(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のマイクロホンの設置性を向上させることができる音源位置推定装置を提供する。【解決手段】音源位置推定装置１００は、音を検出する複数の素子１を有する音センサ１０と、複数の素子１で得られた音の時間差を推定する時間差推定部３２と、時間差推定部３２で得られた時間差から演算して音源の位置推定場所を演算する演算部３３と、演算部３３の演算結果を出力する表示装置４０とを備える。複数の素子１は、フレキシブル基板上に構成されている。【選択図】図１
2017153030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音を検出する複数の音検出手段と、
前記複数の音検出手段で得られた音の時間差を推定する時間差推定手段と、
前記時間差推定手段で得られた時間差から演算して音源の位置推定場所を演算する演算手段と、
前記演算手段の演算結果を出力する出力手段と
を備え、
前記複数の音検出手段がフレキシブル基板上に構成されている
音源位置推定装置。
【請求項２】
前記フレキシブル基板が建材と一体化されている
請求項１に記載の音源位置推定装置。
【請求項３】
前記複数の音検出手段からの出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換したものを記憶する記憶手段を
さらに備える請求項１または２に記載の音源位置推定装置。
【請求項４】
前記ＡＤ変換間隔時間をｔとしたときに、前記複数の音検出手段の間隔が音速×ｔ/２以下である
請求項３に記載の音源位置推定装置。
【請求項５】
前記ＡＤ変換間隔時間をｔとしたときに、前記複数の音検出手段の間隔が音速×ｔ/２以上である
請求項３に記載の音源位置推定装置。
【請求項６】
前記演算手段が、前記複数の音検出手段の最高離間距離ｗに比し、前記各音検出手段からの距離が０．０５ｗ〜１０ｗにある前記位置推定場所を演算する
請求項１から５のいずれか１項に記載の音源位置推定装置。
【請求項７】
フレキシブル基板上に構成されている複数の音検出手段によって音を検出し、
時間差推定手段によって前記複数の音検出手段で得られた音の時間差を推定し、
演算手段によって前記時間差推定手段で得られた時間差から演算して音源の位置推定場所を演算し、
出力手段によって前記演算手段の演算結果を出力する
音源位置推定方法。
【請求項８】
同一平面を音信号の受信面とし、前記受信面を通して受けた振動を電気信号に変換する変換部を有する素子を配列させて３以上備える
音センサ。
【請求項９】
前記複数の素子が、可撓性を有する基材上に塗工によって形成されたものである
請求項８に記載の音センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音源位置推定装置、音源位置推定方法および音センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２には、複数のマイクロホンを用いて音源方向や音源位置を推定する技術の一例が示されている。特許文献１に記載されている技術では、携帯端末の筐体に取り付けられた複数のマイクロホンを用いて、音源が発した音が各マイクロホンに到達するまでの時間差を検知することで音源の方向が算出される。また、特許文献２に記載されている技術では、自動車のバンパーに取り付けた複数のマイクロホンを用いて、各マイクロホンの出力信号を周波数分析して得た周波数信号の時間軸を調整して波形同士の一致度合を求めた結果に基づき音源の方向または音源位置が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８３２８６号公報
【特許文献２】特許第４１７７４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、室内などで音源の位置を推定する場合、複数のマイクロホンをどのように設置するのかということが問題となる場合がある。精度良く音源の位置を推定しようとすると、音源からの音到達時間の時間差をなるべく大きくするために、複数のマイクロホンを一定程度離間して配置することが望ましい。しかしながら、このようにしてマイクロホンを常設する場合には、室内の使い勝手や居住性あるいは美観を損ねることになりかねない。特許文献１や特許文献２に記載されている技術ではこのような点ついて考慮がなされていない。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、複数のマイクロホンの設置性を向上させることができる音源位置推定装置、音源位置推定方法および音センサ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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、音を検出する複数の音検出手段と、前記複数の音検出手段で得られた音の時間差を推定する時間差推定手段と、前記時間差推定手段で得られた時間差から演算して音源の位置推定場所を演算する演算手段と、前記演算手段の演算結果を出力する出力手段とを備え、前記複数の音検出手段がフレキシブル基板上に構成されている音源位置推定装置である。
