JP2005208186A - Apparatus for judging cause - Google Patents

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浩二 宇田川
Yumiko Kurosawa
由美子 黒澤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for judging causes which judges causes of abnormality in an objective apparatus or the like according to a plurality of collected data and to accurately judge causes of noise or vibration from a relatively small number of data. <P>SOLUTION: The apparatus is equipped with: a waveform vector generating means which outputs a waveform vector from an input signal; and a judging means which judges the cause of the objective signal to be judged based on the statistic spatial distance between a known waveform vector with a known cause and the objective waveform vector with an unknown cause. The judging means is equipped with: a vector dividing section 39 which divides the known waveform vector and the objective waveform vector into a plurality of small vectors in a desired number; a divided vector distance computing section 40 which computes the plurality of spatial distance groups with respect to the plurality of small vectors; and a comprehensive distance computing section 41 which computes the comprehensive spatial distance in a cause-classified reference space by regarding the sequence of the plurality of spatial distance groups as new vectors. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、収集した複数のデータに基づいて対象装置等の異常の原因を判断する原因判断装置、特には、機械から放射される音、特に複写機やプリンタなどの事務機器から発生する衝撃音の発生原因の同定に好適な原因判断装置に関する。   The present invention relates to a cause determination device for determining the cause of an abnormality of a target device or the like based on a plurality of collected data, in particular, sound emitted from a machine, particularly impact sound generated from office equipment such as a copying machine or a printer. The present invention relates to a cause determination apparatus suitable for identifying the cause of occurrence of a problem.

従来から音や振動による信号に基づいて、その発生原因を推定して判別する方法が知られている。一方、例えば、オフィスにおける快適性あるいは知的生産性の向上を支援するためにオフィス環境の向上が求められており、複写機あるいはプリンタ等のオフィス機器はその騒音を低減することが求められており、そのためにはまず、騒音の発生原因を特定することが重要である。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a method for estimating and determining the cause of occurrence based on signals due to sound or vibration. On the other hand, for example, there is a need to improve the office environment in order to support improvement in comfort or intellectual productivity in the office, and office equipment such as copiers and printers is required to reduce the noise. To that end, it is important to first identify the cause of noise.

図9は、一般的な電子写真式のプリンタが稼動中に発生する騒音の時間波形を示している。ここで、丸印で示した部分は、衝撃音と呼ばれる、短時間に高い音圧レベルの変動を示す音が発生している部分である。このような音は、部品同士の衝突、紙と部品との衝突などにより生じるもので、例えばソレノイドや用紙走行中の紙位置合わせ部などで発生する。   FIG. 9 shows a time waveform of noise generated during operation of a general electrophotographic printer. Here, a portion indicated by a circle is a portion in which a sound called an impact sound that shows a high fluctuation in sound pressure level is generated in a short time. Such a sound is generated due to a collision between components, a collision between paper and a component, and is generated, for example, in a solenoid or a paper positioning unit during paper running.

一般的に衝撃音は、高い音圧変動を示すことから人が認知しやすく、驚愕効果もある。そこで装置の開発者は衝撃音を低減するための活動を行うが、特に複写機やプリンタなどのオフィス機器においては衝撃音の発生原因を確定することは非常に難しい。これは、複写機やプリンタなどの機械騒音は様々な音源が様々なタイミングで稼動するという特徴をもつためである。装置から発生する定常音あるいは衝撃音の音源を同定する方法には、
(a)音響インテンシティなどにより測定する方法、
(b)音源の可能性がある部品の動作タイミングを調べる、
(c)音源の可能性がある部品の動作をオフして衝撃音がなくなるかを確認する、
(d)音源の可能性がある部品に衝撃を吸収する材料を貼りつけたり衝突速度を下げることで衝撃音が低下するか確認する、
(e)周波数スペクトル解析等により特徴量を調べて音源を同定する、
などの方法が存在する。
In general, the impact sound shows high sound pressure fluctuation, so that it is easy for humans to recognize and has a startle effect. Therefore, the developer of the apparatus performs an activity for reducing the impact sound, but it is very difficult to determine the cause of the impact sound, particularly in office equipment such as a copying machine and a printer. This is because mechanical noise such as copying machines and printers has a feature that various sound sources are operated at various timings. For the method of identifying the sound source of stationary sound or impact sound generated from the device,
(A) a method of measuring by sound intensity, etc.
(B) Check the operation timing of parts that may be sound sources,
(C) Check if there is no impact sound by turning off the operation of parts that may be sound sources,
(D) Check if the impact sound is reduced by attaching a material that absorbs shock to a part that may be a sound source or reducing the collision speed.
(E) Identify the sound source by examining the feature quantity by frequency spectrum analysis, etc.
There exist methods such as.

しかしながら、複写機やプリンタなどは小型化されており、各部品が非常に近い位置に収められている。このため、(a)音響インテンシティなどの測定方法で部品を特定するには空間分解能が不足している。また、複写機やプリンタなどは高速化されており、各部品がほぼ同時に駆動する。このため、(b)部品の動作タイミングを調べる方法で部品を特定するには時間分解能が不足している。よって現状では、(c)音源の可能性がある部品の動作をオフして衝突音が低下するか確認する方法や、(d)音源の可能性がある部品に衝撃を吸収する材料を貼りつけたり衝突速度を下げることで衝撃音が低下するか確認する方法が採られている。   However, copying machines, printers, and the like are miniaturized, and each component is stored in a very close position. For this reason, (a) the spatial resolution is insufficient to specify a component by a measurement method such as acoustic intensity. In addition, copying machines, printers, and the like have been speeded up, and each component is driven almost simultaneously. For this reason, (b) the time resolution is insufficient to identify the component by the method of checking the operation timing of the component. Therefore, at present, (c) a method for confirming whether or not the collision sound is lowered by turning off the operation of a component that may be a sound source, or (d) pasting a material that absorbs an impact to a component that may be a sound source. A method of confirming whether the impact sound is reduced by lowering the collision speed is adopted.

このような衝撃音の発生原因の同定方法((c),(d))では、最終的な目標である衝撃音を低減するまでに多くの時間と労力とを要することになり、同定されないで衝撃音が残ることもあり得る。さらに今後、装置の小型化、高機能化が進むにつれ、音源の可能性のある部品がより小さく、より多種多様になり、このような衝撃音の発生原因の同定方法((c),(d))では、一層その対応が困難になる。   In such a method for identifying the cause of the impact sound ((c), (d)), it takes a lot of time and labor to reduce the impact sound, which is the final target. Impact sounds may remain. In the future, as the device becomes smaller and more advanced, the number of parts that can be a sound source becomes smaller and more diverse, and a method for identifying the cause of the occurrence of such an impact sound ((c), (d )), It becomes even more difficult to deal with it.

このような問題を解消するため、音の発生位置を明らかにするのではなく、音のもつ質的な特徴を分析することにより、音の発生原因を推定する方法が提案されている。例えば、(e)周波数スペクトル解析等は定常音の分析に有効である。一方、複写機やプリンタなどから発生する衝撃音に対しては解析する時間が短いため詳細な周波数情報が得られない。衝撃音に適用させて発生原因の推定を行う試みとしては、例えば特許文献1に、パワースペクトル分析とニューラルネットワークを用いて、音源の種別を判定する音源種別識別装置が開示されている。このような音質に着目した分析は音の波長や音源との距離に依存することによる分解能不足の問題を解消し得る有望なアプローチであると考えられる。   In order to solve such a problem, there has been proposed a method for estimating the cause of sound generation by analyzing the qualitative characteristics of the sound rather than clarifying the position where the sound is generated. For example, (e) frequency spectrum analysis or the like is effective for analysis of stationary sound. On the other hand, detailed frequency information cannot be obtained for an impact sound generated from a copying machine, a printer, or the like because analysis time is short. As an attempt to estimate the cause of an occurrence by applying it to an impact sound, for example, Patent Document 1 discloses a sound source type identification device that determines the type of a sound source using power spectrum analysis and a neural network. Such an analysis focusing on sound quality is considered to be a promising approach that can solve the problem of insufficient resolution due to the dependence on the wavelength of the sound and the distance to the sound source.

しかしながら、この音源種別識別装置も次のような欠点を有している。この音源種別識別装置によれぱ、周波数的に特徴のある音源は判別できるが、例えば、同一材料の金属板同士が衝突した場合に生じる衝撃音について、金属板の支持形態が変わった場合などには、発生する音の周波数的な特徴は変わらずに、残響時間などの時間軸上の特徴が大きく変わることが知られているが、このような種類の音についてはその差異を識別することはできない。また、衝撃音が発生してから消滅するまでの時間が数10〜数100msと短いことにより、基本的にFFT解析などの周波数分析の適用が難しいという問題も有している。   However, this sound source type identification device also has the following drawbacks. According to this sound source type identification device, it is possible to distinguish sound sources that are characteristic in frequency.For example, when the support form of the metal plate changes with respect to the impact sound that occurs when metal plates of the same material collide with each other, etc. It is known that characteristics on the time axis such as reverberation time change greatly without changing the frequency characteristics of the generated sound. Can not. Further, since the time from the generation of the impact sound to the disappearance is as short as several tens to several hundreds of milliseconds, there is a problem that it is basically difficult to apply frequency analysis such as FFT analysis.

この問題を解決するものとして、特許文献2には、音源の周波数成分の識別に加え、音源の継続時間の差異の測定を採用した音源認識装置が開示されている。この音源認識装置では、継続時間の差異を測定することにより、上記のような支持形態の違いなどによる差異を識別することが可能になるが、衝撃音の時間的な特徴は、単なる継続時間だけではなく、例えば同じ継続時間でも、衝突部材の表面硬度などが異なると、音圧振幅の立ち上がり曲線や減衰曲線などの過渡的な特性上に大きな差異が生じることが報告されており、単に継続時間を測定しただけでは、時間特性上に表れる種々の特徴を総合的に判断して精度良く識別することはできない。   In order to solve this problem, Patent Document 2 discloses a sound source recognition apparatus that employs measurement of a difference in duration of sound sources in addition to identification of frequency components of sound sources. In this sound source recognition device, it is possible to identify the difference due to the difference in the support form as described above by measuring the difference in the duration, but the temporal characteristic of the impact sound is only the duration. Rather, for example, it has been reported that if the surface hardness of the impact member is different even at the same duration, a large difference occurs in the transient characteristics such as the rising curve and attenuation curve of the sound pressure amplitude. It is not possible to discriminate accurately by comprehensively judging various features appearing on the time characteristics only by measuring the.

