(57)【要約】【課題】音源の到来方向を効率的に探査することができる。【解決手段】ＭＵＳＩＣ法を用いて音源の位置を探査する音源探査装置１であって、複数のマイクロホンＭからなるマイクロホンアレイ３と、複数のマイクロホンＭから音源信号を受け付け、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより音源の到来方向を推定する信号処理部１０と、を備え、マイクロホンＭは、半径の異なる複数の同心円上に各々配置されており、前記同心円は、中心軸の方向に中心点をずらしている。【選択図】図１
2018151306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＵＳＩＣ法を用いて音源の位置を探査する音源探査装置であって、
複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイと、
前記複数のマイクロホンから音源信号を受け付け、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより音源の到来方向を推定する信号処理部と、を備え、
前記マイクロホンは、半径の異なる複数の同心円上に各々配置されており、
前記同心円は、中心軸の方向に中心点をずらしている、
ことを特徴とする音源探査装置。
【請求項２】
前記同心円は、二つ以上からなり、
各々の前記同心円には、三個以上かつ同数の前記マイクロホンが配置されている、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】
前記同心円は、三つ以上からなり、
各々の前記同心円には、二個以上かつ同数の前記マイクロホンが配置されており、
前記マイクロホンは、各同心円ごとに前記中心軸を中心に所定角度だけ回転した位置に配置されている、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４】
前記同心円は、四つ以上からなり、
前記マイクロホンは、各同心円ごとに前記中心軸を中心に所定角度だけ回転した位置に配置されている、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５】
前記マイクロホンは、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルにおける節に配置されている、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６】
前記マイクロホンは、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルにおける節の中から特定の位置を選択して配置されることにより、半球螺旋状またはＹ字状を呈する、ことを特徴とする請求項５に記載の音源探査装置。
【請求項７】
複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイであって、
前記マイクロホンは、半径の異なる複数の同心円上に各々配置されており、
前記同心円は、中心軸の方向に中心点をずらしている、
ことを特徴とするマイクロホンアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音源探査装置および音源探査に用いるマイクロホンアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法を用いて、音源の到来方向を推定することが一般的に行われている。ＭＵＳＩＣ法は、周波数推定や波源推定に用いられるアルゴリズムであり、一般的に広く知られている。
【０００３】
例えば、ＭＵＳＩＣ法の技術を用いて、人間との会話によるコミュニケーションを行うことを目的としたロボットが開発されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された発明は、マイクロホンアレイを構成する各マイクロホン間の位置関係と、マイクロホンアレイから出力される複数チャンネルの音源信号とに基づいて、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより音源の方位を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２０７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された発明では、マイクロホンの配置に関する考察がなされていなかった。その為、各マイクロホン間の位置関係により、音源の探査を行い難い方向が発生してしまったり、４π空間のあらゆる方向から到来する音源を探査できたとしても、必要以上に多くのマイクロホンを要するなどの問題があった。
【０００６】
このような観点から、本発明は、音源の到来方向を効率的に探査することができる音源探査装置および音源探査に用いるマイクロホンアレイを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明に係る音源探査装置は、ＭＵＳＩＣ法を用いて音源の位置を探査する音源探査装置である。音源探査装置は、複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイと、前記複数のマイクロホンから音源信号を受け付け、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより音源の到来方向を推定する信号処理部と、を備える。前記マイクロホンは、半径の異なる複数の同心円上に各々配置されており、前記同心円は、中心軸の方向に中心点をずらしている。
【０００８】
本発明においては、マイクロホンを３次元的に配置することが容易であり、全てのマイクロホンが同一平面上に位置する可能性を低くすることができる。つまり、マイクロホンの数を増加することにより、音源の到来方向を推定しづらい領域を無くすことが可能である。その為、音源の到来方向を推定できないという問題が生じ難く、４π空間のあらゆる方向に存在する音源を必要最小限のマイクロホンを用いて効率的に探査することができる。
【０００９】
本発明における前記同心円は、例えば、二つ以上からなり、各々の前記同心円には、三個以上かつ同数の前記マイクロホンが配置されるのがよい。
また、例えば、前記同心円は、三つ以上からなり、各々の前記同心円には、二個以上かつ同数の前記マイクロホンが配置されており、前記マイクロホンは、各同心円ごとに前記中心軸を中心に所定角度だけ回転した位置に配置されているのがよい。
また、例えば、前記同心円は、四つ以上からなり、前記マイクロホンは、各同心円ごとに前記中心軸を中心に所定角度だけ回転した位置に配置されているのがよい。
このようにすると、全てのマイクロホンが同一平面上に位置することがなく、マイクロホンが３次元的に配置される。その為、音源の到来方向を推定できないという問題が生じる可能性は極めて低い。
【００１０】
また、例えば、前記マイクロホンは、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルにおける節に配置されているのがよい。これによって、マイクロホンを配置する位置を簡単に決定することができる。
