(57)【要約】      （修正有）【課題】広域エリアに効率良く、均一な音声を明瞭に伝達する圧電スピーカーネットワークシステムを提供する。【解決手段】音声到達距離が１０ｍ〜２５０ｍの軽量かつ高効率の圧電スピーカー1をエリア内に音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置する。エリア２内の基地局３より音声電流を有線または無線で流し、明瞭な音声をエリア全域に確実に伝達させる。またセンター施設から、広域エリアを構成するエリア単位毎に選択的に情報を伝達させるネットワークシステムにも展開できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声到達距離が１０ｍから２５０ｍの圧電スピーカーを、エリア内に音声到達距離を半径とする円が接するように分散配置し、エリア内全域で有効な音声が伝達できるようにした圧電スピーカーネットワークシステム。
【請求項２】
広域エリアにおいて、基地局から、広域エリアを構成するエリア単位に選択的に情報を伝達させることを目的とする圧電スピーカーネットワークシステム。
【請求項３】
内部に曲げ応力が残留されたハニカム振動板に複数個の圧電ドライバーを配置し、人の声の周波数帯域である  ６００Ｈｚ〜４ＫＨｚの帯域を発生させ、明瞭な音声を全方位に遠方まで放射状に到達させる特性を備えた圧電スピーカーを用いた請求項１又は２に記載の圧電スピーカーネットワークシステム。
【請求項４】
圧電ドライバーと軽量ハニカム振動板、Ｂ級またはＤ級圧電アンプで構成された軽量圧電スピーカーにより構成された請求項１又は２に記載の圧電スピーカーネットワークシステム。
【請求項５】
基地局より有線または無線により音声電流信号を分散配置された圧電スピーカー群に伝送する請求項１〜３いずれかに記載の圧電スピーカーネットワークシステム。
【請求項６】
太陽光発電と蓄電池システムを組み合わせ独立電源により構成された請求項１〜５いずれかに記載の圧電スピーカーネットワークシステム。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のネットワークシステムに使用される分散配置型圧電スピーカー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は圧電セラミック振動子と軽量ハニカム振動板で構成された圧電スピーカーをエリア内に音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置し、エリア内全域で明瞭な音声が伝達できるようにした防災警報、案内などを目的とする分散配置型音声伝達ネットワークシステムと圧電スピーカー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、地震ならびに津波、火災、原子力発電所の事故などによる災害から住民を守るために災害発生時に確実に警報通知する防災警報スピーカーシステムの設置が緊急の課題となっている。これまで各種防災情報ネットワークシステムが提案されているがそのスピーカーには広域エリア内の広範囲に音声を到達させるため、大型ダイナミックスピーカーや特殊タイプの磁気スピーカーなどが採用されている。これらの大型スピーカから発する音声はスピーカー近くでは大音響のため耳が耐えられない。また建物、山岳からの音声反射により音声が聞き取り難かったり、複数のスピーカーを設置した場合、スピーカー同士の音が干渉して放送内容が判明できないなどの課題がある。また装置も大型で重量が重くかつ消費電力が数百ワットという巨大なものが多い。【０００３】  一方、中小型のダイナミックスピーカーをエリア内に多数個分散配置し、１ヶ所の基地局からまとめて音声信号電流を流す際、電流値が大きいため配線での電圧降下が発生し、電圧を補うため増幅装置を高圧、大電流対応の仕様にせねばならず現実的ではない。【０００４】  さらにダイナミックスピーカーではスピーカー同士の音が干渉するため多数個を配置するとスピーカー同士の音干渉のため、音声が聞き取り難くなるという課題がある。【０００５】  またダイナミックスピーカーは発生する音に指向性があるため、エリア内で音を均一に分布させるため、スピーカーの配置に工夫が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  従来の防災情報システムに一般的に使用されているスピーカーは主としてマグネットタイプであり、永久磁石の磁界中に駆動コイルを配した構造となっており、電気信号を駆動コイルのピストン往復運動に変換し、振動板を振動させて音響を発生する構造となっている。