(57)【要約】【課題】災害や事故の現場において，捜索者による捜索の続行が困難な条件の下でも音源探査を続け，微弱な音を効率よく発見し，生存者の捜索，救助作業を支援する変形自在の音源探査装置の提供。【解決手段】本発明の音源探査装置は，形状が自由に変形できる素材上に複数個のマイクロホンからなるマイクロホンアレイと複数チャンネルの音響信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器とを持つ信号入力部と前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンの相対的な位置関係を求める手段を備え，その手段によって求められたマイクロホンの位置関係に基づく信号処理により前記信号入力部の指向性を制御し，なおかつ複数チャンネルの信号を再合成する信号処理部と前記信号処理部で再合成された信号をアナログ信号に変換して音響的に出力する信号出力部を備えた音源探査装置である。【選択図】図１
2010025802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンを変形自在な素材上に配置したマイクロホンアレイと前記マイクロホンアレイをとおして入力される複数チャンネルの音響信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器とを備えた信号入力部と，前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンの相対的な位置関係を求める手段と，その手段によって求められたマイクロホンの位置関係に基づく信号処理により前記信号入力部の指向性を制御し，なおかつ複数チャンネルの信号を合成する信号処理部と，この信号処理部で合成された信号をアナログ信号に変換して音響的に出力する信号出力部を備えた音源探査装置。
【請求項２】
前記信号処理部が，複数チャンネルの信号を基にした信号処理により画像情報を作成して，この画像情報を出力する映像出力部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の音源探査装置。
【請求項３】
前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンが液体に浸ることのないよう，前記信号入力部にマイクロホンを保護する防水処理あるいは撥水加工が施されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音源探査装置。
【請求項４】
前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンに風切り音の発生を抑える風防用ウィンドスクリーンを被せたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の音源探査装置。
【請求項５】
前記変形自在な素材は，幕状や網状または紐状や針金状である請求項１から請求項４のいずれかに記載の音源探査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，情報通信機器を用いた音源探査装置に係り，より詳細には，３次元音響技術，信号処理技術などを利用した変形自在型の超指向性マイクロホンアレイによる音源探査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
災害の被災地において，一人でも多くの人命を救出するためには，生存者を迅速に見つけ出すことが重要である。生存者の探索を支援する道具としては，伸縮自在棒の先端にカメラ，マイクロホン，スピーカ，ライト等を一体化して取り付けた装置が提案されている（特許文献１，２）が，一度に探査できる範囲が限られており，不特定の方向から到来する音が混じり合うため，騒音下での有用性は乏しいと考えられる。
【０００３】
また，任意の方向から到来する音を選択的に強調するマイクロホンアレイを用いた音源探査装置としては，捜索者が携帯して利用する携帯型の音源探査装置（特許文献３）や車載型の音源探査装置（特許文献４）が提案されている。しかし，実際の被災地の捜索現場には，車両が近づくことが困難な場合がある。また，日没や悪天候，二次災害発生の危険等により捜索者による現場での捜査続行が困難になることもある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９２３１８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３１４５５号公報
【特許文献３】特開２００７−１８０９５３号公報
【特許文献４】特開２００７−１８０９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地震や台風といった自然災害の被災地や大規模な事故の発生現場では，生存者を迅速に発見することが求められる。このとき，生存者が発する声や音は重要な手がかりとなる。特に瓦礫などの障害物によって視野が制限されている場合，音は最大の手がかりとなる。そこで，単一指向性マイクロホンあるいは無指向性マイクロホンで収集した音を増幅してヘッドホン等により捜索者に聞かせる手段があるが，単一指向性マイクロホンの場合，一度に一つの方向しか探索できないため効率が悪い。無指向性マイクロホンの場合，不特定の方向から到来する信号が混じり合うため，外来騒音の影響を強く受けてしまう。
【０００６】
マイクロホンアレイを用いれば，信号処理によって任意の方向に鋭い指向性あるいはフォーカスを形成することができるため，騒音下でも微小な信号を発見できる可能性が高い。また，同時に独立した複数の指向性を形成できるので，広い領域を効率よく探査できる。
