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技術 音波信号出力装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 中山利明
出願日 2013年9月25日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2013-198660
公開日 2015年4月9日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2015-065583
状態 特許登録済
技術分野 可聴帯域変換器用回路 可聴帯域変換器の回路等 車両外部の荷台、物品保持装置
主要キーワード 音圧範囲 騒音軽減 ピエゾスピーカ セラミックスピーカ 超音波振幅 物理スイッチ オーバーオール値 周波数判定
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この項目の情報は公開日時点(2015年4月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

入力された音波信号を設定された音圧増幅して出力する音波信号出力装置において、音質をなるべく損なうことなく出力不足を補うことができるようにする。

解決手段

超音波出力ステムにおいては、出力信号オーバーオール値を取得し(S110)、オーバーオール値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する(S120)。そして、オーバーオール値が閾値を超える場合、出力信号から予め設定された規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去した新たな出力信号を生成する(S160)。このような超音波出力システム1によれば、規定音圧未満の周波数成分を除去するので、除去された周波数成分を出力するためのエネルギを他に回すことができる。また、除去される周波数成分はそもそも音圧が低く聞こえにくい音であるため除去したとしても音質への影響が小さい。よって音質の劣化を抑制しつつ音圧不足を補うことができる。

概要

背景

クラクション等の疑似音を生成する装置において、複数の音域の成分を間引きすることによって疑似音を出力する際の出力不足を補うものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

概要

入力された音波信号を設定された音圧増幅して出力する音波信号出力装置において、音質をなるべく損なうことなく出力不足を補うことができるようにする。超音波出力ステムにおいては、出力信号オーバーオール値を取得し(S110)、オーバーオール値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する(S120)。そして、オーバーオール値が閾値を超える場合、出力信号から予め設定された規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去した新たな出力信号を生成する(S160)。このような超音波出力システム1によれば、規定音圧未満の周波数成分を除去するので、除去された周波数成分を出力するためのエネルギを他に回すことができる。また、除去される周波数成分はそもそも音圧が低く聞こえにくい音であるため除去したとしても音質への影響が小さい。よって音質の劣化を抑制しつつ音圧不足を補うことができる。

目的

本発明の目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

入力された音波信号を設定された音圧増幅した出力信号を生成し、該出力信号を出力する音波信号出力装置(10)であって、前記出力信号のオーバーオール値を取得するオーバーオール値取得手段(S110)と、該オーバーオール値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する閾値判定手段(S120)と、前記オーバーオール値が前記閾値を超える場合、前記出力信号から予め設定された規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去した新たな出力信号を生成する除去手段(S160、S190)と、を備えたことを特徴とする音波信号出力装置。

請求項2

請求項1に記載の音波信号出力装置において、当該騒音軽減装置は、前記出力信号を超音波領域の周波数成分にて生成することを特徴とする音波信号出力装置。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の音波信号出力装置において、前記出力信号に予め設定された第1周波数未満の周波数成分が含まれているか否かを判定する第1周波数判定手段(S140)を備え、前記除去手段は、前記出力信号に前記第1周波数未満の周波数成分が含まれている場合に、前記規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去することを特徴とする音波信号出力装置。

請求項4

請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の音波信号出力装置において、前記出力信号が予め設定された第2周波数未満の周波数成分だけで構成されているか否かを判定する第2周波数判定手段(S150)と、前記出力信号が前記第2周波数未満の周波数成分だけで構成されている場合、予め設定された複数の周波数成分を間引きした出力信号を生成する間引き手段(S180、S190)と、を備えたことを特徴とする音波信号出力装置。

請求項5

請求項4に記載の音波信号出力装置において、前記間引き手段は、前記周波数が大きくなるにつれて、間引きする帯域幅を大きくすることを備えたことを特徴とする音波信号出力装置。

技術分野

0001

本発明は、入力された音波信号を設定された音圧増幅して出力する音波信号出力装置に関する。

背景技術

0002

クラクション等の疑似音を生成する装置において、複数の音域の成分を間引きすることによって疑似音を出力する際の出力不足を補うものが知られている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0003

特開2012−003134号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記装置では、単に間引きを行うので、この装置の構成を音波信号出力装置に採用すると、出力が補われたとしても音波波形が出力しようとするものとは大きく異なるものになり、音質が損なわれる虞があった。