この駆動コイルと振動板やそれを支える金属部品は重量が重く、慣性力が大きいため速い音響パルス信号に追従することが難しいため、大音量を発生させると歪が発生して音が割れたり、音響パルス信号に対して振動が長く続くため、複雑な騒音波形を発生して、音の歯切れが悪く、明瞭な音声を発することが困難であった。このため通常の大型防災スピーカーでは音声をゆっくりと発声せねばならず、聞き取り難いという課題がある。【０００７】  さらに大型の防災警報スピーカーは５０ｋｇ（３００Ｗタイプ）から１５０ｋｇ（１３００Ｗタイプ）など重量が大きく、支柱や建物に取り付けたスピーカーが地震の際に高所から落下し、人や設備を傷つける事故が近年の地震の際に多発し、その危険性が大きく指摘されている。
また集中型の防災警報システムにおいては１ヶ所が災害により故障すると地域全体のシステムが不能に陥るリスクもある。【０００８】  さらに従来のダイナミックスピーカーは１ヶのスピーカーに流れる音声電流が５Ａ〜１０Ａと大きいため、多数のスピーカーを分散配置して、一つのアンプで駆動するには数十アンペアの大電流が必要となり、そのためアンプも巨大化し、コストや技術面で製作は現実的でない。
【課題を解決するための手段】
【発明の効果】
【０００９】  振動板に曲げ力を加えたあるいは内部に曲げ応力がを残留させたハニカム振動板に複数個の圧電ドライバーを配置し、その配置を工夫することにより人の声の周波数帯域である６００Ｈｚ〜４ＫＨｚの帯域を効率良く発生させることが出来る。【００１０】  振動板に応力を加え、圧電素子を有効に配置した圧電スピーカーにおいては横波効果またはコヒーレント効果により音声の減衰がダイナミックスピーカーに比べて小さく、距離が２倍となるとダイナミックスピーカーの６ｄＢ減衰するのに比べ圧電スピーカーでは３ｄＢと小さく、そのために音声の到達距離が長くなる。
またこの音声波形は指向性がなく、前後だけでなく３６０度に放射状に広がるという特徴がある。【００１１】  さらに圧電スピーカーでは振動板ならびに圧電ドライバーが軽量なため、音声信号に振動板の動きが追随しやすく、また振動板の減衰もしやすく、ダイナミックスピーカーと比較して音の歪が少なく、明瞭な音声を発する。【００１２】  横波効果またはコヒーレント効果によりダイナミックスピーカーに比べて残響が極めて少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  本発明は、音声を放射状に均一に遠方まで到達させる特性を生かして、複数個の圧電スピーカーをエリア内に、音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置を行ない、全エリア内で、明瞭でバラツキが少ない音声を到達させることが出来る。このため、警報、案内などの人の声を明瞭に到達させること目的を有する地域防災警報に適したシステムであり、津波被害の可能性がある海岸や河川近くの地区、また崖崩れなどの起きやすい地区、原子力発電所付近の地区などで使用できる防災警報ネットワークシステムを提供するものである。【００１４】  またスピーカーが１ｋｇ以下の軽量かつ小型であり地震などによりスピーカーが落下した際、人や設備に損傷を与える可能性が少ないスピーカーネットワークシステムとなる。【００１５】  本発明は防災警報の伝達だけでなく、ショッピングモールなどの商業地域、構内や大交通施設、大型遊園地、体育館や競技場などスポーツ施設、大學などの構内、工場敷地、空港、港湾などのエリアで明瞭な音声を広く伝達するシステムにも適用できる。【００１６】  さらに学童通学路、交通事故多発地域、学校、居住地などのエリアに設置して交通安全情報や犯罪緊急情報を伝達することにも適用出来る。【００１７】  圧電スピーカーは小型軽量なためエリア内の専用放送設備だけでなくエリア内に多数設置されている自動販売機に取り付けたり、コンビニエンスストアーの建物などに取り付けることが出来る。【００１８】  また電源が供給できない場合は太陽光発電と蓄電池システムを組み合わせた独立電源を利用することができる。圧電スピーカーは消費電流がダイナミックスピーカーと比較して１／２０〜１／１００と少ないため、蓄電池により長期間作動させることが出来る。
