(57)【要約】【課題】音取得手段により取得された音の音源の位置をより正確に把握できる音解析装置等を提供する。【解決手段】音源から発した音を取得するマイクロフォンが３個以上配される音取得端末１００を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群から、音に関する情報を取得するデータ送受信部２１と、データ送受信部２１により取得された音に関する情報を基にして得られる音源の音取得端末１００に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように音取得端末１００を回転させる制御を行う回転制御部２４と、音取得端末１００毎に得られた音源の音取得端末１００に対する方向から音源の位置を導出するデータ解析部２３と、を備えることを特徴とするホスト装置２０。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から発した音を取得する音取得手段が３個以上配される音取得端末を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群から、音に関する情報を取得する音情報取得手段と、
前記音情報取得手段により取得された音に関する情報を基に得られる音源の前記音取得端末に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように前記音取得端末を回転させる制御を行う回転制御手段と、
前記音取得端末毎に得られた音源の当該音取得端末に対する方向から音源の位置を導出する音源位置導出手段と、
を備えることを特徴とする音解析装置。
【請求項２】
前記音情報取得手段により取得された音に関する情報を基にして、音源の前記音取得端末に対する方向を、当該音取得端末毎に導出する方向導出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の音解析装置。
【請求項３】
前記回転制御手段は、複数の前記音取得手段の中から２個を選択して音取得手段の組を構成したときに、当該音取得手段の組の位置関係を基準にして規定される音源の方向が、何れの当該音取得手段の組についても前記予め定められた範囲から外れるときに前記音取得端末を回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の音解析装置。
【請求項４】
３個以上配され、音源から発した音を取得し音信号とする音取得手段と、
前記音取得手段により出力された音信号を基にして音源の方向を導出する方向導出手段と、
前記方向導出手段により導出された音源の方向が予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように３個以上の前記音取得手段を互いの位置関係を保持したまま回転させる回転手段と、
を備えることを特徴とする音取得装置。
【請求項５】
前記回転手段は、３個以上の前記音取得手段の各々との距離がほぼ等しくなる位置を回転中心として３個以上の当該音取得手段を回転させることを特徴とする請求項４に記載の音取得装置。
【請求項６】
前記音取得手段は、正三角形の頂点位置に３個配されることを特徴とする請求項４または５記載の音取得装置。
【請求項７】
音源から発した音を取得する音取得手段が３個以上配される音取得端末を、互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群と、
複数の前記音取得端末の少なくとも１つを回転させる回転手段と、
複数の前記音取得手段で取得された音に関する情報に基にして、音源の前記音取得端末に対する方向を、当該音取得端末毎に導出する方向導出手段と、
前記方向導出手段により導出された音源の方向が予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように前記音取得端末を前記回転手段により回転させる制御を行う回転制御手段と、
前記音取得端末毎に得られた音源の当該音取得端末に対する方向から音源の位置を導出する音源位置導出手段と、
を備えることを特徴とする音解析システム。
【請求項８】
コンピュータに、
音源から発した音を取得する音取得手段が３個以上配される音取得端末を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群から、音に関する情報を取得する機能と、
取得された音に関する情報を基に得られる音源の前記音取得端末に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように前記音取得端末を回転させる制御を行う機能と、
前記音取得端末毎に得られた音源の当該音取得端末に対する方向から音源の位置を導出する機能と、
を実現させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音解析装置、音取得装置、音解析システム、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、マイクロフォンアレー間での距離が既知であるとして、マイクロフォンアレー各々で音源Ｓ方向が探索され得れば、これら情報から容易に音源Ｓ位置が探索され得る音源方向探索方法が開示されている。
また特許文献２には、無指向性の第１のマイクロフォンで音の到来を検知し、水平方向に指向性を持つ第２のマイクロフォンを回転架台で１回転させて第２のマイクロフォンの出力が最大となる方位をコンパスで求めるようにした音源方向探知装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１５６５５２号公報
