本发明涉及故障检测装置、声音输入输出模块、紧急通报模块以及故障检测方法。
背景技术：
以往，已知有在进行紧急情况时的通报等的装置中检测装置的故障等异常的方法(例如，专利文献1)。专利文献1所记载的紧急情况信息通报装置在装置启动时，从扬声器等发出作为启动消息等的可听频带的预定声音信号，向用户通知启动，并且对从麦克风等输入所发出的预定声音信号而得到的回送信号进行检测、分析，从而进行紧急情况信息通报装置本身的异常诊断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3775233号公报
技术实现要素：
发明所要解决的课题
然而，在专利文献1所示的紧急情况信息通报装置中，仅在启动时进行异常诊断。因此，在尽管启动时未发现有异常，但之后紧急情况信息通报装置发生故障的情况下，无法通报紧急情况信息。另外，若在启动后重复且持续地进行异常诊断，则每当进行异常诊断时均会发送可听频带的预定声音信号。优选的是可听频带的预定声音信号较少。
本发明就是鉴于上述这样的情况而完成的，其目的在于提供即使在启动后也能够在抑制发出具有可听频带的频率的声音的情况下进行故障检测的故障检测装置、声音输入输出模块、紧急通报模块以及故障检测方法。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的故障检测装置具备：通过声音输出装置输出由可听频带以外的频率构成的确认信号的输出部、从声音输入装置输入输入信号的输入部及基于所述确认信号和所述输入信号来检测所述声音输出装置和所述声音输入装置是否正常的故障检测部。
另外，本发明的故障检测方法具备：输出工序，通过声音输出装置输出由可听频带以外的频率构成的确认信号；输入工序，从声音输入装置输入输入信号；及检测工序，基于所述确认信号和所述输入信号，检测所述声音输出装置和所述声音输入装置是否正常。
发明效果
如以上说明的那样，采用本发明，能够在抑制发出具有可听频带的频率的声音的情况下进行故障检测。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的紧急通报模块的结构例的功能框图。
图2是表示本发明的实施方式的声音输入输出模块的外观例的图。
图3是表示故障检测装置的结构例的功能框图。
图4是用于说明确认信号的图。
图5是用于说明输入信号与噪音的关系的图。
图6是用于说明故障检测信号的图。
图7是表示故障检测装置所进行的故障检测处理的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式的故障检测装置。图1是表示使用了本发明的实施方式的故障检测装置的紧急通报模块的结构例的功能框图。紧急通报模块100例如搭载于车辆等的车厢内，当发生事故等紧急情况时进行紧急通报。在本实施方式中，紧急通报模块100具备通信模块90和声音输入输出模块80。
通信模块90具备未图示的无线收发装置，经由无线收发装置与紧急情况中心等进行通信。通信模块90输入从声音输入输出模块80输出的来自用户的紧急通报等的发送声音信号，并且将发送声音信号向紧急情况中心等进行发送。通信模块90接收从紧急情况中心等输出的对于紧急通报的响应等的接收声音信号，并且将接收声音信号朝向声音输入输出模块80输出。
另外，通信模块90被输入从声音输入输出模块80输出的故障检测信号，并且将故障检测信号向紧急情况中心等发送。
声音输入输出模块80具备声音输出装置50、声音输入装置60以及处理器70。声音输出装置50具备dac(digitalanalogconverter：数字模拟转换器)、放大器(amp)以及扬声器。声音输入装置60具备麦克风61以及62、放大器以及模拟数字转换器(adc)。处理器70分别具备故障检测装置10、声音处理部20、信号生成部30以及加法运算部40。
