JP2000035474A - 音源位置検出装置 - Google Patents
音源位置検出装置Info
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- JP2000035474A JP2000035474A JP10219579A JP21957998A JP2000035474A JP 2000035474 A JP2000035474 A JP 2000035474A JP 10219579 A JP10219579 A JP 10219579A JP 21957998 A JP21957998 A JP 21957998A JP 2000035474 A JP2000035474 A JP 2000035474A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 音源の方位を正確に検出することができる音
源位置検出装置を提供する。 【解決手段】 ＦＦＴ演算部３１，３２，３３によっ
て、受信信号が示す音波を表す時間関数をフーリエ変換
し、ピーク周波数検出部３４によって、受信信号が表す
音波のスペクトルのピーク周波数を検出し、時間差換算
部３５，３６によって、ＦＦＴ演算部で得られた周波数
関数に基づいて、２つの受信信号が示す２つの音波の、
ピーク周波数の周波数成分相互の位相差を求めるととも
に、その位相差とピーク周波数との比を求めることによ
り、マイクロホン１１，１２，１３により受信された音
の受信タイミング相互の時間差を求める時間差演算部３
０を備えている。
源位置検出装置を提供する。 【解決手段】 ＦＦＴ演算部３１，３２，３３によっ
て、受信信号が示す音波を表す時間関数をフーリエ変換
し、ピーク周波数検出部３４によって、受信信号が表す
音波のスペクトルのピーク周波数を検出し、時間差換算
部３５，３６によって、ＦＦＴ演算部で得られた周波数
関数に基づいて、２つの受信信号が示す２つの音波の、
ピーク周波数の周波数成分相互の位相差を求めるととも
に、その位相差とピーク周波数との比を求めることによ
り、マイクロホン１１，１２，１３により受信された音
の受信タイミング相互の時間差を求める時間差演算部３
０を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音源から発せられ
た音を受信して受信信号を得、その受信信号に基づいて
音源の方位もしくは距離を検出する音源位置検出装置に
関する。
た音を受信して受信信号を得、その受信信号に基づいて
音源の方位もしくは距離を検出する音源位置検出装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、医療ロボットの向きやテレビ
会議用のカメラの向きを、ロボットに呼びかけた患者や
発言した出席者の方に向けるために、患者や出席者が発
した声を受信して受信信号を得、その受信信号に基づい
て患者や出席者の方位を検出する音源位置（方位）検出
装置が知られている。この音源位置（方位）検出装置で
は、患者や出席者が発した声が複数の音センサそれぞれ
により受信され、その受信タイミング相互の時間差が求
められることにより、患者や出席者から各音センサまで
の距離相互の差が得られ、得られた距離差が用いられて
幾何学的に患者や出席者の方位が求められる。従って、
複数の音センサの受信タイミング相互の時間差が正確に
求められると患者や出席者の方位も正確に求められる。
会議用のカメラの向きを、ロボットに呼びかけた患者や
発言した出席者の方に向けるために、患者や出席者が発
した声を受信して受信信号を得、その受信信号に基づい
て患者や出席者の方位を検出する音源位置（方位）検出
装置が知られている。この音源位置（方位）検出装置で
は、患者や出席者が発した声が複数の音センサそれぞれ
により受信され、その受信タイミング相互の時間差が求
められることにより、患者や出席者から各音センサまで
の距離相互の差が得られ、得られた距離差が用いられて
幾何学的に患者や出席者の方位が求められる。従って、
複数の音センサの受信タイミング相互の時間差が正確に
求められると患者や出席者の方位も正確に求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の音源位置（方
位）検出装置では、一般に、各音センサによる声の受信
信号が示す音波の相互相関関数が求められ、その相互相
関関数のピーク位置が得られることにより、複数の音セ
ンサの受信タイミング相互の時間差が求められる。しか
し、相互相関関数のピークは、一般になだらかなピーク
であり、そのためピーク位置を正確に得ること、すなわ
ち正確な受信時間差を得ることが困難であるという問題
がある。上述した問題点は、人が発した声を受信してそ
の人の方位を検出する装置に限られるものではなく、一
般的な音源から発せられた音を受信してその音源の方位
を検出する音源位置（方位）検出装置において一般に生
じる問題である。本発明は、上記事情に鑑み、音源の方
位を正確に検出することができる音源位置検出装置を提
供することを目的とする。
位）検出装置では、一般に、各音センサによる声の受信
信号が示す音波の相互相関関数が求められ、その相互相
関関数のピーク位置が得られることにより、複数の音セ
ンサの受信タイミング相互の時間差が求められる。しか
し、相互相関関数のピークは、一般になだらかなピーク
であり、そのためピーク位置を正確に得ること、すなわ
ち正確な受信時間差を得ることが困難であるという問題
がある。上述した問題点は、人が発した声を受信してそ
の人の方位を検出する装置に限られるものではなく、一
般的な音源から発せられた音を受信してその音源の方位
