(57)【要約】【課題】道路を走行している車両の音源を正確に探査することができる音源探査システムを提供する。【解決手段】道路１０１の脇にその道路に向けて上下に配列された複数のマイクロホン１１を有するマイクロホンアレイ１０と、道路を通過する車両１００を撮影するカメラ２０と、道路周辺の音反射体を表わすプリセット情報およびカメラ２０による撮影により得られた撮影画像に基づいて道路１０１を走行する車両１００から発せられた音の反射体モデルを構築し、複数の音信号に反射体モデルでの反射による音伝播の遅延を組み入れた遅延加算演算を実行することにより道路上の音源を探査する音源解析用パソコン５０とを備えた。【選択図】図１
2015152315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
該車両通行路に向けて配列された複数の音センサを有するセンサアレイと、
前記車両通行路を通過する車両を撮影するカメラと、
前記車両通行路周縁の音反射体を表わすプリセット情報および前記カメラによる撮影により得られた撮影画像に基づいて該車両通行路を走行する車両から発せられた音の反射体モデルを構築するモデル構築部と、前記複数の音センサにより得られた複数の音信号に、前記モデル構築部で構築された反射体モデルでの反射による音伝播の遅延を組み入れた遅延加算演算を実行することにより該車両通行路上の音源を探査する音源探査部とを有する演算装置とを備えたことを特徴とする音源探査システム。
【請求項２】
前記センサアレイが、前記車両通行路を挟んだ両脇それぞれにおいて前記車両通行路に向けて上下に配列された複数の音センサを有することを特徴とする請求項１記載の音源探査システム。
【請求項３】
前記センサアレイが、前記車両通行路を挟んだ両脇それぞれにおける複数の音センサの上下の配列を上方において梁状につなぐように下向きに配列された複数の音センサを有することを特徴とする請求項２記載の音源探査システム。
【請求項４】
前記音源探査部が、前記遅延加算演算を実行するにあたり、２回反射まで考慮した遅延加算演算を実行することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の音源探査システム。
【請求項５】
前記センサアレイが、前記車両通行路に沿って複数配列され、
前記演算装置が前記車両通行路を走行する車両の、前記複数のセンサアレイそれぞれの脇を通過する時点の音源を探査するものであることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の音源探査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両通行路上の音源を探査する音源探査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば道路上を走行している自動車やオートバイなどの車両の中から、例えば改造マフラの装着等により規定以上の騒音を発している車両を同定することが要請されている。このためには先ずは、騒音源候補となるような音源となっている車両を特定する必要がある。このためには、並走しているあるいは相前後して走行している複数台の自動車やオートバイの中のどの車両が騒音源候補となるような音源であるかを確実に特定する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、道路脇から道路を斜め下に見下ろすように設置されたマイクロホンアレイを備えた騒音源同定システムが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、道路の真上に下向きのマイクロホンアレイを設置した音源同定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２０２９５８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６６３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数の車両が並走しているとき音源の数はそれら並走している車両の数と同数とは限らず、並走する車両に反射して音像が生まれることで車両の数以上の音源が観測されることがある。また並走している車両の陰になって音源からの直接音がマイクロホンアレイに届かない場面もある。
【０００７】
上掲の特許文献１，２の技術の場合、上記のような反射による音像の発生や音源が並走している車両の陰に隠れることについては想定されておらず、このような状況が生じたときには正確な音源探査が難しいという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、音源を一層正確に探査することが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】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の音源探査システムは、
車両通行路に向けて配列された複数の音センサを有するセンサアレイと、
