JP6853153B2

JP6853153B2 - 警報装置

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Publication number: JP6853153B2
Application number: JP2017186709A
Authority: JP
Inventors: 利明中山
Original assignee: Denso Electronics Corp
Current assignee: Denso Electronics Corp
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-09-27
Also published as: US20200180506A1; DE112018005495T5; WO2019065520A1; JP2019059400A; US11046246B2; CN111163973A

Description

本開示は、車両に搭載され、周囲の歩行者等に対して警報音を出力する警報装置に関する。

下記の特許文献１には、上記の警報装置として、車両のエンジン音を疑似的に生成し、このエンジン音を警報音として周囲に出力することによって、歩行者等の周囲の人物に車両の接近を気づかせ易くする技術が提案されている。

特許第５７０４０２２号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１の技術では、警報音が環境音にマスクされ、周囲の人物が警報音に気付きにくいという課題が見出された。
本開示の１つの局面は、車両に搭載され、周囲の歩行者等に対して警報音を出力する警報装置において、周囲の人物に警報音を気付かせ易くする技術を提供することにある。

本開示の一態様による警報装置（１）は、信号生成部（１８）と、警報音出力部（２０）と、を備える。
信号生成部は、超音波を出力するための音波信号を変調することによって環境音にマスキングされ難い周波数の音波信号を生成するように構成される。警報音出力部は、音波信号に基づく警報音を出力するように構成される。

このような警報装置によれば、超音波を変調して生成された可聴音による警報音を出力するので、通常の可聴音よりも指向性が強い警報音を出力することができる。警報音が聞こえる範囲では、警報音の音圧をより高くするこができるので、警報音が環境音にマスクされにくくすることができる。よって、車両の周囲の人物に警報音を気付かせ易くすることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として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って、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

超音波出力装置の構成を示すブロック図である。超音波出力装置の配置例を示す平面図である。警報音の信号パターンの一例を示すグラフである。人の声、エンジン音、環境音の周波数分布の一例を示すグラフである。超音波スピーカ距離減衰を示すグラフである。超音波スピーカおよびダイナミックスピーカによる周波数毎の距離減衰を示すグラフである。ダイナミックスピーカによる周波数毎の距離減衰を示すグラフである。異なるマイクでホワイトノイズを受けた際の周波数毎の音圧レベルを示すグラフである。ダミーヘッド（正面）の模式図である。ダミーヘッド（側面）の模式図である。超音波スピーカによる周波数毎の音圧レベルを示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．処理部以外の構成］
図１に示す警報装置１は、例えば乗用車等の車両に搭載され、対象領域内に位置する対象者に対して、車両の接近を示す警報音を出力する装置である。ここで、対象者とは、警報の対象となる人物を表す。例えば、対象者には、一般的な歩行者、自転車の搭乗者等が該当する。

警報装置１は、図１に示すように、処理部１０と、超音波出力部２０と、を備える。警報装置１は、物体検知部３１と、車速検知部３２と、を備えてもよい。
物体検知部３１は、周知のレーダやカメラ等として構成され、対象者、他車両等のターゲットについての測距点や撮像画像等の情報を、検知や撮像によって取得し、取得した情報を処理部１０に送る。

車速検知部３２は、警報装置１が搭載された車両の車速Ｖを検知し、この車速Ｖの情報を処理部１０に送る。
超音波出力部２０は、１または複数の超音波アンプ２１と、複数の超音波スピーカ２２とを備える。

超音波アンプ２１は、処理部１０にて生成された信号の波形を予め設定された増幅率となるように増幅して、超音波スピーカ２２から出力する。なお、超音波アンプ２１は、図１に示すように、複数の超音波スピーカ２２に対して設けられていればよいが、個々の超音波スピーカ２２毎に設けられてもよい。また、超音波スピーカ２２は複数である必要はなく、１つであってもよい。

超音波スピーカ２２は、人間の可聴帯域よりも高い周波数（例えば２０ｋＨｚ以上）の空気振動を発生させる超音波発生器であり、例えば、超音波再生に適した圧電スピーカとして構成されている。圧電スピーカには、セラミックスピーカ、ピエゾスピーカ等が含まれる。