【００１１】
また、例えば、前記マイクロホンは、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルにおける節の中から特定の位置を選択して配置されることにより、半球螺旋状を呈するのが望ましく、Ｙ字状であってもよい。
このようにすると、全てのマイクロホンが同一平面上に位置することがなく、マイクロホンが３次元的に配置される。その為、音源の到来方向を推定できないという問題が生じる可能性は極めて低い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、音源の到来方向を効率的に探査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る音源探査装置の概略構成図である。
【図２】３次元座標系を説明するための図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るマイクロホンアレイの構成を説明するための図である。
【図４】マイクロホンの配置の基準となる基準円を説明するための図であり、（ａ）は基準円が円錐に基づく場合を示し、（ｂ）基準円が半球に基づく場合を示す。
【図５】マイクロホンの第１配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図６】マイクロホンの第２配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図７】マイクロホンの第３配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図８】マイクロホンの第４配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図９】本発明の第１実施形態に係る音源探査装置の効果を説明するための図であり、（ａ）は本実施形態に係るマイクロホンの配置を示し、（ｂ）は比較例としての従来のマイクロホンの配置を示す。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る音源探査装置の効果を説明するための図であり、（ａ）は本実施形態に係るマイクロホンのＣＲＬＢ値を示し、（ｂ）は比較例としての従来のマイクロホンのＣＲＬＢ値を示す。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るマイクロホンアレイの基になるＣ８０フラーレン分子構造の概略斜視図である。
【図１２】Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルであり、（ａ）は平面図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は側面図を示す。
【図１３】マイクロホンの第５配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図１４】マイクロホンの第６配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図１５】マイクロホンの第７配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図１６】マイクロホンの第８配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図１７】マイクロホンの第９配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図１８】推定実験でスピーカから放射した信号の周波数特性を説明するための図である。
【図１９】推定実験でスピーカから放出した信号の時間波形を説明するための図である。
【図２０】マイクロホンの第５配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図２１】マイクロホンの第６配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図２２】マイクロホンの第７配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図２３】マイクロホンの第８配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図２４】マイクロホンの第９配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図２５】マイクロホンの第１０配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図２６】マイクロホンの第１１配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図２７】マイクロホンの第１２配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図２８】マイクロホンの第１３配置パターンを説明するための図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は正面図を示し、（ｃ）は平面図を示す。
【図２９】マイクロホンの第１０配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図３０】マイクロホンの第１１配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図３１】マイクロホンの第１２配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【図３２】マイクロホンの第１３配置パターンの推定結果を説明するための図であり、（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を省略する。
【００１５】
［第１実施形態］
（第１実施形態に係る音源探査装置の構成）
図１を参照して、第１実施形態に係る音源探査装置１の構成について説明する。音源探査装置１は、音源の到来方向を探査する装置であり、例えば、室内（４π空間）で異音が発生した場合に、異音の発生方向を推定するものである。
音源探査装置１は、主に、マイクロホンアレイ３と、Ａ／Ｄ変換器４と、信号処理部１０とを備えて構成される。信号処理部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラム実行処理や、専用回路等により実現される。
【００１６】
マイクロホンアレイ３は、無指向性のマイクロホンＭを３次元的に複数配置したものである。マイクロホンＭの数や配置方法の詳細は後記する。各々のマイクロホンＭは、観測信号（音源信号を含む）をＡ／Ｄ変換器４に出力する。つまり、マイクロホンアレイ３は、マイクロホンＭの数分だけのアナログ観測信号をＡ／Ｄ変換器４に出力する。
