JP2001166025A - 音源の方向推定方法および収音方法およびその装置 - Google Patents

音源の方向推定方法および収音方法およびその装置

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JP2001166025A
JP2001166025A JP35418299A JP35418299A JP2001166025A JP 2001166025 A JP2001166025 A JP 2001166025A JP 35418299 A JP35418299 A JP 35418299A JP 35418299 A JP35418299 A JP 35418299A JP 2001166025 A JP2001166025 A JP 2001166025A
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Koichiro Mizushima
考一郎 水島
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所望の音源以外の音源により受ける妨害を小
さくし、所望の音源の方向、速度、移動方向を高精度に
推定し、収音時のSN比を向上させる。 【解決手段】 マイクロホンアレイの出力信号を、ある
時間窓を用いて周期的に切出し、周波数分析を行い、あ
る周波数における複素振幅行列を算出する。また、マイ
クロホンアレイからの見かけの方向θに対応する方向制
御ベクトルを用いて相関行列を算出し、固有ベクトルを
算出し、さらに雑音成分に相当する行列を算出し、方向
制御ベクトルを用いて各θ方向のパワーを算出し、得ら
れた方向別パワーの推定値が最大となるθを音源の推定
方向とする。以上の手続きを各周波数に関して繰り返
し、時間窓および周波数のいずれか、または両方につい
て平均することにより、音源の方向を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、音源の方向推定方
法および収音方法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、音源の方向推定方法および収音方
法としては、特開平5−114098号公報に記載され
たものが知られている。図9は従来の音源の方向推定装
置の構成を示している。図9において、交通流に沿って
一定距離Lを隔てて第1収音器901および第2収音器
902が設置されている。これらにより収音された交通
流の騒音A・Bは、それぞれ増幅回路903、904に
より増幅された後、タイミング制御回路910の制御の
もとで切替回路905により交互に切替えられ、周波数
分析回路906により順次周波数分析され、周波数スペ
クトル分布SA・SBが求められる。次いで、周波数分
布比較回路907でSAとSBの類似性が検出され、略
一致するSAとSBとの時間差が時間差検出回路908
により求められる。時間差/速度変換回路909は、v
=L/dtの演算を行って音源の速度vを求め、それを
速度表示回路911が表示する。また、算出された時間
差から音源の方向を算出することができる。このように
して、従来の方法においても一応、音源の方向推定およ
び収音を行うことができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の音源の方向推定方法および収音方法では、複数の音
源が同時にある場合や所望の音源以外の騒音がある場合
には、音源方向の推定精度が劣化するという問題があ
る。
【0004】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、複数の音源が同時にある場合や所望の音
源以外の騒音がある場合にも音源の方向を高精度に推定
し、また推定した方向をもとに移動音源の通過、移動方
向、移動速度、および静止した音源を検出し、さらに、
所望の音源の音を収録するための方法およびその装置を
提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の音源の方向推定
方法は、複数のマイクロホンの入力信号を時間窓を用い
て周期的に切出し、それぞれの時間窓において複数の周
波数について音源の方向推定値を算出するものであり、
音源の方向推定値を複数の時間窓と周波数について得ら
れるので、音源の方向を高精度に推定できることとな
る。
【0006】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、これらの音源の方
向推定値について、時間窓または周波数の少なくとも一
方について平均化することを特徴とするものであり、複
数の時間窓と周波数について得られる音源の平均推定方
向を算出することにより、音源の方向を高精度に推定で
きることとなる。
【0007】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、音源の推定方向が
あらかじめ設定した範囲以外になる場合には、これらの
音源の方向推定値を平均から除外するものであり、設定
した範囲を外れる方向推定値は除外することにより、音
源の方向を高精度に推定できることとなる。
【0008】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、一定の観測時間内
に所望の方向を音源が通過したかどうかを判定するもの
であり、音源の方向推定値を用いて音源の通過を判定す
ることにより、音源の通過を判定できることとなる。
【0009】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、一定の観測時間内
に算出された音源の方向推定値のうち、所望の範囲内と
なる頻度を算出し、頻度が基準値を超えた場合に音源が
所望の方向を通過したと判定するものであり、設定した
範囲を大きく外れる方向推定値は除外することにより、
音源の通過を正確に判定できることとなる。
【0010】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、一定の観測時間内
に算出された音源の方向推定値の平均値と分散を算出
し、平均値が所望の範囲内であり、かつ分散が基準値以
下の場合に音源が所望の方向を通過したと判定するもの
であり、複数の音源がある場合に生じる誤判定を防止で
