(57)【要約】【課題】低コスト且つ簡素な構成で高品質の電子音を発生させる。【解決手段】音源生成部２に、マイクロコンピュータ（マイコン）１０によって制御されるＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３を備え、和音生成部３に、３種類のＰＷＭ信号を合成する信号合成部４、信号合成部４の出力信号を増幅する電力増幅部５、電力増幅部５の出力信号を必要な周波数帯域に制限して発音部７に出力するフィルタ部６を備える。マイコン１０のプログラム処理により、ＰＷＭ信号の周波数、デュティー比、出力タイミングを可変し、３種類のＰＷＭ信号を信号合成部４で合成し、その合成信号を電力増幅部５で増幅した後、フィルタ部６にてフィルタリングして必要な周波数帯域に制限し、発音部７で音に変換することにより、緊急感と高級感が調整された統一感のある音群を得る。【選択図】図１
2013003309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の信号を音源として生成し、各信号の周波数及び出力タイミングを可変可能な音源生成部と、
前記音源生成部から出力される複数の信号を合成して和音を生成する和音生成部と、
前記和音生成部からの出力信号を音に変換する発音部と
を備えることを特徴とする電子音発生装置。
【請求項２】
前記音源生成部は、前記音源となる信号として周波数及びデューティ比が可変されるパルス信号を生成することを特徴とする請求項１記載の電子音発生装置。
【請求項３】
前記音源生成部は、前記音源となる複数の信号の出力順を可変可能であることを特徴とする請求項１記載の電子音発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音源として生成される複数の信号を合成して高品質の電子音を発生する電子音発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、音響による情報伝達手段として、注意喚起や危険報知のための警報音、操作ガイドや各種情報を提供するためのサイン音等の電子音が用いられている。このような電子音の発生装置としては、例えば、矩形波パルス列を生成し、そのパルス列を増幅して圧電サウンダを駆動する装置等が知られているが、近年では、高さの異なる音を合成した和音等の高級感のある高品質の電子音が求められる傾向にある。
【０００３】
例えば、特許文献２には、複数の音階からなるメロディ音をメモリに蓄え、メモリ上のデータをＤ／Ａ変換してアナログ信号を得ることでスピーカや圧電ブザーを駆動し、メロディ音を発生させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術は、所望の音を自由度高く得ることが可能であるが、高品質の電子音を得ようとする場合、メモリ容量が増加するばかりでなく高価なＤ／Ａ変換器を用いる必要があり、装置が複雑化してコスト上昇を招く。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、低コスト且つ簡素な構成で高品質の所望の電子音を発生させることのできる電子音発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電子音発生装置は、複数の信号を音源として生成し、各信号の周波数及び出力タイミングを可変可能な音源生成部と、前記音源生成部から出力される複数の信号を合成して和音を生成する和音生成部と、前記和音生成部からの出力信号を音に変換する発音部とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低コスト且つ簡素な構成で高品質の電子音を発生させることができ、所望の用途に応じた統一感のある音群を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子音発生装置の構成図
【図２】ＰＷＭ信号生成部の構成図
【図３】和音生成部の他の構成を示す説明図
【図４】ＰＷＭ信号の出力ロジックを示す説明図
【図５】ＰＷＭ信号のデューティ比毎の高調波のスペクトルを示す説明図
【図６】ＰＷＭ信号の出力タイミングを示す説明図