同様に特許文献3には、評価すべき音の時間波形や周波数波形を演算・抽出して波形ベクトルを生成し、予め既知波形ベクトルとして求められた原因別の特徴ベクトルに対する空間距離を演算することにより、発生原因を判断する信号判断装置が開示されている。この信号判断装置によれば、音源の有する時間的・周波数的特徴を空間距離という統計尺度を用いて総合的に判断することが可能になり、精度の高い音源分析が可能となる。   Similarly, Patent Document 3 calculates and extracts a time waveform and a frequency waveform of a sound to be evaluated to generate a waveform vector, and calculates a spatial distance with respect to a feature vector for each cause obtained in advance as a known waveform vector. Discloses a signal determination device for determining the cause of occurrence. According to this signal determination device, it is possible to comprehensively determine temporal and frequency characteristics of a sound source using a statistical measure called spatial distance, and highly accurate sound source analysis is possible.

しかしながら、本信号判断装置においても次のような欠点があることが明らかになってきた。これは、空間距離という統計的指標を用いていることに起因するもので、波形ベクトルを構成する要素数、すなわち波形点数と比較して、特徴ベクトルを構成するデータサンプル数(ケース数)が十分大きくないと統計処理上の自由度が不足して、正しい空間距離値が演算できないというものである。具体的には波形点数の3倍以上のケース数を確保する必要がある。例えば波形点数が30点であれば、特徴ベクトルを構成するための原因別のデータサンプル数は90個以上あれば良いが、データ点数が500点になると、1500個以上のデータサンプルが必要となり、多数のデータサンプル数を収集できない場合には、波形点数を小さくせざるを得ない。これでは、本来ならば時間波形と周波数波形を併用して信号分析を行いたい場合でも、この波形点数の影響で周波数波形データの採用を断念するなどの制約が生じてしまい、十分な分析精度が得られないなどの問題を生じてしまう。
特開2000−275096号公報 特開平9−81180号公報 特開2002−323370号公報
However, it has become clear that this signal determination apparatus has the following drawbacks. This is due to the use of a statistical index called spatial distance, and the number of data samples (number of cases) constituting the feature vector is sufficient compared to the number of elements constituting the waveform vector, that is, the number of waveform points. If it is not large, the degree of freedom in statistical processing is insufficient, and a correct spatial distance value cannot be calculated. Specifically, it is necessary to secure the number of cases more than three times the number of waveform points. For example, if the number of waveform points is 30, the number of cause-specific data samples for constructing the feature vector may be 90 or more, but if the number of data points is 500, 1500 or more data samples are required. If a large number of data samples cannot be collected, the number of waveform points must be reduced. In this case, even if you want to perform signal analysis using both time waveform and frequency waveform, there is a restriction such as giving up the adoption of frequency waveform data due to the number of waveform points, and sufficient analysis accuracy is achieved. It will cause problems such as inability to obtain.
JP 2000-275096 A JP-A-9-81180 JP 2002-323370 A

本発明は、上記のような技術的な課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、音や振動などの発生原因を比較的少ないデータ数で正確に判断することができる原因判断装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above technical problems, and an object of the present invention is to provide a cause determination apparatus that can accurately determine the cause of occurrence of sound, vibration, and the like with a relatively small number of data. It is to provide.

上記目的を達成する本発明の原因判断装置は、
収集した複数のデータに基づいて複数のデータを生成することにより生成した複数のデータを要素とするベクトルを生成するベクトル生成部と、
原因が既知の段階で複数回収集した複数のデータに基づいて前記ベクトル生成部で生成された複数の既知ベクトルに基づいて原因別の基準空間を求めておき、原因が未知の状態で収集した複数のデータに基づいて前記ベクトル生成部で生成された判断対象ベクトルの、前記基準空間上の統計的距離を求めて、該統計的距離に基づいて該判断対象ベクトルに対応する原因を判断する判断部とを備えた原因判断装置において、
上記判断部が、
ベクトル生成部で生成されたベクトルを、そのベクトルの要素を複数の群に分割したときの各群を要素とする複数の小ベクトルに分割するベクトル分割部と、
ベクトル分割部で複数の既知ベクトルがそれぞれ分割されてなる複数の既知小ベクトルに基づいて、同一原因の複数の既知ベクトルを構成する相互に対応する群を要素とする複数の既知小ベクトルごとに1つの第1の基準空間を求めておき、ベクトル分割部で判断対象ベクトルが分割されてなる複数の判断対象小ベクトルそれぞれについて、各判断対象小ベクトルに対応する各第1の基準空間上の各統計的距離を求めることにより、該複数の判断対象小ベクトルに対応する複数の統計的距離を要素とする判断対象距離ベクトルを求める分割ベクトル距離演算部と、
上記複数の既知小ベクトルそれぞれについての各既知小ベクトルに対応する各第1の基準空間上の統計的距離を要素とする複数の既知距離ベクトルに基づいて第2の基準空間を求めておき、前記分割ベクトル距離演算部で求められた判断対象距離ベクトルの前記第2の基準空間上の統計的距離を求める総合距離演算部と、
総合距離演算部で求められた前記第2の基準空間上の統計的距離に基づいて判断対象ベクトルに対応する原因を判断する最終判断部とを有することを特徴とする。
The cause determination apparatus of the present invention that achieves the above object is
A vector generation unit that generates a vector including a plurality of data generated by generating a plurality of data based on the collected plurality of data; and
Based on a plurality of data collected a plurality of times at a stage where the cause is known, a reference space for each cause is obtained based on a plurality of known vectors generated by the vector generation unit, and a plurality of data collected in a state where the cause is unknown A determination unit that obtains a statistical distance in the reference space of the determination target vector generated by the vector generation unit based on the data of the reference and determines a cause corresponding to the determination target vector based on the statistical distance In the cause determination device comprising
The above judgment part
A vector dividing unit that divides the vector generated by the vector generating unit into a plurality of small vectors each of which includes elements when the elements of the vector are divided into a plurality of groups;
Based on a plurality of known small vectors obtained by dividing a plurality of known vectors by the vector dividing unit, 1 for each of a plurality of known small vectors whose elements are mutually corresponding groups constituting a plurality of known vectors of the same cause Two first reference spaces, and for each of a plurality of determination target small vectors obtained by dividing the determination target vector by the vector dividing unit, each statistic on each first reference space corresponding to each determination target small vector A divided vector distance calculation unit that obtains a determination target distance vector having a plurality of statistical distances corresponding to the plurality of determination target small vectors as elements,
A second reference space is obtained based on a plurality of known distance vectors having a statistical distance on each first reference space corresponding to each of the plurality of known small vectors as an element; An overall distance calculation unit for obtaining a statistical distance on the second reference space of the determination target distance vector obtained by the divided vector distance calculation unit;
And a final determination unit that determines a cause corresponding to the determination target vector based on a statistical distance in the second reference space obtained by the total distance calculation unit.

ここで、上記ベクトル生成部は、対象装置の稼働音を収集して得た、時系列に並んだ複数のデータに基づいてベクトルを生成するものであってもよく、その場合に上記判断部は、対象装置の異音の原因を判断するものであってもよい。   Here, the vector generation unit may generate a vector based on a plurality of data arranged in time series obtained by collecting operating sounds of the target device, in which case the determination unit The cause of the noise of the target device may be determined.

また、記録媒体を搬送し搬送中の記録媒体上に画像を形成する画像形成装置を上記対象装置とすることができる。   An image forming apparatus that transports a recording medium and forms an image on the recording medium that is being transported can be the target apparatus.

さらに、上記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータの中から所定の基準データを検出しその基準データよりも時間的に前のデータを含む複数のデータを切り出す信号切出部を有するものであることが好ましい。   Furthermore, the vector generation unit includes a signal extraction unit that detects predetermined reference data from a plurality of data arranged in time series and extracts a plurality of data including data temporally preceding the reference data. It is preferable.

また、上記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータに基づいて時間波形を表わす複数データを要素とする時間波形ベクトルを生成するものであってもよく、あるいは、上記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータを周波数領域の複数のデータに変換することにより周波数分布を表わす複数のデータを要素とする周波数波形ベクトルを生成するものであってもよく、あるいは、上記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータに基づいて求められる時間波形を表わす複数のデータと、その時系列に並んだ複数のデータを周波数領域の複数のデータに変換することにより得られる周波数領域の複数のデータとの双方を要素とする総合波形ベクトルを生成するものであってもよい。   Further, the vector generation unit may generate a time waveform vector having a plurality of data representing a time waveform based on a plurality of data arranged in time series, or the vector generation unit may A plurality of data arranged in time series may be converted into a plurality of data in the frequency domain to generate a frequency waveform vector having a plurality of data representing a frequency distribution as elements, or the vector generation unit Is a plurality of data representing a time waveform obtained based on a plurality of data arranged in time series, and a plurality of data in the frequency domain obtained by converting the plurality of data arranged in the time series into a plurality of data in the frequency domain. It is also possible to generate a comprehensive waveform vector having both the data and the data as elements.

さらに、上記分割距離演算部および上記総合距離演算部は、統計的距離としてマハラノビス距離を求めるものであることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the division distance calculation unit and the total distance calculation unit calculate a Mahalanobis distance as a statistical distance.

本発明の原因判断装置に原因を判断させるにあたり、振動信号や音響信号を入力して、それらの振動や音響を表わす複数のデータを収集してもよい。ここで、音響信号の場合には、ベクトル生成手段は、入力される音響信号を所定の補正フィルタにより聴感補正する聴感補正部を備えるものでもよい。補正フィルタの具体例としては、A、B、C、D、Eの各特性フィルタを使用することができ、(低周波の暗騒音成分を除去するための)ハイパスフィルタや、他の独自に定める特性フィルタを使用することもできる。なお、一般には、人の聴覚に近いA特性フィルタを用いることが好ましい。   When causing the cause determination apparatus of the present invention to determine the cause, a vibration signal or an acoustic signal may be input, and a plurality of data representing the vibration or sound may be collected. Here, in the case of an acoustic signal, the vector generation unit may include an auditory correction unit that corrects an auditory sense of the input acoustic signal using a predetermined correction filter. As specific examples of correction filters, A, B, C, D, and E characteristic filters can be used, such as a high-pass filter (to remove low-frequency background noise components) and other unique filters. A characteristic filter can also be used. In general, it is preferable to use an A characteristic filter that is close to human hearing.

また本発明に係る異常判断装置で判断するのに好適なものは、(物体同士の)衝突音、衝撃音など、その持続時間が1000〔msec〕以下、さらには100〔msec〕以下の音響信号である。信号の発生源については特に限定はないが、装置内に無数の稼動部品が存在する点、比較的静寂な環境が求められる場所に設置されることが多い点などに鑑みると、信号の発生源が画像形成装置(複写機、プリンタ、ファクシミリなど)を対象装置とする場合には、本発明を適用することで画像形成装置の消音対策に大きな効果が期待でき、好適である。   Moreover, what is suitable for the determination by the abnormality determination device according to the present invention is an acoustic signal having a duration of 1000 [msec] or less, further 100 [msec] or less, such as a collision sound (between objects) and an impact sound. It is. There are no particular restrictions on the signal source, but in view of the fact that there are countless moving parts in the device and the fact that it is often installed in a place where a relatively quiet environment is required, the signal source However, when an image forming apparatus (such as a copying machine, a printer, or a facsimile) is used as a target apparatus, it is preferable to apply the present invention because a great effect can be expected for the noise reduction of the image forming apparatus.