きるとともに、音源の通過を正確に判定できることとな
る。
【0011】また、本発明は、上記した音源の通過判定
を行う音源方向推定方法を有し、前記複数のマイクロホ
ンのうちの1つ以上のマイクロホンからの入力信号を記
録する収音方法であり、音源通過の検出と並行してその
音源の信号を収録することにより、通過が検出された音
源の信号を収録できることとなる。
【0012】また、本発明の収音方法は、上記した収音
方法において、音源の通過検出をトリガとして入力信号
の記録を行うものであり、音源通過の検出と同期してそ
の音源の信号を収録することにより、通過が検出された
音源の信号を収録できることとなる。
【0013】また、本発明の収音方法は、上記した収音
方法において、音源の通過が検出された時刻前後の入力
信号の記録を行う手段を持ち、音源通過の検出と同期し
てその前後の音源の信号を収録することにより、通過が
検出された音源の信号を収録できることとなる。
【0014】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、静止した音源があ
るかどうかを判定するものであり、一定の観測時間内に
算出された音源の方向推定値を用いて静止した音源を検
出することにより、静止した音源が検出できることとな
る。
【0015】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、一定の観測時間内
に算出された音源の方向推定値の分散が基準値以下の場
合に静止した音源があると判定するものであり、移動し
ている音源は除外することにより、静止した音源が検出
できることとなる。
【0016】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、一定の観測時間内
に算出された音源の方向推定値の平均値が所望の範囲内
にある場合のみ静止した音源があると判定するものであ
り、所望の範囲以外の音源は除外することにより、静止
した音源が検出できることとなる。
【0017】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、音源の通過検出を
トリガとして音源の移動方向を検出する手段を持ち、一
定の観測時間内に算出された音源の方向推定値を用いて
音源の移動方向を検出することにより、音源の移動方向
が推定できることとなる。
【0018】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、音源の通過検出の
時刻以前の方向および通過検出の時刻以後の方向のいず
れか、またはその両方を用いて音源の移動方向を検出す
るものであり、音源の通過検出時刻前後の音源の方向推
定値を用いて音源の移動方向を検出することにより、音
源の移動方向が推定できることとなる。
【0019】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、一定の観測時間に
算出された音源の方向推定値の平均値を用いて、音源の
通過検出の時刻以前の方向または通過検出の時刻以後の
方向を算出するものであり、音源の通過検出時刻前後の
音源の方向推定値の平均値を用いて音源の移動方向を検
出することにより、音源の移動方向が推定できることと
なる。
【0020】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、音源の通過検出を
トリガとして音源の移動速度を検出するものであり、一
定の観測時間内に算出された音源の方向推定値を用いて
音源の移動速度を検出することにより、音源の移動速度
が推定できることとなる。
【0021】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、あらかじめ設定し
た角度を音源が移動した時間長により音源の移動速度を
算出するものであり、その角度を移動するために必要な
時間長から音源の移動速度を検出することにより、音源
の移動速度が推定できることとなる。
【0022】また、本発明の音源の方向推定方法は、上
記した音源の方向推定方法において、あらかじめ設定し
た時間長に音源が移動した移動角度により音源の移動速
度を算出するものであり、その時間長に移動した角度か
ら音源の移動速度を検出することにより、音源の移動速
度が推定できることとなる。
【0023】また、本発明の収音方法は、上記した音源
の方向推定方法により推定した音源の方向に向けて、指
向性を持たせて前記音源の音を収集するものであり、一
定の観測時間内に算出された音源の方向推定値により指
向性受音器の指向方向を変化させることにより、所望の
音源の信号を収録できることとなる。
【0024】また、本発明の収音方法は、前記推定され
た音源の方向にマイクロホンアレイの指向性を向けるも
のであり、1組の指向性受音器だけを用いて任意の方向
にある所望の音源の信号を収録できることとなる。
【0025】また、本発明の収音方法は、上記した音源
の方向推定方法による音源の通過検出をトリガとして、
前記推定音源の方向にマイクロホンアレイの指向性を向
けるものであり、1組の指向性受音器だけを用いて任意
の方向にある所望の音源の信号を収録できることとな
る。
【0026】また、本発明の収音方法は、上記した収音
方法において、あらかじめ1つ以上の所望の方向に指向
性を持つマイクロホンアレイを構成しておき、前記推定
された音源の方向もしくは音源の方向に最も近い方向に
指向性を持つマイクロホンアレイを使用して前記音源の
音を収集するものであり、複数の音源がある場合でも所
望の音源の信号をそれぞれ収録できることとなる。
【0027】また、本発明の収音方法は、上記した音源
の方向推定方法による音源の通過検出をトリガとして前
記音源の音を収集するものであり、複数の音源がある場
合でも所望の音源の信号をそれぞれ収録できることとな
る。
【0028】また、本発明は、上記した各方法を用いた
音源の方向推定装置または収音装置、または交通流検出
装置、または情報通信端末装置であり、音源の方向を高
精度に推定し、さらに、推定方向をもとに移動音源の通
過、移動方向、移動速度を検出し、また静止した音源を
検出し、さらに、所望の音源の音を収録できることとな
る。
【0029】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の第1の実施の形態を示
