(57)【要約】【課題】パラメトリックスピーカの故障を好適に判定する。【解決手段】パラメトリックスピーカの故障判定装置（１００）は、複数の振動面（１１）の各々に、独立して振動可能な圧電素子（１２）を搭載したパラメトリックスピーカ（１０）の故障を判定する。パラメトリックスピーカの故障判定装置は、少なくとも１つの圧電素子からなる駆動素子群を振動させる駆動手段（１１０）と、駆動素子群以外の少なくとも１つの圧電素子からなる検出素子群から、駆動素子群の振動の固体伝播を受けて出力される検出信号を取得する取得手段（１２０）と、検出信号を用いて、駆動素子群のうち故障した圧電素子の数である故障素子数を算出する算出手段（１３１）と、故障素子数に基づいて、パラメトリックスピーカが故障しているか否かを判定する判定手段（１３２）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動面の各々に、独立して振動可能な圧電素子を搭載したパラメトリックスピーカの故障判定装置であって、
少なくとも１つの前記圧電素子からなる駆動素子群を振動させる駆動手段と、
前記駆動素子群以外の少なくとも１つの前記圧電素子からなる検出素子群から、前記駆動素子群の振動の固体伝播を受けて出力される検出信号を取得する取得手段と、
前記検出信号を用いて、前記駆動素子群のうち故障した前記圧電素子の数である故障素子数を算出する算出手段と、
前記故障素子数に基づいて、前記パラメトリックスピーカが故障しているか否かを判定する判定手段と
を備えることを特徴とするパラメトリックスピーカの故障判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パラメトリックスピーカの故障判定装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、スピーカが発する音を取得して故障を判定するものが知られている。例えば特許文献１では、スピーカが発した音（出力）を取得するマイクを備えており、スピーカの出力が閾値まで大きくならない場合に故障を検出するという技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載されている技術では、スピーカとは別にマイクを備える必要があり、装置構成の複雑化やコストの増大が避けられない。また、取得する音が伝播経路の変化（例えば、温湿度、詰まり、反射物体等）の影響を受けることで、正確な判定を行えない可能性もある。
【０００５】
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、故障を好適に判定することが可能なパラメトリックスピーカの故障判定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置の一態様では、複数の振動面の各々に、独立して振動可能な圧電素子を搭載したパラメトリックスピーカの故障判定装置であって、少なくとも１つの前記圧電素子からなる駆動素子群を振動させる駆動手段と、前記駆動素子群以外の少なくとも１つの前記圧電素子からなる検出素子群から、前記駆動素子群の振動の固体伝播を受けて出力される検出信号を取得する取得手段と、前記検出信号を用いて、前記駆動素子群のうち故障した前記圧電素子の数である故障素子数を算出する算出手段と、前記故障素子数に基づいて、前記パラメトリックスピーカが故障しているか否かを判定する判定手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの構成を示す平面図及び断面図である。
【図３】第１実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例（その１）を示す平面図である。
【図４】第１実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例（その２）を示す平面図である。
【図５】第１実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例（その３）を示す平面図である。
【図６】駆動素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。
【図７】検出素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。
【図８】第２実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例を示す平面図である。
【図９】第１の検出素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。
【図１０】第２の検出素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。
【図１１】素子の故障数とパラメトリックスピーカの音圧低下量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照してパラメトリックスピーカの交渉判定装置の実施形態について説明する。