画像形成装置からの信号としては、画像形成装置内部の部品同士の衝突音響信号、画像形成装置内部の記録媒体が原因となる音響信号が挙げられる。より具体的には、部品同士の衝突音響信号として、(a)金属部品同士の衝突音、(b)樹脂部品同士の衝突音、(c)金属部品と樹脂部品との衝突音などが挙げられ、記録媒体が原因となる音響信号として、(d)記録媒体と構成部品との衝突音、(e)記録媒体の座屈音、(f)記録媒体の搬送方向後端が弾かれる音などが挙げられる。   Examples of the signal from the image forming apparatus include a collision acoustic signal between components inside the image forming apparatus and an acoustic signal caused by a recording medium inside the image forming apparatus. More specifically, the collision acoustic signal between parts includes (a) collision sound between metal parts, (b) collision sound between resin parts, (c) collision sound between metal parts and resin parts, and the like. As acoustic signals caused by the recording medium, (d) a collision sound between the recording medium and a component, (e) a buckling sound of the recording medium, (f) a sound in which the rear end in the conveyance direction of the recording medium is bounced, etc. Can be mentioned.

またベクトル生成部は、入力される信号の一部から波形ベクトルを出力する信号切出部を備えるものでもよい。この場合、その信号切出部は、入力される信号の立ち上がり部又は極大部又は最大部を基準として入力される信号の一部を切り出すことができ、時間的に基準以降の信号を切り出すこともできるし、基準から時間的に遡って信号を切り出すこともできる。   The vector generation unit may include a signal extraction unit that outputs a waveform vector from a part of the input signal. In this case, the signal cutout unit can cut out a part of the input signal based on the rising part, maximum part or maximum part of the input signal, and cut out the signal after the reference in terms of time. It is possible to cut out the signal retroactively from the reference.

またベクトル生成部は、収集された複数のデータの最大値又は最小値を基準化する振幅基準化部を備えるものでもよい。   Further, the vector generation unit may include an amplitude standardization unit that standardizes the maximum value or the minimum value of the collected data.

またベクトル生成部は、入力される信号の時間領域における時間波形ベクトルを出力する時間波形ベクトル生成部を備えるものでもよく、入力される信号の周波数領域における周波数波形ベクトルを出力する周波数波形ベクトル生成部を備えるものでもよい。さらに、ベクトル生成部は、入力される信号の時間領域における時間波形ベクトルを出力する時間波形ベクトル生成部と、入力される信号の周波数領域における周波数波形ベクトルを出力する周波数波形ベクトル生成部と、当該時間波形ベクトルと当該周波数波形ベクトルとを合わせ総合波形ベクトルを出力する総合波形ベクトル生成部とを備えるものでもよい。   The vector generation unit may include a time waveform vector generation unit that outputs a time waveform vector in the time domain of the input signal, and a frequency waveform vector generation unit that outputs a frequency waveform vector in the frequency domain of the input signal. May be provided. Further, the vector generation unit includes a time waveform vector generation unit that outputs a time waveform vector in the time domain of the input signal, a frequency waveform vector generation unit that outputs a frequency waveform vector in the frequency domain of the input signal, A total waveform vector generation unit that combines the time waveform vector and the frequency waveform vector and outputs a total waveform vector may be provided.

ここで、時間領域における時間波形ベクトルとしては、所定時間毎の音圧レベルを各ベクトル成分とするものなどが挙げられる。所定時間毎の音圧レベルを各ベクトル成分とする時間波形ベクトルを得るにはソフトウェア的に時間波形ベクトル生成部を構成したり、一般的な騒音計で用いられる音圧レベル化回路を用いて時間波形ベクトルを得ることもできる。なお、所定時間は一般には一定時間毎とすることができるが、任意時間毎とすることもできる。また、周波数領域における周波数波形ベクトルとしては、周波数分析により得られる所定周波数毎の値を各ベクトル成分とするものが挙げられる。   Here, examples of the time waveform vector in the time domain include those having the sound pressure level for each predetermined time as each vector component. In order to obtain a time waveform vector whose sound pressure level at each predetermined time is a vector component, a time waveform vector generation unit is configured by software, or a sound pressure leveling circuit used in a general sound level meter is used for time. A waveform vector can also be obtained. The predetermined time can generally be set at regular intervals, but can also be set at arbitrary intervals. In addition, examples of the frequency waveform vector in the frequency domain include those having values for each predetermined frequency obtained by frequency analysis as vector components.

例えば、ベクトル生成部は、収集された複数のデータの時間領域における時間波形ベクトルとして、所定時間毎の音圧値を各ベクトル成分とする時間波形ベクトルを出力する時間波形ベクトル生成部と、入力される信号の周波数領域における周波数波形ベクトルとして、所定周波数サブバンド毎のパワースペクトル値を各ベクトル成分とする周波数波形ベクトルを出力する周波数波形ベクトル生成部と、当該時間波形ベクトルと当該周波数波形ベクトルとを合わせて総合波形ベクトルを出力する総合波形ベクトル生成部とを備えるものでもよい。   For example, the vector generation unit is input with a time waveform vector generation unit that outputs a time waveform vector having a sound pressure value for each predetermined time as each vector component as a time waveform vector in the time domain of a plurality of collected data. A frequency waveform vector generation unit that outputs a frequency waveform vector having a power spectrum value for each predetermined frequency subband as each vector component as a frequency waveform vector in the frequency domain of the signal to be transmitted, the time waveform vector, and the frequency waveform vector In addition, a total waveform vector generation unit that outputs a total waveform vector may be provided.

なお、所定周波数毎とは一般には所定周波数範囲(サブバンド)毎を意味するが、その周波数範囲は一定範囲とすることもでき、任意範囲とすることもできる。周波数分析の具体例としては、FFT(高速フーリエ変換)解析、ウエーブレット解析、一般化調和解析などが挙げられる。   In addition, although every predetermined frequency generally means every predetermined frequency range (subband), the frequency range may be a fixed range or may be an arbitrary range. Specific examples of frequency analysis include FFT (Fast Fourier Transform) analysis, wavelet analysis, and generalized harmonic analysis.

また周波数波形ベクトル生成部は、周波数分析の対象となる時間波形に対し、窓関数処理を施す窓関数処理部を備えるものでもよい。この窓関数としては、レクタンギュラ・ウインドウ、ハニング・ウインドウ、ハミング・ウインドウ、ブラックマン・ウインドウ、フラットトップ・ウインドウなどを挙げることができる。   The frequency waveform vector generation unit may include a window function processing unit that performs window function processing on a time waveform that is a target of frequency analysis. Examples of the window function include a rectangular window, a Hanning window, a Hamming window, a Blackman window, and a flat top window.

上記判断部は、既知波形ベクトルと判断対象波形ベクトルを任意複数の小ベクトルに分割するベクトル分割部、該複数の小ベクトル毎に複数の空間距離群を演算する分割ベクトル距離演算部、更にこの複数の空間距離値群の数列を新たなベクトルとして原因別第2の基準空間における総合的な空間距離を演算する総合距離演算部を備えており、各既知波形ベクトルを複数個に分割した小ベクトル成分と、判断対象波形ベクトルを同複数個に分割した小ベクトル成分をそれぞれ変量として第1の空間距離群が演算され、更に該第1の空間距離群を新たなベクトル成分として既知波形ベクトルと判断対象波形ベクトルとの関係を表す第2の空間距離値を演算し両者の関係が判断される。統計的な空間距離の測度としては、判別分析やクラスター分析で用いられる一般的な距離の測度を用いることができる。その距離の測度の具体例としては、ユークリッドの距離、標準化ユークリッドの距離、ミンコフスキーの距離、マハラノビスの距離などを挙げることができる。   The determining unit includes a vector dividing unit that divides the known waveform vector and the determination target waveform vector into an arbitrary plurality of small vectors, a divided vector distance calculating unit that calculates a plurality of spatial distance groups for each of the plurality of small vectors, A small vector component in which each known waveform vector is divided into a plurality of components, each of which includes a total distance calculation unit that calculates a total spatial distance in the second reference space for each cause by using a sequence of spatial distance values as a new vector. And the first spatial distance group is calculated with each of the small vector components obtained by dividing the judgment target waveform vector into a plurality of variables as variables, and the first spatial distance group is used as a new vector component to determine the known waveform vector. A second spatial distance value representing the relationship with the waveform vector is calculated to determine the relationship between the two. As a statistical spatial distance measure, a general distance measure used in discriminant analysis or cluster analysis can be used. Specific examples of the distance measure include Euclidean distance, standardized Euclidean distance, Minkowski distance, Mahalanobis distance, and the like.

以上説明したように、本発明は、上記判断部がベクトル分割部を有するとともに、統計的距離の演算にあたり、分割ベクトル距離演算部と総合距離演算部とを備えて統計的距離を2段階に求めるものであるため、従来と比べ原因判断のためのデータ数を大幅に減らし、しかも高精度な判断が行なわれる。   As described above, according to the present invention, the determination unit includes the vector dividing unit, and the statistical distance is calculated in two stages by including the divided vector distance calculating unit and the total distance calculating unit when calculating the statistical distance. Therefore, the number of data for determining the cause is greatly reduced as compared with the conventional case, and more accurate determination is performed.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態の原因判断装置を含む原因判断システムを示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a cause determination system including a cause determination apparatus according to an embodiment of the present invention.

この図1に示す原因判断システム100は、複写機(画像形成装置)Tを判断対象とし、その複写機から発せられる騒音(音響信号)を収集してその複写機Tが発する異常音の発生原因を判断するものである。   The cause determination system 100 shown in FIG. 1 uses a copying machine (image forming apparatus) T as a determination target, collects noise (acoustic signal) emitted from the copying machine, and causes the abnormal sound generated by the copying machine T. Is to judge.

ここでは、複写機Tから発せられる騒音の原因が、
原因(1):金属部品同士の衝突音、
原因(2):樹脂部品同士の衝突音、
原因(3):金属部品と樹脂部品との衝突音、
原因(4):記録媒体と構成部品との衝突音、
原因(5):記録媒休の座屈音、
原因(6):記録媒体の搬送方向後端が弾かれる音、
のいずれであるかが判断される。
Here, the cause of the noise emitted from the copier T is
Cause (1): Impact noise between metal parts,
Cause (2): Impact sound between resin parts,
Cause (3): Impact sound between metal parts and resin parts,
Cause (4): Impact sound between recording medium and components,
Cause (5): Buckling sound of recording medium absence,
Cause (6): A sound that the rear end of the recording medium in the transport direction is bounced,
Is determined.