故障检测装置10、声音处理部20、信号生成部30以及加法运算部40分别为例如cpu(centralprocessingunit：中央处理器)、dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)、或者将这些组合而成的处理器等，并通过执行存储于程序存储器的程序(软件)来实现。另外，通过这些程序而执行的功能的一部分或者全部可以通过模拟控制电路、或者lsi(largescaleintegration：大规模集成电路)、asic(applicationspecificintegratedcircuit：特定用途集成电路)、fpga(fieldscaleintegration：现场可编程门阵列)等硬件来实现，也可以通过软件和硬件的配合来实现。
故障检测装置10通过输出控制信号而使信号生成部30生成由可听频带以外的频率构成的确认信号。确认信号作为声音而经由加法运算部40并从声音输出装置50发出(输出)。另外，被输出的确认信号经由车厢内等空间而绕进声音输入装置60，并作为输入信号而被收集(输入)到声音输入装置60。
故障检测装置10输入来自声音输入装置60的输入信号。另外，故障检测装置10基于确认信号以及输入信号，检测声音输出装置50、以及声音输入装置60是否正常。
声音处理部20被输入来自通信模块90的接收声音信号，并且将接收声音信号经由加法运算部40向声音输出装置50输出。声音处理部20被输入来自声音输入装置60的输入信号，并且对输入信号进行声音处理，将声音处理后的输入信号(发送声音信号)向通信模块90输出。
信号生成部30根据来自故障检测装置10的控制信号，生成具有预定频率的信号。信号生成部30为了生成具有预定频率的信号，例如使用脉冲产生器、dtmf(dualtonemulti-frequency：多音多频)。在使用dtmf的情况下，信号生成部30例如使dtmf生成697[hz]～1633[hz]之间的预定的8种频率(音调信号)，并且通过对音调信号进行利用了下述公式(1)以及公式(2)所示的倍角公式的信号处理而能够生成具有预定频率的信号。在此，x表示任意的角度。
cos(2x)＝1－2×{sin(x)}2···(1)
sin(3x)＝3×sin(x)－4×{sin(x)}3···(2)
信号生成部30例如基于上述公式(2)，使dtmf生成697[hz]的音调信号，通过从将音调信号扩大3倍所得的信号减去对音调信号进行3次方并扩大4倍所得的信号，能够生成具有可听频带以外的频率即2091[hz]的频率的信号。
信号生成部30根据来自故障检测装置10的控制信号，调整所生成的具有预定频率的信号的信号电平，生成确认信号。
加法运算部40对来自声音处理部20的接收声音信号与来自信号生成部30的确认信号相加，将相加所得的信号朝向声音输出装置50输出。
声音输出装置50通过dac将来自加法运算部40的数字信号转换为模拟信号，经由放大器等缓冲器将转换后的模拟信号朝向扬声器51输出。扬声器51将来自放大器的电信号转换为物理振动，并将物理振动朝向外部输出。
声音输入装置60通过麦克风61以及62将外部声音、从声音输出装置50输出的声音的振动振幅转换为模拟电信号，通过adc将转换后的模拟电信号转换为数字信号，将转换后的数字信号朝向故障检测装置10以及声音处理部20输出。
图2是表示声音输入输出模块80的外观例的图。在图2所示的例子中，在壳体200的一个主面的中央设置有扬声器51。另外，以距扬声器51的距离彼此相等的方式在壳体200的一个主面的相邻的顶部中的一方设置有麦克风61、在另一方设置有麦克风62。通过像这样地将距离设置为彼此相等，能够使从扬声器51输出的确认信号以大致相同程度的声压级向麦克风61以及62输入。
如图2所示，从扬声器51输出的确认信号绕进麦克风61以及62并被从麦克风61以及62输入。故障检测装置10使信号生成部30调整确认信号的信号电平，使得确认信号绕进并被输入麦克风61以及62时的麦克风61以及62中的声压例如形成为平均70[dbspl(soundpressurelevel：声压级)]。
