(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイ部と、該マイクロホンアレイ部を支持するアーム部と、前記マイクロホンアレイ部から入力されるマルチチャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換するデータ変換部と、前記データ変換部から出力されるデータ信号を無線送信するデータ送信部と、該データ送信部から送られるデータ信号を受信するデータ受信部と、前記マイクロホンアレイ部が鋭い指向性を発揮するよう、前記データ受信部にて受信された各マイクロホンのデータ信号の遅延時間を操作し、任意の方向から到来する音を選択的に合成した合成信号を出力する信号処理部と、該信号処理部から出力された合成信号をアナログ信号に変換し、音響信号として再生する音響出力部とを備え、前記マイクロホンアレイ部、前記アーム部、前記データ変換部、および前記データ送信部が一体に携帯可能に構成されていることを特徴とする携帯型音源捜索装置。
【請求項２】
前記データ変換部と前記データ送信部が前記アーム部に内蔵されていることを特徴とする請求項１に記載の携帯型音源捜索装置。
【請求項３】
前記アーム部の長さが可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯型音源捜索装置。
【請求項４】
前記データ送信部で受信されたデータを圧縮し、記憶媒体に記録するデータ記録部を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の携帯型音源捜索装置。
【請求項５】
前記マイクロホンアレイ部に当該マイクロホンアレイ部の第１の角度を検出する角度センサ部を備え、前記アーム部に前記角度センサ部で検出された第１の角度を前記データ受信部に送信する角度データ送信部を備え、前記音響出力部と自らの第２の角度を検出する角度センサ部と前記第２の角度を前記データ受信部に送信する角度データ送信部とを備えるヘッドセット部を備え、前記信号処理部は、前記データ受信部で受信された第２の角度の第１の角度に対する相対的な角度を検出し、該検出された角度に基づいて捜索方向を決定し、該決定された捜索方向に基づいて、前記データ受信部にて受信された各マイクロホンのデータ信号の遅延時間を操作し、該決定された捜索方向から到来する音を選択的に合成して合成信号を出力することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つの請求項に記載の携帯型音源捜索装置。
【請求項６】
前記音響出力部を複数個備え、前記信号処理部は、独立に複数の指向性を創出することにより、複数の異なる方向から到来する音を、それぞれ独立に合成した複数の合成信号を出力し、該複数の合成信号を前記複数の音響出力部から別々に出力させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つの請求項に記載の携帯型音源捜索装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報通信機器を用いた携帯型音源捜索装置に係り、より詳細には、３次元音響技術、信号処理技術などを利用した可搬型の超指向性マイクロホンを備えた携帯型音源捜索装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
災害の被災地において、一人でも多くの人命を救出するためには、生存者を迅速に見つけ出すことが重要である。生存者の捜索を支援する道具としては、人命救助等に使用する目的で開発された地中聴音器や伸縮自在棒の先端にカメラ・マイクロホン・スピーカー・ライトを一体化して取り付けた装置が提案されている（特許文献１）。しかし、これは一度に捜索できる範囲が限られており、不特定の方向から到来する音が混じり合うため、騒音下での有用性は乏しいと考えられる。
【０００３】
マイクロホンアレイは、音響情報を３次元的に計測する手段として有効であり、主に雑音環境下や、またはビデオ会議システムなどにおいて、複数話者の中から特定の話者の声だけを抽出する方法として（特許文献２）、音声認識装置やロボットの要素技術として研究が進められている（非特許文献１、２）。マイクロホンアレイの指向性や空間感度特性は、信号処理により制御できる。
【０００４】
【特許文献１】US20010055544A1
【特許文献２】特表2004-528766
【非特許文献１】J.-M. Valin、 F. Michaud、 J. Rouat、 and D. L´etourneau、 “Robust sound source localization using a microphone array on amobile robot、” inProc. IROS、2003
【非特許文献２】Yasuaki Ohashi、Tsuyoki Nishikawa、 Hiroshi Saruwatari、Akinobu Lee、Kiyohiro Shikano、 ``Noise Robust Speech RecognitionBased on Spatial Subtraction Array、''Proceedings of International Workshop on Nonlinear Signal and Image Processing(NSIP2005)、pp324−327、May 2005