し、請求項1から3に対応する音源の方向推定方法を実
施するための装置の構成を示すものである。図1におい
て、音源101とM個のマイクロホンにより構成される
マイクロホンアレイ102があり、マイクロホンの間隔
はdである。マイクロホンアレイ102の出力は、音源
方向推定部116のM個の波形切出し器103を経てM
個の周波数分析器104に接続されている。周波数分析
器104から算出される複素振幅行列105より相関行
列107が算出され、これを用いて固有ベクトル算出器
108により固有ベクトルが算出される。固有ベクトル
算出器108は、雑音成分行列算出器109を経て方向
別パワー算出器110に接続される。方向別パワー算出
器110には方向制御ベクトル106も接続されてい
る。外れ値除外器112には方向別パワー算出器110
の出力と方向範囲設定器111の出力が接続されてい
る。外れ値除外器112の出力は、周波数平均器113
と時間平均器114を経て音源方向推定部116の出力
となり、推定方向115が得られる。
【0030】次に、上記第1の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ102は等間隔dで直線上に配置されて
おり、その出力は波形切出し器103において、窓長W
の時間窓で周期的に切出される。このとき、時間窓の形
状は矩形でも良いが、ハニング窓など時間窓の両端部の
振幅が小さいものがさらに良い。窓長Wは小さいと方向
推定精度が劣化し、また大きくなるほど急な音源の移動
に追従できなくなるため、対象とする音源の移動速度に
よって最適な窓長Wを選択する必要があるが、例えば距
離L=10mの位置を時速40km程度で移動する音源
方向を推定する場合には、時間窓長は2msから10m
sの範囲が適当である。また、切出し周期はW/2から
2Wの範囲が適当である。波形切出し器103において
切出された時間信号に対し、周波数分析器104におい
て周波数ごとの複素振幅を算出する。複素振幅の算出方
法は、公知のFFTによる方法が適当であるが、算出す
る周波数の数が少ない場合には公知のDFTによる方法
が適当である。
【0031】次に、周波数ごとに方向別パワーを算出す
る。周波数はその波長がマイクロホンアレイの間隔dの
2倍に当たる周波数未満であれば高いほど方向推定精度
が高くなることから、実用的には波長がd/10以上2
d未満の範囲の周波数が適当である。ある周波数につい
て、複素振幅行列105を算出し、式1のように列ベク
トルX[m]として表す。 X[m]=[x1、x2、...、xM]T (式1) ただし、xm(m=1〜M)はm番目のマイクロホン入
力信号から算出したその周波数における複素振幅であ
る。また、記号Tは行列[・]の転置行列を意味する。次
に、式2により相関行列107を算出し、行列R[m、
m]で表す。 R[m、m]=X[m] ・X[m]H(m=1〜M) (式2) ただし、記号Hは転置複素共役を意味する。さらに、固
有ベクトル算出器108では、相関行列Rの固有ベクト
ルv1[m]、v2[m]、vM[m] (m=1〜M)を算出す
る。固有ベクトルの算出方法は、行列Rがエルミート行
列であるため、公知のHouseholder法により3重対角行
列に変換した後、公知のQL法により算出できる。雑音
成分行列算出器109では、K個の音源がある場合の雑
音成分に相当する行列Rn[m、m]を式3のように算出
する。 Rn[m、m]=vK+1[m]vK+1[m]H+vK+2[m]vK+2[m]H+ ・・・+vM[m]vM[m]H (式3) ただし、音源数Kはマイクロホンの数M−1以下である
必要があり、あらかじめ音源数が想定できない場合には
K=M−1とする。次に、各方向のパワーを算出するた
め、θ方向の方向制御ベクトル106を算出し、式4の
ように列ベクトルd[m]として表す。 d[m]=[1、e-jωτ、e-jω2τ、...、e-jω(M-1)τ]T (式4 ) ただし、τは式5で定義される。なお、cは音速であ
る。 τ=(dsinθ)/c (式5) 方向別パワー算出器110では、θ方向のパワーP
(θ)を式6のように算出する。 P(θ)=1/(d[m] H・Rn[m、m] ・d[m]) (式6) 式6において、θ方向を−90°から+90°まで変化
させてそれぞれのθにおけるP(θ)を算出することに
より、方向別パワーが算出できる。
【0032】次に、このP(θ)が最大になるθmaxを
求める。外れ値除外器112では、θmaxが方向範囲設
定器111で設定した範囲以外になる場合にはこれを推
定値から除外する。方向範囲設定器111では、音源が
存在する範囲があらかじめ分かっている場合にはその範
囲を設定しておく。以上の手続きにより、この時間窓に
おけるこの周波数を用いた音源の推定方向が算出でき
る。以上の手続きを各周波数に関して繰り返し、周波数
平均器113において平均することにより、この時間窓
における音源の推定方向が算出できる。さらに以上の手
続きを各時間窓に関して繰り返し、時間平均器114に
おいて平均することにより、音源の推定方向115が算
出できる。このように、音源の方向を推定できる。
【0033】以上のように、本実施の形態1によれば、
複数のマイクロホンの入力信号を時間窓を用いて周期的
に切出し、それぞれの時間窓において複数の周波数につ
いて音源の方向推定値を算出するので、音源の方向推定
値を複数の時間窓と周波数について得ることができ、音
源の方向を高精度に推定することができる。
【0034】(実施の形態2)図2は本発明の第2の実
施の形態を示し、請求項4から6に対応する音源の方向
推定方法を実施するための装置の構成を示すものであ
る。図2において、音源201とM個のマイクロホンに
より構成されるマイクロホンアレイ202があり、マイ
クロホンの間隔はdである。マイクロホンアレイ202
の出力は、音源方向推定部215のM個の波形切出し器
203を経てM個の周波数分析器204に接続されてい
る。周波数分析器204から算出される複素振幅行列2
05より相関行列206が算出される。方向別パワー算
出器208には、相関行列206と方向制御ベクトル2
07が接続され、その出力は周波数平均器209を経て
音源方向推定部215の出力となる。音源方向推定部2
15の出力である推定方向210は通過検出部216に
