(57)【要約】【課題】街中のような生活雑音の多い場所であっても警報音等を的確に抽出し判別可能な精度の高い特定音の識別方法及び、聴覚や視覚等に障害を持つ人や老人等に緊急車両等の接近または何らかの危険が迫っていることを確実に知らせる特定音識別装置を提供する。【解決手段】目的とする特定音は通常の環境音（背景の生活雑音）より大きい音であり、同時に背景となる環境音は雑多で無数に近い周波数を発することに着目し、所定の必要とする周波数帯域に絞って、その音波に含まれる周波数成分および各周波数成分の振幅値を抽出する。そしてこの振幅値を基準値と比較して所定レベル以上の各周波数成分と予め記憶保持している特定音の周波数とを比較する。このように背景となる環境音を周波数帯域および周波数成分の振幅値レベルでフィルタリングすることによって目的とする特定音に絞って音源データを抽出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
警報音などの特定音の固有周波数に基づいて設定した特定周波数を記憶する特定周波数記憶手段と、
音源からの音波を電気信号に変換する音源入力手段と、
上記音源入力手段からの音波信号を構成する複数の周波数成分および各周波数成分の振幅値を抽出する音源データ抽出手段と、
上記音源データ抽出手段からの音源データに上記特定周波数が含まれているか否かを判別する判別手段とを備えた特定音識別装置であって、
上記判別手段は、上記音源データについて各周波数成分の振幅値が予め設定した基準値以上であるか否かを判別する第１の判別と、各周波数成分の周波数が上記特定周波数と実質的に一致するか否かを判別する第２の判別とから構成され、
上記第２の判別における上記音源データの周波数と上記特定周波数との比較は、上記音源データに上記特定音の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているか否かを判別することを特徴とする特定音識別装置。
【請求項２】
前記音源データ抽出手段は、所定の時間間隔毎に複数の周波数成分の振幅値を抽出し、この複数回の振幅値を平滑化して音源データを抽出することを特徴とする請求項１に記載の特定音識別装置。
【請求項３】
前記第１の判別における周波数成分毎の振幅値が予め設定した基準値以上であるか否かの判別は、前記音源入力手段からの音波信号を周波数成分の減衰率に応じて増幅した後、各周波数成分毎の振幅値と基準値とを比較することを特徴とする請求項１に記載の特定音識別装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記音源データについて前記第１の判別を実行した後、振幅値が予め設定した基準値以上である周波数成分について前記第２の判別を実行して前記特定周波数と実質的に同一であるか否かを判別することを特徴とする請求項１乃至３の何れかの項に記載の特定音識別装置。
【請求項５】
前記第２の判別は、前記音源データに前記特定音の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているか否かの判断と、更に音源データの周波数成分の振幅値が最大の周波数について前記固有周波数と実質的に一致するか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の特定音識別装置。
【請求項６】
前記第２の判別は、前記音源データに前記特定音の固有周波数に対応する周波数成分と倍音周波数に対応する周波数成分が存在するとき、この各対応する周波数成分の振幅値を相互に比較して予め設定した所定の順位であるか否かを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の特定音識別装置。
【請求項７】
前記予め設定する所定の順位は、前記特定音の固有周波数に対応する周波数成分の振幅値を最大に設定することを特徴とする請求項６に記載の特定音識別装置。
【請求項８】
前記判別手段は、前記音源データについて前記第１の判別を実行した後、振幅値が予め設定した基準値以上である周波数成分について前記第２の判別を実行し、この第２の判別で前記音源データに前記特定音の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているとき、この音源データに倍音周波数以外の周波数が含まれているか否かを判別することを特徴とする請求項１に記載の特定音識別装置。
【請求項９】
前記判別手段からの判別結果に基づいて前記音源データに前記特定音の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているとき、振動、視覚その他の報知手段を作動することを特徴とする請求項１乃至８の何れかの項に記載の特定音識別装置。
