DE112017007733T5

DE112017007733T5 - Störgeräuscheliminierungseinrichtung und Störgeräuscheliminierungsverfahren

Info

Publication number: DE112017007733T5
Application number: DE112017007733.8T
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN110999317A; JP6639747B2; US11212608B2; US20210168490A1; WO2019030898A1; JPWO2019030898A1

Abstract

Bereitgestellt werden eine Mikrofonanordnung (3), aufweisend Mikrofone (2), die Geräusch beobachten, und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit (5), die ein Geräusch von Interesse erhält durch Eliminieren von Störgeräusch aus dem beobachteten Geräuschsignal. Die zwei Mikrofone (2), die zueinander benachbart sind, aus der Vielzahl von Mikrofonen (2) haben eine solche Positionsbeziehung, dass in einer Ebene (12), die die zwei Mikrofone (2), eine Geräusch-von-Interesse-Quelle (A) und eine Störgeräuschquelle (B), die Störgeräusch erzeugt, enthält, die Mittelsenkrechte (13) eines ersten Liniensegments (10), das die zwei Mikrofone (2) verbindet, mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen einem zweiten Liniensegment (14), das die Geräusch-von-Interesse-Quelle (A) und den Mittelpunkt (11) des ersten Liniensegments (10) verbindet, und einem dritten Liniensegment (15), das die Störgeräuschquelle (B) und den Mittelpunkt (11) des ersten Liniensegments (10) verbindet, zusammenfällt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Eliminieren von Störgeräusch außer einem Zielgeräusch aus Geräuschen, die von einer Vielzahl von Geräuschquellen kommen.
HINTERGRUND ZUM STAND DER TECHNIK
Eine Technik zur Störgeräuscheliminierung macht es leicht, ein Zielgeräusch (im Folgenden als ein „Geräusch von Interesse“ bezeichnet) zu hören, indem Störgeräusch aus den unter Verwendung eines Akustiksensors, wie einem Mikrofon, aufgenommenen Geräuschdaten eliminiert wird. Diese Technik ermöglicht es, Stimme zu verdeutlichen, die aufgrund von Störgeräusch, das von Geräten, wie einer Klimaanlage, erzeugt wird, schwer zu hören ist, oder die Stimme einer sprechenden Zielperson zu extrahieren, wenn mehrere Personen gleichzeitig sprechen.
Die Störgeräuscheliminierungstechnik kann auch die Robustheit gegenüber Störgeräusch in einem Spracherkennungssystem oder dergleichen verbessern. Darüber hinaus kann die Störgeräuscheliminierungstechnik dazu verwendet werden, Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit aufgrund von Umgebungsstörgeräuschen zu verhindern, zum Beispiel in einem Vorrichtungsüberwachungssystem, das automatisch erfasst, ob ein anormales Geräusch im Betriebsgeräusch einer Vorrichtung enthalten ist.
Als ein Verfahren zur Störgeräuscheliminierung aus Geräuschdaten gibt es ein Verfahren, bei dem eine Akustiksensoranordnung aus einer Vielzahl von Akustiksensoren gebildet ist und Signalverarbeitung durch Software auf Beobachtungssignale, die von den Akustiksensoren erhalten werden, durchgeführt wird, um eine Richtcharakteristik in Bezug auf eine Geräusch-von-Interesse-Quelle zu bilden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine scharfe Richtcharakteristik gebildet werden kann, während ein kostengünstiger Akustiksensor, wie zum Beispiel ein omnidirektionales Mikrofon, verwendet wird, wodurch die Kosten für die Hardware unterdrückt werden können. Außerdem kann die gebildete Richtcharakteristik per Software dynamisch verändert werden, und selbst wenn sich die Geräuschquelle bewegt, kann Störgeräusch aus den Geräuschdaten eliminiert werden.
Bei dem Verfahren zur Störgeräuscheliminierung mit einer Vielzahl von Akustiksensoren ist bekannt, dass die Störgeräuscheliminierungsleistung in Abhängigkeit von einem Verfahren zur Anordnung der Akustiksensoren, die die Akustiksensoranordnung bilden, variiert. Beispielsweise wird in der Patentliteratur 1 ein Mehrstrahl-Akustiksystem offenbart, das eine Technik verwendet, bei der eine Akustiksensoranordnung an einer vorherbestimmten Position angeordnet wird, um zwei beliebigen in einem Fahrzeug installierten Sitzen zu entsprechen. In der Patentliteratur 1 ist die vorherbestimmte Position eine bestimmte Position zwischen zwei beliebigen Sitzen und liegt auf einer Linie senkrecht zur Richtung der zwei beliebigen Sitze.
LISTE ZITIERTER SCHRIFTEN
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2013-546247 A
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
In dem oben beschriebenen, in der Patentliteratur 1 offengelegten Mehrstrahl-Akustiksystem wird die Positionsbeziehung zwischen der Akustiksensoranordnung und einer Vielzahl von Geräuschquellen zum Erhalten einer hohen Geräuscheliminierungsleistung berücksichtigt. Aber selbst wenn die Positionsbeziehung zwischen der Akustiksensoranordnung und der Vielzahl von Geräuschquellen wie in Patentliteratur 1 offenbart eingestellt ist, kann die Störgeräuscheliminierungsleistung aufgrund von Verzerrung in einem Ausgangssignal verschlechtert werden, abhängig von der Positionsbeziehung zwischen den Akustiksensoren, die die Akustiksensoranordnung bilden, und der Vielzahl von Geräuschquellen. In der Patentliteratur 1 wird nicht offenbart, wie die Positionsbeziehung zwischen den Akustiksensoren, die die Akustiksensoranordnung bilden, und der Vielzahl von Geräuschquellen bestimmt werden kann, um eine hohe Störgeräuscheliminierungsleistung zu erzielen. Daher hat die herkömmliche Störgeräuscheliminierungseinrichtung immer noch das Problem der Verschlechterung der Störgeräuscheliminierungsleistung aufgrund von Verzerrung in einem Ausgangssignal.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Unterdrückung von Verzerrung in einem Ausgangssignal und die Verbesserung der Störgeräuscheliminierungsleistung in einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung, die mit einer Akustiksensoranordnung versehen ist.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Akustiksensoranordnung, aufweisend eine Vielzahl von Akustiksensoren, die Geräuschsignale beobachten; und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit, die ein Geräusch von Interesse erhält durch Eliminieren von Störgeräusch aus den durch die Vielzahl von Akustiksensoren beobachteten Geräuschsignalen. Zwei Akustiksensoren, die zueinander benachbart sind, aus der Vielzahl von Akustiksensoren haben eine solche Positionsbeziehung, dass in einer Ebene, die die zwei Akustiksensoren, eine Geräusch-von-Interesse-Quelle, die ein Geräusch von Interesse erzeugt, und eine Störgeräuschquelle, die Störgeräusch erzeugt, enthält, eine Mittelsenkrechte eines ersten Liniensegments, das die zwei Akustiksensoren verbindet, mit einer Halbierenden eines Winkels zwischen einem zweiten Liniensegment, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle mit einem Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, und einem dritten Liniensegment, das die Störgeräuschquelle mit dem Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, zusammenfällt.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Akustiksensoren und die Geräuschquellen an Positionen angeordnet sein, an denen Verzerrung in einem Ausgangssignal unterdrückt wird und somit Störgeräuscheliminierungsleistung verbessert werden kann.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung von Mikrofonen der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen den Ankommrichtungen eines Geräuschs, das von einem Mikrofonpaar der Störgeräuscheliminierungseinrichtung beobachtet wird, und der Zeitdifferenz gemäß der ersten Ausführung zeigt.
4 ist ein Diagramm, in dem die Geräusch-Ankommrichtungen auf dem Umfang um eine Mikrofonanordnung der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der ersten Ausführung aufgetragen sind.
5A, 5B und 5C sind Histogramme, die die beobachteten Werte der Geräusch-Ankommrichtungen zeigen, die vom Mikrofonpaar der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beobachtet wurden.
6 ist ein Blockdiagramm einer Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
7A und 7B sind Diagramme, die ein Hardware-Konfigurationsbeispiel der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
13A, 13B und 13C sind Diagramme, die eine Positionsbeziehung zwischen Mikrofonen der Störgeräuscheliminierungseinrichtung, einer Geräusch-von-Interesse-Quelle und Störgeräuschquellen gemäß der vierten Ausführungsform zeigen.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Um die vorliegende Erfindung näher zu beschreiben, werden im Folgenden einige Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die vorliegende Ausführungsform wird unter Verwendung eines Mikrofons als ein spezifisches Beispiel eines Akustiksensors beschrieben, wobei ein Mikrofonpaar als ein Akustiksensorpaar angenommen wird und eine Mikrofonanordnung als eine Akustiksensoranordnung angenommen wird. Der Akustiksensor in der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf ein Mikrofon beschränkt und kann zum Beispiel ein Ultraschallsensor sein.
