JPH09147269A - 警報音響装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ブザーを使用して警報音響装置固有の鳴動音が
出せる。 【解決手段】圧電素子にパルス信号を出力して鳴動させ
る警報音響装置を対象とし、一定周期毎に出力信号のレ
ベルが時間軸上で略直線的に変化する波形信号を出力す
る波形発生回路７と、波形発生回路７の出力する波形信
号のレベルに応じて一定周期毎に周波数が変化する可変
周波数パルス列を発生する可変周波数回路８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火災報知設備で使
用される地区音響装置等に使用する警報音響装置に関
し、特に、圧電素子にパルス信号を供給して鳴動させる
警報音響装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、火災報知設備の地区音響装置とし
ては、一般的にベルが使用されているが、近年にあって
は、消費電流を大幅に低減できることから、圧電ブザー
を使用することが検討されている。図７は従来のブザー
用圧電素子の駆動装置であり、パルス発生回路２０と駆
動回路２１で構成される。パルス発生回路２０は、回路
構成を簡単にするため、コンパレータ２３を使用してい
る。コンパレータ２３のプラス入力端子には、抵抗Ｒ２
０，Ｒ２１で決まる基準電圧が設定される。コンパレー
タ２３のマイナス入力端子には、コンパレータ出力によ
り充放電される抵抗Ｒ２４とコンデンサＣ２０の積分回
路が設けられ、コンデンサＣ２０の充放電電圧を入力し
ている。またプラス入力と出力間には帰還抵抗Ｒ２２が
接続され、更にコンパレータ２３の出力には電源ライン
との間に負荷抵抗Ｒ２３が接続される。

【０００３】パルス発生回路２０は、電源電圧Ｖccが印
加されると、まずコンパレータ２３からＨレベルが出力
され、帰還抵抗Ｒ２２によって抵抗Ｒ２０，Ｒ２１の分
圧による基準電圧が若干高いレベルに設定される。また
抵抗Ｒ２４を介してコンデンサＣ２０の充電が開始さ
れ、この充電電圧が若干高いレベルに設定された基準電
圧に達すると、コンパレータ２３の出力がＬレベルに反
転する。コンパレータ出力がＬレベルに反転すると、コ
ンデンサＣ２０はそれまでの充電から放電に切り替わ
る。

【０００４】このときコンパレータ２３のプラス入力は
帰還抵抗Ｒ２２により基準電圧が若干低いレベルに引き
込まれており、コンデンサＣ２０の放電電圧が、このレ
ベル以下に低下すると、コンパレータ２３の出力は再び
Ｈレベルに反転する。以下、この動作を繰り返す。これ
によってコンパレータ２３は、コンデンサＣ２０と抵抗
Ｒ２４の時定数で決まる周期の矩形波パルスを発生し、
駆動回路２１を介し圧電素子２２に駆動パルス電圧を印
加し、鳴動させる。

【０００５】圧電素子２２は、電極間に誘電体を挟み込
んだ構造をもち、電極間に駆動電圧を印加したときの誘
電体の機械的な歪み発生の効果を利用して音を出す。圧
電素子２２は、一般に、スピーカに比べるとインピーダ
ンスが高く、このため電圧駆動型の素子である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般の
電化製品に備えられる圧電素子もこのような従来のパル
ス発生回路から発生される一定周波数のパルス信号によ
り駆動されて鳴動していたため、火災報知設備等に使用
する警報音響装置に、このようなパルス発生回路をその
まま用いた場合には、警報音響装置の鳴動音なのか区別
ができず、警報音響装置としての警報機能が達成できな
い恐れがあった。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、圧電素子を使用して警報音響装置固有の鳴
動音が出せるようにした警報音響装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は次のように構成する。尚、実施形態の図面中の
符号を併せて示す。本発明は、圧電素子にパルス信号を
出力して鳴動させる警報音響装置を対象とするもので、
一定周期毎に出力信号のレベルが時間軸上で略直線的に
変化する波形信号を出力する波形発生回路７と、波形発
生回路７の出力する波形信号のレベルに応じて一定周期
毎に周波数が変化する可変周波数パルス列を発生する可
変周波数回路８を設けたことを特徴とする。