【請求項１０】
音源からの音波を電気信号に変換して周波数成分と各周波数成分の振幅値を抽出する音源データ抽出ステップと、
上記各周波数成分の振幅値を所定時間間隔で複数回抽出して平滑化した後、この平滑化された振幅値を予め設定した基準値と比較して所定以上の振幅値を抽出する音源データ処理ステップと、
上記音源データ処理ステップで抽出した周波数成分と警報音などの特定音の固有周波数に基づいて設定した特定周波数とを比較する判断ステップとを有し、
上記判断ステップにおける上記音源データと上記特定周波数との比較は、上記音源データに上記特定音の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているか否かを判別することを特徴とする特定音の識別方法。
【請求項１１】
前記判断ステップは、前記音源データに前記特定音の固有周波数に対応する周波数成分と倍音周波数に対応する周波数成分が存在するとき、この各対応する周波数成分の振幅値を相互に比較して予め設定した所定のレベル順位であるか否かを判別することを特徴とする請求項１０に記載の特定音の識別方法。
【請求項１２】
屋根板上方に空気の層流を形成する移動車輌の特定音識別システムであって、
上記移動車輌の屋根部に取り付けられた集音マイク手段と、
上記集音マイク手段から入力した音源データに特定周波数が含まれているか否かを判別する判別手段と、
上記判別手段からの判別信号に基づいて運転者に報知する報知手段とから構成され、
上記集音マイク手段は、音波を電気信号に変換するピックアップ素子と、該ピックアップ素子を内蔵した扁平形状の外筐ケースとから構成され、
上記集音マイク手段は、上記移動車輌の屋根部を形成する屋根板表面から上方に９ｍｍ以内の範囲に外筐ケースの扁平面が位置するように上記移動車輌の屋根板に装着されることを特徴とする特定音識別システム。
【請求項１３】
前記扁平形状の外筐ケースは、少なくともその側壁面に空気の渦流を防止するシボなどの不規則な凹凸面を備えていることを特徴とする請求項１２に記載の移動車輌に於ける特定音識別システム。
【請求項１４】
前記集音マイク手段は、前記移動車輌の屋根板上方に層流を形成するフロントガラス面の端部位置からルーフ長さの１／３乃至１／２の位置で、ルーフ幅の略々中央部に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の移動車輌に於ける特定音識別システム。
【請求項１５】
前記判別手段は、前記集音マイク手段から入力した音波信号を構成する複数の周波数成分について各周波数成分の振幅値が予め設定した基準値以上であるか否かを判別する第１の判別と、各周波数成分の周波数が予め設定した特定周波数と実質的に一致するか否かを判別する第２の判別とから構成され、
上記第２の判別における上記音波信号の周波数と上記特定周波数との比較は、上記音波信号に上記特定音の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているか否かを判別することを特徴とする請求項１２乃至１４の何れかの項に記載の移動車輌に於ける特定音識別システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、老人その他の聴覚障害者にパトカー、救急車、などの緊急車輌の接近または何らかの危険が迫っていることを知らせる警報音等の特定音を識別する方法および特定音識別装置並びに自動車などの移動車輌に取り付けて警報音などの特定音を識別する特定音識別システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、街中の歩行者または車両運転者に対して周囲状況を感知し、その危険度若しくは置かれている状況により歩行者または車両運転者に対して、何らかの情報を報知するものが知られている。例えば街中を歩行している際に、緊急車両等が接近してきたことを歩行者に知覚させる車両の接近報知を目的とした装置としては、車両から発するイグニッションノイズ、クラックションまたは赤外線信号、超音波、電波等の発信信号を感知して、歩行者が身に付けたヘルメットや装身具に設けた光表示、機械的振動または音声等による報知手段を有する装置が例えば特許文献1または特許文献２に提案されている。
【０００３】
