(57)【要約】【課題】仮想空間座標系において、特定の音（特に異音）発生源の空間座標を簡便な装置構成と方法で測定する。【解決手段】既知の座標に配置され且つ発音部が発音した音を受音する複数の受音部を設け、複数の受音部のうちの任意の二つの受音部により構成される受音部対で発音部より発音される音を受音し、一つの受音部対について発音部〜第一の受音部の距離と発音部〜第二の受音部の距離の差である伝播行路距離差を算出し、伝播行路距離差を複数の受音部対についてそれぞれ同様に算出し、複数の受音部の既知の座標と複数の受音部対それぞれの伝播行路距離差より発音部の座標を算出することで対象点の座標を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音を発音する発音部と、
任意の空間座標系において既知の座標に配置され且つ前記発音部が発生した音を受音する複数の受音部と、
前記複数の受音部のうちの任意の二つの受音部からなる受音部対を複数有し、該受音部対に含まれる受音部で受音した音に基づいて、前記発音部から該受音部対の第一の受音部までの距離と前記発音部から該受音部対の第二の受音部までの距離との差である伝播行路距離差を算出する伝播行路距離差算出部と、
前記複数の受音部の既知の座標と、前記複数の受音部対についてそれぞれ算出された前記伝播行路距離差と、に基づいて前記発音部の座標を算出する発音部座標算出部と、
を具備することを特徴とする座標測定装置。
【請求項２】
前記発音部は前記複数の受音部とは別体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の座標測定装置。
【請求項３】
前記発音部座標算出部は、前記受音部対それぞれの受音部で受音された前記音の波形をパターンマッチングで照合して受音時間差を求め、該時間差に音速を乗じることで前記伝播行路距離差を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の座標測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の座標測定装置であって、前記音の周波数特性に応じて複数の発音部の座標を求めることを特徴とする座標測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、仮想空間座標系において特定の音（特に異音）の発生源の空間座標を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特定の音、特に異音の発生源を探査するための技術として、多数のマイクロフォンを配置したマイクロフォンアレイにより特定音の発生方向を解析する方法が提案されている（先行特許文献１・先行特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００４／０２１０３１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２４７４９号公報
【特許文献３】特願２０１５−０３９７１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の方法では、探査の精度を上げるためにマイクロフォンを多数（数十個）配置する必要があり、必然的に装置の物理的なサイズは大きくならざるを得ず、また多数のマイクロフォンによる音声の同時取得と各種ディジタル信号処理を行うためには高価なＡ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器や演算装置が必要となる。
更に、物理的サイズが大きいため小型の測定対象には使用できない上、これらの方式で得られるのは音の発生する方向や大凡の位置のみであり、音源位置の具体的な三次元座標を求めることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本願発明者はこれらの問題を解決すべく、同出願人による特許文献３の技術を元に本願発明を成した。
【０００６】
本発明による座標測定装置は、
「音を発音する発音部と、
任意の空間座標系において既知の座標に配置され且つ発音部が発生した音を受音する複数の受音部と、
複数の受音部のうちの任意の二つの受音部からなる受音部対を複数有し、受音部対に含まれる受音部で受音した音に基づいて、発音部から受音部対の第一の受音部までの距離と発音部から受音部対の第二の受音部までの距離との差である伝播行路距離差を算出する伝播行路距離差算出部と、
複数の受音部の既知の座標と、複数の受音部対についてそれぞれ算出された伝播行路距離差と、に基づいて発音部の座標を算出する発音部座標算出部と、
を具備する」
ことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の座標測定装置の発音部は、
「発音部は複数の受音部とは別体に設けられている」
ことを特徴としている。
【０００８】
更に、本発明の座標測定装置は、
「発音部座標算出部は、受音部対それぞれの受音部で受音された音の波形をパターンマッチングで照合して受音時間差を求め、時間差に音速を乗じることで伝播行路距離差を求める」
ことを特徴としている。
【０００９】
加えて、本発明の座標測定装置は、
「音の周波数特性に応じて複数の発音部の座標を求める」
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、特定音の発生源の三次元座標測定が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
詳細な説明の前に、本明細書内で共通の事項について説明する。
本発明において、発音部（特定音の発生源）が発音する音は超音波・可聴音波・低周波音波などであり大気や水などを媒体とする弾性波であり、座標とは特に断りの無い限り立体（三次元）空間の直交座標系の座標を意味するものとする。
そして前述の通り、本発明は同出願人による先行特許文献３を応用したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】特定音発生源と受音部の位置関係を示す概略図である。
【図２】特定音発生源と受音部の位置関係を座標軸上で示す概念図である。
【図３】２つの受音部で受音された音の波形の時間差を示す図である。
【図４】２つの受音部で受音された音の波形の時間差をずらしながら重ねる概念を示す図である。
【図５】複数の特定音が混合された状態の音の波形を示す図である。
