JP5916931B1

JP5916931B1 - 電子式警音器

Info

Publication number: JP5916931B1
Application number: JP2015148241A
Authority: JP
Inventors: 耕一外山; 川村　寿彦; 寿彦川村; 卓山田
Original assignee: SHUCHITATSUGIKEN CO.,LTD.
Current assignee: SHUCHITATSUGIKEN CO.,LTD.
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2035-07-28
Also published as: DE102016113026B4; CN106409275A; CN106409275B; JP2017026966A; US20170028910A1; DE102016113026A1; US9950663B2

Abstract

【課題】全体形状を十分コンパクトにできるとともに大幅なコスト低減を実現できる音色の改良された電子式警音器を提供する。【解決手段】圧電体６により振動板を起振して警報音を出力する電子式警音器において、高音側の第１基本矩形波を発生する手段８５Ａと、低音側の第２基本矩形波を発生する手段８５Ｂと、第１変調矩形波を発生する手段８４Ａと、第２変調矩形波を発生する手段８４Ｂと、第１基本矩形波を第１変調矩形波で変調するとともに当該変調時の周波数偏移を所定の範囲に設定する手段８３Ａと、第２基本矩形波を第２変調矩形波で変調するとともに当該変調時の周波数偏移を所定の範囲に設定する手段８３Ｂと、変調された第１基本矩形波と変調された第２基本矩形波を合成した合成信号８６ｃを生成して圧電体６を駆動する手段８１，８６とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は電子式警音器に関し、特に高音と低音を同時に発音してその協和音によって音色を改良する電子式警音器を、コンパクトかつ低コストに実現したものである。

警音器の音色を改良するために、従来より、高音用と低音用の二個の電磁式平型警音器を設けて協和音を生成することが行われているが、二倍の設置スぺースを要するとともにコストアップにもなるという問題があった。そこで、特許文献１では平型警音器の前方にこれよりも小さな外径の小型警音器を設ける構造が提案されている。

特開昭５８−１６２９９４号

しかし、上記特許文献１に記載の構造でも、特に前後方向の大きさはコンパクトにならず、また警音器を二台設けることには変わりがないためコストアップも避けられないという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、前後方向も含めて全体形状を十分コンパクトにできるとともに大幅なコスト低減を実現できる音色の改良された電子式警音器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、圧電体（６）により振動板（４）を起振して警報音を出力する電子式警音器において、高音側の第１基本矩形波を発生する手段（８５Ａ）と、低音側の第２基本矩形波を発生する手段（８５Ｂ）と、第１変調矩形波を発生する手段（８４Ａ）と、第２変調矩形波を発生する手段（８４Ｂ）と、前記第１基本矩形波を前記第１変調矩形波で変調するとともに当該変調時の周波数偏移を設定する手段（８３Ａ）と、前記第２基本矩形波を前記第２変調矩形波で変調するとともに当該変調時の周波数偏移を設定する手段（８３Ｂ）と、変調された前記第１基本矩形波（８６ａ）と変調された前記第２基本矩形波（８６ｂ）を合成した合成信号（８６ｃ）を生成して当該合成信号（８６ｃ）で前記圧電体（６）を駆動する手段（８１，８６）とを備え、かつ前記合成信号（８６ｃ）で駆動される前記圧電体（６）によって出力される前記警報音が電磁式ホーンから出力される警報音の音色に近似したものになるように、前記各基本矩形波の周波数範囲、前記各変調矩形波の周波数範囲、および前記各変調時の周波数偏移範囲が設定されている。

本第１発明によれば、変調された第１基本矩形波および変調された第２基本矩形波を合成した駆動信号によって圧電体を駆動することによって、圧電体によって起振される振動板から発せられる警報音は高音と低音の協和音となり、その音色が大きく改善される。そして、本第１発明では一つの振動板によって高音と低音の協和音が発生させられるから、警報器全体が十分コンパクトになるとともに大幅なコスト低減も実現される。