また車両運転中の運転者に対して、特許文献1および２と同様な緊急車両等の接近を知らせるものとして特許文献３或いは特許文献４などが知られている。これらは移動車輌に、複数のマイク等の検出センサーを設け救急車やパトカー等の緊急車両側が発するサイレン等の特定音を検出し、音声レベル、音色、音の方向等を解析して、運転車両側に備えた特定音の記憶データと比較して一致した場合、運転者に表示部または警報音、音声等もしくは振動等で報知する。さらに特許文献３では方向、音質、音量の変化から車両を特定し、その接近の状況を判断して報知する。特許文献４でも同様に音声レベル変化を捉え、特定した車両の接近離間を判断している。
【０００４】
自動車などの移動車両に集音マイクを取付け、このマイクからピックアップした音波を判別する装置としては、従来特許文献３に示されているように、移動車輌の屋根にマイクロフォンを取り付けることが提案されている。この特許文献３には車両の屋根の四隅に複数のマイクロフォンを設置し、四方からの音源を集音するようにしたものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１３０１９号公報
【特許文献２】特開２００２−９２７８１号公報
【特許文献３】特開平６−３２８９８０号公報
【特許文献４】特開２０００−２２５８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１または２においては、電波を利用し情報の受け手側が受信装置を備え、特定すべき対象物が発信装置を有し特定信号を発信することで必要情報を報知するシステムであり、確実性の点では有効であるものの、発信装置を有したある特定の対象物しか認識できないという欠点がある。また加えて発信装置と受信装置とのセットで使用されるため、導入コストが大きくなり、限定したシステムとならざるを得ない。
【０００６】
一方、上記特許文献３、４に開示されているような救急車や消防車等の緊急車両が発するサイレン等の特定音を感知して、別の音源や音声あるいは表示手段に変換して出力報知するものが提案されている。ここで問題となるのは街中のような雑音の多い場所で、いかに対象となる音源を感知し集音して、かつ精度良くそれが特定音であると判定するかである。これに対しては予め対象となる特定音の認識パターン等の音源データを保持し、集音入力したデータと比較判別処理をしているが、如何に比較判別するかが問題であり依然として判別精度が問題として残る。
【０００７】
一方、上述の装置において特定音を集音するマイク手段は、外部四方からの音源に対応する必要があるのと同時に自動車などの移動車輌に装備すると、この車輌の移動で例えば「ゴーゴー」「ピューピュー」という風切り音で、サイレン音などの特定音が打ち消され目的とする特定音を感知することができない問題がある。特に前掲特許文献３のように自動車の屋根にマイク手段を取り付けた場合には四方の音源を集音することが可能であるが、これを取り付けた自動車が例えば３０ｋｍで移動すれば風切り音などの騒音が大きく特定音が打ち消されてしまう。本発明者の実験では無風下に近い条件で車輌速度が３０ｋｍ乃至４０ｋｍを超えると風切り音が大きくパトカーなどの特定音は識別する以前に集音すること自体が不可能であるという問題に遭遇した。
【０００８】
そこで本発明は、歩行中若しくは自動車などの運転中に緊急車輌などが発する特定音を検知し、これを正確に判別して警報することが可能な特定音識別方法と、これを用いた特定音の識別装置の提供をその主な課題としている。更に本発明は、自動車などの移動車輌に装着し風切り音等の風騒音の影響を受けることが少なく、広範囲の特定音を正確に判別することが可能な移動車輌における特定音識別システムの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、救急車、パトカーなどのサイレン音等の特定音を、その周波数を比較して判別する際に以下の特徴とする構成を採用したものである。まず第１に、目的とする特定音は通常の環境音（背景の生活雑音）より大きい音であり、同時に背景となる環境音は雑多で無数に近い周波数を発することに着目し、所定の必要とする周波数帯域に絞って、その音波に含まれる周波数成分および各周波数成分の振幅値を抽出する。そしてこの振幅値を基準値と比較して所定レベル以上の各周波数成分と予め記憶保持している特定音の周波数とを比較する。このように背景となる環境音を周波数帯域および周波数成分の振幅値レベルでフィルタリングすることによって目的とする特定音に絞って音源データを抽出する。この為、本発明は請求項１に記載の特定音識別装置を採用している。そして上記基準値の設定は、目的とする特定音と環境音の振幅を測定して目的音以外の騒音を除外する最適値に決定する。
【００１０】