【実施例】
【００１９】  図１は地域エリア内での圧電スピーカーネットワークシステムを説明する図である。
地域エリアに圧電スピーカーを音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置し、基地局より無線または有線で音声信号を送り、エリア内全体に明瞭でバラツキの少ない音声を伝達させることが出来る。【００２０】  図２はエリア内に分散配置したスピーカーに圧電アンプから有線で圧電スピーカーに音声信号電流を分配する回路図である。圧電スピーカーはハイインピーダンスであるため消費電流は微少で、並列接続で圧電スピーカーを接続しても電圧降下は少なく、細い電線で接続しても各圧電スピーカーの音圧はバラツキは少なく一定となる。また消費電力はダイナミックスピーカーと比べて１／２０〜１／１００以下と極めて少ない。そのため１つの圧電アンプで５台から１０台の圧電スピーカーを駆動することが出来る。【００２１】  音声到達距離が２５０ｍの圧電スピーカーを１キロ平方メートルの地域に４台を分散配置して、スピーカー全面１ｍで１２７ｄＢの音圧の音声を流した結果、敷地全域で７０ｄＢの音声が伝達され、音声内容が明瞭に確認できた。
表１は２００ｍｍ×２５０ｍｍ×４ｍｍのハニカム振動板に圧電ドライバーを３ヶ取り付けた圧電スピーカーを圧電アンプを用いてスピーカー端子電圧を変化させたときのスピーカー音圧と音声到達距離（ｍ）を測定した結果である。
この表からＡ４サイズの圧電スピーカーで端子電圧４５Ｖで１２７ｄＢの音圧を発声し、音声伝達距離は２５０ｍとなった。【００２２】  図３は広域エリアを構成するエリア単位の基地局にセンター施設から選択的に必要な情報を伝達することを目的とする圧電スピーカーネットワークシステムである。災害情報や犯罪情報を必要とするエリア区域に選択的に伝達することが出来る。【００２３】  図４は両面から音を発する圧電スピーカーの製作実例を示したものである。２枚のハニカム振動板に応力を加え湾曲させたものに両面から圧電振動子を取り付けた。この構造によりスピーカー両面からほぼ同じ音圧の音声を無指向で放射状に出すことが出来た。【００２４】  図５はフードを取り付けた圧電スピーカーを示す。圧電スピーカーは基本的に無指向性であるが、フードを取り付けることにより若干の指向性が発現される。【００２５】  図６は圧電スピーカーの主要特性である無指向特性と距離減衰の測定値を示したものである。測定結果から圧電スピーカー両面から音声ががほぼ円形に無指向放射されることがわかる。またダイナミックスピーカーと比較して音圧の距離減衰が少ないことがわかる。
【符号の説明】
【００２６】１：圧電スピーカー
２：地域エリア
３：基地局
４：センター施設
５：フレーム
６：ハニカム振動板
７：防振ゴム
８：圧電ドライバー
９：フード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月12日(2014.3.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は圧電セラミック振動子と軽量ハニカム振動板で構成された圧電スピーカーをエリア内に音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置し、エリア内全域で明瞭な音声が伝達できるようにした防災警報、案内などを目的とする分散配置型音声伝達ネットワークシステムと圧電スピーカー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、地震ならびに津波、火災、原子力発電所の事故などによる災害から住民を守るために災害発生時に確実に警報通知する防災警報スピーカーシステムの設置が緊急の課題となっている。これまで各種防災情報ネットワークシステムが提案されているがそのスピーカーには広域エリア内の広範囲に音声を到達させるため、大型ダイナミックスピーカーや特殊タイプの磁気スピーカーなどが採用されている。これらの大型スピーカから発する音声はスピーカー近くでは大音響のため耳が耐えられない。また建物、山岳からの音声反射により音声が聞き取り難かったり、複数のスピーカーを設置した場合、スピーカー同士の音が干渉して放送内容が判明できないなどの課題がある。また装置も大型で重量が重くかつ消費電力が数百ワットという巨大なものが多い。