なお、前記基本矩形波の周波数を１８００〜３５５０Ｈｚ、好ましくは２０００〜３３５０Ｈｚの間で設定し、前記変調矩形波の周波数を２９０〜５８０Ｈｚ、好ましくは３１０〜４４０Ｈｚの間で設定し、かつ前記周波数偏移を、前記基本矩形波の周波数に対して−１１〜−２５ｄＢ、好ましくは−１５〜−２１ｄＢの間で設定すると良い。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の電子式警音器によれば、前後方向も含めて全体形状を十分コンパクトにできるとともに大幅なコスト低減を実現できる。

本発明の電子式警音器の全体断面図である。本発明の警音回路の構成を示すブロック図である。従来の低音側電磁式平型警音器の、警報音の周波数スペクトラムを示す図である。従来の高音用電磁式平型警音器の、警報音の周波数スペクトラムを示す図である。従来の低音用と高音用の平型警音器を同時に吹鳴させた場合の警報音の周波数スペクトラムを示す図である。本発明の周波数変調回路の出力信号の波形図である。本発明の合成回路の合成信号の波形図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

(第１実施形態)
図１に本発明の電子式警音器の全体断面図を示す。電子式警音器は円形開放容器状の金属板ハウジング１を備えており、ハウジング１の底壁中心には取付用のステー１１がボルト結合されている。ハウジング１内にはこれに沿って開放容器状の樹脂製ホルダ２が挿置してあり、ホルダ２の底壁上にはこれと平行に回路基板３が配設されている。回路基板３はホルダ２の底壁に立設されたピン部２１に嵌装支持されており、当該回路基板３上には後述する警音回路が設けられている。なお、警音回路の回路部品等は図示を省略してある。

ホルダ２の開口を閉鎖して上記回路基板３と平行に振動板としての金属製ダイヤフラム板４が張設されており、ダイヤフラム板４はその外周縁が、ホルダ２の開口縁とホルダ２の開口に覆着された樹脂製共鳴器５の外周縁との間に挟持されている。共鳴器５には外周部の複数個所（本実施形態では周方向等間隔で４箇所）に音出力口５１が設けられている。ダイヤフラム板４には裏面（図１の下面）中心部に円形の圧電体６が接合されている。回路基板３からは圧電体６の一方の電極（図示略）と、圧電体６の他方の電極（図示略）へ通じるダイヤフラム板４とへ、それぞれ出力線３１，３２が延びている。また、回路基板３の一端には、ハウジング１外へ延びる給電コネクタ３３の一端が接続されている。なお、共鳴器５の外方は、長穴状の放音口７１を形成した金属製カバー体７で覆われている。

図２には回路基板３上に設けられた警音回路８の構成を示す。圧電体６の両電極は駆動回路８１に接続されており、駆動回路８１には電圧発生回路８２から駆動用の電圧が供給されている。駆動回路８１には合成回路８６が接続され、合成回路８６には第１周波数変調・偏移回路８３Ａと第２周波数変調・偏移回路８３Ｂが接続されている。そして、第１周波数変調・偏移回路８３Ａには第１変調矩形波発生回路８４Ａと高音側の第１基本矩形波を発生する第１基本矩形波発生回路８５Ａが接続され、第２周波数変調・偏移回路８３Ｂには第２変調矩形波発生回路８４Ｂと低音側の第２基本矩形波を発生する第２基本矩形波発生回路８５Ｂが接続されている。

第１および第２基本矩形波発生回路８５Ａ，８５Ｂでそれぞれ発生させられる第１および第２基本矩形波が、第１および第２変調矩形波発生回路８４Ａ，８４Ｂから出力される変調矩形波によって、第１および第２周波数変調・偏移回路８３Ａ，８３Ｂでそれぞれ後述のように所定の周波数偏移で周波数変調される。変調された出力信号８６ａ，８６ｂは合成回路８６で合成され、合成信号８６ｃとなって駆動回路８１を介して圧電体６に印加されて当該圧電体６が起振される。なお、第１および第２周波数変調・偏移回路８３Ａ，８３Ｂ、第１および第２変調矩形波発生回路８４Ａ，８４Ｂ、第１および第２基本矩形波発生回路８５Ａ，８５Ｂ、合成回路８６をハードウエアではなくソフトウエアで実現しても良い。