第２に、目的とする特定音はある時間継続することに着目し、上記各周波数成分の振幅値を比較する際に、所定時間間隔での複数回の音源データ抽出で得られた各周波数成分の振幅値を周波数成分毎に平滑化して音源データとする。この為、本発明は請求項２に記載の特定音識別装置を採用している。これによって衝撃音などの瞬間的な騒音を実質的に音源データから除外する。従ってこの時間間隔と回数は、特定音が連続する時間と環境音に含まれる騒音の時間とを測定して好適な時間及び回数を選定する。
【００１１】
第３に、目的とする特定音は、その音源の固有周波数に基づいて固有周波数と同時にこれと整数倍（整数分の１を含む）の関係にある倍音周波数が発生することに着目し、音源データと音源の固有周波数に基づいて設定した特定周波数を比較する。これによって特定音の固有周波数と偶然一致する周波数の騒音を判別して除外することができる。つまり特定音の固有周波数が５００Ｈｚであるときに音源データの周波数成分に１０００Ｈｚが存在しても倍音周波数である１５００Ｈｚが存在しないときには騒音と見なすことが可能となる。この為、本発明は請求項５記載の特定音識別装置を採用している。尚、整数倍の関係にある倍音周波数は少なくとも１つについて音源データと比較する。
【００１２】
第４に、目的とする特定音の倍音周波数には、固有周波数と同一周波数の振幅値が最も大きく、以下倍音周波数、例えば２倍音、３倍音など相対的に振幅値が異なり、一定の順位が存在することに着目したものである。つまり整数倍の関係にある複数の周波数が音源データに含まれていたとき最大振幅値の周波数と特定音の固有周波数とを比較して一致したときにはほぼ目的音が存在し、次いでその他の周波数の振幅値が所定の順位と一致するときは目的音が存在すると判別することが出来る。この為、本発明は請求項６に記載の特定音識別装置を採用している。
【００１３】
更に本発明に係わる移動車輌に於ける特定音識別システムは、適宜構成の移動車輌の屋根部に取り付けた集音マイク手段と、このマイク手段から入力した音源データに特定周波数が含まれているか否かを判別する判別手段と、この判別手段からの判別信号に基づいて運転者に報知する報知手段とから構成する。そして上記集音マイク手段は、音波を電気信号に変換するピックアップ素子と、該ピックアップ素子を内蔵した扁平形状の外筐ケースとから構成する。そこでこの扁平形状の外筐ケースで構成された集音マイク手段を、上記移動車輌の屋根板表面から上方に９ｍｍ以内の範囲に外筐ケースの扁平面が位置するように上記移動車輌の屋根板に装着する。このように構成することによって、自動車などの移動車輌は走行時に屋根上方に一様な空気の流れである層流が形成される。
【００１４】
尚、本発明にあって層流とは速度差が９９％以内である速度分布を云い、本発明者の実験では走行速度が４０ｋｍのとき屋根板の上方１０ｍｍ乃至２０ｍｍに層流境界層が現れることが判明した。上記扁平形状に構成した集音マイク手段は、その扁平面がこの層流境界層の下に位置するように移動車輌の屋根板上に取り付けたので走行時の風切り音を軽減することが出来る。また、集音マイク手段は扁平形状を形成する側壁面はシボなどの不規則な凹凸面で構成する。これによって高速走行時には車両の屋根部に沿った風の流れは屋根板表面から剥離される剥離現象が発生するが凹凸面によってこれを防止することが出来る。また、走行時に移動車輌に形成される上述の層流はフロントガラス面の端部付近から発生し、下流方向へ発達し厚みを増していき屋根の後端部（走行方向後端部）で境界層は終わる。
【００１５】
そこで上記集音マイク手段は、この層流境界層の内部に配置されるようにフロントガラス面の端部位置からルーフ長さの１／３乃至１／２の範囲で、ルーフ幅の略々中央に取り付ける。このようにフロントガラスの端部付近及び屋根ルーフの後端部付近を避けた位置に集音マイク手段を配置することによって更に風切り音の影響を軽減することが出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、特定音の固有周波数に基づいて設定した特定周波数と、音源入力手段からの音波信号を構成する複数の周波数成分および各周波数成分の振幅値を抽出し、この抽出した音源データに特定周波数が含まれているか否かを判別する際に、各周波数成分の振幅値が予め設定した基準値以上であるか否かの判別と、音源データに特定音の固有周波数と、この固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数が含まれているか否かで判断するため、従来の単に周波数を比較するものに比べ周波数と同時に各周波数成分の振幅値を比較するためより正確な判別が可能であり、特定周波数に近い騒音周波数が存在しても倍音関係にある周波数が存在するか否かで特定し、更に倍音関係にある周波数の振幅値が一定の順位であるか否かで特定するためより正確な判別が可能となる。従って街中などの雑多な騒音が存在する場においても、或いは自動車などの移動車輌中でもエンジン音などの影響を受けることなく比較的正確にパトカー、救急車などの発する特定音を識別して聴覚障害者に知らせることが可能である。
