JP6137150B2 - 和音用デジタル信号の生成方法および生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、和音用デジタル信号の生成方法および生成装置に関するものである。

例えば、自動車等の車両においては、クラクション等の電磁式のブザー（発音式警報装置）を有している。このブザーは、その電磁コイルに所定周波数の電気信号を付与することにより振動板を振動させて音を発生させるものが一般的となっている。

上記特許文献１には、外気温度に応じてブザーから出力する音圧を変更するものが開示されている。また、特許文献２には、ブザーから出力する周波数に応じて電圧を変更することによりメロディを発音させるものが開示されている。

特開２００９−１０１８９５号公報 特開２０１３−０３７１０６号公報

ところで、ブザーが出力する音が周波数一定の単音であると、聴く者に対して単調で安っぽい感じを与えてしまうことになる。このため、ブザーが出力する音を、周波数の異なる音を合成した和音とすることが考えられる。

しかしながら、デジタル信号によってブザーを作動させる場合に、１つのブザーから和音を発生させることは難しいものとなる。すなわち、互いに周波数の異なる２つの音源用デジタル信号（例えば４００ＨＺと５００ＨＺのデジタル信号）を単に合成することにより和音用デジタル信号としたのでは、階段状波形（ハイ信号の波形が階段状になること）が多く出現してしまうことになる。この場合、階段状波形の階段部分（中間部分）に相当する中間電圧では、ブザーの振動板を十分に変位させることができないため（階段部分の音圧を十分に確保することができないため）、出力された音は事実上和音とはいえないものになってしまう。

勿論、車両の電源電圧を昇圧する昇圧器を用いたり、音楽用スピーカ等を駆動する場合に採用されているようなデジタル信号をアナログ信号に置換することが考えられるが、この場合は、昇圧器やＤ／Ａ変換器等が別途必要になってしまうことになる。このようなことから、例えば高級な車両でみられるように、２つのブザーを用意して、一方のブザーからある周波数（例えば５００ＨＺ）の音を発生させ、他方のブザーからは別の周波数（例えば６００ＨＺ）の音を発生させて、この発生された２つの音の重なりでもって和音を生成するようにしているのが実情である。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、電源電圧を昇圧させる昇圧器やＤ／Ａ変換器等を別途必要とすることなく、１つのブザーから和音を発生させることのできるようにした和音用デジタル信号の生成方法および生成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明方法にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
互いに周波数の異なる複数の音源用デジタル信号を合成することにより、１つの和音用デジタル信号を生成するようにした和音用デジタル信号の生成方法であって、
前記複数の音源用デジタル信号のデューティ比をそれぞれ小さくする第１ステップと、
前記第１ステップ後に、前記複数の音源用デジタル信号同士を合成する第２ステップと、
を備え、
前記複数の音源用デジタル信号が２つとされ、
前記第１ステップにおいて、周波数の大きい方の音源用デジタル信号のデューティ比が、周波数の小さい方の音源用デジタル信号のデューティ比よりも大きくされ、
前記第１ステップにおいて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比が、その周期の比に応じた値として設定され、
前記第１ステップが、
前記２つの音源用デジタル信号の周期の比を１桁の数値でもって求める第３ステップと、
前記第３ステップにおいて得られた周期の比を示す数値の逆数を演算する第４ステップと、
前記第４ステップで得られた逆数の割合に応じて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比を小さくする第５ステップと、
を備えているようにしてある。

上記解決手法によれば、生成される和音用デジタル信号は、各音源用デジタル信号のデューティ比を小さくした後に合成したものとなっているので、単純にオン（ハイ波形対応）、オフの２値のデジタル信号となり、昇圧器やＤ／Ａ変換器等を別途用いることなく、１つのブザーから和音を発生させることができる。ちなみに、デューティ比を小さくする処理を行わない場合は、ハイ波形の一部重複部分が多数生じて、合成波形が階段波形を多数有するものになってしまう。また、デューティ比を小さくする割合をさほど大きくすることなく、階段状波形が形成されないようにすることができるので、デューティ比を比較的大きくして、音圧を十分に確保する上でも好ましいものとなる。