【０００９】ここで、可変周波数回路８の可変周波数範
囲を、圧電ブザー６の共振周波数を中心として所定の周
波数範囲に設定する。これにより圧電ブザーの共振周波
数が周囲温度より変動しても、常にピークレベルとなる
共振周波数を通る可変周波数パルス列による鳴動がで
き、充分な音量を確保できる。波形発生回路７は、コン
パレータ９のプラス入力端子に基準電圧を印加すると共
に出力を帰還接続し、コンパレータ９のマイナス入力端
子にコンパレータ出力によって充放電される積分回路の
積分電圧を印加し、この積分電圧を波形信号として出力
する。

【００１０】また可変周波数回路８は、コンパレータ１
０のプラス入力端子に波形信号を入力すると共に出力を
帰還接続し、コンパレータ１０のマイナス入力端子にコ
ンパレータ出力によって充放電される積分回路の積分電
圧を印加し、コンパレータ１０の出力から可変周波数パ
ルス列を出力する。更に、波形発生回路７と可変周波数
回路８との間に、波形信号の出力電流を可変周波数回路
８で必要とする入力電流に対し電流増幅率ｈfe分の１に
するトランジスタ回路１１を設ける。

【００１１】波形発生回路７の積分回路として、充電時
定数が小さく放電時定数の大きな急速充電緩速放電回路
を使用しても良い。このような本発明の地区音響装置に
よれば、ブザーの鳴動音を、一定周期で例えば低音から
高音に連続的に周波数が変化する特有な音の変化をもっ
た鳴動音とすることができ、一般電化製品に設けている
ブザーの鳴動音があっても、警報音響装置の鳴動音を明
確に区別でき、火災等の緊急事態の発生を確実に報知す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明が適用される地区音
響装置の回路ブロック図である。地区音響装置１には、
電源回路２、パルス発生回路４、圧電素子駆動回路５及
びブザー用の圧電素子６が設けられる。この地区音響装
置１は、受信機から引き出された制御線３に端子３ａ，
３ｂにより接続される。端子３ａ，３ｂからのラインは
電源回路２に接続される。

【００１３】電源回路２は、端子３ａ，３ｂに対する制
御線３の接続極性を無極性化するためのダイオードブリ
ッジ、更にはパルス発生回路４及び圧電素子駆動回路５
に対し固有の電源電圧Ｖcc１，Ｖcc２を供給するための
電圧変換回路等を備えている。制御線３に対しては、受
信機で火災を判断した際等に所定の制御電圧例えばＤＣ
２４Ｖが供給される。

【００１４】電源回路２は、制御線３で供給されたＤＣ
２４Ｖを電源電圧Ｖcc２として圧電素子駆動回路５に供
給する。また制御線３で供給された２４Ｖを例えば５Ｖ
に降圧して、パルス発生回路４に対し電源電圧Ｖcc１と
して供給する。パルス発生回路４は、後の説明で明らか
にするように、一定周期ごとに周波数が変化する可変周
波数パルス列を圧電素子駆動回路５に出力する。

【００１５】圧電素子駆動回路５は、パルス発生回路４
からの発生パルス列によるスイッチング動作で、圧電素
子６に対し電源電圧Ｖcc2 に対応した駆動パルス電圧を
供給し、圧電素子６の電極間に挟んだ誘電体に対し、駆
動電圧を印加したときの機械的な歪みの発生を利用して
音を出す。図２は、図１の地区音響装置１に設けたパル
ス発生回路４の具体的実施形態の回路図である。

【００１６】図２において、パルス発生回路４は波形発
生回路７と可変周波数回路８で構成され、両者をトラン
ジスタ回路１１で接続している。波形発生回路７は、コ
ンパレータ９を有する。コンパレータ９の＋入力端子に
対しては、抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧による基準電圧Ｖｒが
印加され、同時に出力から帰還抵抗Ｒ３を接続してい
る。

【００１７】コンパレータ９の−入力端子には、コンパ
レータ９の出力に接続した抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１の
積分回路（充放電回路）におけるコンデンサＣ１の端子
電圧が、抵抗Ｒ５を介して入力接続されている。更に抵
抗Ｒ４と並列に抵抗Ｒ６とダイオードＤの直列回路を接
続している。抵抗Ｒ６とダイオードＤの直列回路は、コ
ンパレータ９の出力がＨレベルとなった際にコンデンサ
Ｃ１を急速充電するための急速充電回路を構成してい
る。これに対し抵抗Ｒ４は、コンパレータ９の出力がＨ
レベルからＬレベルに反転した際のコンデンサＣ１の充
電電圧を抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１で決まる時定数に従
って緩やかに放電するための緩速放電回路を構成してい
る。