【特許文献２】特開２００１−１５３９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
音取得手段により取得された音の音源の位置をより精度良く把握することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、音源から発した音を取得する音取得手段が３個以上配される音取得端末を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群から、音に関する情報を取得する音情報取得手段と、前記音情報取得手段により取得された音に関する情報を基に得られる音源の前記音取得端末に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように前記音取得端末を回転させる制御を行う回転制御手段と、前記音取得端末毎に得られた音源の当該音取得端末に対する方向から音源の位置を導出する音源位置導出手段と、を備えることを特徴とする音解析装置である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、前記音情報取得手段により取得された音に関する情報を基にして、音源の前記音取得端末に対する方向を、当該音取得端末毎に導出する方向導出手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の音解析装置である。
請求項３に記載の発明は、前記回転制御手段は、複数の前記音取得手段の中から２個を選択して音取得手段の組を構成したときに、当該音取得手段の組の位置関係を基準にして規定される音源の方向が、何れの当該音取得手段の組についても前記予め定められた範囲から外れるときに前記音取得端末を回転させることを特徴とする請求項１または２に記載の音解析装置である。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、３個以上配され、音源から発した音を取得し音信号とする音取得手段と、前記音取得手段により出力された音信号を基にして音源の方向を導出する方向導出手段と、前記方向導出手段により導出された音源の方向が予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように３個以上の前記音取得手段を互いの位置関係を保持したまま回転させる回転手段と、を備えることを特徴とする音取得装置である。
【０００８】
請求項５に記載の発明は、前記回転手段は、３個以上の前記音取得手段の各々との距離がほぼ等しくなる位置を回転中心として３個以上の当該音取得手段を回転させることを特徴とする請求項４に記載の音取得装置である。
請求項６に記載の発明は、前記音取得手段は、正三角形の頂点位置に３個配されることを特徴とする請求項４または５記載の音取得装置である。
【０００９】
請求項７に記載の発明は、音源から発した音を取得する音取得手段が３個以上配される音取得端末を、互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群と、複数の前記音取得端末の少なくとも１つを回転させる回転手段と、複数の前記音取得手段で取得された音に関する情報に基にして、音源の前記音取得端末に対する方向を、当該音取得端末毎に導出する方向導出手段と、前記方向導出手段により導出された音源の方向が予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように前記音取得端末を前記回転手段により回転させる制御を行う回転制御手段と、前記音取得端末毎に得られた音源の当該音取得端末に対する方向から音源の位置を導出する音源位置導出手段と、を備えることを特徴とする音解析システムである。
【００１０】
請求項８に記載の発明は、コンピュータに、音源から発した音を取得する音取得手段が３個以上配される音取得端末を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群から、音に関する情報を取得する機能と、取得された音に関する情報を基に得られる音源の前記音取得端末に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように前記音取得端末を回転させる制御を行う機能と、前記音取得端末毎に得られた音源の当該音取得端末に対する方向から音源の位置を導出する機能と、を実現させるプログラムである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音取得手段により取得された音の音源の位置をより精度良く把握することができる音解析装置を提供することができる。
請求項２の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音解析装置において一括して計算処理を行うことができる。
請求項３の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音取得端末を回転させる制御が容易になる。
請求項４の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音取得装置に対する音源の方向をより精度よく導出することができる。
請求項５の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音取得手段により取得された音の音源の方向を算出するのが容易になる。