0005

そこでこのような問題点を鑑み、入力された音波信号を設定された音圧に増幅して出力する音波信号出力装置において、音質をなるべく損なうことなく出力不足を補うことができるようにすることを本発明の目的とする。

課題を解決するための手段

0006

かかる目的を達成するために成された本発明の音波信号出力装置において、オーバーオール値得手段は出力信号のオーバーオール値を取得し、閾値判定手段はオーバーオール値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する。そして、除去手段はオーバーオール値が閾値を超える場合、出力信号から予め設定された規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去した新たな出力信号を生成する。

0007

このような音波信号出力装置によれば、規定音圧未満の周波数成分を除去するので、除去された周波数成分を出力するためのエネルギを他に回すことができる。また、除去される周波数成分はそもそも音圧が低く聞こえにくい音であるため除去したとしても音質への影響が小さい。よって音質の劣化を抑制しつつ音圧不足を補うことができる。

0008

なお、上記目的を達成するためには、コンピュータを、音波信号出力装置を構成する各手段として実現するための音波信号生成プログラムとしてもよい。また、各請求項の記載は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、発明の目的を達成できる範囲内において一部構成を除外してもよい。

図面の簡単な説明

0009

本発明が適用された超音波出力ステム1の概略構成を示すブロック図である。
音波信号出力装置10が処理する波形の一例を示す説明図である。
人の聴覚特性を示すグラフである。
音波信号出力装置10が実行する音色改善処理を示すフローチャートである。
オーバーオール値の変化の一例を示すグラフである。
規定音圧範囲の定義を示すグラフである。
音波の除去方法を示すグラフである。
音波の間引き方法を示すグラフである。

実施例

0010

以下に本発明にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
[本実施形態の構成]
本発明が適用された超音波出力システム1は、入力された音波信号を増幅して音波として出力する装置である。超音波出力システム1は、図1に示すように、音波信号出力装置10と、設定入力部20と、超音波スピーカ30とを備えている。

0011

設定入力部20は、超音波スピーカ30から出力される音波の音量音圧レベル)を調整するためのダイヤル等の物理スイッチとして構成されている。設定入力部20は使用者によって操作され、操作の結果が音波信号出力装置10において認識される。

0012

音波信号出力装置10は、CPU11と、ROM、RAM等のメモリ12とを備えた周知のコンピュータとして構成されている。音波信号出力装置10は、メモリ12に格納されたプログラムに基づいて、超音波振幅変調部13、オーバーオールOA)値演算部14、波形解析部15、および音色改善部16としての機能を実現する。

0013

ここで、超音波振幅変調部13としての機能では、例えば、図2(a)に示すような波形を有する音波信号を入力し、図2(b)に示すような、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、振幅変調する。この際、入力された音波信号を、設定入力部20を用いて設定された増幅率で増幅しときと同じ波形になるように、図2(c)に示すように、超音波を用いて振幅が変更された波形を生成する。なお、振幅変調を行う際には、後述する音色改善部16としての機能で設定された波形になるよう制御を行う。

0014

オーバーオール値演算部14としての機能では、入力された音波信号を増幅した場合のオーバーオール値、すなわち、出力しようとする音波信号の、全ての周波数帯における音圧の総和を演算する。

0015

波形解析部15としての機能では、入力された音波信号にどのような周波数成分が含まれているかを解析する。
音色改善部16としての機能では、後述する音色改善処理を実行することで、出力が不足する場合であっても良好な音質の出力を行えるようにする。

0016

超音波スピーカ30は、人間の可聴帯域よりも高い周波数(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セラミックスピーカピエゾスピーカ等)として構成されている。

0017

[本実施形態の処理]
このように構成された超音波出力システム1において、音波信号出力装置10は、図3に示す音色改善処理を実施する。音色改善処理は、例えば超音波出力システム1の電源投入されると開始される処理であり、その後、繰り返し実施される処理である。

0018

この処理では、まず、オーバーオール値演算部14としての機能を用いて、音波信号を増幅した場合のオーバーオール値を演算する(S110)。この処理では、音波信号を構成する各周波数成分に対して設定入力部20によって設定された音量に対応する増幅率を乗じた値をそれぞれ演算し、これらの各値を積算することで求められる。

0019

続いて、オーバーオール値と予め設定された閾値とを比較する(S120)。ここでの閾値は、音波信号出力装置10が出力可能なオーバーオール値の大きさに応じて設定されていればよく、特に、出力可能なオーバーオール値以下の値に設定される。