Ａ／Ｄ変換器４は、マイクロホンアレイ３からマイクロホンＭの数分のアナログ観測信号を受け付け、受けたアナログ観測信号に対してアナログ／デジタル変換を行う。そして、Ａ／Ｄ変換器４は、デジタル観測信号を信号処理部１０に出力する。
【００１７】
信号処理部１０は、Ａ／Ｄ変換器４からマイクロホン数分のデジタル観測信号を受け付け、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより音源の到来方向を推定する。そして、信号処理部１０は、音源の到来方向の推定値（水平角φ、仰角θ）を外部に出力する。
信号処理部１０は、ＭＵＳＩＣアルゴリズムにより音源の到来方向を推定することができる一般的な構成であってよい。ここでの信号処理部１０は、フレーム処理部２０と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）２１と、観測空間相関行列算出部２２と、固有値分解部２３と、ＭＵＳＩＣスペクトル算出部２４と、到来方向推定部２５と、モデル空間相関行列記憶部３０と、到来方向記憶部３１とからなる。なお、ここでの信号処理部１０の構成は、あくまで例示である。
【００１８】
フレーム処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器４から出力されるデジタル観測信号をフレーム長でフレーム化する（例えば、１フレームは４ミリ秒）。
ＦＦＴ２１は、ＦＦＴ処理を施し、フレーム化された各々のデジタル観測信号から観測信号ベクトルを算出する。
観測空間相関行列算出部２２は、ＦＦＴ２１から得られた観測信号ベクトルと、過去の相関行列とに基づいて現在の観測空間相関行列を算出する。
固有値分解部２３は、現在の観測空間相関行列を固有値分解し、値の大きな固有値以外の固有値に対応するノイズレベル固有ベクトルを求める。
【００１９】
ＭＵＳＩＣスペクトル算出部２４は、事前にモデル空間相関行列記憶部３０に保存されたモデル空間相関行列と、固有値分解部２３で算出したノイズレベル固有ベクトルとに基づいてＭＵＳＩＣスペクトルを算出する。
到来方向推定部２５は、各周波数領域（ビン）で求められる推定方向を平均し、そのピーク値を最終的な到来方向推定値とする。
モデル空間相関行列記憶部３０には、モデル空間相関行列が記憶される。モデル空間相関行列は、一つのマイクロホンＭを基準とした各マイクロホンＭの出力の位相差により得られる行列である。
到来方向記憶部３１には、推定した到来方向推定値が記憶される。
【００２０】
次に、マイクロホンアレイ３の構成について説明する。本実施形態のマイクロホンアレイ３は、複数個のマイクロホンＭを３次元的に配置したものである。ここでの３次元的とは、全てのマイクロホンＭが同一平面上に位置しないことを意味する。
ここでは、図２に示す３次元座標系を用いてマイクロホンＭの配置を説明する。図２に示す３次元座標系は、４π空間の任意の点（例えば、マイクロホンアレイ３の中心）を原点Ｏとし、鉛直方向をｚ軸とし、水平方向の任意の方向（例えば、緯度方向）をｘ軸とし、ｚ軸とｘ軸とに直交する方向（例えば、経度方向）をｙ軸とするものである。図中の符号「φ」は水平角であり、符号「θ」は仰角である。なお、当該３次元座標系は、説明の便宜上定めるものであり、本発明を限定するものではない。
【００２１】
図３に示すように、３次元座標系には、複数個の基準円が設定されている。基準円は、マイクロホンＭの配置の基準になる仮想的な図形であり、ｚ軸上に中心が位置する円からなる。複数の基準円は、ｚ軸方向に中心をずらした半径が異なる同心円である。基準円の数は、複数であればよく、特に限定されるものではない。ここでは、第一基準円、第二基準円および第三基準円の三つが設定されている。第一基準円は、ｚ軸上の点Ｑ1を中心とする半径Ｒ1の円である。第二基準円は、ｚ軸上の点Ｑ2を中心とする半径Ｒ2の円である。第三基準円は、ｚ軸上の点Ｑ3を中心とする半径Ｒ3の円である。なお、ここでの点Ｑ3の座標は、原点Ｏの座標と同じである。
【００２２】
第一基準円の中心点Ｑ1と第二基準円の中心点Ｑ2との距離ｄｚ12と、第二基準円の中心点Ｑ2と第三基準円の中心点Ｑ3との距離ｄｚ23とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。つまり、各々の基準円のｚ軸方向（中心軸方向）のずれ量ｄｚは、等間隔であってもよいし、異なっていてもよい。なお、基準円のずれ量ｄｚを広くし過ぎると高い周波数の音を発生させる音源の位置を推定するのが難しくなるので、基準円のずれ量ｄｚの最大幅は、音源の波長によって決定されるのがよい。
【００２３】
第一基準円の半径Ｒ1と第二基準円の半径Ｒ2との差（Ｒ1−Ｒ2）と、第二基準円の半径Ｒ2と第三基準円の半径Ｒ3との差（Ｒ2−Ｒ3）とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。各々の基準円の半径Ｒは、任意に設定することができ、好ましくは同じ値でないのがよい。基準円は、例えば、ｘｙ平面上に設定した円錐（図４（ａ）参照）や半球（図４（ｂ）参照）を、底面（ｘｙ平面）と平行な面で切断した切断面の外周であってよい。その場合には、半径Ｒは、切断面の位置によって決定される。
【００２４】
図３に示すように、マイクロホンＭは、各々の基準円の周上に配置される。本実施形態では、基準円とマイクロホンＭとの関係から、基準円に配置されたマイクロホンＭを「マイクロホンＭij」で表すことにする。符号「ｉ」は、基準円を識別する正の整数であり、ここでは、原点Ｏに遠い基準円から昇順の番号（ｉ＝１，２，・・・）を付している。また、符号「ｊ」は、同一基準円上におけるマイクロホンＭを識別する正の整数であり、ここでは、任意のマイクロホンＭから時計回りに昇順の番号（ｊ＝１，２，・・・）を付している。なお、原点Ｏに近い基準円から昇順の番号（ｉ＝１，２，・・・）を付してもよいし、また、任意のマイクロホンＭから反時計回りに昇順の番号（ｊ＝１，２，・・・）を付してもよい。
【００２５】
マイクロホンＭの総数やマイクロホンＭを配置する位置は、マイクロホンＭを３次元的に配置することができればよく、少なくとも二つの基準円に合計で四個のマイクロホンＭを配置するとよい。
また、マイクロホンＭを配置する位置は、音源の到来方向を推定する精度にも関わってくるので、マイクロホンＭは均等に配置されるのが望ましい。つまり、各々の基準円上に配置されるマイクロホンＭの数は、同じであることが好ましい。また、同一基準円上におけるマイクロホンＭは、等間隔で配置されるのが好ましい。
【００２６】
図５ないし図８を参照して、マイクロホンＭの配置パターンを説明する。図５ないし図７は、円錐から作成された同心円上（円錐の表面上）にマイクロホンＭを配置した場合を示し、図８は、半球から作成された同心円上（半球の球面上）にマイクロホンＭを配置した場合を示す。