Die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 umfasst ein Mikrofonanordnung 3 mit zwei oder mehr Mikrofonen 2 (Mikrofone 2a, 2b, 2c, 2d, 2e,...), einen AD-Wandler 4 und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5. Ein Geräuschsignal (Beobachtungssignal), das vom Mikrofon 2 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 beobachtet wird, wird in den AD-Wandler 4 eingegeben. Der AD-Wandler 4 wandelt das eingegebene Beobachtungssignal in ein digitales Signal um und gibt das digitale Signal an die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 aus. Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 eliminiert ein Störgeräuschsignal aus dem in ein digitales Signal umgewandelten Beobachtungssignal. Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 gibt das Beobachtungssignal, aus dem das Störgeräuschsignal eliminiert wird, als ein Ausgangssignal an einen mit der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 verbundenen Lautsprecher 6 aus.
Als nächstes wird die Konfiguration des Mikrofons 2 beschrieben.
1 zeigt eine Vielzahl von Mikrofonen 2a, 2b, 2c, 2d, 2e,... (im Falle einer gemeinsamen Beschreibung einer Vielzahl von Mikrofonen als die Mikrofone 2 bezeichnet). Eine Gruppe von zwei zueinander benachbarten Mikrofonen 2a und 2b aus der Vielzahl der Mikrofone 2 wird als ein Mikrofonpaar 21 bezeichnet. Das Mikrofonpaar 21 kann aus zumindest einer Gruppe von zueinander benachbarten Mikrofonen 2 aus der Vielzahl der Mikrofone 2 bestehen. Die Position, an der sich zumindest ein Mikrofonpaar 21 befindet, wird in Abhängigkeit von den Positionen einer Geräusch-von-Interesse-Quelle A, die ein Geräusch von Interesse erzeugt, und einer Störgeräuschquelle B, die Störgeräusch erzeugt, bestimmt. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Positionsbeziehung zwischen der Geräusch-von-Interesse-Quelle A, der Störgeräuschquelle B und dem Mikrofonpaar 21 bekannt ist. Es ist zu beachten, dass die Positionen, an denen die anderen Mikrofone 2c, 2d, 2e,... außer den Mikrofonen 2a und 2b, die das Mikrofonpaar 21 bilden, angeordnet sind, frei festgelegt werden können.
Die Positionsbeziehung zwischen dem Mikrofon 2a, dem Mikrofon 2b, der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der Störgeräuschquelle B, bei der die höchste Störgeräuscheliminierungsleistung erreicht wird, wenn die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 Störgeräuscheliminierung unter Verwendung eines Mikrofonpaars 21 durchführt, wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung der Mikrofone 2 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Liniensegment, das das Mikrofon 2a und das Mikrofon 2b, die das Mikrofonpaar 21 bilden, verbindet, wird als ein erstes Liniensegment 10 definiert. Genauer gesagt, ein Liniensegment, das die Zentren des Mikrofons 2a und des Mikrofons 2b verbindet, wird zum Beispiel als das erste Liniensegment 10 definiert. Der Mittelpunkt des ersten Liniensegments 10 wird als ein Mittelpunkt 11 definiert. Es ist zu beachten, dass das Zentrum des Mikrofons 2a und das Zentrum des Mikrofons 2b nicht zwangsläufig exakte Zentren sind.
Eine Ebene, die das Mikrofon 2a, das Mikrofon 2b, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B enthält, wird als eine Ebene 12 definiert. Genauer gesagt wird zum Beispiel für eine Ebene, die die Zentren des Mikrofons 2a und des Mikrofons 2b, einen willkürlich festgelegten Punkt auf der Geräusch-von-Interesse-Quelle A (im folgenden als ein festgelegter Punkt der Geräusch-von-Interesse-Quelle A bezeichnet) und einen willkürlich festgelegten Punkt auf der Störgeräuschquelle B (im folgenden als festgelegter Punkt der Störgeräuschquelle B bezeichnet) enthält, als die Ebene 12 definiert.
In der Ebene 12 fällt eine Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10 mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen einem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, und einem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammen. Genauer gesagt fällt zum Beispiel die Mittelsenkrechte 13 mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das den festgelegten Punkt der Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das den festgelegten Punkt der Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammen.
Der Winkel θ₁ , der durch die Mittelsenkrechte 13 und das zweite Liniensegment 14 gebildet ist, gibt die Richtung an, aus der ein durch die Geräusch-von-Interesse-Quelle A erzeugtes Geräusch von Interesse auf das Mikrofonpaar 21 in Bezug auf die Mittelsenkrechte 13 trifft. Im Folgenden wird der Winkel θ₁ als eine Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ definiert.
Der Winkel θ₂ , der durch die Mittelsenkrechte 13 und das dritte Liniensegment 15 gebildet ist, gibt die Richtung an, aus der das durch die Störgeräuschquelle B erzeugte Störgeräusch auf das Mikrofonpaar 21 in Bezug auf die Mittelsenkrechte 13 trifft. Im Folgenden wird der Winkel θ₂ als eine StörgeräuschAnkommrichtung θ₂ definiert. 2 zeigt einen Fall, wo die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ und die Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ den gleichen Winkel haben.
Wenn das Mikrofon 2a und das Mikrofon 2b so angeordnet sind, dass das Mikrofon 2a, das Mikrofon 2b, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B alle auf derselben Ebene 12 liegen und dass der Wert der Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ und der Wert der Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ gleich sind, kann die maximale Störgeräuscheliminierungsleistung der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 erzielt werden.
2 zeigt den Fall, wo die Längen des zweiten Liniensegments 14 und des dritten Liniensegments 15 gleich sind und der Mittelpunkt 11, der festgelegte Punkt der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der eingestellte Punkt der Störgeräuschquelle B an den Eckpunkten eines gleichschenkligen Dreiecks liegen. Die Anordnung ist jedoch nicht auf das in 2 gezeigt Beispiel beschränkt, und die Längen des zweiten Liniensegments 14 und des dritten Liniensegments 15 können sich voneinander unterscheiden. Das heißt, der Abstand vom Mittelpunkt 11 zum festgelegten Punkt der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der Abstand vom Mittelpunkt 11 zum festgelegten Punkt der Störgeräuschquelle B können unterschiedlich sein.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Ankommrichtung eines durch das Mikrofonpaar 21 beobachteten Geräuschs und der Zeitdifferenz unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ankommrichtung eines Geräuschs, das durch das Mikrofonpaar 21 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 beobachtet wird, und der Zeitdifferenz gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 3 sind auf der vertikalen Achse in gleichen Abständen Skalierungslinien markiert, die die Zeitdifferenz repräsentieren, und es sind Punkte für die Ankommrichtungen der Geräusche eingezeichnet, die den Zeitdifferenzwerten auf der Skalierungslinie entsprechen. Wie in 3 dargestellt, sind die Ankommrichtungen an den Positionen der Punkte ungleichmäßig beabstandet. Die Geräusch-Ankommrichtung umfasst hier die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ und die Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ . Im Folgenden wird ein Winkelwert in Bogenmaß angegeben.
4 ist ein Diagramm, in dem die in 3 dargestellten GeräuschAnkommrichtungen auf einem Umfang um die Mikrofonanordnung 3 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgetragen sind.
Wie in 4 dargestellt, ist die Punktverteilung dicht (Englisch: „dense“), wenn die Geräusch-Ankommrichtung nahe 0 oder ±π liegt, und spärlich (Englisch: „sparse“), wenn die Geräusch-Ankommrichtung nahe ±π/2 liegt. Wenn zum Beispiel die Zeitdifferenz des beobachteten Geräuschsignals durch den Einfluss von Störgeräusch um eine Skala in 3 von der tatsächlichen Zeitdifferenz abweicht, wird jeder der Punkte auf beiden Seiten des Punktes, der der tatsächlichen Geräusch-Ankommrichtung in 4 entspricht, als der beobachtete Wert der Geräusch-Ankommrichtung berechnet.
In diesem Fall schwankt der beobachtete Wert der Geräusch-Ankommrichtung in 4 im Bereich von 0 oder ±π-Richtung, wo die Verteilung der Punkte dicht (Englisch: „dense“) ist, nicht stark, auch wenn eine Veränderung der Zeitdifferenz auftritt. In 4 hingegen schwankt der beobachtete Wert der Geräusch-Ankommrichtung im Bereich der ±π/2-Richtung, wo die Punktverteilung spärlich ist, schon bei einer geringen Veränderung der Zeitdifferenz stark. Mit anderen Worten, in einer Situation, in der eine gewisse Veränderung der Zeitdifferenz auftritt, wenn die Geräuschquelle in der Nähe von 0 oder ±π-Richtung positioniert ist, tritt nur ein kleiner Fehler im beobachteten Wert der Geräusch-Ankommrichtung auf (eine Veränderung des beobachteten Werts ist klein), während bei einer Positionierung der Geräuschquelle in der Nähe der ±π/2-Richtung ein großer Fehler im beobachteten Wert der Geräusch-Ankommrichtung auftritt (eine Veränderung des beobachteten Werts ist groß). Das bedeutet, dass die Form des Histogramms der beobachteten Werte der GeräuschAnkommrichtungen, die durch das Mikrofonpaar 21 beobachtet werden, davon abhängig ist, in welchem Bereich die tatsächliche Geräusch-Ankommrichtung vorhanden ist.