【０００９】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置について、図１から図７を参照して説明する。
【００１０】
＜装置構成＞
まず、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置の構成を示すブロック図である。図２は、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの構成を示す平面図及び断面図である。
【００１１】
図１に示すように、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００は、パラメトリックスピーカ１０の故障を判定する装置として構成されている。パラメトリックスピーカ１０は、複数の振動面１１及び圧電素子１２を備えている。
【００１２】
図２に示すように、パラメトリックスピーカ１０は、１つの筐体として構成されており、その内部に複数の振動面１１が配置されている。なお、ここでは振動面の形状が六角形である例を図示しているが、振動面の形状が限定されるものではない。振動面の裏側（言い換えれば、装置の内部側）には、それぞれ独立して振動可能な圧電素子１２が配置されている。パラメトリックスピーカ１０は、これらの圧電素子１２を利用して可聴音が重畳された音を出力する。圧電素子１２には、配線１３が電気的に接続されており、振動を発生させるための信号（駆動信号）の入力、及び振動を検出した際の信号（検出信号）の出力が行えるようになっている。
【００１３】
図１に戻り、パラメトリックスピーカの故障判定装置１００は、その機能を実現するための処理ブロック又は物理的な処理回路として、駆動部１１０、検出部１２０、故障判定部１３０を備えて構成されている。
【００１４】
駆動部１１０は、パラメトリックスピーカ１０に対して駆動信号を出力することで、複数の圧電素子１２を駆動し、振動面１１を振動させることが可能である。また、第１実施形態に係る駆動部１１０は特に、複数の圧電素子１２のうち、駆動素子群として設定されたものを駆動することで、パラメトリックスピーカ１０の故障判定動作を行うことが可能に構成されている。駆動部１１０は、後述する付記における「駆動手段」の一具体例である。
【００１５】
検出部１２０は、パラメトリックスピーカ１０から出力される検出信号を取得してすることが可能である。より具体的には、検出部１２０は、複数の圧電素子１２のうち、検出素子群として設定されたものにおいて検出された振動を、検出信号として取得する。検出部１２０で取得された検出信号は、故障判定部１３０に出力される構成となっている。検出部１２０は、後述する付記における「取得手段」の一具体例である。
【００１６】
故障判定部１３０は、故障素子算出部１３１及び判定出力部１３２を備えている。故障素子算出部１３１は、検出部で取得された検出信号に基づいて、複数の圧電素子１２のうち、故障している圧電素子１２の数（以下、適宜「故障素子数」と称する）を算出する。故障素子算出部１３１は、後述する付記における「算出手段」の一具体例である。判定出力部１３２は、故障素子算出部１３１で算出された故障素子数に基づいて、パラメトリックスピーカ１０が故障しているか否かを判定し、その結果を出力する。判定出力部１３２は、後述する付記における「判定手段」の一具体例である。
【００１７】
＜駆動素子群及び検出素子群の設定例＞
次に、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置における駆動素子群及び検出素子群の設定例について、図３から図４を参照して具体的に説明する。図３は、第１実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例（その１）を示す平面図である。図４は、第１実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例（その２）を示す平面図である。図５は、第１実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例（その３）を示す平面図である。
【００１８】
第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００による故障判定動作時には、複数の圧電素子１２に、駆動素子群及び検出素子群が設定される。駆動素子群は、故障判定動作時に実際に駆動（振動）する少なくとも１つの圧電素子１２を含んでいる。一方、検出素子群は、故障判定動作時に駆動素子群から伝播する振動を検出する少なくとも１つの圧電素子１２を含んでいる。
【００１９】
図３に示すように、駆動素子群は任意の１素子、検出素子群は駆動素子群周囲の６素子（装置端部においては５素子又は３素子）として設定することができる。このように検出素子群及び駆動素子群を設定すれば、駆動素子群から伝播した振動を検出素子群で効率的に検出することができる。
