(57)【要約】      （修正有）【課題】安価なマイクロホンを使用しても実用上の音源の同定が可能となり、しかも安価であって構成も簡易である音響インテンシティプローブの提供。【解決手段】この発明は、マイクロホン１、４、５は、直径ａからなる円周３０上に等間隔にそれぞれ配置される。このマイクロホン１、４、５と対をなるマイクロホン２、３、６は、直径ａからなり円周３０と間隔ｂをおいて平行に配置される円周４０上であって、平面で見た場合にマイクロホン１、４、５の中間の位置にそれぞれ配置される。マイクロホン１〜６のそれぞれは、円周３０の円周４０と対向しない側から支持され、その支持の方向は円周３０と交差する方向である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、および第３のマイクロホンと、前記第１、第２、および第３のマイクロホンとそれぞれ対となる第４、第５、および第６のマイクロホンとを有する音響インテンシティプローブであって、
前記第１、第２、および第３のマイクロホンは、直径ａからなる第１の円周上に等間隔にそれぞれ配置され、
前記第４、第５、および第６のマイクロホンは、直径ａからなり前記第１の円周と間隔ｂをおいて平行に配置される第２の円周上であって、平面で見た場合に前記第１、第２、第３のマイクロホンの中間の位置にそれぞれ配置され、
さらに、前記第１、第２、第３、第４、第５、および第６のマイクロホンのそれぞれは、前記第１の円周の前記第２の円周と対向しない側から支持され、前記支持の方向は前記第１の円周と交差する方向であることを特徴とする音響インテンシティプローブ。
【請求項２】
前記支持の方向は、前記第１の円周と直交する方向であることを特徴とする請求項１に記載の音響インテンシティプローブ。
【請求項３】
前記６つのマイクロホンのそれぞれのサイズが直径６．５ｍｍで長さが１６ｍｍの場合に、前記直径ａが３０ｍｍであり、前記間隔ｂが２１ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響インテンシティプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響インテンシティ法による音源の同定に使用される音響インテンシティプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、6 個のマイクロホンを対面に組み合わせたマイクロホンプローブ（非特許文献１参照）や、4 個のマイクロホンを正四面体の頂点に配置したマイクロホンプローブ（非特許文献２参照）を用いて音響インテンシティ法による音源の同定が行われている。
また、例えば特開２００５−６９７７４号公報に開示されるように、６個のマイクロホンが、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸線方向に延びるようにして立体十字状に形成された軸状支持部材の３対の軸の端部にそれぞれ固定されたものが知られている。このプローブは、モータによってｘ軸回りに回転させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６９７７４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】橘秀樹「音響インテンシティによる音場の可視化」日本機械学会96 (1993)pp.504-508
【非特許文献２】Hideo Suzuki, Shun Ogura, Masarou Anzai,   Takatoshi Ono,「Performance evaluation of a three dimensional intensity probe 」J.Acoust. Soc. J. (1995) pp.233-238
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の非特許文献１、２などに開示されるプローブは、複数の計測専用のマイクロホンを組み合わせたものであり、高価であるという課題がある。
また、特許文献１に開示されるプローブは、比較的安価なマイクロホンを使用可能になるが、プローブをモータで回転させる必要があり、構成が必ずしも簡易ではないという課題がある。
【０００６】
このため、一般に市販されている安価なオーディオ用マイクロホンを使用しても実用上の音源の同定が可能であり、安価であって構成も簡易である新たな音響インテンシティプローブの出現が望まれる。