請求項６の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音取得手段により取得された音の音源の方向をより正確に把握できるとともに音取得手段の個数をより少なくすることができる。
請求項７の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、音取得手段により取得された音の音源の位置をより精度良く把握することができる音解析システムを提供することができる。
請求項８の発明によれば、本構成を採用しない場合に比較して、本構成を採用しない場合に比較して、音取得手段により取得された音の音源の位置をより精度良く把握することができる機能をコンピュータにより実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態による音解析システムの構成例を示す図である。
【図２】本実施形態における音取得端末およびホスト装置の機能構成例を示した図である。
【図３】音取得端末と音源との位置関係を説明した図である。
【図４】２つのマイクロフォンの組と音源との角度について説明した図である。
【図５】２つのマイクロフォンの距離が８ｃｍだったときに生じる時間差と角度との関係を説明した図である。
【図６】本実施形態の音取得端末において角度が７５°〜１０５°となる範囲について説明した図である。
【図７】２つの音取得端末である音取得端末を使用したときに、角度と音源の位置との関係を説明した図である。
【図８】本実施形態の音解析システムの動作について説明したフローチャートである。
【図９】実施例１の結果を示した図である。
【図１０】比較例１の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
＜システム構成例＞
図１は、本実施形態による音解析システムの構成例を示す図である。
図１に示すように、本実施形態の音解析システム１は、音取得装置の一例である音取得端末１００を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群１０と、音解析装置の一例であるホスト装置２０とを備えて構成される。音取得端末１００とホスト装置２０とは、予め定められた通信回線を介して接続されている。この通信回線は、有線通信回線でも無線通信回線でも良い。無線通信回線を使用する場合、Ｗｉ−Ｆｉ（Wireless Fidelity）、Bluetooth（登録商標）、ZigBee、ＵＷＢ（Ultra Wideband）等の既存の方式による回線を用いることができる。
【００１４】
図２は、本実施形態における音取得端末１００およびホスト装置２０の機能構成例を示した図である。なお図２では、音取得端末１００は、１つのみ例示されているが、実際には、図１で示したように複数配される。
図示するように音取得端末１００は、音源から発した音を取得し音信号とする音取得手段として３つのマイクロフォン１１１、１１２、１１３（第１マイクロフォン１１１、第２マイクロフォン１１２、第３マイクロフォン１１３）と、増幅器１１４、１１５、１１６とを備える。また、音取得端末１００は、取得した音を解析する音解析部１１７と、取得した音について音に関する情報をホスト装置２０に送信するためのデータ送受信部１１８と、音取得端末１００を回転させる回転手段１１９と、電源部１２０とを備える。
【００１５】
マイクロフォン１１１、１１２、１１３は、詳しくは図３で説明するが、正三角形の頂点位置に配される。またマイクロフォン１１１、１１２、１１３は、例えば、水平面に沿って配される。本実施形態のマイクロフォン１１１、１１２、１１３として用いられるマイクロフォンの種類としては、ダイナミック型、コンデンサ型等、既存の種々のものを用いて良い。とくに無指向性のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型マイクロフォンが好ましい。
【００１６】
増幅器１１４、１１５、１１６は、それぞれマイクロフォン１１１、１１２、１１３が取得した音に応じて出力する電気信号（音信号）を増幅する。本実施形態の増幅器１１４、１１５、１１６として用いられる増幅器としては、既存のオペアンプ等を用いて良い。
【００１７】
音解析部１１７は、増幅器１１４、１１５、１１６から出力された音に関する情報としての音信号を解析する。具体的には、音信号等の音に関する情報を基にして音源の方向を導出する。よって音解析部１１７は、方向導出手段として機能する。この事項については後で詳しく説明を行う。
【００１８】
データ送受信部１１８は、音に関する情報を上記通信回線を介してホスト装置２０へ送信する。ホスト装置２０へ送信する情報としては、音解析部１１７で導出された音源の方向の情報の他に、ホスト装置２０において行われる処理の内容に応じて、例えば、音取得端末１００の端末ＩＤ、マイクロフォン１１１、１１２、１１３による音の取得時刻、取得音の音圧等の情報を含めて良い。また音に関する情報を蓄積するデータ蓄積部を設け、一定期間の保存データを一括送信しても良い。
またデータ送受信部１１８は、回転手段１１９により音取得端末１００を回転させるための制御信号を回転制御部２４から受信する。
【００１９】