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
地震や台風といった自然災害の被災地や大規模な事故の被害地では、生存者を迅速に発見することが求められる。このとき、生存者が発する声や音は重要な手がかりとなる。特に瓦礫などの障害物によって視野が制限されている場合、音は最大の手がかりとなる。そこで、単一指向性マイクロホンあるいは無指向性マイクロホンで収集した音を増幅してヘッドホン等により捜索者が聞く手段はあるが、単一指向性マイクロホンの場合、一度に一つの方向しか捜索できないため効率が悪い。また無指向性マイクロホンの場合、不特定の方向から到来する信号が混じり合うため、外来騒音の影響を強く受けてしまう。
【０００６】
それに対して、マイクロホンアレイを用いれば、信号処理によって任意の方向に鋭い指向性を生むことができるため、騒音下でも微小な信号を発見できる可能性が高い。単一指向性マイクロホンの場合、マイクロホン自体を捜索したい方向に向けなくてはならないが、マイクロホンアレイでは、マイクロホン自体は動かすことなく、任意の方向を捜索できる。また、同時に独立した複数の指向性を形成できるので、広い領域を効率よく捜索することができる。
【０００７】
本発明の目的は、上記の利点をもつマイクロホンアレイを可搬型とすることにより、屋内、屋外を問わず、各種の災害現場等において音源を的確に発見することのできる携帯型音源捜索装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するため、下記の手段を採用した。
第１の手段は、複数のマイクロホンからなるマイクロホンアレイ部と、該マイクロホンアレイ部を支持するアーム部と、前記マイクロホンアレイ部から入力されるマルチチャネルのアナログ信号をデジタル信号に変換するデータ変換部と、前記データ変換部から出力されるデータ信号を無線送信するデータ送信部と、該データ送信部から送られるデータ信号を受信するデータ受信部と、前記マイクロホンアレイ部が鋭い指向性を発揮するよう、前記データ受信部にて受信された各マイクロホンのデータ信号の遅延時間を操作し、任意の方向から到来する音を選択的に合成した合成信号を出力する信号処理部と、該信号処理部から出力された合成信号をアナログ信号に変換し、音響信号として再生する音響出力部とを備え、前記マイクロホンアレイ部、前記アーム部、前記データ変換部、および前記データ送信部が一体に携帯可能に構成されていることを特徴とする携帯型音源捜索装置である。
第２の手段は、第１の手段において、前記データ変換部と前記データ送信部が前記アーム部に内蔵されていることを特徴とする携帯型音源捜索装置である。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記アーム部の長さが可変であることを特徴とする携帯型音源捜索装置である。
第４の手段は、第１の手段ないし第３の手段のいずれか１つの手段において、前記データ送信部で受信されたデータを圧縮し、記憶媒体に記録するデータ記録部を備えることを特徴とする携帯型音源捜索装置である。
第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれか１つの手段において、前記マイクロホンアレイ部に当該マイクロホンアレイ部の第１の角度を検出する角度センサ部を備え、前記アーム部に前記角度センサ部で検出された第１の角度を前記データ受信部に送信する角度データ送信部を備え、前記音響出力部と自らの第２の角度を検出する角度センサ部と前記第２の角度を前記データ受信部に送信する角度データ送信部と備えるヘッドセット部を備え、前記信号処理部は、前記データ受信部で受信された第２の角度の第１の角度に対する相対的な角度を検出し、該検出された角度に基づいて捜索方向を決定し、該決定された捜索方向に基づいて、前記データ受信部にて受信された各マイクロホンのデータ信号の遅延時間を操作し、該決定された捜索方向から到来する音を選択的に合成して合成信号を出力することを特徴とする携帯型音源捜索装置である。
第６の手段は、第１の手段ないし第５の手段のいずれか１つの手段において、前記音響出力部を複数個備え、前記信号処理部は、独立に複数の指向性を創出することにより、複数の異なる方向から到来する音を、それぞれ独立に合成した複数の合成信号を出力し、該複数の合成信号を前記複数の音響出力部から別々に出力させることを特徴とする携帯型音源捜索装置である。
【発明の効果】
【０００９】
上述のとおり本発明では、指向性を任意に制御できるマイクロホンアレイを可搬型とすることにより、屋内、屋外を問わず各種の災害現場等で利用できる携帯型音源捜索装置を提供することができる。
【００１０】
マイクロホンアレイの感度は、マイクロホンの個数を増やすことによって向上させることができるので、例えば、数cm程度の間隔で数百乃至以上のマイクロホンを配置することにより、わずかな信号でも捉えることのできる高感度の携帯型音源捜索装置を提供することができる。