5 ist ein Histogramm, das beobachtete Werte der GeräuschAnkommrichtungen zeigt, die durch das Mikrofonpaar 21 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beobachtet wurden.
5A bis 5C zeigen die Verteilung (Unsicherheit) der beobachteten Werte der Ankommrichtungen der Geräusche, die durch das Mikrofonpaar 21 erhalten werden, das die von der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der Störgeräuschquelle B kommenden Geräuschwellen beobachtet, wenn das Mikrofonpaar 21 in einer voreingestellten Richtung relativ zur Geräusch-von-Interesse-Quelle A und zur Störgeräuschquelle B ausgerichtet ist.
5A zeigt den Fall, wo das Mikrofonpaar 21 zur Richtung der Geräusch-von-Interesse-Quelle A weist, das heißt, den Fall, wo die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ = 0 ist.
Da im Fall von 5A die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ = 0 ist, hat das Histogramm der beobachteten Werte der Ankommrichtungen der ankommenden Geräusche von Interesse eine Verteilung mit einer scharfen Spitze, die durch eine Verteilung Ca in 5A angezeigt wird.
Andererseits, da sich die Störgeräusch-Ankommrichtung θ2 in der -π/2-Richtung in Bezug auf 0 befindet (siehe 4), hat das Histogramm der beobachteten Werte der Ankommrichtungen von ankommendem Störgeräusch eine sanfte Verteilung, wie durch eine Verteilung Cb in 5A angezeigt wird.
Die Verteilung Ca im Histogramm der beobachteten Werte der Ankommrichtungen der ankommenden Geräusche von Interesse und die Verteilung Cb im Histogramm der beobachteten Werte der Ankommrichtungen von ankommendem Störgeräusch überlappen sich in einer Region Cc. Die Fläche der Region Cc ist proportional zu einem Betrag der Verzerrung, der im Ausgangssignal enthalten ist, das aus der der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 ausgegeben wird.
5B zeigt den Fall, wo das Mikrofonpaar 21 der Richtung zwischen der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der Störgeräuschquelle B zugewandt ist, das heißt, den Fall, wo der Wert der Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ gleich dem Wert der Störgeräuschankommrichtung θ₂ ist.
Da der Wert der Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ und der Wert der Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ gleich sind, haben das Histogramm der beobachteten Werte der Ankommrichtungen ankommender Geräusche von Interesse und das Histogramm der beobachteten Werte der Ankommrichtungen von ankommendem Störgeräusch Verteilungen Da beziehungsweise Db, die die gleiche Form haben. Die Verteilung Da im Histogramm beobachteter Werte von Ankommrichtungen von ankommendem Geräusch von Interesse und die Verteilung Db im Histogramm der beobachteten Werte von Ankommrichtungen von ankommendem Störgeräusch überlappen sich in einer Region Dc.
5C zeigt den Fall, wo das Mikrofonpaar 21 der Richtung der Störgeräuschquelle B zugewandt, das heißt, den Fall, wo die Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ = 0 ist.
Da sich im Fall von 5C die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ in π/2-Richtung in Bezug auf 0 befindet (siehe 4), hat das Histogramm der beobachteten Werte von Ankommrichtungen ankommender Geräusche von Interesse eine sanfte Verteilung, wie durch eine Verteilung Ea in 5C angezeigt wird.
Andererseits, da die Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ 0 ist, hat das Histogramm der beobachteten Werte von Ankommrichtungen von ankommendem Störgeräusch eine Verteilung mit einer scharfen Spitze, wie durch eine Verteilung Eb in 5C angezeigt.
Die Verteilung Ea im Histogramm der beobachteten Werte von Ankommrichtungen von ankommendem Geräusch von Interesse und die Verteilung Eb im Histogramm der beobachteten Werte von Ankommrichtungen von ankommendem Störgeräusche überlappen sich in einer Region Ec.
Beim Vergleich der Flächen der drei Regionen Cc, Dc und Ec, die in den 5A bis 5C gezeigt sind, so ist die Fläche der Region Dc in 5B am kleinsten. Das heißt, wenn das Mikrofonpaar 21 so angeordnet ist, dass es der Richtung zwischen der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der Störgeräuschquelle B zugewandt ist, wie in 5B gezeigt, wird Verzerrung, die im Ausgangssignal enthalten ist, das von der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 ausgegeben wird, minimiert.
Es ist zu beachten, dass der Fall, wo das Mikrofonpaar 21 so angeordnet ist, dass es der Richtung zwischen der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und der Störgeräuschquelle B zugewandt ist, insbesondere bedeutet, dass in der in 2 dargestellten Ebene 12 die Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10 mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammenfällt.
5B zeigt, dass die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ und die Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ den gleichen Wert haben. Allerdings haben die Geräusch-von-Interesse-Ankommrichtung θ₁ und die Störgeräusch-Ankommrichtung θ₂ nicht zwangsläufig den gleichen Wert, und eine geringe Winkelveränderung ist zulässig.
Wenn, wie oben beschrieben, die Mikrofone 2a und 2b, die das Mikrofonpaar 21 bilden, so angeordnet sind, dass in der Ebene 12 die Mittelsenkrechte 13 des Liniensegments, das die Zentren der zueinander benachbarten Mikrofone 2a und 2b verbindet, mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammenfällt, kann die Störgeräuscheliminierungsleistung der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 maximiert werden.
Wenn beispielsweise die Stimme des Fahrers mit den an einem Fahrzeug montierten Mikrofonen 2 beobachtet wird, ist das Mikrofonpaar 21 wie folgt angeordnet. Zunächst wird angenommen, dass die Sitzposition des Fahrers, der die Geräusch-von-Interesse-Quelle A ist, bekannt ist, dass die Position einer Fahrzeugmotorgeräusch-Erzeugungsquelle, die die Störgeräuschquelle B ist, bekannt ist und dass die Geräuscheliminierungseinrichtung 1 das Fahrzeugmotorgeräusch eliminiert. Das Mikrofonpaar 21 ist so angeordnet, dass in der Ebene 12, die die zueinander benachbarten Mikrofone 2a und 2b, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B enthält, die Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10, das die zueinander benachbarten Mikrofone 2a und 2b verbindet, mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, zusammenfällt. So kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 das Fahrzeugmotorgeräusch mit Maximierung der Störgeräuscheliminierungsleistung bei minimaler Verzerrung des Ausgangssignals eliminieren.
Die obige Beschreibung zeigt als ein Beispiel den Fall, wo die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 das Fahrzeugmotorgeräusch als ein Störgeräusch unter Beobachtung der Stimme des Fahrers eliminiert. Anstelle dieser Konfiguration kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 so konfiguriert sein, dass die Stimme eines auf einem Beifahrersitz sitzenden Fahrzeuginsassen als Störgeräusch eliminiert wird, oder ein von einer am Fahrzeug montierten Lautsprechereinrichtung ausgegebenes Geräusch als Störgeräusch eliminiert wird.
Außerdem ist die Geräuscheliminierungseinrichtung 1 nicht auf die Anbringung an einem Fahrzeug beschränkt, sondern kann in einem Vorrichtungsüberwachungssystem oder dergleichen verwendet werden. In diesem Fall erhält die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 ein Betriebsgeräusch einer Überwachungszielvorrichtung als ein Geräusch von Interesse, eliminiert Betriebsgeräusche anderer Vorrichtungen als Störgeräusch und kann nur das Betriebsgeräusch der Überwachungszielvorrichtung einem Überwachungsprozess zur Verfügung stellen.
Zurückkommend zur Beschreibung der in 1 gezeigten Konfiguration, wird nun die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 beschrieben.
Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 gibt ein Ausgangssignal, das durch Eliminierung von Störgeräusch aus dem Beobachtungssignal, das von den Mikrofonen 2 eingegeben wird, an den Lautsprecher 6 aus. Im allgemeinen beobachtet die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 bei der Störgeräuscheliminierung unter Verwendung der Mikrofonanordnung 3 die Geräusch-Ankommrichtung für jede Zeit-Frequenz-Komponente auf Grundlage der Zeitdifferenz zwischen den Beobachtungssignalen, die von der Vielzahl von Mikrofonen 2 erhalten werden. Als nächstes multipliziert die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 die Beobachtungssignale durch ein Filter, um aus den Beobachtungssignalen der beobachteten Geräusche die Zeit-Frequenz-Komponenten zu eliminieren, die Geräusche bilden, die aus anderen Richtungen als der Zielrichtung kommen.
