であり、この場合には、２つの波の周波数は、３８Ｈｚおよび４２Ｈｚである。

すなわち、ヒトは「うなり」として変調音を聞くことになり，「うなりの周波数」は４２Ｈｚ−３８Ｈｚ＝４Ｈｚとなる。言い換えると、振幅変調した周波数の２倍の周波数を「うなり」として聞いていることになる。
たとえば、変調周波数が０．５Ｈｚ，１，２Ｈｚ，４Ｈｚの場合，聞いている「うなりの周波数」は、１Ｈｚ，４Ｈｚ，８Ｈｚとなる。

周波数ｆ_CRの搬送波（図３（Ａ），（Ｂ）では４０Ｈｚ）を、周波数ｆ_ISの原信号（上図では２Ｈｚ）で振幅変調（ＡＭ）するということは、搬送波と原信号とを乗算（ミキシング）することである。
なお、この振幅変調により発生する波は、周波数（ｆ_CR−ｆ_IS）Ｈｚの波Ｗ１と周波数（ｆ_CR＋ｆ_IS）Ｈｚの波Ｗ２を加算する（重ね合わせる）ことでも生成できる。
たとえば、上述した２Ｈｚ／４０Ｈｚミキシング波は、３８Ｈｚの波Ｗ１と４２Ｈｚの波Ｗ２とを重ね合わせることで生成できる。
図３（Ａ），（Ｂ）では、２つの波Ｗ１のパワーと波Ｗ２のパワーとが等しい場合を示してある。

図４（Ａ）に、波Ｗ１と波Ｗ２のパワーが１：０．５であるときの波を示し、図４（Ｂ）に（Ａ）の波のスペクトラム図を示す。
また、図５（Ａ）に、波Ｗ１と波Ｗ２のパワーが１：０．１であるときの波を示し、図５（Ｂ）に（Ａ）の波のスペクトラム図を示す。
図３（Ａ），図４（Ａ），図５（Ａ）を比較するとわかるように、パワー比が低下すると、包絡線の振幅も低下する。
このことから、歩行者や自転車運転者に、超低周波警報を効果的に知覚させるためには、２種類の波のパワー比が少なくとも５０％以上であることが好ましく、より好ましくは１００％に必要がある。
なお、パワー比は、「一方の波のパワーに対する他方の波のパワー」である。

図６（Ａ）に、周波数が３０Ｈｚ，４０Ｈｚ，５０Ｈｚの複数の搬送波が重ね合わされ、この重ね合わされた波が２Ｈｚの原信号により振幅変調された例を示している。図６（Ｂ）はミキシングされた波のスペクトル図である。それぞれの波の周波数を中心として±２Ｈｚの信号成分が現れる。

図７，図８により、図１の超低周波警報発生装置１を応用した警報システムの一例を説明する。
図７では、警報システム６１は、歩行者５２が前方を歩行しているときに、ＡＭ変調音ＳＮＤ_AMを発生することで、歩行者５２に電気自動車５１の接近を知らせることができる。

図８に示すように、警報システム６１は、超低周波警報発生装置１と、ヒトセンサユニット３と、これらを制御する警報制御装置２１とを備えている。
ヒトセンサユニット３は、赤外線光源３１と、赤外線センサ３２とを備えている。赤外線センサ３２は、赤外線光源３１が出射した赤外線（ＩＲ）の歩行者５２からの反射光を検出することで、前方に人が存在しているか否かを検出できる。
電気自動車５１の前方に人が存在するときには（図７参照）、警報制御装置２１は超低周波警報発生装置１からＡＭ変調音ＳＮＤ_AMを出射する。

図１の超低周波警報発生装置１を応用した警報システムの他の例を、図９により、説明する。
図９では、警報システム６１は、電気自動車５１が交差点に接近したときに、ＡＭ変調音ＳＮＤ_AMを発生することで、歩行者５２に電気自動車５１の接近を知らせることができる。

図１０に示すように、警報システム６１は、超低周波警報発生装置１と、ＧＰＳ端末４と、これらを制御する警報制御装置２１と、交差点検出器２２を備えている。
ＧＰＳ端末４は、受信器４１と位置座標検出器４２と地図データベース４３とを備えている。
受信器４１は、人工衛星７ａ，７ｂ，７ｃからの電波を受信して現在位置情報を、位置座標検出器４２に渡す。
位置座標検出器４２は、検出した位置座標を交差点検出器２２に渡す。位置座標検出器４２は、電気自動車５１の位置を検出する。

交差点検出器２２は、電気自動車５１の現在位置のほか、地図データベース４３を参照することで、進行方向も知っている。したがって、交差点検出器２２は、は、電気自動車５１の現在位置情報と進行方向とから、先方所定距離内に交差点が存在しているか否かを、地図データベース４３を参照することで検出することができる。
警報制御装置２１は、電気自動車５１が交差点に近づいたときには（図９参照）、超低周波警報発生装置１に低周波数警報音を出射させる。

図１０では、警報システム６１のほか、表示システム６２が表示されている。両システムでは、ＧＰＳ端末４が共用されている。
すなわち、表示システム６２は、ＧＰＳ端末４と、表示情報生成器８１と、表示装置８２とを備えている。
表示情報生成器８１は、位置座標検出器４２からの電気自動車５１の現在位置情報に対応する地図情報を、地図データベース４３から読み出して、表示装置８２に表示することができる。