【０００３】  一方、中小型のダイナミックスピーカーをエリア内に多数個分散配置し、１ヶ所の基地局からまとめて音声信号電流を流す際、電流値が大きいため配線での電圧降下が発生し、電圧を補うため増幅装置を高圧、大電流対応の仕様にせねばならず現実的ではない。【０００４】  さらにダイナミックスピーカーではスピーカー同士の音が干渉するため多数個を配置するとスピーカー同士の音干渉のため、音声が聞き取り難くなるという課題がある。【０００５】  またダイナミックスピーカーは発生する音に指向性があるため、エリア内で音を均一に分布させるため、スピーカーの配置に工夫が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  従来の防災情報システムに一般的に使用されているスピーカーは主としてマグネットタイプであり、永久磁石の磁界中に駆動コイルを配した構造となっており、電気信号を駆動コイルのピストン往復運動に変換し、振動板を振動させて音響を発生する構造となっている。この駆動コイルと振動板やそれを支える金属部品は重量が重く、慣性力が大きいため速い音響パルス信号に追従することが難しいため、大音量を発生させると歪が発生して音が割れたり、音響パルス信号に対して振動が長く続くため、複雑な騒音波形を発生して、音の歯切れが悪く、明瞭な音声を発することが困難であった。このため通常の大型防災スピーカーでは音声をゆっくりと発声せねばならず、聞き取り難いという課題がある。【０００７】  さらに大型の防災警報スピーカーは５０ｋｇ（３００Ｗタイプ）から１５０ｋｇ（１３００Ｗタイプ）など重量が大きく、支柱や建物に取り付けたスピーカーが地震の際に高所から落下し、人や設備を傷つける事故が近年の地震の際に多発し、その危険性が大きく指摘されている。
また集中型の防災警報システムにおいては１ヶ所が災害により故障すると地域全体のシステムが不能に陥るリスクもある。【０００８】  さらに従来のダイナミックスピーカーは１ヶのスピーカーに流れる音声電流が５Ａ〜１０Ａと大きいため、多数のスピーカーを分散配置して、一つのアンプで駆動するには数十アンペアの大電流が必要となり、そのためアンプも巨大化し、コストや技術面で製作は現実的でない。
【課題を解決するための手段】
【発明の効果】
【０００９】  振動板に曲げ力を加えたあるいは内部に曲げ応力がを残留させたハニカム振動板に複数個の圧電ドライバーを配置し、その配置を工夫することにより人の声の周波数帯域である６００Ｈｚ〜４ＫＨｚの帯域を効率良く発生させることが出来る。【００１０】  振動板に応力を加え、圧電素子を有効に配置した圧電スピーカーにおいては横波効果またはコヒーレント効果により音声の減衰がダイナミックスピーカーに比べて小さく、距離が２倍となるとダイナミックスピーカーの６ｄＢ減衰するのに比べ圧電スピーカーでは３ｄＢと小さく、そのために音声の到達距離が長くなる。
またこの音声波形は指向性がなく、前後だけでなく３６０度に放射状に広がるという特徴がある。【００１１】  さらに圧電スピーカーでは振動板ならびに圧電ドライバーが軽量なため、音声信号に振動板の動きが追随しやすく、また振動板の減衰もしやすく、ダイナミックスピーカーと比較して音の歪が少なく、明瞭な音声を発する。【００１２】  横波効果またはコヒーレント効果によりダイナミックスピーカーに比べて残響が極めて少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  本発明は、音声を放射状に均一に遠方まで到達させる特性を生かして、複数個の圧電スピーカーをエリア内に、音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置を行ない、全エリア内で、明瞭でバラツキが少ない音声を到達させることが出来る。このため、警報、案内などの人の声を明瞭に到達させること目的を有する地域防災警報に適したシステムであり、津波被害の可能性がある海岸や河川近くの地区、また崖崩れなどの起きやすい地区、原子力発電所付近の地区などで使用できる防災警報ネットワークシステムを提供するものである。【００１４】  またスピーカーが１ｋｇ以下の軽量かつ小型であり地震などによりスピーカーが落下した際、人や設備に損傷を与える可能性が少ないスピーカーネットワークシステムとなる。