【０００７】
また、本発明の一態様は、上記音源位置推定装置であって、前記フレキシブル基板が建材と一体化されている。
【０００８】
また、本発明の一態様は、上記音源位置推定装置であって、前記複数の音検出手段からの出力をＡＤ（アナログ−デジタル）変換したものを記憶する記憶手段をさらに備える。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記音源位置推定装置であって、前記ＡＤ変換間隔時間をｔとしたときに、前記複数の音検出手段の間隔が音速×ｔ/２以下である。
また、本発明の一態様は、上記音源位置推定装置であって、前記ＡＤ変換間隔時間をｔとしたときに、前記複数の音検出手段の間隔が音速×ｔ/２以上である。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記音源位置推定装置であって、前記演算手段が、前記複数の音検出手段の最高離間距離ｗに比し、前記各音検出手段からの距離が０．０５ｗ〜１０ｗにある前記位置推定場所を演算する。
【００１１】
また、本発明の一態様は、フレキシブル基板上に構成されている複数の音検出手段によって音を検出し、時間差推定手段によって前記複数の音検出手段で得られた音の時間差を推定し、演算手段によって前記時間差推定手段で得られた時間差から演算して音源の位置推定場所を演算し、出力手段によって前記演算手段の演算結果を出力する音源位置推定方法である。
【００１２】
また、本発明の一態様は、同一平面を音信号の受信面とし、前記受信面を通して受けた振動を電気信号に変換する変換部を有する素子を配列させて３以上備える音センサである。
【００１３】
また、本発明の一態様は、上記音センサであって、前記複数の素子が、可撓性を有する基材上に塗工によって形成されたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、音検出手段の設置性を容易に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る音源位置推定装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す音センサ１０の構成例を説明するための模式図である。
【図３】図１に示す音センサ１０の他の構成例を説明するための模式図である。
【図４】図２に示す音センサ１０の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４に示す音センサ１０の構成例を模式的に示す断面図である。
【図６】図４に示す音センサ１０の他の構成例を模式的に示す断面図である。
【図７】図１に示す音源位置推定装置１００の動作例を説明するための模式図である。
【図８】図１に示す音源位置推定装置１００の動作例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る音源位置推定装置１００の構成例を示すブロック図である。図１に示す音源位置推定装置１００は、音センサ１０と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換装置２０と、演算装置３０と、表示装置４０（出力手段）とを備える。音センサ１０は、音を検出する複数の素子１（音検出手段）を有し、各素子１で検出した音（以下、音信号ともいう）を電気信号に変換してそれぞれ出力する。Ａ／Ｄ変換装置２０は、各素子１が電気信号として出力したアナログの各音信号をデジタルの各音信号に変換して出力する。演算装置３０は、記憶部３１（記憶手段）と、時間差推定部３２（時間差推定手段）と、演算部３３（演算手段）とを備える。記憶部３１は、各素子１が出力したアナログの音信号をＡ／Ｄ変換装置２０によってデジタルに変換した各音信号を記憶する。時間差推定部３２は、複数の素子１で得られた音の時間差を推定する。演算部３３は、時間差推定部３２で得られた時間差から演算して音源の位置推定場所を演算する。表示装置４０は、演算部３３の演算結果を所定形式の画像や文字で表示する。
【００１７】
