(57)【要約】【課題】  低周波音を測定対象にした場合でも騒音源を確実に特定することのできる音源探査システムを提供する。【解決手段】  マイクロフォンＭ１〜Ｍ５をマイクロフォンフレーム２０の四角錐の各頂点に位置するように配列し、上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力信号の位相差から音源の方向を推定する際に、低周波発生装置を用いて測定した上記各対を成すマイクロフォン（Ｍｉ，Ｍｊ）間の位相ずれのデータを、予めデータ記憶手段４２ａの位相補正ファイル４２ｎに記憶しておき、各マイクロフォン間の位相ずれの補正を行った後、マイクロフォン対を構成する各マイクロフォン（Ｍｉ，Ｍｊ）間の位相差（時間遅れＤij）をそれぞれ求めて音源の位置を推定するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対と上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとから成るマイクロフォン群と、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差、及び、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の位置を推定する音源位置推定手段とを備えた音源探査装置において、上記対を成す各マイクロフォン間の低周波側の位相ずれを、低周波発生装置から発生する低周波音の到達時間差に基づいて補正するようにしたことを特徴とする音源探査用マイクロフォン出力の補正方法。
【請求項２】
上記各マイクロフォンの音圧レベルを、低周波発生装置から発生する低周波音の音圧レベルに基づいて補正するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の音源探査用マイクロフォン出力の補正方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の音源探査用マイクロフォン出力の補正方法に使用される低周波発生装置であって、円盤状の振動板と上記振動板を所定のストローク幅で上記振動板の厚さ方向に一定の周期で駆動するための駆動部とを備えたことを特徴とする低周波発生装置。
【請求項４】
互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対と上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとから成るマイクロフォン群と、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差、及び、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の位置を推定する音源位置推定手段と、上記推定された音源位置近傍の映像を採取する映像採取手段と、上記推定された音源位置と上記採取された映像とを合成する画像合成手段とを備えた音源探査システムにおいて、予め計測した低周波発生装置から発生する低周波音の到達時間差に基づいて上記対を成す各マイクロフォン間の低周波側の位相ずれのデータを記憶するデータ記憶手段と、上記位相ずれのデータに基づいて上記対を成すマイクロフォン間の低周波側の位相ずれを補正する音圧信号補正手段とを設けたことを特徴とする音源探査システム。
【請求項５】
上記２組のマイクロフォン対の各マイクロフォンを、互いに直交する２つの直線上に正方形を構成するようにそれぞれ配置するとともに、上記２つの直線に直交し上記正方形の中心を通る直線上に第５のマイクロフォンを配置したことを特徴とする請求項４に記載の音源探査システム。
【請求項６】
請求項５に記載の音源探査システムに用いられるマイクロフォンフレームであって、正方形の各頂点に配置され、上記互いに直交する２つの直線上に配置された４個のマイクロフォンをそれぞれ支持するマイクロフォン支持部と、隣接するマイクロフォン支持部をそれぞれ連結する円弧状の連結部材と、上記各マイクロフォン支持部と上記第５のマイクロフォンを支持するマイクロフォン支持部とを連結する直線状の連結部材とを備えたことを特徴とするマイクロフォンフレーム。
【請求項７】
上記正方形を水平面内に配置するとともに、各マイクロフォンの検出面を上記水平面と平行になるようにしたことを特徴とする請求項６に記載のマイクロフォンフレーム。
【請求項８】
上記４個のマイクロフォンを上記マイクロフォンの検出面とは反対側からそれぞれ支持する４個の支持アームを有する支持フレームを設けたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のマイクロフォンフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、工場等の騒音源などの音源位置を特定して表示する音源探査システムに関するもので、特に、低周波音源の位置探査に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場等では、電源ボックスやリレーなどのトランスから発生する５０Ｈｚ／６０Ｈｚ、もしくはそれらの倍音である低音の騒音が多く発生している。このような騒音に対しては、従来、作業者が騒音発生機器の周囲の音圧分布を騒音計により測定して上記騒音源を特定して騒音対策を行うようにしていたが、上記方法では、騒音源の特定には多くの時間がかかり、効率的ではなかった。そこで、音響的手法を用いて騒音等の音源を推定する方法が検討されてきている。
しかし、音源の発生する音が２０Ｈｚ以下の低周波音を含む場合には、音波の波長が長いため、音源を正確に探査することが困難であることから、低周波音源の到来方向を推定するため、様々な方法が提案されている。