【００１１】
マイクロホンアレイの指向性は、信号処理によって形成されるので、複数の信号処理を並列に実行させれば、独立した複数の指向性を同時に生み出すことができ、それぞれの指向性に対応した複数の合成信号を出力させることが可能である。並列信号処理によって合成された複数の合成信号をそれぞれ音響出力部から出力させることにより、複数の聴取者が聞くことができ、同時に複数の方向を捜索できるため、広い領域の捜索を効率的に行うことが可能となる。
【発明の実施の形態】
【００１２】
本発明の第１の実施形態を図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係る携帯型音源捜索装置の基本構成を示す図である。
同図において、１はマイクロホンアレイ部、２はアーム部、３はアーム部２に内蔵されるデータ変換部、４はアーム部２に内蔵されるデータ送信部、５はデータ受信部、６は信号処理部、７はデータ記録部、８は音響出力部である。マイクロホンアレイ部１は、複数のマイクロホン０、・・・Ｎ−１とそれを取り付けるマイクロホン取り付けパネル９と複数のアンプから構成され、必要に応じてマイクロホンアレイの背面から到来する不要な音を遮断する遮音板１０を備える。マイクロホン取り付けパネル９の形状に制限はなく、正方形、長方形、円盤型などが考えられる。
【００１３】
同図に示すように、データ変換部３とデータ送信部４はマイクロホンアレイ部１を支持するアーム部２に内蔵され一体化されている。また、音響出力部７から出力される信号は、スピーカまたはヘッドホンによって聴取者に提示される。
同図において、この携帯型音源捜索装置は以下のように動作する。マイクロホンアレイ部１において、複数のマイクロホン０、・・・Ｎ−１から取得された音響信号はマルチチャネルのアナログ電気信号に変換されデータ変換部３へ送られる。データ変換部３では、送られてきたアナログ信号はデジタル信号に変換されデータ送信部４から無線送信される。データ送信部４から送信されたデータ信号は、データ受信部５で受信され、信号処理部６及びデータ記録部７へ送られる。信号処理部６では、データ信号の各チャネルの遅延時間を制御し、任意の方向から到来する音を選択的に抽出し合成する。合成された信号は、音響出力部８においてアナログ信号に変換され、スピーカあるいはヘッドホンにて出力される。データ記録部７では、データ受信部５から送られてくるデータ信号を必要に応じてデータ圧縮し、記憶媒体に記録しておき、必要に応じて信号処理部６に出力する。
【００１４】
図２は、本実施形態の発明に係る携帯型音源捜索装置の構成を示す図である。
同図において、１１は防音処理された室内に複数の捜索者２，３，４が配置された制御室部であり、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
この携帯型音源捜索装置は以下のように動作する。まず、一人の捜索者１がアーム部２に支持されたマイクロホンアレイ部１を保持し、操作する。マイクロホンアレイ部１で取得されたデータ信号はアーム部２に内蔵されたデータ送信部４から無線送信され、制御室部１１に設けられたデータ受信部５で受信される。受信されたデータ信号は、信号処理部６またはデータ記録部７に送信される。信号処理部６では、独立した複数の指向性が演算によって求められ、異なる方向から到来する信号が別々に合成される。異なる指向性を有するそれぞれの合成信号Ａ、合成信号Ｂ、合成信号Ｃは、それぞれの捜索者２，３，４が保持する音響出力部８によって各捜索者２，３，４のヘッドホンにて聴取される。このように、複数の聴取者２，３，４が制御室部１１の中で別々に聴取することによって、同時に複数の方向が捜索されるため、効率よく広い領域の捜索を迅速に行うことができる。制御室部１１は、捜索場所の近くまで運ぶことができ、その内部はできるだけ静かな環境が望ましい。制御室部１１としては防音処理された車載型のコンテナなどが考えられる。なお、形成される複数の指向性は独立なため、互いに干渉することはない。
【００１５】
次に、第２の実施形態を図３及び図４を用いて説明する。
図３は本実施形態の発明に係る携帯型音源捜索装置の構成を示す図である。
同図において、１２はヘッドセット部、１３はマイクロホンアレイ部１またはアーム部２に備えられ、マイクロホンアレイ部１またはアーム部２の角度を検出する角度センサ部、１４は角度センサ部１３で検出された角度をデータ受信部５に送信する角度データ送信部、１５はヘッドセット部１２に備えられ、ヘッドセット部１２の角度を検出する角度センサ、１６は角度センサ部１５で検出された角度をデータ受信部５に送信する角度データ送信部である。なお、その他の構成は図２に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００１６】
同図に示すように、マイクロホンアレイ部１に備えられる角度センサ部１３で検出された角度は、角度データ送信部１４からデータ受信部５に送信される。また、ヘッドセット部１２は、信号処理部６にて合成された合成信号を出力するヘッドホンを備える音響出力部８と、ヘッドセット部１２の角度を検出する角度センサ部１５を備え、検出された角度は角度データ送信部１６からデータ受信部５に送信される。データ受信部５にてそれぞれ受信された各角度は信号処理部６へ送られる。