ここで、従来の低音用電磁式平型警音器の、警報音の周波数スペクトラムの一例を図３に示す。図３に示す例では、警報音の基本周波数は３５０Ｈｚであり、当該基本周波数の整数倍の周波数の、複数の高調波のうち８次の高調波（２８００Ｈｚ）で共鳴板が共振してその音圧が最も大きくなり、当該音圧は１０５〜１１８ｄＢの範囲にあった。

また、従来の高音用電磁式平型警音器の、警報音の周波数スペクトラムの一例を図４に示す。図４に示す例では、警報音の基本周波数は４００Ｈｚであり、当該基本周波数の整数倍の周波数の、複数の高調波のうち８次の高調波（３２００Ｈｚ）で共鳴板が共振してその音圧が最も大きくなり、当該音圧は１０５〜１１８ｄＢの範囲にあった。

そして、上記低音用と高音用の平型警音器を同時に吹鳴させた場合の警報音の周波数スペクトラムは図５に示すように、低音用平型警音器の警報音の周波数スぺクトラムと高音用平型警音器の警報音の周波数スぺクトラムを加算したものとなる。

そこで、変調される高音側の第１基本矩形波の周波数を３２００Ｈｚに設定し、変調矩形波の周波数を４００Ｈｚ、周波数偏移を４００Ｈｚ（絶対値）に設定した。この周波数偏移をｄＢで示すと２０log（周波数偏移／基本矩形波の周波数）＝２０log（４００／３２００）＝−１８ｄＢとなる。周波数偏移を−１８ｄＢに設定したのは、後述するように警報音の音色を良好にできるからである。この場合の、第１周波数変調・偏移回路８３Ａからの出力信号８６ａは図６（１）に示すようなものとなる。当該信号８６ａの波形は正負に変化する矩形波で、第１基本矩形波の周波数３２００Ｈｚを中心にこれより４００Ｈｚだけ上下した３６００Ｈｚの領域Ｘ１と２８００Ｈｚの領域Ｙ２を２．５ｍｓ（＝１／４００（Ｈｚ））の周期で交互に繰り返すものとなる。

また、変調される低音側の第２基本矩形波の周波数は２８００Ｈｚに設定し、変調矩形波の周波数を３５０Ｈｚ、周波数偏移を４００Ｈｚ（絶対値）に設定した。この周波数偏移をｄＢで示すと２０log（周波数偏移／基本矩形波の周波数）＝２０log（４００／２８００）＝−１７ｄＢとなる。周波数偏移を−１７ｄＢに設定したのは、後述するように警報音の音色を良好にできるからである。この場合の、第２周波数変調・偏移回路８３Ｂからの出力信号８６ｂは図６（２）に示すようなものとなる。当該信号８６ｂの波形は正負に変化する矩形波で、第１基本矩形波の周波数２８００Ｈｚを中心にこれより４００Ｈｚだけ上下した３２００Ｈｚの領域Ｘ２と２４００Ｈｚの領域Ｙ２を２．９ｍｓ（＝１／３５０（Ｈｚ））の周期で交互に繰り返すものとなる。

上記各出力信号８６ａ，８６ｂは後段の合成回路８６へ入力して合成される。合成回路８６で合成された合成信号８６ｃの波形を図７に示す。この場合の合成回路８６における合成は、ＯＲ演算、ＡＮＤ演算のいずれでも良い。例えばＯＲ演算の場合には、出力信号８６ａ，８６ｂの両者が「Ｌ」レベルの時のみ合成信号８６ｃは「Ｌ」レベルとなり、出力信号８６ａ，８６ｂの両者ないしいずれかが「Ｈ」レベルの時には合成信号８６ｃは「Ｈ」レベルとなる。合成信号８６ｃは駆動回路８１を介してこれに応じた駆動電圧として圧電体６に出力される。

このような駆動電圧を印加された圧電体６により起振されたダイヤフラム板４によって発生させられる警報音の周波数スペクトラムは、一例として示した従来の高音用電磁式平型警音器から出力される警報音の周波数スペクトラム（図３参照）と低音用電磁式警音器から出力される警報音の周波数スぺクトラム（図４参照）を加算した周波数スペクトラム（図５参照）と同様のものとなり、警音器の音色が大きく改善される。