0020

また、この処理は繰り返し実施されることで、図4に示すように、時間の経過とともに変化するオーバーオール値を継続的に監視する。そして、後述する処理で、閾値を超えたタイミング(図4ハッチング部分)において音質の劣化を抑制するための処理を実施することになる。

0021

オーバーオール値が閾値未満であれば(S120:NO)、後述するS190の処理に移行する。すなわち、音質を劣化させることなく増幅後の音波を出力することができるものとして、後述する音質の劣化を抑制する処理を行うことのない音波を生成して出力する。

0022

また、オーバーオール値が閾値以上であれば(S120:YES)、出力が不足する虞があるため、音質改善部16としての機能を用いて、必要に応じて音質の劣化を抑制する処理を行う(S130〜S180)。ここで、人の聴覚には、個人差はあるものの、概ね図5に示すような特性がある。なお、図5に示すグラフでは、周波数毎に人が同じ音量に聞こえる音圧レベルを音量毎に曲線で表している。

0023

すなわち、人の聴覚では、周波数が低くなると音圧レベルを大きくしなければ聞こえにくくなり、また、周波数が高くなるとより同じ音圧レベルであっても大きな音に聞こえることが分かる。したがって、本処理では、低い周波数の音が聞き取りやすくなるように、低い周波数の音圧レベルを向上させ、この際、なるべく音質を劣化させないようにする。

0024

音質の劣化を抑制する処理の詳細は、まず、波形解析部15としての機能を用いて、各周波数成分の音圧から最大の音圧(MAX音圧)を抽出し、このMAX音圧から規定音圧範囲内(例えば、MAX音圧から20dB以内)の周波数成分を抽出する(S130)。つまり、図6に示す例では、ハッチングの範囲内の周波数成分を抽出することになる。

0025

続いて、抽出した周波数成分の全てが対象周波数(例えば、1kHz)以上または未満であるか否かを判定する(S140、S150)。例えば、図6に示す例においては、Aが対象周波数であれば規定音圧範囲内の周波数成分は全て対象周波数以上となり、Bが対象周波数であれば規定音圧範囲内の周波数成分は一部が対象周波数以上、一部が対象周波数未満となる。

0026

また、Cが対象周波数であれば、規定音圧範囲内の周波数成分は全て対象周波数未満となる。なお、対象周波数は、人の聴覚特性が大きく変化する周波数(例えば、700〜2000Hz程度の範囲内)に設定される。

0027

抽出した周波数成分の全てが対象周波数以上であれば(S140:YES)、後述するS190の処理に移行する。すなわち、対象周波数以上の音波は、人の聴覚を考慮すると音圧が低下したとしても聞こえやすいため、音質の劣化を抑制する処理を行う必要がないものと取り扱う。

0028

また、抽出した周波数成分の一部が対象周波数以上、一部が対象周波数未満であれば(S140:NO、S150:NO)、規定音圧未満の周波数成分を除去するよう設定する(S160)。詳細には、図7に示すように、規定音圧以上であるハッチング領域の周波数成分だけ発音し、その余の部分(破線で示す領域の周波数成分)については発音しないよう設定する。このようにすることで、発音範囲内の周波数成分についての音圧を、より増幅することができるようにしている。

0029

また、抽出した周波数成分の全てが対象周波数未満であれば(S140:NO、S150:YES)、S160の処理と同様に規定音圧未満の周波数成分を除去するよう設定し(S170)、かつ、間引きを行うよう設定する(S180)。ここでいう間引きとは、発音を行う周波数成分と発音を行わない(発音を行う周波数成分よりも音圧を低くしたものを含む)周波数成分とを交互にそれぞれ複数設けることを意味する。間引きを行う処理では、周波数が大きくなるにつれて、間引きする帯域幅を大きくする。

0030

図8に示す例では、横軸対数軸であり、太い実線で示す領域の周波数成分を間引きするため、周波数が大きくなるにつれて、間引きする帯域幅が大きくなっている。なお、間引きを行う場合は、比較的低い周波数成分を対象としており、この周波数成分は、人の聴覚では音質が分かりにくく、音圧だけを感じやすい帯域であるため、間引きを行って音圧を向上することに意義がある。

0031

このような処理が終了すると、超音波振幅変調部15としての機能を用いて、本処理での設定に従って、音波信号を生成する(S190)。そして、生成した音波信号を超音波スピーカ30から出力させ(S200)、音色改善処理を終了する。