入力され、範囲内頻度算出器212には方向範囲設定器
211と推定方向210が入力され、その出力は通過検
出判定器213を経て通過検出結果214として出力さ
れる。
【0035】次に、上記第2の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ202は等間隔dで直線上に配置されて
おり、その出力は波形切出し器203において、窓長W
の時間窓で切出される。このとき、時間窓の形状は矩形
でも良いが、ハニング窓など時間窓の両端部の振幅が小
さいものがさらに良い。窓長Wは小さいと方向推定精度
が劣化し、また大きくなるほど急な音源の移動に追従で
きなくなるため、対象とする音源の移動速度によって最
適な窓長Wを選択する必要があるが、例えば距離L=1
0mの位置を時速40km程度で移動する音源方向を推
定する場合には、時間窓長は2msから10msの範囲
が適当である。また、切出し周期はW/2から2Wの範
囲が適当である。波形切出し器203において切出され
た時間信号に対し、周波数分析器204において周波数
ごとの複素振幅を算出する。複素振幅の算出方法は、公
知のFFTによる方法が適当であるが、算出する周波数
の数が少ない場合には公知のDFTによる方法が適当で
ある。
【0036】次に、周波数ごとに方向別パワーを算出す
る。周波数はその波長がマイクロホンアレイの間隔dの
2倍に当たる周波数未満であれば高いほど方向推定精度
が高くなることから、実用的には波長がd/10以上2
d未満の範囲の周波数が適当である。ある周波数につい
て、複素振幅行列205を算出し、式1のように列ベク
トルX[m]として表す。次に、式2により相関行列20
6を算出し、行列R[m、m]で表す。次に、各方向のパ
ワーを算出するため、θ方向の方向制御ベクトル207
を算出し、式4のように列ベクトルd[m]として表す。
方向別パワー算出器208では、θ方向のパワーP
(θ)を式7のように算出する。 P(θ)=d[m] H・R[m、m] ・d[m] (式7) 式7において、θ方向を−90°から+90°まで変化
させてそれぞれのθにおけるP(θ)を算出することに
より、方向別パワーが算出できる。次に、このP(θ)
が最大になるθmaxを求める。以上の手続きにより、こ
の時間窓におけるこの周波数を用いた音源の推定方向が
算出できる。さらに、以上の手続きを各周波数に関して
繰り返し、周波数平均器209において平均することに
より、この時間窓における音源の推定方向210が算出
できる。
【0037】このように得られた推定方向210を通過
検出部216の入力とする。範囲内頻度算出器212で
は、連続するN個の時間窓において、音源の推定方向が
方向範囲設定器211に設定した範囲となる数nを算出
する。さらに、通過検出器213では、nが基準値を越
える場合に、方向範囲設定器211に設定した範囲を通
過したとみなす。時間窓数Nおよび基準値の値は対象と
する音源の移動速度や距離Lによって異なり、最適な値
を選択する必要があるが、例えば距離L=10mの位置
を時速40km程度で移動する音源方向を推定する場合
には、時間窓数N=10〜40、基準値は5〜10程度
が適当である。このように、音源の通過を検出できる。
【0038】以上のように、本実施の形態2によれば、
複数のマイクロホンの入力信号を時間窓を用いて周期的
に切出し、それぞれの時間窓において複数の周波数につ
いて音源の方向推定値を算出するとともに、一定の観測
時間内に所望の方向を音源が通過したかどうかを判定す
るので、音源の方向を高精度に推定できるとともに、そ
の音源の方向推定値を用いて音源の通過を判定すること
により、音源の通過を判定することができる。
【0039】なお、本実施の形態2では、音源方向推定
部215として固有ベクトルの算出を行わない方式とし
たが、実施の形態1で述べた固有ベクトルの算出を行う
方式でもよい。また、本実施の形態2では、音源方向推
定部215において音源の推定方向の時間窓に関する平
均化は行わなかったが、実施の形態1で述べたように複
数の時間窓で音源の推定方向を算出した後に平均化を行
ってもよい。
【0040】(実施の形態3)図3は本発明の第3の実
施の形態を示し、請求項7から9に対応する収音方法を
実施するための装置の構成を示すものである。図3にお
いて、音源301とM個のマイクロホンにより構成され
るマイクロホンアレイ302があり、マイクロホンの間
隔はdである。マイクロホンアレイ302の出力は、実
施の形態1または実施の形態2に記載した音源方向推定
部と同様な構成の音源方向推定部303に入力され、そ
の出力は推定方向304であり、これは実施の形態2に
記載の通過検出部と同様な構成の通過検出部305に入
力される。通過検出部305の出力の通過検出結果30
6はデータ切出し器308への入力となる。一方、マイ
クロホンアレイ302のマイク1の信号は、バッファ3
07を経てデータ切出し器308への入力となり、デー
タ切出し器308の出力は記録器309に入力される。
【0041】次に、上記第3の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ302は等間隔dで直線上に配置されて
おり、その出力は音源方向推定部303に入力される。
ここでは、実施の形態1の音源方向推定部116または
実施の形態2の音源方向推定部215と同様に処理さ
れ、その出力として音源の推定方向304が得られる。
音源の推定方向304は通過検出部305に入力され、
実施の形態2の通過検出部216と同様に処理され、そ
の出力として通過検出結果306が出力される。また、
マイクロホンアレイ302のうち、マイク1の信号はバ
ッファ307にも入力され、ここで一定時間分データが
蓄積される。データ切出し器308では、通過検出結果
306を参照し、車両の通過が検出された場合には、そ
の前後のデータをバッファ307から切出し、記録器3
09に記録する。このようにして所望の音源が収音でき
る。
【0042】以上のように、本実施の形態3によれば、
実施の形態2と同様に、音源の方向推定と音源の通過判
定を行うとともに、複数のマイクロホンのうちの1つ以
上のマイクロホンからの入力信号を記録するので、音源
通過の検出と並行してその音源の信号を収録することが
できる。
【0043】なお、本実施の形態3では、収録用のマイ
クとしてマイクロホンアレイ302のマイク1を用いた