図５に示す第１配置パターンでは、３次元座標系に第一基準円および第二基準円の二つが設定されており、各々の基準円には三個（合計六個）のマイクロホンＭが配置されている。図５（ｃ）に示すように、マイクロホンＭ11，Ｍ12，Ｍ13は、第一基準円上に等間隔で配置されており、マイクロホンＭ21，Ｍ22，Ｍ23は、第二基準円上に等間隔で配置されている。また、マイクロホンＭ11とマイクロホンＭ21とは対応する位置に配置されており、ｚ軸を中心にしてｘ軸からマイクロホンＭ11までの角度（水平角φ）と、ｘ軸からマイクロホンＭ21までの角度（水平角φ）とは同じである。マイクロホンＭ12とマイクロホンＭ22との関係、およびマイクロホンＭ13とマイクロホンＭ23との関係についても同様である。
【００２７】
図６に示す第２配置パターンでは、３次元座標系に第一基準円、第二基準円および第三基準円の三つが設定されている。第一基準円と第二基準円との距離ｄｚ12と、第二基準円と第三基準円の距離ｄｚ23とは、同じである（距離ｄｚ12＝距離ｄｚ23）。各々の基準円には二個（合計六個）のマイクロホンＭが配置されている。図６（ｃ）に示すように、マイクロホンＭ11，Ｍ12は、第一基準円上に等間隔で配置されており、マイクロホンＭ21，Ｍ22は、第二基準円上に等間隔で配置されており、マイクロホンＭ31，Ｍ32は、第三基準円上に等間隔で配置されている。マイクロホンＭ21は、マイクロホンＭ11をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りに回転した位置に配置され、マイクロホンＭ31は、マイクロホンＭ21をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りにさらに回転した位置に配置される。つまり、マイクロホンＭ21は、ｚ軸（中心軸）およびマイクロホンＭ11を含む基準面に対して水平角φが異なっており、マイクロホンＭ31は、ｚ軸およびマイクロホンＭ21を含む基準面に対して水平角φが異なっている。マイクロホンＭ12とマイクロホンＭ22とマイクロホンＭ32との関係も同様である。各マイクロホンＭ間の回転角度（水平角φのずれ量）は同じであっても、異なっていてもよい。これにより、図６（ｃ）に示すように、対応する一群のマイクロホンＭ11，Ｍ21，Ｍ31およびマイクロホンＭ12，Ｍ22，Ｍ32は、螺旋状に配置される。
【００２８】
図７に示す第３配置パターンでは、３次元座標系に第一基準円、第二基準円、第三基準円および第四基準円の四つが設定されている。第一基準円と第二基準円との距離ｄｚ12と、第二基準円と第三基準円の距離ｄｚ23と、第三基準円と第四基準円の距離ｄｚ34とは、同じである（距離ｄｚ12＝距離ｄｚ23＝距離ｄｚ34）。各々の基準円には一個（合計四個）のマイクロホンＭが配置されている。マイクロホンＭ11は第一基準円上に配置されており、マイクロホンＭ21は第二基準円上に配置されており、マイクロホンＭ31は第三基準円上に配置されており、マイクロホンＭ41は第四基準円上に配置されている。マイクロホンＭ21は、マイクロホンＭ11をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りに回転した位置に配置される。マイクロホンＭ31は、マイクロホンＭ21をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りにさらに回転した位置に配置される。マイクロホンＭ41は、マイクロホンＭ31をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りにさらに回転した位置に配置される。各マイクロホンＭ間の回転角度（水平角φのずれ量）は同じであっても、異なっていてもよい。これにより、図７（ｃ）に示すように、対応する一群のマイクロホンＭ11，Ｍ21，Ｍ31，Ｍ41は、螺旋状に配置される。
【００２９】
図８に示す第４配置パターンでは、３次元座標系に第一基準円、第二基準円、第三基準円および第四基準円の四つが設定されている。図７に示す第３配置パターンの基準円が円錐の切断面から作成されているのに対して、図８に示す第４配置パターンの基準円は、半球の切断面から作成されている点で異なる。第一基準円と第二基準円との距離ｄｚ12と、第二基準円と第三基準円の距離ｄｚ23と、第三基準円と第四基準円の距離ｄｚ34とは、同じである（距離ｄｚ12＝距離ｄｚ23＝距離ｄｚ34）。各々の基準円には一個（合計四個）のマイクロホンＭが配置されている。マイクロホンＭ11は第一基準円上に配置されており、マイクロホンＭ21は第二基準円上に配置されており、マイクロホンＭ31は第三基準円上に配置されており、マイクロホンＭ41は第四基準円上に配置されている。マイクロホンＭ21は、マイクロホンＭ11をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りに回転した位置に配置される。マイクロホンＭ31は、マイクロホンＭ21をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りにさらに回転した位置に配置される。マイクロホンＭ41は、マイクロホンＭ31をｚ軸を中心にして所定角度だけ時計回りにさらに回転した位置に配置される。各マイクロホンＭ間の回転角度は同じであっても、異なっていてもよい。これにより、図８（ｃ）に示すように、対応する一群のマイクロホンＭ11，Ｍ21，Ｍ31，Ｍ41は、螺旋状に配置される。
【００３０】
（第１実施形態に係る音源探査装置の効果）
第１実施形態に係る音源探査装置１の効果について説明する。ここでは、音源の到来方向の推定精度をクラメール・ラオ下限（ＣＲＬＢ）として規定して考察する。クラメール・ラオ下限とは、推定問題における統計的な推定限界であり、例えば、以下の文献において解説されている。
・守屋，市毛ほか、「Improving Elevation Estimation Accuracy in DOA Estimation: How Planner Arrays Can Be Modified into 3-D Configuration」、IEICE TRANS. FUNDAMENTALS、2012年、Vol.E95.A、No.10、p.1667- p.1675
クラメール・ラオ下限を音源到来方向推定に適用することで、クラメール・ラオ下限による計算結果は、任意のマイクロホンアレイに到来する音源方向の推定値の二乗平均誤差と同等の数値と考えられる。つまり、任意のマイクロホンアレイ配置にある方向から任意の周波数の音波が到来する場合、ＭＵＳＩＣ法による推定値と真の到来方向との二乗平均誤差はクラメール・ラオ下限により与えられる。その為、マイクロホン配置、到来音源周波数、到来音源方向などを考察することができる。
【００３１】
（推定精度の評価に用いる式）
最初に、マイクロホンアレイに入力される信号モデルについて説明する。図２に示す座標系において、無相関なＫ個の波が無限遠からＰ個の要素のマイクロホンアレイにホワイトノイズ環境下で到来すると仮定する。ｐ番目の要素の位置ベクトルｒｐ（ｐ＝１，・・・，Ｐ）、アレイステアリングベクトルａｐ（ｐ＝１，・・・，Ｐ）は、以下の式（１）のように表される。
【００３２】
【数１】
2018151306.tif 000003
【００３３】