ここで図２を参照して図１に示す音センサ１０の構成例について説明する。なお、各図において同一の構成には同一の符号を付けて説明を適宜省略する。図２に示す音センサ１０は、同一平面を音信号の受信面１１とし、受信面１１を通して受けた振動を電気信号に変換する図示していない変換部を有する素子１を配列させて複数（３以上）備えている。図２に示す例で、音センサ１０は、縦横６個ずつ２次元で合計３６個の素子１を備えている。音センサ１０において、各素子１は、フレキシブル基板上に構成されている。受信面１１は、各素子１を構成するフレキシブル基板の基材の外表面やフレキシブル基板の保護膜（あるいは保護層）の外表面である。例えば、フレキシブル基板の基材は可撓性を有するポリアミド等からなるフィルムであり、保護膜（もしくは保護フィルム）あるいは保護層もポリアミド等から構成されている。
【００１８】
図２に示す例では、各素子１を構成するフレキシブル基板が、部屋２００の内壁２０１と一体化されている。ただし、各素子１を構成するフレキシブル基板は、内壁２０１に限らず、天井や外壁あるいは扉、窓等の他の建材と一体化されていてもよい。
【００１９】
なお、図２に示す例では複数の素子１を格子状に２次元で配列させているが、例えば図３に示すように各素子１は横一列の１次元で配列されていてもよい。あるいは、各素子１は縦一列の１次元で配列されていてもよい。
【００２０】
ここで、図４〜図６を参照して音センサ１０および素子１の構成例について説明する。図４は、図２に示す音センサ１０の構成例を模式的に示す斜視図である。図４に示す音センサ１０は、フレキシブル基板の基材１４と、基材１４上に例えば塗工によって形成された梁（はり）１３と、フレキシブル基板の保護膜１２とを備える。これらの基材１４と梁１３と保護膜１２とで囲まれた内部は、例えば図５に示すように構成されている。
【００２１】
図５は、図４に示す音センサ１０の構成例を模式的に示す断面図である。基材１４は図示していない接着層を介して取り付けおよび取り外し自在に内壁２０１に接着されている。梁１３は、図４に示すように音センサ１０の端部のほか、各素子１間の境界部分にも設けられていて、基材１４と保護膜１２とを離間させて空間１６を形成するとともに、各素子１に対応する空間１６を分離する機能を持つ。この場合、保護膜１２の外表面が音信号の受信面１１を構成する。また、保護膜１２は複数の貫通穴１２１を有している。各素子１は、受信面１１を通して受けた振動を電気信号に変換する変換部１５を備える。変換部１５は、音により体積または形状の変化する材料あるいは機構を有し、その材料または機構の体積または形状変化を電気的変化に変換して出力する部品である。変換部１５は、例えば圧電素子であり、可撓性を有する基材上に塗工（印刷等）によって形成されている。ただし、変換部１５は、圧電素子に限らず、コンデンサマイクや電磁誘導を用いたマイク等でもよい。各素子１の各変換部１５は、所定の間隔で離間して配列されている。変換部１５は、受信面１１を構成する保護膜１２の貫通穴１２１を通した波動あるいは保護膜１２自体を通した波動を空間１６を介して受けて振動し、その振動を電気信号に変換する。なお、貫通穴１２１は、１つであってもよいし、省略されていてもよい。
【００２２】
図６は、図４に示す音センサ１０の他の構成例を模式的に示す断面図である。図６に示す構成例では、保護膜１２が図示していない接着層を介して取り付けおよび取り外し自在に内壁２０１に接着されている。また、基材１４の外表面が音信号の受信面１１を構成する。変換部１５は、受信面１１を構成する基材１４を通した波動を受けて振動し、その振動を電気信号に変換する。保護膜１２の貫通穴１２１ａは、図５に示した貫通穴１２１と大きさや個数が異なっていてもよいし、省略されていてもよい。
【００２３】
次に、図７および図８を参照して、図１に示す音源位置推定装置１００の動作例について説明する。図７は、音源（不図示）が十分に遠く音信号が平行波となった時の音源から複数の各変換部１５（図７ではセンサＳ１〜Ｓ４として示す）までの音信号の到達時間の時間差Δｔ２１〜Δｔ４３を示す。図８は、音源ＳＳが近傍にあり、複数の各変換部１５（図８ではセンサＳ１〜Ｓ４として示す）が球面波の一部を検知しているときの時間差Δｔ３２およびΔｔ４３を示す。ここで、時間差Δｔ２１はセンサＳ１とセンサＳ２間の時間差、時間差Δｔ３２はセンサＳ２とセンサＳ３間の時間差、時間差Δｔ４３はセンサＳ３とセンサＳ４間の時間差である。
【００２４】
音源位置推定を行う場合、音源位置推定装置１００は、まず複数の素子１からの音信号を得て、Ａ／Ｄ変換装置２０によってＡＤ（アナログ−デジタル）変換を行い、演算装置３０の記憶部３１に記憶する。演算装置３０では、時間差推定部３２が、例えば、サンプリングしたセンサＳ１−センサＳ２間のデジタルデータを、推定遅れ時間相当のサンプリング分ずらしながら積和し、相互相関を求める。最も相互相関が高い、遅れ時間相当サンプリングより、センサＳ１−Ｓ２間の遅れ時間Δｔ２１を推定する。この時、一度ＦＦＴ（高速フーリエ変換）、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）等で周波数成分に変換したのちに、遅れ時間に相当する位相遅延を持って遅れ時間を推定しても良い。相互相関のピークを求めたときに、複数あるときには、音源が複数有ると推定しても良い。一方、最終的に壁からのエコーである場合には各センサに対してたてた連立方程式を解いた後に、音源が単数として求めても良い。