車両通行路を通過する車両を撮影するカメラと、
車両通行路周辺の音反射体を表わすプリセット情報およびカメラによる撮影により得られた撮影画像に基づいて車両通行路を走行する車両から発せられた音の反射体モデルを構築するモデル構築部と、複数の音センサにより得られた複数の音信号に、モデル構築部で構築された反射体モデルでの反射による音伝播の遅延を組み入れた遅延加算演算を実行することにより車両通行路上の音源を探査する音源探査部とを有する演算装置とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の音源探査システムは、反射体モデルを構築してその反射体モデルでの反射による音伝播の遅延を組み入れた遅延加算演算を実行することにより音源を探査するものであるため、実在する音源と反射による音像とを区別して音源が正確に探査される。
【００１１】
ここで、本発明の音源探査システムにおいて、上記センサアレイが、車両通行路を挟んだ両脇それぞれにおいてその車両通行路に向けて上下に配列された複数の音センサを有することであることが好ましい。
【００１２】
車両通行路を挟んだ両脇それぞれに複数の音センサを有するセンサアレイを採用すると、大型の車両と並走している小型車両についても見逃すことなく、音源の一層正確な探査が行なわれる。
【００１３】
また、本発明の音源探査システムにおいて、上記センサアレイがさらに、車両通行路を挟んだ両脇それぞれにおける複数の音センサの上下の配列を上方において梁状につなぐように下向きに配列された複数の音センサを有するものであることも好ましい態様である。
【００１４】
車両通行路の両脇の複数の音センサに加えさらに車両通行路の上方から下向きに配列された複数の音センサを有するセンサアレイを採用すると、さらに正確な音源探査が行なわれる。
【００１５】
また、本発明の音源探査システムにおいて、上記音源探査部が、遅延加算演算を実行するにあたり、２回反射まで考慮した遅延加算演算を実行することが好ましい。
【００１６】
３回以上の多数回反射は反射による音の減衰が大きく、また３回以上の多数回反射まで考慮すると演算に時間がかかり過ぎ、一方、２回反射まで考慮することで十分な演算が可能である。
【００１７】
さらに、本発明の音源探査システムにおいて、上記センサアレイが、車両通行路に沿って複数配列され、上記演算装置が車両通行路を走行する車両の、複数のセンサアレイそれぞれの脇を通過する時点の音源を探査するものであることが好ましい。
【００１８】
走行車両の音源を時間的に追うことで、さらに正確な音源探査が行なわれる。
【発明の効果】
【００１９】
以上の本発明の音源探査システムによれば、正確な音源探査を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態としての音源探査システムの構成を示した模式図である。
【図２】音源解析用パソコン内で実行される演算処理を示したブロック図である。
【図３】本実施形態に則した音源探査の理論計算手法の説明図である。
【図４】いくつかの反射条件を示した図である。
【図５】音源からの直接音のみを考慮した場合と反射音まで含めて考慮した場合の相違点の説明図である。
【図６】路面反射の場合の逆演算のモデルを示した図である。
【図７】計算結果の一例を示した図である。
【図８】複数のマイクロホンアレイを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態としての音源探査システムの構成を示した模式図である。
【００２３】
この図１に示す音源探査システム１は、マイクロホンアレイ１０と、２台のカメラ２０と、２台の計測用ユニット３０と、２台の計測用パーソナルコンピュータ（以下「パーソナルコンピュータ」を「パソコン」と略記する）４０と、音源解析用パソコン５０と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｖａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）センサ６０とを備えている。
【００２４】
マイクロホンアレイ１０には、車両１００が通行する道路１０１の脇に立設するマイク固定柱１２に上下に配列された状態に固定された複数のマイクロホン１１が備えられている。本実施形態では、マイク固定柱１２が道路１０１を挟んだ両脇それぞれに、立設しており、それら２本のマイク固定柱１２のそれぞれに、道路１０１に向けて配列された複数のマイクロホン１１が固定されている。さらには、本実施形態では、２本のマイク固定柱１２の上端どうしを繋ぐように設置されたマイク固定バー１３を備えており、道路１０１を挟んだ両脇それぞれにおける複数のマイクロホン１１の上下の配列を上方において梁状につなぐように、そのマイク固定バー１３に下向きに配列された状態に固定された複数のマイクロホン１１を有する。すなわち、本実施形態におけるマイクロホンアレイ１０には、複数のマイクロホン１１が、道路１０１を通行する車両１００から見て両側において上下に並び、さらに上方において左右に配列され、全体として門形状に配列されている。
【００２５】