【図７】スピーカ入力波形を示す波形図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１において、符号１は、音源として生成される複数の信号を合成して高品質の電子音を発生する電子音発生装置であり、例えば、自動車等の車両に搭載され、ドライバに警告するための警報音、操作ガイドや各種情報を提供するためのサイン音等を生成し、スピーカや圧電サウンダ等からなる発音部７から発音出力する。このような電子音発生装置１は、複数の基本信号を音源として生成する音源生成部２、音源生成部２から出力される複数の基本信号を合成して和音を生成する和音生成部３、和音生成部３からの出力信号を音に変換する発音部７を備えて構成されている。
【００１１】
音源生成部２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する複数のＰＷＭ信号生成部を備えて構成されている。本実施の形態においては、複数のＰＷＭ信号生成部として、同一の回路構成を有する３つの信号生成部、すなわち、第１のＰＷＭ信号生成部１１，第２のＰＷＭ信号生成部１２，第３のＰＷＭ信号生成部１３を備えている。また、和音生成部３は、第１〜第３のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３から出力される３つのＰＷＭ信号を合成する信号合成部４、信号合成部４からの出力信号を増幅する電力増幅部５、電力増幅部５の出力信号を必要な周波数帯域に制限して発音部７に出力するフィルタ部６を備えて構成されている。
【００１２】
尚、本実施の形態では、３つのＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３からのＰＷＭ信号を用いて和音を生成する例について説明するが、ＰＷＭ信号生成部の数は２以上の任意の自然数であれば良い。
【００１３】
第１〜第３のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３は、それぞれ、マイクロコンピュータ（マイコン）１０によって制御され、マイコン１０のプログラム処理により、各ＰＷＭ信号の周波数、デュティー比、出力タイミングを可変することができる。具体的には、第１〜第３のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３は、図２に示すように、所定の基準信号のクロック数をカウントするタイマ２１、マイコン１０によってデータがセットされる２つのレジスタ２２Ａ，２２Ｂ、タイマ２１のカウント値とレジスタ２２Ａのデータとを比較するコンパレータ２３Ａ、タイマ２１のカウント値とレジスタ２２Ｂのデータとを比較するコンパレータ２３Ｂを備えて構成されている。
【００１４】
２つのコンパレータ２３Ａ，２３Ｂのうち、コンパレータ２３Ｂはタイマ２１のカウント値をゼロクリアするに用いられ、コンパレータ２３Ａから目的とする信号が取り出される。このため、コンパレータ２３Ａの出力側には、駆動能力を増強するためのバッファ等からなる出力ロジック部２４が接続され、この出力ロジック部２４の出力が信号合成部４への出力となる。
【００１５】
このような構成を有する電子音発生装置１においては、音源生成部２のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３で生成された各ＰＷＭ信号が和音生成部３で合成され、緊急感と高級感が調整された統一感のある音群を得ることができる。和音生成部３においては、３つのＰＷＭ信号を加算器等からなる信号合成部４で加算・重畳することにより合成し、その合成信号が発音部７で必要とされる音圧レベルを得られるように電力増幅部５にて増幅される。更に、電力増幅部５の出力信号は、フィルタ部６にてフィルタリングされて必要な周波数帯域に制限され、発音部７で音に変換される。
【００１６】
尚、フィルタ部６は、希望の周波数帯域を抽出するものであり、低域通過フィルタ，高域通過フィルタ，帯域通過フィルタの何れを採用しても良く、オペアンプ等によって構成される能動フィルタ、或いは、レジスタ、インダクタ、キャパシタ等によって構成される受動フィルタを用いることができる。
【００１７】