【００２５】
また、センサＳ１〜Ｓ４等を横方向に一次元に配置したときには、平面方向（ＸＹ方向）の位置推定が可能である。ＸＹ位置の推定には、音源の位置をＸ、Ｙとおき、センサの間隔から、連立方程式を解けばよい。また、遺伝法から最も近いｘ、ｙを推定しても良い。複数音源のｘ、ｙが求まった時に、改めて音源ごとに周波数変換により音紋を求め、個人が違うか同じか同定しても良い。
【００２６】
ここで、センサＳ１とセンサＳ２に入力された音の時間ずれを求める方法について一例を説明する。
【００２７】
（１）音源位置推定装置１００では、まず、２０ｋＨｚのアナログＬＰＦ（ローパスフィルタ）通して、センサＳ１の音を１００ｋＨｚでデジタルサンプリングする（例えば１秒１０万点）。
【００２８】
（２）次に、２０ｋＨｚのアナログＬＰＦ通して、センサＳ２の音を１００ｋＨｚで  デジタルサンプリングする（例えば１秒１０万点）。
【００２９】
（３）次に、センサＳ１のサンプリングがＳ１−１〜Ｓ１−１０００００、センサＳ２のサンプリングがＳ２−１〜Ｓ２−１０００００として下式を用いて、センサＳ１とセンサＳ２について、１０×Ｎマイクロ秒ずれたときの相互相関を求める。
【００３０】
【数１】
2017153030.tif 000003
【００３１】
（４）上式のＮを−１００，０００から１００，０００まで変えて演算すると、相互相関にピークが生じるので、その時の、Ｎの値を持って、音のずれ時間とする。このピークは、音源の数と同じだけ生じる。
【００３２】
次に、演算部３３における位置推定の仕方について説明する。
【００３３】
各センサＳ１、Ｓ２、…の位置座標を、センサＳ１について（ａ１，０）、センサＳ２について（ａ２，０）、…とする。また、求める音源の座標を（ｘ，ｙ）とする。また、音速をＶｓとする。演算部３３は、次の連立方程式をとくことで、ｘ、ｙを求めることができる。
【００３４】
【数２】
2017153030.tif 000004
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、複数の素子１（音検出手段）の設置性を容易に向上させることができる。
【００３６】
なお、本実施形態の音源位置推定装置１００は、次のような場合に高精度に音源位置推定を行うことができる。すなわち、ＡＤ変換間隔時間をｔとしたときに、センサ間隔（変換部１５の間隔＝素子１の間隔）が音速×ｔ／２以下であることが、フーリエ変換で周波数関数で遅れ時間推定を行う時には望ましい。センサ間隔（変換部１５の間隔＝素子１の間隔）が音速×ｔ／２以上であることが、時間軸上で遅れ時間推定を行う時には望ましい。また、センサ（変換部１５＝素子１）の最高離間距離ｗに比し、位置推定距離が０．０５ｗ〜１０ｗにあることが望ましい。
【００３７】
本実施形態では、上述したようなフィルム型音センサアレイを用いて、音源位置特定を行う。また、複数の変換部１５からの電気信号の時間ずれを元に、音源の位置を推定する。したがって、意匠性が高い。また、センサ近傍の平行波でない音源の推定も可能である。
【００３８】
なお、本発明の実施の形態は上記のものに限定されない。例えば、音センサ１０は、建材に限らず、移動物体や水中に設置されていてもよい。また、受信面１１は、複数に分割されていてもよい。また、受信面１１が複数の異なる方向を向いていてもよい。また、Ａ／Ｄ変換装置２０、演算装置３０および表示装置４０は一体的に構成されていてもよい。また、表示装置４０に代えてあるいは加えて、出力手段として記憶装置、印刷装置、通信装置などを用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００  音源位置推定装置
１  素子
１０  音センサ
１１  受信面
１５  変換部（センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  センサ（変換部１５）
２０  Ａ／Ｄ変換装置
３０  演算装置
３１  記憶部
３２  時間差推定部
３３  演算部
４０  表示装置
２０１  内壁（建材）
【図１】
2017153030.tif 000005
【図２】
2017153030.tif 000006
【図３】
2017153030.tif 000007
【図４】
2017153030.tif 000008
【図５】
2017153030.tif 000009
【図６】
2017153030.tif 000010
【図７】
2017153030.tif 000011
【図８】
2017153030.tif 000012