(57)【要約】【課題】空間内の音源の位置を推定する位置推定装置を提供する。【解決手段】位置推定装置は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、を備える。【選択図】図１
2019196999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、
前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、
を備える位置推定装置。
【請求項２】
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻を推定し、前記検出開始時刻から所定の範囲内にある時刻を前記音の到達時刻として推定する、
請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項３】
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、
請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項４】
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、
請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項５】
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記検出開始時刻から所定の範囲内にある時刻を前記音の到達時刻として推定する、
請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項６】
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、
請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項７】
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、
前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、
請求項１に記載の位置推定装置。
【請求項８】
前記音の到達時刻の推定、または、前記音の出力位置の推定に失敗すると、エラー信号を出力する通信部、をさらに備える請求項１から請求項７の何れか１項に記載の位置推定装置。
【請求項９】
音を検出する複数のセンサと、
前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタが出力する前記音の波形信号をデジタル信号に変換するコンバータと、
をさらに備える請求項１から請求項８の何れか１項に記載の位置推定装置。
【請求項１０】
音を検出する複数のセンサと、
前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタが出力する前記音の波形信号の振幅が所定の閾値より大きいか否かを出力するコンパレータと、
をさらに備える請求項５から請求項７の何れか１項に記載の位置推定装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の位置推定装置を備え、
前記位置推定装置が推定した前記音の出力位置を対象として空調を行う、
空調システム。
【請求項１２】
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定するステップと、
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、
を有する位置推定方法。
【請求項１３】
コンピュータを、
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定する手段、
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
オフィス等の空間を空調する場合、その空間の室温等が均一になるように制御することが多い。これに対し、例えば、ユーザが存在するエリアを対象として室温等の空調制御を行う方法が提供されている。このような制御を行う場合、空調システムは、ユーザが存在する位置を正確に推定する必要がある。例えば、天井の４か所に音を検出するマイクを取り付け、ユーザが所持するスマートフォン等から音を出力し、その音の到達時間差に基づいて、ＴＤＯＡ（Time Difference of Arrival）などの方法を用いてユーザが存在する位置を推定する方法が考えられる。
【０００３】