そこで、本発明の目的は、安価なマイクロホンを使用しても実用上の音源の同定が可能となり、しかも安価であって構成も簡易である音響インテンシティプローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、第１、第２、および第３のマイクロホンと、前記第１、第２、および第３のマイクロホンとそれぞれ対となる第４、第５、および第６のマイクロホンとを有する音響インテンシティプローブであって、前記第１、第２、および第３のマイクロホンは、直径ａからなる第１の円周上に等間隔にそれぞれ配置され、前記第４、第５、および第６のマイクロホンは、直径ａからなり前記第１の円周と間隔ｂをおいて平行に配置される第２の円周上であって、平面で見た場合に前記第１、第２、第３のマイクロホンの中間の位置にそれぞれ配置され、さらに、前記第１、第２、第３、第４、第５、および第６のマイクロホンのそれぞれは、前記第１の円周の前記第２の円周と対向しない側から支持され、前記支持の方向は前記第１の円周と交差する方向であることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記支持の方向は、前記第１の円周と直交する方向である
さらに、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記６つのマイクロホンのそれぞれのサイズが直径６．５ｍｍで長さが１６ｍｍの場合に、前記直径ａが３０ｍｍであり、前記間隔ｂが２１ｍｍである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、音源の同定のときに、対となる３組のマイクロホンを互いに直交するｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の各軸上に配置させることができ、実用上の音源の同定が可能となる。
このように音源の同定が可能となるのは、音源の同定のときに、６つのマイクロホンのそれぞれはｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の各軸上とは異なる方向から支持されるので、各マイクロホンは自己を保持するための構造に起因する測定への悪影響をうけにくくなると推定されるからである。
したがって、本発明によれば、安価なマイクロホンを使用しても実用上の音源の同定が可能となり、しかも、安価であって簡易な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の構成の概要を説明する説明図である。
【図２】本発明のマイクロホンの配置例を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態の構成を説明する図であり、平面図、正面図、背面図、右側面図、および左側面図の各図である。
【図４】２つのマイクロホンの組み合わせて作成したプローブを示す図である。
【図５】音源からの距離を変化させて測定した音響インテンシティの測定結果を示す図である。
【図６】マイクロホン間の距離と、これに対応する実測値と測定値の誤差の関係を示す図である。
【図７】音源からの距離を変化させて測定した音響インテンシティの測定結果を示す図である。
【図８】音源の方向を同定するために４つのマイクロホンを組み合わせたプローブを用いて音響インテンシティの測定を行なうための説明図である。
【図９】音源に対する角度と、その角度における測定誤差の関係を示す図である。
【図１０】ｘｙ平面内における音源の位置の同定を説明する図である。
【図１１】３次元での音源の方向を同定するための３次元プローブの構成の概要を説明する図である。
【図１２】対となるマイクロホン間の距離と、この距離に対応する角度誤差の関係を示す図である。
【図１３】音源に対する角度と、この角度に対応する角度誤差の関係を示す図である。
【図１４】６ｃｈのプローブで立体的に音源の方向が同定できることを説明する図である。．
【図１５】音源からの距離を同定するために６ｃｈのプローブを２組用いて場合の説明図である。
【図１６】音源に対する角度と、この角度に対応する平均誤差の関係を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に使用されるマイクロホンの指向性を示す図である。
【図１８】同じマイクロホンをプローブとして構成し、そのときの指向性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔発明の概要〕
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の音響インテンシティプローブの概要について、図１および図２を参照して説明する。