が、その外のマイクを用いてもよく、さらにマイクロホ
ンアレイ302で用いたマイク以外のマイクを用いても
よい。
【0044】(実施の形態4)図4は本発明の第4の実
施の形態を示し、請求項10から12に対応する音源の
方向推定方法を実施するための装置の構成を示すもので
ある。図4において、音源401とM個のマイクロホン
により構成されるマイクロホンアレイ402があり、マ
イクロホンの間隔はdである。マイクロホンアレイ40
2の出力は、実施の形態1または実施の形態2に記載し
た音源方向推定部と同様な構成の音源方向推定部403
に入力され、その出力は推定方向404であり、これは
静止音源検出部408に入力される。静止音源検出部4
08では、推定方向404は移動平均算出器405と分
散算出器406への入力となり、それぞれの出力は静止
音源検出器407への入力となる。静止音源検出器40
7の出力は静止音源検出結果409である。
【0045】次に、上記第4の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ402は、等間隔dで直線上に配置され
ており、その出力は音源方向推定部403に入力され
る。ここでは、実施の形態1の音源方向推定部116ま
たは実施の形態2の音源方向推定部215と同様に処理
され、その出力として音源の推定方向404が得られ、
静止音源検出部408に入力される。静止音源検出部4
08において、移動平均算出器405では、音源の推定
方向の移動平均値が算出される。また、分散算出器40
6では、音源の推定方向の分散が算出される。静止音源
検出器407では、分散算出器406で算出した分散が
基準値以下の場合に音源が静止していると判定する。さ
らに、移動平均算出器405の移動平均値があらかじめ
想定した音源の存在範囲を超える場合は除外する。以上
の結果、静止音源検出結果409が出力される。このよ
うにして静止音源を検出できる。
【0046】以上のように、本実施の形態4によれば、
実施の形態1または2と同様にして音源の方向推定を行
うとともに、一定の観測時間内に算出された音源の方向
推定値を用いて静止した音源を検出することにより、静
止した音源が検出することができる。
【0047】(実施の形態5)図5は本発明の第5の実
施の形態を示し、請求項13から15に対応する音源の
方向推定方法を実施するための装置の構成を示すもので
ある。図5において、音源501とM個のマイクロホン
により構成されるマイクロホンアレイ502があり、マ
イクロホンの間隔はdである。マイクロホンアレイ50
2の出力は、実施の形態1または2に記載の音源方向推
定部と同様な構成の音源方向推定部503に入力され、
その出力は推定方向504である。推定方向504は、
実施の形態2に記載した通貨検出部と同様な構成の通過
検出部510と、移動方向検出部509に入力される。
移動方向検出部509では、推定方向504は推定方向
バッファ505への入力となり、その出力は通過前方向
算出器506と通過後方向算出器507に入力され、そ
れらの出力は移動方向検出器508に入力される。一
方、通過検出部510の出力は通過検出結果511であ
り、その出力は移動方向検出器508に入力され、さら
にその出力は移動方向検出結果512となる。
【0048】次に、上記第5の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ502は等間隔dで直線上に配置されて
おり、その出力は音源方向推定部503に入力される。
ここでは実施の形態1または実施の形態2の音源方向推
定部と同様にして処理され、その出力として音源の推定
方向504が得られる。音源の推定方向504は移動方
向検出部509と通過検出部510に入力される。通過
検出部510では実施の形態2の通過検出部216と同
様にして処理され、その出力は通過検出結果511であ
る。移動方向検出部509では、推定方向504は推定
方向バッファ505に蓄積される。移動方向検出器50
8は、通過検出結果511により車両が検出された時刻
より前の方向θbeforeを通過前方向算出器506から入
力し、また車両が検出された時刻より後の方向θafter
を通過後方向算出器507から入力し、両者を比較して
θbefore>θafterの場合には音源の移動方向はθの負
の方向であり、θbefore<θafterの場合にはθの正の
方向であると判定し、移動方向検出結果512として出
力する。なお、通過前方向算出器506と通過後方向算
出器507では、ある時間窓長にわたり通過検出結果5
11の平均値を算出することによりθbeforeとθafter
をそれぞれ算出する。このようにして音源の移動方向を
検出できる。
【0049】以上のように、本実施の形態5によれば、
実施の形態2と同様に、音源の方向推定と音源の通過判
定を行うとともに、一定の観測時間内に算出された音源
の方向推定値を用いて音源の移動方向を検出することに
より、音源の移動方向を推定することができる。
【0050】(実施の形態6)図6は本発明の第6の実
施の形態を示し、請求項16から18に対応する音源の
方向推定方法を実施するための装置の構成を示すもので
ある。図6において、音源601とM個のマイクロホン
により構成されるマイクロホンアレイ602があり、マ
イクロホンの間隔はdである。マイクロホンアレイ60
2の出力は、実施の形態1または実施の形態2に記載し
た音源方向推定と同様な構成の音源方向推定部603に
入力され、その出力は推定方向604である。推定方向
604は、実施の形態2に記載した通過検出部と同様な
構成の通過検出部610と、移動速度検出部609に入
力される。通過検出部610の出力は通過検出結果61
1であり、その出力は移動時間算出器606に接続され
ている。移動速度検出部609では、推定方向604は
推定方向バッファ605への入力となる。推定方向バッ
ファ605の出力と設定移動角度607と通過検出結果
611は移動時間算出器606に入力され、その出力は
移動速度検出器608を経て移動速度検出結果612と
なる。
【0051】次に、上記第6の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ602は等間隔dで直線上に配置されて
おり、その出力は音源方向推定部603に入力される。