なお、特許文献１には、複数の利用者が存在する空間において、利用者が保持する環境設定端末の電波強度やＴＤＯＡ測定に基づいて各個人の位置を特定し、各々の空調要求を可能な限り満たすような制御を行う空調制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８６７８３６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、ユーザがスマートフォン等を利用して発する音の波形は、その振幅が徐々に大きくなる性質を有する。その為、センサ側では、振幅がどの大きさになると音を検出したと判定するかによって音の到着時刻に差が出る。ＴＤＯＡ等の方法では、複数の位置における音の到達時間差に基づいて位置推定を行うが、音の到着時刻を正確に検出できないと、位置推定の精度が低下する可能性がある。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、位置推定装置は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、を備える。
【０００８】
本発明の一態様によれば、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻を推定し、前記検出開始時刻から所定の時間差内にある時刻を前記音の到達時刻として推定する。
【０００９】
本発明の一態様によれば、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。
【００１０】
本発明の一態様によれば、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。
【００１１】
本発明の一態様によれば、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記検出開始時刻から所定の範囲内にある時刻を前記音の到達時刻として推定する。
【００１２】
本発明の一態様によれば、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。
【００１３】
本発明の一態様によれば、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から所定の時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。
【００１４】
本発明の一態様によれば、前記位置推定装置は、前記音の到達時刻の推定、または、前記音の出力位置の推定に失敗すると、エラー信号を出力する通信部、をさらに備える。
【００１５】
本発明の一態様によれば、前記位置推定装置は、音を検出する複数のセンサと、前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、前記フィルタが出力する前記音の波形信号をデジタル信号に変換するコンバータと、をさらに備える。
【００１６】
本発明の一態様によれば、前記位置推定装置は、音を検出する複数のセンサと、前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、前記フィルタが出力する前記音の波形信号の振幅が所定の閾値より大きいか否かを出力するコンパレータと、をさらに備える。
【００１７】
本発明の一態様によれば、空調システムは、上記の何れか１つに記載の位置推定装置を備え、前記位置推定装置が推定した前記音の出力位置を対象として空調を行う。
【００１８】
本発明の一態様によれば、位置推定方法は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定するステップと、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、を有する。
【００１９】
本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータを、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻または検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻または前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定する手段、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、として機能させる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、正確に音源の位置を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第一実施形態における空調システムの一例を示す図である。
【図２】本発明の第一実施形態におけるマイクの配置例を示す図である。
【図３】本発明の第一実施形態における音信号を説明する図である。
【図４】本発明の第一実施形態における音の到達時刻の推定方法を説明する図である。
【図５】本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第１のフローチャートである。
【図６】本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第２のフローチャートである。