原因判断システム100の全体は、複写機Tからの騒音をとらえる収音手段としてのマクロフォン1と、マイクロフォン1に接続されるアナログ/デジタル変換手段としてのDAT(デジタル・オーディオ・テープ)レコーダ2と、DATレコーダ2に接続されるパーソナルコンピュータシステムCとから構成される。さらにこのパーソナルコンピュータシステムCは、コンピュータ本体3と、入力手段としてのキーボード4a、マウス4b、出力手段としてのディスプレイ装置5などを備えている。   The entire cause determination system 100 includes a macrophone 1 as sound collection means for capturing noise from the copier T, and a DAT (digital audio tape) recorder 2 as analog / digital conversion means connected to the microphone 1. And a personal computer system C connected to the DAT recorder 2. The personal computer system C further includes a computer main body 3, a keyboard 4a as an input means, a mouse 4b, a display device 5 as an output means, and the like.

このコンピュータ本体3内のハードウェア資源としては、演算制御手段としてのCPU、主記憶手段としてのRAM、補助記憶手段としてのハードディスク、入出力制御装置など(いずれも図示せず)を有し、コンピュータ本体3内のソフトウェア資源としては、オペレーティングシステム、音響解析ソフトウェア、数値解析ソフトウェアなど(いずれも図示せず)を有している。そして、これらハードウェア資源とソフトウェア資源との共同作業により、次の図2に示すベクトル生成部G、判断部3Jの各機能を実現している。   The hardware resources in the computer main body 3 include a CPU as arithmetic control means, a RAM as main storage means, a hard disk as auxiliary storage means, an input / output control device (not shown), and the like. Software resources in the main body 3 include an operating system, acoustic analysis software, numerical analysis software, and the like (all not shown). The functions of the vector generation unit G and the determination unit 3J shown in FIG. 2 are realized by the joint work of these hardware resources and software resources.

図2は、この原因判断システム100の基本機能ブロック図である。この原因判断システム100の機能は、処理の流れに沿って順に、マイクロフォン1、DATレコーダ2、ベクトル生成部3G、判断部3J、表示部5を有している。そして、これらの基本機能ブロック同士で入出力される信号は、アナログ信号AS、デジタル信号DS、波形ベクトルV、判断結果Rである。   FIG. 2 is a basic functional block diagram of the cause determination system 100. The functions of the cause determination system 100 include a microphone 1, a DAT recorder 2, a vector generation unit 3G, a determination unit 3J, and a display unit 5 in order along the processing flow. The signals input / output between these basic function blocks are an analog signal AS, a digital signal DS, a waveform vector V, and a determination result R.

図3は図2に示したベクトル生成部3Gの構成を、図4は図2に示した判断部3Jの構成を、それぞれより詳細に示した詳細機能ブロック図である。   3 is a detailed functional block diagram showing the configuration of the vector generation unit 3G shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a detailed functional block diagram showing the configuration of the determination unit 3J shown in FIG.

ベクトル生成部3Gは、図3に示すように、データ記憶部30、時間波形ベクトル生成部3T、周波数波形ベクトル生成部3F、総合波形ベクトル生成部36を備えている。また、時間波形ベクトル生成部3Tは、聴感補正部31、切り出し部32、基準化部33を備えており、周波数波形ベクトル生成部3Fは、これらの各部31,32,33に加えて、窓関数処理部34、周波数解析部35を備えている。そして、これらの詳細機能ブロック同士で入出力される信号は、デジタル信号DS、聴感補正済みデジタル信号DS´、切り出し済みデジタル信号△DS´、基準化済みデジタル信号「△DS´」(=時間波形ベクトルTV)、窓関数処理済みデジタル信号「△DS″」、周波数解析済みデジタル信号(=周波数波形ベクトルFV)、総合波形ベクトルVである。   As shown in FIG. 3, the vector generation unit 3G includes a data storage unit 30, a time waveform vector generation unit 3T, a frequency waveform vector generation unit 3F, and an overall waveform vector generation unit 36. The time waveform vector generation unit 3T includes an auditory correction unit 31, a cutout unit 32, and a standardization unit 33. The frequency waveform vector generation unit 3F includes a window function in addition to these units 31, 32, and 33. A processing unit 34 and a frequency analysis unit 35 are provided. The signals input / output between these detailed functional blocks are a digital signal DS, a hearing-corrected digital signal DS ′, a cut-out digital signal ΔDS ′, and a standardized digital signal “ΔDS ′” (= time waveform). Vector TV), window function processed digital signal “ΔDS ″”, frequency analyzed digital signal (= frequency waveform vector FV), and total waveform vector V.

判断部3Jは、図4に示すように、複数の原因群、ここでは(a)〜(f)の6通りに対応するマハラノビス距離演算部37(a)〜(f)と、最終判断部38とを備えている。そして、これらの詳細機能ブロック同士で入出力される信号は、総合波形ベクトルV、各原因ベクトル空間とのマハラノビス距離D2(a)〜(f)、判断結果Rである。各原因別のマハラノビス距離演算部37は、総合波形ベクトルVを任意の複数(ここではz個)の小ベクトルに分割するベクトル分割部39、分割された小ベクトルの空間距離を演算する分割ベクトル距離演算部40(1)〜40(z)、分割ベクトル毎の空間距離群から総合的な空間距離を演算する総合距離演算部41を備えており、分割ベクトルV(1)〜V(z)、これに対応した分割ベクトル距離D2(1)〜D2(z)、および、これらを総合したマハラノビス距離D2が演算される。 As shown in FIG. 4, the determination unit 3J includes a Mahalanobis distance calculation units 37 (a) to (f) corresponding to a plurality of cause groups, here, six types (a) to (f), and a final determination unit 38. And. The signals input / output between these detailed functional blocks are the comprehensive waveform vector V, the Mahalanobis distances D2 (a) to (f) from the respective cause vector spaces, and the determination result R. The Mahalanobis distance calculation unit 37 for each cause includes a vector dividing unit 39 that divides the total waveform vector V into a plurality of (here, z) small vectors, and a divided vector distance that calculates the spatial distance of the divided small vectors. Calculation units 40 (1) to 40 (z), and a total distance calculation unit 41 for calculating a total spatial distance from a group of spatial distances for each division vector, and divided vectors V (1) to V (z), The divided vector distances D 2 (1) to D 2 (z) corresponding to this, and the Mahalanobis distance D2 obtained by combining them are calculated.

例えば、原因空間(a)においては、総合波形ベクトルVがベクトル分割部39(a)においてV(a1)〜V(az)の小ベクトルに分割され、分割ベクトル距離演算部40(a1)〜40(az)でそれぞれの小ベクトルV(a1)〜V(az)に対応する分割ベクトル距離D2(a1)〜D2(az)が演算され、総合距離演算部41(a)でこれらを総合したマハラノビス距離D2(a)が演算される。他の原因空間(b)〜(f)においても同様にしてマハラノビス距離D2(b)〜D2(f)が演算される。 For example, in the cause space (a), the total waveform vector V is divided into small vectors V (a1) to V (az) by the vector dividing unit 39 (a), and divided vector distance calculating units 40 (a1) to 40 (40). In (az), the divided vector distances D 2 (a1) to D 2 (az) corresponding to the respective small vectors V (a1) to V (az) are calculated, and these are integrated by the total distance calculation unit 41 (a). The Mahalanobis distance D 2 (a) is calculated. The Mahalanobis distances D 2 (b) to D 2 (f) are similarly calculated in the other cause spaces (b) to (f).

図5,図6は、この原因判断システム100の基本的な使用方法、動作を説明するフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて、本実施形態に係る原因判断システム100の動作を説明する。   5 and 6 are flowcharts for explaining the basic usage method and operation of the cause determination system 100. FIG. Hereinafter, based on this flowchart, the operation of the cause determination system 100 according to the present embodiment will be described.

まず、原因判断に先立って、原因判断システム100に対し予め前処理がなされる(図5のステップS1)。この前処理では、各原因(a)〜(f)毎に総合波形ベクトルVのサンプルyを複数(m個)得、各原因(a)〜(f)毎に逆行列Aを得て、各マハラノビス離演算部37(a)〜(f)(図4参照)に記憶するものである。   First, prior to the cause determination, pre-processing is performed in advance for the cause determination system 100 (step S1 in FIG. 5). In this preprocessing, a plurality (m) of samples y of the total waveform vector V are obtained for each cause (a) to (f), and an inverse matrix A is obtained for each cause (a) to (f). The data is stored in the Mahalanobis separation calculation units 37 (a) to (f) (see FIG. 4).

本実施形態では、ひとつの原因に対して200回のサンプル音響信号を取り込んだため、m=200である。なお、本実施形態は、
原因(a):金属部品同士の衝突音、
原因(b):樹脂部品同士の衝突音、
原因(c):金属部品と樹脂部品との衝突音、
原因(d):記録媒体と構成部品との衝突音、
原因(e):記録媒体の座屈音、
原因(f):記録媒体の搬送方向後端が弾かれる音、
の6種類の原因を判断するものである。さらに、後述するように各総合波形ベクトルの次元kは、k=256+128=384である。
In the present embodiment, m = 200 because 200 sampled sound signals are captured for one cause. In the present embodiment,
Cause (a): Impact sound between metal parts,
Cause (b): Impact sound between resin parts,
Cause (c): Impact sound between metal part and resin part,
Cause (d): Impact sound between recording medium and component parts,
Cause (e): Buckling sound of the recording medium,
Cause (f): A sound that the rear end in the transport direction of the recording medium is bounced,
6 types of causes are judged. Further, as will be described later, the dimension k of each comprehensive waveform vector is k = 256 + 128 = 384.

逆行列A,Bの求め方については後述する。   A method for obtaining the inverse matrices A and B will be described later.

前処理(図5のステップS1)が終了すると、発生原因の不明な音響信号に基づいて発生原因の判断が行われる(図6のステップS2〜S6)。   When the preprocessing (step S1 in FIG. 5) ends, the cause of occurrence is determined based on the acoustic signal whose cause is unknown (steps S2 to S6 in FIG. 6).

まず、マイクロフォン1により、判断対象となる(発生原因の不明な)音響信号が計測される(図6のステップS2)。これは複写機Tに近接して設置されるマイクロフォン1により複写機Tからの騒音が計測される。   First, the microphone 1 measures an acoustic signal to be determined (the cause of occurrence is unknown) (step S2 in FIG. 6). In this case, noise from the copying machine T is measured by the microphone 1 installed in the vicinity of the copying machine T.