本実施形態におけるマイクロホンアレイ１０、マイクロホン１１は、本発明にいう、それぞれセンサアレイ、音センサの各一例である。
【００２６】
２本のマイク固定柱１２の上端（マイク固定バー１３の両脇）にはＧＰＳセンサ６０が配置されている。これらのＧＰＳセンサ６０は計測開始同期用である。
【００２７】
マイクロホンアレイ１０に備えられた複数のマイクロホン１１のそれぞれは、道路１０１を通行する車両等から発せられる音がピックアップされる。複数のマイクロホン１１のそれぞれで音がピックアップされて生成された音信号は、２本のケーブル１４いずれかを経由して２台の計測用ユニット３０のいずれかに入力される。これら２台の計測用パソコン４０は無線ＬＡＮにより互いに繋がれている。それら２台の計測用ｂパソコン４０のうちの１台の計測用パソコン４０ａに入力された音データは、もう１台の計測用パソコン４０ｂにデータ転送され、その１台の計測用パソコン４０ｂに音データが集められる。
【００２８】
また、この図１に示す音源探査システム１に備えられている２台のカメラ２０では道路１０１を通過する車両１００が撮影される。これら２台のカメラ３０での撮影により得られた画像データも２台の計測用パソコン４０のそれぞれに入力される。そして１台の計測用パソコン４０ａに入力された画像データは、音データとともに、無線ＬＡＮにより、もう１台の計測用パソコン４０ｂに入力される。
【００２９】
このようにして１台の計測用パソコン４０ｂに集められた音データおよび画像データは、音源解析用パソコン５０に入力される。
【００３０】
図２は、音源解析用パソコン内で実行される演算処理を示したブロック図である。
【００３１】
音源解析用パソコン５０内には、そこで実行されるプログラムにより、モデル構築部５１と音源探査部５２とモニタ部５３が構築される。
【００３２】
モデル構築部５１には、周辺情報と画像データが入力される。
【００３３】
周辺情報は道路周辺の音反射体、例えば建物や塀などの位置や形状を表わす情報である。この周辺情報は、音源探査を始める前に音源解析用パソコン５０にあらかじめプリセットされる。また、画像データは、カメラ２０による道路１０１を通過する車両１００の撮影により得られたデータである。
【００３４】
モデル構築部５１では、それら周辺情報および画像データに基づいて、道路１０１を走行する車両１００から発せられた音の反射体モデルが構築される。本実施形態では、このモデル構築部５１では、反射体モデルとして、立壁や直方体等の単純化された形状が採用されている。
【００３５】
このモデル構築体５１で構築された反射体モデルは音源探査部５２に入力される。また、この音源探査部５２には、音データも入力される。この音データは、図１に示すマイクロホンアレイ１０に備えられている多数のマイクロホン１１のそれぞれによりピックアップされた、道路１０１を通行する車両１００から発せられた音を表わすデータである。音源探査部５２では、この音データを基に、モデル構築部５１で構築された反射体モデルでの反射による音伝播の遅延を組み入れた遅延加算演算を実行することにより、道路１０１上の音源が探査される。この音源探査にあたっては、反射体モデルによる２回の反射音までが考慮される。３回以上の反射音は反射による減衰が厳しく、ほとんど有用性がないこと、および２回反射音まで考慮すれば、音源探査に十分であること、の理由による。また、この音源探査にあたり、本実施形態では、音線法が採用され、反射による吸音、距離による減衰が考慮される。この音源探査部５２では音源探査結果がモニタ部５３に向けて出力される。このモニタ部５３には、画像データも入力され、このモニタ部５３では、音源解析用パソコン５０の表示画面上に、探査された音源の位置やその音の強度が、その時点で走行していた車両１００の画像とともに表示される。
【００３６】
以下、図１，図２に示す音源探査システム１における音源探査方法について詳細に説明する。
【００３７】
図３は、本実施形態に則した音源探査の理論計算手法の説明図である。
【００３８】
ここでは、音源をＳ、音源探査領域をＡとし、音源探査領域Ａを二次元的に区分けした各小領域をＡｘｙとする。（ｘ，ｙ）は、その小領域Ａｘｙの位置座標を表わしている。またここには、その音源探査領域Ａを取り巻くＮ個の測定点Ｍ１，…，ＭＮに各マイクロホンが配置されている。ここでは、先ずは、音源Ｓは１つ、自由空間、無反射とする。ただし、最終的には、複数音源、路面反射、車両等の配置が考慮される。
【００３９】
音源Ｓで発せられた音が測定点Ｍｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）に到達するまでの間の伝達関数をＧｉ（ｉ，…，Ｎ）とすると、各測定点Ｍｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）ごとに
【００４０】
【数１】
2015152315.tif 000003
となる。これを行列で表わすと、
【００４１】
【数２】
2015152315.tif 000004
となる。
【００４２】
ここから音源を求めるには、
【００４３】
【数３】
2015152315.tif 000005
となる。
