(57)【要約】【課題】  センサの数を増やすことなく、鋭い指向性を有する遅延和型センサアレイ装置を提供する。【解決手段】  複数のマイクロホンＭ1，Ｍ2，…，ＭNを配置したマイクロホンアレイ１と、マイクロホンアレイ１にとって目的方向の利得が最大となる指向特性を生成する第１信号処理手段３と、マイクロホンアレイ１にとって目的方向の利得が最小となると共にサイドローブが第１信号処理手段３による指向特性と類似する指向特性を生成する第２信号処理手段４と、第１信号処理手段３で生成された指向特性と第２信号処理手段４で生成された指向特性との差分を算出する演算処理手段８を備えた。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを配置したセンサアレイと、このセンサアレイの指向特性を各種生成する複数の信号処理手段と、これらの信号処理手段で生成された各種の指向特性について演算処理する演算処理手段を備えたことを特徴とする遅延和型センサアレイ装置。
【請求項２】
複数のセンサを配置したセンサアレイと、このセンサアレイにとって目的方向の利得が最大となる指向特性を生成する第１信号処理手段と、前記センサアレイにとって目的方向の利得が最小となると共にサイドローブが前記第１信号処理手段による指向特性と類似する指向特性を生成する第２信号処理手段と、この第２信号処理手段で生成された指向特性と前記第１信号処理手段で生成された指向特性との差分を算出する演算処理手段を備えたことを特徴とする遅延和型センサアレイ装置。
【請求項３】
前記センサがマイクロホンである請求項１又は２記載の遅延和型センサアレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサアレイの指向特性を可変にした遅延和型センサアレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な遅延和型マイクロホンアレイ装置としては、図３に示すように、直線状に配置された複数のマイクロホンＭ1，Ｍ2，…，ＭN（以下「直線配置マイクロホンアレイ」という）個々の出力に適当な遅延量ｄ1,ｄ2,…,ｄNを遅延器１００により乗じ、これら乗算器１００の出力の和を加算器１０１で計算して実現されることが知られている。指向性の性能は、図４に示すように、メインローブＭの幅とサイドローブＳの大きさで特徴付けられ、メインローブＭの幅が狭く、且つサイドローブＳの大きさが小さいほど指向性は鋭いと表現される。なお、図４はマイクロホンが５本の場合で到来信号周波数が１ｋＨzの指向特性の一例を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、鋭い指向性を実現するためには、図３に示すマイクロホンＭ1，Ｍ2，…，ＭNの数を多くすればよいが、指向性は目的とする音波の波長にも依存するため、低い周波数において鋭い指向性を得るには多くのマイクロホンＭ1，Ｍ2，…，ＭNを必要とするばかりでなく、直線配置マイクロホンアレイ１０２の長さも長くなるという問題がある。【０００４】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、センサの数を増やすことなく、鋭い指向性を有する遅延和型センサアレイ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、複数のセンサを配置したセンサアレイと、このセンサアレイの指向特性を各種生成する複数の信号処理手段と、これらの信号処理手段で生成された各種の指向特性について演算処理する演算処理手段を備えたものである。【０００６】
請求項２に係る発明は、複数のセンサを配置したセンサアレイと、このセンサアレイにとって目的方向の利得が最大となる指向特性を生成する第１信号処理手段と、前記センサアレイにとって目的方向の利得が最小となると共にサイドローブが前記第１信号処理手段による指向特性と類似する指向特性を生成する第２信号処理手段と、この第２信号処理手段で生成された指向特性と前記第１信号処理手段で生成された指向特性との差分を算出する演算処理手段を備えたものである。【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の遅延和型センサアレイ装置において、前記センサをマイクロホンとした。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、指向特性を変更する信号処理手段により、指向特性を強調することができる。例えば、遅延回路のパラメータの設定、各センサの出力の重み付け変更や空間フィルタの使用による零点や極の設定などにより、指向特性を変更することができる。また、センサの数を増やすことなく、鋭い指向性を得ることができる。【０００９】
請求項２に係る発明によれば、目的方向に最大利得を有する第１信号処理手段の出力信号と、目的方向に最小利得を有すると共に第１信号処理手段と類似のサイドローブを有する第２信号処理手段の出力信号の差分を求めることで、サイドローブ成分を抑制し、メインローブ成分を鋭くすることができる。また、センサの数を増やすことなく、鋭い指向性を得ることができる。【００１０】
請求項３に係る発明によれば、センサをマイクロホンにすることによって、各方向に指向特性を有するマイクロホンアレイを作ることができるので、異なる方向、または移動する音源の動きを捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る遅延和型センサアレイ装置のブロック構成図
【図２】指向特性図
【図３】従来の遅延和型マイクロホンアレイ装置のブロック構成図
【図４】従来の指向特性図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る遅延和型センサアレイ装置のブロック構成図、図２は指向特性図である。【００１３】
本発明に係る遅延和型センサアレイ装置は、図１に示すように、Ｎ個のマイクロホンＭ1，Ｍ2，…，ＭNを配置したマイクロホンアレイ１と、各マイクロホンＭ1，Ｍ2，…，ＭNの出力信号をデジタル信号に変換するＮ個のＡ／Ｄ変換器２と、各Ａ／Ｄ変換器２の出力信号から所定の指向特性を生成する第１信号処理手段３と、各Ａ／Ｄ変換器２の出力信号から第１信号処理手段３と異なる指向特性を生成する第２信号処理手段４と、第１信号処理手段３と第２信号処理手段４を制御する制御部５と、第１信号処理手段３の出力信号の位相をπ／２シフトする位相シフト器６と、第２信号処理手段４の出力信号に係数ｋを乗ずる乗算器７と、位相シフト器６の出力信号と乗算器７の出力信号の差分を算出する演算処理手段８を備えている。【００１４】