複写機Tからの騒音は音波であり、マイクロフォン1内の振動子を振動させ、その振動がアナログ信号ASに変換される(図2参照)。   The noise from the copying machine T is a sound wave, which vibrates the vibrator in the microphone 1 and converts the vibration into an analog signal AS (see FIG. 2).

次に、DATレコーダ2により、そのアナログ信号ASがデジタル化される(図6のステップS3)。これはマイクロフォン1に接続されているDATレコーダ2内のA/D変換回路により、アナログ信号ASがデジタル信号DSに変換されることにより行われる(図2参照)。さらに、デジタル信号DSはDATレコーダ2に一旦記録される。図9は、このDATレコーダ2に記録されたデジタル信号DSを示すグラフである。このグラフの縦軸は音圧〔×10-6Pa〕を、横軸は時間〔sec〕をそれぞれ示している。 Next, the analog signal AS is digitized by the DAT recorder 2 (step S3 in FIG. 6). This is performed by converting the analog signal AS into the digital signal DS by the A / D conversion circuit in the DAT recorder 2 connected to the microphone 1 (see FIG. 2). Further, the digital signal DS is once recorded in the DAT recorder 2. FIG. 9 is a graph showing the digital signal DS recorded in the DAT recorder 2. The vertical axis of this graph represents sound pressure [× 10 −6 Pa], and the horizontal axis represents time [sec].

なお、本実施形態ではDATレコーダ2のA/D変換回路の分解能(サンプリング周波数)は48〔kHz〕であるため、得られるデジタル信号DSは、一秒間に48000点のサンプリングデータとして得られる。ここで、サンプリング周波数としては、少なくとも10〔kHz〕以上、好ましくは20〔kHz〕のものを使用することが望ましい。これは、複写機Tやプリンタなどの画像形成装置から発生される衝撃音の特徴が5〜10〔kHz〕以上の高周波数帯域に表れる場合が多いためである。5〜10〔kHz〕以上の帯域を分析するためには、サンプリング定理からサンプリング周波数はその倍の10〜20〔kHz〕以上必要となる。   In this embodiment, since the resolution (sampling frequency) of the A / D conversion circuit of the DAT recorder 2 is 48 [kHz], the obtained digital signal DS is obtained as 48000 points of sampling data per second. Here, it is desirable to use a sampling frequency of at least 10 [kHz] or more, preferably 20 [kHz]. This is because the characteristic of impact sound generated from an image forming apparatus such as the copying machine T or printer often appears in a high frequency band of 5 to 10 kHz or more. In order to analyze a band of 5 to 10 [kHz] or more, the sampling frequency needs to be 10 to 20 [kHz] or more, which is twice that of the sampling theorem.

次に、ベクトル生成部3Gにより、判断対象となる音響信号に対応する波形ベクトルVが生成される(図6のステップS4)。まず、データ記憶部30により、DATレコーダ2に記録され出力されたデジタル信号DSを記憶する。具体的には、DATレコーダ2に接続されているパーソナルコンピュータ本体3のハードディスク中に記憶される。本実施形態では、図9の丸印で示した衝撃音(音圧が急上昇する部分)を含むデジタル信号DSを0.01秒間程度、すなわちサンプリングデータ480点分程度記憶する。   Next, the vector generation unit 3G generates a waveform vector V corresponding to the acoustic signal to be determined (step S4 in FIG. 6). First, the data storage unit 30 stores the digital signal DS recorded and output by the DAT recorder 2. Specifically, it is stored in the hard disk of the personal computer main body 3 connected to the DAT recorder 2. In the present embodiment, the digital signal DS including the impact sound (the portion where the sound pressure rapidly increases) indicated by the circle in FIG. 9 is stored for about 0.01 seconds, that is, about 480 sampling data.

図10は、データ記憶部30に記憶されたデジタル信号DSを示すグラフである。   FIG. 10 is a graph showing the digital signal DS stored in the data storage unit 30.

このグラフの縦軸は音圧を、横軸はサンプリングデータ数を示している。   The vertical axis of this graph represents the sound pressure, and the horizontal axis represents the number of sampling data.

次に、聴感補正部31により、データ補正部30に記憶されるデジタル信号DSに対し聴感補正を行う。これは、聴感補正部31により予め設定されている補正フィルタにより記憶されているデジタル信号DSを補正し、新たなデジタル信号DS´を得るものである(3参照)。なお、本実施形態では、人の聴感に近いAフィルタにより補正を行う。   Next, the auditory correction unit 31 performs auditory correction on the digital signal DS stored in the data correction unit 30. This corrects the digital signal DS stored by the correction filter preset by the auditory sensation correction unit 31 to obtain a new digital signal DS ′ (see 3). In the present embodiment, correction is performed using an A filter that is close to human hearing.

次に、切り出し部32により、聴感補正済みデジタル信号DS´の一部を切り出す。これは切り出し部32に設定されている条件に基づいて、聴感補正済みデジタル信号DS´,の一部を切り出し、切り出し済みデジタル信号△DS´を得るものである(図3参照)。本実施形態において、切り出し部32に設定されている条件は、聴感補正済みデジタル信号DS´の立ち上がり部を基準とし、その基準に対して50個のサンプリングデータ分時間的に遡ったデータから、その基準に対して205個のサンプリングデータ分時間的に後のデータまで(つまり50+1+205=256個のデータ)を切り出す。また、立ち上がり部の検知方法としては、デジタル信号DS´の音圧pの絶対値の最大値を検知し、その最大値の数%の音圧値に時間的に初めて達した部分を立ち上がり部とすることができる。なお、本実施形態では切り出し部32をソフトウェア的に実現しているが、例えば、トリガー機能を備えるデータローガで聴感補正済みデジタル信号DS´の一部を切り出すこともできる。   Next, the cutout unit 32 cuts out a part of the audible corrected digital signal DS ′. This cuts out a part of the auditory corrected digital signal DS ′ based on the conditions set in the cutout unit 32 to obtain a cutout digital signal ΔDS ′ (see FIG. 3). In the present embodiment, the condition set in the cutout unit 32 is based on the rising part of the audible corrected digital signal DS ′ as a reference, and from the data traced back in time by 50 sampling data with respect to the reference. Up to 205 sampling data with respect to the reference are cut out in time (that is, 50 + 1 + 205 = 256 data). As a method for detecting the rising portion, the maximum value of the absolute value of the sound pressure p of the digital signal DS ′ is detected, and the portion that reaches the sound pressure value of several percent of the maximum value for the first time is defined as the rising portion. can do. In this embodiment, the cutout unit 32 is realized by software. However, for example, a part of the digital signal DS ′ whose auditory sense has been corrected can be cut out by a data logger having a trigger function.

図11は、切り出し部32により切り出されたデジタル信号△DS´を示すグラフである。このグラフの縦軸へは音圧を、横軸はサンプリングデータ数をそれぞれ示している。   FIG. 11 is a graph showing the digital signal ΔDS ′ cut out by the cutout unit 32. The vertical axis of this graph represents the sound pressure, and the horizontal axis represents the number of sampling data.

図11中、p(MAX)は音圧pの絶対的の最大値を表わし、p(TH)は立ち上がり部の音圧値を表わしている。   In FIG. 11, p (MAX) represents the absolute maximum value of the sound pressure p, and p (TH) represents the sound pressure value at the rising portion.

このようにして得られた切り出し済みデジタル信号△DS´から、時間波形原ベクトルTvを観念することができる。すなわち、1〜256番目のサンプリングデータの各音圧値p1〜p256をベクトルの各要素とする時間波形原ベクトルTv=(p1、p2、…、p51(=p(TH))、…、p(MAX)、…、p256)を得ることができる。   From the cut-out digital signal ΔDS ′ obtained in this way, the original time waveform vector Tv can be considered. That is, the time waveform original vector Tv = (p1, p2,..., P51 (= p (TH)),..., P () having the sound pressure values p1 to p256 of the 1st to 256th sampling data as elements of the vector. MAX),..., P256) can be obtained.

次に、基準化部33により、切り出し済みデジタル信号△DS´の値を基準化する。これは、予め基準化部33に設定されている基準値とデジタル信号△DS´に含まれる音圧の絶対値の最大値とに基づいて、デジタル信号△DS´の値を基準化して基準化済みデジタル信号「△DS´」、すなわち時間波形ベクトルTVを得るものである(図3参照)。この時間波形ベクトルTVは、先の時間波形原ベクトルTv、音圧の最大値p(MAX)、基準値SによりTV=(S/p(MAX))×Tv=(S/p(MAX))×(p1、p2、…、p51(=p(TH))、…、p(MAX)、…、p256)=((S/p(MAX))×p1、(S/p(MAX))×p2、…、(S/p(MAX))×p51、…、(S/p(MAX))×p(MAX))(=S)、…、(S/p(MAX))×p256)=(P1、…、P256)として求めることができる。   Next, the standardization unit 33 standardizes the value of the cut-out digital signal ΔDS ′. This is based on the standard value preset in the standardization unit 33 and the maximum value of the absolute value of the sound pressure included in the digital signal ΔDS ′, and standardizes the value of the digital signal ΔDS ′. A digital signal “ΔDS ′”, that is, a time waveform vector TV is obtained (see FIG. 3). This time waveform vector TV is based on the previous time waveform original vector Tv, the maximum sound pressure value p (MAX), and the reference value S. TV = (S / p (MAX)) × Tv = (S / p (MAX)) × (p1, p2,..., P51 (= p (TH)),..., P (MAX),..., P256) = ((S / p (MAX)) × p1, (S / p (MAX)) × , (S / p (MAX)) × p51,..., (S / p (MAX)) × p (MAX)) (= S),..., (S / p (MAX)) × p256) = (P1,..., P256).

次に、窓関数処理部34により、基準化済みデジタル信号「△DS´」(=時間波形ベクトルTV)を窓関数処理する。これは、予め窓関数処理部34に設定される窓関数により、基準化済みデジタル信号「△DS´」を処理し、窓関数処理済みデジタル信号「△DS″」を得るものである(図3参照)。本実施例では窓関数として、ハニング窓関数を用いている。このような処理を施すことにより、折り返し誤差や漏れ誤差などの影響を軽減することができる。   Next, the window function processing unit 34 performs window function processing on the standardized digital signal “ΔDS ′” (= time waveform vector TV). This is to process the standardized digital signal “ΔDS ′” by the window function set in advance in the window function processing unit 34 to obtain the window function processed digital signal “ΔDS ″” (FIG. 3). reference). In this embodiment, the Hanning window function is used as the window function. By performing such processing, it is possible to reduce the influence of a folding error or a leakage error.