回転手段１１９は、ホスト装置２０の回転制御部２４により制御され、マイクロフォン１１１、１１２、１１３を互いの位置関係を保持したまま音取得端末１００を回転させる。本実施形態では、回転手段１１９により、音取得端末１００に配されるマイクロフォン１１１、１１２、１１３は、マイクロフォン１１１、１１２、１１３が配される正三角形の頂点位置を結ぶ平面に沿って回転する。本実施形態では、マイクロフォン１１１、１１２、１１３は、水平面に沿って配されるため、マイクロフォン１１１、１１２、１１３は、水平面に沿って回転する。また回転手段１１９は、マイクロフォン１１１、１１２、１１３の各々との距離がほぼ等しくなる位置を回転中心としてマイクロフォン１１１、１１２、１１３を回転させる。これは、例示した音取得端末１００の場合では、回転手段１１９は、マイクロフォン１１１、１１２、１１３が位置する箇所を頂点とする正三角形の重心位置を回転中心として音取得端末１００を回転させると言い換えることもできる。回転手段１１９は、例えば、モータ等の駆動源とギア等を組み合わせることで実現することができる。
【００２０】
電源部１２０は、マイクロフォン１１１、１１２、１１３、増幅器１１４、１１５、１１６、音解析部１１７、データ送受信部１１８、回転手段１１９に電力を供給する。電源部１２０としては、例えば、ＡＣ電源、乾電池、充電池等の既存の電源が用いられる。また、電源部１２０は、必要に応じて、電圧変換回路および充電制御回路等の周知の回路を含む。
【００２１】
ホスト装置２０は、音取得端末１００から送信されたデータを受信するデータ送受信部２１と、受信したデータを蓄積するデータ蓄積部２２と、蓄積したデータを解析するデータ解析部２３と、回転手段１１９を制御する回転制御部２４と、解析結果を出力する出力部２５とを備える。このホスト装置２０は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置により実現される。また、上記のように本実施形態では複数の音取得端末１００が使用され、ホスト装置２０は、その複数の音取得端末１００の各々からデータ（音に関する情報）を受信する。
【００２２】
データ送受信部２１は、各音取得端末１００からデータを受信してデータ蓄積部２２へ送る。本実施形態では、データ送受信部２１は、音取得端末群から、音に関する情報を取得する音情報取得手段として機能する。またデータ送受信部２１は、回転手段１１９を回転させるための回転制御部２４からの制御信号をデータ送受信部１１８に対し送信する。
【００２３】
データ蓄積部２２は、例えばパーソナルコンピュータの磁気ディスク装置等の記憶装置により実現され、データ送受信部２１から取得した受信データを蓄積する。
【００２４】
データ解析部２３は、例えばパーソナルコンピュータのプログラム制御されたＣＰＵにより実現され、データ蓄積部２２に蓄積されたデータを解析する。具体的な解析内容としては、本実施形態では、データ解析部２３は、音源の音取得端末１００に対する方向から音源の位置を求める。つまりデータ解析部２３は、音取得端末１００毎に得られた音源の音取得端末１００に対する方向から音源の位置を導出する音源位置導出手段として機能する。この事項については後で詳しく説明を行う。
【００２５】
回転制御部２４は、回転制御手段の一例であり、例えばパーソナルコンピュータのプログラム制御されたＣＰＵにより実現される。そして回転制御部２４は、音源の音取得端末１００に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように音取得端末１００を回転手段１１９により回転させる制御を行う。この事項についても、後で詳しく説明を行う。
【００２６】
出力部２５は、データ解析部２３による解析結果を出力したり、解析結果に基づく出力を行う。この解析結果等を出力する手段は、システムの利用目的や利用態様、解析結果の内容や形式等に応じて、ディスプレイ表示、プリンタによる印刷出力、音出力等、種々の手段を取り得る。
【００２７】
＜２つのマイクロフォンの組と音源との角度についての説明＞
図３は、音取得端末１００と音源との位置関係を説明した図である。
図３では、複数の音取得端末１００として、音取得端末１００ａと音取得端末１００ｂの２個が配される。また音源として音源Ｓを図示している。上述したように音取得端末１００ａは、正三角形の頂点位置に配されるマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａを備える。また同様に音取得端末１００ｂは、正三角形の頂点位置に配されるマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂを備える。なお図３では、回転手段１１９についても併せて図示している。音取得端末１００ａ、１００ｂは、回転手段１１９により実線で示した矢印方向にそれぞれ独立に回転が可能である。
【００２８】
このとき音源Ｓから発した音は、音取得端末１００ａのマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、および音取得端末１００ｂのマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂにそれぞれ取得される。ただし、音源Ｓとマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、およびマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂのそれぞれとの距離は、各々異なるため、音源Ｓから発した音の到達時間に差が生ずる。
本実施の形態では、この到達時間の差を利用して２つのマイクロフォンの組と音源Ｓとの角度を求め、そしてこの角度を基にして音源Ｓの位置を求める。
以下、この事項について詳しく説明を行う。