上述那样的声音输入输出模块80例如在搭载于车辆的车厢内的情况下，也可以安装于驾驶座与副驾驶座之间的、顶棚侧的任意位置。由于在该情况下，从扬声器51输出的确认信号是朝向驾驶员和乘坐在副驾驶座的乘车人之间发出的，因此能够不易进入驾驶员与乘车人的耳朵。
另外，在声音处理部20所进行的声音处理中包含防止输入信号所含有的啸声等的处理。啸声是因从声音输出装置50输出的声音绕进声音输入装置60并与外部声音一起被从声音输入装置60输入而产生的。在本实施方式中，麦克风61和麦克风62被设置为距扬声器51的距离彼此相等，包含确认信号成分在内的从扬声器51输出的声音被绕进并输入扬声器51的声音对于麦克风61与麦克风62是同等的。因此，声音处理部20通过相对于来自声音输入装置60的麦克风61的输入信号、以及来自麦克风62的输入信号而从其一方的输入信号中减去另一方的输入信号，由此使包含确认信号成分在内的从声音输出装置50输出的声音中除去了绕进并输入至声音输入装置60的声音，能够防止啸声。声音处理部20通过防止啸声而能够抑制发送声音信号的声音品质降低。
图3是表示故障检测装置10的结构例的图。故障检测装置10具备定时器11、输出部12、输入部13以及故障检测部15。故障检测装置10例如接收从定时器11以任意时机输出的故障检测时机信号并进行故障检测处理，将检测结果作为故障检测信号而输出。这里所说的任意时机可以是启动时之后的任意时机，例如可以是在启动时之后周期性的时间的时机。这样，由于能够以任意时机进行故障检测处理，因此即使在启动时以外也能够进行故障检测处理。
输出部12使信号生成部生成由可听频带以外的频率构成的确认信号。在此，可听频带是指人通过鼓膜振动等能够作为声音而感觉到的频率的频带，通常为20[hz]～20[khz]左右的频率频带。话虽如此，是否能够作为声音而感觉到，个人差异、年龄差异较大。在本实施方式中，由可听频带以外的频率构成的确认信号是指由难以被一般人的听觉所识别的频率构成的信号，只要是难以被人的听觉所识别的程度，则也可以在确认信号的一部分中含有由可听频带的频率构成的信号。
在此，说明确认信号的频率。确认信号只要是具有比20[khz]左右高的频率的信号即可，但是优选为能够从声音输出装置50输出的频率，并且优选为能够从声音输入装置60输入的频率。
扬声器等输出设备以及麦克风等输入设备通常为输出以及输入可听频带的声音信号的设备。因此，只要能够表现出至20[khz]左右的信号即可，多数情况下，通常被这些设备处理的采样频率为48[khz]左右、或者为其翻倍的96[khz]、或者为192[khz]左右。
另外，通常，已知频率越低(波长越长)的信号越容易绕进，频率越高(波长越小)的信号，信号的直行性越高，因此越难以绕进。在本实施方式中，确认信号为了绕进并被输入声音输入装置60，优选为直行性并不那么高的频率(例如，100[khz]以下)。
另外，在本实施方式中，期望确认信号为无信号失真的信号。为了不在确认信号中产生信号失真，期望进行以确认信号所具有的频率的4倍左右以上的采样频率来生成确认信号的处理。通过在从声音输出装置50输出的确认信号中抑制信号失真，能够减少输出因信号失真而引起的可听频带的信号的情况。
出于以上说明的那样的观点，期望由能够以通用的声音输入输出设备进行输入输出、且以适度地易于绕进且失真较少的频率构成确认信号。在本实施方式的故障检测装置中，确认信号由16[khz]～24[khz]的频率构成。
图4是用于说明确认信号的图。图4的(a)是表示确认信号的一例的图。图4的(b)是将确认信号的一部分放大的图。在图4的(a)中，纵轴表示信号振幅，横轴表示时间。
如图4的(a)所示，确认信号例如是脉冲串信号。通过将确认信号设为脉冲串信号，即使在确认信号绕进并被输入声音输入装置60时，混杂了自然界中存在的具有构成确认信号的频率的噪音的情况下，也能够容易通过故障检测部15来区别确认信号的有无。故障检测部15所进行的故障检测处理见后述详细说明。