を検出する音源位置（方位）検出装置において一般に生
じる問題である。本発明は、上記事情に鑑み、音源の方
位を正確に検出することができる音源位置検出装置を提
供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の音源位置検出装置は、それぞれが、音源から発せら
れた音を受信して受信信号を得る複数の音センサからな
る音センサ群と、上記複数の音センサによって得られた
複数の受信信号が示す複数の音波の所定の同一の周波数
成分相互の位相差とその周波数成分の周波数との比を求
めることにより、音源から発せられ、複数の音センサに
より受信された音の受信タイミング相互の時間差を得る
時間差演算部と、時間差演算部によって得られた時間差
に基づいて、音センサ群に対する音源の方位もしくは距
離を検出する音源方位検出部とを備えたことを特徴とす
る。従来技術において用いられている相互相関関数は、
複数の音センサの受信タイミング相互の時間差に伴う、
複数の受信信号が示す複数の音波の振幅差を表すもので
あるが、一般に、振幅差よりも位相差の方が、受信タイ
ミング相互の時間差を敏感に反映する。
明の音源位置検出装置は、それぞれが、音源から発せら
れた音を受信して受信信号を得る複数の音センサからな
る音センサ群と、上記複数の音センサによって得られた
複数の受信信号が示す複数の音波の所定の同一の周波数
成分相互の位相差とその周波数成分の周波数との比を求
めることにより、音源から発せられ、複数の音センサに
より受信された音の受信タイミング相互の時間差を得る
時間差演算部と、時間差演算部によって得られた時間差
に基づいて、音センサ群に対する音源の方位もしくは距
離を検出する音源方位検出部とを備えたことを特徴とす
る。従来技術において用いられている相互相関関数は、
複数の音センサの受信タイミング相互の時間差に伴う、
複数の受信信号が示す複数の音波の振幅差を表すもので
あるが、一般に、振幅差よりも位相差の方が、受信タイ
ミング相互の時間差を敏感に反映する。
【０００５】本発明の音源位置検出装置の時間差演算部
では、受信タイミング相互の時間差を、複数の受信信号
が示す複数の音波の、所定の周波数成分同士の位相差と
その周波数成分の周波数との比に基づいて求めるので、
時間差を従来技術よりも正確に求めることができ、音源
の方位を従来技術よりも正確に求めることができる。更
に、本発明の音源位置検出装置は、音源の方位のみなら
ず、音源方位に基づいて音源までの距離を同時に求める
ものであってもよい。本発明の音源位置検出装置は、上
記時間差演算部が、上記音源から発せられた音のスペク
トルのピーク周波数を１つ以上求めるピーク周波数検出
手段を有し、上記複数の受信信号が示す複数の音波の、
ピーク周波数検出手段によって求められたピーク周波数
の周波数成分相互の位相差と、そのピーク周波数との比
を求めるものであることが望ましい。
では、受信タイミング相互の時間差を、複数の受信信号
が示す複数の音波の、所定の周波数成分同士の位相差と
その周波数成分の周波数との比に基づいて求めるので、
時間差を従来技術よりも正確に求めることができ、音源
の方位を従来技術よりも正確に求めることができる。更
に、本発明の音源位置検出装置は、音源の方位のみなら
ず、音源方位に基づいて音源までの距離を同時に求める
ものであってもよい。本発明の音源位置検出装置は、上
記時間差演算部が、上記音源から発せられた音のスペク
トルのピーク周波数を１つ以上求めるピーク周波数検出
手段を有し、上記複数の受信信号が示す複数の音波の、
ピーク周波数検出手段によって求められたピーク周波数
の周波数成分相互の位相差と、そのピーク周波数との比
を求めるものであることが望ましい。
【０００６】また、本発明の音源位置検出装置は、上記
時間差演算部が、上記音源から発せられた音のスペクト
ルのピーク周波数を１つ以上求めるピーク周波数検出手
段を有し、上記複数の受信信号が示す複数の音波の所定
の同一の周波数成分相互の位相差と、その周波数成分の
周波数との比の、ピーク周波数検出手段によって求めら
れた１つ以上のピーク周波数それぞれを含む１つ以上の
ピーク周波数帯域からなる関心帯域内の平均値を求める
ものであることが望ましい。受信信号が示す音波の周波
数成分のうち、音源から発せられた音のスペクトルのピ
ーク周波数付近の周波数を有する周波数成分は、いわゆ
るＳ／Ｎ比が高い。このため、同一の周波数成分相互の
位相差とその周波数成分の周波数との比ないしその比の
平均値を、ピーク周波数ないしピーク周波数帯域で求め
ることにより、音源から発せられ音センサで受信された
音の受信タイミング相互の時間差を正確に求めることが
でき、音源の方位を正確に求めることができる。また、
本発明の音源位置検出装置は、上記ピーク周波数検出手
段が、所定の基準周波数をｆ0 、前記音センサ相互の間
隔をＸ、および音速をｃとしたとき、上記音源から発せ
られた音の、ｆ0 ＝ｃ／（２×Ｘ）なる関係を満足する
基準周波数ｆ0 以下のスペクトル領域内に存在するピー
ク周波数を求めるものであることが好適である。
時間差演算部が、上記音源から発せられた音のスペクト
ルのピーク周波数を１つ以上求めるピーク周波数検出手
段を有し、上記複数の受信信号が示す複数の音波の所定
の同一の周波数成分相互の位相差と、その周波数成分の
周波数との比の、ピーク周波数検出手段によって求めら
れた１つ以上のピーク周波数それぞれを含む１つ以上の
ピーク周波数帯域からなる関心帯域内の平均値を求める
ものであることが望ましい。受信信号が示す音波の周波
数成分のうち、音源から発せられた音のスペクトルのピ
ーク周波数付近の周波数を有する周波数成分は、いわゆ
るＳ／Ｎ比が高い。このため、同一の周波数成分相互の