6 ist ein Blockdiagramm der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 enthält Diskrete-Fouriertransformation-(DFT)-Einheiten 51 und 52, eine Bandauswahleinheit 53, eine Multiplikationseinheit 54 und eine Inverse-Diskrete-Fouriertransformation-(IDFT)-Einheit. Die Beschreibung erfolgt hier anhand der in 6 gezeigten Konfiguration. Die Konfiguration der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 ist jedoch nicht auf die in 6 gezeigte Konfiguration beschränkt, und es können auch andere Konfigurationen verwendet werden.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird im Folgenden zudem ein Fall, wo die Mikrofonanordnung 3 zwei Mikrofone 2 enthält, als ein Beispiel beschrieben. Es ist einfach, die Konfiguration auf drei oder mehr Mikrofone 2 zu erweitern, und die Konfiguration mit drei oder mehr Mikrofonen 2 ist ebenfalls in der vorliegenden Erfindung umfasst. Es sei angenommen, dass das Mikrofon 2a und das Mikrofon 2b die Mikrofonanordnung 3 bilden und dass das Mikrofonpaar 21 durch die zwei Mikrofone 2a und 2b gebildet ist.
Die DFT-Einheiten 51 und 52 führen eine kurzzeitige diskrete Fourier-Transformation auf das vom AD-Wandler 4 eingegebene Beobachtungssignals in Zeitdomäne durch, um Beobachtungssignalspektren X₁(ω, τ) und X₂(ω, τ) in der Frequenzdomäne zu erhalten. Die DFT-Einheiten 51 und 52 geben die erhaltenen Beobachtungssignalspektren X₁(ω, τ) und X₂(ω, τ) in der Frequenzdomäne an die Bandauswahleinheit 53 aus. Dabei stellt ω eine diskrete Frequenz und τ ein kurzes Zeitfenster dar. Die Bandauswahleinheit 53 berechnet für jede diskrete Frequenz eine Geräusch-Ankommrichtung θ(ω, τ) auf Grundlage der von den DFT-Einheiten 51 und 52 eingegebenen Beobachtungssignalspektren X₁(ω, t) und X₂(ω, τ). Die Bandauswahleinheit 53 erzeugt ein Filter b(ω, τ), das auf Grundlage der Geräusch-Ankommrichtung θ(ω, τ) für jede berechnete diskrete Frequenz nur die Zeit-Frequenz-Komponente des aus der Geräusch-von-Interesse-Richtung kommenden Geräuschs lässt.
Die Multiplikationseinheit 54 multipliziert das Beobachtungssignalspektrum X₁(ω, τ) es Mikrofons 2a mit dem erzeugten Filter b(ω, τ), um ein Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) zu erzeugen, aus dem Störgeräusch eliminiert ist. Die Multiplikationseinheit 54 gibt das erzeugte Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) an die IDFT-Einheit 55 aus. Die IDFT-Einheit 55 wandelt das von der Multiplikationseinheit 54 eingegebene Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) durch diskrete inverse Fourier-Transformation in ein Ausgangssignal y(t) in Zeitdomäne um und gibt das Ausgangssignal y(t) an den Lautsprecher 6 aus.
Als nächstes wird ein Hardware-Konfigurationsbeispiel für die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 beschrieben.
7A und 7B sind Diagramme, die Hardware-Konfigurationsbeispiele der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die Funktionen der DFT-Einheiten 51 und 52, der Bandauswahleinheit 53, der Multiplikationseinheit 54 und der IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 werden durch eine Verarbeitungsschaltung realisiert. Das heißt, die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 enthält eine Verarbeitungsschaltung zur Erzielung der oben genannten Funktionen. Bei der Verarbeitungsschaltung kann es sich um eine Verarbeitungsschaltung 1a handeln, bei der es sich um dedizierte Hardware handelt, wie in 7A dargestellt, oder um einen Prozessor 1b, der ein in einem Speicher 1c gespeichertes Programm ausführt, wie in 7B dargestellt.
Wenn die DFT-Einheiten 51 und 52, die Bandauswahleinheit 53, die Multiplikationseinheit 54 und die IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 durch dedizierte Hardware realisiert sind, wie in 7A gezeigt, ist die Verarbeitungsschaltung 1a beispielsweise eine Einzelschaltung, eine Verbundschaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination einiger dieser Schaltungen. Die Funktionen der DFT-Einheiten 51 und 52, der Bandauswahleinheit 53, der Multiplikationseinheit 54 und der IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 können durch entsprechende Verarbeitungsschaltungen erzielt werden, oder die Funktionen der entsprechenden Einheiten werden kollektiv durch eine einzige Verarbeitungsschaltung erzielt.
Wenn die DFT-Einheiten 51 und 52, die Bandauswahleinheit 53, die Multiplikationseinheit 54 und die IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 durch den Prozessor 1b realisiert werden, wie in 7B gezeigt, werden die Funktionen der jeweiligen Einheiten durch Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware realisiert. Software oder Firmware wird als ein Programm beschrieben und im Speicher 1c gespeichert. Der Prozessor 1b realisiert die Funktionen der DFT-Einheiten 51 und 52, der Bandauswahleinheit 53, der Multiplikationseinheit 54 und der IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 durch Auslesen und Ausführen des im Speicher 1c gespeicherten Programms. Das heißt, die DFT-Einheiten 51 und 52, die Bandauswahleinheit 53, die Multiplikationseinheit 54 und die IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 enthalten einen Speicher 1c zur Speicherung von Programmen, durch die bei der Ausführung durch den Prozessor 1b die in 8 beschriebenen Schritte folglich ausgeführt werden. Mit anderen Worten, diese Programme veranlassen einen Computer, Vorgänge oder Verfahren der DFT-Einheiten 51 und 52, der Bandauswahleinheit 53, der Multiplikationseinheit 54 und der IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 auszuführen.
Der Prozessor 1b ist hier zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (Englisch: „Central Processing Unit“, CPU), eine Verarbeitungseinrichtung, eine Recheneinrichtung, ein Prozessor, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein Digitalsignalprozessor (DSP).
Der Speicher 1c ist beispielsweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer ROM (EPROM) oder ein elektrischer EPROM (EEPROM), eine Magnetplatte, wie eine Festplatte oder eine flexible Platte, oder eine optische Platte, wie eine Minidisk, eine Compact Disk (CD) oder eine Digital Versatile Disc (DVD).
Es ist zu beachten, dass nur einige Teile der Funktionen der DFT-Einheiten 51 und 52, der Bandauswahleinheit 53, der Multiplikationseinheit 54 und der IDFT-Einheit 55 in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 durch dedizierte Hardware implementiert sein können, und die anderen Teile der Funktionen durch Software oder Firmware implementiert sein können. Wie oben beschrieben, kann die Verarbeitungsschaltung 1a in der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 die oben genannten Funktionen durch Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination davon implementieren.
Als nächstes wird der Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 8 beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der in 8 gezeigte Betrieb wird auf Grundlage der Voraussetzung ausgeführt, dass das Mikrofonpaar 21 so angeordnet ist, dass in der in 2 dargestellten Ebene 12 die Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10 mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammenfällt.
Die von den Mikrofonen 2a und 2b des Mikrofonpaars 21 gesammelten Geräusche werden durch den AD-Wandler 4 in digitale Signale umgewandelt und als Beobachtungssignale in Zeitdomäne in die DFT-Einheiten 51 und 52 eingegeben (Schritt ST1). Die DFT-Einheiten 51 und 52 akkumulieren die im Schritt ST1 eingegebenen Beobachtungssignale für eine bestimmte Zeitdauer (zum Beispiel 0,1 s) in einem Puffer oder dergleichen (Schritt ST2). Die durch die DFT-Einheiten 51 und 52 zu einem Zeitpunkt t von den Mikrofonen 2a und 2b erhaltenen Beobachtungssignale in Zeitdomäne werden als x₁(t) beziehungsweise x₂(t) dargestellt. Die DFT-Einheiten 51 und 52 führen eine kurzzeitige diskrete Fourier-Transformation auf die im Schritt ST2 akkumulierten Beobachtungssignale x₁(t) und x₂(t) durch, um die Beobachtungssignalspektren X₁(ω, τ) und X₂(ω, τ) in Frequenzdomäne zu erhalten (Schritt ST3). Die DFT-Einheiten 51 und 52 geben die im Schritt ST3 erhaltenen Beobachtungssignalspektren im Frequenzbereich an die Bandauswahleinheit 53 aus.
Die Bandauswahleinheit 53 berechnet eine Geräusch-Ankommrichtung für jede diskrete Frequenz auf Grundlage der Beobachtungssignalspektren X₁(ω, τ) und X₂(ω, τ) in Frequenzdomäne, die von den DFT-Einheiten 51 und 52 eingegeben werden (Schritt ST4). Falls sich die Geräuschquelle an einer ausreichend weit von der Mikrofonanordnung 3 entfernten Position befindet, so kann die Geräusch-Ankommrichtung θ(ω, τ) auf Grundlage der Phasendifferenz zwischen den Beobachtungssignalspektren X₁(ω, τ) und X₂(ω, τ) in Frequenzdomäne gemäß der folgenden Gleichung (1) berechnet werden. $θ (ω, τ) = arcsin {\frac{c}{2 π ω d} arg (\frac{X_{2} (ω, τ)}{X_{1} (ω, τ)})}$
In Gleichung (1) stellt c die Geräuschgeschwindigkeit dar, d den Abstand zwischen den Mikrofonen dar und arg stellt ein Argument einer komplexen Zahl dar.