本発明は、一般に市販されている安価なオーディオ用マイクロホンを音響インテンシティプローブに使用することにより、実用上の音源の同定が可能な音響インテンシティプローブを完成させたものである。
このため、発明者は、市販されている安価なオーディオ用マイクロホンを使用して後述のように基礎的実験と各種の検討、および３次元での音源の同定のための各種の測定と検討を鋭意行い、以下のような発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の音響インテンシティプローブは、図１に示すように、マイクロホン１〜６として一般に市販されているオーディオ用マイクロホンを使用するものであって、マイクロホン１と２、マイクロホン３と４、およびマイクロホン５と６がそれぞれ対を構成している。
マイクロホン１、４、５は、直径ａからなる円周３０上に等間隔にそれぞれ配置されるようにした。そして、マイクロホン２、３、６は、直径ａからなり円周３０と間隔ｂをおいて平行に配置される円周４０上であって、平面で見た場合にマイクロホン１、４、５の中間の位置にそれぞれ配置されるようにした。
【００１３】
また、本発明では、使用するマイクロホンのサイズや特性などに応じて、円周３０、４０の各直径ａ、および円周３０と円周４０との距離ｂをそれぞれ所定値に設定するようにした。例えば、後述の実施形態では、直径ａが３０ｍｍ、距離ｂが２１ｍｍになるようにした。
さらに、マイクロホン１〜６のそれぞれは、円周３０の円周４０と対向しない側（図１の上部側）から支持され、この支持の方向は円周３０と交差する方向とした。後述の実施形態では、その支持方向は円周３０と交差する方向とした。
【００１４】
このような構成からなる本発明では、音源の同定の際には、図２に示すようにマイクロホン１、２をｘ軸上、マイクロホン３、４をｙ軸上、およびマイクロホン５、６をｚ軸上にそれぞれ配置することが可能となり、音源の同定が実用上可能となる。
このように音源の同定が実用上可能となるのは、音源の同定の際に、６つのマイクロホンのそれぞれはｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の各軸上とは異なる方向から支持されるので、各マイクロホンは自己を支持するための構造に起因する測定への悪影響をうけにくくなると推定されるからである。
したがって、本発明によれば、安価なマイクロホンを使用しても実用上の音源の同定が可能となり、しかも、安価であって簡易な構成とすることができる。
【００１５】
〔発明の実施形態〕
次に、本発明の音響インテンシティプローブの実施形態について、図３を参照して説明する。
この実施形態では、図３に示すように、６つのマイクロホン１〜６を使用したが、これらは一般に市販されているオーディオ用マイクロホンを使用した。
その使用したマイクロホンは、後述の基礎的実験で使用された株式会社オーディオテクニカ製の製品番号が「ＡＴ８０５Ｆ」であるエレクトレット・コンデンサ型のマイクロホンである。このマイクロホンのサイズは、直径が６．５ｍｍで長さが１６ｍｍである。また、その指向特性を測定すると、図１７に示すような結果が得られ、無指向性のマイクロホンである。
【００１６】
ここで、図１７（Ａ）は音源の周波数が５００Ｈｚの場合であり、図１７（Ｂ）は音源の周波数が１０００Ｈｚの場合である。
マイクロホン１、４、５は、同一の平面内に配置され（図３の正面図、背面図など参照）、その各配置は図１のマイクロホン１、４、５と同様の関係を満たすように配置される。この例では、直径ａを３０ｍｍとする円周上に等間隔に配置される。
【００１７】
また、マイクロホン２、３、６は、マイクロホン１、４、５が配置される平面と平行であって距離ｂ（この例ではｂ＝２１ｍｍ）だけ離れた同一の平面内に配置され（図３の正面図、背面図など参照）、その各配置は図１のマイクロホン２、３、６と同様の関係を満たすように配置される。この例では、直径ａを３０ｍｍとする円周上に配置される。
さらに、マイクロホン１、４、５は、その配置位置において取り付け棒１１、１４、１５の一端側にそれぞれ取り付けられ、取り付け棒１１、１４、１５の各他端側は取り付け部材２０の下面側に取り付けられている。取り付け棒１１、１４、１５のそれぞれは、直径が８ｍｍ、長さが２０ｍｍの中空円柱であって、マイクロホン１、４、５が配置される平面と直交する方向に延びている。
【００１８】
また、マイクロホン２、３、６は、その配置位置において取り付け棒１２、１３、１６の一端側にそれぞれ取り付けられ、取り付け棒１２、１３、１６の各他端側は取り付け部材２０の下面側に取り付けられている。取り付け棒１２、１３、１６のそれぞれは、直径が８ｍｍ、長さが４１ｍｍの中空円柱であって、マイクロホン２、３、６が配置される平面と直交する方向に延びている。