位相差とその周波数成分の周波数との比ないしその比の
平均値を、ピーク周波数ないしピーク周波数帯域で求め
ることにより、音源から発せられ音センサで受信された
音の受信タイミング相互の時間差を正確に求めることが
でき、音源の方位を正確に求めることができる。また、
本発明の音源位置検出装置は、上記ピーク周波数検出手
段が、所定の基準周波数をｆ0 、前記音センサ相互の間
隔をＸ、および音速をｃとしたとき、上記音源から発せ
られた音の、ｆ0 ＝ｃ／（２×Ｘ）なる関係を満足する
基準周波数ｆ0 以下のスペクトル領域内に存在するピー
ク周波数を求めるものであることが好適である。
【０００７】上述したように、複数の受信信号が示す複
数の音波の位相差は、受信タイミング相互の時間差を敏
感に反映するが、−πラジアン〜πラジアンという範囲
を越える位相差は、その範囲内の位相差と原理的に区別
ができず、時間差に正しく換算できない。また、受信信
号が示す音波の高周波数の周波数成分ほど、短い時間差
で大きな位相差を生じる。このため、上記ピーク周波数
検出手段によって求められたピーク周波数が、上式で表
される基準周波数を越える場合には、ピーク周波数の周
波数成分相互の位相差は、−πラジアン〜πラジアンと
いう範囲を越える恐れがある。
数の音波の位相差は、受信タイミング相互の時間差を敏
感に反映するが、−πラジアン〜πラジアンという範囲
を越える位相差は、その範囲内の位相差と原理的に区別
ができず、時間差に正しく換算できない。また、受信信
号が示す音波の高周波数の周波数成分ほど、短い時間差
で大きな位相差を生じる。このため、上記ピーク周波数
検出手段によって求められたピーク周波数が、上式で表
される基準周波数を越える場合には、ピーク周波数の周
波数成分相互の位相差は、−πラジアン〜πラジアンと
いう範囲を越える恐れがある。
【０００８】そこで、ピーク周波数検出手段によって、
上式で表される基準周波数以下のスペクトル領域内に存
在するピーク周波数を求めることにより、求めたピーク
周波数の周波数成分相互の位相差が受信タイミング相互
の時間差に正しく換算できることが保証されることとな
る。また、本発明の音源位置検出装置は、上記音センサ
群が３つ以上の音センサからなり、上記時間差演算部
が、上記時間差を複数求めるものであって、上記音源方
位検出部が、音センサ群に対する上記音源の方位を検出
するとともに、時間差演算部によって求められた複数の
時間差に基づいて音センサ群と音源との間の距離を検出
するものであってもよい。
上式で表される基準周波数以下のスペクトル領域内に存
在するピーク周波数を求めることにより、求めたピーク
周波数の周波数成分相互の位相差が受信タイミング相互
の時間差に正しく換算できることが保証されることとな
る。また、本発明の音源位置検出装置は、上記音センサ
群が３つ以上の音センサからなり、上記時間差演算部
が、上記時間差を複数求めるものであって、上記音源方
位検出部が、音センサ群に対する上記音源の方位を検出
するとともに、時間差演算部によって求められた複数の
時間差に基づいて音センサ群と音源との間の距離を検出
するものであってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の音源位置検出装置の第１実
施形態を示す図である。この音源位置検出装置には、本
発明にいう複数の音センサの一例である３つのマイクロ
ホン１１，１２，１３が備えられており、これらのマイ
クロホン１１，１２，１３により、本発明にいう音セン
サ群の一例であるマイクロホン群１０が構成されてい
る。これらのマイクロホン１１，１２，１３それぞれ
が、音源から発せられた音を受信することにより、その
音の、各マイクロホン１１，１２，１３の位置における
音波を示すアナログ信号を得、得られたアナログ信号
は、各Ａ／Ｄ変換器２１，２２，２３に入力されてディ
ジタル信号に変換される。また、この音源位置検出装置
には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算部３１，３２，
３３と、ピーク周波数検出部３４と、時間差換算部３
５，３６が備えられており、これらによって時間差演算
部３０が構成されている。ここでは、時間差演算部３０
を構成する各部の動作について概括的な説明を行い、詳
細な説明は後述する。３つのＦＦＴ演算部３１，３２，
３３それぞれには、３つのＡ／Ｄ変換器２１，２２，２
３それぞれによって得られたディジタル信号が入力され
る。これらのディジタル信号は、３つのマイクロホン１
１，１２，１３それぞれによって受信された音波を時間
関数の形で表しており、各時間関数が各ＦＦＴ演算部３
１，３２，３３によりフーリエ変換されて各周波数関数
が得られる。これらの周波数関数は、各音波のスペクト
ル、および各音波の周波数成分の位相を表している。フ
ーリエ変換によって得られた各周波数関数のうちの１つ
は、ピーク周波数検出部３４に入力され、受信された音
波のスペクトルのピーク周波数が検出される。これによ
って、実質的に、音源から発せられた音のスペクトルの
ピーク周波数が検出される。時間差換算部３５，３６に
は、ピーク周波数検出部３４によって検出されたピーク
周波数が入力されるとともに、フーリエ変換によって得
られた周波数関数が２つ入力され、それらの周波数関数
に基づいて、それらの周波数関数に対応する２つのマイ
クロホンによって得られた２つの受信信号が示す２つの
音波の、ピーク周波数の周波数成分相互の位相差が求め
られ、その位相差が、マイクロホン１１，１２，１３に
より受信された音の受信タイミング相互の時間差に換算
され、得られた時間差が時間差平均手段３５１，３６１
によって平均される。更に、この音源位置検出装置に