また、前記複数の音源用デジタル信号が２つとされている、ようにしてあるので、音源用デジタル信号の数を極力少なくして、制御の簡単化等の上で好ましいものとなる。

さらに、前記第１ステップにおいて、周波数の大きい方の音源用デジタル信号のデューティ比が、周波数の小さい方の音源用デジタル信号のデューティ比よりも大きくされるので、各周波数の音源用デジタル信号でのハイ波形の出力時間を、ほぼ同じに設定する等の上で好ましいものとなる。

さらにまた、前記第１ステップにおいて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比が、その周期の比に応じた値として設定される、ようにしてあるので、各周波数の音源用デジタル信号でのハイ波形の出力時間を同じに設定して、各周波数に対応した音をほぼ等しく出力する上でも好ましいものとなる。

加えて、前記第１ステップが、
前記２つの音源用デジタル信号の周期の比を１桁の数値でもって求める第３ステップと、
前記第３ステップにおいて得られた周期の比を示す数値の逆数を演算する第４ステップと、
前記第４ステップで得られた逆数の割合に応じて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比を小さくする第５ステップと、
を備えているようにしてあるので、デューティ比を小さくする具体的な手法が提供される。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２に記載のとおりである。すなわち、
前記２つの音源用デジタル信号におけるハイ波形同士が、小さい方の周波数のハイ波形の数でもってｎ（ｎ＝整数）個分毎に完全に重なるようにされたとき、該ｎが５以上となるように前記２つの音源用デジタル信号における各周波数が設定されている、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、ハイ波形同士が完全に重なることは、和音を忠実に再現するという点では好ましくないものの、５回あるいはそれ以上の回数に１回程度の重なりであれば、聴く者にとって違和感をなんら感じないものであり、問題のないものとなる。

前記目的を達成するため、本発明装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項３に記載のように、
和音用デジタル信号の生成装置であって、
互いに周波数の異なる２つの音源用デジタル信号を発生させる音源用デジタル信号発生手段と、
前記２つの音源用デジタル信号のデューティ比をそれぞれ小さくするデューティ比変更手段と、
前記デューティ比変更手段によってデューティ比が小さくされた前記２つの音源用デジタル信号を合成して和音用デジタル信号を生成する合成手段と、
を備え、
前記デューティ比変更手段は、
周波数の大きい方の音源用デジタル信号のデューティ比を、周波数の小さい方の音源用デジタル信号のデューティ比よりも大きくし、
前記各音源用デジタル信号のデューティ比を、その周期の比に応じた値とし、
さらには、前記２つの音源用デジタル信号の周期の比を１桁の数値でもって求め、その求めた周期の比を示す数値の逆数を演算して、その得られた逆数の割合に応じて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比を小さくするように設定されているようにしてある。上記解決手法によれば、請求項１に対応した方法を実行するための装置が提供される。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項４に記載のとおりである。すなわち、
前記合成手段によって合成された和音用デジタル信号が、車両における電磁式の警報装置用とされている、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、車両用の警報装置において、極力簡便な手法でもって和音を発生させる等の上で好ましいものとなる。

本発明によれば、電源電圧を昇圧させる昇圧器やＤ／Ａ変換器等を別途必要とすることなく、１つのブザーから和音を発生させることができる。

本発明の制御系統例を示す図。 ブザーの一例を示す断面図。 周波数の異なる２つの音源用デジタル信号の例を示す図。 図３の音源用デジタル信号のデューティ比を小さくした状態を示す図。 図４の音源用デジタル信号を合成して合成波を得る例を示す図。 デューティ比を小さくする第２の例を示す図。 デューティ比を小さくする第３の例を示す図。 デューティ比を小さくする第４の例を示す図。

図１において、１は警報装置の音源となる電磁式のブザーであり、実施形態では、自動車のクラクション用とされている。ブザー１は、スイッチング素子２と直列に、バッテリ電源（電源電圧で、実施形態では１２Ｖ）に対して接続されている。スイッチング素子２は、常開式とされて、常時はブザー１への電源供給が遮断された状態とされている。

図１中、３、４は周波数発生回路である。周波数発生回路３は、周波数Ａ（例えば６００ＨＺ）の矩形波からなる音源用デジタル信号を発生する。また、周波数発生回路４は、周波数Ａとは異なる周波数Ｂ（例えば５００ＨＺ）の矩形波からなる音源用デジタル信号を発生する。