また、時間波形とｋ番目の波の到来方向とは、ｓｋ（ｔ）と（θｋ，φｋ）とで与えられる。アレイステアリングベクトルａ（θｋ，φｋ）＝［ａ１（θｋ，φｋ），・・・，ａＰ（θｋ，φｋ）］Ｔで、アレイ入力ベクトルｘ（ｔ）は、以下の式（２）のように表される。式（２）のベクトルｎ（ｔ）は、熱雑音ベクトルである。
【００３４】
【数２】
2018151306.tif 000004
【００３５】
続いて、ＣＲＬＢの導出方法について説明する。複素振幅ｓｋ（ｔ）であるｋ番目の到来信号が（θｋ，φｋ）から到来すると仮定する。推定されたθ，φのＣＲＬＢは、以下の式（３）に示す結合で表される。
【００３６】
【数３】
2018151306.tif 000005
【００３７】
１つの音源の場合、仰角θのＣＲＬＢは以下の式（４）のように表される。複数音源のＣＲＬＢＳは、式（４）から算出される。水平角φのＣＲＬＢも同様に導かれる。
【００３８】
【数４】
2018151306.tif 000006
【００３９】
（推定精度の計算条件）
ここでは、本実施形態に係るマイクロホンアレイ３として、図９（ａ）に示すマイクロホンＭの配置（立体螺旋形状）を想定した。また、比較例として、図９（ｂ）に示すマイクロホンＭの配置（平面螺旋形状）を想定した。
【００４０】
図９（ａ）に示すマイクロホンアレイ３は、九つのマイクロホンＭにより構成されており、マイクロホンＭの配置は、第一基準円〜第三基準円に基づいて決められている。第一基準円の半径Ｒ1は「67.5(mm)」であり、ｚ軸方向の距離ｄｚ1は「135.0(mm)」である。第二基準円の半径Ｒ2は「130.5(mm)」であり、ｚ軸方向の距離ｄｚ2は「67.5(mm)」である。第三基準円の半径Ｒ3は「168.0(mm)」であり、ｚ軸方向の距離ｄｚ3は「0.0(mm)」である。
第一基準円〜第三基準円には、それぞれ三つのマイクロホンＭが等間隔に配置されている。また、隣り合う基準円上のマイクロホンＭは、水平角方向に位置をずらして配置されている。つまり、第二基準円上のマイクロホンＭは、第一基準円上のマイクロホンＭに対して時計回りに40°だけ回転した位置に配置されている。さらに、第三基準円上のマイクロホンＭは、第二基準円上のマイクロホンＭに対して時計回りに40°だけ回転した位置に配置されている。
【００４１】
図９（ｂ）に示すマイクロホンアレイ１０３は、九つのマイクロホンＭにより構成されており、マイクロホンＭの配置は、第一基準円〜第三基準円に基づいて決められている。第一基準円の半径Ｒ1は「67.5(mm)」であり、第二基準円の半径Ｒ2は「130.5(mm)」であり、第三基準円の半径Ｒ3は「168.0(mm)」であり、全ての基準円のｚ軸方向の距離ｄｚ1，ｄｚ2，ｄｚ3は「0.0(mm)」である。
第一基準円〜第三基準円には、それぞれ三つのマイクロホンＭが等間隔に配置されている。また、隣り合う基準円上のマイクロホンＭは、水平角方向に位置をずらして配置されている。つまり、第二基準円上のマイクロホンは、第一基準円上のマイクロホンＭに対して時計回りに40°だけ回転した位置に配置されている。さらに、第三基準円上のマイクロホンは、第二基準円上のマイクロホンＭに対して時計回りに40°だけ回転した位置に配置されている。
【００４２】
そして、到来方向の水平角φを任意の値に固定し、仰角θを「０°，２０°，４５°，７５°，９０°」と変化させてＣＲＬＢを算出した。その他の諸条件は、下に示す［表１］の通りである。
【００４３】
【表１】
2018151306.tif 000007
【００４４】
推定精度の計算結果を図１０に示す。図１０に示す横軸は仰角θを表し、縦軸はＣＲＬＢの値を表している。そして、グラフは、各周波数「63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz」ごとの仰角θとＣＲＬＢとの関係を示している。図１０（ａ）は、図９（ａ）に示すマイクロホンＭの配置における推定精度の計算結果であり、図１０（ｂ）は、図９（ｂ）に示すマイクロホンＭの配置における推定精度の計算結果である。
このグラフから分かるように、図１０（ｂ）に示す比較例の配置（平面螺旋形状）では、水平面（仰角θ＝90°）に近づくにつれて推定誤差が大きくなっている。一方、図１０（ａ）に示す本実施形態の配置（立体螺旋形状）では、水平面（仰角θ＝90°）の近くにおける推定誤差の増大が抑えられている。なお、真上付近（仰角θが0°付近）からの到来については、比較例の配置と同等の高い推定精度が得られている。
【００４５】
以上のように、第１実施形態に係る音源探査装置１は、マイクロホンＭを３次元的に配置することが容易であり、全てのマイクロホンＭが同一平面上に位置する可能性を低くすることができる。つまり、マイクロホンＭの数を増加することにより、音源の到来方向を推定しづらい領域を無くすことが可能である。その為、音源の到来方向を推定できないという問題が生じ難く、４π空間のあらゆる方向に存在する音源を必要最小限のマイクロホンを用いて効率的に探査することができる。
また、図５ないし図８に示す第１〜第４配置パターンでは、全てのマイクロホンＭが同一平面上に位置することがなく、マイクロホンＭが３次元的に配置される。その為、音源の到来方向を推定できないという問題が生じる可能性は極めて低い。
【００４６】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る音源探査装置１Ａ（図示せず）のマイクロホンアレイ３Ａ（図示せず）は、Ｃ８０フラーレン分子構造に基づいてマイクロホンＭを配置したものである。Ｃ８０フラーレン分子構造は、一般的には、８０個の炭素原子で構成されるクラスターとして定義することができる。ここでは、その構造に着目して、Ｃ８０フラーレン分子構造を模擬した相似モデルを用いて、炭素原子の位置に相当する位置にマイクロホンＭを配置する。Ｃ８０フラーレン分子構造を図１１に示す。Ｃ８０フラーレン分子構造は、炭素原子を頂点とする六角形と五角形との組み合わせにより構成され、略球状をなしている。Ｃ８０フラーレン分子構造は、図１１に示すように、対向する一対の五角形を上下に配置した状態において、ｚ軸を回転軸として７２°だけ回転しても炭素原子の位置が同じになる回転対称になっている。相似モデルでは、Ｃ８０フラーレン分子構造の炭素原子を代表点で表すことにし、この代表点を「節」と呼ぶことにする。代表点は、例えば、炭素原子の中心であってよい。Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルを図１２に示す。
【００４７】
図１２に示すように、対向する一対の五角形を上下に配置した状態において、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルにおける節Ｆは、上下方向（ｚ軸方向）を基準として複数の階層に分類される。つまり、ここでの階層とは、ｚ値が同じ節Ｆの集合を表す名称である。本実施形態では、階層との関係から、節Ｆを「節Ｆvw」で表すことにする。符号「ｖ」は、階層を識別する正の整数であり、ここでは、上側の階層から下側の階層に向かって昇順の番号（ｖ＝１，２，・・・）を付している。また、符号「ｗ」は、同一階層における節Ｆを識別する正の整数であり、ここでは、任意の節Ｆから時計回りに昇順の番号（ｗ＝１，２，・・・）を付している。なお、下側の階層から上側の階層に向かって昇順の番号（ｖ＝１，２，・・・）を付してもよいし、また、任意の節Ｆから反時計回りに昇順の番号（ｗ＝１，２，・・・）を付してもよい。