は、音源位置検出部４０が備えられており、以下図２を
用いて説明する検出方法で、時間差換算部３０によって
得られた時間差に基づいて、マイクロホン群１０に対す
る音源の方位および距離が検出される。
説明する。図１は、本発明の音源位置検出装置の第１実
施形態を示す図である。この音源位置検出装置には、本
発明にいう複数の音センサの一例である３つのマイクロ
ホン１１，１２，１３が備えられており、これらのマイ
クロホン１１，１２，１３により、本発明にいう音セン
サ群の一例であるマイクロホン群１０が構成されてい
る。これらのマイクロホン１１，１２，１３それぞれ
が、音源から発せられた音を受信することにより、その
音の、各マイクロホン１１，１２，１３の位置における
音波を示すアナログ信号を得、得られたアナログ信号
は、各Ａ／Ｄ変換器２１，２２，２３に入力されてディ
ジタル信号に変換される。また、この音源位置検出装置
には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算部３１，３２，
３３と、ピーク周波数検出部３４と、時間差換算部３
５，３６が備えられており、これらによって時間差演算
部３０が構成されている。ここでは、時間差演算部３０
を構成する各部の動作について概括的な説明を行い、詳
細な説明は後述する。３つのＦＦＴ演算部３１，３２，
３３それぞれには、３つのＡ／Ｄ変換器２１，２２，２
３それぞれによって得られたディジタル信号が入力され
る。これらのディジタル信号は、３つのマイクロホン１
１，１２，１３それぞれによって受信された音波を時間
関数の形で表しており、各時間関数が各ＦＦＴ演算部３
１，３２，３３によりフーリエ変換されて各周波数関数
が得られる。これらの周波数関数は、各音波のスペクト
ル、および各音波の周波数成分の位相を表している。フ
ーリエ変換によって得られた各周波数関数のうちの１つ
は、ピーク周波数検出部３４に入力され、受信された音
波のスペクトルのピーク周波数が検出される。これによ
って、実質的に、音源から発せられた音のスペクトルの
ピーク周波数が検出される。時間差換算部３５，３６に
は、ピーク周波数検出部３４によって検出されたピーク
周波数が入力されるとともに、フーリエ変換によって得
られた周波数関数が２つ入力され、それらの周波数関数
に基づいて、それらの周波数関数に対応する２つのマイ
クロホンによって得られた２つの受信信号が示す２つの
音波の、ピーク周波数の周波数成分相互の位相差が求め
られ、その位相差が、マイクロホン１１，１２，１３に
より受信された音の受信タイミング相互の時間差に換算
され、得られた時間差が時間差平均手段３５１，３６１
によって平均される。更に、この音源位置検出装置に
は、音源位置検出部４０が備えられており、以下図２を
用いて説明する検出方法で、時間差換算部３０によって
得られた時間差に基づいて、マイクロホン群１０に対す
る音源の方位および距離が検出される。
【００１０】図２は、マイクロホン群に対する音源の方
位および距離を検出する検出方法の説明図である。この
図の上方に示されている点Ｓは、音源の位置を示してい
る。本実施形態では、図１に示す３つのマイクロホン１
１，１２，１３は、直線上に等間隔に配置されており、
これらのマイクロホン１１，１２，１３の位置が、図２
のｘ軸上に間隔Ｘで等間隔に配置された３つの点Ｍ0 ，
Ｍ1 ，Ｍ2 によって示されている。３つの点のうち真ん
中の点Ｍ0 は原点上に配置されている。線分Ｍ0 Ｓとｙ
軸とのなす角θが、マイクロホン群に対する音源の方位
を示しており、線分Ｍ0 Ｓの長さＲが、マイクロホン群
に対する音源の距離を示している。線分Ｍ1 Ｓの長さＬ
1 から線分Ｍ0 Ｓの長さＲを引いた長さΔＬ1 、および
線分Ｍ2 Ｓの長さＬ2 から線分Ｍ0 Ｓの長さＲを引いた
長さΔＬ2 それぞれは、角θ、長さＲおよび間隔Ｘに対
し、図２に示す幾何学的な関係を有し、この関係は以下
の各式で表される。
位および距離を検出する検出方法の説明図である。この
図の上方に示されている点Ｓは、音源の位置を示してい
る。本実施形態では、図１に示す３つのマイクロホン１
１，１２，１３は、直線上に等間隔に配置されており、
これらのマイクロホン１１，１２，１３の位置が、図２
のｘ軸上に間隔Ｘで等間隔に配置された３つの点Ｍ0 ，
Ｍ1 ，Ｍ2 によって示されている。３つの点のうち真ん
中の点Ｍ0 は原点上に配置されている。線分Ｍ0 Ｓとｙ
軸とのなす角θが、マイクロホン群に対する音源の方位
を示しており、線分Ｍ0 Ｓの長さＲが、マイクロホン群
に対する音源の距離を示している。線分Ｍ1 Ｓの長さＬ
1 から線分Ｍ0 Ｓの長さＲを引いた長さΔＬ1 、および
線分Ｍ2 Ｓの長さＬ2 から線分Ｍ0 Ｓの長さＲを引いた
長さΔＬ2 それぞれは、角θ、長さＲおよび間隔Ｘに対
し、図２に示す幾何学的な関係を有し、この関係は以下
の各式で表される。
【００１１】
【数１】
【００１２】これらの式（１），（２）を、角θおよび
長さＲについて解くと、以下の各式で表される解が得ら
れる。
長さＲについて解くと、以下の各式で表される解が得ら
れる。
【００１３】
【数２】
【００１４】長さΔＬ1 ，ΔＬ2 の値は、受信タイミン
グ相互の時間差に基づいて求められ、この時間差は時間
差演算部３０によって求められる。また、間隔Ｘの値は
既知の値である。従って、式（３）および式（４）によ
って、音源の方位および距離が計算され、これにより音
源の位置が検出されることとなる。なお、本実施形態の
音源位置検出装置は、３つのマイクロホンを有し、２つ
の時間差を用いて平面上の音源の方位および距離を検出
するものであるが、本発明の音源方位検出装置は、４つ
以上の音センサを有し、３つ以上の時間差を用いて３次