取り付け部材２０は、マイクロホン１、４、５が配置される平面と平行になっている。そして、取り付け部材２０は、厚さが４ｍｍ、中央に２０φの円形の中空部を有する中空板からなり、外形は６角形となっている。
【００１９】
このような構成からなる本実施形態では、音源の同定の際には、図２に示すようにマイクロホン１、２をｘ軸上、マイクロホン３、４をｙ軸上、およびマイクロホン５、６をｚ軸上にそれぞれ配置することができ、実用上の音源の同定ができることが確認された。
このようなことが確認されたは、音源の同定のときに、６つのマイクロホンのそれぞれはｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の各軸上とは異なる方向から支持されるので、各マイクロホンは自己を支持するための構造に起因する測定への悪影響をうけにくくなると推定されるからである。
【００２０】
したがって、本実施形態によれば、一般に市販されている安価なオーディオ用マイクロホン使用しても実用上の音源の同定を確保でき、しかも、安価であって簡易な構成とすることができる。
なお、この実施形態のように構成した場合であって、そのときのマイクロホンの指向性を測定した結果を図１８に示す。この結果は、図１７の結果と同じマイクロホンのものである。ここで、図１８（Ａ）は音源の周波数が５００Ｈｚの場合であり、図１８（Ｂ）は音源の周波数が１０００Ｈｚの場合である。
【００２１】
〔発明のための基礎的実験などについて〕
上記のように、本発明を完成するのに先立って基礎的実験を行なうとともに、その基礎的実験を踏まえて３次元での音源の同定を行なったので、以下にその内容について順に説明する。
まず、それらの説明の前に、音源の位置の同定の原理について説明する。
音響インテンシティＩ〔Ｗ／ｍ2 〕は単位断面積を単位時間に通過する音のエネルギー流を表すベクトル量である。角周波数ω〔ｒａｄ／ｓ〕の音響インテンシティＩ（ω）は、微小距離ｄ離れた２点間の音圧ｐ１（ω）とｐ２（ω）とのクロススペクトルの虚数部Ｉｍ｛Ｇp1p2（ω）｝を用いて次式で表わすことができる（ F.J.Fahy ，橘秀樹[ 訳] 「サウンドインテンシティ理論と応用」オーム社(1998)pp.103-105参照）。
Ｉ（ω）＝−（１／ρo ωｄ）×Ｉｍ｛Ｇp1p2（ω）｝・・・（１）
位相が合っている２個のマイクロホンが音源から等距離にある場合、ｐ１（ω）とｐ２（ω）との値が等しくなり、そのクロススペクトルは０になる。したがって、これより音源の位置が同定できる。
【００２２】
（１）基礎的実験
一般のオーディオ用マイクロホンを使用した場合、対となる２個のマイクロホン間の位相が合っていることは極めて稀である。そこで、上記のマイクロホンを使用して図４に示すようなプローブを作成し、実験を行った。音源の大きさはドライバーユニットの先端に小穴の開いたキャップをはめることで変えられるようにした。音源の周波数は１ｋＨｚの正弦波を用いた。音源が設置されている面からプローブの先端までの高さを１ｃｍとし、音源を通る直線上を掃引して音響インテンシティを測定した。
【００２３】
（１−１）マイクロホン間隔と同定の検討
図５に音源の直径が３ｍｍでマイクロホンの中心間の間隔が６ｍｍの場合の結果を示す。図５より音源の位置が同定できていることが分かる。次に、マイクロホン間隔による誤差を検討するために、マイクロホンの中心間の間隔を６ｍｍから５０ｍｍまで変化させて実際の音源の位置と測定で求めた音源の位置を比較した結果を図６に示す。図６より６ｍｍの場合に最も誤差の少ないことが分かった。
【００２４】
また、このプローブを用いて直径２０μｍの音源上を掃引し測定したところ図７に示すように音源の位置が同定できていることが分かる。このことから、一般のオーディオ用マイクロホンでも実用上、音源の位置が同定できることを確認できた。
（１−２）４ｃｈマイクロホンの場合の検討
図８に示すように音源の方向を同定するためにマイクロホンを４個組み合わせたプローブを用いて音響インテンシティの測定を行った。マイクロホン１−２からｘ軸方向の音響インテンシティＩｘ、マイクロホン３−４からｙ軸方向の音響インテンシティＩｙが求まる。それらを合成することで音響インテンシティＩが求まり音源は同定できる。
【００２５】
そこで、この音響インテンシティＩとのなす角をθとし、実測値から求めたＩ’とｘ軸とのなす角をθ１とすると、θ−θ１が誤差として求まる。ここではプローブを音源から半径８ｃｍの円上を１５°ずつ１周するように掃引した場合の誤差を図９に示す。実際の音源方向に対して若干の誤差があるが、同定できることが分かった。このことから、４ｃｈのプローブに対してどの方向に音源がある場合でも音源方向を求められることが分かった。