【００１７】
更に、本発明の移動車輌における特定音識別システムは、自動車などの移動車輌の屋根に扁平形状の外筐ケースを有するマイク手段を屋根板の上方９ｍｍ以内の範囲に扁平面が位置するように取付け、このマイク手段から音源データを集音するようにしたため移動車輌が高速で移動する際にも風切り音などの騒音の影響を受けることなく特定音を集音して判別することが出来るなど、移動車輌用特定音判別装置及びシステムとして著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面に基づいて、本発明に関わる警報音等の特定音識別方法および特定音識別装置２１の実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は本発明に関わる警報音等の特定音識別装置２１の構成を示すブロック図、図２および図３は前記の特定音識別装置２１の処理フロー、図４乃至図６は各種の入力音源データを解析したグラフである。
【００１９】
本発明の特定音識別装置２１は、主に視聴覚障害者や老人等が街中を歩行中に、救急車や消防車等の緊急車両、またはその他一般車両の接近等による危険の未然防止を目的としたものであり、該車両が発する警報音等を周囲の生活雑音と識別判断して検出信号４６を出力し危険報知を促すものである。この特定音識別装置２１は、図１に示すように救急車や消防車等のサイレン音や警報音等の特定音の固有周波数に基づいて設定した特定周波数を所定の順位で特定音源データとして記憶する特定周波数記憶手段２２と、通常の生活環境の中で耳に入り、知覚される周波数帯域の可聴音を感知して選択的に取り込む音源入力手段２３と、この音源入力手段２３によって取り込まれた音波信号を、Ａ／Ｄ変換し音波信号を構成する複数の周波数成分および各周波数成分の振幅値を抽出する音源データ抽出手段２４と、特定周波数記憶手段２２に予め記憶された複数の音源の特定周波数データと音源データ抽出手段２４で抽出した音源データ３５を比較照合し、データの合致度合いから取り込まれた音波信号が、対象となる警報音であるか否か識別判断する判別手段２５とで構成されている。
【００２０】
特定周波数記憶手段２２は、救急車や消防車といった緊急車両のサイレン音、走行音あるいはブレーキ音等の特定音源の固有周波数とこの固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数を複数の特定音源毎に記憶したデータベースで構成されている。このデータベースを構成するのは、図示省略の主に半導体メモリや磁気あるいは光を記憶媒体として着脱可能な小型のメモリカード等のリムーバブルメディアである。また前記、特定音源の固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数は、所定の順位で配列されてデータベース化されている。
【００２１】
前記音源入力手段２３は、広指向性を備えたマイクロフォン３１（図７のマイク手段６１）と、このマイクロフォン３１から取り込まれた音波信号を周波数特性に応じ信号処理可能な一定の音圧レベルまで増幅する増幅器３３と、この増幅器３３によって増幅されたアナログ音波信号をデジタル音波信号に変換するＡ／Ｄ変換器３４とを備えている。前記マイクロフォン３１で拾った可聴音には高い周波数帯域にノイズ成分が含まれている場合がある。このようなノイズによる誤認識を低減させるために、増幅器３３での増幅処理前にフィルタ３２を通過させて高周波ノイズを除去し実際に取り込む周波数帯域を３００〜８５００Ｈｚの範囲に絞り込む。
【００２２】
音源データ抽出手段２４は、上記音源入力手段２３で取り込みＡ／Ｄ変換されたデジタル音波信号に窓関数を掛けて高周波に含まれる不要なノイズ成分をカットした後、高速フーリェ変換（ＦＦＴ）処理にて音波信号を構成する複数の周波数成分と各周波数成分の振幅値をスペクトル分布として抽出する。また、この音源データ抽出は、所定時間間隔で所定の複数回数行い、平均化して衝撃音などの瞬間的な騒音を実質的に音源データから除外する。
【００２３】
判別手段２５は、前記音源データ抽出手段２４によって抽出され平均スペクトルを求め、音源データを構成する主要な周波数成分及び振幅値と特定周波数記憶手段２２に格納した特定音源の固有周波数および固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数を比較照合して、入力音源の種類を特定するための解析作業を行う。この比較照合は音源データの周波数成分の構成とその振幅値の大きさ順で並べた各周波数成分の配列と、特定周波数記憶手段２２に予め所定の順位で格納された特定音源の固有周波数および固有周波数に対して整数倍の関係にある倍音周波数の配列を比較照合して、その合致度を判断する。