なお、各Ａ／Ｄ変換器２の出力信号から所定の指向特性を生成する信号処理手段としては、第１信号処理手段３や第２信号処理手段４に限られず、３つ以上設けることができる。そして、それらの出力信号を演算処理手段８により演算処理してもよい。【００１５】
第１信号処理手段３は、Ｎ個のデジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)と、Ｎ個のデジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)の出力信号を加算して出力する加算器１０からなる。デジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)は、周波数バンドをオクターブ、１／２オクターブ、１／３オクターブなど、目的に応じて分割する機能と、空間フィルタ機能を有する。【００１６】
また、第２信号処理手段４も、Ｎ個のデジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N)と、Ｎ個のデジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N) の出力信号を加算して出力する加算器１１からなる。デジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N)は、周波数バンドを１オクターブ、１／２オクターブ、１／３オクターブなど、目的に応じて分割する機能と、空間フィルタ機能を有する。【００１７】
制御部５は、デジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)及びデジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N)のパラメータを設定する。また、制御部５は、乗算器７が乗ずべき適切な係数ｋを指示する。位相シフト器６を加算器１０の後段に設けているが、位相シフト器６を設けずにπ／２位相シフト機能をデジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)に組み込むことも可能である。乗算器７は、第２信号処理手段４の出力信号に適切な係数ｋを乗ずることで、演算処理手段８へ入力される信号の大きさを最適化する。乗算器７には、係数ｋのテーブルが予め作成されて設定されてある。【００１８】
以上のように構成した本発明に係る遅延和型センサアレイ装置の動作について説明する。先ず、マイクロホンアレイ１で取り込んだ音圧信号が、Ａ／Ｄ変換器２でデジタル信号にされる。ここで、計測対象となるエネルギー源が光であればセンサアレイとして光電素子アレイを用い、電波であればセンサアレイとしてアンテナを用いることができる。要は、計測対象となるエネルギー源に合ったセンサに置き換えることができる。【００１９】
次いで、Ａ／Ｄ変換器２でデジタル化された信号は、第１信号処理手段３と第２信号処理手段４に供給される。第１信号処理手段３では、デジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)がデジタル信号を１／３オクターブ毎に周波数を分割し、空間フィルタにより各信号を処理する。同様に、第２信号処理手段４でも、デジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N)がデジタル信号を１／３オクターブ毎に周波数を分割し、空間フィルタにより各信号を処理する。【００２０】
周波数バンドは、目的に応じて１オクターブ、１／２オクターブなどに分割することができる。また、空間フィルタを用いることで、零点及び極の設定により、指向特性を可変することができる。また、処理する周波数バンドによって、使用するマイクロホンの組み合わせを選択する。制御部５は、デジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)及びデジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N)のパラメータの設定を変更することで、加算器１０，１１に入力させる信号を選択することができる。【００２１】
第１信号処理手段３では、目的方向の利得が最大になる指向特性が得られるよう空間フィルタが設定されている。また、第２信号処理手段４では、目的方向の利得が最小になると共にサイドローブが第１信号処理手段３と類似するよう空間フィルタが設定されている。【００２２】
次いで、デジタルフィルタＦａ(1)，Ｆａ(2)，…，Ｆａ(N)の出力信号が、加算器１０で加算され、デジタルフィルタＦｂ(1)，Ｆｂ(2)，…，Ｆｂ(N)の出力信号が、加算器１１で加算される。更に、位相シフト器６が加算器１０の出力信号の位相をπ／２シフトし、乗算器７が加算器１１の出力信号に適切な係数ｋを乗じて演算処理手段８へ入力される信号の大きさを最適化する。図２に示す波形Ａは位相シフト器６の出力信号を示し、波形Ｂは乗算器７の出力信号を示す。【００２３】
次いで、演算処理手段８において、位相シフト器６の出力信号と乗算器７の出力信号の差分が算出される。すると、サイドローブ成分は類似するので減少し、メインローブ成分は目的方向の成分に抑制効果が働かないので、演算処理手段８の出力信号は、図２に示す波形Ｃのように、目的方向に対して鋭い特性を有するようになる。
従って、各方向に指向特性を作れば、移動する音源の動きを捉えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
センサの数や長さをあまり大きくすることなく、指向特性を容易に設定することが可能になるため、使用目的に応じた所望な指向特性を有するセンサアレイ装置を作ることができ、あらゆる計測分野への利用拡大が期待される。
【図１】
2007007414.tif 000002
【図２】
2007007414.tif 000003
【図３】
2007007414.tif 000004
【図４】
2007007414.tif 000005
【国際調査報告】
2007007414.tif 000006
2007007414.tif 000007
2007007414.tif 000008
2007007414.tif 000009