その一つとして、個々のマイクロフォンの出力の共分散行列の固有値を推定し、この推定された固有値から音源の方向を推定することにより、低周波音の到来方向を推定する、ＭＵＳＩＣ（Multiple  Signal  Classication）法と呼ばれる方法が提案されている。これは、入力信号の共分散行列から最小固有ベクトルを計算し、第１番目のマイクロフォン出力を基準とした各マイクロフォン出力の遅延成分を要素として持つベクトルと上記最小固有ベクトルが直交するという性質を利用して音源の方向を推定するもので、データ収集時間が長く取れ、かつ、Ｓ/Ｎ比が高く取れる場合には、精度も高く、更に、分解能の高さという点では有利な手法である（例えば、非特許文献１，２参照）。
また、低周波音を対象とする場合、一般的なマイクロフォンアレイは非常に長いマイクロフォン列を必要とするが、複数のマイクロフォンをリング状に配列したリングアレーを用いるとともに、円形配置の計算式から長さの次元を持つ量に依存しない信号を抽出することにより、低周波音の方向を推定する方法がある。この推定方法においては、125Hzと500Hzにおいて、同程度の精度で音源の方向の推定できるとの報告がある（例えば、非特許文献３，４参照）。
【０００３】
一方、計測点に配置された複数のマイクロフォンの出力信号の位相差からではなく、複数のマイクロフォンから互いに交わる直線状に配置された複数のマイクロフォン対を構成し、対となる２つのマイクロフォン間の位相差（時間遅れＤij）と、他の対となる２つのマイクロフォン間の位相差（時間遅れＤmn）とから音源の方向を推定する方法が提案されている（例えば、非特許文献５，６、特許文献１参照）。
すなわち、図１２に示すように、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、互いに直交する２直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対（Ｍ１， Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するように配置するとともに、第５のマイクロフォンＭ５を上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る平面上にない位置に配置して、更に４組のマイクロフォン対（Ｍ５, Ｍ１）〜（Ｍ５, Ｍ４）を構成した場合、音の入射方向である水平角θと仰角φとは以下の式（１）及び式（２）で表わせる。
【数１】
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ここで、上記時間遅れＤijは、マイクロフォンＭiに到達する音圧信号と、このマイクロフォンＭiに対して対となるマイクロフォンＭjに到達する音圧信号との時間差であり、この対となる２つのマイクロフォンＭi及びＭjに入力される信号のクロススペクトルＰij（ｆ）を求め、更に、対象とする上記周波数ｆの位相角情報Ψ（ｒａｄ）を用いて、以下の式（３）により算出される。
【数２】
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これにより、複数のマイクロフォンの出力信号の位相差もしくは到達時間差から音源の方向を推定する場合に比較して、簡単な構成で、かつ、屋外においても、音源の方向を精度よく推定することができる。
なお、上記式（１），（２）は、マイクロフォン間の距離を半波長とする周波数以下の平面波で成立する。また、対象となる音源位置が測定点とほぼ同一平面上にあり、仰角φを必要としない場合には、２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及び（Ｍ２，Ｍ４）のみで音源の方向である水平角θを推定することができる。
【非特許文献１】朴真南，宇佐川毅，江端正直；直線マイクロホンアレーによる音源方向推定精度に関する検討，pp9-15，信学技法,1996.11
【非特許文献２】三輪基敦，柴山秀男，王輝；低周波音源の到来方向の推定，pp625-626，日本音響学会講演論文集,2000.9
【非特許文献３】池田和史，大西慶三，西村正治；低周波音の高指向性計測手法の開発−第１報，pp481-482，日本音響学会講演論文集,1999.9
【非特許文献４】池田和史，大西慶三，西村正治；低周波音の高指向性計測手法の開発−第２報，pp471-472，日本音響学会講演論文集,200.3
【非特許文献５】上明戸昇，野上英和，山下恭弘，財満健史，大脇雅直，杉山武，和田浩之；音情報と画像を組込んだ音源探査システムの開発，日本建築学会計画系論文集，第553号，pp17-22,2002.3
【非特許文献６】大脇雅直，財満健史，和田浩之，山下恭弘；画像に音情報を組込んだ音源探査システムの開発，電力土木、No.308，pp100-104,2003.11
【特許文献１】特開２００３−１１１１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記マイクロフォンの出力の共分散行列の固有値から音源の方向を推定する方法は、反射音や回折音がある場合や屋外などでの測定など、測定条件が厳しい場合には、精度が十分でないだけでなく、音圧レベルの大小を求めることができないといった問題点があった。
また、リングアレーを用いた方法は有効ではあるが、上記125Hz及び500Hzでの音源方向の推定は無響室における実験結果であり、実際のフィールドで使用するには、まだ多くの実証実験が必要である。