元空間上の音源の方位および距離を検出するものであっ
てもよく、あるいは、２つの音センサを有し、音センサ
群から無限ないし所定の距離離れた位置に音源が存在す
るという前提で、１つの時間差を用いて平面上の音源の
方位だけを検出するものであってもよい。
グ相互の時間差に基づいて求められ、この時間差は時間
差演算部３０によって求められる。また、間隔Ｘの値は
既知の値である。従って、式（３）および式（４）によ
って、音源の方位および距離が計算され、これにより音
源の位置が検出されることとなる。なお、本実施形態の
音源位置検出装置は、３つのマイクロホンを有し、２つ
の時間差を用いて平面上の音源の方位および距離を検出
するものであるが、本発明の音源方位検出装置は、４つ
以上の音センサを有し、３つ以上の時間差を用いて３次
元空間上の音源の方位および距離を検出するものであっ
てもよく、あるいは、２つの音センサを有し、音センサ
群から無限ないし所定の距離離れた位置に音源が存在す
るという前提で、１つの時間差を用いて平面上の音源の
方位だけを検出するものであってもよい。
【００１５】以下、図１に示す時間差演算部３０の動作
を、図３，４，５に示すグラフを参照して詳細に説明す
る。図１に示す３つのＦＦＴ演算部３１，３２，３３の
うち、上段に示されているＦＦＴ演算部３１に入力され
るディジタル信号が表す時間関数を関数ｇ（ｔ）と表す
と、図１の中段に示されているＦＦＴ演算部３２に入力
されるディジタル信号が表す時間関数は関数ｇ（ｔ−Δ
ｔ）と表される。但し、時間差Δｔは、図１に示す３つ
のマイクロホン１１，１２，１３のうち、上段および中
段に示すマイクロホン１１，１２により受信された音の
受信タイミング相互の時間差を示している。これらの関
数ｇ（ｔ），ｇ（ｔ−Δｔ）が各ＦＦＴ演算部３１，３
２によりフーリエ変換されると、以下の各式で表される
関数Ｇ（ｆ），Ｇ’（ｆ）が求められる。
を、図３，４，５に示すグラフを参照して詳細に説明す
る。図１に示す３つのＦＦＴ演算部３１，３２，３３の
うち、上段に示されているＦＦＴ演算部３１に入力され
るディジタル信号が表す時間関数を関数ｇ（ｔ）と表す
と、図１の中段に示されているＦＦＴ演算部３２に入力
されるディジタル信号が表す時間関数は関数ｇ（ｔ−Δ
ｔ）と表される。但し、時間差Δｔは、図１に示す３つ
のマイクロホン１１，１２，１３のうち、上段および中
段に示すマイクロホン１１，１２により受信された音の
受信タイミング相互の時間差を示している。これらの関
数ｇ（ｔ），ｇ（ｔ−Δｔ）が各ＦＦＴ演算部３１，３
２によりフーリエ変換されると、以下の各式で表される
関数Ｇ（ｆ），Ｇ’（ｆ）が求められる。
【００１６】
【数３】
【００１７】これらの関数Ｇ（ｆ），Ｇ’（ｆ）の絶対
値は互いに等しく、これらの絶対値は、各マイクロホン
によって得られた各受信信号が示す各音波のスペクト
ル、および音源から発せられた音のスペクトルに相当す
る。また、関数Ｇ（ｆ）と関数Ｇ’（ｆ）との比ｅｘｐ
（−ｊ２πｆΔｔ）の位相２πｆΔｔは、図１に示す３
つのマイクロホン１１，１２，１３のうち上段および中
段に示すマイクロホン１１，１２によって得られた２つ
の受信信号が示す２つの音波の周波数ｆの周波数成分相
互の位相差に相当している。図３は、関数Ｇ（ｆ）の絶
対値の一例を示すグラフであり、このグラフは、女性の
声のスペクトルを表している。このグラフの横軸は周波
数を示し、縦軸は周波数成分の振幅を示している。この
グラフには、基本周波数の高調波を表す多数のピークが
存在し、２０００Ｈｚ以下の周波数領域に大きなピーク
が存在する。
値は互いに等しく、これらの絶対値は、各マイクロホン
によって得られた各受信信号が示す各音波のスペクト
ル、および音源から発せられた音のスペクトルに相当す
る。また、関数Ｇ（ｆ）と関数Ｇ’（ｆ）との比ｅｘｐ
（−ｊ２πｆΔｔ）の位相２πｆΔｔは、図１に示す３
つのマイクロホン１１，１２，１３のうち上段および中
段に示すマイクロホン１１，１２によって得られた２つ
の受信信号が示す２つの音波の周波数ｆの周波数成分相
互の位相差に相当している。図３は、関数Ｇ（ｆ）の絶
対値の一例を示すグラフであり、このグラフは、女性の
声のスペクトルを表している。このグラフの横軸は周波
数を示し、縦軸は周波数成分の振幅を示している。この
グラフには、基本周波数の高調波を表す多数のピークが
存在し、２０００Ｈｚ以下の周波数領域に大きなピーク
が存在する。
【００１８】図４は、同一の周波数成分相互の位相差の
一例を示すグラフである。図４のグラフが示す位相差
は、図３のグラフが示すスペクトルに対応するものであ
り、このグラフは、３００μｓの時間差Δｔに伴う位相
差を示している。このグラフの横軸は周波数成分の周波
数を示し、縦軸は位相差を示している。図４のグラフ
は、同一の周波数成分相互の位相差が周波数に正比例す
ることを示しており、その比例係数が時間差Δｔを表し
ている。また、図３に示すピークのピーク周波数ないし
ピーク周波数近傍の周波数における位相差の値は、周波
数と位相差との正比例関係を精度よく示している。この
ため、ピーク周波数ないしピーク周波数近傍の周波数に
おける位相差の値に基づいて、精度よく時間差Δｔを求
めることができる。但し、同一の周波数成分相互の位相
差は、原理的に、−πラジアン〜πラジアンの範囲を越
える位相差と、その範囲内の位相差とを互いに区別する
ことが不可能であり、位相差の値を求める際には、位相
差の値が−πラジアン〜πラジアンの範囲内の値である
という前提で求める必要がある。このため、求められた
位相差を表すグラフは、正比例のグラフが−πラジアン
〜πラジアンの範囲内に折り畳まれた鋸歯状のグラフと
なる。この結果、図４のグラフでは、約１７００Ｈｚ以