Die durch Gleichung (1) berechnete Geräusch-Ankommrichtung θ(ω, τ) wird als ein Winkel (Bogenmaß) erhalten, wenn die Richtung der Mittelsenkrechten 13 des ersten Liniensegments 10, das die Mikrofone 2a und 2b verbindet, die das Mikrofonpaar 21 bilden, 0 ist, wie in 2 dargestellt.
Die Bandauswahleinheit 53 erzeugt ein Filter b(ω, τ), wie durch die folgende Gleichung (2) dargestellt, das nur die Zeit-Frequenz-Komponente des Geräuschs übrig lässt, das aus der Richtung des Geräuschs von Interesse kommt, auf Grundlage der Geräusch-Ankommrichtung θ(ω, τ) für jede diskrete Frequenz, die im Schritt ST4 berechnet wurde, (Schritt ST5). Die Bandauswahleinheit 53 gibt das erzeugte Filter an die Multiplikationseinheit 54 aus. $b (ω, τ) = {\begin{matrix} 1 & (θ (ω, τ) \in θ) \\ 0 & (otherwise) \end{matrix}$
In Gleichung (2) stellt Θ eine Gruppe von Ankommrichtungen Geräusche von Interesse dar. Durch Gleichung (2) wird ein Filter erzeugt, das die Zeit-Frequenz-Komponente des aus einer gewünschten Richtung kommenden Geräuschs als einen Koeffizienten mit 1 multipliziert und die anderen Geräuschkomponenten mit 0 multipliziert. Aufgrund des Filters wird nur die im Beobachtungssignal enthaltene Zeit-Frequenz-Komponente des Geräuschs von Interesse extrahiert.
Die Multiplikationseinheit 54 multipliziert das im Schritt ST3 umgewandelte Beobachtungssignalspektrum X₁(ω, τ) des Mikrofons 2a mit dem im Schritt ST5 erzeugten Filter b(ω, τ) und erzeugt so ein Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ), aus dem Störgeräusch eliminiert ist (Schritt ST6). Die Multiplikationseinheit 54 gibt das erzeugte Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) an die IDFT-Einheit 55 aus.
In dem oben erläuterten Beispiel wird in Schritt ST6 das Beobachtungssignalspektrum X₁(ω, τ) des Mikrofons 2a mit dem Filter b(ω, τ) multipliziert. Das Beobachtungssignalspektrum X₂(ω, τ) des Mikrofons 2b kann jedoch mit dem Filter b(ω, τ) multipliziert werden, oder ein Beobachtungssignalspektrum eines beliebigen anderen Mikrofons 2 kann mit dem Filter b(ω, τ) multipliziert werden.
Die IDFT-Einheit 55 wandelt das im Schritt ST6 erzeugte Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) durch diskrete inverse Fourier-Transformation in ein Ausgangssignal y(t) in Zeitdomäne um (Schritt ST7). Die IDFT-Einheit 55 gibt das im Schritt ST7 umgewandelte Ausgangssignal y(t) an den Lautsprecher 6 aus (Schritt ST8). Danach kehrt der Prozess zu Schritt ST1 zurück und der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt.
Aufgrund des oben beschriebenen Prozesses gibt der Lautsprecher 6 ein Geräusch aus, aus dem Störgeräusch eliminiert ist und in dem Verzerrung unterdrückt ist. Während der Lautsprecher 6 vorangehend als ein Beispiel beschrieben ist, kann das Ausgabeziel der IDFT-Einheit 55 ein Ohrhörer, ein Speicher, eine Festplatte oder dergleichen sein. Wenn das Ausgabeziel ein Speichermedium, wie ein Speicher oder eine Festplatte, ist, werden die digitalen Daten des Geräuschs, aus dem Geräusch eliminiert ist, im Speichermedium gespeichert.
Wenn die Mikrofonanordnung 3 aus drei oder mehr Mikrofonen 2 gebildet ist, kann die Bandauswahleinheit 53 ein Filter erzeugen, unter Verwendung zum Beispiel eines Mittelwerts von Ankommrichtungen von Geräuschen, die durch die Vielzahl der Mikrofonpaare 21 beobachtet werden. Dies ermöglicht eine Störgeräuscheliminierung mit höherer Genauigkeit.
Wie oben beschrieben, ist die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführung eingerichtet, um zu umfassen: ein Mikrofonanordnung 3, aufweisend eine Vielzahl von Mikrofonen 2, die Geräuschsignale beobachten; und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5, die ein Geräusch von Interesse erhält durch Eliminieren von Störgeräusch aus den von der Vielzahl von Mikrofonen 2 beobachteten Geräuschsignalen. Zwei Mikrofone 2, die zueinander benachbart sind, aus der Vielzahl von Mikrofonen 2 haben eine solche Positionsbeziehung, dass in einer Ebene 12, die die zwei Mikrofone 2, eine Geräusch-von-Interesse-Quelle A, die ein Geräusch von Interesse erzeugt, und eine Störgeräuschquelle B, die Störgeräusch erzeugt, enthält, eine Mittelsenkrechte 13 eines ersten Liniensegments 10, das die zwei Mikrofone 2 verbindet, mit einer Halbierenden eines Winkels θ zwischen einem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit einem Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, und einem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, zusammenfällt. Daher kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform Verzerrung im Ausgangssignal unterdrücken und eine hohe Störgeräuscheliminierungsleistung erreichen. Dadurch wird die Klarheit des Geräuschs von Interesse erhöht.
Zweite Ausführungsform
In einer zweiten Ausführungsform wird ein Störgeräuscheliminierungseinrichtung beschrieben, das eine Konfiguration zur Durchführung eines Echolöschprozesses aufweist.
9 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A wird durch Hinzufügen einer Echolöscheinheit 8 zur Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, konfiguriert. Im Folgenden werden die Elemente, die denen der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen oder gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen wie die in der ersten Ausführungsform verwendeten bezeichnet, wobei die Beschreibung dieser Elemente weggelassen oder vereinfacht wird.
Wie in 9 dargestellt, ist die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A neben dem Lautsprecher 6 auch mit einer Wiedergabeeinrichtung 7 verbunden. Die Wiedergabeeinrichtung 7 führt zum Beispiel in einer Freisprechanlage einen Prozess durch, bei dem die Stimme eines Rufpartners (im Folgenden „Rufstimme“ genannt) empfangen und die empfangene Rufstimme auf einem Wiedergabelautsprecher 101 wiedergegeben wird. Bei der Wiedergabe der Rufstimme auf dem Wiedergabelautsprecher 101 kommt die wiedergegebene Rufstimme in einem Mikrofon für die Telefonkommunikation (Mikrofonanordnung 3) einer sprechenden Person 102 und die Stimme der sprechenden Person wird wiederholt wie ein Echo wiedergegeben und über den Lautsprecher 6 ausgegeben. Die Echolöscheinheit 8 führt einen Prozess zur Vermeidung einer Situation durch, in der die Stimme des Sprechers wiederholt wie ein Echo wiedergegeben wird.
In der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A beobachtet eine Vielzahl von Mikrofonen 2 die vom Wiedergabelautsprecher 101 ausgegebene Rufstimme und die Stimme der sprechenden Person 102. Weiterhin führt die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A den gleichen Prozess wie in der ersten Ausführung durch, wodurch die vom Wiedergabelautsprecher 101 ausgegebene Rufstimme als Störgeräusch aus dem Beobachtungssignal eliminiert wird und ein Ausgangssignal der Stimme der sprechenden Person 102 erhalten wird, das ein Geräusch von Interesse ist. Darüber hinaus führt die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A einen Echolöschprozess auf das Ausgangssignal der Stimme der sprechenden Person auf Grundlage eines Referenzsignals der Wiedergabeeinrichtung 7 durch.
Es wird angenommen, dass mindestens ein Mikrofonpaar 21, das die Mikrofonanordnung 3 bildet, in der in 2 in der ersten Ausführungsform gezeigten Positionsbeziehung angeordnet ist. Das heißt, die Mikrofone 2a und 2b, die das Mikrofonpaar 21 bilden, sind so angeordnet, dass in der Ebene 12, die die Mikrofone 2a und 2b, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B enthält, die Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10 mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammenfällt.
Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 eliminiert Störgeräusch (Echokomponente), das vom Wiedergabelautsprecher 101 ausgegeben wird und als Störgeräuschquelle B dient, aus dem Beobachtungssignal, das von den Mikrofonen 2 eingegeben wird, wie in der ersten Ausführungsform. Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 gibt das Ausgangssignal, aus dem Störgeräusch eliminiert ist, an die Echolöscheinheit 8 aus. Bei der Störgeräuscheliminierung durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 ist es im Allgemeinen schwierig, die Echokomponente aufgrund von Echo oder anderen Störfaktoren vollständig zu eliminieren. Daher eliminiert die Echolöscheinheit 8 eine Restechokomponente aus dem Ausgangssignal aus der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5.