ここでは実施の形態1の音源方向推定部116または実
施の形態2の音源方向推定部215と同様にして処理さ
れ、その出力として音源の推定方向604が得られる。
音源の推定方向604は移動速度検出部609と通過検
出部610に入力される。通過検出部510では実施の
形態2の通過検出部216と同様にして処理され、その
出力は通過検出結果611である。移動速度検出部60
9では、推定方向604は推定方向バッファ605に蓄
積される。移動時間検出器606は、通過検出結果61
1において音源の通過が検出されると、推定方向バッフ
ァ605に蓄積された推定方向604が、Ωで表される
設定移動角度607を移動するのに要した時間長Tを算
出する。移動速度算出器608では、式8により移動角
速度ωとして算出する。 ω=Ω/T (式8) さらに、マイクロホンアレイ602と音源601との距
離Lが既知の場合には、式9により音源の移動速度Vが
算出できる。 V=Ltan(ω) (式9) この結果、移動速度検出結果612が算出される。この
ように音源の移動速度を検出できる。
【0052】以上のように、本実施の形態6によれば、
実施の形態2と同様に、音源の方向推定と音源の通過判
定を行うとともに、一定の観測時間内に算出された音源
の方向推定値を用いて音源の移動速度を検出することに
より、音源の移動速度を推定することができる。
【0053】(実施の形態7)図7は本発明の第7の実
施の形態を示し、請求項19から21に対応する収音方
法を実施するための装置の構成を示すものである。図7
において、音源701とM個のマイクロホンにより構成
されるマイクロホンアレイ702があり、マイクロホン
の間隔はdである。マイクロホンアレイ702の出力
は、実施の形態1または実施の形態2に記載の音源方向
推定部と同様な構成の音源方向推定部708と、指向性
制御部705に入力される。指向性制御部705では、
マイクロホンアレイ702の出力はM個の遅延器703
に入力され、その出力は加算器705に入力され、出力
707となる。音源方向推定部708の出力は推定方向
709であり、その出力は実施の形態2に記載の通過検
出部と同様な構成の通過検出部710を経て通過検出結
果711が出力される。方向制御器704は推定方向7
09と通過検出結果711をもとに遅延器703を制御
する。
【0054】次に、上記第7の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ702は等間隔dで直線上に配置されて
おり、その出力は音源方向推定部708と指向性制御部
706に入力される。音源方向推定部708では、実施
の形態1の音源方向推定部116または実施の形態2の
音源方向推定部215と同様にして処理され、その出力
として音源の推定方向709が得られる。音源の推定方
向709は、通過検出部710に入力される。通過検出
部710では、実施の形態2の通過検出部216と同様
にして処理され、その出力は通過検出結果711であ
る。
【0055】指向性制御部706では、推定方向709
と通過検出結果711をもとに方向制御器704がM個
の遅延器703の遅延特性を以下の方法で変化させる。
通過検出結果711により音源の通過が検出された時の
推定方向709がθsであるとき、方向制御器704は
式10で表されるベクトルd[m](m=1、
2、...、M)を算出する。 d[m]=[1、e-jωτ、e-jω2τ、...、e-jω(M-1)τ]T (式1 0) ただし、τは式11で定義される。なお、cは音速であ
る。 τ=(dsinθs)/c (式11) ベクトルd[m]の各要素をM個の遅延器703にそれぞ
れ設定する。このように遅延を設定することにより、遅
延器703の各要素はθs方向からの音源信号について
同位相となり、加算器705において加算されると、そ
の出力707はθs方向に指向性を持つことになり、通
過検出結果711において検出された音源方向の信号が
収音できる。このようにして、所望の音源の音を収音で
きる。
【0056】以上のように、本実施の形態7によれば、
実施の形態2と同様に、音源の方向推定と音源の通過判
定を行うとともに、音源の通過検出をトリガとして音源
の方向にマイクロホンアレイの指向性を向けることによ
り、1組の指向性受音器だけを用いて任意の方向にある
所望の音源の信号を収録することができる。
【0057】(実施の形態8)図8は本発明の第8の実
施の形態を示し、請求項22および23に対応する収音
方法を実施するための装置の構成を示すものである。図
8において、音源801と音源802とM個のマイクロ
ホンにより構成されるマイクロホンアレイ803があ
り、マイクロホンの間隔はdである。マイクロホンアレ
イ803の出力は、実施の形態1または実施の形態2に
記載の音源方向推定部と同様な構成の音源方向推定部8
18と、指向性制御部807と811に入力される。指
向性制御部807では、マイクロホンアレイ803の出
力は、方向制御器804により制御されるM個の遅延器
805に入力され、その出力は加算器806に入力さ
れ、出力812となり、さらにバッファ813に蓄積さ
れる。指向性制御部811では、マイクロホンアレイ8
03の出力は、方向制御器808により制御されるM個
の遅延器809に入力され、その出力は加算器810に
入力され、出力815となり、さらにバッファ816に
蓄積される。音源方向推定部819の出力は推定方向8
20であり、その出力は実施の形態2に記載した通過検
出部と同様な構成の通過検出部821を経て通過検出結
果822が出力される。データ切出し器814は通過検
出結果822をもとにバッファ813の情報から出力8
18を出力する。データ切出し器817は通過検出結果
822をもとにバッファ816の情報から出力818を
出力する。
【0058】次に、上記第8の実施の形態の動作につい
て説明する。M個のマイクロホンにより構成されるマイ
クロホンアレイ803は等間隔dで直線上に配置されて
いる。その出力は音源方向推定部819と指向性制御部
807と811に入力される。音源方向推定部819で
は、実施の形態1の音源方向推定部116または実施の
形態2の音源方向推定部215と同様にして処理され、
その出力として音源の推定方向820が得られる。音源
の推定方向820は、通過検出部821に入力される。
通過検出部821では、実施の形態2の通過検出部21