【図６】図５の波形を周波数解析した結果を示す図である。
【図７】周波数解析に基づいてＢＰＦを適用した音の波形を示す図である。
【図８】図７の波形を更に周波数解析した結果を示す図である。
【図９】自動車エンジンルーム内で複数の特定音源位置を示す図である。
【図１０】図５の波形をウェーブレット変換を施した結果を示す図である。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の基本的な概念を示している。
特定音の音源Ｔからは特定音が発生している。
この特定音を複数のマイクロフォンで受音する。本実施例では５つのマイクロフォンを使用する。これらマイクロフォンはＯ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの符号を割り振る。
【００１４】
図２は、図１をより具体的に座標軸上に配置して説明するものである。
先行特許文献３における受音部Ｒ１に相当するのがマイクロフォンＯであり、以下同様にＲ２〜Ｒ５に相当するのがマイクロフォンＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓである。マイクロフォンＯを中心として、他のマイクロフォンＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓとでそれぞれ「マイクロフォン対」を４つ構成する。特定音の音源Ｔからマイクロフォン対のそれぞれのマイクロフォンまでの距離の差（距離差）が求まれば、先行特許文献３にあるように音源Ｔの三次元座標が求まるのである。
【００１５】
しかしながら、本発明には先行特許文献３とは異なる事情がある。
先行特許文献３では計測モジュールのスピーカー（本発明の特定音の音源に相当）から発音される音に既知の「特定の波形パターン」が含まれている。よって基準モジュール側（本発明のマイクロフォン側）では受音した信号に対して「特定の波形パターン」に適合したＢＰＦ（バンドパスフィルター）を適用し、その後の波形に対して「特定の波形パターン」を検出すれば良い。
だが、本発明では事前に特定音がどのような波形パターンを持つものか判明していない。
【００１６】
そこで本発明では、マイクロフォン対を構成する２つのマイクロフォンが受音した波形そのものを相互にパターンマッチングして、受音の時間差を検出する。
【００１７】
図３は、マイクロフォンＯとマイクロフォンＰのそれぞれが受音した音声波形を比較する様子を示している。この図のように２つのマイクロフォンが受音する音声波形は時間軸でズレた上で形状が相似する。よって、どちらかを基準にしてもう片方を比較することで時間差△ｔを検出することができる。
【００１８】
図４は、前述の比較をより具体的にしたものである。
マイクロフォンＯとマイクロフォンＰがそれぞれ受音した音声信号の波形データを、時間軸をずらしながら重畳してゆき、相関が最大になったところが時間軸の一致箇所と看做すことができる。このようにして（到達）時間差△ｔを求めることができる。
【００１９】
ここまでは、特定音のエネルギーが支配的であり環境雑音が相対的に無視できる状況を前提に説明してきた。
しかし、一般には複数の特定音が重畳している場合や有意な環境雑音が存在する。
図５はマイクロフォンＯが受音した音声信号の一例であるが、複数の音源からの様々な成分の音声が混合されている状態である。このような状態では、図３図４で示した方法は適用しても正確な結果を得られない可能性がある。
【００２０】
そこで、図５の音声信号波形に対して周波数解析を行う。
図６は、周波数解析の結果を示す図である。
この例では、有意なピークが３つ（１００Ｈｚ附近・３０００Ｈｚ附近・８２００Ｈｚ附近）みられる。
特定音としてはこのようなピークを持つものであることが多いので、この解析結果を元に処理を進める。
【００２１】
上述の３０００Ｈｚ附近にピークを持つ音源について考えると、まずは他の音源と信号を分離するために２５００Ｈｚ〜３５００Ｈｚ程度のＢＰＦを図５の音声信号に対して適用する。図７はＢＰＦを適用した結果の音声信号波形である。この音声信号に対し改めて周波数解析を行う。その結果は図８のようになる。ピークは３０００Ｈｚ少し上くらいとなるので、このピーク周波数を中心とした帯域の狭いＢＰＦを再度設定した上で音源からの音声信号を処理すると、前述の図３図４のような時間差△ｔを精度良く求めることができ、この周波数の音源の位置を求めることができる。
【００２２】
他の１００Ｈｚ附近や８２００Ｈｚ附近のピークについても同様に処理すれば同じようにそれぞれの音源の位置を求めることができる。
【００２３】
図９は、図５の音声信号が自動車のエンジンルームより発せられたものとして、マイクロフォンＯ，Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓから特定音の音源方向に撮像装置を設けて画像を撮像し、求めた音源位置とピーク周波数をヒモ付けして表示したものである。
このようにすると、どこからどのような特定音が発生しているか一目瞭然である。また、撮像装置を複数設けて立体視可能とすれば、奥行方向に複数重なった音源の位置も表現することが可能となる。
【００２４】
図１０は、図５の音声波形をウェーブレット解析したものである。
単に周波数解析しただけではなく、周波数解析による特性を時間軸方向の変化としても捉えることが可能である。
特に、間欠的・散発的・離散的に発生する特定音を捉える上では有用であり、そのタイミングで時間差△ｔを求めるようにすればスポットで音源位置を求めることが可能となる。
また、長大な記録を可能とするような外部補助記憶装置を更に備えると、受音した音声信号を長時間記録し、後に特定音の発生源を探査するという方法も可能となる。
【００２５】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない限り多くの改変を施すことが可能であるのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
量産可能な発音部および受音部を用いて特定音の発生源の座標測定を簡便に行うことができ、異音発生源探査などの作業の効率を向上させるなどの効果を有している。
【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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