【００２０】
図４に示すように、駆動素子群と検出素子群とは、互いに隣接する素子ではなく、離れた素子として設定されてもよい。また、図５に示すように、駆動素子群及び検出素子群はそれぞれ１個ずつ設定されてもよい。なお、駆動素子群と検出素子群とを離して設定する場合には、伝達する振幅が小さくなるので、検出部１２０において検出信号を増幅することが好ましい。
【００２１】
なお、駆動素子群及び検出素子群の設定は、１回の故障判定動作において複数回行われる。具体的には、全ての圧電素子１２が駆動素子群となるように、繰り返し設定が行われ、その都度、駆動素子群の駆動及び検出素子群による検出が実行される。
【００２２】
＜故障判定方法＞
次に、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００による故障判定方法について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、駆動素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。図７は、検出素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。なお、図６及び図７のデータは、駆動素子群及び検出素子群を上述した図３のように設定した場合のものである。
【００２３】
図６に示すように、検出素子群の出力（即ち、検出信号）は、駆動素子群に設定された圧電素子１２が故障していない場合には十分な強度となる一方で、駆動素子群に設定された圧電素子１２が故障している場合には“０”となる。図３の例では、駆動素子群には１つの圧電素子１２しか含まれておらず、その１つの圧電素子１２が故障していると、振動が発生しないからである。
【００２４】
図７に示すように、検出素子群の出力は、検出素子群に設定された圧電素子１２が故障している場合には、故障している検出素子群の数に応じて低下する。具体的には、検出素子群に含まれる６つの圧電素子１２のうち１つが故障している場合、約１７％（即ち、１／６）出力が低下する。
【００２５】
上記のように、駆動素子群の圧電素子１２が故障している場合と、検出素子群の圧電素子１２が故障している場合とでは、検出信号の変化に違いがある。よって、駆動素子群の圧電素子１２の故障を正確に判定することが可能である。従って、パラメトリックスピーカ１０が備えている複数の圧電素子１２のうち、何個が故障しているかを正確に算出することができる。
【００２６】
なお、上記例では、圧電素子１２のクラックや断線を想定して、故障時の圧電素子１２の出力が“０”になると仮定しているが、圧電素子１２の出力が低下する（即ち、０にならない程度に減少する）場合であっても、検出素子群の出力変化が小さくなるだけであり、同様に故障素子数の推定が可能である。
【００２７】
故障している圧電素子１２の数が算出されると、その数値に基づいて、パラメトリックスピーカ１０が故障しているか否かを判定することができる。例えば、パラメトリックスピーカ１０は、複数の圧電素子１２を備えているため、仮に１個や２個の圧電素子１２が故障したとしても、十分な出力で音声を出力し続けることが可能である。よって、このような場合には、パラメトリックスピーカ１０が故障していると判定されるべきではない。一方で、比較的多くの圧電素子１２が故障してしまうと、パラメトリックスピーカ１０が十分な出力を維持することができなくなる。よって、このような場合には、パラメトリックスピーカ１０が故障していると判定されるべきである。
【００２８】
よって、パラメトリックスピーカ１０が故障していると判定するための故障閾値（言い換えれば、故障と判定すべき故障素子数）を予め設定しておくことで、適切にパラメトリックスピーカ１０の故障を判定することができる。具体的には、故障素子数が故障閾値以上であれば、パラメトリックスピーカ１０は故障していると判定し、故障素子数が故障閾値未満であれば、パラメトリックスピーカ１０は故障していないと判定すればよい。
【００２９】
＜技術的効果＞
次に、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置によって得られる技術的効果について説明する。
【００３０】
図１から図７を参照して説明したように、第１実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００によれば、パラメトリックスピーカ１０の故障を極めて好適に判定することができる。また、第１実施形態では特に、パラメトリックスピーカ１０に搭載された圧電素子１２が、駆動素子群（即ち、故障の判定対象）としてだけでなく、検出素子群（即ち、故障の判定手段）として用いられるため、故障を判定するための手段（例えば、マイク等）を別途備える必要がない。また、パラメトリックスピーカ１０内の固体伝播を利用して故障が判定されるため、伝播経路の影響を受けずに故障を判定することができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置について、図８から図１１を参照して説明する。なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて一部の構成及び動作が異なるのみであり共通する部分も多い。このため、以下では第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、他の重複する部分については適宜説明を省略するものとする。