【００１５】  本発明は防災警報の伝達だけでなく、ショッピングモールなどの商業地域、構内や大交通施設、大型遊園地、体育館や競技場などスポーツ施設、大學などの構内、工場敷地、空港、港湾などのエリアで明瞭な音声を広く伝達するシステムにも適用できる。【００１６】  さらに学童通学路、交通事故多発地域、学校、居住地などのエリアに設置して交通安全情報や犯罪緊急情報を伝達することにも適用出来る。【００１７】  圧電スピーカーは小型軽量なためエリア内の専用放送設備だけでなくエリア内に多数設置されている自動販売機に取り付けたり、コンビニエンスストアーの建物などに取り付けることが出来る。【００１８】  また電源が供給できない場合は太陽光発電と蓄電池システムを組み合わせた独立電源を利用することができる。圧電スピーカーは消費電流がダイナミックスピーカーと比較して１／２０〜１／１００と少ないため、蓄電池により長期間作動させることが出来る。
【実施例】
【００１９】  図１は地域エリア内での圧電スピーカーネットワークシステムを説明する図である。
地域エリアに圧電スピーカーを音声到達距離を半径とする円が互いに接するように分散配置し、基地局より無線または有線で音声信号を送り、エリア内全体に明瞭でバラツキの少ない音声を伝達させることが出来る。【００２０】  図２はエリア内に分散配置したスピーカーに圧電アンプから有線で圧電スピーカーに音声信号電流を分配する回路図である。圧電スピーカーはハイインピーダンスであるため消費電流は微少で、並列接続で圧電スピーカーを接続しても電圧降下は少なく、細い電線で接続しても各圧電スピーカーの音圧はバラツキは少なく一定となる。また消費電力はダイナミックスピーカーと比べて１／２０〜１／１００以下と極めて少ない。そのため１つの圧電アンプで５台から１０台の圧電スピーカーを駆動することが出来る。【００２１】  音声到達距離が２５０ｍの圧電スピーカーを１キロ平方メートルの地域に４台を分散配置して、スピーカー前面１ｍで１２７ｄＢの音圧の音声を流した結果、敷地全域で７０ｄＢの音声が伝達され、音声内容が明瞭に確認できた。【００２２】
【表１】
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表１は２００ｍｍ×２５０ｍｍ×４ｍｍのハニカム振動板に圧電ドライバーを３ヶ取り付けた圧電スピーカーを圧電アンプを用いてスピーカー端子電圧を変化させたときのスピーカー音圧と音声到達距離（ｍ）を測定した結果である。
この表からＡ４サイズの圧電スピーカーで端子電圧４５Ｖで１２７ｄＢの音圧を発声し、音声伝達距離は２５０ｍとなった。【００２３】  図３は広域エリアを構成するエリア単位の基地局にセンター施設から選択的に必要な情報を伝達することを目的とする圧電スピーカーネットワークシステムである。災害情報や犯罪情報を必要とするエリア区域に選択的に伝達することが出来る。【００２４】  図４は両面から音を発する圧電スピーカーの製作実例を示したものである。２枚のハニカム振動板に応力を加え湾曲させたものに両面から圧電振動子を取り付けた。この構造によりスピーカー両面からほぼ同じ音圧の音声を無指向で放射状に出すことが出来た。【００２５】  図５はフードを取り付けた圧電スピーカーを示す。圧電スピーカーは基本的に無指向性であるが、フードを取り付けることにより若干の指向性が発現される。【００２６】  図６は圧電スピーカーの主要特性である無指向特性と距離減衰の測定値を示したものである。測定結果から圧電スピーカー両面から音声ががほぼ円形に無指向放射されることがわかる。またダイナミックスピーカーと比較して音圧の距離減衰が少ないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】地域エリア内  圧電スピーカーネットワークシステム
【図２】エリア内  分散配置の圧電スピーカーシステム
【図３】広域エリア  圧電スピーカーネットワークシステム
【図４】圧電スピーカー１
【図５】圧電スピーカー２
【図６】圧電スピーカーの無指向特性と距離減衰グラフ
【符号の説明】
【００２８】１：圧電スピーカー
２：地域エリア
３：基地局
４：センター施設
５：フレーム
６：ハニカム振動板
７：防振ゴム
８：圧電ドライバー
９：フード
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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