一方、複数のマイクロフォン対の時間遅れＤijをそれぞれ算出して、音源の方向を推定する方法では、通常の騒音である、１００Ｈｚ〜４４００Ｈｚを対象としており、その物理的な測定可能範囲は２０Ｈｚ〜４８５０Ｈｚと、低周波音も含んではいるものの、低周波音を測定対象にした場合には、波長が長いため、現行のマイクロフォン間隔（音響中心から１７．５ｍｍ）では誤差が大きくなってしまうだけでなく、各マイクロフォンの位相ずれの影響を受けやすいため、音源方向の推定精度が必ずしも十分ではなかった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、低周波音を測定対象にした場合でも騒音源を確実に特定することのできる音源探査システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の請求項１に記載の発明は、音源探査システムに用いられるマイクロフォン出力を補正する方法であって、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対と上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとから成るマイクロフォン群と、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差、及び、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の位置を推定する音源位置推定手段とを備えた音源探査装置において、上記対を成す各マイクロフォン間の低周波側の位相ずれを、低周波発生装置から発生する低周波音の到達時間差に基づいて補正するようにしたことを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音源探査用マイクロフォン出力の補正方法において、上記各マイクロフォンの音圧レベルを低周波発生装置から発生する低周波音の音圧レベルに基づいて補正するようにしたことを特徴とするものである。
なお、上記低周波発生装置から発生する低周波音の音圧レベルとしては、低周波騒音計で実際に測定した上記低周波音の音圧レベルであってもよいし、下記の請求項３に記載の低周波発生装置などの低周波発生装置の振動板の寸法、振動速度、振幅等から計算によって求めた音圧レベルであってもよい。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の音源探査用マイクロフォン出力の補正方法に使用される低周波発生装置であって、円盤状の振動板と、上記振動板を所定のストローク幅で上記振動板の厚さ方向に一定の周期で駆動するための駆動部とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対と上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとから成るマイクロフォン群と、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差、及び、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の位置を推定する音源位置推定手段と、上記推定された音源位置近傍の映像を採取する映像採取手段と、上記推定された音源位置と上記採取された映像上とを合成する画像合成手段とを備えた音源探査システムにおいて、予め計測した低周波発生装置から発生する低周波音の到達時間差に基づいて上記対を成す各マイクロフォン間の低周波側の位相ずれのデータを記憶するデータ記憶手段と、上記位相ずれのデータに基づいて上記対を成すマイクロフォン間の低周波側の位相ずれを補正する音圧信号補正手段とを設けたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の音源探査システムにおいて、上記２組のマイクロフォン対の各マイクロフォンを、互いに直交する２つの直線上に正方形を構成するようにそれぞれ配置するとともに、上記２つの直線に直交し上記正方形の中心を通る直線上に第５のマイクロフォンを配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の音源探査システムに用いられるマイクロフォンフレームであって、正方形の各頂点に配置され、上記互いに直交する２つの直線上に配置された４個のマイクロフォンをそれぞれ支持するマイクロフォン支持部と、隣接するマイクロフォン支持部をそれぞれ連結する円弧状の連結部材と、上記各マイクロフォン支持部と上記第５のマイクロフォンを支持するマイクロフォン支持部とを連結する直線状の連結部材とを備えたものである。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のマイクロフォンフレームにおいて、上記正方形を水平面内に配置するとともに、各マイクロフォンの検出面を上記水平面と平行になるようにしたものである。
請求項８に記載の発明は、請求項６または請求項７に記載のマイクロフォンフレームにおいて、上記４個のマイクロフォンを上記マイクロフォンの検出面とは反対側からそれぞれ支持する４個の支持アームを有する支持フレームを設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、互いに交わる２つの直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対と、上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンとから成るマイクロフォン群と、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差、及び、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の位置を推定する音源位置推定手段とを備えた音源探査装置において、上記対を成す各マイクロフォン間の低周波側の位相ずれを、低周波発生装置から発生する低周波音の到達時間差に基づいて補正するようにしたので、低周波音を測定対象にした場合でも騒音源を確実に特定することができる。
このとき、上記各マイクロフォンの音圧レベルを、低周波発生装置から発生する低周波音の音圧レベルに基づいて補正するようにすれば、音源の位置を更に精度よく特定することができる。