0032

[本実施形態による効果]
以上のように詳述した超音波出力システム1において、音波信号出力装置10は、出力信号のオーバーオール値を取得し、オーバーオール値が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する。そして、オーバーオール値が閾値を超える場合、出力信号から予め設定された規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去した新たな出力信号を生成する。

0033

このような超音波出力システム1によれば、規定音圧未満の周波数成分を除去するので、除去された周波数成分を出力するためのエネルギを他に回すことができる。また、除去される周波数成分はそもそも音圧が低く聞こえにくい音であるため除去したとしても音質への影響が小さい。よって音質の劣化を抑制しつつ音圧不足を補うことができる。

0034

また、上記の超音波出力システム1において音波信号出力装置10は、出力信号を超音波領域の周波数成分にて生成する。
超音波を用いて可聴音を生成する際には出力不足になりがちであるが、このような超音波出力システム1によれば、必要な周波数成分の音圧を上げることができるので、音圧不足になることを抑制することができる。

0035

さらに、上記超音波出力システム1において音波信号出力装置10は、出力信号に予め設定された第1周波数未満の周波数成分が含まれているか否かを判定する。そして、出力信号に第1周波数未満の周波数成分が含まれている場合に、規定音圧未満の音圧を有する周波数成分を除去する。

0036

このような超音波出力システム1によれば、人のに聞こえやすい高音については音圧を上げることなく余分な処理を抑制し、人の耳に聞こえにくい低音については音圧を上げて聞こえやすくすることができる。

0037

また、上記超音波出力システム1において音波信号出力装置10は、出力信号が予め設定された第2周波数未満の周波数成分だけで構成されているか否かを判定する。そして、出力信号が第2周波数未満の周波数成分だけで構成されている場合、予め設定された複数の周波数成分を間引きした出力信号を生成する。

0038

このような超音波出力システム1によれば、出力信号が人の耳に聞こえにくい低音だけで構成されている場合には、間引きを行うので、さらに音圧を上げることができる。
なお、上記実施形態においては、第1周波数と第2周波数とを同じ周波数に設定しているが、異なる周波数に設定してもよい。

0039

さらに、上記超音波出力システム1において音波信号出力装置10は、周波数が大きくなるにつれて、間引きする帯域幅を大きくする。
すなわち、本構成では、音波の周波数が高くなるにつれて間引きを行う際の帯域幅を大きくしても人の耳には気にならなくなる特性を利用している。したがって、このような超音波出力システム1によれば、人に耳に音質の劣化を感じ難くさせつつ、より広い帯域幅の音波を間引きすることができる。

0040

[その他の実施形態]
本発明は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。

0041

例えば、上記実施形態において、設定入力部20は、音量を調整できるダイヤルとして構成したが、例えば、低音と高音との音量バランスを調整するためのインタフェースであってもよい。この場合、設定入力部20による設定に従って、周波数成分毎に増幅率を設定することになる。このようにしても上記実施形態と同様の効果が得られる。

0042

また、上記実施形態においては、音波の周波数が高くなるにつれて間引きを行う際の帯域幅を大きくしているが、この際、例えば、音階でいうところの1/2音や1/4音に相当する周波数成分だけを残し、それ以外の周波数成分を間引きするようにしてもよい。このようにすれば、必要最低限の音だけを発音させることができる。

0043

また、上記実施形態の超音波出力システム1(音波信号出力装置10)は、車両におけるナビゲーションシステムカーオーディオシステム、一般的な音響機器等、多くの用途で採用することができる。

0044

[実施形態の構成と本発明の手段との対応関係
上記実施形態において音波信号出力装置10が実行する処理のうち、S110の処理は本発明でいうオーバーオール値取得手段に相当し、S120の処理は本発明でいう閾値判定手段に相当する。

0045

また、S140の処理は本発明でいう第1周波数判定手段に相当し、S150の処理は本発明でいう第2周波数判定手段に相当する。さらに、S160およびS190の処理は本発明でいう除去手段に相当し、S180およびS190の処理は本発明でいう間引き手段に相当する。

0046

1…超音波出力システム、10…音波信号出力装置、11…CPU、12…メモリ、13…超音波振幅変調部、14…値演算部、14…オーバーオール値演算部、15…波形解析部、15…超音波振幅変調部、16…音色改善部、20…設定入力部、30…超音波スピーカ。

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