【図７】本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第３のフローチャートである。
【図８】本発明の第一実施形態における空調制御の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第二実施形態における空調システムの一例を示す図である。
【図１０】本発明の各実施形態における位置推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による空調システムを図１〜図８を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態における空調システムの一例を示す図である。
図示するように空調システムは、空調機１０と、端末装置４０と、マイクＭ１〜Ｍ４とを含む。空調機１０は、制御装置２０を備える。制御装置２０は、空調機１０の運転を制御する。制御装置２０は、空間ｗの一部のエリアを対象として、空調を行うよう空調機１０を制御する機能を有している。制御装置２０は、位置推定装置３０を備える。位置推定装置３０は、端末装置４０が発した音ｓに基づいて、音ｓが発された位置を推定する。制御装置２０は、例えば、位置推定装置３０が推定した位置を対象として空調制御を行う。
【００２３】
端末装置４０は、ユーザの位置を空調機１０へ知らせる目的で所定の周波数の音ｓ（超音波）を出力する。端末装置４０は、例えば、スマートフォン等の情報処理装置である。端末装置４０が出力する音ｓの周波数には、もともと存在する様々な騒音と混在しないように、騒音レベルが低い周波数が選択される。例えば、１０ｋＨｚ以下の音は、可聴音やエアコン動作に伴う風切り音などで用いられる。また、一般的なスマートフォンが出力できる周波数の上限は２０ｋＨｚ程度である。従って、音ｓの周波数は、１０〜２０ｋＨｚの範囲から選択することが望ましい。さらに、音ｓの周波数は、空調機１０が備えるインバータのスイッチングの周波数（例えば１７ｋＨｚ付近）を避けて設定されることが好ましい。また、可聴域は人が不快に感じる可能性があるため、音ｓの周波数は、可聴域（１０〜２０ｋＨｚの範囲であれば、周波数が低い程、聞こえやすい）を避けて設定してもよい。また、上限にあたる２０ｋＨｚ付近の出力には限界があり、高周波になるほど振幅が減衰しやすくなるため、例えば、２０ｋＨｚ付近は避けて設定することが好ましい。これらの諸条件を考慮して、音ｓの周波数は、例えば、１５ｋＨｚ付近に設定される。
端末装置４０と位置推定装置３０とは、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、超音波通信などの通信手段によって通信可能に構成されている。
マイクＭ１〜Ｍ４は、端末装置４０が発した音sを検出するセンサである。
【００２４】
位置推定装置３０は、端末装置４０が発した音ｓをマイクＭ１〜Ｍ４の各々が検出した時刻の差に基づいて、その音源（端末装置４０）の位置を推定する。制御装置２０は、位置推定装置３０が推定した位置を対象として空調制御を行う。
【００２５】
次に位置推定装置３０の機能について説明する。位置推定装置３０は、アンプ３１と、フィルタ３２と、Ａ／Ｄコンバータ３３と、マイコン３４と、を備える。
アンプ３１は、マイクＭ１〜Ｍ４が音ｓを検出して電気信号に変換したアナログの音信号をマイクＭ１〜Ｍ４別に取得し、それぞれの振幅を増幅する。アンプ３１は、増幅後のアナログ音信号（マイクＭ１〜Ｍ４ごとのアナログ音信号）をフィルタ３２へ出力する。
フィルタ３２は、アンプ３１から取得したアナログ音信号の不要な高周波成分及び低周波成分を減衰させて、予め定められた周波数帯のアナログ音信号をＡ／Ｄコンバータ３３へ出力する。フィルタ３２は、端末装置４０が出力する音ｓの周波数（例えば、１５ｋＨｚ付近）を通すように構成されている。
Ａ／Ｄコンバータ３３は、フィルタ３２から取得したアナログ音信号をデジタル音信号へ変換する。Ａ／Ｄコンバータ３３は、変換後のデジタル音信号を、マイコン３４へ出力する。
【００２６】
マイコン３４は、ＣＰＵ（central processing unit）を備えたコンピュータである。マイコン３４は、到達時刻推定部３５と、位置推定部３６と、通信部３７とを備えている。
到達時刻推定部３５は、マイクＭ１〜Ｍ４のそれぞれが音ｓを検出した時刻（到達時刻）を推定する。
位置推定部３６は、マイクＭ１〜Ｍ４のうちの１つのマイク（例えばマイクＭ１）を基準として、基準となるマイクＭ１が音ｓを検出した時刻と、他の３つのマイクＭ２〜Ｍ４が音ｓを検出した時刻との差、つまり、音ｓがマイクＭ１に到達する時刻と、マイクＭ２〜Ｍ４に到達する時刻との時間差（到達時間差）を算出する。位置推定部３６は、算出した到達時間差に基づいて、音ｓが発された位置（ユーザが存在する位置）を推定する。
通信部３７は、端末装置４０と通信を行い、到達時刻推定処理や位置推定処理の成功または失敗の結果を送信する。
【００２７】
次に図２を用いて本実施形態における位置推定方法の一例について説明する。