各周波数発生回路３、４で発生された音源用デジタル信号は、それぞれ合成回路５に入力される．合成回路５では、後述するように、周波数Ａの音源用デジタル信号と周波数Ｂの音源用デジタル信号とを合成することにより、和音を発生させるための和音用デジタル信号を生成する。コントローラ５には、運転者によりマニュアル操作されるマニュアルスイッチ６が接続されている。マニュアルスイッチ６は、実施形態では、ステアリングホイールに設けられたホーンスイッチ（クラクションスイッチと称されることもある）とされている。コントローラ５は、マニュアルスイッチ６が運転者によりＯＮ操作（通常は押圧操作）されると、ＯＮ操作されている時間だけ、上記合成された和音用デジタル信号をスイッチング素子に出力する。これにより、ブザー１から和音が発生されることになる。

次に、図２を参照しつつ、ブザー１の一例について説明する。ブザー１は、ケーシング１１を有して、ケーシング１１の底部に設けたヨーク１２上に電磁石１３が固定されている。電磁石１３は、鉄心１３Ａとこれを取り巻くコイル１３Ｂとを有している。ヨーク１２上には、電磁石１３を取り巻くようにして、永久磁石１４が固定されている。永久磁石１４は、電磁石１３の磁力を増大させるために設けられているが、無くてもよいものである。

ケーシング１１内には、電磁石１３を覆うようにして振動板１５が配設され、この振動板１５の外周縁部が、永久磁石１４に固定されている。振動板１５は、十分に弾性変形可能とされて、その中央部には、磁性部材からなる磁片１６が固定されている。電磁石１３のコイル１３Ｂに通電されると、磁片６が電磁石１３に引き寄せられて図中下方に変位され、コイル１３Ｂの通電が遮断されると、振動板１５は図中上方へ変位（復帰）される。コイル１３Ｂの通電と通電遮断とは、和音用デジタル信号に基づくスイッチング素子２のＯＮ、ＯＦＦによって高速で行われることになる。つまり、振動板１５は、上記和音用デジタル信号のうち例えばハイ信号のときに下方へ変位され、ロー信号のときに上方へ変位されることになる。和音用デジタル信号は、周波数Ａの音源用デジタル信号と周波数Ｂの音源用デジタル信号とを合成したもので、振動板１５の信号は、ケーシング１１に設けた開口部１１ａを通して外部へと広がることになる。なお、図示を略すが、ケーシング１１には、開口部１１ａに連なるようにしてホーンが配設されて、このホーンの共鳴効果を受けつつ和音が外部へ広がることになる。

次に、２つの音源用デジタル信号を合成して１つの和音用デジタル信号を生成する点について説明する。なお、合成波の生成は、コントローラ５が有するデューティ比を小さくする手段（機能）と、デューティ比を小さくした後の周波数を合成する合成手段（機能）との各処理によって行われる。

まず、周波数発生回路３、４での矩形波からなる音源用デジタル信号は、図３に示すように、サイン波に応じてデューティ比が５０％の矩形波とされる。周波数Ａのハイ信号（ハイ波形）と周波数Ｂのハイ信号（ハイ波形）とは、所定の重なり周期で完全に重なるタイミングが存在することになる。図３の例では、ｔ１時点で完全に重なった後、次にｔ２時点で完全に重なった状態となり、ｔ１時点とｔ２時点との間が「重なりの周期」となる。ｔ１時点でのハイ波形を０番目のハイ波形としたとき、ｔ２時点でのハイ波形は、周波数Ａについては６番目のハイ波形となり、周波数Ｂについては５番目のハイ波形となる。

図４は、図３に示す各音源用デジタル信号のデューティ比を、それぞれ小さくした状態が示される。デューティ比を小さくすることにより、周波数ＡとＢとの間での部分的な重なりが存在しないようにされる。実施形態では、デューティ比を小さくする処理の際に、周波数ＡとＢとの比に応じて、周波数が大きい方（周波数Ａ）のデューティ比を周波数が小さい方（周波数Ｂ）のデューティ比よりも大きくするようにしてある。すなわち、各周波数Ａ、Ｂにおいて、その１周期の間でのハイ波形の出力時間が互いに同じあるいはほぼ同じになるように設定してある。