【００１８】波形発生回路７の動作は、電源電圧Ｖcc１
が印加されると、最初、コンデンサＣ１は放電状態にあ
り、コンパレータ９の＋入力端子に対する基準電圧Ｖｒ
が大きいことからコンパレータ９はＨレベル出力となっ
ている。このコンパレータ９からＨレベルが出力される
と、帰還抵抗Ｒ３によって基準電圧Ｖｒが若干高いレベ
ルに設定される。また、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ６及び
ダイオードＤを介して急速に充電される。

【００１９】コンデンサＣ１の充電電圧が若干高いレベ
ルに設定された基準電圧Ｖｒに達すると、コンパレータ
９の出力がＬレベルに反転する。このＬレベルへの出力
反転に伴い、帰還抵抗Ｒ３を介してコンパレータ９の＋
入力端子に対する入力レベルは基準電圧Ｖｒより若干低
めのレベルに引き込まれる。コンパレータ９のＬレベル
出力の状態にあっては、コンデンサＣ１の充電電圧が抵
抗Ｒ４を介して所定の時定数で放電され、略直線的に減
少する。

【００２０】コンデンサＣ１の充電電圧が帰還抵抗Ｒ３
により引き込まれているコンパレータ９の＋入力端子の
電圧を下回ると、コンパレータ９は再びＨレベルに反転
し、コンデンサＣ１は抵抗Ｒ６及びダイオードＤを介し
て急速充電を行う。そして、このようなコンパレータ９
のＨレベル出力とＬレベル出力に伴った充電動作と放電
動作を周期的に繰り返す。

【００２１】波形発生回路７の出力はコンデンサＣ１の
充放電電圧であり、その波形は図３（Ａ）のように、急
速充電でＶL からＶH に増加し、その後にゆっくりとＶ
H からＶL に低下する波形となる。次に図２の可変周波
数回路８を説明する。可変周波数回路８はコンパレータ
１０を有する。コンパレータ１０の＋入力端子には、抵
抗Ｒ９，Ｒ１０による分圧電圧によるバイアスが行わ
れ、更にトランジスタ回路１１に設けたＰＮＰトランジ
スタ１２のエミッタが抵抗Ｒ８を介して接続される。Ｐ
ＮＰトランジスタ１２のベースには、波形発生回路７の
出力となるコンデンサＣ１側が接続される。

【００２２】可変周波数回路８のコンパレータ１０の−
入力端子には、コンパレータ出力に対し抵抗Ｒ１２とコ
ンデンサＣ２を直列接続した積分回路におけるコンデン
サＣ２の端子電圧が入力接続される。更にコンパレータ
１０の＋入力端子に対しては、コンパレータ出力より帰
還抵抗Ｒ１１が接続され、更にコンパレータ出力には電
源ラインより負荷抵抗Ｒ１３を接続している。

【００２３】可変周波数回路８の動作は、電源電圧Ｖcc
１が供給された状態で波形発生回路７よりトランジスタ
回路１１のＰＮＰトランジスタ１２を介して、図３
（Ａ）のような波形信号が入力信号Ｖinとして入力され
る。この入力信号Ｖinは、図３（Ａ）のように一定周期
Ｔ１で直線的に変化しており、このことはコンパレータ
１０の＋入力端子に対する基準電圧が時間的に変化する
ことを意味する。

【００２４】ここで、波形発生回路７に設けた積分回路
の抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１で決まる時定数τ１に対
し、可変周波数回路８に設けた積分回路の抵抗Ｒ１２と
コンデンサＣ２による時定数τ２を十分小さくしてい
る。このため、コンパレータ１０の＋入力端子に対する
図３（Ａ）の波形信号Ｖinの時間的な変化に対し、コン
パレータ１０のＨレベル出力とＬレベル出力に応じた抵
抗Ｒ１２を介したコンデンサＣ２の充電と放電により、
図３（Ｂ）のように、コンパレータ１０は波形信号Ｖin
の減少に応じて周期が連続的に短くなるパルス列、即ち
周期Ｔ１に亘って低い周波数から高い周波数に連続的に
変化するパルス列を、出力信号Ｖout として出力する。

【００２５】ここで、波形発生回路７に設けた積分回路
の抵抗Ｒ４とコンデンサＣ１で決まる時定数τ１に対
し、可変周波数回路８に設けた積分回路の抵抗Ｒ１２と
コンデンサＣ２による時定数τ２は十分小さい。例えば
波形発生回路７の波形信号の周期Ｔ１は例えば０．１〜
３秒と十分に長く、周波数的には１０Ｈｚ以下となる。
これに対し可変周波数回路８の時定数τ２で決まる可変
周波数のパルス列は、例えば数百Ｈｚから５ｋＨｚとい
った周波数範囲をもつ。