上の周波数領域において、周波数と位相差との正比例関
係は失われており、この周波数領域で求められた位相差
の値からは、正しい時間差Δｔを求めることができな
い。
一例を示すグラフである。図４のグラフが示す位相差
は、図３のグラフが示すスペクトルに対応するものであ
り、このグラフは、３００μｓの時間差Δｔに伴う位相
差を示している。このグラフの横軸は周波数成分の周波
数を示し、縦軸は位相差を示している。図４のグラフ
は、同一の周波数成分相互の位相差が周波数に正比例す
ることを示しており、その比例係数が時間差Δｔを表し
ている。また、図３に示すピークのピーク周波数ないし
ピーク周波数近傍の周波数における位相差の値は、周波
数と位相差との正比例関係を精度よく示している。この
ため、ピーク周波数ないしピーク周波数近傍の周波数に
おける位相差の値に基づいて、精度よく時間差Δｔを求
めることができる。但し、同一の周波数成分相互の位相
差は、原理的に、−πラジアン〜πラジアンの範囲を越
える位相差と、その範囲内の位相差とを互いに区別する
ことが不可能であり、位相差の値を求める際には、位相
差の値が−πラジアン〜πラジアンの範囲内の値である
という前提で求める必要がある。このため、求められた
位相差を表すグラフは、正比例のグラフが−πラジアン
〜πラジアンの範囲内に折り畳まれた鋸歯状のグラフと
なる。この結果、図４のグラフでは、約１７００Ｈｚ以
上の周波数領域において、周波数と位相差との正比例関
係は失われており、この周波数領域で求められた位相差
の値からは、正しい時間差Δｔを求めることができな
い。
【００１９】図５は、図４に示す位相差の値と、その値
に対応する周波数との比から求められた時間差Δｔを示
すグラフである。この図５のグラフの縦軸は時間差を示
し、横軸は周波数を示している。この図５のグラフは、
約１７００Ｈｚ以下の周波数領域では、３００μｓの時
間差を示すライン前後の値を示しているが、約１７００
Ｈｚ以上の周波数領域では、３００μｓの時間差を示す
ラインから大きくはずれている。例えば、図３の１７０
０Ｈｚ付近には大きなピーク５１が存在するが、このピ
ーク５１のピーク周波数において求められた位相の値は
約−πであり、この値から求められた時間差は約−３０
０μｓとなって、正しい時間差から約２００％もずれた
値となる。
に対応する周波数との比から求められた時間差Δｔを示
すグラフである。この図５のグラフの縦軸は時間差を示
し、横軸は周波数を示している。この図５のグラフは、
約１７００Ｈｚ以下の周波数領域では、３００μｓの時
間差を示すライン前後の値を示しているが、約１７００
Ｈｚ以上の周波数領域では、３００μｓの時間差を示す
ラインから大きくはずれている。例えば、図３の１７０
０Ｈｚ付近には大きなピーク５１が存在するが、このピ
ーク５１のピーク周波数において求められた位相の値は
約−πであり、この値から求められた時間差は約−３０
０μｓとなって、正しい時間差から約２００％もずれた
値となる。
【００２０】図１に示すピーク周波数検出部３４では、
関数Ｇ（ｔ）の絶対値が表すスペクトルに基づいてピー
ク周波数が求められる。但し、周波数と位相差との正比
例関係が失われた周波数領域内のピーク周波数を排除す
るために、以下の式で表される基準周波数ｆ0 以下の周
波数領域内に存在するピーク周波数を求める。 ｆ0 ＝ｃ／（２×Ｘ） ・・・（７） ここで、ｃは音速を表し、Ｘはマイクロホンの間隔を表
している。この基準周波数ｆ0 以下の周波数の周波数成
分の波長は２Ｘ以上となるので、音源がマイクロホン群
に対してどのような位置に存在する場合であっても、マ
イクロホンで得られた受信信号が示す音波の、基準周波
数ｆ0 以下の周波数の周波数成分同士が半波長以上ずれ
ることは幾何学的に不可能となる。即ち、基準周波数ｆ
0 以下の周波数の周波数成分相互の位相差は、−πラジ
アン〜πラジアンの範囲内となることが幾何学的に保証
される。本実施形態では、マイクロホンの間隔は１５ｃ
ｍである。また、音速は約３３０ｍ／ｓである。従っ
て、基準周波数ｆ0 は約１１００Ｈｚであり、図３に示
すスペクトルに基づいて、図１に示すピーク周波数検出
部３４によって求められるピーク周波数は、図３に示す
ピークのうち１１００Ｈｚ以下の周波数領域に存在する
５本のピーク５２，５３，５４，５５，５６のピーク周
波数となる。
関数Ｇ（ｔ）の絶対値が表すスペクトルに基づいてピー
ク周波数が求められる。但し、周波数と位相差との正比
例関係が失われた周波数領域内のピーク周波数を排除す
るために、以下の式で表される基準周波数ｆ0 以下の周
波数領域内に存在するピーク周波数を求める。 ｆ0 ＝ｃ／（２×Ｘ） ・・・（７） ここで、ｃは音速を表し、Ｘはマイクロホンの間隔を表
している。この基準周波数ｆ0 以下の周波数の周波数成
分の波長は２Ｘ以上となるので、音源がマイクロホン群
に対してどのような位置に存在する場合であっても、マ
イクロホンで得られた受信信号が示す音波の、基準周波
数ｆ0 以下の周波数の周波数成分同士が半波長以上ずれ
ることは幾何学的に不可能となる。即ち、基準周波数ｆ
0 以下の周波数の周波数成分相互の位相差は、−πラジ
アン〜πラジアンの範囲内となることが幾何学的に保証
される。本実施形態では、マイクロホンの間隔は１５ｃ
ｍである。また、音速は約３３０ｍ／ｓである。従っ
て、基準周波数ｆ0 は約１１００Ｈｚであり、図３に示
すスペクトルに基づいて、図１に示すピーク周波数検出
部３４によって求められるピーク周波数は、図３に示す
ピークのうち１１００Ｈｚ以下の周波数領域に存在する
５本のピーク５２，５３，５４，５５，５６のピーク周
波数となる。
【００２１】図１に示す時間差換算部３５では、ピーク