図２は、本発明の第一実施形態におけるマイクの配置例を示す図である。
図２にマイクＭ１〜Ｍ４の配置例を示す。マイクＭ１〜Ｍ４は、空間ｗの天井に、例えばマイクＭ１〜Ｍ４の各々が、空調機１０の吹き出し口の中心を重心とする正方形の頂点をなすように配置される。
位置推定部３６は、マイクＭ１〜Ｍ４が音ｓを検出した時刻の差（到達時間差）に基づいて端末装置４０の位置を推定する。位置の推定には、ＴＤＯＡ（Time Difference Of Arrival）等の公知の手法を用いることにより推定することができる。例えば、マイクＭ１〜Ｍ４の座標をそれぞれ（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１）、（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２）、（Ａ３、Ｂ３、Ｃ３）、（Ａ４、Ｂ４、Ｃ４）とし、端末装置４０の位置の座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とし、マイクＭ１への音ｓの到達時刻とマイクＭ１〜Ｍ４への音ｓの到達時刻の差をそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４とし、端末装置４０とマイクＭ１の距離をｄ、音速をｃとすると、以下の連立方程式が得られる。
（ｘ−Ａ１）２＋（ｙ−Ｂ１）２＋（ｚ−Ｃ１）２−（ｄ＋ｃ・ｔ１）２＝０
（ｘ−Ａ２）２＋（ｙ−Ｂ２）２＋（ｚ−Ｃ２）２−（ｄ＋ｃ・ｔ２）２＝０
（ｘ−Ａ３）２＋（ｙ−Ｂ３）２＋（ｚ−Ｃ３）２−（ｄ＋ｃ・ｔ３）２＝０
（ｘ−Ａ４）２＋（ｙ−Ｂ４）２＋（ｚ−Ｃ４）２−（ｄ＋ｃ・ｔ４）２＝０
ＴＤＯＡによれば、端末装置４０の位置は、ニュートン−ラプソン法等の近似計算を用いて、上記の方程式を解くことにより算出することができる。このように、音源位置を推定するためには、各マイク間の到達時間差を正確に算出しなければならない。その為には、マイクＭ１〜Ｍ４への正確な到達時刻が検出できなければならない。ここで、スマートフォン等の端末装置４０が出力する音ｓの性質について説明する。
【００２８】
図３は、本発明の第一実施形態における音信号を説明する図である。
図３（ａ）に、端末装置４０が発するアナログ音信号の一例を示す。スマートフォン等が出力するアナログ音信号の音圧の振幅は、図３（ａ）に示すようにばらつきがある。従って、音ｓの到達を検出するためには、音圧に閾値を設け、この閾値を所定の回数上回ると、その時刻を音ｓの到達時刻と決定する方法が考えられる。
図３（ｂ）は、マイクＭ１等で検出する音ｓの音圧の大きさ（振幅）の経時的変化を示している。図３（ｂ）は、スマートフォン等が出力する音ｓは、出力開始から音圧の振幅が徐々に増大し、その波形の形状がラッパ状となることを示している。波形がこのように変化する場合、音ｓの到達を判定するための音圧の閾値をどのように設けるかによって到達時刻が変化することになり、音ｓの検出の判定が不明瞭になる。また、スマートフォンの機種や音ｓの周波数などによって音圧の立ち上がり方（傾き）や音圧のピーク（振幅のピーク）が異なるため、一つの閾値によって音ｓの到達判定を行うことができなくなる。そこで、本実施形態では、音ｓの波形の立ち上がり形状がラッパ状となることを利用して、音ｓの到達時刻を推定する。次に図４を用いて、本実施形態の到達時刻の推定方法を説明する。
【００２９】
（立ち上がりでの推定）
図４は、本発明の第一実施形態における音の到達時刻の推定方法を説明する図である。
まず、到達時刻推定部３５は、音ｓの波形信号の振幅の経時的変化に対して近似曲線を算出する。次に近似曲線を外挿して波形信号との交点を算出する。図４の破線グラフＬ１は、音ｓの波形信号における音圧の時系列のピーク位置を結ぶ近似曲線を時間を遡る方向に外挿した曲線の例である。このようにして求めた交点（時刻ｔ１）を音ｓの検出開始時刻とする。到達時刻推定部３５は、時刻Ｔ１を音ｓの到達時刻として推定してもよいし、時刻Ｔ１から所定の時間Δｔだけ後の時刻Ｔ２を音ｓの到達時刻として推定してもよい。近似曲線は、例えば、アークタンジェント関数、シグモイド関数を基準にフィッティングを行って算出してもよい。あるいは、計算負荷を小さくするためには、１次関数や２次関数によって近似してもよい。
【００３０】
（立ち下がりでの推定）
または、音ｓの検出終了時刻に着目して、音ｓの到達時刻として推定してもよい。この場合、予め端末装置４０が出力する音ｓの周波数ｆ０と、１回の出力あたりにＮ周期分だけ音ｓを出力することを定めておく。そして、音ｓの検出終了時刻の手前の時間帯について、上記と同様にして、音ｓの波形信号の振幅の経時的変化に対して近似曲線を算出する。次に近似曲線を時間が経過する方向に外挿して波形信号との交点を算出する。図４の破線グラフＬ２は、音ｓの音圧の時系列のピーク位置を結ぶ近似曲線を外挿した曲線である。このようにして求めた交点（時刻Ｔ３）を音ｓの検出終了時刻とする。なお、音ｓの検出終了時刻付近の波形信号に対する近似曲線の傾きは、おおよそ、音ｓの検出開始時刻付近の波形信号に対する近似曲線とＹ軸対称となることが分かっている。その為、音ｓの立ち上がりに対する近似曲線（破線グラフＬ１）を算出して、この近似曲線を利用して、音ｓの検出終了時刻付近の波形信号に対する近似曲線（破線グラフＬ２）を算出しても良い。あるいは、音ｓの検出終了時刻付近の波形信号に対してフィッティングを行って近似曲線（破線グラフＬ２）を算出しても良い。