Die Echolöscheinheit 8 eliminiert eine Restechokomponente aus dem Ausgangssignal, das von der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 eingegeben wurde, auf Grundlage des Referenzsignals der Wiedergabeeinrichtung 7. Als ein Verfahren zur Eliminierung einer Restechokomponente durch die Echolöscheinheit 8 auf Grundlage des Referenzsignals der Wiedergabeeinrichtung 7 sind ein LMS-Algorithmus und ein Affine-Projektion-Algorithmus bekannt. Die Echolöscheinheit 8 gibt ein Ausgangssignal, aus dem die Restechokomponente eliminiert ist, an den Lautsprecher 6 aus. Als ein Ergebnis wird ein Ausgangssignal der sprechenden Person 102, aus dem die Restechokomponente eliminiert ist, aus dem Lautsprecher 6 ausgegeben.
Bevor die Echolöscheinheit 8 die Restechokomponente eliminiert, eliminiert die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 Störgeräusch aus dem Beobachtungssignal der sprechenden Person 102, das vom Mikrofonpaar 21 ausgegeben wird, das in der in 2 dargestellten Positionsbeziehung angeordnet ist, wodurch die Leistung der Eliminierung der Restechokomponente durch die Echolöscheinheit 8 verbessert werden kann. So wird im Ausgangssignal, das aus dem Lautsprechers 6 ausgegeben wird, die Klarheit der Stimme der sprechenden Person 102, die das Geräusch von Interesse darstellt, verbessert.
Als nächstes wird der Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A beschrieben.
10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Folgenden werden die gleichen Schritte wie die der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 in der ersten Ausführung mit den gleichen Bezugszeichen wie in 8 bezeichnet und die Beschreibung entfällt bzw. wird vereinfacht.
Im Schritt ST7, wenn die IDFT-Einheit 55 das Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) durch diskrete inverse Fourier-Transformation in das Ausgangssignal y(t) in Zeitdomäne umwandelt, gibt die IDFT-Einheit 55 das umgewandelte Ausgangssignal y(t) an die Echolöscheinheit 8 aus. Die Echolöscheinheit 8 eliminiert eine Restechokomponente aus dem in Schritt ST7 umgewandelten Ausgangssignal y(t) auf Grundlage des Referenzsignals der Wiedergabeeinrichtung 7 und erzeugt ein Ausgangssignal z(t) (Schritt ST11). Die Echolöscheinheit 8 gibt das im Schritt ST11 erzeugte Ausgangssignal z(t) an den Lautsprecher 6 aus (Schritt ST12). Danach kehrt der Prozess zu Schritt ST1 zurück und der oben beschriebene Prozess wird wiederholt.
Wie oben beschrieben, ist die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform so konfiguriert, dass die Vielzahl von Akustiksensoren 2 ein Geräuschsignal einer Rufstimme einer sprechenden Person beobachten, und die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A umfasst ferner eine Echolöscheinheit 8, die eine Restechokomponente der Rufstimme aus dem durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 erhaltenen Geräusch von Interesse eliminiert. Daher kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Leistung der Eliminierung einer Echokomponente verbessern und die Klarheit der Stimme der sprechenden Person, die das Geräusch von Interesse ist, verbessern.
Dritte Ausführungsform
In einer dritten Ausführungsform wird eine Störgeräuscheliminierungseinrichtung beschrieben, die eine Konfiguration zur Durchführung eines Anormales-Geräusch-Erfassungsprozesses aufweist.
11 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B ist durch Hinzufügen einer Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 zur Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, konfiguriert. Im Folgenden werden die Elemente, die denen der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen oder gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen wie die in der ersten Ausführungsform verwendeten gekennzeichnet, und die Beschreibung dieser Elemente weggelassen oder vereinfacht wird.
Wie in 11 gezeigt, beobachten in der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B eine Vielzahl von Mikrofonen 2 ein Betriebsgeräusch, das von einer Überwachungszielvorrichtung 103 ausgegeben wird, und Störgeräusch, das von einer Störgeräuschquelle B erzeugt wird. Außerdem führt die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B den gleichen Prozess wie in der ersten Ausführung durch, wodurch Störgeräusch aus einem Beobachtungssignal eliminiert wird und ein Ausgangssignal eines Betriebsgeräusches der Überwachungszielvorrichtung 103 erhalten wird, das ein Geräusch von Interesse ist. Darüber hinaus führt die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B ein Verfahren zum Erfassen eines anormalen Geräuschs aus dem Betriebsgeräusch der Überwachungszielvorrichtung 103 aus. Die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform ist beispielsweise auf ein Vorrichtungsüberwachungssystem anwendbar, das das Betriebsgeräusch einer Vorrichtung ständig überwacht und ein anormales Geräusch aufgrund einer Fehlfunktion oder eines Ausfalls der Vorrichtung erfasst.
Es sei angenommen, dass zumindest ein Mikrofonpaar 21, das die Mikrofonanordnung 3 bildet, in der in 2 der ersten Ausführungsform gezeigten Positionsbeziehung angeordnet ist. Das heißt, die Mikrofone 2a und 2b, die das Mikrofonpaar 21 bilden, sind so angeordnet, dass in der Ebene 12, die die Mikrofone 2a und 2b, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B enthält, die Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10 mit der Halbierenden des Winkels θ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A mit dem Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B mit dem Mittelpunkt 11 verbindet, zusammenfällt.
Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 eliminiert ein Signal, das erhalten wird durch Eliminieren von Störgeräusch aus einem Beobachtungssignal, das von Mikrofonen 2 eingegeben wurde, und erhält ein Geräuschsignal eines Betriebsgeräusches der Überwachungszielvorrichtung 103, das ein Geräusch von Interesse ist, wie in der ersten Ausführungsform. Die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 gibt das Geräuschsignal des Betriebsgeräusches der Überwachungszielvorrichtung 103, aus dem das Störgeräuschen eliminiert ist, als ein Ausgangssignal an die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 aus.
Die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 erfasst ein in der Überwachungszielvorrichtung 103 erzeugtes anormales Geräusch aus dem Ausgangssignal, das von der der Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 ausgegeben wird. Beispielsweise kann das in Referenzdokument 1 oder Referenzdokument 2 offenbarte Erfassungsverfahren auf den Prozess des Erfassens eines anormalen Geräusches durch die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 angewendet werden. Die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 gibt ein Erfassungsergebnis aus, das anzeigt, ob oder ob nicht ein anormales Geräusch erfasst wurde.

- Referenzdokument 1: JP 2010-271073 A
- Referenzdokument 2: JP 2008-76246 A

Bevor die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 den Prozess des Erfassens eines anormalen Geräusches durchführt, eliminiert die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 Störgeräusch aus dem Geräuschsignal des Betriebsgeräusches der Überwachungszielvorrichtung 103, das von dem Mikrofonpaar 21 ausgegeben wird, das in der in 2 dargestellten Positionsbeziehung angeordnet ist, wodurch die Genauigkeit des Erfassens des in der Überwachungszielvorrichtung 103 erzeugten anormalen Geräusches in verschiedenen Umgebungen verbessert werden kann.
Als nächstes wird der Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B beschrieben.
12 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Im Folgenden werden die gleichen Schritte wie die der Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 in der ersten Ausführung mit den gleichen Bezugszeichen wie in 8 bezeichnet und die Beschreibung derselben entfällt oder wird vereinfacht.
Im Schritt ST7, wenn die IDFT-Einheit 55 das Ausgangssignalspektrum Y(ω, τ) durch diskrete inverse Fourier-Transformation in das Ausgangssignal y(t) in Zeitdomäne umwandelt, gibt die IDFT-Einheit 55 das umgewandelte Ausgangssignal y(t) an die anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 aus. Die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 bestimmt, ob oder ob nicht das Ausgangssignal ein anormales Geräusch anzeigt, durch Vergleichen der Frequenz des im Schritt ST7 umgewandelten Ausgangssignals y(t) mit einem voreingestellten Schwellenwert vergleicht (Schritt ST21). Die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 gibt das Bestimmungsergebnis, ob oder ob nicht das Ausgangssignal ein anormales Geräusch anzeigt, als ein Erfassungsergebnis an eine Vorrichtungsteuerungseinrichtung (nicht gezeigt) oder dergleichen aus (Schritt ST22). Danach kehrt der Prozess zu Schritt ST1 zurück und der oben beschriebene Prozess wird wiederholt.
Es ist zu beachten, dass der oben beschriebene Prozess der Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 im Schritt ST21 nur ein Beispiel ist und andere Anormales-Geräusch-Erfassungsprozesse angewendet werden können.
Wie oben beschrieben, ist die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform so eingerichtet, dass die Vielzahl der Mikrofone 2 ein Geräuschsignal eines Betriebsgeräusches einer Überwachungszielvorrichtung 103 beobachten, und die Störgeräuscheliminierungseinrichtung umfasst eine Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9, die ein in der Überwachungszielvorrichtung 103 erzeugtes anormales Geräusch unter Bezugnahme auf das durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 erhaltene Geräusch von Interesse erfasst. Daher kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1B gemäß der dritten Ausführungsform die Erfassungsgenauigkeit von abnormalem Geräusch in verschiedenen Umgebungen verbessern.