図１１に図１に示した超低周波警報発生装置１の効果を実証する実験例を示す。
本実験例では、若年の被験者が８人に対して、超低周波警報発生装置１の知覚テストを行った。
実験に際しては、図１１に示すように、スピーカ１４から、８人の被験者９１，９２，・・・，９８までの距離を３ｍとした。
被験者９１，９２，・・・，９８は、スピーカ１４に背を向けた状態で椅子に座らせた。また、スピーカ１４から、被験者９１，９２，・・・，９８に向けてＡＭ変調音ＳＮＤ_AMを出射した。
被験者９１，９２，・・・，９８は、明確に音を知覚したとき（聴覚による聴き取り可）は右手を挙手し、聴覚による明確な聴き取りはできないが骨伝導によりＡＭ変調音ＳＮＤ_AMを体感できたとき（感知可）のときは左手を挙手するように指示した。

まず、最初に、搬送波S_CRの周波数を３０Ｈｚに固定し、原信号Ｓ_ISの周波数ｆ_ISを０Ｈｚ，１Ｈｚ，２Ｈｚ，４Ｈｚ，８Ｈｚの５種類とした。このときの音圧レベルは、５０ｄＢとした。これら５種類の周波数の原信号Ｓ_ISをランダムに３回ずつ発生させて、被験者９１，９２，・・・，９８に向けて出射した。
このときの実験結果を図１２に示す。図１２から、原信号Ｓ_ISの周波数ｆ_ISが２Ｈｚであるときに、最も知覚がされやすいことがわかる。もちろん、０．５Ｈｚ以上４Ｈｚ未満でも知覚が比較的簡単になされる。

原信号Ｓ_ISの周波数ｆ_ISが２Ｈｚに固定し、搬送波Ｓ_CRの周波数ｆ_CRを４０Ｈｚ，３５Ｈｚ，３０Ｈｚの３種類とした。このときの音圧レベルは、５０ｄＢとした。これら３種類の周波数の搬送波Ｓ_CRをランダムに３回ずつ発生させて、被験者９１，９２，・・・，９８に向けて出射した。
このときの実験結果を図１３に示す。図１３から、搬送波Ｓ_CRの周波数ｆ_CRは３０Ｈｚから４０Ｈｚが最も知覚がされやすいことがわかる。図１３では、搬送波Ｓ_CRの周波数ｆ_CRが２０Ｈｚの場合は示されていないが、この場合にも知覚がされやすいことが予想できる。

上記の実施形態では超低周波警報発生装置が、電気自動車等に搭載された場合を示した。本発明の超低周波警報発生装置は、アミューズメントゲーム機（ゲームセンターに設置されているゲーム機）の音声発生装置や、家庭用ゲーム機の音声発生装置に適用できる。たとえば、特定キャラクタが出現する気配・予感（これらは、ある種の警報であると考えることができる）を操作者に感じさせるような演出に好適に使用できる。
さらに、本発明の超低周波警報発生装置は、ホームシアターのサウンドシステムの音声発生装置にも上記と同様、好適に使用できる。

１ 超低周波警報発生装置
３ ヒトセンサユニット
７ａ，７ｂ，７ｃ 人工衛星
１１ 波形生成器
１２ 振幅変調器
１３ 増幅器
１４ スピーカ
２１ 警報制御装置
２２ 交差点検出器
３１ 赤外線光源
３２ 赤外線センサ
４ ＧＰＳ端末
４１ 受信器
４２ 位置座標検出器
４３ 地図データベース
５１ 電気自動車
５２ 歩行者
６１ 警報システム
６２ 表示システム
８１ 表示情報生成器
８２ 表示装置
９１，９２，・・・，９８ 被験者
ＳＡＭ ＡＭ変調信号
ＳＣＲ 搬送波
ＳＩＳ 原信号
ＳＮＤＡＭ ＡＭ変調音
ｆＣＲ，ｆＩＳ 周波数

Claims (5)

1. 周波数が可聴域下限に近い搬送波を、周波数が超低周波領域の原信号で振幅変調してＡＭ変調信号を出力する振幅変調器と、
   前記ＡＭ変調信号を入力しＡＭ変調音を出力するスピーカと、
   を備えた超低周波警報発生装置において、
   前記搬送波は、周波数が２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ未満、前記原信号は、周波数が０．５Ｈｚ以上４Ｈｚ未満である、
   ことを特徴とする超低周波警報発生装置。
2. 前記搬送波の周波数の上側および下側に現れる振幅変調により生じた２つの波のパワー比が、少なくとも５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の超低周波警報発生装置。
3. 電気自動車、ハイブリッド電気自動車または電動二輪車に警報器として搭載されたことを特徴とする請求項１に記載の超低周波警報発生装置。
4. 周波数が２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ未満で、周波数差が１Ｈｚ以上８Ｈｚ未満の２つの音波を重畳して発生する超低周波警報発生装置であって、
   前記２つの波のパワー比が少なくとも５０％以上であることを特徴とする超低周波警報発生装置。
5. 電気自動車、ハイブリッド電気自動車または電動二輪車に警報器として搭載されたことを特徴とする請求項４に記載の超低周波警報発生装置。