【００１７】
図４は、捜索者１がマイクロホンアレイ部１を動かすことなく、頭部の向きを変えることによってマイクロホンアレイ部１の指向方向を制御している場面を説明するための図である。
角度センサ部１３，１５における角度センサによって角度を検出する方法には特に制限はないが、地磁気に対する相対角度を検出する磁気センサなどが市販されているので利用することができる。例えば、マイクロホンアレイ部１とヘッドセット部１２のそれぞれの角度センサ部１３，１５に市販の角度センサを装着し、それぞれの地磁気に対する相対角度を検出する。角度センサ部１３，１５のそれぞれの角度センサで検出された角度の差をθとする。隣り合った各マイクロホン０，１，・・・ｉ間の距離をｒとすると、マイクロホン０とｉ番目のマイクロホンｉとの距離はｉｒである。マイクロホンアレイ部１に対して角度θの方向から到来する信号がマイクロホン０に到達してからマイクロホンｉに到達するまでの時間差は、距離ｉｒsinθを音速ｃで除したものとなる。信号処理部６では、この時間差ｉｒsinθ／ｃを補正することにより、ヘッドセット部１２が向いている方向から到来する音を選択的に抽出し合成することが可能となる。合成された信号は、音響出力部８においてアナログ信号に変換され、ヘッドホンから出力される。これにより捜索者１は、マイクロホンアレイ部１を動かすことなく、頭部の向きを変えることによってマイクロホンアレイ部１の指向方向を制御できる。したがって、マイクロホンアレイ部１を自由に動かせないような狭い空間での捜索が可能となる。
【００１８】
本実施形態の携帯型音源捜索装置においても、任意の方向から到来する音が選択的に合成され、出力されるが、捜索者自身が騒音環境内にいると、騒音の影響によって微弱な信号が聞き取れない可能性があるので、第１の実施形態の携帯型音源捜索装置と同様に内部が静かな制御室部１１の中で、複数の捜索者が合成信号を聴取できるようにする必要がある。
【００１９】
ここで、第１の実施形態および第２の実施形態の携帯型音源捜索装置における信号処理部６にて行われる処理について式１ないし式３、および図５を用いて説明する。
図５は、マイクロホンアレイにおけるマイクロホンとマイクロホンアレイのフォーカスの関係を示すものである。
【００２０】
音波がt（秒）間に進む距離l（m）は音速c（m／秒）と伝達時間t（秒）の積で求まる（式１）。よって、距離lが既知の場合、距離lから伝達時間tを求めることができる（式２）。
0004751974.tif 000002
フォーカス位置Xは、マイクロホンアレイから見た方向と距離を指定することによって任意に決めることができる。式３からあきらかなように、マイクロホンの数が多いほど、目的とする信号は相対的に増幅されるため、鋭い指向性が得られる。
【００２１】
捜索現場での捜索、救助活動は、日没や悪天候の影響で中断せざるを得ない場合もある。第１及び第２の実施形態において、マイクロホンアレイ部１で収音されデータ変換部３でデジタル信号に変換された信号をデータ記録部７に保存することにより、現場での捜索終了後や捜索中断中でも記録された信号をもとに繰り返し信号を再合成し、聴取することが可能となる。このとき、信号を再合成するたびにフォーカスを少しずつ移動させることによって、より詳細な捜索が可能になる。
【００２２】
以上、本発明の基本的な実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜の変更が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の発明に係る携帯型音源捜索装置の基本構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の発明に係る携帯型音源捜索装置の構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態の発明に係る携帯型音源捜索装置の構成を示す図である。
【図４】捜索者１がマイクロホンアレイ部１を動かすことなく、頭部の向きを変えることによってマイクロホンアレイ部１の指向方向の制御を説明するための図である。
【図５】マイクロホンアレイとそのフォーカス位置の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
０、・・・Ｎ−１  マイクロホン
１  マイクロホンアレイ部
２  アーム部
３  データ変換部
４  データ送信部
５  データ受信部
６  信号処理部
７  データ記録部
８  音響出力部
９  マイクロホン取り付けパネル
１０  遮音板
１１  制御室部
１２  ヘッドセット部
１３  角度センサ部
１４  角度データ送信部
１５  角度センサ
１６  角度データ送信部
【図１】
0004751974.tif 000003
【図２】
0004751974.tif 000004
【図３】
0004751974.tif 000005
【図４】
0004751974.tif 000006
【図５】
0004751974.tif 000007