【００２９】
図４は、２つのマイクロフォン１１１ａ、１１２ａの組と音源Ｓとの角度について説明した図である。
なおここでは、マイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、およびマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂのうち、音取得端末１００ａのマイクロフォン１１１ａ、１１２ａの組と音源Ｓとの角度について説明を行う。ただし同一の音取得端末から選択される他の２つのマイクロフォンの組についても同様のことが言える。即ち、音取得端末１００ａのマイクロフォン１１２ａ、１１３ａの組、およびマイクロフォン１１３ａ、１１１ａの組についても同様である。さらに音取得端末１００ｂにおけるマイクロフォンの組である、マイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂの組、マイクロフォン１１２ｂ、１１３ｂの組、およびマイクロフォン１１３ｂ、１１１ｂの組についても同様である。
【００３０】
本実施形態では、図４に示すようにマイクロフォン１１１ａ、１１２ａの組と音源Ｓとの角度として、マイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａとを結ぶ線分と、この線分の中点Ｍと音源Ｓとを結ぶ線分との角度αを採用する。これにより対面角度の数学的取り扱いがより簡単になる。そしてこの定義を採用した場合、例えば、マイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａとを結ぶ線分に対し、音源Ｓが正面にあるときは、角度αは、９０°となる。またマイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａとを結ぶ線分の延長線上に音源Ｓがあるときは、角度αは、０°または１８０°となる。
【００３１】
＜角度αを求める方法の説明＞
次に図４を使用して角度αを求める方法について説明を行う。
ここで、音源Ｓから発した音は、音源Ｓから同心円状に広がる。ただし音は有限の速度である音速で広がるため音がマイクロフォン１１１ａに到達した時間とマイクロフォン１１２ａに到達した時間とは異なり、音の行路差δに対応した到達時間の差（時間差Δｔ）が生じる。そしてマイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａとの間の距離をＤ、マイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａとを結ぶ線分の中点Ｍと音源Ｓの間の距離をＬとするとこれらの間には次の（１）式が成立する。
【００３２】
δ＝（Ｌ２＋ＬＤcosα＋Ｄ２／４）０．５−（Ｌ２−ＬＤcosα＋Ｄ２／４）０．５    …（１）
【００３３】
この（１）式は、Ｌ＞Ｄの場合、Ｌによる影響が小さいため、下記（２）式に近似できる。
【００３４】
δ≒Ｄcosα    …（２）
【００３５】
また音速ｃと時間差Δｔを使用すると、下記（３）式が成立する。
【００３６】
δ＝ｃΔｔ    …（３）
【００３７】
この（２）式および（３）式を使用することで、角度αを求めることができる。つまり２つのマイクロフォンであるマイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａのそれぞれに音が到達する時間差Δｔ、およびマイクロフォン１１１ａとマイクロフォン１１２ａとが離間する距離Ｄに基づいて、角度αを計算することができる。
【００３８】
このように、音取得端末１００ａにおけるマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａのうち何れか２つの組を用いて、音源Ｓの音取得端末１００ａに対する方向を求めることができる。図３では、この方向をマイクロフォン１１１ａ、１１２ａの組と音源Ｓとの角度αで例示している。さらに音取得端末１００ｂにおけるマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂのうち何れか２つの組を用いることで、音源Ｓの音取得端末１００ｂに対する方向を求めることができる。図３では、この方向をマイクロフォン１１３ｂ、１１１ｂの組と音源Ｓとの角度βで例示している。
そして音源Ｓの位置は、図３に示すように、音取得端末１００ａに対する音源Ｓの方向を示す直線と音取得端末１００ｂに対する音源Ｓの方向を示す直線との交点となる。よって図３に示す例では、音源Ｓの位置は、マイクロフォン１１１ａ、１１２ａの位置、角度α、マイクロフォン１１３ｂ、１１１ｂの位置、角度βがわかれば求めることができる。
【００３９】
しかしながら音源Ｓの位置によっては、上記角度αや角度βが、精度良く求まらない場合がある。
図５は、２つのマイクロフォンの距離が８ｃｍだったときに生じる時間差Δｔと角度α（β）との関係を説明した図である。図５では、横軸を時間差Δｔとし、縦軸を角度α（β）としている。
【００４０】
図示するように角度α（β）が９０°に近い領域では、時間差Δｔの変動に対し、角度α（β）は、あまり大きく変動しない。一方、角度α（β）が０°または１８０°に近い領域では、時間差Δｔが少し変動しただけで大きく角度α（β）が、変動する。これは、角度α（β）が９０°に近い領域では、時間差Δｔから角度α（β）が精度良く求まるが、角度α（β）が０°または１８０°に近い領域では、時間差Δｔから角度α（β）が精度良く求めるのが困難であることを意味する。つまり後者の場合、導出した時間差Δｔの誤差がわずかでも角度α（β）が本来の値から大きくずれることを意味する。