【００２４】
この音源データ抽出手段２４は、入出力制御や各種の演算を行うＣＰＵ（中央処理装置）及び音源データの解析を専門に行うＤＳＰ（デジタル信号処理装置）で構成されている。前記ＣＰＵは、音源データや特定周波数記憶手段２２によって記憶されている特定音源データ４２の入出力制御や入力音源データが特定音と合致した場合、報知手段５１とのインターフェイス部の制御を行い、ＤＳＰでは入力音源を特定するための高速フーリェ変換（ＦＦＴ）による信号の解析を主に行う。このＦＦＴ処理は音響や振動解析で広く用いられる手法で、前記取り込まれデジタル化処理された入力音源データを入力音源が有する固有の基本波、基本波×２次、基本波×３次・・・、基本波×ｎ次の周波数（サイン波）の周波数成分に分解し、各周波数成分のピークの振幅値を算出する。
【００２５】
図５は、救急車のサイレン音をＦＦＴ処理しサイレン音を構成する周波数成分を抽出し示したものである。またグラフの線の太さで各周波数成分の振幅値の大きさが表現されている。グラフに示すように横軸は時間軸、縦軸は周波数で、このサイレン音は、高音と低音とが繰り返されている。前記高音域の周波数は１０００Ｈｚ，２０００Ｈｚ，３０００Ｈｚ近辺が顕著で、線の太さを見ると、その中で振幅値の大きいものは１０００Ｈｚであることがわかる。また、同様に低音域の周波数は８００Ｈｚ，１６００Ｈｚ，２４００Ｈｚ近辺が顕著で、線の太さから８００Ｈｚが最も振幅値が大きい。さらにグラフから高音域、低音域の周波数とも、夫々ほぼ整数倍の倍音関係になっていることが分かる。
【００２６】
また、このグラフから、この救急車のサイレン音は二つの基本となる固有周波数で構成された音で、その基本となる固有周波数は、夫々振幅値の最も大きい１０００Ｈｚおよび８００Ｈｚであると見なせる。これを救急車のサイレン音の特定周波数とし、倍音周波数の振幅値レベル順も含めてデータベース化しておき、特定音を識別する時の比較データとすることができる。
【００２７】
図６はパトカーのサイレン音を構成する周波数成分を抽出し示したものである。パトカーがサイレンを、約８秒間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰り返し連続して鳴らしている例である。このグラフでは、線の一番太い約９００Ｈｚの周波数が基本の固有周波数と見られ、重畳する形で、その倍音周波数と見られる周波数が観測され抽出できる。以上の例以外の特定の警報音等についても、同様なデータを予め観測し作成しデータベース化することで、識別が可能となる。
【００２８】
実際の場面での音源の特定は、図４に示すようにスペクトル分布として音源が有する固有のピークが現れている周波数を、予め設定した基準値である所定のレベル以上の周波数をサンプリングし、前記特定周波数記憶手段に記憶されているデータと比較することによって行われる。スペクトル分布上には特定音源以外の音の周波数成分も観測されるが、予め設定した基準値による抽出で雑音として切り捨てることが可能である。
【００２９】
なお、本実施形態の特定音識別装置２１では、街中を往来する車両から発する音を感知し、その接近状態に応じて視覚あるいは聴覚障害者や老人等の交通弱者に知覚させるための応用例であるが、このような目的以外にも適用可能である。例えば、家庭内における洗濯機や電子レンジ等が発する報知音を感知できるようにすることで耳の不自由な老人においても各種電気製品の取り扱いを容易にする他に、窓ガラスを割る音や、ドアをこじ開けるような音を感知できるようにすることで、セキュリティーシステムとしての応用が可能となる。また車両に搭載することで、運転者に救急車等の緊急車両の存在や、周囲の車両の警報音等を感知して危険防止に役立たせることもできる。このような電気製品の報知やセキュリティーあるいは交通事故防止等に応用する場合は、前記特定音識別装置２１内における特定周波数記憶手段２２に備えるメモリカードのようなリムーバルな記憶媒体によって比較する特定音源データを差し替えることによって容易に実現可能である。
【００３０】
次に本発明で採用した特定音の識別方法について詳述する。図２および図３の処理フローに基づいて前記特定音識別装置２１の音源判別処理について説明する。前記特定音識別装置２１は、電源を投入することによってスタートし、最初に初期処理４１を行い、次に実処理に移行する。前記初期処理４１は、主に図示省略のＣＰＵやＤＳＰ内部のデータ領域の初期化や装置固有の識別番号等の設定が自動で行われる。