また、上記２組のマイクロフォン対の各マイクロフォンを、互いに直交する２つの直線上に正方形を構成するようにそれぞれ配置するとともに、上記２つの直線に直交し上記正方形の中心を通る直線上に第５のマイクロフォンを配置する構成とすれば、音源の方向あるいは位置を容易にかつ確実に特定することができる。
このとき、上記各マイクロフォンを、正方形の各頂点に配置され、上記互いに直交する２つの直線上に配置された４個のマイクロフォンをそれぞれ支持するマイクロフォン支持部と、隣接するマイクロフォン支持部をそれぞれ連結する円弧状の連結部材と、上記各マイクロフォン支持部と上記第５のマイクロフォンを支持するマイクロフォン支持部とを連結する直線状の連結部材とを備えたマイクロフォンフレームに搭載すれば、到達音の反射を大幅に低減することができるので、測定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は本発明の最良の形態に係わる音源探査システムの概要を示す図で、Ｍ１〜Ｍ５は図示しない騒音源からの雑音の音圧レベルを測定するための測定用のマイクロフォン、１１は音源位置近傍の映像を採取するためのＣＣＤカメラ（以下、カメラという）、１２はローパスフィルタを備えていて、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５で採取された音響情報から所定の周波数以下の成分を取り出し増幅する増幅器、１３は上記増幅された音響情報（アナログ信号）をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１４は上記カメラ１１の映像情報（アナログ信号）をデジタル信号に変換するビデオ入出力ユニットである。また、２０は上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を所定の位置に配列するためのマイクロフォンフレーム、３０は三脚から成る支持部材３１と、この支持部材３１の上部に配設された回転台３２とから成る測定用基台で、この回転台３２により、上記マイクロフォンフレーム２０を回転させて、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を水平面内で回転させることができる。
また、４０は入力手段であるキーボード４１とマイクロフォン数やサンプリング周波数などの測定パラメータを記憶するとともに、音源位置推定の演算等を行う記憶・演算部４２と画像表示手段であるディスプレイ４３とを備えた音源位置推定装置で、上記記憶・演算部４２は、上記測定パラメータを記憶するパラメータファイル４２ｍと予め求めておいた上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５間の位相差のずれを補正するための位相補正ファイル４２ｎとを備えたデータ記憶手段４２ａと、上記Ａ／Ｄ変換されたマイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧信号レベルを校正するとともに、上記位相補正ファイル４２ｎに基づいて、対を成すマイクロフォン（Ｍｉ，Ｍｊ）間の位相ずれの補正を行う音圧信号補正手段４２ｂと、上記補正された各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５からの音響情報を用いて騒音源の方向を推定する音源位置推定手段４２ｃと、上記カメラ１１からの映像に上記推定された音源位置を示す画像を付加した画像を生成して上記ディスプレイ４３に送る画像合成手段４２ｄとを備えている。これにより、上記Ａ／Ｄ変換器１３でＡ／Ｄ変換された各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力である音響情報の音圧信号レベルと各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５間の位相差のずれとを補正して、騒音源の方向を推定するとともに、上記カメラ１１からの映像に、上記推定された音源位置を示す画像を付加した画像を生成して上記ディスプレイ４３に表示することができる。
以下、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５とマイクロフォンフレーム２０と、カメラ１１を搭載した測定用基台３０を総称して測定ユニット１０と呼ぶ。
【００１１】
ここで、上記マイクロフォンフレーム２０の構成について説明する。
マイクロフォンフレーム２０は、図２〜図４に示すように、各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を配列するための配列用フレーム２１と、この配列用フレーム２１を支持する支持用フレーム２２とから成り、この配列用フレーム２１の設置部２１ａ〜２１ｅに各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５がそれぞれ配置・固定される。
上記配列用フレーム２１は、詳細には、対角線の長さがＬの正方形の各頂点に配置された、それぞれにマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を挿入して固定するための設置部２１ａ〜２１ｄが設けられたマイクロフォン支持部２１Ａ〜２１Ｄと、隣接するマイクロフォン支持部２１Ａ，２１Ｂ、マイクロフォン支持部２１Ｂ，２１Ｃ、マイクロフォン支持部２１Ｃ，２１Ｄ、及び、マイクロフォン支持部２１Ｄ，２１Ａをそれぞれ連結する、上記正方形の外側に中心を持つ円弧状の連結部材２１Ｐ〜２１Ｓと、上記正方形の中心からＺ軸方向に（Ｌ／２）上方の位置に配設される設置部２１ｅが設けられたマイクロフォン支持部２１Ｅとを連結する、直線状の連結部材２１ｐ〜２１ｓとを備えたもので、上記設置部２１ａ〜２１ｅは、上記設置部２１ａ〜２１ｄを結ぶ正方形を底面とし、上記設置部２１ｅを頂点とする四角錐を構成する。