【００４８】
図１２（ａ）に示すように、第一階層には、５個の節Ｆ11〜Ｆ15がある。同様に、図１２（ｂ）に示すように、第二階層には、５個の節Ｆ21〜Ｆ25の５個があり、第三階層には、１０個の節Ｆ31〜Ｆ310があり、第四階層には、１０個の節Ｆ41〜Ｆ410があり、第五階層には、１０個の節Ｆ51〜Ｆ510がある。また、第六階層には、１０個の節Ｆ61〜Ｆ610があり、第七階層には、１０個の節Ｆ71〜Ｆ710があり、第八階層には、１０個の節Ｆ81〜Ｆ810があり、第九階層には、５個の節Ｆ91〜Ｆ95があり、第十階層には、５個の節Ｆ101〜Ｆ105がある。
【００４９】
ここで、図１２（ａ）に示すように、第一階層の節Ｆ11〜Ｆ15は、ｘｙ平面においてｚ軸から同じ距離にあるので、ｚ軸を中心にした円上に位置していると言える。また、第二階層の節Ｆ21〜Ｆ25は、ｘｙ平面においてｚ軸から同じ距離にあるので、ｚ軸を中心にした円上に位置していると言える。このように、同一階層の節Ｆは、ｘｙ平面においてｚ軸から同じ距離にあるので、全ての節Ｆは、ｚ軸を中心軸とし、ｚ軸方向に中心をずらした半径が異なる十個の同心円（図１２の太い破線）上の何れかに存在する。
【００５０】
図１３ないし図１７を参照して、Ｃ８０フラーレン分子構造に基づくマイクロホンＭの配置パターンを説明する。前記説明した通り、第２実施形態に係る音源探査装置１Ａは、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルにおける節ＦvwにマイクロホンＭを配置したものであるので、節Ｆvwとの関係からマイクロホンＭを「マイクロホンＭvw」で表すことにする。
【００５１】
図１３に示す第５配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する全ての節ＦvwにマイクロホンＭを配置したものである。つまり、マイクロホンＭvwは、第一階層〜第十階層までの合計で８０個（８０チャネル（ｃｈ））が存在する。なお、マイクロホンアレイ３Ａのサイズは、上下左右方向「約0.2ｍ」である。第２実施形態の他の配置パターンについても、サイズは同様である。
【００５２】
図１４に示す第６配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第一階層〜第六階層までの合計で５０個の節ＦvwにマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第一階層のマイクロホンＭ11〜Ｍ15と、第二階層のマイクロホンＭ21〜Ｍ25と、第三階層のマイクロホンＭ31〜Ｍ310と、第四階層のマイクロホンＭ41〜Ｍ410と、第五階層のマイクロホンＭ51〜Ｍ510と、第六階層のマイクロホンＭ61〜Ｍ610とからなる。
【００５３】
図１５に示す第７配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第一階層〜第五階層まで（すなわち、半球）の合計で４０個の節ＦvwにマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第一階層のマイクロホンＭ11〜Ｍ15と、第二階層のマイクロホンＭ21〜Ｍ25と、第三階層のマイクロホンＭ31〜Ｍ310と、第四階層のマイクロホンＭ41〜Ｍ410と、第五階層のマイクロホンＭ51〜Ｍ510とからなる。
【００５４】
図１６に示す第８配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第一階層〜第五階層まで（すなわち、半球）の節Ｆvwの一部にマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第一階層のマイクロホンＭ11，Ｍ13，Ｍ14と、第二階層のマイクロホンＭ21，Ｍ23，Ｍ24と、第五階層のマイクロホンＭ51，Ｍ55，Ｍ57とからなる。第８配置パターンは、図１６（ａ）に示すように、Ｃ８０フラーレン分子構造の表面に、マイクロホンＭvwをＹ字状に配置するものである。
【００５５】
図１７に示す第９配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第一階層〜第五階層まで（すなわち、半球）の節Ｆvwの一部にマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第一階層のマイクロホンＭ11，Ｍ13，Ｍ14と、第二階層のマイクロホンＭ21，Ｍ23，Ｍ24と、第三階層のマイクロホンＭ31，Ｍ35，Ｍ37と、第四階層のマイクロホンＭ42，Ｍ46，Ｍ48とからなる。第９配置パターンは、図１７（ａ）に示すように、Ｃ８０フラーレン分子構造の表面に、マイクロホンＭvwを螺旋状に配置するものである。
【００５６】
（第２実施形態に係る音源探査装置の効果）
第２実施形態に係る音源探査装置１Ａの効果について説明する。ここでは、衝撃性の異音を騒音源とした到来方向の推定実験を行った。異音の収録には、図１３ないし図１７に示す第５〜第９配置パターンのマイクロホンアレイ３Ａを用いた。直径２ｍ、高さ２ｍの小規模な実験室において、室の中心付近にマイクロホンアレイ３Ａを設置し、マイクロホンアレイ３Ａの中心である原点から水平角φ＝233°、仰角θ＝35°、距離「1.05ｍ」に設置したスピーカから衝撃性の異音を放射した。実験室は、壁および天井を厚さ「120ｍｍ」のポリウールで吸音処理を施されており、暗騒音レベルは「24.4db」であった。スピーカから放射した信号は、図１８に示す周波数特性と、図１９に示す時間波形であり、マイクロホンアレイ３Ａの中央で騒音レベルが「44.2db」になるように調整した。
【００５７】
マイクロホンの第５配置パターン（８０ｃｈ）の推定結果を図２０に示す。図２０（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。図２０（ｂ）に示すように、270Hzの領域においては、推定結果がぼやけておらず、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）に近い方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されている。一方、図２０（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、周波数270Hzに比べて推定結果が全体的にぼやける傾向にあり、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは異なる方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されやすい。その為、マイクロホンの第５配置パターン（８０ｃｈ）は、周波数270Hz付近の音源の探査に有効である。
【００５８】