【００３２】
＜駆動素子群及び検出素子群の設定例＞
まず、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００における駆動素子群及び検出素子群の設定例について、図８を参照して説明する。図８は、第２実施形態に係る駆動素子群及び検出素子群の設定例を示す平面図である。
【００３３】
図８に示すように、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００では、駆動素子群が１列の圧電素子１２を含むものとして設定される。即ち、第２実施形態では、駆動素子群が複数の圧電素子１２を含むこのとして設定される。また、検出素子群が２つの群（第１の検出素子群及び第２の検出素子群）として設定される。具体的には、駆動素子群に隣接する１列の圧電素子１２が、第１の検出素子群として設定され、第１の検出素子群に隣接する１列の圧電素子１２が、第２の検出素子群として設定される。
【００３４】
なお、駆動素子群及び検出素子群の再設定は、駆動素子群が１列下の素子群として設定される。即ち、第１の検出素子群であった圧電素子１２は、次回の設定時に駆動素子群として設定され、第２の検出素子群であった圧電素子１２は、次回の設定時に第１の検出素子群として設定される。
【００３５】
上記のように、駆動素子群及び検出素子群は、装置における一方の端部から他方の端部に向けて（図８の例では、図面上列から下列に向けて）順次再設定されていく。ちなみに、駆動素子群が下列２段目及び最下列になる場合には、直前の駆動素子を第２の検出素子群として設定すればよい。
【００３６】
＜故障判定方法＞
次に、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００による故障判定方法について、図９から図１１を参照して説明する。図９は、第１の検出素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。図１０は、第２の検出素子群に故障した圧電素子が含まれていた場合の検出信号を示すグラフである。図１１は、素子の故障数とパラメトリックスピーカの音圧低下量との関係を示すグラフである。
【００３７】
図９に示すように、駆動素子群及び検出素子群の各々が複数の圧電素子１２を含んでいる場合、第１の検出素子群の出力（即ち、第１の検出素子群から出力される検出信号）は、駆動素子群及び検出素子群に含まれる故障素子数に応じて低下する。具体的には、第１の検出素子群の出力は、駆動素子群に含まれる圧電素子１２が１つ故障するごとにａ１（ｎ）低下する。一方、第１の検出素子群の出力は、検出素子群に含まれる圧電素子１２が１つ故障するごとにｂ１（ｎ）低下する。
【００３８】
図１０に示すように、第２の検出素子群の出力（即ち、第２の検出素子群から出力される検出信号）も、駆動素子群及び検出素子群に含まれる故障素子数に応じて低下する。具体的には、第２の検出素子群の出力は、駆動素子群に含まれる圧電素子１２が１つ故障するごとにａ２（ｎ）低下する。一方、第２の検出素子群の出力は、検出素子群に含まれる圧電素子１２が１つ故障するごとにｂ２（ｎ）低下する。
【００３９】
ここで、駆動素子群に含まれる故障素子数をＸ０（ｎ）、第１の検出素子群に含まれる故障素子数をＸ１（ｎ）、第２の検出素子群に含まれる故障素子数をＸ２（ｎ）、第１の検出素子群の出力をＹ１（ｎ）、第２の検出素子群の出力をＹ２（ｎ）とすると、下記式（１）から（３）の連立方程式を解くことで、故障素子数を算出することができる。
【００４０】
Ｙ１（ｎ）＝ａ１（ｎ）Ｘ０（ｎ）＋ｂ１（ｎ）Ｘ１（ｎ）・・・（１）
Ｙ２（ｎ）＝ａ２（ｎ）Ｘ０（ｎ）＋ｂ２（ｎ）Ｘ１（ｎ）・・・（２）
Ｙ１（ｎ＋１）＝ａ１（ｎ＋１）Ｘ０（ｎ＋１）＋ｂ１（ｎ＋１）Ｘ１（ｎ＋１）
＝ａ１（ｎ＋１）Ｘ１（ｎ）＋ｂ１（ｎ＋１）Ｘ２（ｎ）・・・（３）
【００４１】
なお、駆動素子群、第１の検出素子群、及び第２の検出素子群は、上述したルールに従い設定されていくため、Ｘ０（ｎ＋１）＝Ｘ１（ｎ）、Ｘ１（ｎ＋１）＝Ｘ２（ｎ）である。また、ａ１（ｎ）及びｂ１（ｎ）、並びにａ２（ｎ）及びｂ２（ｎ）の各値は、筐体形状、振動面形状、駆動振幅、駆動素子数等によって変化するため、事前のシミュレーション等により適切な値を求めておく。
【００４２】