到達時刻推定部３５は、時刻Ｔ２を算出すると、１周期の時間（１／ｆ０）に予め定められた出力周期回数のＮを乗じて音ｓの出力開始から終了までの時間ＴＬを算出する。次に到達時刻推定部３５は、時刻Ｔ３から時間ＴＬだけ遡った時刻Ｔ４を音ｓの到達時刻として推定する。
【００３１】
（立ちあがりと立ち下がりでの推定）
あるいは、上記のようにして求めた時刻Ｔ１または時刻Ｔ２と、時刻Ｔ４の重み付け平均によって、音ｓの到達時刻として推定してもよい。音ｓの到達時刻は、例えば、以下の式によって算出することができる。
音ｓの到達時刻  ＝  α×時刻Ｔ１  ＋  （１−α）×時刻Ｔ４
以上、音ｓのアナログ音信号の波形を例にして、波形信号に対する近似曲線の算出と、近似曲線に基づく音ｓの到達時刻の推定について説明した。図１に示す構成では、到達時刻推定部３５は、Ａ／Ｄコンバータ３３が出力した音ｓのデジタル音信号に対して、音ｓの到達開始時からの立ち上がりや音ｓの到達終了時における立ち下がりの形状（傾き）を示す近似曲線を算出して、音ｓの到達時刻を推定する。その推定方法は、図４のアナログ音信号の例を用いて説明した処理内容と同様である。
【００３２】
図５は、本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第１のフローチャートである。
図５を用いて、音ｓの立ち上がり時の波形信号を用いた位置推定処理の流れについて説明する。前提として、位置推定部３６は、マイクＭ１〜Ｍ４の位置情報を記憶しているとする。また、端末装置４０が出力する音ｓの周波数ｆ０は定められていて、フィルタ３２はその周波数ｆ０を中心として所定範囲の周波数帯を通過するように構成されている。
まず、ユーザが端末装置４０を操作して、所定の周波数の音ｓの出力を開始する。マイクＭ１〜Ｍ４は、音ｓを検出する（ステップＳ１１）。マイクＭ１〜Ｍ４は、音ｓを検出すると、音ｓのアナログ音信号を、アンプ３１へ出力する。アンプ３１は、マイクＭ１〜Ｍ４が出力した音ｓのアナログ音信号をそれぞれ増幅させ、フィルタ３２へ出力する。フィルタ３２は、増幅後の４つのアナログ音信号から、所定の周波数付近を抽出してＡ／Ｄコンバータ３３へ出力する。Ａ／Ｄコンバータ３３は、フィルタ３２が出力した４つのアナログ音信号のそれぞれをデジタル音信号に変換して、デジタル音信号をマイコン３４へ出力する。
【００３３】
マイコン３４では、到達時刻推定部３５が４つのデジタル音信号を取得し、デジタル音信号の波形の立ち上がりの形状からそれぞれの検出開始時刻を推定する（ステップＳ１２）。具体的には、到達時刻推定部３５は、図４で説明したように、デジタル音信号の音圧のピーク値の時系列の点をアークタンジェント関数、シグモイド関数、１次関数、２次関数などで近似して近似曲線を算出する。そして、到達時刻推定部３５は、算出した近似曲線を、時間を遡る方向に外挿して音ｓのデジタル音信号との交点（検出開始時刻）を算出する。到達時刻推定部３５は、４つのデジタル音信号のそれぞれについて検出開始時刻を推定する。
【００３４】
次に到達時刻推定部３５は、マイクＭ１〜Ｍ４それぞれへの音ｓの到達時刻を推定する（ステップＳ１３）。例えば、到達時刻推定部３５は、検出開始時刻（図４の時刻Ｔ１）を音ｓの到達時刻として推定する。到達時刻推定部３５は、推定したマイクＭ１〜Ｍ４への音ｓの到達時刻（４つ）を位置推定部３６へ出力する。
位置推定部３６は、マイクＭ１〜Ｍ４への音ｓの到達時刻から、例えば、マイクＭ１とマイクＭ２への音ｓの到達時刻差、マイクＭ１とマイクＭ３への音ｓの到達時刻差、マイクＭ１とマイクＭ４への音ｓの到達時刻差を算出し、ＴＤＯＡにより音源（端末装置４０）の位置を推定する（ステップＳ１４）。
【００３５】
図６は、本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第２のフローチャートである。
図６を用いて、音ｓの立ち下がり時の波形信号を用いた位置推定処理の流れについて説明する。図５の前提に加え、端末装置４０が１回の出力時にＮ周期分の音ｓを出力することが定められ、その情報を端末装置４０とマイコン３４とが共有しているとする。図５で説明した処理と同様の処理については説明を省略する。
まず、ユーザが端末装置４０を操作して、所定の周波数の音ｓの出力を開始する。マイクＭ１〜Ｍ４は、音ｓを検出する（ステップＳ１１）。マイクＭ１〜Ｍ４のそれぞれが検出した音ｓのアナログ音信号は、アンプ３１、フィルタ３２を通過して、Ａ／Ｄコンバータ３３でデジタル音信号に変換される。マイコン３４の到達時刻推定部３５は、４つのデジタル音信号を取得する。
【００３６】