【００４１】
実際には、角度α（β）が０°〜４０°および１４０°〜１８０°の範囲では、角度α（β）の測定は困難である。さらに角度α（β）をより精度良く求めるためには、角度α（β）が７５°〜１０５°の範囲であることが望ましい。
【００４２】
本実施形態では、音取得端末１００におけるマイクロフォン１１１、１１２、１１３を正三角形の頂点位置に配している。この場合、音源Ｓがこの正三角形により規定される平面（この場合、水平面）上の何れの位置にあってもマイクロフォン１１１、１１２、１１３のうちの何れか２つのマイクロフォンの組と音源Ｓとの角度α（β）が、６０°〜１２０°となるものが必ず１組は存在する。ただし、この範囲は、角度α（β）をより精度良く求めることができる７５°〜１０５°の範囲より広く、角度α（β）が６０°〜７５°、１０５°〜１２０°の範囲であったときは、角度α（β）が精度良く求まりにくい。
【００４３】
図６は、本実施形態の音取得端末１００において角度α（β）が７５°〜１０５°となる範囲について説明した図である。
図中、領域Ａは、マイクロフォン１１１、１１２の組により角度α（β）が７５°〜１０５°になる範囲である。同様に領域Ｂは、マイクロフォン１１２、１１３の組により角度α（β）が７５°〜１０５°になる範囲であり、領域Ｃは、マイクロフォン１１３、１１１の組により角度α（β）が７５°〜１０５°になる範囲である。そしてこの領域Ａ、Ｂ、Ｃ以外の範囲に音源Ｓが存在したときは、角度α（β）を精度良く求めにくくなる。
【００４４】
図７は、２つの音取得端末である音取得端末１００ａ、１００ｂを使用したときに、角度α（β）と音源Ｓの位置との関係を説明した図である。
図７において、「○」で示した領域は、この領域に音源Ｓが存在したときに、音取得端末１００ａ、１００ｂの双方について、それぞれの角度α、角度βが７５°〜１０５°となる領域である。また「△」で示した領域は、この領域に音源Ｓが存在したときに、音取得端末１００ａ、１００ｂの何れか一方で、角度α、角度βが７５°〜１０５°となる（角度α、βの何れか一方が、６０°〜７５°、１０５°〜１２０°となる）領域である。さらに「×」で示した領域は、この領域に音源Ｓが存在したときに、音取得端末１００ａ、１００ｂの両方で、角度α、角度βが７５°〜１０５°から外れる（角度α、βがともに６０°〜７５°、１０５°〜１２０°となる）領域である。
そして「×」で示した領域に音源Ｓが存在したときは、音源Ｓの位置を精度良く求めにくくなる。
【００４５】
＜音解析システムの動作の説明＞
そこで本実施の形態では、音取得端末１００ａ、１００ｂを使用し、角度α、角度βを求めたときに、音源Ｓの方向を示す角度α、角度βが、予め定められた範囲である７５°〜１０５°から共に外れたときは、音取得端末１００ａ、１００ｂの少なくとも一方を回転手段１１９（図２参照）により回転させ、角度α、角度βの少なくとも一方を７５°〜１０５°となるようにする。
【００４６】
図８は、本実施形態の音解析システム１の動作について説明したフローチャートである。
以下、図３と図８を用いて音解析システム１の動作について説明を行う。
【００４７】
まず音取得端末１００ａ、１００ｂのそれぞれに配されるマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａおよびマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂを使用して音源Ｓから発した音を取得する（ステップ１０１）。これらのマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、マイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂが取得した音は、音信号に変換され、音取得端末１００ａ、１００ｂのそれぞれの増幅器１１４、１１５、１１６により増幅される（ステップ１０２）。
【００４８】
次に音取得端末１００ａ、１００ｂのそれぞれの音解析部１１７が、増幅器１１４、１１５、１１６により増幅された音信号から時間差Δｔを導出する（ステップ１０３）。具体的には、音取得端末１００ａの音解析部１１７は、マイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａにより取得された音の音信号の波形を比較することで、マイクロフォン１１１ａ、１１２ａの組、マイクロフォン１１２ａ、１１３ａの組、マイクロフォン１１３ａ、１１１ａの組のそれぞれについての３通りの時間差Δｔを導出する。さらに音取得端末１００ｂの音解析部１１７は、マイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂにより取得された音の音信号の波形を比較することで、同様に３通りの時間差Δｔを導出する。
【００４９】
そして音取得端末１００ａの音解析部１１７は、音取得端末１００ａについての３通りの時間差Δｔの中から最も小さいものを選択する。さらに同様にして音取得端末１００ｂの音解析部１１７は、音取得端末１００ｂについての３通りの時間差Δｔの中から最も絶対値が小さいものを選択する（ステップ１０４）。つまり図５に示したように時間差Δｔの絶対値が小さいほど、この後求められる角度α、βは、９０°に近づくことを意味し、その結果、図６で説明したように角度α、βがより精度よく求まる範囲である７５°〜１０５°となる可能性が高いためである。
【００５０】