次に、周波数解析部35により、窓関数処理済みデジタル信号「△DS″」を周波数解析する。これは、周波数解析部35により、窓関数処理済みデジタル信号「△DS″」をFFT解析し、周波数サブバンド毎の周波数スペクトルを得るものである。   Next, the frequency analysis unit 35 performs frequency analysis on the window function processed digital signal “ΔDS ″”. In this case, the frequency analysis unit 35 performs FFT analysis on the window function-processed digital signal “ΔDS ″” to obtain a frequency spectrum for each frequency subband.

図12は、周波数解析部35によるFFT処理結果を示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸はパワースペクトル〔×10-6Pa〕を、横軸は周波数(サブバンド)をそれぞれ示している。本実施形態では、先に示した256点のデジタル信号「△DS″」に基づいてFFT解析を行ない、図12中黒点で示す128点の新たなデジタル信号を得る。 FIG. 12 is a graph showing the FFT processing result by the frequency analysis unit 35. In this graph, the vertical axis represents the power spectrum [× 10 −6 Pa], and the horizontal axis represents the frequency (subband). In the present embodiment, FFT analysis is performed based on the 256 digital signals “ΔDS ″” described above, and 128 new digital signals indicated by black dots in FIG. 12 are obtained.

このようにして得られたデジタル信号から、周波数波形ベクトルFVを観念することができる(図3参照)。すなわち、周波数の小さい方から順に1〜128番目の各パワースペクトルps値をベクトルの各要素とする周波数ベクトルFV=(ps1、ps2、…、ps128)を得る。   The frequency waveform vector FV can be considered from the digital signal obtained in this way (see FIG. 3). That is, the frequency vector FV = (ps1, ps2,..., Ps128) having the first to 128th power spectrum ps values in order from the lowest frequency as each element of the vector is obtained.

次に、総合波形ベクトル生成部36により、波形ベクトルVを得る。ここでは、上述の時間波形生成部3Tにより生成される256次元の時間波形ベクトルTV=(P1、…、P256)と、上述の周波数波形生成部3Fにより生成される128次元の周波数波形ベクトルFV=(ps1、…、ps128)とから、256+128=384次元の波形ベクトルV=(P1、…、P256、ps1、…、ps128)=(v1、…、v384)を得る(図3参照)。なお、このようにして得られる波形ベクトルV=(v1、…、v384)について、予め原因の明らかなサンプル音響信号により得られるものを既知波形ベクトルy=(v1、…、v384)=(y1、…、yk)と称し、原因が不明で判断対象となる音響信号により得られるものを判断対象波形ベクトルx=(v1、…、v384)=(x1、…、xk)と称する(k=384)。   Next, the comprehensive waveform vector generation unit 36 obtains a waveform vector V. Here, a 256-dimensional time waveform vector TV = (P1,..., P256) generated by the above-described time waveform generation unit 3T, and a 128-dimensional frequency waveform vector FV generated by the above-described frequency waveform generation unit 3F = From (ps1,..., Ps128), 256 + 128 = 384-dimensional waveform vector V = (P1,..., P256, ps1,..., Ps128) = (v1,..., V384) is obtained (see FIG. 3). It should be noted that the waveform vector V = (v1,..., V384) obtained in this way is obtained from a sample acoustic signal whose cause is clear in advance, and the known waveform vector y = (v1,..., V384) = (y1,. .., Yk), and what is obtained from an acoustic signal to be determined with an unknown cause is referred to as a determination target waveform vector x = (v1,..., V384) = (x1,..., Xk) (k = 384). .

次に、判断部3Jにより、マハラノビス距離を用いて判断対象となる音響信号の発生原因が判断され、原因判断結果Rを得る(図6のステップS5)。   Next, the determination unit 3J determines the cause of generation of the acoustic signal to be determined using the Mahalanobis distance, and obtains a cause determination result R (step S5 in FIG. 6).

ここで、図5のステップS1の説明に戻る。   Here, it returns to description of step S1 of FIG.

ある既知波形ベクトル空間における評価対象波形ベクトル(x1,…,zk)のマハラノビス距離D2は、既知波形ベクトル(k項)のデータ群(ケース数m)に関する相関係数行列Rの逆行列をAとして、下記の(1)式から演算される。ここで相関係数行列Rを構成する相関係数rは次のようにして算出される。まず、既知波形ベクトルy=(y1、…、yk)×m組(ケース)のデータについて、既知波形ベクトルを構成する1〜k個の各成分毎にm個ずつのケースデータ群に並び替え、Y1=(y11〜y1m)、Y2=(y21〜r2m)、…、Yk=(yk1〜ykm)が生成される。この各データ群間の相関係数を算出し、Y1とY2の相関係数をr12、Y1とY3の相関係数をr13、Y1とYkの相関係数をr1k、Y2とYkの相関係数をr2k、…として相関係数行列Rを求める。 The Mahalanobis distance D 2 of the evaluation target waveform vector (x 1 ,..., Z k ) in a certain known waveform vector space is the inverse matrix of the correlation coefficient matrix R relating to the data group (number of cases m) of the known waveform vector (k term). Is calculated from the following equation (1). Here, the correlation coefficient r constituting the correlation coefficient matrix R is calculated as follows. First, the known waveform vector y = (y1,..., Yk) × m sets (cases) of data is rearranged into m case data groups for each of 1 to k components constituting the known waveform vector, Y1 = (y11 to y1m), Y2 = (y21 to r2m),..., Yk = (yk1 to ykm) are generated. The correlation coefficient between each data group is calculated, the correlation coefficient between Y1 and Y2 is r12, the correlation coefficient between Y1 and Y3 is r13, the correlation coefficient between Y1 and Yk is r1k, and the correlation coefficient between Y2 and Yk Is a correlation coefficient matrix R.

Figure 2005208186
但し、
Figure 2005208186
However,

Figure 2005208186
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Figure 2005208186
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この相関係数の逆行列Aを求めるためには、k<m、すなわち波形ベクトルの項数より多いケース数を確保する必要がある。更には十分な精度でマハラノビス距離を算出するためには、3×k<mであることが望ましい。実際に波形ベクトルの項数とケース数を変えてマハラノビス距離を算出した結果を図7に示す。ここではある同一原因群のデータを対象に、ケース数を3200個に固定して、波形ベクトルの項数を変化させた。具体的には上記320個のケースデータ群を既知波形ベクトル群、各320個のケースデータひとつひとつを評価対象波形ベクトルとして、マハラノビス距離を算出してその平均値を求めたものである。既知波形ベクトル群と評価対象波形ベクトルが同一のものであるため、本来ならばこれらの空間距離は最小となりその重心位置“1”に限りなく近くなるはずであるが、ベクトルの項数がケース数に近い場合は空間距離が急激に上昇してしまうことが分かる。この状態では、これらのデータは全くこと異なるものであると判断されてしまうことになり、判断を誤ることになる。これは逆行列Aを算出する際の統計的冗長性が欠落してしまうことによる。図7からケース数320に対して、ベクトルの項数を75〜100以下にすれば、空間距離をほぼ“1”と見なせる。   In order to obtain the inverse matrix A of the correlation coefficient, it is necessary to ensure k <m, that is, the number of cases larger than the number of waveform vector terms. Furthermore, in order to calculate the Mahalanobis distance with sufficient accuracy, it is desirable that 3 × k <m. FIG. 7 shows the result of calculating the Mahalanobis distance by actually changing the number of terms and the number of cases in the waveform vector. Here, for the same cause group data, the number of cases was fixed at 3200 and the number of waveform vector terms was changed. Specifically, the Mahalanobis distance is calculated and the average value is obtained using the 320 case data groups as the known waveform vector group and each of the 320 case data as the evaluation target waveform vectors. Since the known waveform vector group and the waveform vector to be evaluated are the same, these spatial distances are supposed to be minimized and should be as close as possible to the center of gravity position “1”, but the number of terms in the vector is the number of cases. It can be seen that the spatial distance increases rapidly when the distance is close to. In this state, it is determined that these data are completely different, and the determination is wrong. This is because statistical redundancy in calculating the inverse matrix A is lost. From FIG. 7, with respect to the number of cases 320, if the number of vector terms is 75-100 or less, the spatial distance can be regarded as almost “1”.

すなわち、波形ベクトルの項数の3倍以上のケース数を確保できない場合には、十分な精度で判断できないことになる。このため本実施形態では、3×k<mを満たすようなサイズに波形ベクトルを分割することによりこの問題を回避する。分割数をzとすると、本実施例の場合ではk=384、m=200であるから、3×k<mを満たすためには分割数zを6以上にすることが望ましい。ここではz=6として、ベクトル分割部39で既知波形ベクトルを6個の小ベクトルに分割する。例えば、原因空間(a)については、ベクトル分割部39(a)で既知波形ベクトルya=(v1、…、v384)が分割され、v(a1)=(v1、…、v64)、v(a2)=(v65、…、v128)、v(a3)=(v129,…、v192)、v(a4)=(v193、…、v256)、v(a5)=(v257、…、v320)、v(a6)=(v321、…、v384)の6個の小ベクトルが生成される。各小ベクトルでは項数64、ケース数200となり、3×k<mの条件を満たしている。図5のステップS1では、このv(a1)〜v(a6)について、式(1)を使用して、それぞれ相関係数行列の逆行列が求められ、第1の逆行列A(a1)〜A(a6)としてマハラノビス距離演算部37の分割ベクトル距離演算部40(1)〜(z)に格納される。   That is, when the number of cases more than three times the number of terms in the waveform vector cannot be secured, it cannot be determined with sufficient accuracy. Therefore, in this embodiment, this problem is avoided by dividing the waveform vector into a size that satisfies 3 × k <m. If the number of divisions is z, in this embodiment, k = 384 and m = 200. Therefore, in order to satisfy 3 × k <m, the number of divisions z is desirably 6 or more. Here, assuming that z = 6, the vector dividing unit 39 divides the known waveform vector into six small vectors. For example, for the cause space (a), the vector dividing unit 39 (a) divides the known waveform vector ya = (v1,..., V384), and v (a1) = (v1,..., V64), v (a2). ) = (V65,..., V128), v (a3) = (v129,..., V192), v (a4) = (v193,..., V256), v (a5) = (v257,..., V320), v Six small vectors of (a6) = (v321,..., V384) are generated. Each small vector has 64 terms and 200 cases, which satisfies the condition of 3 × k <m. In step S1 of FIG. 5, the inverse matrix of the correlation coefficient matrix is obtained for each of v (a1) to v (a6) using Equation (1), and the first inverse matrix A (a1) to A (a6) is stored in the divided vector distance calculation units 40 (1) to (z) of the Mahalanobis distance calculation unit 37.