超音波スピーカ２２は、図２に示すように、例えば車両１００の前面に配置され、車両１００の進行方向として、例えば前方に向けて音波を出力する。超音波スピーカ２２にて送信された音波は、音場領域５１を構成する。音場領域５１は、超音波スピーカ２２によって音波が出力される方向の中心での音圧、つまり音軸での音圧に対して、例えば−６ｄＢ以上となる領域を示す。警報装置１は音場領域５１内の対象者５０が超音波スピーカ２２から発せられる警報音を認識できるように設定される。

［１−２．処理部の構成］
警報装置１は、超音波スピーカ２２から特定の音波を出力することによって、環境音にマスクされにくい警報音を音場領域５１内の対象者５０に提供する構成を実現する。

警報装置１の処理部１０は、ＣＰＵ１１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ１２）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。処理部１０の各種機能は、ＣＰＵ１１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ１２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。

また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、非遷移的実体的記録媒体とは、記録媒体のうちの電磁波を除く意味である。また、処理部１０を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

警報装置１の処理部１０は、ＣＰＵ１１がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、ターゲット認識部１６と、作動判定部１７と、信号生成部１８と、を備える。

処理部１０を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部または全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。

警報装置１の処理部１０において、ターゲット認識部１６の機能では、物体検知部３１にて得られた情報に基づいて、ターゲットの位置と種別とを認識する。なお、この処理では、複数の測距点から物体の種別を特定する技術や、撮像画像から撮像画像中の物体の種別を特定する技術等、周知の技術を用いることができる。

作動判定部１７の機能では、ターゲット認識部１６にて、歩行者または自転車等、予め設定された警報の対象者が認識された場合に、超音波出力部２０を用いて警報音を発音させるように超音波出力部２０を制御する。

信号生成部１８の機能では、超音波をより低い周波数に変調することによってパターン音を生成し、指向性を有する音として超音波出力部２０から出力させる。信号生成部１８の機能が指向性を有する音を生成するのは、音波が届く範囲を対象者にとって危険となる領域に限定し、危険とならない領域に音波が広がりにくくするためである。つまり、音軸に近づくと急激に音圧が上がる特性を有する音で音波が届く範囲を生成する。

具体的には、信号生成部１８の機能では、所定の周波数（例えば４０ｋＨｚ）を有する振幅一定の超音波の波形を振幅変調し、この波形を所定の警報音を示す信号パターンに成形することによって、警報音を示す波形を生成する。なお、この波形を生成するためには、振幅一定の超音波の波形を目標とする周波数に振幅変調した後、警報音を示す信号パターンと一致するよう出力レベルを変更するとよい。

特に本実施形態では、信号生成部１８は、図３に示すように、強弱を複数回繰り返すパターンを有する可聴音を出力するための音声信号を生成するように構成される。ここで、人間の聴覚は、連続音は環境音にマスクされて聞こえにくいが、断続音等の強弱を繰り返す音は環境音にマスクされにくく、聞き取りやすいという傾向がある。

このため、警報音は、例えば、２５ｍｓだけ発音し、２５ｍｓだけ発音しないパターンを４回分繰り返し、最後の発音後、２５ｍｓ発音しない時間を含めて３７５ｍｓの間、発音しないという、１周期５５０ｍｓの信号パターンで構成する。

また、信号生成部１８は、この警報音を、虫の鳴き声を疑似的に再現した可聴音となる音声信号として生成するように構成される。虫の鳴き声を疑似的に再現するには、虫の鳴き声の波形を分析し、再現してもよいし、虫の鳴き声を録音し、そのまま再生してもよい。

ここで、一般的に周波数が高い音は人間に不快感を与えるが、虫の鳴き声は、周波数が高い音の割に不快感を与えにくいという研究結果が知られている（例えば、静岡県学生科学賞・県教育振興委員会賞の論文参照）。特に、スズムシの鳴き声は、他の虫の鳴き声、カラスの割れる音、黒板を引っ掻く音のような、他の周波数の高い音と比較して、不快に感じにくいため、本実施形態では、警報音にスズムシの鳴き声を模した音を採用する。

信号生成部１８は、変調前の音波信号を２以上の整数である任意のｎで除した周波数であり、かつ、変調後の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内となる音が含まれるように変調することで変調後の音波信号を生成するように構成される。なお、スズムシの鳴き声は、４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内の音が含まれる。