【００２６】本発明における可変周波数回路８における
周波数の範囲は、図１に示した圧電素子６の共振周波数
を考慮して定められる。図４は、図１の圧電ブザー６の
音量に対する周波数特性を示している。圧電ブザー６は
電極の間に誘電体を挟み込んだ構造であり、機械的な共
振周波数をもっている。この周波数に対する共振特性
は、図４のように、共振周波数ｆ1 でピークをもつ。更
に圧電素子６の共振特性は、周囲温度や部品のバラツキ
等に応じて変動する。

【００２７】そこで図２の可変周波数回路８にあって
は、例えば基準室温２０℃のときの共振周波数が図４の
ようにｆ1 であったとすると、この共振周波数ｆ1 を中
心にピークレベルが例えば１０％下がった±Δｆの範囲
を含むように、可変周波数回路８でパルス列の周波数を
変化させる。即ち、可変周波数回路８の最低周波数を例
えば共振周波数ｆ１よりΔｆ低い周波数ｆ21とし、周波
数を変化させたときの最も高い最高周波数を共振周波数
ｆ１よりΔｆ高い周波数ｆ22とする。

【００２８】このように基準室温２０℃での共振周波数
ｆ１の共振特性について、共振周波数ｆ１より±Δｆ即
ちピークレベルより１０％低くなった周波数範囲ｆ21〜
ｆ22を含むようにパルス列の周波数を可変させること
で、周囲温度や部品のバラツキ等により圧電素子６の共
振周波数が図４の周波数ｆ１に対しずれても、必ずピー
ク部分を含む周波数範囲で変化させることができる。
尚、±Δｆの範囲は、周囲温度や部品のバラツキ等を考
慮して適宜設定できる。

【００２９】したがって、このような可変周波数回路８
の周波数範囲の設定によって、周囲温度や部品のバラツ
キ等に影響されることなく圧電素子６を必ず共振周波数
を含む周波数で鳴動させることができ、本発明の地区音
響装置に要求される９０ｄＢ異常という音量を確実に確
保することができる。再び図２を参照するに、波形発生
回路７と可変周波数回路８の間に設けたトランジスタ回
路１１としてＰＮＰトランジスタ１２を設けたことで可
変周波数回路８の動作に必要な入力電流に対し、その直
流増幅率ｈfe分の１となるベース電流を波形発生回路７
から供給すれば良いことから、前段に位置する波形発生
回路７が後段の可変周波数回路８の動作による影響を受
けないようになり、回路動作を安定化できる。

【００３０】もし、トランジスタ回路１１を設けなかっ
た場合には波形発生回路７のコンデンサＣ１の充放電動
作が可変周波数回路８の入力電流の影響を受けてしま
い、安定した波形を発生できなくなる。更に、可変周波
数回路８における図４の圧電素子６の共振特性に依存し
た周波数範囲の設定は、コンパレータ１０の＋入力に設
けている抵抗Ｒ８の値を調整することで適宜に周波数範
囲を決めることができる。

【００３１】図５は図１のパルス発生回路４の他の実施
形態であり、図２のトランジスタ回路１１に設けている
ＰＮＰトランジスタ１２をＮＰＮトランジスタ１３に置
き替えたことを特徴とする。ＮＰＮトランジスタ１３に
置き替えた場合にも、可変周波数回路８に必要とする入
力電流に対し直流電流増幅率ｈfe分の１のベース電流を
波形発生回路７から供給すれば良く、したがって可変周
波数回路８の動作による波形発生回路７への影響を確実
に防止して回路動作を安定化できる。

【００３２】尚、図２、図５の実施形態にあっては、波
形発生回路７に急速充電緩速放電回路を使用している
が、本発明は、これに限定されない。例えば、波形発生
回路７の急速充電用のダイオードＤと抵抗Ｒ６の直列回
路を除き、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ４で構成される充放
電回路の時定数を適宜に設定することにより、異なる音
色の鳴動音を出すことができる。

【００３３】また波形発生回路７の抵抗Ｒ４と直列にコ
ンデンサＣ１に充電電流のみを流すようにダイオードを
直列することで、充電時定数と放電時定数を個別に設定
できるようにし、例えば図７のような任意の三角波とな
る波形信号を発生してもよい。勿論、波形発生回路７
は、充放電回路を用いた図２，図５の回路に限定され
ず、関数発生器を利用したもの、波形データを格納した
ＲＯＭを利用したもの、カウンタのアップカウントとダ
ウンカウントの繰り返しを利用したもの等、種々の回路
が使用できる。