さらに音取得端末１００ａの音解析部１１７は、音取得端末１００ａについて選択された時間差Δｔを基にして、図４で説明した方法で、角度αを求め、音取得端末１００ｂの音解析部１１７は、音取得端末１００ｂについて選択された時間差Δｔを基にして、図４で説明した方法で、角度βを求める（ステップ１０５）。
【００５１】
この角度αおよび角度βの情報は、音取得端末１００ａ、１００ｂのそれぞれのデータ送受信部１１８を介してホスト装置２０へ送られる（ステップ１０６）。
【００５２】
ホスト装置２０では、データ送受信部２１が角度αおよび角度βの情報を受信する（ステップ１０７）。この音信号は、いったんデータ蓄積部２２に蓄積される。
次にデータ解析部２３は、角度αおよび角度βの何れか一方が、７５°〜１０５°の範囲内にあるかを判定する（ステップ１０８）。
【００５３】
そして角度α、βの何れか一方が、７５°〜１０５°の範囲内であったとき（ステップ１０８でＹｅｓ）は、この角度α、βを使用して音源Ｓの位置を求める（ステップ１０９）。なおこの場合は、音源Ｓは、図７で示した「○」または「△」の何れかの領域に存在している。
【００５４】
一方、角度α、βの双方が、７５°〜１０５°の範囲から外れたとき（ステップ１０８でＮｏ）は、音源Ｓは、図７で示した「×」の領域に存在している。この場合、回転制御部２４が、音取得端末１００ａ、１００ｂの何れか一方の回転手段１１９を制御し、角度α、βの一方が、７５°〜１０５°の範囲内に入るように（例えば、９０°となるように）音取得端末１００ａ、１００ｂの何れか一方を回転させる（ステップ１１０）。回転制御部２４からの制御信号は、データ送受信部２１から送信され、データ送受信部１１８により受信される。これにより音源Ｓは、図７で示した「△」の領域に存在することになる。なおこのとき回転させる音取得端末の選択を行ってもよい。具体的には、角度αと角度βを比較し、７５°〜１０５°の範囲からより大きく外れた方を回転させる音取得端末として選択すればよい。
【００５５】
そして以後は、ステップ１０１に戻り、時間差Δｔの再測定が行われ、新たな角度α、βが求まる。この再測定では、音源Ｓは、図７で示した「△」の領域に存在するため、角度α、βの一方は、７５°〜１０５°の範囲内となる。よってこの角度α、βを使用して音源Ｓの位置を求められる（ステップ１０９）。なお測定誤差等により新たな角度α、βの双方が、７５°〜１０５°の範囲から再度外れたときは、再びステップ１１０に進み、さらに新たな角度α、βを求めればよい。
【００５６】
本実施形態の場合、回転制御部２４は、マイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａおよびマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂのそれぞれの中から２個を選択してマイクロフォンの組を構成したときに、マイクロフォンの組の位置関係を基準にして規定される音源Ｓの方向（角度α（β））が、何れのマイクロフォンの組についても予め定められた範囲から外れるときに音取得端末１００を回転させる。
なお上述した例では、ステップ１１０において、回転制御部２４は、音取得端末１００ａ、１００ｂの何れか一方を回転させていたが、これに限られるものではなく、音取得端末１００ａ、１００ｂの両方を回転させてもよい。これにより角度α、βを双方とも７５°〜１０５°の範囲内に入るように（例えば、９０°となるように）することができ、音源Ｓを図７で示した「○」の領域内とすることができる。
【００５７】
また上述した例では、音取得端末１００に配されるマイクロフォンは、正三角形の頂点位置に配されるマイクロフォン１１１、１１２、１１３の３つであったが、これに限られるものではない。ただし本実施形態では、マイクロフォンが一直線上に配されない形態であることが好ましい。具体的には、例えば、多角形の頂点に対応する箇所に配される３つ以上のマイクロフォンとすることができる。なお多角形としては、凹多角形であってもよいが、凸多角形であることが好ましい。さらに正多角形であることが好ましい。
【００５８】
そして回転手段１１９は、マイクロフォン１１１、１１２、１１３が位置する箇所を頂点とする正三角形の重心位置を回転中心として、音取得端末１００を回転させていたが、これに限られるものではなく、角度α（β）を回転により変更することができれば、回転中心は、何れの位置でもよい。
また回転手段１１９は、マイクロフォン１１１、１１２、１１３を水平面に沿って回転させていたが、これに限られるものではなく、水平面に対し傾斜した面に沿って回転させてもよい。
【００５９】
さらに上述した例では、音源Ｓは、マイクロフォン１１１、１１２、１１３が配置する平面上に位置するとしていたが、必ずしもこれに限られるものではなく、この平面近くの位置に音源Ｓが位置してもよい。
また上述した例では、音取得端末は、音取得端末１００ａ、１００ｂの２つであったが、３つ以上としてもよい。
【００６０】
またさらに上述した例では、角度α、βは、音取得端末１００ａ、１００ｂの音解析部１１７で求めていたが、ホスト装置２０のデータ解析部２３で行っても良い。この場合データ解析部２３は、データ送受信部２１により取得された音に関する情報を基にして、音源Ｓの音取得端末１００に対する方向を、音取得端末１００毎に導出する方向導出手段として機能する。
【００６１】