【０００７】
本発明の目的は，上記の利点を持つマイクロホンアレイを変形自在な素材上に装備することにより，現場の地形に合わせて設置できるものとし，捜索者による現場での捜査が中断している間も音響信号を計測し続けることを可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の音源探査装置は，形状が自由に変形できる幕状または網状あるいは紐状または針金状の素材上に複数個のマイクロホンと複数チャンネルの音響信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器からなるマイクロホンアレイを備えた信号入力部と前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンの相対的な位置関係を求める手段を備え，その手段によって求められたマイクロホンの位置関係に基づく信号処理により前記信号入力部の指向性を制御し，なおかつ複数チャンネルの信号を合成する信号処理部と前記信号処理部で合成された信号をアナログ信号に変換して音響的に出力する信号出力部を備えた音源探査装置である。
【０００９】
本発明の音源探査装置には，前記信号処理部において複数チャンネルの信号から信号処理により画像情報を作成する機能を備えること，及びこの画像を出力する映像出力部を備えることができる。
【００１０】
前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンが液体に浸ることのないよう，前記信号入力部には，マイクロホンを保護するための防水処理あるいは撥水加工を施すことができる。
【００１１】
前記信号入力部に備わる複数個のマイクロホンには，風切り音の発生を抑える風防用ウィンドスクリーンを被せることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により，捜索現場の地形に合わせて配置可能な音源探査装置が提供され，二次災害発生の危険等により捜索者による現場での捜査続行が困難な状況でも音による計測を続けることが可能となる。
【００１３】
マイクロホンアレイ技術を用いることにより，任意の方向に鋭い指向性を生むことが可能なため，騒音環境下で発せられる微弱な信号を検出することが容易になる。また，マイクロホンアレイでは，複数の指向性を独立に制御することができるので，同時に複数の方向の捜索が可能である。
【００１４】
さらに，信号入力部から信号処理部への信号の送信には無線技術などを用いることが可能であり，観測者は二次災害の危険が少ない場所にいながら，捜索対象領域の音を観測し続けることが可能となる。つまり日没や悪天候により捜索者による現場の捜査が中断されても，本発明による音源探査装置を現場に設置しておくことにより，安全な場所にいる観測者は，信号処理部で合成された音や映像をモニタし続けることが可能となり，貴重な時間を無駄に費やすことなく昼夜を問わずに音源探査による捜索活動を続けられる。
【００１５】
本発明の音源探査装置は変形自在なので，使用しないときは折りたたむか丸めることができる。よって，車両が近づくことのできないような場所にも持ち込むことができる。使用するときには，現場の地形に応じた大きさまたは長さに広げて使用するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態例について図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の音源探査装置の構成例である。同図において，信号入力部１は，変形自在素材上に配置された複数個のマイクロホン及び増幅器とＡＤ変換器からなるマイクロホンアレイを備えている。前記信号入力部は変形自在なので，現場の地形に合わせて捜索対象領域に設置することが可能である。
この変形自在素材の形状としては，ビニールシートのような幕状や網（ネット）状あるいは紐状や針金状が考えられる。その材質に制限はないが，本発明の音源探査装置は過酷な条件下での使用にも耐えるよう丈夫で耐水性にも優れたものが望ましい。また，強風に晒されることも想定されるので，風切り音の発生を極力抑える工夫を施すことが望まれる。
【００１７】
信号入力部１において複数個のマイクロホンで受信した音響信号はＡＤ変換器にてデジタル信号に変換され，信号処理部２へ送られる。この際，図示のように無線通信を用いて伝送することにより，観測者は二次災害の危険が少ない場所にいながら，捜索対象領域の音を観測し続けることができるが，本発明は，有線のような他の通信手段を用いることも可能である。信号処理部２では，複数個のマイクロホンに対応する複数チャンネルの信号を遅延和合成することにより，前記信号入力部に任意の方向に向けた指向性を与える。この結果，任意の方向から到来する音が選択的に強調され，信号出力部３から提示される。前記信号入力部の指向性は信号処理によって生み出されるものであり，観測者が希望する方向に自由に設定できる。
【００１８】
信号処理部２では，捜索対象領域のあらゆる方向に対して遅延和合成を行い，得られた信号のレベルの違いを色や明度などの違いとして表現する画像を作成し，映像出力部４から提示することができる。観測者はこの映像を見てどの方向に音が存在するかを推測できる。
【００１９】
図２は紐状あるいは針金状の変形自在素材にマイクロホンアレイを配置した場合の実施例である。信号処理部以降は図１と同様なので省略してある。信号入力部１が変形自在なので複雑な形状をした狭い空間に挿入することが可能である。
【００２０】