また、和音生成部３は、第１〜第３のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３からの信号を、信号合成部４に直接入力する図１の構成に限定されることなく、図３に示すように、各ＰＷＭ信号を第１〜第３のパルス増幅部３１，３２，３３で増幅した後、信号合成部４に入力し、信号合成部４からフィルタ部６を経て発音部７に出力する構成としても良い。このような構成では、第１〜第３のパルス増幅部３１，３２，３３を構成する各増幅器に線形性は全く要求されないため、Ｄ級アンプのような安価な増幅器を用いることができ、コスト低減に寄与することができる。
【００１８】
音源生成部２のＰＷＭ信号発生部１１，１２，１３で生成される各ＰＷＭ信号は、周波数、デューティ比、出力タイミング（発音タイミング）がマイコン１０によって制御され、和音生成部３で生成される和音を構成する各音が調整されて緊急感と高級感が調整された統一感のある音群を得ることが可能となる。以下、電子音発生装置１における和音の生成について、ＰＷＭ信号発生部１１，１２，１３の動作を主として説明する。
【００１９】
ＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３におけるＰＷＭ信号は、タイマ２１のカウント値とレジスタ２２Ａ，２２Ｂの各データとを比較することで生成される。ここで、タイマ２１のカウント値をＴｍ、レジスタ２２Ａの設定値をＲａ、レジスタ２２Ｂの設定値をＲｂとして（但し、Ｒｂ＞Ｒａ）、ＰＷＭ信号の出力ロジックについて説明する。
【００２０】
タイマ２１によるクロックのカウントが開始されたとき、Ｔｍ＜Ｒａの初期状態では、コンパレータ２３Ａの出力はハイ（High）レベルとなり、Ｔｍ＝Ｒａに達したとき、コンパレータ２３Ａの出力がハイレベルからロー（Low）レベルに反転する。更に、タイマ２１のカウントが続行され、Ｔｍ＝Ｒｂになると、コンパレータ２３Ｂからタイマ２１にリセット信号が出力されてタイマ２１のカウント値Ｔｍがゼロクリアされ、初期の状態に戻って以上の動作が繰り返される。
【００２１】
この結果、タイマ２１のカウント値と出力ロジック部２４の出力（コンパレータ２３Ａの出力）との関係は、図４に示すようになり、レジスタ２２Ｂの設定値とタイマ２１へのクロック信号の周波数によってＰＷＭ信号の周期Ｔが決定され、レジスタ２２Ａの設定値によってＰＷＭ信号のパルス幅τが決定される。従って、マイコン１０によりレジスタ２２Ａ，２２Ｂのデータを可変することにより、ＰＷＭ信号の周波数Ｆ（Ｆ＝１／Ｔ）とデューティ比Ｄ（Ｄ＝τ／Ｔ）を可変することができる。
【００２２】
図５は、第１〜第３のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３で生成される３種類のＰＷＭ信号のデューティ比が、それぞれ、５０％、２５％、６２．５％の繰り返し矩形波である場合、これらを基本波とする高調波のスペクトルを示している。図５からは、ＰＷＭ信号のデューティ比を５０％より小さくした場合若しくは５０％より大きくした場合には、出力信号に含まれる基本波のレベルは、デューティ比５０％の場合に比べて小さくなることがわかる。従って、ＰＷＭ信号のデューティ比を可変することにより、発音の音量を制御することができ、同時に、デューティ比を変化させることにより、高調波成分のレベルを変化させ、高調波成分により人が感じる音質を変化させることができる。
【００２３】
例えば、ニ長調の音階の中から「ファ＃」，「ラ」，「レ」の３つの音を利用する場合を例に取って説明すると、第１のＰＷＭ信号生成部１１では「ファ＃」に相当する７３９．９９ＨｚのＰＷＭ信号を生成し、第２のＰＷＭ信号生成部１２では「ラ」に相当する８８０ＨｚのＰＷＭ信号を生成し、第３のＰＷＭ信号生成部１３では「レ」に相当する１１７４．６６ＨｚのＰＷＭ信号を生成する。尚、以下では、全てのＰＷＭ信号のデューティ比を５０％として説明する。
【００２４】