また本実施形態のホスト装置２０は、音源Ｓから発した音を取得するマイクロフォンが３個以上配される音取得端末１００を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群１０から、音に関する情報を取得するデータ送受信部２１と、データ送受信部２１により取得された音に関する情報を基に得られる音源Ｓの音取得端末１００に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように音取得端末１００を回転させる制御を行う回転制御部２４と、音取得端末１００毎に得られた音源Ｓの音取得端末１００に対する方向から音源Ｓの位置を導出するデータ解析部２３と、を備えることを特徴とする音解析装置として捉えることもできる。
【００６２】
＜プログラムの説明＞
なお本実施形態におけるホスト装置２０が行なう処理は、図２で上述したようにソフトウェアとハードウェア資源とが協働することにより実現される。
よってホスト装置２０が行なう処理は、コンピュータに、音源Ｓから発した音を取得するマイクロフォンが３個以上配される音取得端末１００を互いに異なる位置に複数配することで構成される音取得端末群１０から、音に関する情報を取得する機能と、取得された音に関する情報を基に得られる音源Ｓの音取得端末１００に対する方向が、予め定められた範囲から外れたときに、方向が予め定められた範囲内となるように音取得端末１００を回転させる制御を行う機能と、音取得端末１００毎に得られた音源Ｓの音取得端末１００に対する方向から音源Ｓの位置を導出する機能と、を実現させるプログラムとして捉えることもできる。
【実施例】
【００６３】
＜実験方法＞
（実施例１）
図１、図２で説明した音解析システム１を使用して、複数の音源の位置を測定する実験を行った。
このとき図３で説明した配置で、音取得端末１００ａ、１００ｂを設置した。具体的には、一辺８ｃｍの正三角形の頂点位置にマイクロフォン１１１ａ、１１２ａ、１１３ａを配した音取得端末１００ａと、同様の位置関係でマイクロフォン１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂを配した音取得端末１００ｂとをテーブルの上に２．５ｍ離して設置した。
【００６４】
そして９つの音源Ｓ１〜Ｓ９から個々に音を発生させ、音解析システム１により、それぞれの音源について位置を、図４〜図８で説明した方法で１００回ずつ測定した。なお音取得端末１００ａ、１００ｂの回転位置は、１回の測定毎に元の位置に戻した。
【００６５】
（比較例１）
回転手段１１９および回転制御部２４を備えないことを除き、実施例１と同様の音解析システムを用いて、それぞれの音源Ｓ１〜Ｓ９について位置を、１００回ずつ測定した。つまりこの場合、音源Ｓ１〜Ｓ９が図７で示した「×」の領域に存在していたときでも、音取得端末１００ａ、１００ｂは、回転することはない。そして図８で説明したステップ１０７で受信した角度α、βをそのまま使用することで音源Ｓ１〜Ｓ９のそれぞれの位置を求める。
【００６６】
＜実験結果＞
実験の結果を図９および図１０に示す。
図９は、実施例１の結果を示した図である。また図１０は、比較例１の結果を示した図である。
図９および図１０では、テーブルの位置を中央部の矩形形状で図示している。また音取得端末１００ａ、１００ｂがそれぞれテーブル上に設置されていることを図示している。また音源Ｓ１〜Ｓ９は、実際には円形形状で図示した箇所の中心部にそれぞれ位置する。そして円形の面積が大きいほど導出された音源の位置の測定誤差が大きかったことを意味する。なお測定誤差は、ここでは導出された音源位置の平均値と実際の音源の位置との差とした。またそれぞれの円形の近くに記載されている数字は、測定誤差の数値であり、単位は、メートル（ｍ）である。
【００６７】
図９の場合に比較して図１０の場合の方が、円形の面積が大きく、導出された音源の位置の測定誤差が大きい場合があることがわかる。具体的には、音源Ｓ４、Ｓ８、Ｓ９について図９の場合と図１０の場合とで、差が大きい。これは音源Ｓ４、Ｓ８、Ｓ９が、図７で説明した「×」の領域に位置していたためと考えられる。そのため図９で示した実施例１では、音取得端末１００ａ、１００ｂの回転を行い、再測定を行ったため、導出された音源Ｓ４、Ｓ８、Ｓ９の位置について測定誤差が少なくなったものと考えられる。
一方、他の音源については、図９と図１０とで差は、ほとんどない。これはこれらの音源が、図７で説明した「○」または「△」の領域に位置し、実施例１でも音取得端末１００ａ、１００ｂの回転が行われなかったためと考えられる。
【００６８】
また図９に示した実施例１の場合では、測定誤差を加味しても音源Ｓ１〜Ｓ９のそれぞれについて識別することができる。一方、図１０に示した比較例１の場合では、音源Ｓ４について、音源Ｓ５の位置まで、測定誤差の範囲が及ぶため、音源Ｓ４と音源Ｓ５との識別をすることができない。
【符号の説明】
【００６９】
１…音解析システム、１０…音取得端末群、２０…ホスト装置、２１…データ送受信部、２３…データ解析部、２４…回転制御部、１００…音取得端末、１１１、１１２、１１３…マイクロフォン、１１７…音解析部、１１９…回転手段
【図１】
2014192546.tif 000003
【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】
2014192546.tif 000008
【図７】
2014192546.tif 000009
【図８】
2014192546.tif 000010
【図９】
2014192546.tif 000011
【図１０】
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