図5のステップS1では、次に既知波形ベクトル(項数k=384)の全ケース数m=200について、それぞれを判断対象波形ベクトルとみなして、マハラノビス距離を算出する。具体的には上記と同様にして、ベクトル分割部39(a)で波形ベクトルya=(v1、…、v384)が分割され、v(a1)=(v1、…、v64)、v(a2)=(v65、…、v128)、v(a3)=(v129、…、v192)、v(a4)=(v193、…、v256)、v(a5)=(v257、…、v320)、v(a6)=(v321、…、v384)の6個の小ベクトルが生成される。このv(a1)〜v(a6)について、分割ベクトル距離演算部40(a1)〜40(a6)で上記第1の逆行列A(a1)〜A(a6)を用いて、マハラノビス距離D2(a1)〜D2(a6)が求められる。この演算をケース数m=200個分繰り返し、マハラノビス距離D2(a1)〜D2(a6)を200組生成する。次にこのD2(a1)〜D2(a6)×200組のデータ群を、k=6、m=200の第二の既知ベクトル群と見なして、上記の逆行列Aと同じ演算により相関係数行列の逆行列を求め、第2の逆行列B(a)としてマハラノビス距離演算部37(a)の総合距離演算部41(a)に格納される。k=6、m=200より、ここでも3×k<mの条件を満たしている。これを原因空間(b)〜(f)についても行い、最終的に第1の逆行列A(a1)〜A(a6)、…、A(f1)〜A(f6)、および第2の逆行列B(a)、…、B(f)をマハラノビス距離演算部37に格納して、前処理を終了する。 In step S1 in FIG. 5, the Mahalanobis distance is calculated by regarding each of the known waveform vectors (number of terms k = 384) as the judgment target waveform vectors for all cases m = 200. Specifically, in the same manner as described above, the waveform vector ya = (v1,..., V384) is divided by the vector dividing unit 39 (a), and v (a1) = (v1,..., V64), v (a2). = (V65, ..., v128), v (a3) = (v129, ..., v192), v (a4) = (v193, ..., v256), v (a5) = (v257, ..., v320), v ( 6 small vectors of a6) = (v321,..., v384) are generated. With respect to v (a1) to v (a6), the divided vector distance calculation units 40 (a1) to 40 (a6) use the first inverse matrices A (a1) to A (a6), and the Mahalanobis distance D 2. (A1) to D 2 (a6) are obtained. This calculation is repeated for the number of cases m = 200, and 200 sets of Mahalanobis distances D 2 (a1) to D 2 (a6) are generated. Next, the data group of D 2 (a1) to D 2 (a6) × 200 sets is regarded as a second known vector group of k = 6 and m = 200, and the same calculation is performed by the same operation as the inverse matrix A described above. An inverse matrix of the relational number matrix is obtained and stored as the second inverse matrix B (a) in the total distance calculation unit 41 (a) of the Mahalanobis distance calculation unit 37 (a). From k = 6 and m = 200, the condition of 3 × k <m is also satisfied here. This is also performed for the cause spaces (b) to (f), and finally the first inverse matrices A (a1) to A (a6), ..., A (f1) to A (f6), and the second inverse The matrices B (a),..., B (f) are stored in the Mahalanobis distance calculation unit 37, and the preprocessing ends.

次に判断対象波形ベクトルのマハラノビス距離演算手順を説明する(図6ステップS5)。   Next, the Mahalanobis distance calculation procedure of the judgment target waveform vector will be described (step S5 in FIG. 6).

まず判断対象波形ベクトルx=(v1、…、x384)=(x1、…、x386)がベクトル分割部39(a)において分割され、x(1)=v(a1)=(x1、…、x64)、x(2)=v(a2)=(x65、…、x128)、x(3)=v(a3)=(x129、…、x192)、x(4)=v(a4)=(x193、…、x256)、x(5)=v(a5)=(x257、…、x320)、x(6)=v(a6)=(x321、…、x384)の6個の小ベクトルが生成される。このv(a1)〜v(a6)について、分割ベクトル距離演算部40(a1)〜40(a6)で上記第1の逆行列A(a1)〜A(a6)を用いて、マハラノビス距離D2(a1)〜D2(a6)が求められる。次に予めマハラノビス距離演算部37(a)に記憶されている第2の逆行列B(a)を用いて、総合距離演算部41(a)で上記マハラノビス距離D2(a1)〜D2(a6)の数列群をベクトルと見なした最終的なマハラノビス距離D2(a)が演算される。 First, the judgment target waveform vector x = (v1,..., X384) = (x1,..., X386) is divided by the vector dividing unit 39 (a), and x (1) = v (a1) = (x1,. ), X (2) = v (a2) = (x65,..., X128), x (3) = v (a3) = (x129,..., X192), x (4) = v (a4) = (x193) ,..., X256), x (5) = v (a5) = (x257,..., X320), x (6) = v (a6) = (x321,..., X384) are generated. The With respect to v (a1) to v (a6), the divided vector distance calculation units 40 (a1) to 40 (a6) use the first inverse matrices A (a1) to A (a6), and the Mahalanobis distance D 2. (A1) to D 2 (a6) are obtained. Next, using the second inverse matrix B (a) stored in advance in the Mahalanobis distance calculation unit 37 (a), the total distance calculation unit 41 (a) uses the Mahalanobis distances D 2 (a1) to D 2 ( The final Mahalanobis distance D 2 (a) is calculated by regarding the sequence of a6) as a vector.

以下、同様に原因空間(b)から(f)についても同様の演算を繰り返し、各マハラノビス距離演算部37(b)〜(f)において、それぞれの原因別のマハラノビス距離D2(b)〜D2(f)が演算される(図4参照)。 Hereinafter, similarly, the same calculation is repeated for the cause spaces (b) to (f), and the Mahalanobis distances D 2 (b) to D for each cause in the Mahalanobis distance calculation units 37 (b) to (f). 2 (f) is calculated (see FIG. 4).

次に、最終判断部38により、マハラノビス距離D2(a)〜D2(f)が最小のものを選択し、そのマハラノビス距離に対応する原因を判断結果Rとする。例えば、マハラノビス距離D2(a)〜D2(f)のうち、D2(a)が最も小さい場合には、判断対象となる音響信号は、「原因(1):金属部品同士の衝突音」であることが分かる。 Next, the final determination unit 38 selects the one having the smallest Mahalanobis distance D 2 (a) to D 2 (f), and sets the cause corresponding to the Mahalanobis distance as the determination result R. For example, when D 2 (a) is the smallest among Mahalanobis distances D 2 (a) to D 2 (f), the acoustic signal to be determined is “cause (1): collision sound between metal parts” "

次に、表示部5に、判断結果Rが表示される(図6のステップS6)。例えば、判断対象となる音響信号は、「原因(1):金属部品同士の衝突音」である場合には、その旨が表示部5の画面に表示される(図2参照)。   Next, the determination result R is displayed on the display unit 5 (step S6 in FIG. 6). For example, if the acoustic signal to be determined is “Cause (1): Collision sound between metal parts”, that fact is displayed on the screen of the display unit 5 (see FIG. 2).

本発明者らは本発明を完成するために数々の実験を行ってきたが、ここではその一部、本発明の効果を確認するための実験を実施例として説明する。この実施例では、前述の実施形態に係る原因判断システム100を使用し、原因(2):樹脂(プラスチック)部品同士の衝突音と、原因(3):金属部品と樹脂(プラスチック)部品との衝突音との判断を検証した。なお、この原因(2)と原因(3)とは、一般に聴感上の印象や音圧波形が類似しており、その区別が比較的困難な原因である。   The present inventors have conducted a number of experiments to complete the present invention. Here, a part of the experiments will be described as examples to confirm the effect of the present invention. In this example, the cause determination system 100 according to the above-described embodiment is used, and cause (2): collision sound between resin (plastic) parts and cause (3): between metal parts and resin (plastic) parts. The judgment of collision sound was verified. The cause (2) and the cause (3) are generally similar in audible impression and sound pressure waveform, and are relatively difficult to distinguish.

まず、原因(3)による衝突音から波形ベクトルV(3)(項数k=384)を100個(v1(3)〜v100(3))得て(図6のステップS2〜S4)、これら100個の波形ベクトルV(3)のうち、ランダムに選択される80個の波形ベクトルV(3)を既知波形ベクトルy(3)(y1(3)〜y80(3))とし(m=80)、残りの20個を(検証用の)判断対象波形ベクトルx(x1〜x20)とする。次に、原因(2)による衝突音から波形ベクトルV(2)を100個(v1(2)〜v100(2))得て(図6のステップS2〜S4)、これらをすべて(検証用の)判断対象波形ベクトルx(x21〜x120)とする。   First, 100 waveform vectors V (3) (number of terms k = 384) (v1 (3) to v100 (3)) are obtained from the collision sound due to the cause (3) (steps S2 to S4 in FIG. 6), and these Of the 100 waveform vectors V (3), 80 waveform vectors V (3) selected at random are known waveform vectors y (3) (y1 (3) to y80 (3)) (m = 80). ), And the remaining 20 judgment object waveform vectors x (x1 to x20). Next, 100 waveform vectors V (2) (v1 (2) to v100 (2)) are obtained from the collision sound due to the cause (2) (steps S2 to S4 in FIG. 6), and all of these (for verification) are obtained. ) It is assumed that the determination target waveform vector x (x21 to x120).

次に、3×k<mを満たすように既知波形ベクトルy1(3)〜y80(3)を12個の小ベクトルに分割し(z=12)、第1の逆行列A(3,1)〜A(3,12)、第2の逆行列B(3)を演算し、マハラノビス距離演算部37(3)がそれを記憶する(図4参照)。次に、(検証用の)判断対象ベクトルx1〜x20、x21〜x120について、マハラノビス距離演算部37(3)により前処理で得た、第1の逆行列A(3,1)〜A(3,12)、第2の逆行列B(3)に基づいて、それぞれのマハラノビス距離D21(3)〜D220(3)、D221(3)〜D2120(3)を演算する。 Next, the known waveform vectors y1 (3) to y80 (3) are divided into 12 small vectors (z = 12) so as to satisfy 3 × k <m, and the first inverse matrix A (3, 1) ~ A (3,12) and the second inverse matrix B (3) are calculated, and the Mahalanobis distance calculation unit 37 (3) stores them (see FIG. 4). Next, the first inverse matrices A (3, 1) to A (3) obtained by the preprocessing by the Mahalanobis distance calculation unit 37 (3) for the determination target vectors x1 to x20 and x21 to x120 (for verification) , 12), and the respective Mahalanobis distances D 2 1 (3) to D 2 20 (3) and D 2 21 (3) to D 2 120 (3) based on the second inverse matrix B (3) To do.