また、支持用フレーム２２は、十字状の部材から成る基部２２Ａと、この基部２２Ａの十字の先端部と上記マイクロフォン支持部２１Ａ〜２１Ｄの裏面側とを連結する、上記基部２２Ａの外側に中心を持つ円弧状の連結部材２２ｐ〜２２ｓとを備えている。
これにより、上記マイクロフォンフレーム２０には、図１２と同様に、対を成すマイクロフォンＭ１，Ｍ３の検出部がＸ軸上の点（Ｌ／２，０，０）及び（−Ｌ／２，０，０）に、対を成すマイクロフォンＭ２，Ｍ４の検出部が、上記Ｘ軸と直交するＹ軸上の点（０，Ｌ／２，０）及び（０，−Ｌ／２，０）に位置するように配置され、上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ４とそれぞれ対を成す第５のマイクロフォンＭ５が、上記Ｘ軸及びＹ軸と直交するＺ軸上の点（０，０，Ｌ／２）に配置されることになる。
なお、本例では、低周波音を感度よく測定することができるように、上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５をその検出面が水平になるように設置するとともに、上記間隔Ｌを３００ｍｍに設定してある。
【００１２】
本例のマイクロフォンフレーム２０は、対となるマイクロフォン（Ｍ１，Ｍ３）、及び、マイクロフォン（Ｍ２，Ｍ４）間を直接連結せず、かつ、第５のマイクロフォンＭ５は各マイクロフォンＭ１〜Ｍ４と対称的に連結するようにしている。これにより、音源から入射する音の反射面をなくすことができるので、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、例えば、一枚の円盤状に配置するなど、反射面を構成する部材を有するマイクロフォンフレームに搭載した場合に比較して、マイクロフォンに入力する不要な雑音を大幅に減少させることができる。
また、本例の音源探査システムでは、１回の測定で音源位置を求めることができるが、上記測定ユニット１０の位置を複数箇所移動させたり、同一測定箇所で回転台３２を回転させた複数角度での測定を行うことにより、音源方向の測定精度を更に向上させるようにしている。
【００１３】
次に、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の位相ずれの補正方法について説明する。
一般に、可聴帯域を対象としたマイクロフォンは、音圧に対する校正・チェックは行なわれているが、位相に関する校正・チェックは行なわれていない。
そこで、図５（ａ）に示すように、音源ＳＰの前方にマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ２）を設置し、上記マイクロフォンＭ１，Ｍ２間の位相差を測定した。その結果を図５（ｂ）のグラフに示す。なお、横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は位相差を時間差に変換した位相補正量（ｓｅｃ）を表わす。また、音源とマイクロフォンＭ１，Ｍ２間の距離は１００ｍｍであり、上記音源ＳＰとしては、市販の音響用スピーカＡ，Ｂ、及び低周波発生装置である低周波用スピーカの３種類のスピーカを用いた。図５（ｂ）に示すように、５０Ｈｚ以上の周波数帯域では、どのスピーカであっても２つのマイクロフォンＭ１，Ｍ２間の位相差は少ないが、周波数が５０Ｈｚ未満では、低周波スピーカ以外のスピーカでは周波数による位相補正量の変動が大きいことがわかる。一方、音源として低周波発生装置である低周波用スピーカを用いた場合には、位相補正量は周波数が低くなるにつれて滑らかに増加して行くので、この性質を利用すれば２つのマイクロフォンＭ１，Ｍ２間の位相ずれを確実に補正することができる。
他のマイクロフォンについても同様の測定を行って、マイクロフォン対（Ｍｉ，Ｍｊ）を構成する各マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれのデータを取得して、これらのデータをデータ記憶装置４２ａの位相補正ファイル４２ｎに記憶する。なお、上記マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれのデータとしては、例えば、マイクロフォンＭ５の位相に対する他のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４の位相ずれのデータがあれば十分であり、マイクロフォンＭ１，Ｍ３間の位相ずれの大きさ及びマイクロフォンＭ２，Ｍ４間の位相ずれの大きさについては、上記マイクロフォンＭ５に対するデータから算出可能である。
また、マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれの補正は、後述するように、マイクロフォンＭｉ，Ｍｊの出力を増幅した後Ａ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換されたマイクロフォンＭｉ，Ｍｊのデータを信号処理して補正する。具体的には、マイクロフォンＭｊのＡ／Ｄ変換されたデータを、上記位相補正ファイル４２ｎに記憶されている上記マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれのデータである上記位相補正量（ｓｅｃ）の分だけ時間軸に対してずらしたデータを作成してこれを新たなマイクロフォンＭｊのデータとすることにより、上記マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれを補正する。
【００１４】
また、可聴帯域を対象としたマイクロフォンで保証されている音圧は通常２０Ｈｚまでであるので、２０Ｈｚ以下の周波数については、別途構成する必要がある。しかしながら、上記低周波スピーカは低周波発生装置ではあるものの、音響用として作製されているため、正確な音圧レベルの測定には難点がある。