次に、音源よりｘ方向に６ｃｍ、ｙ方向に８ｃｍ離れた位置から、ｘ方向を１ｃｍとして、測定より得られたｘ軸との角度αに相当する長さｙをｙ軸の方向に移動し、繰り返し測定した。なお、原点が音源である。その結果、図１０に示すように４ｃｈプローブが示した角度の方向に掃引することで音源の位置が同定できることが分かった。
【００２６】
（２）3 次元での音源の同定
４ｃｈプローブの場合では、ｘｙ平面とｚ軸のなす角度を測定することができない。そこで、さらにマイクロホンを２本追加して３次元で音源の方向の測定を行った。
（２−１）６ｃｈマイクロホンの場合の検討
3 次元で音源の方向を同定するために図１１に示すようなｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ配置の３次元プローブを考えた。図１１のように各マイクロホンに段差を設け構成したプローブをｘｙ平面およびｙｚ平面に対して４５°傾け設置する。これにより１−２ｃｈがｘ軸、３−４ｃｈがｙ軸、５−６ｃｈがｚ軸に対応する。対となるマイクロホン間隔を３０ｍｍとすると、段差の高さは２１ｍｍとなった。図１１に基づいて具体的に制作したものが図３に示すプローブである。
【００２７】
ここで、図１１の説明の対となるマイクロホン間隔の３０ｍｍが図３の説明の直径（距離）ａに相当し、段差の高さ２１ｍｍが距離ｂに相当する。また、図１１の符号の１〜６は、図３のマイクロホン１〜６にそれぞれ相当する。
マイクロホン間隔による誤差を検討するためにマイクロホンの中心間の間隔を１５ｍｍから５０ｍｍまで変化させて実際の音源方向の角度と測定で求めた音源方向の角度を比較した結果を図１２に示す。図１２より３０ｍｍの場合に最も誤差の少ないことが分かった。
【００２８】
そこで、音源を中心として高さ４ｃｍ、半径８ｃｍの円周上を１５°ずつ掃引した。図１３（Ａ）は測定から求めたベクトルをｘｙ平面に投影した場合の方向と実際のｘｙ平面の方向との誤差を表し、図１３（Ｂ）は測定から求めたｘｙ平面とｚ方向のベクトルのなす角と実際の音源方向の角度の誤差を表す。図１３より、３次元の測定でも若干の誤差はあるが音源を同定できることが分かった。
【００２９】
次に、音源からｘ方向に８ｃｍ、ｙ方向に６ｃｍ、ｚ方向に４ｃｍ離れた位置から、１−２節と同様にｘ方向を１ｃｍとして、測定より得られたｘ軸とｙ軸およびｚ軸との角度に相当する長さをｙ軸とｚ軸の方向に移動し、繰り返し測定した。その結果、図１４よりマイクロホンを６ｃｈのプローブが示した角度の方向に掃引すると音源に向かって移動していくことが分かる。このことから６ｃｈのプローブで立体的に音源の方向が同定できることが分かった。
【００３０】
（２−２）６ｃｈマイクロホンのプローブを２組用いた場合の検討
３次元で音源の方向を求めることができたが、プローブを１組用いた場合では、求めた角度の方向に掃引していかなくてはならず、音源の同定に時間がかかる。そこで、音源の方向だけではなく距離も同定するために、６ｃｈプローブを２組用いて測定を行った。
２組の６ｃｈプローブの間隔を６ｃｍとして図１５のように配置した。プローブ1 、2 で求めた音源に対する角度の方向に線を伸ばして交差する点を求める。これにより音源方向と、距離を同定することができる。
高さ２〜１５ｃｍ、半径８〜１５ｃｍの円周上を１５°ずつ移動させて各点からの音源の位置の同定を行い、実際の音源と測定で求めた音源の距離を求めた。平均した結果を図１６に示す。図１６より最大９．８ｍｍの誤差で音源までの距離が求められていることが分かる。このことから若干の誤差はあるが本研究で使用した測定システムで音源方向と距離が求められることが分かった。
【００３１】
（３）まとめ
本研究では一般に市販されている安価なオーディオ用マイクロホンで構成したプローブを制作して音源を同定する方法の検討を行った。
その結果６ｃｈマイクロホンのプローブを２組用いることで音源への方向、距離の同定が可能であることが分かった。
以上の結果から一般に市販されている安価なオーディオ用のマイクロホンを用いたプローブで音源の同定が実用上可能であることがわかる。
【符号の説明】
【００３２】
１〜６  マイクロホン
１１〜１６  取り付け棒
２０  取り付け部材
３０、４０  円周
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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