到達時刻推定部３５は、デジタル音信号の波形の立ち下がりの形状から検出終了時刻を推定する（ステップＳ１２ａ）。具体的には、到達時刻推定部３５は、図４で説明したように、デジタル音信号の到達終了付近での音圧のピーク値の時系列の点を１次関数、２次関数などで近似して近似曲線を算出する。そして、到達時刻推定部３５は、算出した近似曲線を、時間が経過する方向に外挿して音ｓのデジタル音信号との交点（検出終了時刻）を算出する。到達時刻推定部３５は、４つのデジタル音信号のそれぞれについて音ｓの検出終了時刻を推定する。
【００３７】
次に到達時刻推定部３５は、マイクＭ１〜Ｍ４それぞれへの音ｓの検出終了時刻から遡って音ｓの到達時刻を推定する（ステップＳ１３ａ）。具体的には、到達時刻推定部３５は、検出終了時刻から、Ｎ／ｆ０で得られる時間を減算した時刻を、音ｓの到達時刻として推定する。到達時刻推定部３５は、推定したマイクＭ１〜Ｍ４への音ｓの到達時刻（４つ）を位置推定部３６へ出力する。次に位置推定部３６は、ＴＤＯＡにより音源（端末装置４０）の位置を推定する（ステップＳ１４）。
【００３８】
図７は、本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第３のフローチャートである。
図７を用いて、音ｓの立ち上がり時および立ち下がり時の波形信号を用いた位置推定処理の流れについて説明する。前提条件は図６で説明したものと同様である。図５、図６で説明した処理と同様の処理については説明を省略する。
まず、ユーザが端末装置４０を操作して、所定の周波数の音ｓの出力を開始する。マイクＭ１〜Ｍ４は、音ｓを検出する（ステップＳ１１）。マイクＭ１〜Ｍ４のそれぞれが検出した音ｓのアナログ音信号は、アンプ３１、フィルタ３２を通過して、Ａ／Ｄコンバータ３３でデジタル音信号に変換される。マイコン３４の到達時刻推定部３５は、４つのデジタル音信号を取得する。
【００３９】
到達時刻推定部３５は、デジタル音信号の波形の立ち上がりの形状から検出開始時刻を推定する（ステップＳ１２）。次に到達時刻推定部３５は、マイクＭ１〜Ｍ４それぞれへの音ｓの到達時刻（第１の到達時刻）を推定する（ステップＳ１３）。
【００４０】
次に到達時刻推定部３５は、デジタル音信号の波形の立ち下がりの形状から検出終了時刻を推定する（ステップＳ１２ａ）。次に到達時刻推定部３５は、マイクＭ１〜Ｍ４それぞれへの音ｓの検出終了時刻からＮ／ｆ０だけ遡って音ｓの到達時刻（第２の到達時刻）を推定する（ステップＳ１３ａ）。
【００４１】
次に到達時刻推定部３５は、第１の到達時刻と第２の到達時刻から到達時刻を推定する（ステップＳ１３ｂ）。例えば、到達時刻推定部３５は、マイクＭ１の第１の到達時刻と第２の到達時刻の平均を、マイクＭ１への音ｓの到達時刻の推定値としてもよい。また、例えば、到達時刻推定部３５は、マイクＭ１の第１の到達時刻と第２の到達時刻の重み付き平均（それぞれへの重み付き係数は予め定められている）を、マイクＭ１への音ｓの到達時刻の推定値としてもよい。同様にして到達時刻推定部３５は、マイクＭ２〜Ｍ４への音ｓの到達時刻を、それぞれの第１の到達時刻と第２の到達時刻に基づいて推定する。到達時刻推定部３５は、マイクＭ１〜Ｍ４への音ｓの到達時刻（４つ）の推定値を位置推定部３６へ出力する。
次に位置推定部３６は、ＴＤＯＡにより音源（端末装置４０）の位置を推定する（ステップＳ１４）。
【００４２】
次に位置推定装置３０による位置推定に基づく、空調制御について説明する。
図８は、本発明の第一実施形態における空調制御の一例を示すフローチャートである。
まず、ユーザが端末装置４０を操作して、所定の周波数の音ｓの出力を行う（ステップＳ２１）。空調機１０では、マイクＭ１〜Ｍ４が音ｓを検出する（ステップＳ２２）。位置推定装置３０は、マイクＭ１〜Ｍ４が出力した音ｓのデジタル音信号を取得し、到達時刻の推定、音源位置の推定を行う。例えば、音の受信強度が閾値未満の場合や、Ｎ周期分の音が取得できないなどの場合、位置推定装置３０の到達時刻推定部３５は、受信失敗と判定し（ステップＳ２３；Ｎｏ）、通信部３７は、端末装置４０へエラー信号を送信する（ステップＳ２４）。一方、音ｓを正常に受信できた場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、通信部３７は、端末装置４０へ受信成功を示す信号を送信する。端末装置４０は、受信成功を知らせるメッセージをディスプレイに表示したり、音を鳴らしたりして受信の成功をユーザに通知する。あるいは、空調機１０側で、受信成功をユーザに通知するために音を鳴らしたり、ＬＥＤを点灯させたりしてもよい。音ｓの受信に成功した場合、位置推定装置３０は、音源の位置を推定する（ステップＳ２５）。推定の方法は、図５〜図７で説明したとおりである。
【００４３】