そこで、図６（ａ）に示すような、音響情報調整用低周波発生装置５０を新たに作製して、使用するマイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルの校正を行った。この音響情報調整用低周波発生装置５０は、半径が４５０ｍｍの振動板５１と、モータ５２により上記振動板５１を２０ｍｍのストローク幅で振動板５１の厚さ方向に一定の周期で駆動するための駆動部５３とから構成されている。この音響情報調整用低周波発生装置５０はスピーカなどに比べて振動板の大きさや振動速度が明確である。したがって、同図に示すように、音響情報調整用低周波発生装置５０の前方の所定の距離（例えば、１００ｍｍ前方）に低周波騒音計６０をセットし、上記音響情報調整用低周波発生装置５０の発生する、例えば、８Ｈｚ，１０Ｈｚ，１２．５Ｈｚなどの複数周波数の低周波音の音圧レベルを測定してデータレコーダ６１に記憶するとともに、上記低周波騒音計６０の代わりに上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を順次セットして、センサアンプ６２で増幅されＬＰＦ６３で不要な高周波成分を除去した上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力を上記データレコーダ６１に記憶し、これら記憶された低周波騒音計６０の音圧データと上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧データとを周波数分析器等の周波数解析装置６４を用いて解析して上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧データを校正するようにすれば、図６（ｂ）に示すように、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルを低周波騒音計６０の音圧データとほぼ同等になるように校正することができる。
このように、低周波発生装置である低周波スピーカを用いて位相補正を行い、上記音響情報調整用低周波発生装置５０を用いて低周波領域における音圧レベルの校正を行えば、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の低周波領域における周波数特性を正確に校正することができる。
【００１５】
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力から音源方向を推定する方法について説明する。
実際の測定においては、音源の位置がマイクロフォンの位置から十分（例えば、１０倍以上）離れているので、各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５に到達する音を平面波とみなすことが可能である。そこで、本例では、音源位置を求める際に、音源の位置がマイクロフォンＭ１〜Ｍ５の位置から十分離れており、音は平面波として各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５に入射すると仮定して音源位置を推定する。
平面波近似においては、マイクロフォンＭｉとマイクロフォンＭｊ間の時間遅れＤijと音源の位置の水平角θ及び仰角φとは、上述した式（１），（２）で表わせるので、各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力信号を周波数分析して、対象となる周波数ｆにおける各マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の時間遅れＤijを算出することにより、上記水平角θ及び仰角φを求めることができる。以下、上記式（１），（２）を再掲する。
【数１】
2006324895.tif 000005
また、上記時間遅れＤijは、２つのマイクロフォン対（Ｍｉ，Ｍｊ）に入力される信号のクロススペクトルＰij（ｆ）を求め、更に、対象とする上記周波数ｆの位相角情報Ψ（ｒａｄ）を用いて、以下の式（３）を用いて算出される。
【数２】
2006324895.tif 000006
なお、上記音源の位置は、各周波数毎に算出することができる。
これにより、上記推定された音源位置近傍の映像をカメラ１１により採取すれば、音源位置推定装置４０のディスプレイ４３上に表示された音源位置近傍の映像に上記推定された音源位置を表示することができる。
【００１６】
次に、上記音源探査システムを用いた音源方向の推定方法について、図７のフローチャートに基づき説明する。
はじめに、測定ユニット１０を、雑音源からの雑音が採取できる箇所に設置した後、入力信号のレンジやカメラのレンズなどのシステム調整を行う（ステップＳ１０）。なお、このとき、回転台３２を所定のスタート位置（仮の、Ｘ軸またはＹ軸）に合わせておく。
次に、マイクロホン数やサンプリング周波数などのパラメータを、キーボード４１を用いて入力し、このデータを音源位置推定装置４０の記憶・演算部４２に設けられたデータ記憶手段４２ａのパラメータファイル４２ｍに記憶する（ステップＳ１１）。上記入力するパラメータとしては、測定箇所数、マイクロホン数やサンプリング周波数の他に、マイクロフォンの配列に関する情報、図示しないフィルタの通過周波数範囲、最大平均回数などがある。
次に、上記測定位置における測定回数とフレーム回転角とをキーボード４１から入力する（ステップＳ１２）。なお、音圧レベル（音響情報）と映像情報とは、１回測定する毎に回転台３２を回転させて採取してもよいし、同一角度で複数回測定した後に回転台３２を回転させて採取するようにしてもよい。