【００３１】
図２は音源データ抽出ステップ１１としての動作フローを示している。音源データ抽出ステップ１１として実際に周囲からマイクロフォン３１等で可聴音を取り込み、不要な高周波ノイズの除去を目的としてフィルタ３２を通し、増幅器３３で信号処理可能なレベルに増幅後、Ａ／Ｄ変換してデジタル音波信号に変換する。次にＡ／Ｄ変換された音波信号に、対象とする特定音源に最適な窓関数を掛けたものを高速フーリェ変換（ＦＦＴ）処理して、取り込んだ音波信号に含まれる周波数成分と各周波数成分の振幅値を図４のようなスペクトル分布として抽出する。このとき可聴音の取り込みは、所定時間間隔で所定の複数回実施し夫々、求めたスペクトル分布データを平均化して、平均スペクトル分布《Ｆｎ，Ｖｎ》（《》は平均スペクトル分布を示し、以下同様とする。）を算出し、観測音源の複数の周波数成分と各周波数成分の振幅値を抽出する。上記のように平均スペクトル分布として平均化することで瞬間的な騒音等の外乱ノイズの影響が除去できる。
【００３２】
さらにここで音源データ処理ステップ１２として平均スペクトル分布に対し、予め設定した基準値である所定レベル以上のスペクトルの強さ（振幅値の大きさを示し、以下同様とする。）を持った周波数成分を抽出し、そのレベル順に周波数成分の配列［Ｆｎ］（［］は、ある所定のレベル順に並んだ周波数成分の配列を示し、以下同様とする。）を作成して音源データ３５とする。
【００３３】
次に、判断ステップ１３として抽出し作成された周波数成分の配列［Ｆｎ］と特定周波数記憶手段２２に格納してある警報音などの特定音の固有周波数に基づいて設定した特定周波数とを比較照合する。特定周波数記憶手段２２には、複数ある特定音源の固有周波数を含む倍音周波数で構成された配列要素｛Ｆｃｎ｝（｛｝は、配列を構成する周波数成分の集合の各要素を示し、以下同様とする。）が、所定のレベル順位で配列［Ｆｃｎ］として格納されている。
【００３４】
また比較照合は、抽出した音源データ３５と比較する特定音源データ４２とを逐一検索してもよいが、この検索方法であると比較する特定音源データ４２が多くなるほど処理が格段に遅くなる。このため比較する特定音源データ４２を予めデータ値の昇順もしくは降順にソートしておき、２分検索法を用いれば少ない検索回数で照合を完了することができる。前記判断ステップ１３での比較照合では、抽出した音源データの周波数成分値そのものを使用するのではなく、取り込んだ音源自身が移動していることを考慮してドップラ係数を掛けた周波数成分値（中心周波数±３％）に拡張した範囲内で前記特定周波数記憶手段２２の特定音源データ４２の中から比較検索する。
【００３５】
第一の判断４３として、複数ある特定音源のいずれかの配列［Ｆｃ］の固有周波数および倍音周波数の配列要素｛Ｆｃｎ｝が、抽出し作成された周波数成分の配列［Ｆｎ］の配列要素｛Ｆｎ｝の中に含まれているか否かを判別する。この時いずれの特定音源の周波数成分の配列要素｛Ｆｃｎ｝も含んでいない場合は、対象となる特定音ではないと判断し、引き続く音源入力手段２３の入力待ちとなる。またいずれかの特定音源の周波数成分の配列要素｛Ｆｃｎ｝が全て含まれている場合は、その特定音源である可能性があり、さらに条件を加えて合致度合いを照合する。
【００３６】
第二の判断４４としては、特定音源の固有周波数Ｆｃに対応する周波数成分と倍音周波数（Ｆｃ，２Ｆｃ，３Ｆｃ等）に対応する周波数成分が存在する時、更に音源データ３５の周波数成分の振幅値が最大の周波数について前記固有周波数Ｆｃと実質的に一致するか否かを判断する。一致しない場合は、特定音源である可能性があるものの断定はできず、音源入力手段２３の入力待ちとなる。また一致した場合は、ほぼ対象となる特定音源と見なされ、さらに詳細に合致度を照合する。
【００３７】
第三の判断４５としては、一致した特定音源の周波数成分の配列［Ｆｃｎ］と抽出し作成された周波数成分の配列［Ｆｎ］の両者の各対応する周波数成分の振幅値を相互に比較して、予め設定した所定のレベル順位で配列された特定音源の周波数成分の配列［Ｆｃｎ］と一致するか否かを判別する。一致しない場合は、特定音源であると断定できないが、ほぼ特定音源の特定音と判断し検出信号４６を報知手段５１に出力することもできる。また一致した場合は、完全一致と見なされ特定音源の特定音であると判断し検出信号４６を報知手段５１に出力する。検出信号４６を出力後、再び音源入力手段２３の入力待ちとなる。
【００３８】