この場合、第１のＰＷＭ信号生成部１１のタイマ２１への入力クロック周波数をＦckとすれば、レジスタ２２Ｂの値はＦck／７３９．９９として算出され、レジスタ２２Ａの値はＦck／(２×７３９．９９)として算出される。同様に、第２のＰＷＭ信号生成部１２のレジスタ２２Ｂの値はＦck／８８０となり、レジスタ２２Ａの値はＦck／(２×８８０)となる。また、第３のＰＷＭ信号生成部１３のレジスタ２２Ｂの値はＦck／１１７４．６６となり、レジスタ２２Ａの値はＦck／(２×１１７４．６６)となる。各レジスタの値は一般には小数となるが、算出値に近い自然数としても実質的に問題はない。
【００２５】
そして、図６に示すように、第１のＰＷＭ信号生成部１１をＯＮさせて（動作させて）ＰＷＭ信号を出力した後、第２のＰＷＭ信号生成部１２を時間差ｔ1のタイミングでＯＮさせ、更に、第２のＰＷＭ信号生成部１２に対して時間差ｔ2のタイミングで第３のＰＷＭ信号生成部１３をＯＮさせ、これらの発音タイミングが異なるＰＷＭ信号を合成してスピーカ入力信号（発音部７への入力信号）を生成すると、図７（ａ）に示すような波形の信号が得られる。図７（ａ）の波形信号は、「ファ＃」，「ラ」，「レ」に相当する３種類の周波数の正弦波を、同様に時間差ｔ1,ｔ2で出力して合成・生成した場合の図７（ｂ）の信号とほぼ等しいことから、第１〜第３のＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３のＰＷＭ信号を合成することで、統一感のある和音が得られることがわかる。
【００２６】
尚、図６及び以下の説明では、便宜上、第１〜第３の信号生成部１１，１２，１３の出力を、それぞれ、ＰＷＭ(1)，ＰＷＭ(2)，ＰＷＭ(3)で表現している。
【００２７】
以上の例では、ニ長調の音階を利用して説明したが、調性が統一された音階の中から任意の音階を利用して和音を生成しても良く、時間差ｔ1,ｔ2を可変することにより、統一感のある無数の警報音群を得ることができる。この場合、ＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３におけるレジスタ２２Ａ，２２Ｂの値を固定とした状態では、各ＰＷＭ信号の出力タイミング（発音タイミング）は、以下の（１）〜（６）に示すように、６通りの組合せとすることができる。  
（１）ＰＷＭ(1) → ＰＷＭ(2) → ＰＷＭ(3)
（２）ＰＷＭ(1) → ＰＷＭ(3) → ＰＷＭ(2)
（３）ＰＷＭ(2) → ＰＷＭ(1) → ＰＷＭ(3)
（４）ＰＷＭ(2) → ＰＷＭ(3) → ＰＷＭ(1)
（５）ＰＷＭ(3) → ＰＷＭ(1) → ＰＷＭ(2)
（６）ＰＷＭ(3) → ＰＷＭ(2) → ＰＷＭ(1)
【００２８】
また、ＰＷＭ信号生成部１１，１２，１３におけるレジスタ２２Ｂの値を変えることにより、容易に音階を変更することができ、他のニ長調の音階を設定すれば、統一感のある音群を更に得ることが可能となる。更に、レジスタ２２Ａの値を変えることによりスピーカた圧電サウンダ等の発音駆動信号の高調波成分を調整することができ、音質を制御することができる。同時に、図５に示したように、レジスタ２２Ａの値により発音駆動信号の基本波成分を増減することができるため、警報等の音量を自在にコントロールすることが可能となる。レジスタ２２Ａの値を一定周期で変化させれば、警報音等に唸りを発生させることも可能である。
【００２９】
このように本実施の形態においては、複数のＰＷＭ信号を合成、増幅、フィルタリングすることにより、低コスト且つ小型軽量の装置で所望の電子音を高品質な和音として発生させることができる。しかも、各ＰＷＭ信号の周波数、デューティ比、和音を構成する各音の発音タイミングを、マイコンのプログラム処理で可変することができ、用途に応じて緊急感と高級感を自由に制御することが可能となり、統一感のある音群を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１  電子音発生装置
２  音源生成部
３  和音生成部
７  発音部
１１，１２，１３  ＰＷＭ信号生成部
【図１】
2013003309.tif 000003
【図２】
2013003309.tif 000004
【図３】
2013003309.tif 000005
【図４】
2013003309.tif 000006
【図５】
2013003309.tif 000007
【図６】
2013003309.tif 000008
【図７】
2013003309.tif 000009