図8は、この実験結果を示すグラフである。このグラフにおいて、縦軸はマハラノビス距離D2(3)であり、横軸は波形ベクトルの数(サンプル数)を示している。ここで、原因(3)による衝突音から最終的に得られたマハラノビス距離D21(3)〜D220(3)は、いずれも1に近い(いずれも2以下)。一方、原因(2)による衝突音から最終的に得られたマハラノビス距離D221(3)〜D2120(3)は、いずれもその値が大きくなっている(概ね数百から1000程度)。 FIG. 8 is a graph showing the results of this experiment. In this graph, the vertical axis represents the Mahalanobis distance D2 (3), and the horizontal axis represents the number of waveform vectors (number of samples). Here, the Mahalanobis distances D 2 1 (3) to D 2 20 (3) finally obtained from the collision sound due to the cause (3) are all close to 1 (all are 2 or less). On the other hand, the Mahalanobis distances D 2 21 (3) to D 2 120 (3) finally obtained from the collision sound due to the cause (2) all have large values (approximately several hundred to about 1000). .

したがって、本実施例によれば、一般にその区別が困難な、原因(2):樹脂(プラスチック)部品同士の衝突音と、原因(3):金属部品と樹脂(プラスチック)部品との衝突音とを、例えば、マハラノビス距離D2(3)の閾値を10とすることで、明確に区別することができる。 Therefore, according to the present embodiment, the cause (2): the collision sound between the resin (plastic) parts and the cause (3): the collision sound between the metal part and the resin (plastic) part are generally difficult to distinguish. Can be clearly distinguished by setting the threshold of the Mahalanobis distance D 2 (3) to 10, for example.

本発明の一実施形態の原因判断装置を含む原因判断システムを示す図である。It is a figure which shows the cause determination system containing the cause determination apparatus of one Embodiment of this invention. 原因判断システムの基本機能ブロック図である。It is a basic functional block diagram of a cause determination system. 図2に示したベクトル生成部をより詳細に示した詳細機能ブロック図である。FIG. 3 is a detailed functional block diagram illustrating the vector generation unit illustrated in FIG. 2 in more detail. 図2に示した判断部の構成をより詳細に示した詳細機能ブロック図である。FIG. 3 is a detailed functional block diagram illustrating in more detail the configuration of a determination unit illustrated in FIG. 2. 原因判断システムの基本的な使用方法、動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the basic usage method and operation | movement of a cause determination system. 原因判断システムの基本的な使用方法、動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the basic usage method and operation | movement of a cause determination system. 実際に波形ベクトルの項数とケース数を変えてマハラノビス距離を算出した結果である。This is a result of actually calculating the Mahalanobis distance by changing the number of terms and the number of cases of the waveform vector. 実験結果を示すグラフである。It is a graph which shows an experimental result. DATレコーダに記録されたデジタル信号を示すグラフである。It is a graph which shows the digital signal recorded on the DAT recorder. データ記憶部に記憶されたデジタル信号を示すグラフである。It is a graph which shows the digital signal memorize | stored in the data storage part. 切り出し部により切り出されたデジタル信号を示すグラフである。It is a graph which shows the digital signal cut out by the cut-out part. 周波数解析部によるFFT処理結果を示すグラフである。It is a graph which shows the FFT process result by a frequency analysis part.

符号の説明Explanation of symbols

100 原因判断システム
T 複写機
1 マクロフォン
2 DATレコーダ
3 コンピュータ本体
4a キーボード
4b マウス
5 表示部
3G ベクトル生成部
3J 判断部
3T 時間波形ベクトル生成部
3F 周波数波形ベクトル生成部
30 データ記憶部
31 聴感補正部
32 切出部
33 基準化部
34 窓関数処理部
35 周波数解析部
36 総合波形ベクトル生成部
37 マハラノビス距離演算部
38 最終判断部
39 ベクトル分割部
40 分割ベクトル距離演算部
41 総合距離演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Cause determination system T Copy machine 1 Macrophone 2 DAT recorder 3 Computer main body 4a Keyboard 4b Mouse 5 Display part 3G Vector generation part 3J Judgment part 3T Time waveform vector generation part 3F Frequency waveform vector generation part 30 Data storage part 31 Audition correction part 32 Cutout unit 33 Standardization unit 34 Window function processing unit 35 Frequency analysis unit 36 Total waveform vector generation unit 37 Mahalanobis distance calculation unit 38 Final determination unit 39 Vector division unit 40 Divided vector distance calculation unit 41 Total distance calculation unit

Claims (9)

収集した複数のデータに基づいて複数のデータを生成することにより生成した複数のデータを要素とするベクトルを生成するベクトル生成部と、
原因が既知の段階で複数回収集した複数のデータに基づいて前記ベクトル生成部で生成された複数の既知ベクトルに基づいて原因別の基準空間を求めておき、原因が未知の状態で収集した複数のデータに基づいて前記ベクトル生成部で生成された判断対象ベクトルの、前記基準空間上の統計的距離を求めて、該統計的距離に基づいて該判断対象ベクトルに対応する原因を判断する判断部とを備えた原因判断装置において、
前記判断部が、
前記ベクトル生成部で生成されたベクトルを、該ベクトルの要素を複数の群に分割したときの各群を要素とする複数の小ベクトルに分割するベクトル分割部と、
前記ベクトル分割部で複数の既知ベクトルがそれぞれ分割されてなる複数の既知小ベクトルに基づいて、同一原因の複数の既知ベクトルを構成する相互に対応する群を要素とする複数の既知小ベクトルごとに1つの第1の基準空間を求めておき、前記ベクトル分割部で判断対象ベクトルが分割されてなる複数の判断対象小ベクトルそれぞれについて、各判断対象小ベクトルに対応する各第1の基準空間上の各統計的距離を求めることにより、該複数の判断対象小ベクトルに対応する複数の統計的距離を要素とする判断対象距離ベクトルを求める分割ベクトル距離演算部と、
前記複数の既知小ベクトルそれぞれについての、各既知小ベクトルに対応する各第1の基準空間上の統計的距離を要素とする複数の既知距離ベクトルに基づいて第2の基準空間を求めておき、前記分割ベクトル距離演算部で求められた判断対象距離ベクトルの前記第2の基準空間上の統計的距離を求める総合距離演算部と、
前記総合距離演算部で求められた前記第2の基準空間上の統計的距離に基づいて前記判断対象ベクトルに対応する原因を判断する最終判断部とを有することを特徴とする原因判断装置。
A vector generation unit that generates a vector including a plurality of data generated by generating a plurality of data based on the collected plurality of data; and
Based on a plurality of data collected a plurality of times at a stage where the cause is known, a reference space for each cause is obtained based on a plurality of known vectors generated by the vector generation unit, and a plurality of data collected in a state where the cause is unknown A determination unit that obtains a statistical distance in the reference space of the determination target vector generated by the vector generation unit based on the data of the reference and determines a cause corresponding to the determination target vector based on the statistical distance In the cause determination device comprising
The determination unit
A vector dividing unit that divides the vector generated by the vector generating unit into a plurality of small vectors each of which is an element when the elements of the vector are divided into a plurality of groups;
Based on a plurality of known small vectors obtained by dividing a plurality of known vectors by the vector dividing unit, for each of a plurality of known small vectors whose elements are mutually corresponding groups constituting a plurality of known vectors of the same cause One first reference space is obtained, and for each of a plurality of determination target small vectors obtained by dividing the determination target vector by the vector dividing unit, on each first reference space corresponding to each determination target small vector. A divided vector distance calculation unit for determining a determination target distance vector having a plurality of statistical distances corresponding to the plurality of determination target small vectors as elements, by calculating each statistical distance;
For each of the plurality of known small vectors, a second reference space is obtained based on a plurality of known distance vectors whose elements are statistical distances on each first reference space corresponding to each known small vector, An overall distance calculation unit for obtaining a statistical distance on the second reference space of the determination target distance vector obtained by the divided vector distance calculation unit;
A cause determination apparatus, comprising: a final determination unit that determines a cause corresponding to the determination target vector based on a statistical distance in the second reference space obtained by the total distance calculation unit.
前記ベクトル生成部は、対象装置の稼働音を収集して得た、時系列に並んだ複数のデータに基づいてベクトルを生成するものであることを特徴とする請求項1記載の原因判断装置。   The cause determination apparatus according to claim 1, wherein the vector generation unit generates a vector based on a plurality of data arranged in a time series obtained by collecting operating sounds of the target apparatus. 前記判断部は、対象装置の異音の原因を判断するものであることを特徴とする請求項2記載の原因判断装置。   The cause determination device according to claim 2, wherein the determination unit is configured to determine a cause of an abnormal sound of the target device. 記録媒体を搬送し搬送中の記録媒体上に画像を形成する画像形成装置を前記対象装置とするものであることを特徴とする請求項2又は3記載の原因判断装置。   4. The cause determination apparatus according to claim 2, wherein the target apparatus is an image forming apparatus that conveys a recording medium and forms an image on a recording medium that is being conveyed. 前記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータの中から所定の基準データを検出し該基準データよりも時間的に前のデータを含む複数のデータを切り出す信号切出部を有するものであることを特徴とする請求項2記載の原因判断装置。   The vector generation unit includes a signal cutout unit that detects predetermined reference data from a plurality of data arranged in time series and cuts out a plurality of data including data temporally preceding the reference data. The cause determination device according to claim 2, wherein the cause determination device is provided. 前記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータに基づいて時間波形を表わす複数データを要素とする時間波形ベクトルを生成するものであることを特徴とする請求項2記載の原因判断装置。   3. The cause determination apparatus according to claim 2, wherein the vector generation unit generates a time waveform vector having a plurality of data representing a time waveform as elements based on a plurality of data arranged in time series. 前記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータを周波数領域の複数のデータに変換することにより周波数分布を表わす複数のデータを要素とする周波数波形ベクトルを生成するものであることを特徴とする請求項2記載の原因判断装置。   The vector generation unit generates a frequency waveform vector having a plurality of data representing a frequency distribution as elements by converting a plurality of data arranged in time series into a plurality of data in a frequency domain. The cause determination apparatus according to claim 2. 前記ベクトル生成部は、時系列に並んだ複数のデータに基づいて求められる時間波形を表わす複数のデータと、該時系列に並んだ複数のデータを周波数領域の複数のデータに変換することにより得られる該周波数領域の複数のデータとの双方を要素とする総合波形ベクトルを生成するものであることを特徴とする請求項2記載の原因判断装置。   The vector generation unit is obtained by converting a plurality of data representing a time waveform obtained based on a plurality of data arranged in a time series and a plurality of data arranged in the time series into a plurality of data in a frequency domain. The cause determination apparatus according to claim 2, wherein a comprehensive waveform vector including both of the plurality of data in the frequency domain to be generated is generated. 前記分割距離演算部および前記総合距離演算部は、前記統計的距離としてマハラノビス距離を求めるものであることを特徴とする請求項1記載の原因判断装置。   The cause determination apparatus according to claim 1, wherein the division distance calculation unit and the total distance calculation unit calculate a Mahalanobis distance as the statistical distance.
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