具体的には、次のようにしてデューティ比を決定してある。まず、周波数Ａ（６００ＨＺ）の周期は１／６００であり、周波数Ｂ（５００ＨＺ）の周期は１／５００となる。周期の比は、１／６００：１／５００なので、１桁（小数点以下を含む）の比で表すと５：６となる（比を示す数値は、周波数１００ＨＺを「１．０」として換算）。この各値５と６の逆数は、０．２０と０．１６７となる。この０．２０と０．１６７を％で示した数値２０％と１６．７％が、各周波数でのデューティ比となる。つまり、周波数Ａ（６００ＨＺ）のデューティ比２０％であり、周波数Ｂ（５００ＨＺ）のデューティ比は１６．７％となる。このような処理により、各周波数Ａ、Ｂについて、１周期あたりのハイ波形の出力時間を精度よく同じに設定することができる。

別の例として、周波数Ａを４００ＨＺ、周波数Ｂを５００ｈｚとしたときは、周期の比が１／４００：１／５００なので５：４となり、その逆数は１／５と１／４であり、その％は２０％と２５％となる。つまり、４００ＨＺのデューティ比は２０％、５００ＨＺのデューティ比は２５％となる。なお、周期の比を示す１桁の数値が２以下の場合は、デューティ比が５０％よりも小さくなるように、周期の比を示す数値をそれぞれ２倍にする等の数値増大処理を行えばよい。

図４のようデューティ比が小さくされた後に、周波数ＡとＢとを合成すると、図５に示すような合成波が得られることになる。なお、ハイ波形が完全に重なる部分については、そのハイ波形の最大値を大きく（２倍に）することなく、他のハイ波形の最大値と同じ大きさに設定される。すなわち、ハイ波形（ハイ信号）を１，ロー信号を０で示したとき、合成に際しては、「１と１」の関係のときは「１」とされ、「０と１」のときおよび「１と０」のときはそれぞれ「１」とされ、「０と０」のときに「０」とされる。なお、ハイ波形同士が完全に重なるときは、この重なり部分のハイ波形の最大値を大きくしたままのデジタル信号波形とすることもできる（ハイ波形は、単にオンを示すだけで、その最大値が大きくても小さくても同じなので）。

図５に示す合成波が、和音用デジタル信号となり、この和音用デジタル信号でもって図１に示すスイッチング素子２がＯＮ、ＯＦＦされることになる（和音用デジタル信号のハイ信号のときに例えばブザー１の振動板１５が下方へ変位され、ロー信号のときに振動板１５が上方向へ変位される振動）。なお、ハイ波形が完全に重なった部分については、和音を忠実に再現することにはならないが、聴く者にとっては違和感を感じないものである。特に、ハイ波形同士が完全に重なる重なり周期を、小さい方の周波数のハイ波形の数ｎ（＝整数）で示したときに、ｎが５以上となるように周波数ＡとＢとを設定することにより、聴く者に対して違和感をなんら与えることなく和音として十分に認識させることができる。ちなみに、ｎが３以下の場合は好ましくないものとなる。

図６〜図８は、それぞれ、２つの周波数ＡとＢのデューティ比を小さくする際の別の例を示すものである。すなわち、周波数ｆ１での小さくされたデューティ比に応じて、周波数ｆ２でのデューティ比（図７〜図９中Ｔonで示す時間に相当）の設定例を示すものである。

まず、図６は、周波数ｆ１とｆ２との比が、「２：１」、「３：２」「４：３」「５：４」「６：５」のようなときに好ましい設定例を示すものである。図中、Ｔ1は周波数ｆ１における隣り合う２つのハイ波形間の周期（時間）、Ｔ１offは、この２つのハイ波形の間でのロー波形（ロー信号）の周期である．同様に、Ｔ2は周波数ｆ２における隣り合う２つのハイ波形間の周期（時間）、Ｔ2offは、この２つのハイ波形の間のロー波形の周期であり、Ｔonは周波数ｆ２のデューティ比に相当する周期（時間）である。以上のことを前提として、Ｔonは、図６中（３）式で示されるように、Ｔon＝Ｔ1−Ｔ2＝１／ｆ1−１／ｆ１のように設定すればよいことになる。

図７は、周波数ｆ1とｆ２との比が５：３のような場合に好適な設定例を示す。すなわち、周波数ｆ２についてのＴon＝（Ｔ1−Ｔ2）／２＝（１／ｆ1−１／ｆ２）／２のように設定すればよいことになる。