在图4的(a)的例中，区间a1和区间a2的长度相等，有信号区间(区间a1，例如0.5秒钟)与周期(将区间a1和区间a2合并而成的区间a，例如1秒钟)之比(占空比)为50％左右。在将确认信号设为脉冲串信号时，脉冲串周期以及占空比可以是任意的。本实施方式的故障检测装置10通过人为地设定确认信号的脉冲串周期以及占空比，能够容易区别确认信号与自然界所存在的噪音，能够更加精确地进行故障检测。
在此，故障检测装置10在来自声音输入装置60的输入信号的占空比处于预定范围内的情况下，判断为正常。这里所说的预定范围能够设定为任意的，但是也可以考虑例如在生成确认信号时设定的占空比中含有自然界中可能存在的噪音的情况而设定。这样一来，能够减少因混杂有噪音而造成的误判。
另外，在图4的(a)中，确认信号在区间a1之间逐渐增加确认信号的包络线，在区间a2之间逐渐减少确认信号的包络线。即，确认信号以抑制包络线的急剧的变化的方式被调整而输出。包络线的急剧的变化可能成为使信号波形失真而产生由信号的失真导致的噪音的要因。本实施方式的故障检测装置10通过调整确认信号的脉冲宽度，以使脉冲串信号的包络线逐渐变化，从而能够抑制因有信号区间与无信号区间的切换而产生的信号失真导致产生可听频带的噪音的情况。
另外，在图4的(a)中，对信号振幅设定有阈值。在图4的(a)中示出，对于与确认信号的脉冲串周期相当的区间a，具有预先确定的阈值以上的振幅的区间为区间c。
返回图3，输入部13被输入来自声音输入装置60的输入信号，并且将输入信号朝向故障检测部15输出。在输入信号中含有绕进声音输入装置60的确认信号。输入部13也可以使输入信号通过带通滤波器，并将通过带通滤波器后的信号朝向故障检测部15输出。在该情况下，带通滤波器具有阻断具有与确认信号所具有的频率不同的频率的信号这样的特性。由于故障检测装置10在使信号生成部30生成信号时，对确认信号的频率进行指定，因此能够对输入信号进行提取确认信号所具有的频率的信号的带通滤波器处理。在故障检测处理中，通过使用通过了带通滤波器的输入信号，故障检测装置10能够更加精确地进行故障检测。
故障检测部15基于确认信号和输入信号，检测声音输出装置50与声音输入装置60中的至少一方是否正常。故障检测部15具有振幅比较部17和判断部16。
振幅比较部17对输入信号的振幅与预先确定的预定阈值进行比较。振幅比较部17向判断部16通知比较结果。
判断部16从振幅比较部17接收比较结果，并且保持一定时间内的比较结果，求出输入信号为阈值以上的时间与脉冲串周期之比(图4的(a)中的、区间c与区间a之比，以下设为区间比)。
判断部16基于求出的区间比，在区间比在预先确定的预定范围内的情况下，判断为声音输出装置50和声音输入装置60是正常的。另外，判断部16在区间比在预先确定的预定范围外的情况下，判断为声音输出装置50与声音输入装置60中的任一方不正常。
判断部16将判断结果作为故障检测信号而输出。
故障检测部15既可以对于将从声音输入装置60的麦克风61和62这双方输入的信号相加所得的输入信号进行故障检测，也可以对于从麦克风61和62各自输入的信号分别进行故障检测。
在对于相加所得的输入信号进行故障检测的情况下，例如，故障检测部15在相加所得的输入信号的信号振幅为阈值以上、且与正常地从声音输入装置60输入有输入信号并相加所得的输入信号的信号振幅的值相对应的情况下，能够判断为从麦克风61与62这双方输入有输入信号。另一方面，在相加所得的输入信号的信号振幅为阈值以上，但与正常地从麦克风61和62输入有输入信号并相加所得的输入信号的信号振幅的值不对应的情况下，能够判断为从麦克风61与62中任一方正常地输入有输入信号，而从另一方未能正常地输入。
在分别进行故障检测的情况下，例如，故障检测部15首先使输入部13输入来自麦克风61的信号，进行故障检测。接下来，故障检测部15使输入部13输入来自麦克风62的信号，进行故障检测。如此一来，故障检测部15能够检测麦克风61与62各自是否正常。例如，也可以在麦克风61或者62中的任一方不正常的情况下判断为轻故障，在麦克风61与62这双方均不正常的情况下判断为重故障，输出包含表示轻故障或者重故障的信息的故障检测信号。