周波数検出部３４によって求められた各ピーク周波数ｆ
ｐにおいて、関数Ｇ（ｆｐ）と関数Ｇ’（ｆｐ）との比
ｅｘｐ（−ｊ２πｆｐΔｔ）の位相２πｆｐΔｔが求め
られ、この位相２πｆｐΔｔが、各ピーク周波数ｆｐに
基づいて時間差Δｔに換算される。また、時間差平均手
段３５１では、各ピーク周波数において求められた時間
差が平均される。これによって、マイクロホン１１によ
る音の受信と、マイクロホン１２による音の受信との時
間差が求められる。上記動作と同様の動作が、図１に示
すＦＦＴ演算部３２，３３および時間差換算部３６で行
われ、マイクロホン１２による音の受信と、マイクロホ
ン１３による音の受信との時間差が求められる。上述し
た手順により、時間差演算部３０で、３つのマイクロホ
ン１１，１２，１３により受信された音の受信タイミン
グ相互の時間差が精度よく求められ、この時間差に基づ
いて、マイクロホン群１０に対する音源の方位および距
離が正確に求められる。
周波数検出部３４によって求められた各ピーク周波数ｆ
ｐにおいて、関数Ｇ（ｆｐ）と関数Ｇ’（ｆｐ）との比
ｅｘｐ（−ｊ２πｆｐΔｔ）の位相２πｆｐΔｔが求め
られ、この位相２πｆｐΔｔが、各ピーク周波数ｆｐに
基づいて時間差Δｔに換算される。また、時間差平均手
段３５１では、各ピーク周波数において求められた時間
差が平均される。これによって、マイクロホン１１によ
る音の受信と、マイクロホン１２による音の受信との時
間差が求められる。上記動作と同様の動作が、図１に示
すＦＦＴ演算部３２，３３および時間差換算部３６で行
われ、マイクロホン１２による音の受信と、マイクロホ
ン１３による音の受信との時間差が求められる。上述し
た手順により、時間差演算部３０で、３つのマイクロホ
ン１１，１２，１３により受信された音の受信タイミン
グ相互の時間差が精度よく求められ、この時間差に基づ
いて、マイクロホン群１０に対する音源の方位および距
離が正確に求められる。
【００２２】図６は、本発明の音源方位検出装置の第２
実施形態を示す図である。この第２実施形態の構成部分
のうち、図１に示す第１実施形態の構成部分と同様な構
成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
この第２実施形態の音源位置検出装置には、本発明にい
うピーク周波数検出手段の一例であるピーク周波数帯域
検出部３７が備えられており、このピーク周波数帯域検
出部３７によって、マイクロホンによって得られた受信
信号が示す音波のスペクトルのピークのうち、上記の式
（７）で表される基準周波数ｆ0 以下の周波数領域内に
存在するピークのピーク周波数が求められるとともに、
そのピーク周波数を含み、ピーク幅に相当する帯域幅を
有する周波数帯域が求められる。この第２実施形態の音
源位置検出装置の時間差換算部３５，３６では、ピーク
周波数帯域検出部３７によって求められた周波数帯域に
含まれる各周波数において、受信タイミング相互の時間
差が求められ、求められた時間差が時間差平均手段３５
１，３６１によって平均される。
実施形態を示す図である。この第２実施形態の構成部分
のうち、図１に示す第１実施形態の構成部分と同様な構
成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
この第２実施形態の音源位置検出装置には、本発明にい
うピーク周波数検出手段の一例であるピーク周波数帯域
検出部３７が備えられており、このピーク周波数帯域検
出部３７によって、マイクロホンによって得られた受信
信号が示す音波のスペクトルのピークのうち、上記の式
（７）で表される基準周波数ｆ0 以下の周波数領域内に
存在するピークのピーク周波数が求められるとともに、
そのピーク周波数を含み、ピーク幅に相当する帯域幅を
有する周波数帯域が求められる。この第２実施形態の音
源位置検出装置の時間差換算部３５，３６では、ピーク
周波数帯域検出部３７によって求められた周波数帯域に
含まれる各周波数において、受信タイミング相互の時間
差が求められ、求められた時間差が時間差平均手段３５
１，３６１によって平均される。
【００２３】なお、上で説明した実施形態のピーク周波
数検出部およびピーク周波数帯域検出部では、所定の周
波数領域内に存在する全てのピークのピーク周波数等が
求められるが、本発明にいうピーク周波数検出部は、ピ
ーク周波数等を、ピーク値が最大のピークのみについて
求めるものであってもよく、所定数のピークについて求
めるものであってもよい。また、上で説明した各実施形
態では、マイクロホンによって得られたアナログ信号を
ディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を用いて
ＦＦＴ演算部によってフーリエ変換が行われるが、本発
明の音源方位検出装置は、音センサによってアナログ信
号を得、そのアナログ信号をフィルタ等で帯域分割し、
帯域毎の信号の位相差を干渉計等で求めるものであって
もよい。
数検出部およびピーク周波数帯域検出部では、所定の周
波数領域内に存在する全てのピークのピーク周波数等が
求められるが、本発明にいうピーク周波数検出部は、ピ
ーク周波数等を、ピーク値が最大のピークのみについて
求めるものであってもよく、所定数のピークについて求
めるものであってもよい。また、上で説明した各実施形
態では、マイクロホンによって得られたアナログ信号を
ディジタル信号に変換し、そのディジタル信号を用いて
ＦＦＴ演算部によってフーリエ変換が行われるが、本発
明の音源方位検出装置は、音センサによってアナログ信
号を得、そのアナログ信号をフィルタ等で帯域分割し、
帯域毎の信号の位相差を干渉計等で求めるものであって
もよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の音源位置
検出装置によれば、音源の方位を正確に検出することが
できる。
検出装置によれば、音源の方位を正確に検出することが
できる。
【図１】本発明の音源位置検出装置の第１実施形態を示
す図である。
す図である。
【図２】マイクロホン群に対する音源の方位および距離
を検出する検出方法の説明図である。
を検出する検出方法の説明図である。
【図３】受信信号が示す音波のスペクトルの一例を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】同一の周波数成分相互の位相差の一例を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図５】図４に示す位相差の値と、その値に対応する周
波数との比から求められた時間差Δｔを示すグラフであ
る。
波数との比から求められた時間差Δｔを示すグラフであ
る。
【図６】本発明の音源位置検出装置の第２実施形態を示
す図である。
す図である。
１０ マイクロホン群 １１，１２，１３ マイクロホン ２１，２２，２３ Ａ／Ｄ変換器 ３０ 時間差演算部 ３１，３２，３３ ＦＦＴ演算部 ３４ ピーク周波数検出部 ３５，３６ 時間差換算部 ３７ ピーク周波数帯域検出部 ４０ 音源位置検出部
Claims (5)
- 【請求項１】 それぞれが、音源から発せられた音を受
信して受信信号を得る複数の音センサからなる音センサ
群と、 前記複数の音センサによって得られた複数の受信信号が
示す複数の音波の所定の同一の周波数成分相互の位相差
と該周波数成分の周波数との比を求めることにより、前
記音源から発せられ、前記複数の音センサにより受信さ
れた音の受信タイミング相互の時間差を得る時間差演算
部と、 前記時間差演算部によって得られた時間差に基づいて、
前記音センサ群に対する前記音源の方位もしくは距離を
検出する音源方位検出部とを備えたことを特徴とする音
源位置検出装置。 - 【請求項２】 前記時間差演算部が、前記音源から発せ
られた音のスペクトルのピーク周波数を１つ以上求める
ピーク周波数検出手段を有し、前記複数の受信信号が示
す複数の音波の、該ピーク周波数検出手段によって求め
られたピーク周波数の周波数成分相互の位相差と、該ピ
ーク周波数との比を求めるものであることを特徴とする
請求項１記載の音源位置検出装置。 - 【請求項３】 前記時間差演算部が、前記音源から発せ
られた音のスペクトルのピーク周波数を１つ以上求める
ピーク周波数検出手段を有し、前記複数の受信信号が示
す複数の音波の所定の同一の周波数成分相互の位相差
と、該周波数成分の周波数との比の、該ピーク周波数検
出手段によって求められた１つ以上のピーク周波数それ
ぞれを含む１つ以上のピーク周波数帯域からなる関心帯
域内の平均値を求めるものであることを特徴とする請求
項１記載の音源位置検出装置。 - 【請求項４】 前記ピーク周波数検出手段が、所定の基
準周波数をｆ0 、前記音センサ相互の間隔をＸ、および
音速をｃとしたとき、前記音源から発せられた音の、ｆ
0 ＝ｃ／（２×Ｘ）なる関係を満足する基準周波数ｆ0
以下のスペクトル領域内に存在するピーク周波数を求め
るものであることを特徴とする請求項２または３記載の
音源位置検出装置。 - 【請求項５】 前記音センサ群が３つ以上の音センサか
らなり、 前記時間差演算部が、前記時間差を複数求めるものであ
って、 前記音源方位検出部が、前記音センサ群に対する前記音
源の方位を検出するとともに、前記時間差演算部によっ
て求められた複数の時間差に基づいて前記音センサ群と
前記音源との間の距離を検出するものであることを特徴
とする請求項１記載の音源位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10219579A JP2000035474A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 音源位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10219579A JP2000035474A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 音源位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000035474A true JP2000035474A (ja) | 2000-02-02 |
Family
ID=16737746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10219579A Withdrawn JP2000035474A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 音源位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000035474A (ja) |
Cited By (13)
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|---|---|---|---|---|
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-
1998
- 1998-07-17 JP JP10219579A patent/JP2000035474A/ja not_active Withdrawn
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