位置の推定処理に成功した場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、通信部３７が、端末装置４０へ位置推定に成功を示す信号を送信する。端末装置４０は、位置推定の成功を知らせるメッセージをディスプレイに表示したり、音を鳴らしたりする。あるいは、空調機１０側で音を鳴らしたりＬＥＤを点灯させたりして、位置推定の成功をユーザに通知してもよい。また、位置推定装置３０が位置の推定に成功すると、制御装置２０は、推定した音源の位置を対象に空調制御を行う（ステップＳ２８）。例えば、制御装置２０は、空調機１０のルーバー（図示せず）を制御して風向を、推定した音源位置に向けるなどの制御を行う。
【００４４】
一方、位置の推定処理に失敗した場合（ステップＳ２６；Ｎｏ）、位置推定装置３０は、端末装置４０へエラー信号を送信する（ステップＳ２７）。
ステップＳ２４、ステップＳ２７でエラー信号を受信した場合、端末装置４０は、ディスプレイ等にメッセージを表示させたり、受信または位置推定に失敗したことを通知する可聴音を鳴らしたり、ＬＥＤランプを点灯させたりして、ユーザにエラーを通知する。ユーザは、これらの通知を確認すると、再度、端末装置４０を操作して、音ｓを出力する（ステップＳ２１）。以降、位置推定が成功するまで、上記の過程を繰り返す。
【００４５】
本実施形態の位置推定装置３０によれば、音の到達と共に音圧の振幅が徐々に増大する性質を有するような音ｓについて、様々な騒音がある環境下において、マイクＭ１〜Ｍ４への到達時刻を精度よく検出することができる。これにより、精度の良い音源（ユーザ）の位置推定が可能になる。また、制御装置２０は、位置推定装置３０を備えることにより、ユーザが所望するエリアを対象とする空調制御を行うことができる。
【００４６】
上記の説明では、端末装置４０による音ｓの１回の出力に対し、位置推定を行う場合を例に挙げたが、１回の位置推定を行うために、端末装置４０から音ｓを複数回出力するようにしてもよい。その場合、位置推定装置３０は、端末装置４０が音ｓを出力する度に音ｓの出力位置に対する位置推定を行い、例えば、推定結果の平均値を端末装置４０（ユーザ）の位置として推定するようにしてもよい。複数回の推定結果に基づいて最終的な推定位置を決定することで、位置推定処理のばらつきの影響を低減し、位置推定の精度を向上することができる。
【００４７】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による空調システムを、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第二実施形態における空調システムの一例を示す図である。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る空調システムを構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第二実施形態に係る空調システムでは、位置推定装置３０Ａが、Ａ／Ｄコンバータ３３の代わりにコンパレータ３８を備え、到達時刻推定部３５の代わりに到達時刻推定部３５Ａを備える。  また、第二実施形態では、端末装置４０が１回の出力時にＮ周期分の音ｓを出力することが定められ、その情報を端末装置４０とマイコン３４とが共有しているとする。
コンパレータ３８は、フィルタ３２が出力した音ｓのアナログ音信号の振幅と、所定の閾値とを比較してアナログ音信号の振幅が閾値を上回れば「１」を出力し、アナログ音信号の振幅が閾値以下であれば「０」を出力する。ここで閾値とは、端末装置４０から出力された音ｓが到達したか否かを判定するための値である。コンパレータ３８は、「０」または「１」のパルス信号を到達時刻推定部３５Ａへ出力する。
【００４８】
到達時刻推定部３５Ａは、例えば、コンパレータ３８からの出力が一定期間「０」の状態から変化して、「１」が通算して所定回数、又は連続して所定回数出力されると、音ｓが到達したと判定する。また、到達時刻推定部３５Ａは、例えば、コンパレータ３８からの出力が一定期間「１」の状態から変化して、「０」が通算して所定回数、又は連続して所定回数（例えば１０回）出力されると、音ｓの到達が終了したと判定する。到達時刻推定部３５Ａは、音ｓの到達が終了したと判定した場合、「１」が出力された最後の時刻を検出終了時刻とし、検出終了時刻から、Ｎ／ｆ０だけ遡った時刻を音ｓの到達時刻として推定する（第２の到達時刻）。あるいは、到達時刻推定部３５Ａは、音ｓが到達したと判定した時刻を検出開始時刻とし、検出開始時刻から所定時間遡った時刻（例えば３周期分、３／ｆ０）を音ｓの到達時刻として推定してもよい（第１の到達時刻）。最初に音ｓが到達したと判定した時刻（検出開始時刻）から所定時間遡った時刻を到達時刻として推定するのは、図３（ｂ）に示すように音が徐々に立ち上がるため、音ｓが到達してからしばらくはコンパレータ３８からの出力が「０」となるためである。あるいは、到達時刻推定部３５Ａは、第１の到達時刻と、第２の到達時刻とを算出し、２つの時刻の平均や重み付き平均を音ｓの到達時刻として推定してもよい。
【００４９】
到達時刻推定部３５Ａは、マイクＭ１〜Ｍ４が検出した音ｓのそれぞれに対して到達時刻を推定し、４つの到達時刻を位置推定部３６へ出力する。