なお、音圧については、例えばダイヤフラム板４を板厚０．３ｍｍでφ６４のＳＵＳ板で構成し、振動板として板厚０．３ｍｍでφ４０の圧電体６を使用して、当該圧電体６に絶対値６２．５Ｖで正負に変化する上記駆動電圧を印加するようにすれば、駆動周波数をダイヤフラム板４の共振周波数近傍とした時に１１０ｄＢ程度の十分な音圧を得ることができる。なお、ダイヤフラム板４の共振周波数はその板厚又は外径を変えることで変更することができる。

ここで５人の被験者による官能試験によれば、表１に示すように、基本矩形波の周波数は１８００〜３５５０Ｈｚの範囲（表１の一重丸が付された範囲）に設定すると電磁式平型ホーンから出力される警報音の音色に近い音色が得られ、２０００〜３３５０Ｈｚの範囲が特に好ましい（表１の二重丸が付された範囲）。１６００Ｈｚでは電磁式平型ホーンの音色から外れる場合があり、１４００Ｈｚ以下では十分な音圧が得られない。また、３７５０Ｈｚでは電磁式平型ホーンの音色よりもやや甲高い音になり、３９５０Ｈｚ以上では甲高い音になる。

変調矩形波の周波数については、表２に示すように、２９０〜５８０Ｈｚの範囲（表２の一重丸が付された範囲）に設定すると電磁式平型ホーンから出力される警報音の音色に近い音色が得られ、３１０〜４４０Ｈｚの範囲が特に好ましい（表２の二重丸が付された範囲）。２７０Ｈｚではややうなりが感じられることが有り、２５０Ｈｚ以下ではうなりが感じられるようになる。また、６００Ｈｚでは電磁式平型ホーンに対してやや単調な音になり、６２０Ｈｚ以上では完全に単調な音になる。

周波数偏移については、表３に示すように、−１１〜−２５ｄＢの範囲に設定すると電磁式平型ホーンから出力される警報音の音色に近い音色が得られ（表３の一重丸が付された範囲）、−１５〜―２１ｄＢの範囲が特に好ましい（表３の二重丸が付された範囲）。−７ｄＢでは少し音が割れ、−３ｄＢ以下では音が割れる。また、−２９ｄＢでは電磁式平型ホーンに対してやや単調な音になり、−３３ｄＢ以上では単音に近くなる。

１…ハウジング、２…ホルダ、３…回路基板、４…ダイヤフラム板（振動板）、６…圧電体、８…警音回路、８１…駆動回路、８３Ａ…第１周波数変調・偏移回路、８３Ｂ…第２周波数変調・偏移回路、８４Ａ…第１変調矩形波発生回路、８４Ｂ…第２変調矩形波発生回路、８５Ａ…第１基本矩形波発生回路、８５Ｂ…第２基本矩形波発生回路、８６…合成回路。

Claims

圧電体により振動板を起振して警報音を出力する電子式警音器において、高音側の第１基本矩形波を発生する手段と、低音側の第２基本矩形波を発生する手段と、第１変調矩形波を発生する手段と、第２変調矩形波を発生する手段と、前記第１基本矩形波を前記第１変調矩形波で変調するとともに当該変調時の周波数偏移を設定する手段と、前記第２基本矩形波を前記第２変調矩形波で変調するとともに当該変調時の周波数偏移を設定する手段と、変調された前記第１基本矩形波と変調された前記第２基本矩形波を合成した合成信号を生成して当該合成信号で前記圧電体を駆動する手段とを備え、かつ前記合成信号で駆動される前記圧電体によって出力される前記警報音が電磁式ホーンから出力される警報音の音色に近似したものになるように、前記各基本矩形波の周波数範囲、前記各変調矩形波の周波数範囲、および前記各変調時の周波数偏移範囲が設定されている電子式警音器。
前記基本矩形波の周波数を１８００〜３５５０Ｈｚ、好ましくは２０００〜３３５０Ｈｚの間で設定し、前記変調矩形波の周波数を２９０〜５８０Ｈｚ、好ましくは３１０〜４４０Ｈｚの間で設定し、かつ前記周波数偏移を、前記基本矩形波の周波数に対して−１１〜−２５ｄＢ、好ましくは−１５〜−２１ｄＢの間で設定した請求項１に記載の電子式警音器。