图5是用于说明输入信号与噪音的关系的图。图5的(a)是表示存在于环境中的噪音、且是具有与构成确认信号的频率接近的频率的噪音的波形的一例的图。例如，是在金属制的钥匙挂圈等金属物体与其它金属物体相碰撞的情况下产生的噪音的波形。图5的(b)是表示输入信号的波形的一例的图。在故障检测处理中，即使在使用通过了带通滤波器的输入信号的情况下，也无法去除具有与构成确认信号的频率接近的频率的噪音。因此，存在有在输入信号中混杂有确认信号和噪音的情况。即使在上述这样的情况下，通过将确认信号的脉冲串周期设定为能够区别于噪音的产生持续时间(例如，将脉冲串周期设定为比噪音的产生持续时间长)，就能够更加精确地判断有无输入信号所含有的确认信号。
图6是用于说明故障检测信号的图。在图6中，纵轴表示信号电平，横轴表示时间。在图6的上侧示出故障检测信号的输出波形，在图6的第二段示出进行了故障检测处理的时间。在图6的例子中表示了以周期t周期性地进行故障检测处理的情况。故障检测部15在以周期t进行故障检测且判断为声音输出装置50以及声音输入装置60均正常的情况下，使故障检测信号反转。在图6的例子中，在时刻ts1～ts3的各个时刻下进行了故障检测处理，在时刻t1～t3的各个时刻下，判断为声音输出装置50以及声音输入装置60均正常。然后，在时刻t1～t3的各个时刻下，故障检测信号从低电平向高电平反转而被输出、或者从高电平向低电平反转而被输出。
另外，在图6的例中，在时刻ts4下进行故障检测处理，但是由于在时刻t4下，声音输出装置50或者声音输入装置60中的至少一方被判断为不正常，因此故障检测信号并未使时刻t3下的故障检测信号(高电平)反转，而是就此以高电平的状态被输出。
这样，在该实施方式中，采用了在声音输入输出模块80未进行正常的动作的情况下不使故障检测信号反转的方式。即，通过使故障检测信号反转(变化)而能够表示至少包含故障检测装置10在内的声音输入输出模块80正常地动作的情况。另外，本实施方式的故障检测装置10将故障检测信号作为触发信号(togglesignal)而输出，从而不仅向通信模块90通知声音输出装置50以及声音输入装置60是否正常，也能够向通信模块90通知处理器70自身是否正常。
另外，故障检测信号也可以利用多个通信路线而输出。由此，即使在一部分通信路线无法通信的情况下，也能够通过其他通信路线向通信模块90通知故障检测信号，能够设为可靠的结构。例如，通信路线也可以使用多个物理信号源。另外，通信路线也可以使用从故障检测装置10输出故障检测信号的通信路线、以及从故障检测装置10向声音处理部20输出故障检测的结果并从声音处理部20向通信模块90输出要通知的发送声音信号的信号线的全部或者一部分的信号线。而且，也可以同时采用从声音处理部20向通信模块90通知的通信路线和从故障检测装置10输出故障检测信号的通信路线来输出故障检测结果。在从输出发送声音信号的信号线输出故障检测结果的情况下，只要设为仅在声音输出装置50等不正常的情况下通知故障检测信号的结构，就能够不增加信号线而更切实地向通信模块90通知装置的故障。
图7是表示故障检测处理的一例的流程图。如图7所示，故障检测部15在被输入来自定时器11的故障检测时机信号时将控制信号向信号生成部30输出，并输出确认信号(步骤s1)。确认信号经由加法运算部40从声音输出装置50输出，并且绕进麦克风61以及62，被从声音输入装置60输入。故障检测部15被输入来自声音输入装置60的输入信号(步骤s2)。故障检测部15基于输入的输入信号中的、确认信号的脉冲串周期来确定出区间，并对于该预定区间内的输入信号而比较输入信号的振幅与预先确定的预定阈值(步骤s3)。故障检测部15在确定出的预定区间中，求出预定区间与具有预先确定的预定阈值以上的振幅的区间之比(区间比)，判断区间比是否在预定的范围内(步骤s4)。若区间比在预定的范围内，则故障检测部15判断为声音输出装置50以及声音输入装置60是正常的(步骤s5)。故障检测部15在判断为正常的主旨的情况下，使故障检测信号的信号电平反转(步骤s6)。另一方面，若在区间比处于预定的范围外的情况下，则故障检测部15判断为声音输出装置50与声音输入装置60中的至少一方不正常(步骤s7)。故障检测部15在判断为不正常的主旨的情况下，不使故障检测信号的信号电平反转。如此一来，故障检测信号形成为高电平或者低电平信号(步骤s8)。