図８は、周波数ｆ1とｆ２との比が８：５のような場合に好適な設定例を示す。すなわち、周波数ｆ２についてのＴon＝（Ｔ1−Ｔ2）／３＝（１／ｆ1−１／ｆ２）／３のように設定すればよいことになる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。和音を構成する音源用デジタル信号は、２つに限らず３以上であってもよい。デューティ比を小さくする処理に際して、デューティ比の下限値設定を、ブザー１のインダクタンスを考慮して、ハイ波形に応じた電流がきちんと流れる範囲にしておくのが好ましい（デューティ比の下限値を例えば５％以上に設定する等）。スイッチング素子２を用いることなく、合成回路５からの出力（和音用デジタル信号そのもの）でもって直接的にブザー１の通電制御（駆動制御）行うこともできる（この場合、ハイ波形時に相当する電圧が、車両の電源電圧相当になる−乗用車タイプの自動車では一般的に１２Ｖ）。ブザー１としては、車両におけるクラクション用以外の各種の警報用ブザーのものを適用対象とすることができ、また車両用に限らず、家屋や集合住宅における各種のブザーや工事現場等で用いるブザー等々、適宜の用途のものを適用対象とすることができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、例えば車両用警報装置等に適用することができる。

１：ブザー
２：スイッチング素子
３：周波数発生回路（ある周波数の音源用デジタル信号の発生）
４：周波数発生回路（別の周波数の音源用デジタル信号の発生）
５：合成回路（和音用デジタル信号生成））
６：マニュアルスイッチ
１１：ケーシング
１１ａ：開口部
１２：ヨーク
１３：電磁石
１４：永久磁石
１５：振動板
１６：磁片

Claims (4)

1. 互いに周波数の異なる複数の音源用デジタル信号を合成することにより、１つの和音用デジタル信号を生成するようにした和音用デジタル信号の生成方法であって、
   前記複数の音源用デジタル信号のデューティ比をそれぞれ小さくする第１ステップと、
   前記第１ステップ後に、前記複数の音源用デジタル信号同士を合成する第２ステップと、
   を備え、
   前記複数の音源用デジタル信号が２つとされ、
   前記第１ステップにおいて、周波数の大きい方の音源用デジタル信号のデューティ比が、周波数の小さい方の音源用デジタル信号のデューティ比よりも大きくされ、
   前記第１ステップにおいて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比が、その周期の比に応じた値として設定され、
   前記第１ステップが、
   前記２つの音源用デジタル信号の周期の比を１桁の数値でもって求める第３ステップと、
   前記第３ステップにおいて得られた周期の比を示す数値の逆数を演算する第４ステップと、
   前記第４ステップで得られた逆数の割合に応じて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比を小さくする第５ステップと、
   を備えていることを特徴とする和音用デジタル信号の生成方法。
2. 請求項１において、
   前記２つの音源用デジタル信号におけるハイ波形同士が、小さい方の周波数のハイ波形の数でもってｎ（ｎ＝整数）個分毎に完全に重なるようにされたとき、該ｎが５以上となるように前記２つの音源用デジタル信号における各周波数が設定されている、ことを特徴とする和音用デジタル信号の生成方法。
3. 和音用デジタル信号の生成装置であって、
   互いに周波数の異なる２つの音源用デジタル信号を発生させる音源用デジタル信号発生手段と、
   前記２つの音源用デジタル信号のデューティ比をそれぞれ小さくするデューティ比変更手段と、
   前記デューティ比変更手段によってデューティ比が小さくされた前記２つの音源用デジタル信号を合成して和音用デジタル信号を生成する合成手段と、
   を備え、
   前記デューティ比変更手段は、
   周波数の大きい方の音源用デジタル信号のデューティ比を、周波数の小さい方の音源用デジタル信号のデューティ比よりも大きくし、
   前記各音源用デジタル信号のデューティ比を、その周期の比に応じた値とし、
   さらには、前記２つの音源用デジタル信号の周期の比を１桁の数値でもって求め、その求めた周期の比を示す数値の逆数を演算して、その得られた逆数の割合に応じて、前記各音源用デジタル信号のデューティ比を小さくするように設定されている、
   ことを特徴とする和音用デジタル信号の生成装置。
4. 請求項３において、
   前記合成手段によって合成された和音用デジタル信号が、車両における電磁式の警報装置用とされている、ことを特徴とする和音用デジタル信号の生成装置。
   

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