Außerdem kann, wenn die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 ein anormales Geräusch erfasst, zum Beispiel Steuerung zum automatischen Stoppen der Überwachungszielvorrichtung 103 und zum Benachrichtigen einer Bedienperson über eine Fehlfunktion der Überwachungszielvorrichtung 103 durch einen Alarm oder eine E-Mail durchgeführt werden. Dadurch ist es möglich, zu verhindern, dass die Überwachungszielvorrichtung 103 für eine lange Zeit in einem instabilen Zustand arbeitet.
Vierte Ausführungsform
Eine vierte Ausführungsform beschreibt eine Anordnung der Mikrofone 2 zur exakten Eliminierung von Störgeräusch in einer Situation, in der der Bereich, in dem sich die Geräusch-von-Interesse-Quelle und die Störgeräuschquelle befinden, versetzt sein kann.
13 zeigt Diagramme, die eine Positionsbeziehung zwischen den Mikrofonen 2 einer Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 und jeder von einer Interessens-Geräusch-Quelle A und Störgeräuschquellen B1 und B2 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. 13A ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen den Bereichen, in denen die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquellen B1 und B2 existieren können, und der Mikrofonanordnung 3 zeigt. 13B ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung der drei Mikrofone 2a, 2b und 2c zeigt, die die Mikrofonanordnung 3 bilden. 13C ist ein Diagramm, das eine Positionsbeziehung zwischen den Mikrofonen 2a, 2b, 2c, der Geräusch-von-Interesse-Quelle A und den Störgeräuschquellen B1 und B2 zeigt.
Wie in 13A gezeigt, sind ein Bereich (im Folgenden als ein Bereich F einer Richtung einer Geräusch-von-Interesse-Quelle bezeichnet), in dem die Geräusch-von-Interesse-Quelle A existieren kann, und Bereiche G₁ und G₂ (im Folgenden als Bereiche der Richtungen der Störgeräuschquellen bezeichnet), in denen die Störgeräuschquellen B₁ und B₂ existieren können, um die Mikrofonanordnung 3 herum gebildet. Die Grenze zwischen dem Bereich F der Richtung der Geräusch-von-Interesse-Quelle und dem Bereich G₁ der Richtung der Störgeräuschquelle wird durch eine durch das Zentrum der Mikrofonanordnung 3 verlaufende Begrenzungsebene H₁ angezeigt. Die Grenze zwischen dem Bereich F der Richtung der Geräusch-von-Interesse-Quelle und dem Bereich G₂ der Richtung der Störgeräuschquelle wird durch eine durch das Zentrum der Mikrofonanordnung 3 verlaufende Begrenzungsebene H₂ angezeigt. Innerhalb des Bereichs F der Richtung der Geräusch-von-Interesse-Quelle kann eine Vielzahl von Geräusch-von-Interesse-Quellen A existieren. In ähnlicher Weise kann eine Vielzahl von Störgeräuschquellen B₁ im Bereich G₁ der Richtung der Störgeräuschquelle und eine Vielzahl von Störgeräuschquellen B₂ im Bereich G₂ der Richtung der Störgeräuschquelle existieren.
Als nächstes wird die Anordnung der Mikrofone 2, die die Mikrofonanordnung 3 bilden, unter Bezugnahme auf 13B beschrieben. Es sein angenommen, dass die drei Mikrofone 2, die die Mikrofonanordnung 3 bilden, in einer Ebene I angeordnet sind. Eine Schnittlinie zwischen der Ebene I und der Begrenzungsebene H₁ ist als eine Begrenzungslinie H₃ definiert, und eine Schnittlinie zwischen der Ebene I und der Begrenzungsebene H₂ ist als Begrenzungslinie H₄ definiert. In der Ebene I ist das mittlere Mikrofon 2a (erster Akustiksensor) der drei Mikrofone 2 auf der Halbierenden J des Winkels θ₄ angeordnet, der durch die Begrenzungslinie H₃ und die Begrenzungslinie H₄ gebildet ist. Das Mikrofon 2b (zweiter Akustiksensor), das sich benachbart zum Mikrofon 2a auf einer Seite befindet, ist auf der Begrenzungslinie H₃ angeordnet. Das auf der anderen Seite des Mikrofons 2a benachbart angeordnete Mikrofon 2c (dritter Akustiksensor) ist auf der Begrenzungslinie H₄ angeordnet.
Das Dreieck, das durch Verbinden des Schnittpunkts K, an dem sich die Begrenzungslinie H₃ und die Begrenzungslinie H₄ schneiden, des Zentrums des Mikrofons 2a und des Zentrums des Mikrofons 2b gebildet ist, ist ein gleichschenkliges Dreieck, bei dem die Länge des Liniensegments, das den Schnittpunkt K und das Zentrum des Mikrofons 2a verbindet, gleich der Länge des Liniensegments ist, das den Schnittpunkt K und das Zentrum des Mikrofons 2b verbindet.
In ähnlicher Weise ist das Dreieck, das durch Verbinden des Schnittpunkts K, des Zentrums des Mikrofons 2a und des Zentrums des Mikrofons 2c gebildet ist, ein gleichschenkliges Dreieck, bei dem die Länge des Liniensegments, das den Schnittpunkt K und das Zentrum des Mikrofons 2a verbindet, gleich der Länge des Liniensegments ist, das den Schnittpunkt K und das Zentrum des Mikrofons 2c verbindet.
Wenn sich die Geräusch-von-Interesse-Quelle A auf der Halbierenden J und die Störgeräuschquelle B₁ auf der Begrenzungslinie H₃ befindet, erfüllen die Geräusch-von-Interesse-Quelle A, die Störgeräuschquelle B₁ und die Mikrofone 2a und 2b, wie in 13C gezeigt, die in der ersten Ausführungsform dargestellte Beziehung.
Wie in 13C dargestellt, ist der Mittelpunkt des ersten Liniensegments 10, das das Mikrofon 2a und das Mikrofon 2b verbindet, als ein Mittelpunkt 11 definiert. In der Ebene 12, auf der sich das Mikrofon 2a, das Mikrofon 2b, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B₁ befinden, fällt die Mittelsenkrechte 13, die das erste Liniensegment 10 senkrecht halbiert, mit der Halbierenden des Winkels θ₅ zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und den Mittelpunkt 11 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B1 und den Mittelpunkt 11 verbindet, zusammen.
Außerdem ist, wie in 13C gezeigt, der Mittelpunkt des ersten Liniensegments 10, das das Zentrum des Mikrofons 2a und das Zentrum des Mikrofons 2c verbindet, als ein Mittelpunkt 11 definiert. In der Ebene 12, auf der sich das Mikrofon 2a, das Mikrofon 2c, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B₂ befinden, fällt die Mittelsenkrechte 13 des ersten Liniensegments 10 mit der Halbierenden des Winkels θ6 zwischen dem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und den Mittelpunkt 11 verbindet, und dem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B₂ und den Mittelpunkt 11 verbindet, zusammen.
Es ist zu beachten, dass der Abstand zwischen der Mikrofonanordnung 3 und der Geräusch-von-Interesse-Quelle A oder der Abstand zwischen der Mikrofonanordnung 3 und den Störgeräuschquellen B₁ und B₂ ausreichend länger ist als der Abstand zwischen den Mikrofonen 2a, 2b und 2c. Obwohl beschrieben wird, dass die Mikrofonanordnung 3 durch die drei wie oben beschrieben angeordneten Mikrofone 2 gebildet ist, kann die Mikrofonanordnung 3 zumindest die drei wie oben beschrieben angeordneten Mikrofone 2 umfassen.
Wie bei der ersten Ausführungsform wandelt der AD-Wandler 4 das Beobachtungssignal des Geräuschs, das durch die Mikrofonanordnung 3, aufweisend die wie oben beschrieben angeordneten Mikrofone 2, beobachtet wird, in ein digitales Signal um, und die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 erhält ein Ausgangssignal durch Eliminieren von Störgeräusch. Ferner kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 so eingerichtet sein, dass die Echolöscheinheit 8 unter Verwendung der Konfiguration der zweiten Ausführungsform eine Restechokomponente aus dem durch Störgeräuscheliminierung durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 erhaltenen Ausgangssignal eliminiert. Ferner kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung 1 so eingerichtet sein, dass die Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit 9 unter Verwendung der Konfiguration der dritten Ausführungsform den Prozess zur Erfassung eines anormalen Geräusches auf das Ausgangssignal durchführt, das durch Eliminieren von Störgeräusch durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5 erhalten wird.