【００４４】
すなわち、元の音源Ｓは、各測定点Ｍｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）での音の測定結果に対して、
伝達関数
【００４５】
【数４】
2015152315.tif 000006
の逆行列
【００４６】
【数５】
2015152315.tif 000007
をかけて計算される。ここで、各測定点Ｍｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）から推定される音源ｓを合計して平均することによって、雑音成分は相殺され、真の音源Ｓが浮かび上がる。
【００４７】
【数６】
2015152315.tif 000008
ここで、伝達関数
【００４８】
【数７】
2015152315.tif 000009
の精度が音源Ｓへ影響する。伝達関数の各要素Ｇｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）の作成方法としては、音線法と波動関数を用いる方法が知られている。基本的には波動関数を用いる方法の方が精度が高い。しかし、波動関数を用いる方法を採用すると、音の反射や吸収の条件の精度を確保する必要がある。これに対し、図１に示すような道路１０１上を走行する車両１００の音源探査など一般的な屋外計測では、精度を正確に確保することが難しい。また、波動関数を用いると演算の負荷が大きく、演算速度に関しても問題がある。そこで、図１，図２に示す実施形態では、音線法が採用され、音線法を用いて上記の伝達関数
【００４９】
【数８】
2015152315.tif 000010
を構築している。測定データから音源位置を特定するにあたっては、解析対象小領域Ａｘｙの位置（ｘ，ｙ）から各測定点Ｍｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）までの各伝達特性Ｇｉ（ｉ＝１，…，Ｎ）を計算し、（２）式に示すように測定データから逆伝達特性を用いて音源データを算出する。その後、（４）式に示すように、Ｎ個の音源データを平均する。各小領域Ａｘｙごとにこの演算が行なわれて各小領域Ａｘｙごとの音圧レベルが算出され、これにより音圧レベルの分布情報が算出される。
【００５０】
図４は、いくつかの反射条件を示した図である。
【００５１】
図４（Ａ）は、道路の路面のみが反射体Ｒ０の場合である。
【００５２】
このときは、測定点Ｍでは、音源Ｓと路面での反射により生まれた仮想音源Ｓ’が観測される。
【００５３】
図４（Ｂ）では、路面からなる反射体Ｒ０と、道路の脇の塀あるいは建物による反射体Ｒ１とが存在する場合である。
【００５４】
この条件下では、音源Ｓから発せられた音の反射に起因して３つの仮想音源Ｓ’があらわれている。
【００５５】
図４（Ｃ）は、道路の路面からなる反射体Ｒ０と、その道路を走行している２台の車両からなる２つの反射体Ｒ１，Ｒ２とが存在する場合である。
【００５６】
この条件下でも、音源Ｓから発せられた音の反射に起因して複数の仮想音源Ｓ’があらわれている。
【００５７】
道路上を走行する車両は、図１に示す音源探査システム１が配備された箇所を瞬時に通過するため、反射体の条件は時々刻々変化する。このため、図１に示す音源探査システム１では、各瞬間の音源が探査される。各瞬間における反射体Ｒの位置や寸法は図１に示すモデル構築部５１で構築され、音源探査部５２において、音線法によるその瞬間の音源探査が行なわれる。この際、２回反射まで計算に含める。また、その時点における反射体Ｒの内部については探査対象から外す。こうすることにより、真の音源Ｓのみ探査することができる。
【００５８】
図５は、音源からの直接音のみを考慮した場合と反射音まで含めて考慮した場合の相違点の説明図である。
【００５９】
図５（Ａ）は直接音のみ考慮した場合、図５（Ｂ）は２回反射まで考慮した場合を示している。
【００６０】
図５（Ａ），（Ｂ）について、音源Ｓの位置、反射体Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２の位置や寸法は共通である。
【００６１】
図５（Ａ）の直接音のみを考慮した場合、左側最上段の１つの測定点Ｍ１での測定データ、および右側の領域Ｄ１内に存在する複数の測定点での測定データが有効となる。
【００６２】
これに対し、図５（Ｂ）の反射音まで考慮した場合、左右の領域Ｄ２内に存在する、より多くの測定点での測定データが有効となる。
【００６３】
すなわち、この図５（Ａ），（Ｂ）から分かるように、この図５に示す、音源Ｓが２つの反射体Ｒ１，Ｒ２の中間に存在するような条件下では、反射音までを考慮することによって、より多数の計測データを利用することができ、音源Ｓの位置の同定の精度向上に大きく寄与することができる。
【００６４】
図６は、路面反射の場合の逆演算のモデルを示した図である。
【００６５】
図６（Ａ）は、音計測モデルを示している。Ｓは音源、Ｍ１〜Ｍ４は４つの各測定点、路面からなる反射体Ｒ０、仮想音源Ｓ’、探査領域Ａ、探査領域Ａを複数に区分したときの各小領域Ａｘｙが示されている。
【００６６】