マイクロホンの第６配置パターン（５０ｃｈ）の推定結果を図２１に示す。図２１（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。図２１（ｂ）に示すように、270Hzの領域においては、推定結果がぼやけておらず、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）に近い方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されている。一方、図２１（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、周波数270Hzに比べて推定結果が全体的にぼやける傾向にあり、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは異なる方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されやすい。その為、マイクロホンの第６配置パターン（５０ｃｈ）は、周波数270Hz付近の音源の探査に有効である。なお、マイクロホンの第６配置パターンの推定結果は、第５配置パターンの推定結果に比べると、各領域を通じて良好であると言える。
【００５９】
マイクロホンの第７配置パターン（４０ｃｈ）の推定結果を図２２に示す。図２２（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。図２２（ｂ）に示すように、270Hzの領域においては、推定結果がぼやけておらず、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）に近い方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されている。一方、図２２（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、周波数270Hzに比べて推定結果が全体的にぼやける傾向にあり、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは異なる方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されやすい。その為、マイクロホンの第７配置パターン（４０ｃｈ）は、周波数270Hz付近の音源の探査に有効である。なお、マイクロホンの第７配置パターンの推定結果は、第６配置パターンの推定結果に比べると、各領域を通じて良好であると言える。
【００６０】
マイクロホンの第８配置パターン（立体Ｙ字）の推定結果を図２３に示す。図２３（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。図２３（ａ），（ｂ）に示すように、第５，６，７配置パターンに比べて、90Hzおよび270Hzの領域において、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）に近い方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されている。その為、第８配置パターン（立体Ｙ字）は、第５，６，７配置パターンに比べてよい分解能であると言える。なお、第８配置パターン（立体Ｙ字）において、ＭＵＳＩＣスペクトルが最大となる推定方向は、以下の通りであった。
・「90Hz」の場合
水平角φは「242°(+9°)」、仰角θは「19°(-16°)」
・「270Hz」の場合
水平角φは「240°(+7°)」、仰角θは「18°(-17°)」
【００６１】
マイクロホンの第９配置パターン（立体螺旋）の推定結果を図２４に示す。図２４（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。図２４（ａ），（ｂ）に示すように、第５，６，７配置パターンに比べて、90Hzおよび270Hzの領域において、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）に近い方向にＭＵＳＩＣスペクトルのピークが形成されている。その為、第９配置パターン（立体螺旋）は、第５，６，７配置パターンに比べてよい分解能であると言える。なお、第９配置パターン（立体螺旋）において、ＭＵＳＩＣスペクトルが最大となる推定方向は、以下の通りであった。
・「90Hz」の場合
水平角φは「231°(-2°)」、仰角θは「24°(-11°)」
・「270Hz」の場合
水平角φは「227°(-5°)」、仰角θは「40°(+5°)」
【００６２】
これから分かるように、第９配置パターン（立体螺旋）は、第８配置パターン（立体Ｙ字）に比べて、同一周波数において誤差角が小さいので、真の音源方向により近い推定結果を得られる。その為、マイクロホンの第９配置パターン（立体螺旋）は、第８配置パターン（立体Ｙ字）よりもさらによい分解能であると言える。
【００６３】
次に、図２５ないし図２８を参照して、Ｃ８０フラーレン分子構造に基づく他のマイクロホンＭの配置パターンを説明する。
図２５に示す第１０配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第一階層の合計で５個の節ＦvwにマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第一階層のマイクロホンＭ11〜Ｍ15からなる。
図２６に示す第１１配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第二階層の合計で５個の節ＦvwにマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第二階層のマイクロホンＭ21〜Ｍ25からなる。
【００６４】
図２７に示す第１２配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第三階層の合計で１０個の節ＦvwにマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第三階層のマイクロホンＭ31〜Ｍ310からなる。
図２８に示す第１３配置パターンは、Ｃ８０フラーレン分子構造に対応する第四階層の合計で１０個の節ＦvwにマイクロホンＭvwを配置したものである。具体的には、第四階層のマイクロホンＭ41〜Ｍ410からなる。
【００６５】
マイクロホンの第１０配置パターン（第一階層）の推定結果を図２９に示す。図２９（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。図２９（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、推定結果が全体的にぼやけてしまっており、また、図２９（ａ），（ｂ）を通じて、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは逆の方向にも推定値が出ている。
【００６６】