図１１に示すように、第２実施例に係る第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置１００では、故障素子数と音圧低下量とが線形の関係にある。このため、故障と判定すべき音圧低下量に応じた故障素子数を故障閾値として設定しておけば、好適にパラメトリックスピーカ１０の故障を判定することができる。
【００４３】
＜技術的効果＞
次に、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置によって得られる技術的効果について説明する。
【００４４】
図８から図１１を参照して説明したように、第２実施形態に係るパラメトリックスピーカの故障判定装置によれば、第１実施形態と同様にパラメトリックスピーカ１０の故障を好適に判定することができる。また、第２実施形態では特に、駆動素子群が複数の圧電素子１２を含むように設定されるため、駆動素子群が１つの圧電素子１２として設定される第１実施形態と比べると、効率的に故障判定動作が実行できる。
【００４５】
＜付記＞
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。
【００４６】
（付記１）
付記１に記載のパラメトリックスピーカの故障判定装置は、複数の振動面の各々に、独立して振動可能な圧電素子を搭載したパラメトリックスピーカの故障判定装置であって、少なくとも１つの前記圧電素子からなる駆動素子群を振動させる駆動手段と、前記駆動素子群以外の少なくとも１つの前記圧電素子からなる検出素子群から、前記駆動素子群の振動の固体伝播を受けて出力される検出信号を取得する取得手段と、前記検出信号を用いて、前記駆動素子群のうち故障した前記圧電素子の数である故障素子数を算出する算出手段と、前記故障素子数に基づいて、前記パラメトリックスピーカが故障しているか否かを判定する判定手段とを備える。
【００４７】
付記１に記載のパラメトリックスピーカの故障判定装置によれば、その動作時には、パラメトリックスピーカの複数の振動面の各々に搭載された圧電素子が、駆動素子群又は検出素子群として機能する。駆動素子群となった圧電素子は駆動手段によって振動するように駆動される。一方で、検出素子群となった圧電素子は、駆動素子群の振動の固体伝播を受けて検出信号を出力する。
【００４８】
ここで特に、駆動素子群に含まれる圧電素子に故障しているものが存在している場合、検出素子群から出力される検出信号は、故障がない場合と比べて小さくなる。また、駆動素子軍に含まれる圧電素子のうち故障しているものの数が増えるほど、検出素子群から出力される検出信号は小さくなる。よって、検出信号を用いれば、駆動素子群に含まれる故障した圧電素子の数（故障素子数）を算出することができる。
【００４９】
パラメトリックスピーカは、故障素子数が少なければ、出力を大きく低下させずに動作し続けることが可能である。このため、故障素子数が比較的少ない場合には、パラメトリックスピーカが故障していると判定するのは好ましくない。一方で、故障素子数が比較的多くなった場合には、パラメトリックスピーカの出力が大幅に低下してしまうため、故障していると判定するのが好ましい。
【００５０】
しかるに本態様では、故障素子数に基づいてパラメトリックスピーカが故障しているか否かが判定される。例えば、故障素子数が所定の閾値以上となった場合に、パラメトリックスピーカが故障していると判定され、故障素子数が所定の閾値未満である場合には、パラメトリックスピーカは故障していないと判定される。このようにすれば、パラメトリックスピーカの故障（即ち、大幅に出力が低下してしまうような状態）を好適に判定することができる。
本態様では、上述したように、パラメトリックスピーカに搭載された圧電素子が、駆動素子群（即ち、故障の判定対象）としてだけでなく、検出素子群（即ち、故障の判定手段）として用いられるため、故障を判定するための手段（例えば、マイク等）を別途備える必要がない。また、パラメトリックスピーカ内の固体伝播を利用して故障が判定されるため、伝播経路の影響を受けずに故障を判定することができる。
【００５１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うパラメトリックスピーカの故障判定装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  パラメトリックスピーカ
１１  振動面
１２  圧電素子
１３  配線
１００  故障判定装置
１１０  駆動部
１２０  検出部
１３０  故障判定部
１３１  故障素子算出部
１３２  判定出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019146106.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019146106.tif 000008
【図７】
2019146106.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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