本最良の形態では、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５とカメラ１１とにより、フレーム回転角が０°（初期位置），９０°，１８０°，２７０°である各位置において音響情報と映像情報とを１回ずつ採取し、上記採取された音響情報と映像情報とを音源位置推定装置４０に取り込む（ステップＳ１３）ようにしている。すなわち、本例では、上記計４回の測定で当該測定箇所での測定を完了するように測定条件を設定した。このとき、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力である音圧信号は、増幅器１２で増幅されＡ／Ｄ変換器１３でデジタル信号に変換される。また、カメラ１１からの映像信号はビデオ入出力ユニット１４でデジタル信号に変換された後、音源位置推定装置４０に取り込まれる。
【００１７】
音源位置推定装置４０では、まず、上記マイクロフォンＭ１〜Ｍ５からの音圧信号に対して、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルの校正と各マイクロフォン（Ｍi，Ｍj）間の位相ずれの補正とを行う（ステップＳ１４）。具体的には、キャリブレーション用信号に対する音圧レベルと、上記音響情報調整用低周波発生装置５０を用いて確認したマイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルの校正量とに基づいて、上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力をＡ／Ｄ変換した信号の大きさである音圧レベルを校正する。また、位相ずれの補正は、例えば、マイクロフォンＭ５の位相に対する他のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４の位相ずれを上記位相補正ファイル４２ｎに記憶された各マイクロフォンＭ５，Ｍｊ（ｊ＝１〜４）間の位相ずれのデータに基づいて補正することにより、他の対を成すマイクロフォンＭ１，Ｍ３間の位相ずれとマイクロフォンＭ２，Ｍ４間の位相ずれについても補正することができる。具体的には、上述したように、マイクロフォンＭｊのＡ／Ｄ変換されたデータを、上記位相補正ファイル４２ｎに記憶されている上記マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれのデータである上記位相補正量（ｓｅｃ）の分だけ時間軸に対してずらしたデータを演算してこれを新たなマイクロフォンＭｊのデータとすることにより、上記マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相ずれを補正することができる。その後、この音圧レベルの校正と位相ずれの補正とを行った音響情報を用いて、音源の方向を計算する（ステップＳ１５）。
次に、全てのフレーム回転角での測定が終了したかどうかを判定し（ステップＳ１６）、終了していない場合には、回転台３２を９０°回転させた後、ステップＳ１３に戻り、次のフレーム回転角での音響情報と映像情報とを採取する。また、全てのフレーム回転角での測定が終了した場合には、回転台３２を初期位置に戻すとともに、当該測定箇所で求められた音源位置の平均化処理を行う（ステップＳ１７）。
その後、全ての測定点での測定が終了したかどうかを判定し（ステップＳ１８）、終了していない場合には、測定ユニット１０を次の測定箇所に移動させて、上記ステップＳ１２〜Ｓ１７の操作を行う。
また、全ての測定箇所での測定が終了した場合には、上記各測定点での音源位置のデータから音源位置を推定し（ステップＳ１９）た後、上記推定された音源位置を、上記音源位置が最もよく映っている映像画像を選び出して、上記画像中に音源位置推定エリアを表示する（ステップＳ２０）。
【００１８】
このように、本最良の形態によれば、５個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５をマイクロフォンフレーム２０の四角錐の各頂点に位置するように配列し、上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力信号の到達時間差から音源の方向を推定する際に、低周波発生装置を用いて測定した上記各対を成すマイクロフォン（Ｍｉ，Ｍｊ）間の位相ずれのデータを、予めデータ記憶手段４２ａの位相補正ファイル４２ｎに記憶しておき、各マイクロフォン間の位相ずれの補正を行った後、マイクロフォン対を構成する各マイクロフォンＭｉ，Ｍｊ間の位相差（時間遅れＤij）をそれぞれ求めて音源の位置を推定するとともに、上記推定された音源位置近傍の映像をカメラ１１により採取し、音源位置推定装置４０のディスプレイ４３上に表示された上記映像上に、上記推定された音源位置を表示するようにしたので、簡単な構成で、屋外においても精度よく工場等の騒音などの騒音源を特定して表示することができる。
また、上記音源位置推定装置４０において、音響情報調整用低周波発生装置５０を用いて確認したマイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルの校正量とに基づいて、上記各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルを校正するようにすれば、音源位置の推定精度を更に向上させることができる。
【００１９】
なお、上記最良の形態では、低周波発生装置として、低周波アンプを用いて２つのマイクロフォン（Ｍｉ，Ｍｊ）間の位相ずれの補正を行ったが、上記音響情報調整用低周波発生装置５０は低周波スピーカでもあるので、この音響情報調整用低周波発生装置５０により２つのマイクロフォン（Ｍｉ，Ｍｊ）間の位相ずれの補正と各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の音圧レベルの校正とを同時に行ってもよい。