マイクロホンの第１１配置パターン（第二階層）の推定結果を図３０に示す。図３０（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。マイクロホンの第１１配置パターン（第二階層）の推定結果は、概ね第１０配置パターン（第一階層）と同様である。つまり、図３０（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、推定結果が全体的にぼやけてしまっており、また、図３０（ａ），（ｂ）を通じて、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは逆の方向にも推定値が出ている。なお、第１０配置パターン（第一階層）に比べて、90Hzの低域における分解能が良くなっている。
【００６７】
マイクロホンの第１２配置パターン（第三階層）の推定結果を図３１に示す。図３１（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。マイクロホンの第１２配置パターン（第三階層）の推定結果は、概ね第１０配置パターン（第一階層）および第１１配置パターン（第二階層）と同様である。つまり、図３１（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、推定結果が全体的にぼやけてしまっており、また、図３１（ａ），（ｂ）を通じて、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは逆の方向にも推定値が出ている。なお、第１１配置パターン（第二階層）に比べて、90Hzの低域における分解能がより良くなっている。
【００６８】
マイクロホンの第１３配置パターン（第四階層）の推定結果を図３２に示す。図３２（ａ）は周波数90Hzの推定結果を示し、（ｂ）は周波数270Hzの推定結果を示す。マイクロホンの第１３配置パターン（第四階層）の推定結果は、概ね第１０配置パターン（第一階層）〜第１２配置パターン（第三階層）と同様である。つまり、図３２（ａ）に示すように、90Hzの低域においては、推定結果が全体的にぼやけてしまっており、また、図３２（ａ），（ｂ）を通じて、真の音源方向（水平角φ＝233°、仰角θ＝35°）とは逆の方向にも推定値が出ている。なお、第１２配置パターン（第三階層）に比べて、90Hzの低域における分解能がより良くなっている。
【００６９】
このように、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルの節ＦvwにマイクロホンＭを配置したものであっても、２次元平面的な配置パターン（第１０配置パターン〜第１３配置パターン）では、真の音源方向と逆の方向にも推定値が大きくなってしまう。これは、仰角θが「90°」だけ回転した位置も回転前と同じ条件になるために、逆方向にも推定値が出てしまうものである。その為、Ｃ８０フラーレン分子構造の相似モデルの節ＦvwにマイクロホンＭを配置したものであっても、２次元平面的な配置パターン（第１０配置パターン〜第１３配置パターン）は、好ましくない。
また、第１０配置パターンから第１３配置パターンに向かうにつれて、90Hzの低域における分解能が良くなっている。その為、低音域の音源の到来方向の推定では、特にマイクロホンＭの配置の基準になる基準円（同心円）の半径を大きくするのがよい。
【００７０】
以上のように、第２実施形態に係る音源探査装置１Ａによれば、第１実施形態に係る音源探査装置１と略同様の効果を得ることができる。
また、第２実施形態に係る音源探査装置１Ａでは、マイクロホンＭがＣ８０フラーレン分子構造の相似モデルの節Ｆに配置するので、マイクロホンＭを配置する位置を簡単に決定することができる。
また、図１３ないし図１７に示す第５〜第９配置パターンでは、全てのマイクロホンＭが同一平面上に位置することがなく、マイクロホンＭが３次元的に配置される。その為、音源の到来方向を推定できないという問題が生じる可能性は極めて低い。
【００７１】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を変えない範囲で実施することができる。実施形態の変形例を以下に示す。
【００７２】
第１実施形態では、円錐（図４（ａ）参照）や半球（図４（ｂ）参照）を切断した切断面の外周上にマイクロホンＭを配置していた。しかしながら、マイクロホンＭを３次元的に配置することができればよく、円錐や半球以外の図形から作成される同心円上にマイクロホンＭを配置してもよい。
【００７３】
第２実施形態では、Ｃ８０フラーレン分子構造の上側半球にマイクロホンＭを配置していた。しかしながら、マイクロホンＭを３次元的に配置することができればよく、下側半球や全体にマイクロホンＭを配置してもよい。また、他の分子構造（例えば、Ｃ６０フラーレン分子構造）に基づいてマイクロホンＭを配置してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１      音源探査装置
３      マイクロホンアレイ
４      Ａ／Ｄ変換器
１０    信号処理部
Ｍ      マイクロホン
Ｆ      節
【図１】
2018151306.tif 000008
【図２】
2018151306.tif 000009
【図３】
2018151306.tif 000010
【図４】
2018151306.tif 000011
【図５】
2018151306.tif 000012
【図６】
2018151306.tif 000013
【図７】
2018151306.tif 000014
【図８】
2018151306.tif 000015
【図９】
2018151306.tif 000016
【図１０】
2018151306.tif 000017
【図１１】
2018151306.tif 000018
【図１２】
2018151306.tif 000019
【図１３】
2018151306.tif 000020
【図１４】
2018151306.tif 000021
【図１５】
2018151306.tif 000022
【図１６】
2018151306.tif 000023
【図１７】
2018151306.tif 000024
【図１８】
2018151306.tif 000025
【図１９】
2018151306.tif 000026
【図２０】
2018151306.tif 000027
【図２１】
2018151306.tif 000028
【図２２】
2018151306.tif 000029
【図２３】
2018151306.tif 000030
【図２４】
2018151306.tif 000031
【図２５】
2018151306.tif 000032
【図２６】
2018151306.tif 000033
【図２７】
2018151306.tif 000034
【図２８】
2018151306.tif 000035
【図２９】
2018151306.tif 000036
【図３０】
2018151306.tif 000037
【図３１】
2018151306.tif 000038
【図３２】
2018151306.tif 000039