6と同様に処理され、その出力は通過検出結果822で
ある。
【0059】指向性制御部807には、指向軸方向θ1
が割り当てられており、方向制御器804はM個の遅延
器805の遅延特性を以下の方法で設定する。式11に
おいて、θs=θ1とした場合のτを用いて式10を算
出し、その結果得られるベクトルd[m](m=1、
2、...、M)の各要素をM個の遅延器805にそれ
ぞれ設定する。このように遅延を設定することにより、
遅延器805の各要素はθ1方向からの音源信号につい
て同位相となり、加算器806において加算されると、
その出力812はθ1方向に指向性を持つことになる。
他方の指向性制御部811には、指向軸方向θ2が割り
当てられており、方向制御器808はM個の遅延器80
9の遅延特性を以下の方法で設定する。式11におい
て、θs=θ2とした場合のτを用いて式10を算出
し、その結果得られるベクトルd[m](m=1、
2、...、M)の各要素をM個の遅延器809にそれ
ぞれ設定する。このように遅延を設定することにより、
遅延器809の各要素はθ2方向からの音源信号につい
て同位相となり、加算器810において加算されると、
その出力815はθ2方向に指向性を持つことになる。
【0060】指向性制御部807と811の出力812
と815はそれぞれバッファ813と816に蓄積され
る。データ切出し器814では、通過検出結果822に
より音源の通過が検出された時の推定方向820が、指
向性制御部807のカバーエリアである場合にはバッフ
ァ813の信号を切出し、出力818とする。データ切
出し器817では、通過検出結果822により音源の通
過が検出された時の推定方向820が、指向性制御部8
11のカバーエリアである場合にはバッファ816の信
号を切出し、出力818とする。
【0061】以上のように、本実施の形態8によれば、
実施の形態2と同様に、音源の方向推定と音源の通過判
定を行うとともに、あらかじめ1つ以上の所望の方向に
指向性を持つマイクロホンアレイを構成しておき、実施
の形態1または2記載の方法により検出された音源の方
向もしくは音源の方向に最も近い方向に指向性を持つマ
イクロホンアレイを使用し、音源の通過検出をトリガと
して音源方向の音を収音することにより、複数の音源が
ある場合でも所望の音源の信号をそれぞれ収録すること
ができる。
【0062】なお、本実施の形態8では指向性制御部が
2つの場合を説明したが、音源が3つ以上ある場合に
は、指向性制御部を3つ以上設けることができる。この
ように、複数の指向性制御部を設けることにより、複数
の音源がある場合でもそれぞれの音源を別々に収音でき
る。また、音源の移動速度が速い場合でも、本実施の形
態8のように、指向軸方向を固定した指向性制御部を複
数用意し、その出力のみを切替えることにより、音源の
移動に対する追従性を高めることができる。このように
して、所望の音源の音を収音することができる。
【0063】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の音源の方
向推定方法および収音方法は、複数のマイクロホンの入
力信号を周期的に切出し、それぞれの時間窓において複
数の周波数について音源の方向推定値を算出し、その音
源の方向推定値のうち、あらかじめ設定した範囲以内の
ものについて、時間窓および周波数のいずれか、または
両方について平均することにより音源の方向を推定する
ものであり、複数の音源が同時にある場合や所望の音源
以外の騒音がある場合にも方向の推定精度を劣化させる
ことがなく、また推定された方向をもとに移動音源の通
過、移動方向、移動速度および静止した音源を検出する
ことができ、さらに所望の音源の音を収録することがで
きるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における音源方向推
定装置の概略ブロック図
【図2】本発明の第2の実施の形態における音源方向推
定装置の概略ブロック図
【図3】本発明の第3の実施の形態における収音装置の
概略ブロック図
【図4】本発明の第4の実施の形態における音源方向推
定装置の概略ブロック図
【図5】本発明の第5の実施の形態における音源方向推
定装置の概略ブロック図
【図6】本発明の第6の実施の形態における音源方向推
定装置の概略ブロック図
【図7】本発明の第7の実施の形態における収音装置の
概略ブロック図
【図8】本発明の第8の実施の形態における収音装置の
概略ブロック図
【図9】従来の音源方向推定装置の概略ブロック図
【符合の説明】
101 音源 102 マイクロホンアレイ 103 波形切出し器 104 周波数分析器 105 複素振幅行列 106 方向制御ベクトル 107 相関行列 108 固有ベクトル算出器 109 雑音成分行列算出器 110 方向別パワー算出器 111 方向範囲設定器 112 外れ値除外器 113 時間平均器 114 周波数平均器 115 推定方向 116 音源方向推定部 201 音源 202 マイクロホンアレイ 203 波形切出し器 204 周波数分析器 205 複素振幅行列 206 相関行列 207 方向制御ベクトル 208 方向別パワー算出器 209 周波数平均器 210 推定方向 211 方向範囲設定器 212 範囲内頻度算出器 213 通過検出器 214 通過検出結果 215 音源方向推定部 216 通過検出部 301 音源 302 マイクロホンアレイ 303 音源方向推定部 304 推定方向 305 通過検出部 306 通過検出結果 307 バッファ 308 データ切出し器 309 記録器 401 音源 402 マイクロホンアレイ 403 音源方向推定部 404 推定方向 405 移動平均算出器 406 分散算出器 407 静止音源検出器 408 静止音源検出部 409 静止音源検出結果 501 音源 502 マイクロホンアレイ 503 音源方向推定部 504 推定方向 505 推定方向バッファ 506 通過前方向算出器 507 通過後方向算出器 508 移動方向検出器 509 移動方向検出部 510 通過検出部 511 通過検出結果 512 移動方向検出結果 601 音源 602 マイクロホンアレイ 603 音源方向推定部 604 推定方向 605 推定方向バッファ 606 移動時間算出器 607 設定移動角度 608 移動速度算出器 609 移動方速度検出部 610 通過検出部 611 通過検出結果 612 移動速度検出結果 701 音源 702 マイクロホンアレイ 703 遅延器 704 方向制御器 705 加算器 706 指向性制御部 707 出力 708 音源方向推定部 709 推定方向 710 通過検出部 711 通過検出結果 801 音源 802 音源 803 マイクロホンアレイ 804 方向制御器 805 遅延器 806 加算器 807 指向性制御部 808 方向制御器 809 遅延器 810 加算器 811 指向性制御部 812 θ1方向信号出力 813 バッファ 814 データ切出し器 815 θ2方向信号出力 816 バッファ 817 データ切出し器 818 出力 819 音源方向推定部 820 推定方向 821 通過検出部 822 通過検出結果