また、上記例では、マイクロフォンフレーム２０の配列用フレーム２１において、マイクロフォン支持部２１Ａ〜２１Ｄの隣接する支持部２１Ａ，２１Ｂ、支持部２１Ｂ，２１Ｃ、支持部２１Ｃ，２１Ｄ、支持部２１Ｄ，２１Ａを、それぞれ、上記正方形の外側に中心を持つ円弧状の連結部材２１Ｐ〜２１Ｓで連結したが、上記正方形の内側側に中心を持つ円弧状であってもよい。要するに、マイクロフォンフレーム２０の形状としては、音源から入射する音の反射面が形成されないようにすればよく、支持用フレーム２２の連結部材２２ｐ〜２２ｓの形状についても同様である。
また、各マイクロフォンＭ１〜Ｍ５とマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を結ぶ正方形との中心との間隔Ｌ／２や、マイクロフォン対（Ｍｉ，Ｍｊ）におけるマイクロフォンＭｉとマイクロフォンＭｊとの距離についても、上記例に限定されるものではなく、音源の周波数等により適宜設定されるものである。
【実施例】
【００２０】
本発明の音源探査システムを用いて、屋外において低周波音源位置の推定を行った。
第１の実施例は、低周波対策ボックス内に低周波スピーカを設置し、上記ボックスの扉を開いた状態で、上記スピーカから１０Ｈｚ，１２．５Ｈｚ，１６Ｈｚ，２０Ｈｚの各周波数の正弦波を発生させ、上記低周波対策ボックスからの騒音を、低周波対策ボックスの斜め前方６．５ｍ離れた位置で、音源位置（低周波スピーカの位置）を推定した。その結果を図８に示す。同図の低周波対策ボックスが表示された画面の縦軸は仰角φ、横軸は水平角θ、網目の円が、各周波数による音源の推定位置を示す。また、画面下の棒グラフは、水平角θと音圧レベルの関係を示したものである。一方、図９は、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の位相ずれ補正を行わなかった場合の音源の推定位置で、図８と図９とを比較すれば明らかなように、本発明の位相ずれ補正を取り入れた音源探査システムでは、音圧レベルのバラツキも小さく、かつ、推定された音源位置が低周波対策ボックスの扉近傍に集中していることから、音源位置の推定精度が著しく向上していることが分かる。
第２の実施例は、扉が開かれた風洞実験棟から構内道路を挟んで１０ｍ前方にて音源位置を推定したもので、その結果を図１０に示す。また、図１１は、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の位相補正を行わなかった場合の音源の推定位置である。図１０と図１１とを比較すれば明らかなように、この場合にも、本発明の音源探査システムでは、音源位置の推定精度が著しく向上していることが分かる。
なお、その他にショッピングセンターから近接する住宅に到来する騒音の音源（ショッピングセンターの屋外空調機など）や、木製品加工工場の周囲の道路到来する騒音の音源（集塵機など）などを推定したが、いずれの場合にも、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の位相補正を行うことにより、音源の推定位置精度が格段に向上していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、低周波音を発生する音源であっても、その方向あるいは位置を容易に推定することができるとともに、上記推定された音源位置を上記映像上に表示することができるので、簡単な構成で、屋外などでの騒音源の推定を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の最良の形態に係わる音源探査システムの概要を示す図である。
【図２】本最良の形態に係わるマイクロフォンフレームの一構成例を示す正面図である。
【図３】本最良の形態に係わるマイクロフォンフレームの一構成例を示す平面図である。
【図４】本最良の形態に係わるマイクロフォンフレームの一構成例を示す底面図である。
【図５】音源スピーカの違いによる、２つのマイクロフォンＭ１，Ｍ２間の位相差を測定した結果を示す図である。
【図６】低周波発生装置による音圧レベルの校正方法を示す図である。
【図７】本最良の形態に係わる音源探査方法のフローチャートである。
【図８】本発明による低周波対策ボックスを音響源とした場合の音源位置の推定結果を示す図である。
【図９】位相ずれ補正を行わなかった場合の推定結果を示す図である。
【図１０】本発明による風洞実験棟を音響源とした場合の音源位置の推定結果を示す図である。
【図１１】位相ずれ補正を行わなかった場合の推定結果を示す図である。
【図１２】マイクロフォン対を用いた音源探査方法におけるマイクロフォンの配列を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  測定ユニット、１１  カメラ、１２  増幅器、１３  Ａ／Ｄ変換器、
１４  ビデオ入出力ユニット、２０  マイクロフォンフレーム、３０  基台、
３１  支持部材、３２  回転台、４０  音源位置推定装置、４１  キーボード、
４２  記憶・演算部、４２ａ  データ記憶手段、４２ｂ  音圧信号補正手段、
４２ｃ  音源位置推定手段、４２ｄ  画像合成手段、４２ｍ  パラメータファイル、
４２ｎ  位相補正ファイル、４３  ディスプレイ、
５０  音響情報調整用低周波発生装置、５１  振動板、５２  モータ、５３  駆動部、
６０  低周波騒音計、６１  データレコーダ、６２  センサアンプ、６３  ＬＰＦ、
６４  周波数解析装置、Ｍ１〜Ｍ５  マイクロフォン。
【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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【図１２】
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