位置推定部３６は、マイクＭ１〜Ｍ４への音ｓの到達時刻の推定値から、例えば、マイクＭ１とマイクＭ２への音ｓの到達時刻差、マイクＭ１とマイクＭ３への音ｓの到達時刻差、マイクＭ１とマイクＭ４への音ｓの到達時刻差を算出し、ＴＤＯＡにより音源（端末装置４０）の位置を推定する。
【００５０】
本実施形態によれば、コンパレータ３８が閾値に基づいて出力したパルス信号に基づいて、正確に音ｓの到達時刻を推定することができる。第二実施形態によれば、第一実施形態に比べ少ない計算負荷で到達時刻を推定することができる。
【００５１】
また、第二実施形態の到達時刻の推定方法は、第一実施形態の構成を備える空調システムでも実行することができる。例えば、到達時刻推定部３５は、所定の閾値とＡ／Ｄコンバータ３３から出力される音圧のピーク値とを比較する。そして、一定期間音圧のピーク値が閾値を下回る状態から変化して、通算して所定回数、又は連続して所定回数、ピーク値が閾値を上回ると、到達時刻推定部３５は、音ｓが到達したと判定する。到達時刻推定部３５は、音ｓが到達したと判定した時刻を検出開始時刻とし、検出開始時刻から所定時間遡った時刻（例えば３周期分、３／ｆ０）を音ｓの到達時刻として推定してもよい（第１の到達時刻）。
また、到達時刻推定部３５は、音ｓが到達していると判定される状態から通算して所定回数、又は連続して所定回数（例えば１０回）ピーク値が閾値を下回ると、音ｓの到達が終了したと判定する。音ｓの到達が終了したと判定した場合、最後に振幅のピーク値が閾値を上回った時刻を検出終了時刻とし、検出終了時刻から、Ｎ／ｆ０だけ遡った時刻を音ｓの到達時刻として推定する（第２の到達時刻）。あるいは、到達時刻推定部３５は、第１の到達時刻と、第２の到達時刻とを算出し、２つの平均や、重み付き平均を音ｓの到達時刻として推定してもよい。
閾値に基づく到達時刻の推定の場合、近似曲線を算出する場合と比較して、より少ない計算負荷で到達時刻を推定することができる。
【００５２】
図１０は、本発明の各実施形態における位置推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、インタフェース９０４を備える。
上述の位置推定装置３０、３０Ａは、コンピュータ９００を備える。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。
【００５３】
少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行してもよい。
【００５４】
上述した位置推定装置３０、３０Ａにおける各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを位置推定装置３０、３０Ａのコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００５５】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
位置推定装置３０、３０Ａは、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
【００５６】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、アナログ音信号とデジタル音信号は、波形信号の一例である。
【００５７】
例えば、上記の実施形態では、マイクＭ１〜Ｍ４の全てを同時に用いることとしたが、音源の平面での位置の推定は、マイクが３つあれば可能である。ユーザの平面上の位置推定のみを行う場合、例えば、マイクＭ１〜Ｍ３だけを使用して位置推定を行い、何れかのマイクが故障した場合に残りのマイクＭ４を使用するようにしてもよい。あるいは、４つのマイクＭ１〜Ｍ４のうち、任意の３つのマイクを毎回選択して、選択したマイクによって位置推定を行うようにしてもよい。
【００５８】
または、平面での位置推定を行う場合、１回の位置推定について、マイクＭ１、Ｍ２、Ｍ３を用いた推定、マイクＭ１、Ｍ３、Ｍ４を用いた推定、マイクＭ１、Ｍ２、Ｍ４を用いた推定、マイクＭ２、Ｍ３、Ｍ４を用いた推定の４回の位置推定処理を行って、４回の推定結果の平均を、最終的な端末装置４０の位置として決定してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１０・・・空調機
２０・・・制御装置
３０・・・位置推定装置
３１・・・アンプ
３２・・・フィルタ
３３・・・Ａ／Ｄコンバータ
３４、３４Ａ・・・マイコン
３５、３５Ａ・・・到達時刻推定部
３６・・・位置推定部
３７・・・通信部
３８・・・コンパレータ
４０・・・端末装置
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４・・・マイク
ｗ・・・空間
ｓ・・・音
９００・・・コンピュータ
９０１・・・ＣＰＵ
９０２・・・主記憶装置
９０３・・・補助記憶装置
９０４・・・インタフェース
【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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