このように構成するのは、後述する実験結果から、人間の耳の形状の特性上、超音波を変調して可聴音とした音波の場合、２ｋＨｚ以上であると聞こえ易く、２ｋＨｚ未満であると、人物の体の向きによって聞こえ易い場合と聞こえにくい場合とがあることが分かったからである。また、音波の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内である警報音は、超音波スピーカの発音特性上、大きな音圧が得られる周波数帯であり、かつ距離による減衰が少なく遠くまで聞こえ易いことが分かったからである。

このような構成により、対象者により大きな音圧の警報音を提供し、警報音が環境音にマスクされにくくしている。
［１−３．実験結果］
上記のような周波数を有する警報音を出力する理由を以下の実験結果を用いて説明する。

［１−３−１．環境音測定］
まず、図４では、種々の音を周波数毎に分解してグラフ化している。特に、人の聞こえる音を［Ａ］で示し、３０ｍ程度先の車両のエンジン音を［Ｂ］で示し、道路周辺での環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］で示す。

環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］は、周波数が低くなるほど、その音圧が高くなり、周波数が高くにつれて音圧が低くなる傾向がある。周波数が低い音ほどより遠くまで到達するため、環境音には周波数が低い音が多く含まれると考えられる。

人の聞える音［Ａ］は、概ね３５００Ｈｚ以上であれば環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］の音圧を上回る。しかし、人の聞こえる音［Ａ］は、概ね３５００Ｈｚ以下で環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］の音圧を下回り、環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］にマスクされて聞こえにくくなる。また、エンジン音［Ｂ］は、概ね全領域で環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］の音圧を下回り、環境音［Ｃ１］−［Ｃ５］にマスクされて聞こえにくくなる。

このような傾向から、概ね３５００Ｈｚ以上の音であれば、環境音にマスクされにくいことが分かる。
［１−３−２．距離減衰測定］
次に、スピーカからの距離と音圧レベルとの関係を図５に示す。本欄の実験では、ダイナミックスピーカ、およびパラメトリックスピーカから５００Ｈｚおよび４ｋＨｚの音を出力し、スピーカからの距離を５０ｃｍから２００ｃｍに変化させたときの減衰量、すなわち距離減衰について測定した。

ダイナミックスピーカから５００Ｈｚの音を出力した場合には、スピーカからの距離を５０ｃｍから２００ｃｍに変化させると、音圧レベルは、１２ｄＢ低下した。また、ダイナミックスピーカから４ｋＨｚの音を出力した場合には、スピーカからの距離を５０ｃｍから２００ｃｍに変化させると、音圧レベルは、２８ｄＢ低下した。

つまり、ダイナミックスピーカでは、低周波数の音をより遠くに伝達する特性に優れ、高周波数の音をより遠くに伝達する特性に劣ることが分かる。
次に、本実施形態の超音波スピーカ２２のようなパラメトリックスピーカから５００Ｈｚの音を出力した場合には、スピーカからの距離を５０ｃｍから２００ｃｍに変化させると、音圧レベルは、２６ｄＢ低下した。また、パラメトリックスピーカから４ｋＨｚの音を出力した場合には、スピーカからの距離を５０ｃｍから２００ｃｍに変化させると、音圧レベルは、１５ｄＢ低下した。

つまり、パラメトリックスピーカでは、ダイナミックスピーカとは異なり、低周波数の音をより遠くに伝達する特性に劣り、高周波数の音をより遠くに伝達する特性に優れることが分かる。この傾向は、図６および図７からも明らかである。

すなわち、図６に示すように、パラメトリックスピーカにてホワイトノイズを出力した場合、概ね２ｋＨｚ未満である周波数帯で、距離の変動に対する減衰量が大きくなる。減衰量は、２ｋＨｚから４ｋＨｚに周波数が上がるにつれて小さくなり、４ｋＨｚ以上では概ね減衰量が一定となる。

一方で、ダイナミックスピーカでは、図７に示すように、１ｋＨｚ以上で概ね減衰量が一定となり、１ｋＨｚ未満では、周波数が低くなるほど減衰量が小さくなる。
このような結果から、パラメトリックスピーカでは、少なくとも２ｋＨｚ以上の音であって、好ましくは４ｋＨｚ以上の音を出力する際に、距離の変化による減衰量が少なく、発音特性に優れることが分かる。