Wie oben beschrieben, umfasst die Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform eine Mikrofonanordnung 3, aufweisend drei oder mehr Mikrofone 2, die Geräuschsignale beobachten; und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit 5, die ein Geräusch-von-Interesse erhält durch Eliminieren von Störgeräusch aus den durch die drei oder mehr Mikrofone 2 beobachteten Geräuschsignalen. In einer Ebene I, in der drei Mikrofone 2, die zueinander benachbart sind, aus den drei oder mehr Mikrofonen 2 positioniert sind, ist ein Mikrofon 2a auf einer Halbierenden J eines Winkels zwischen zwei Begrenzungslinien H₃ und H₄ angeordnet, die Grenzen zwischen einem Bereich F einer Richtung einer Geräusch-von-Interesse-Quelle, wo eine Geräusch-von-Interesse-Quelle, die das Geräusch von Interesse erzeugt, existieren kann, und Bereichen von Richtungen der Störgeräuschquellen G₁ und G₂ , wo die Störgeräuschquellen, die Störgeräusch erzeugen, existieren können, anzeigen, während die Mikrofone 2b, 2c jeweils auf den zwei Begrenzungslinien H₃ und H₄ angeordnet sind, und wenn sich die Geräusch-von-Interesse-Quelle A auf einer Halbierenden eines Winkels θ₄ jeweils zwischen den zwei Begrenzungslinien H₃ und H₄ befindet, und die Störgeräuschquellen B₁ und B₂ jeweils auf den zwei Begrenzungslinien H₃ und H₄ liegen, die Mikrofone 2a, 2b, 2c eine solche Positionsbeziehung haben, dass in einer Ebene 12, die zwei zueinander benachbarte Mikrofone 2, die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und die Störgeräuschquelle B enthält, eine Mittelsenkrechte 13 eines ersten Liniensegments 10, das die zwei Mikrofone verbindet, mit einer Halbierenden eines Winkels θ₅ und θ₆ zwischen einem zweiten Liniensegment 14, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle A und einen Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, und einem dritten Liniensegment 15, das die Störgeräuschquelle B und den Mittelpunkt 11 des ersten Liniensegments 10 verbindet, zusammenfällt.
Daher kann die Störgeräuscheliminierungseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform die Störgeräuscheliminierungsleistung in einer Situation maximieren, in der es am schwierigsten ist, das Geräusch von Interesse zu verdeutlichen, das heißt in einem Fall, in dem die Störgeräuschquelle auf der Begrenzungslinie zwischen dem Bereich der Richtung der Geräusch-von-Interesse-Quelle und dem Bereich der Richtung der Störgeräuschquelle liegt, in dem sich die Störgeräuschquelle am nahesten an der der Geräusch-von-Interesse-Quelle befindet. Daher kann gemäß der Störgeräuscheliminierungseinrichtung der vierten Ausführungsform somit eine stabile Störgeräuscheliminierungsleistung überall dort erreicht werden, wo die Störgeräuschquelle innerhalb des Bereichs der Richtung der Störgeräuschquelle liegt.
Die Störgeräuscheliminierungseinrichtung, aufweisend die Mikrofonanordnung 3, die durch die in der vierten Ausführungsform gezeigten drei Mikrofone 2 gebildet ist, soll zum Beispiel in einem Richtrohrmikrofon oder einem Konferenzsystem eingesetzt werden.
Es ist zu beachten, dass neben den oben genannten Ausführungsformen zwei oder mehr der oben genannten Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung frei kombiniert werden können oder beliebige Komponenten in den jeweiligen Ausführungsformen modifiziert oder weggelassen werden können.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die erfindungsgemäße Störgeräuscheliminierungseinrichtung kann in einer Vorrichtung zum Separieren von Umgebungsstörgeräusch oder dergleichen von Geräuschen verwendet werden, die nicht nur aus einer gewünschten Richtung kommende Geräusche, sondern auch Umgebungsstörgeräusch oder dergleichen umfassen.
Bezugszeichenliste
1, 1A, 1B: Störgeräuscheliminierungseinrichtung, 2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f: Mikrofon, 3: Mikrofonanordnung, 4: AD-Wandler, 5: Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit, 8: Echolöscheinheit, 9: Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit, 21: Mikrofonpaar, 51, 52: DFT-Einheit, 53: Bandauswahleinheit, 54: Multiplikationseinheit, 55: IDFT-Einheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013546247 A [0006]
JP 2010271073 A [0099]
JP 200876246 A [0099]

Claims

Störgeräuscheliminierungseinrichtung, umfassend: eine Akustiksensoranordnung, aufweisend eine Vielzahl von Akustiksensoren, die Geräuschsignale beobachten; und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit, die ein Geräusch von Interesse erhält durch Eliminieren von Störgeräusch aus den durch die Vielzahl von Akustiksensoren beobachteten Geräuschsignalen, wobei zwei Akustiksensoren, die zueinander benachbart sind, aus der Vielzahl von Akustiksensoren eine solche Positionsbeziehung haben, dass in einer Ebene, die die zwei Akustiksensoren, eine Geräusch-von-Interesse-Quelle, die ein Geräusch von Interesse erzeugt, und eine Störgeräuschquelle, die Störgeräusch erzeugt, enthält, eine Mittelsenkrechte eines ersten Liniensegments, das die zwei Akustiksensoren verbindet, mit einer Halbierenden eines Winkels zwischen einem zweiten Liniensegment, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle mit einem Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, und einem dritten Liniensegment, das die Störgeräuschquelle mit dem Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, zusammenfällt.
Störgeräuscheliminierungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Akustiksensoren ein Geräuschsignal einer Rufstimme einer sprechenden Person beobachten, und die Störgeräuscheliminierungseinrichtung ferner eine Echolöscheinheit umfasst, die eine Restechokomponente der Rufstimme aus dem durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit erhaltenen Geräusch von Interesse eliminiert.
Störgeräuscheliminierungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Akustiksensoren ein Geräuschsignal eines Betriebsgeräusches einer Überwachungszielvorrichtung beobachten, und die Störgeräuscheliminierungseinrichtung ferner eine Anormales-Geräusch-Erfassungseinheit umfasst, die ein in der Überwachungszielvorrichtung erzeugtes anormales Geräusch erfasst durch Bezugnehmen auf das durch die Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit erhaltene Geräusch von Interesse.
Störgeräuscheliminierungseinrichtung, umfassend: eine Akustiksensoranordnung, aufweisend drei oder mehr Akustiksensoren, die Geräuschsignale beobachten; und eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit, die ein Geräusch von Interesse erhält durch Eliminieren von Störgeräusch aus den durch die drei oder mehr Akustiksensoren beobachteten Geräuschsignalen, wobei in einer Ebene, wo drei Akustiksensoren, die einen ersten, einen zweiten und einen dritten Akustiksensor, die zueinander benachbart sind, aus den drei oder mehr Akustiksensoren umfassen, positioniert sind, ein erster Akustiksensor auf einer Halbierenden eines Winkels zwischen zwei Begrenzungslinien angeordnet ist, die Grenzen zwischen einem Bereich einer Richtung einer Geräusch-von-Interesse-Quelle, wo eine das Geräusch von Interesse erzeugende Geräusch-von-Interesse-Quelle existieren kann, und Bereichen von Richtungen von Störgeräuschquellen, wo die Störgeräusch erzeugenden Störgeräuschquellen existieren können, angeben, während ein zweiter Akustiksensor und ein dritter Akustiksensor jeweils auf den zwei Begrenzungslinien angeordnet sind, und wenn sich die Geräusch-von-Interesse-Quelle auf einer Halbierenden eines Winkels zwischen den zwei Begrenzungslinien befindet und sich die Störgeräuschquellen jeweils auf den zwei Begrenzungslinien befinden, der erste Akustiksensor, der zweite Akustiksensor und der dritte Akustiksensor eine solche Positionsbeziehung haben, dass in einer Ebene, die zwei Akustiksensoren, die zu dem ersten bis dritten Akustiksensor gehören, und die zueinander benachbart sind, die Geräusch-von-Interesse-Quelle und die Störgeräuschquelle enthält, eine Mittelsenkrechte eines ersten Liniensegments, das die zwei Akustiksensoren verbindet, mit einer Halbierenden eines Winkels zwischen einem zweiten Liniensegment, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle und einen Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, und einem dritten Liniensegment, das die Störgeräuschquelle und den Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, zusammenfällt.
Störgeräuscheliminierungsverfahren, umfassend: Anordnen, in einer Ebene, die zwei Akustiksensoren, die eine Akustiksensoranordnung bilden und die zueinander benachbart sind, eine Geräusch-von-Interesse-Quelle, die ein Geräusch von Interesse erzeugt, und eine Störgeräuschquelle, die Störgeräusch erzeugt, enthält, wobei die zwei Akustiksensoren eine solche Positionsbeziehung haben, dass eine Mittelsenkrechte eines ersten Liniensegments, das die zwei Akustiksensoren verbindet, mit einer Halbierenden eines Winkels zwischen einem zweiten Liniensegment, das die Geräusch-von-Interesse-Quelle mit einem Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, und einem dritten Liniensegment, das die Störgeräuschquelle mit dem Mittelpunkt des ersten Liniensegments verbindet, zusammenfällt; Beobachten eines Geräuschsignals durch die zwei Akustiksensoren; und Erhalten des Geräuschs von Interesse durch Eliminieren von Störgeräusch aus dem Geräuschsignal durch eine Störgeräuscheliminierung-Verarbeitungseinheit.