図６（Ｂ）は、音源Ｓからパルス音を発した場合の、各測定点Ｍ１〜Ｍ４での測定データのモデルを示した図である。横軸は時間軸ｔである。ここでは、反射や伝播距離による減衰は無視している。
【００６７】
図６（Ｃ）は、遅延加算演算結果を示した図である。横軸は、図６（Ｂ）と同じく時間軸ｔである。ここには、４つの測定点Ｍ１〜Ｍ４での測定データを、小領域Ａｘｙと各測定点Ｍ１〜Ｍ４との間の距離を考慮して、直接音どうしのタイミングが合うように遅延加算した結果が示されている。
【００６８】
図６（Ｃ）の（１）は、演算された小領域Ａｘｙが音源Ｓの位置と重なる小領域の場合である。このときは、４つの測定点Ｍ１〜Ｍ４での測定データのうちの直接音のデータが重なり、４倍の大きさのデータとなっている。反射音については、ここでは遅延加算の対象としていないため、１倍の大きさのデータがそれぞれずれた時刻に４つ並んでいる。ここでは、直接音のみが重なるように遅延加算しているが、反射音も重なるように各測定点Ｍ１〜Ｍ４それぞれの測定データを２重に遅延して加算すれば、直接音だけでなく反射音も重なった８倍の大きさデータを作ることができる。
【００６９】
図６（Ｃ）の（２）は、演算された小領域Ａｘｙが音源Ｓの位置とは異なる小領域の場合である。このときには、４つの測定点Ｍ１〜Ｍ４での測定データを遅延加算しても、時間的にずれた位置に１倍の大きさのデータが並ぶだけである。
【００７０】
このように、探査領域Ａ内の各小領域Ａｘｙについて遅延加算を行なうことにより、音源Ｓに一致した小領域Ａｘｙにおいてデータのピークを得ることができ、音源位置が特定される。
【００７１】
図７は、計算結果の一例を示した図である。
【００７２】
ここでは、探査領域は、ｘ方向（道路の幅方向）に±５ｍ、ｙ方向（高さ方向）に５ｍであり、この探査領域からｘ方向に±１０ｍ離れた位置にｙ方向に並ぶ複数の測定点Ｍが置かれている。測定点Ｍは地上から０．２ｍ間隔でｙ＝３．２ｍまで１６チャンネル配置されている。音源Ｓは、ｘ＝2ｍ、ｙ＝１．３ｍの位置にある。
【００７３】
この図７は、この条件下で路面反射体を考慮した演算結果を示した図であり、音源Ｓが正確に探査されている。
【００７４】
図２に示す音源探査部５２では、このような演算が実行され、その演算結果がモニタ部５３に渡される。モニタ部５３は、その演算結果に基づいて音源解析用パソコン５０（図１参照）の表示画面上に音源位置を車両とともに表示する。
【００７５】
図８は、複数のマイクロホンアレイを示した図である。
【００７６】
ここでは、道路１０１の脇であって、道路１０１上の走行する車両１００の走行方向（矢印Ｆ方向）に沿って複数（ここに示す例では３つ）のマイクロホンアレイ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが配列されている。ここでは、マイクロホンアレイ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ以外の構成要素は図示を省略している。ここでは、マイクロホンアレイ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃそれぞれの脇を通過する各時点の音源が探査される。このように、道路１０１に沿う複数箇所それぞれで音源を探査することにより、探査時点における音源の３次元的な位置を探査することができる。これにより、車両１００の走行に伴う音源の移動状況を知り、その音源（騒音源）となっている車両１００を、より正確に特定することができる。
【００７７】
尚、図１に示す例では、マイクロホンアレイ１０は道路１０１の両側と上部に跨って延びているが、図８に示すようにマイクロホンアレイは道路１０１の脇に上下に延びるだけであってもよい。さらには、例えば図４（Ｂ）に示すように道路１０１の一方の脇に反射体Ｒ１が存在するように各条件下では、道路１０１の、その反射体Ｒ１とは反射側の脇に上下に１本だけに延びるマイクロホンアレイ１０を採用してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１    音源探査システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ    マイクロホンアレイ
１１    マイクロホン
１２    マイク固定柱
１３    マイク固定バー
１４    ケーブル
２０    カメラ
３０    計測用ユニット
４０    計測用パーソナルコンピュータ
５０    音源解析用パソコン
５１    モデル構築部
５２    音源探査部
５３    モニタ部
６０    ＧＰＳセンサ
１００    車両
１０１    道路
【図１】
2015152315.tif 000011
【図２】
2015152315.tif 000012
【図３】
2015152315.tif 000013
【図４】
2015152315.tif 000014
【図５】
2015152315.tif 000015
【図６】
2015152315.tif 000016
【図７】
2015152315.tif 000017
【図８】
2015152315.tif 000018