［１−３−３．ダミーヘッドマイクによる測定］
次に、図８には、パラメトリックスピーカから出力されたホワイトノイズを異なるマイクで受けた際の周波数毎の音圧レベルをグラフで示す。図８の破線は、音源から１ｍの距離で無指向性のマイクを用いた際の音圧レベルを示し、２種類の実線はダミーヘッドマイクを用いた際の音圧レベルを示す。

ダミーヘッドマイクは、人間の耳の構造を再現した人形の耳の中にマイクを備えており、図９に示すように、人形の正面１ｍの距離に音源を設置した場合と、図１０に示すように、人形の側面１ｍの距離に音源を設置した場合と、について音圧レベルを測定した。

なお、図８では、人形の正面に音源を設置した場合を、ダミーヘッド（正面）と表記し、人形の側面に音源を設置した場合を、ダミーヘッド（側面）と表記している。
図８からは、無指向性のマイクでは、周波数の変化に対する音圧レベルが相対的に小さいのに対して、ダミーヘッドマイクでは、周波数の変化に対する音圧レベルが相対的に大きくなることが分かる。特に、ダミーヘッドマイクでは、概ね２ｋＨｚ未満の周波数で、無指向性のマイクよりも大幅に音圧が低く、音が聞こえにくいことが分かる。このような結果が得られるのは、人間の耳の構造上、回折しにくい低周波数の音が聞こえにくいからであると考えられる。

一方で、ダミーヘッドマイクでは、３ｋＨｚから６ｋＨｚ程度の周波数帯の音圧レベルが大きくなり、より聞こえ易いことが分かる。このような結果が得られるのは、３ｋＨｚから６ｋＨｚ程度の音が、人間の耳の構造上、耳の穴によって共鳴しやすい周波数帯であるためと考えられる。

このように、人間の耳の特性を考慮すると、３ｋＨｚから６ｋＨｚ程度の警報音が聞こえ易いといえる。
［１−３−４．超音波スピーカの出力測定］
次に、図１１には、出力を一定にして、概ね４０ｋＨｚの超音波の出力に適した超音波に一定の入力レベルの音波信号を入力させ、周波数を変更しつつ、スピーカから出力される音波の音圧レベルを測定した結果を示す。図１１からは、超音波スピーカからの出力が、４ｋＨｚ前後でピークとなり、５ｋＨｚ、８ｋＨｚでもやや出力が高くなることが分かる。

つまり、４０ｋＨｚを５、８、１０等の整数ｎで除した周波数で出力が向上することが分かる。ただし、３ｋＨｚ未満の低周波数では、音波を出力するためのエネルギが不足するため、十分な出力が得られないと考えられる。

［１−４．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）上記の警報装置１は、信号生成部１８と、超音波出力部２０と、を備える。

信号生成部１８は、超音波を出力するための音波信号を変調することによって予め設定された周波数の可聴音を出力するための音波信号を生成するように構成される。超音波出力部２０は、音波信号に基づく警報音を出力するように構成される。

このような警報装置１によれば、超音波を変調して生成された可聴音による警報音を出力するので、通常の可聴音よりも指向性が強い警報音を出力することができる。警報音が聞こえる範囲では、警報音の音圧をより高くするこができるので、警報音が環境音にマスクされにくくすることができる。よって、車両の周囲の人物に警報音を気付かせ易くすることができる。

（１ｂ）上記の警報装置１において、信号生成部１８は、強弱を複数回繰り返すパターンを有する可聴音を出力するための音声信号を生成するように構成される。ここで、人間の聴覚は、連続音は環境音にマスクされて聞こえにくいが、断続音等の強弱を繰り返す音は環境音にマスクされにくく、聞き取りやすいという傾向がある。

このような警報装置１によれば、強弱を複数回繰り返すパターンを有する可聴音で警報音を生成するので、警報音を聞き取りやすくすることができる。
（１ｃ）上記の警報装置１において、信号生成部１８は、虫の鳴き声を疑似的に再現した可聴音となる音声信号を生成するように構成される。一般的に周波数が高い音は人間に不快感を与えるが、虫の鳴き声は、周波数が高い音の割に不快感を与えにくい。

このような警報装置１によれば、聞き取りやすい周波数が高い音を、不快感を抑制しつつ出力することができる。
（１ｄ）上記の警報装置１において、信号生成部１８は、変調前の音波信号を２以上の整数である任意のｎで除した周波数となるように変調することで変調後の音波信号を生成するように構成される。