ここで，遅延和合成により任意の方向に指向性が形成できるのは，その方向から到来する音が個々のマイクロホンに到達するまでの所要時間差が既知な場合である。本発明の信号入力部は形状が不定であり，現場の地形に応じて変化するため，音の到達時間差を知るにはマイクロホン間の相対的な位置関係を何らかの方法で求める必要がある。マイクロホン間の位置関係を求める方法は特定の方法に限定されるものではなく，ジャイロ技術やＧＰＳによる位置センサ，あるいはそれらを組み合わせた技術などが利用可能である。
【００２１】
また，マイクロホンは音を受信するセンサなので，マイクロホン間の位置関係を求めるのにも音を利用する手段が考えられる。音を用いてマイクロホンの位置を求める手法について，図３及び図４を用いて説明する。
【００２２】
図３は音を用いてマイクロホンの位置を求める手段を備えた場合の信号入力部の構成例である。ここで信号入力部１には信号音を発生する信号音発生器Ａと信号音発生器Ｂ及び信号音発生器Ｃが含まれている。これらの信号音発生器はスピーカかツィータ，あるいは超音波発信器などであり，捜索現場に空間的に充分な距離をおいて設置され，可聴信号あるいは超音波信号を発生させる。発生させる信号は持続時間の短いパルス状の信号が好ましい。発生した信号は空気中を音速ｃ（ｍ／ｓ）で伝播し，個々のマイクロホンで受信される。したがって，信号音発生器から発生された信号が個々のマイクロホンに到達する時間には，信号音発生器から各マイクロホンまでの距離に応じた時間差が生じる。この到達時間の差を手がかりとし，信号音発生器に対する各マイクロホンの位置関係を求めることが可能となる。
【００２３】
図４は，信号音の到達時間からマイクロホン位置を求める方法を模式的に示したものである。信号音発生器Ａから出力された信号が任意のマイクロホンｘに到達するのにｄａ秒かかり，信号音発生器Ｂから出力された信号が同じマイクロホンｘに到達するのにｄｂ秒かかったとすると，マイクロホンｘは，信号音発生器Ａを中心とし，半径Ｒａの球面上にあり，なおかつ信号音発生器Ｂを中心とし，半径Ｒｂの球面上にある。すなわちマイクロホンｘは，図に示される円周ａｂ上にあることになる。ここで，半径Ｒａ及びＲｂは音速と到達時間の積，すなわち
Ｒａ＝ｃ×ｄａ
Ｒｂ＝ｃ×ｄｂ
である。
さらに図４には示していないが第３の信号音発生器（信号音発生器Ｃ）があれば，この信号音発生器Ｃから出力された信号がマイクロホンｘに到達するのにかかった時間をｄｃとすると，マイクロホンｘの位置は，信号音発生器Ｃを中心とし，半径Ｒｃ＝ｃ×ｄｃの球面と前述の円周ａｂの交点にあることになる。この交点は信号音発生器Ａ，Ｂ，Ｃが直線上に並んでいない限り最大でも２箇所であり，３個の信号音発生器を用いることでマイクロホンｘの位置が２点に絞られたことになる。このようにして複数の信号音発生器から出力された信号音が個々のマイクロホンに到達する時間の差からマイクロホンの相対的な位置関係を求めることが可能となる。このとき，複数の信号音発生器から出力された信号が混信すると位置推定が困難になるが，それぞれの信号音発生器から発生させる信号音のタイミングや周波数帯域をずらすことにより混信を避けることができる。上述のような手法にて複数個のマイクロホンの位置関係がわかれば，以下に示す方法により信号入力部の指向性を制御できる。
【００２４】
次にマイクロホンアレイを用いて任意の方向に指向性を生成する方法について，図５を用いて説明する。
図５の例は，２チャンネルのマイクロホンアレイで，図中の角度αで示される方向をターゲット方向とする。同図において，ターゲット方向から到来する音が２つのマイクロホンに到達する時間差は，距離の差ｒ×ｃｏｓαを音速ｃで割った値，すなわち
到達時間差＝（ｒ×ｃｏｓα）／ｃ
となる。図５の左図に示すようにターゲット方向から到来する音はまずマイクロホン１に到達し，（ｒ×ｃｏｓα）／ｃ（秒）遅れてマイクロホン２に到達する。ここで，図５の右図のように，チャンネル１の経路に（ｒ×ｃｏｓα）／ｃ（秒）の遅延を与えてから両チャンネルの信号を合成すると，ターゲット方向から来る音のタイミングは両チャンネルで揃っているので，最大の加算効果が得られるのに対し，ターゲット方向以外から到来する音に関してはチャンネル間時間差が存在するため，最大の加算効果が得られない。よって結果的にターゲット方向から来る音が選択的に強調されることになる。
本発明の信号処理部では，個々のチャンネル経路の遅延を制御してから全チャンネルの信号を合成する，いわゆる遅延和合成により，任意の方向に強い指向性を生成する。
【００２５】
なお，図３及び図４に示すのは複数個のマイクロホンの位置関係を求める手法の一例であり，マイクロホン間の相対的な位置関係が求められるなら他の方法でも構わない。
【００２６】
本発明の音源探査装置は音源を捜す用途に広く用いることが可能であり，災害被災地での生存者捜索は用途の一例である。
【００２７】
以上，本発明の基本的な実施形態について説明したが，本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において，適宜の変更が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の音源探査装置の構成例。
【図２】本発明による紐状あるいは針金状の信号入力部を持つ音源探査装置の模式図。
【図３】音を用いてマイクロホンの位置を求める手段を備えた信号入力部の構成例。
【図４】音を用いてマイクロホンの位置を求める手法を説明する模式図。
【図５】遅延和合成によりマイクロホンアレイの指向性を生成する方法を説明する模式図。
【符号の説明】
【００２９】
１  信号入力部
２  信号処理部
３  信号出力部
４  映像出力部
【図１】
2010025802.tif 000003
【図２】
2010025802.tif 000004
【図３】
2010025802.tif 000005
【図４】
2010025802.tif 000006
【図５】
2010025802.tif 000007