上述のような特定音の判別方法及び識別装置を自動車などの移動車輌に搭載した場合、外部からの特定（警報）音をマイク手段６１（図１の装置に於けるマイクロフォン３１）でピックアップする場合に風切り音などの騒音の影響で特定音を集音出来ないことがある。これはマイクロフォンの周辺に騒音などの音源があると遠方の警報音を打ち消す為であり、走行車輌におけるマイクロフォンの場合風切り音が最も大きく影響する。
【００３９】
そこで本発明は、まずマイク手段６１を扁平形状に構成する。図９にその構造を示し、同図（ａ）はその断面図であり、同図（ｂ）はその裏面平面図である。図示のようにマイク手段６１は、樹脂等で成形され球体の一部を切り取った扁平形状で、また裏面に構成部品を収容する凹部を形成された外筐ケース６２内の上面中央部に集音開口部６９があり、集音開口部６９の入口部分は摺り鉢状の集音開口部斜面７０がある。集音開口部６９に対向して、外筐ケース６２の裏面側に防水シート６３を挟む形でコンデンサマイク（ピックアップ素子）６５が配置され、コンデンサマイク６５の周囲には緩衝充填材６４が詰められ固定される。
【００４０】
またコンデンサマイク６５は、外筐ケース６２内のマイク作動用電池６６で電源供給され、出力コード６７を経て音源入力手段２３の回路部に接続される。さらにマイク手段６１を車両８１に装着するための薄いドーナツ状の吸着用マグネット６８が接着固定されている。マイク手段６１の上面は、集音開口部６９と同心円の外筐ケース上部平面部７１と表面にシボ／突起７３が形成された外筐ケース球面部７２で構成される。
【００４１】
マイク手段６１の配置は、車両に対し周囲全方向からの特殊車両の警報音を単一のマイク手段６１で対応可能なように図７に示す車両８１の屋根板８２の表面に吸着用マグネット６８で装着固定される。配置する位置は、走行方向においてフロントガラス面８３の天部側端部位置からルーフ長さＬの１／３乃至１／２の範囲内で、ルーフ幅の略々中央部に取り付けられる。
【００４２】
図7に示すように走行する車両８１の屋根板８２の上部には流線型の車体に沿うように速度分布がほぼ均一な空気の流れである層流８４の主流部があり、また図８に示すようにマイク手段６１を取り付けた屋根板８２の上面付近は、主流部に対し屋根板表面に近くなるほど速度分布が急激に低下する領域である境界層８５となっている。この屋根板上面の境界層８５は天部側のフロントガラス面８３の端部付近から発生し、下流方向へ発達し厚みを増していき屋根板８２の後縁で境界層８５は終わる。マイク手段６１は、この境界層８５の領域内に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係わる特定音識別装置の構成を示すブロック図。
【図２】図１の装置の音源データ抽出フロー。
【図３】図１の装置の音源判別フロー。
【図４】入力音源データを解析したグラフスペクトル分布（救急車サイレン）
【図５】救急車のサイレン音のＦＦＴ処理グラフ。
【図６】パトカーのサイレン音のＦＦＴ処理グラフ。
【図７】集音マイク手段を移動車輌に取り付ける構造説明図であり、（ａ）は屋根板平面図、（ｂ）は車両側面図。
【図８】図７のマイク手段取付け部に於ける風の流れを示す説明図であり、（ａ）及び（ｂ）は要部拡大説明図。
【図９】集音マイク手段の構造を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は平面図。
【図１０】図９の集音マイク手段の外筐ケースを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図１１】図１０の外筐ケースにおけるシボ（凹凸面）の作用の説明図であり、（ａ）はシボのない場合の風の流れを、（ｂ）はシボを設けた場合の風の流れを示す説明図。
【符号の説明】
【００４４】
２１  特定音識別装置
２２  特定周波数記憶手段
２３  音源入力手段
２４  音源データ抽出手段
２５  判別手段
３１（６１）  マイクロフォン（マイク手段）
３２  フィルタ
３３  増幅器
３４  Ａ／Ｄ変換器
３５  音源データ
４２  特定音源データ
４６  検出信号
５１  報知手段
６２  外筐ケーシング
６３  防水シート
６４  緩衝充填材
６５  コンデンサマイク
６６  マイク作動用電池
６７  出力コード
６８  吸着用マグネット
６９  集音開口部
７０  集音開口部斜面
７１  外筐ケーシング上部平面部
７２  外筐ケーシング球面部
７３  シボ／突起
８１  車両
８２  車両天部
８３  フロントガラス面
８４  層流
８５  境界層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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