このような警報装置１によれば、超音波出力部２０から出力される音波の出力を向上させることができる。なお、このような効果を奏するのは、変調前の音波信号の波形のピークと変調後の音波信号の波形のピークとのタイミングを合わせることができるためと考えられる。

（１ｅ）上記の警報装置１において、信号生成部１８は、変調後の周波数が２ｋＨｚ以上となる音波信号を生成するように構成される。このように構成するのは、人間の耳の形状の特性上、超音波を変調して可聴音とした音波の場合、２ｋＨｚ以上であると聞こえ易く、２ｋＨｚ未満であると、人物の体の向きによって聞こえ易い場合と聞こえにくい場合とがあることが分かったからである。

このような警報装置１によれば、車両の周囲の人物の向きによらず、車両の周囲の人物に聞き取りやすい警報音を出力することができる。
（１ｆ）上記の警報装置１において、信号生成部１８は、変調後の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内となる音波信号を生成するように構成される。このように構成するのは、音波の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内である警報音は、超音波スピーカの発音特性上、大きな音圧が得られる周波数帯であり、かつ距離による減衰が少なく遠くまで聞こえ易いことが分かったからである。

このような警報装置１によれば、小さなエネルギで警報音をより遠くまで伝えることができる。
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（３ａ）上記実施形態では、音波の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内となる音波を含むスズムシの鳴き声を模した音波を警報音として出力するように構成したが、これに限定されるものではない。例えば、２ｋＨｚ以上の周波数の音波、音波の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの音波、強弱を繰り返す音波、のうちの１つ以上を任意に組み合わせた警報音を採用してもよい。
（３ｂ）上記実施形態では、超音波変調によって可聴音を生成したが、この構成は必須ではない。超音波変調を利用しない構成であっても、信号生成部１８が強弱を複数回繰り返すパターンを有する可聴音を出力するための音声信号を生成する構成、および信号生成部１８が虫の鳴き声を疑似的に再現した可聴音となる音声信号を生成する構成、等を採用すれば、上記（１ｂ）および（１ｃ）に示す効果を享受することができる。

（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（３ｄ）上述した警報装置１の他、当該警報装置１を構成要素とするシステム、当該警報装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、警報方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

［４．実施形態の構成と本開示の構成との対応関係］
上記の実施形態において、超音波出力部２０は、本開示の警報音出力部に相当する。

１…警報装置、１０…処理部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１６…ターゲット認識部、１７…作動判定部、１８…信号生成部、２０…超音波出力部、２１…超音波アンプ、２２…超音波スピーカ、３１…物体検知部、３２…車速検知部、５０…対象者、５１…音場領域、１００…車両。

Claims

車両に搭載され、該車両の周囲に警報音を出力するように構成された警報装置（１）であって、
超音波を出力するための音波信号を変調することによって環境音にマスキングされ難い周波数の音波信号を生成するように構成された信号生成部（１８）と、
前記音波信号に基づく警報音を出力するように構成された警報音出力部（２０）と、
を備え、
前記信号生成部は、スズムシの鳴き声を疑似的に再現した可聴音であり、強弱を複数回繰り返すパターンであって、前記パターンの１周期に、複数の発音を行う発音時間と無音時間とを有する可聴音を出力するための音波信号を生成する
ように構成された警報装置。
請求項１に記載の警報装置であって、
前記信号生成部は、変調前の音波信号を２以上の整数である任意のｎで除した周波数となるように変調することで変調後の音波信号を生成する
ように構成された警報装置。
請求項１又は請求項２に記載の警報装置であって、
前記信号生成部は、変調後の周波数が２ｋＨｚ以上となる音波信号を生成する
ように構成された警報装置。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の警報装置であって、
前記信号生成部は、変調後の周波数が４ｋＨｚから５ｋＨｚの範囲内となる音波信号を生成する
ように構成された警報装置。
車両に搭載され、該車両の周囲に警報音を出力するように構成された警報装置（１）であって、
環境音にマスキングされ難い周波数の音波信号を生成するように構成された信号生成部（１８）と、
前記音波信号に基づく警報音を出力するように構成された警報音出力部（２０）と、
を備え、
前記信号生成部は、スズムシの鳴き声を疑似的に再現した可聴音であり、強弱を複数回繰り返すパターンであって、前記パターンの１周期に、複数の発音を行う発音時間と無音時間とを有する可聴音を出力するための音波信号を生成する
ように構成された警報装置。