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のマイクロホンの入力信号を時間窓
    を用いて周期的に切出し、それぞれの時間窓において複
    数の周波数について音源の方向推定値を算出する音源の
    方向推定方法。
  2. 【請求項2】 これらの音源の方向推定値について、時
    間窓または周波数の少なくとも一方について平均化する
    ことを特徴とする請求項1記載の音源の方向推定方法。
  3. 【請求項3】 音源の推定方向があらかじめ設定した範
    囲以外になる場合には、これらの音源の方向推定値を平
    均から除外する請求項2記載の音源の方向推定方法。
  4. 【請求項4】 一定の観測時間内に所望の方向を音源が
    通過したかどうかを判定する請求項1から3のいずれか
    に記載の音源の方向推定方法。
  5. 【請求項5】 一定の観測時間内に算出された音源の方
    向推定値のうち、所望の範囲内となる頻度を算出し、頻
    度が基準値を超えた場合に音源が所望の方向を通過した
    と判定する請求項4記載の音源の方向推定方法。
  6. 【請求項6】 一定の観測時間内に算出された音源の方
    向推定値の平均値と分散を算出し、平均値が所望の範囲
    内であり、かつ分散が基準値以下の場合に音源が所望の
    方向を通過したと判定する請求項4記載の音源の方向推
    定方法。
  7. 【請求項7】 請求項4から6のいずれかに記載の音源
    の方向推定方法を有し、前記複数のマイクロホンのうち
    1つ以上のマイクロホンからの入力信号を記録する収音
    方法。
  8. 【請求項8】 音源の通過検出をトリガとして入力信号
    の記録を行う請求項7記載の収音方法。
  9. 【請求項9】 音源の通過が検出された時刻前後の入力
    信号の記録を行う請求項8記載の収音方法。
  10. 【請求項10】 一定の観測時間内に静止した音源があ
    るかどうかを判定する請求項1から3のいずれかに記載
    の音源の方向推定方法。
  11. 【請求項11】 一定の観測時間内に算出された音源の
    方向推定値の分散が基準値以下の場合に静止した音源が
    あると判定する請求項10記載の音源の方向推定方法。
  12. 【請求項12】 一定の観測時間内に算出された音源の
    方向推定値の平均値が所望の範囲内にある場合のみ静止
    した音源があると判定する請求項11記載の音源の方向
    推定方法。
  13. 【請求項13】 音源の通過検出をトリガとして音源の
    移動方向を検出する請求項4から6のいずれかに記載の
    音源の方向推定方法。
  14. 【請求項14】 音源の通過検出の時刻以前の方向およ
    び通過検出の時刻以後の方向のいずれか、またはその両
    方を用いて音源の移動方向を検出する請求項13記載の
    音源の方向推定方法。
  15. 【請求項15】 一定の観測時間に算出された音源の方
    向推定値の平均値を用いて、音源の通過検出の時刻以前
    の方向または通過検出の時刻以後の方向を算出する請求
    項14記載の音源の方向推定方法。
  16. 【請求項16】 音源の通過検出をトリガとして音源の
    移動速度を検出する請求項4から6のいずれかに記載の
    音源の方向推定方法。
  17. 【請求項17】 あらかじめ設定した角度を音源が移動
    した時間長により音源の移動速度を算出する請求項16
    記載の音源の方向推定方法。
  18. 【請求項18】 あらかじめ設定した時間長に音源が移
    動した移動角度により音源の移動速度を算出する請求項
    16記載の音源の方向推定方法。
  19. 【請求項19】 請求項1から3のいずれかに記載の音
    源の方向推定方法により推定された音源の方向に向け
    て、指向性を持たせて前記音源の音を収集する収音方
    法。
  20. 【請求項20】 前記推定された音源の方向にマイクロ
    ホンアレイの指向性を向ける請求項19記載の収音方
    法。
  21. 【請求項21】 請求項4から6のいずれかに記載の方
    法による音源の通過検出をトリガとして、前記推定され
    た音源の方向にマイクロホンアレイの指向性を向ける請
    求項20記載の収音方法。
  22. 【請求項22】 あらかじめ1つ以上の所望の方向に指
    向性を持つマイクロホンアレイを構成しておき、請求項
    1から3のいずれかに記載の方法により推定された音源
    の方向もしくは音源の方向に最も近い方向に指向性を持
    つマイクロホンアレイを使用して前記音源の音を収集す
    る請求項19記載の収音方法。
  23. 【請求項23】 請求項4から6のいずれかに記載の方
    法による音源の通過検出をトリガとして前記音源の音を
    収集する請求項22記載の収音方法。
  24. 【請求項24】 請求項1から6または請求項10から
    18のいずれかに記載の音源の方向推定方法を用いた音
    源の方向推定装置。
  25. 【請求項25】 請求項7から9または請求項19から
    23のいずれかに記載の収音方法を用いた収音装置。
  26. 【請求項26】 請求項24または25記載の装置を用
    いた交通流検出装置または情報通信端末装置。
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