【００３４】更に、トランジスタ回路１１としてＰＮＰ
トランジスタとＮＰＮトランジスタの例を説明したが、
波形発生回路７の出力電流を可変周波数回路８で必要と
する入力電流に対し直流電流送付句率ｈfe分の１にする
ことができれば、どのようなトランジスタ回路であって
もよい。更に波形発生回路７及び可変周波数回路８に、
回路構成を簡単にするためコンパレータを使用している
が、本発明はこれに限定されず、適宜の波形発生回路及
び可変周波数回路を使用することができる。

【００３５】更に上記の実施形態は、地区音響装置を例
にとるものであったが、本発明は、これに限定されず、
受信機に設けている主音響装置やその他の適宜の警報音
響装置にそのまま使用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、圧電素子に対し一定周期で周波数が変化する可変周
波数パルス列を供給して、低音から高音もしくは高音か
ら低音の範囲で繰り返し変化する固有の鳴動音を出すこ
とができるため、一定周波数の連続音を出している一般
電化製品に使用したブザーの鳴動に対し、警報音響装置
の鳴動音を明確に区別することができ、火災等の緊急事
態の発生を確実に報知することができる。

【００３７】またパルス列の周波数を変化させる範囲を
圧電素子の共振点を中心とした所定の周波数範囲で行う
ため、周囲温度や部品のバラツキ等に依存して圧電素子
の共振周波数がずれても、必ず共振周波数を通る周波数
範囲での圧電素子の鳴動ができ、常に圧電素子の共振周
波数の部分を使用した鳴動とすることで、十分な圧電素
子の鳴動による音量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の地区音響装置の回路ブロック図

【図２】図２のパルス発生回路の実施形態を示した回路
図

【図３】図２の動作波形を示したタイムチャート

【図４】図１の圧電素子の共振特性に対する可変周波数
範囲の説明図

【図５】図２のパルス発生回路の他の実施形態を示した
回路図

【図６】本発明の波形発生回路で発生する他の波形信号
の説明図

【図７】従来のブザー用圧電素子の駆動装置の回路図

【符号の説明】

１：地区音響装置 ２：電源回路 ３：制御線 ４：パルス発生回路 ５：圧電素子駆動回路 ６：圧電素子 ７：波形発生回路 ８：可変周波数回路 ９，１０：コンパレータ １１：トランジスタ回路 １２：ＰＮＰトランジスタ １３：ＮＰＮトランジスタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子にパルス信号を出力して鳴動させ
   る警報音響装置に於いて、 一定周期毎に出力信号のレベルが時間軸上で略直線的に
   変化する波形信号を出力する波形発生回路と、 前記波形発生回路の出力する波形信号のレベルに応じて
   一定周期毎に周波数が変化する可変周波数パルス列を発
   生する可変周波数回路と、を設けたことを特徴とする警
   報音響装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の警報音響装置に於いて、前
   記可変周波数回路の可変周波数範囲を、前記圧電素子の
   共振周波数を中心として所定の周波数範囲に設定したこ
   とを特徴とする警報音響装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の警報音響装置に於いて、 前記波形発生回路は、コンパレータのプラス入力端子に
   基準電圧を印加すると共に出力を帰還接続し、コンパレ
   ータのマイナス入力端子にコンパレータ出力によって充
   放電される積分回路の積分電圧を印加し、該積分電圧を
   前記波形信号として出力し、 前記可変周波数回路は、コンパレータのプラス入力端子
   に前記波形信号を入力すると共に出力を帰還接続し、コ
   ンパレータのマイナス入力端子にコンパレータ出力によ
   って充放電される積分回路の積分電圧を印加し、前記コ
   ンパレータの出力から前記可変周波数パルス列を出力
   し、 更に、前記波形発生回路と可変周波数回路との間に、前
   記波形信号の出力電流を前記可変周波数回路で必要とす
   る入力電流に対し直流電流増幅率ｈfe分の１にするトラ
   ンジスタ回路を設けたことを特徴とする警報音響装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の警報音響装置に於いて、前
   記波形発生回路の積分回路は、充電時定数が小さく放電
   時定数の大きな急速充電緩速放電回路であることを特徴
   とする警報音響装置のパルス回路。