以上，如所说明的那样，本实施方式的故障检测装置10具有：输出部12，通过声音输出装置50输出由可听频带以外的频率构成的确认信号；输入部13，接收来自声音输入装置60的输入信号；及故障检测部15，基于确认信号和输入信号，检测声音输出装置50和声音输入装置60中的任一方是否正常，由此能够在故障检测时不产生具有可听频带的频率的声音而进行故障检测。
在本实施方式的故障检测装置10中，并不局限于至此说明的结构，为了更加精确地进行故障检测，例如，也可以将构成确认信号的频率设为能够变更的结构。
在本实施方式中构成确认信号的频率中，只要至少确认信号所具有的频率构成为可听频带以外即可，例如，故障检测装置10也可以输出如下的确认信号，该确认信号以使确认信号的频率按照19[khz]、20[khz]、21[khz]的顺序进行一定的区间输出的方式随着时间的经过而改变频率。
在该情况下，在故障检测装置10的输入部13中，经由将各个频率以外阻断的3种带通滤波器而进行故障检测。首先，故障检测部15判断是否检测出经由使19[khz]通过的带通滤波器的输入信号的区间比处于预定的范围内的信号，并且检测出经由使20[khz]以及21[khz]通过的带通滤波器的输入信号的区间比未处于预定的范围内的信号。接下来，故障检测部15判断是否检测出经由使20[khz]通过的带通滤波器的输入信号的区间比处于预定的范围内的信号，并且检测出经由使19[khz]以及21[khz]通过的带通滤波器的输入信号的区间比未处于预定的范围内的信号。进而，故障检测部15判断是否检测出经由使21[khz]通过的带通滤波器的输入信号的区间比处于预定的范围内的信号，并且检测出经由使19[khz]以及20[khz]通过的带通滤波器的输入信号的区间比未处于预定的范围内的信号。然后，也可以是，在从输入信号中按照19[khz]、20[khz]、21[khz]的顺序检测出区间比处于预定的范围内的信号的情况下，故障检测部15判断为正常。这样一来，通过使确认信号的频率变化，能够更加精确地进行故障检测。
另外，在本实施方式中，将确认信号的输出电平设为恒定，但是并不局限于此。例如，也可以使确认信号的输出电平重复以大中小这3种电平输出这样的模式。故障检测部15例如对输入信号与多个阈值(在此，存在有阈值1、比阈值1小的阈值2、比阈值2小的阈值3这3个阈值)进行比较。
在该情况下，首先，确认故障检测部15检测出比阈值1大的信号的区间比处于预定的范围内的信号。接下来，确认故障检测部15检测出比阈值1大的信号的区间比未处于预定的范围内的信号，并且检测出比阈值2大的信号的区间比处于预定的范围内的信号。进而，确认故障检测部15检测出比阈值2大的信号的区间比未处于预定的范围内的信号，并且检测出比阈值1大的信号的区间比处于预定的范围内的信号。在按照上述的顺序检测出信号的情况下，故障检测部15也可以判断为正常。
另外，故障检测部也可以检测进行故障检测之前的噪音中所含有的频率等。通过检测进行故障检测之前的噪音的状态，能够更加精确地进行故障检测。例如，在含有一定电平以上的与故障检测所使用的确认信号的频率相同的频率的情况下，直到噪音所含有的与故障检测所使用的确认信号的频率相同的频率的电平下降为止不进行故障检测、或者也可以变更确认信号的频率而使噪音所含有的频率不与确认信号的频率重叠。
产业上的可利用性
以上例示的实施方式能够应用于故障检测装置、声音输入输出模块、紧急通报模块以及故障检测方法。
附图标记说明
10、故障检测装置；20、声音处理部；30、信号生成部；40、加法运算部；50、声音输出装置；51、扬声器；60、声音输入装置；61、62、麦克风；70、处理器；80、声音输入输出模块；90、通信模块；100、紧急通报模块；200、壳体。