JP2002112381A - 音源位置推定装置および音源位置推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のマイクロフォンが必要であった。 【解決手段】 音源から発せられた音波の音圧を検出す
る音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けら
れて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数
の音圧を変化させる音圧変化手段と、音圧検出手段にて
検出された音圧を均し、均した音圧から第一の周波数の
音圧変化の影響度合いを求め、この影響度合いと音圧変
化手段の位置関係から音源の位置を推定する音源位置推
定手段とから構成した。上記構成により、音圧検出手段
を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音源位置推定装置
および音源位置推定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の音源位置推定装置
は、音圧検出手段として複数のマイクロフォンを備える
とともに、これらのマイクロフォンに対応して設けられ
て音圧信号から周波数帯域を分割する帯域フィルタ回路
と、分割された音圧信号から音源の位置を推定する演算
回路とを備えている。この音源位置推定装置は、人間の
話声等の音源からの音波による音圧を複数箇所に配置さ
れたマイクロフォンで検出し、帯域フィルタ回路でそれ
ぞれ音圧信号から周波数帯域を分割し、演算回路で音波
の位相差や音圧差を求めるとともに所定の演算を行って
音源の位置を推定している。また、特開２０００−４４
９５号公報に開示されたものでは、複数のマイクロフォ
ンを自由に配置して音源の位置を推定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の音源位
置推定装置においては、以下のような課題があった。す
なわち、両者とも複数のマイクロフォンが必要であっ
た。そのため、音波の位相差や音圧差を求めるためにマ
イクロフォンどうしの間隔を大きくとる必要があった
り、高度な演算装置を備える必要があったりした。本発
明は、上記課題にかんがみてなされたもので、マイクロ
フォンのような音圧検出手段を複数用いる必要なく音源
の位置を推定することが可能な音源位置推定装置および
音源位置推定方法の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、音源から発せられた音波
の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の
入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定
の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段と、上
記音圧検出手段にて検出された音圧を均し、均した音圧
から上記第一の周波数の音圧変化の影響度合いを求め、
この影響度合いと上記音圧変化手段の位置関係から上記
音源の位置を推定する音源位置推定手段とを具備する構
成としてある。

【０００５】上記のように構成した請求項１にかかる発
明においては、音圧検出手段は、音源から発せられた音
波の音圧を検出する。その際、音圧検出手段の入力部に
設けられた音圧変化手段は、所定方向からの音波に含ま
れる所定の第一の周波数の音圧を変化させる。すると、
音源位置推定手段は、音圧検出手段にて検出された音圧
を均し、均した音圧から上記第一の周波数の音圧変化の
影響度合いを求め、この影響度合いと上記音圧変化手段
の位置関係から上記音源の位置を推定する。

【０００６】ここで、音源から発せられる音波の周波数
分布は変動していることが多いが、音圧を均すと一定の
周波数分布となることが多い。例えば、音源が人間の話
声である場合、細かく変動する周波数分布となってい
る。しかし、音圧を均すと、変動する周波数分布は均さ
れ、一定の分布となる。なお、成人の話声では、性別に
関わらず４００Ｈｚ近傍でピークを有する周波数分布と
なることが知られている。すなわち、一定の周波数分布
となる均した音圧を用いると、音圧変化手段によるこの
周波数分布の変化を検出することができるので、第一の
周波数の音圧変化の影響度合いを求めることが可能であ
る。すなわち、上記構成にて音源の位置を推定すること
ができる。したがって、音圧検出手段を複数用いる必要
なく音源の位置を推定することが可能となる。

【０００７】ここで、音圧検出手段は、音源から発せら
れて音圧変化手段にて変化させられた音波の音圧を検出
することができればよい。その構成の一例として、請求
項２にかかる発明は、上記請求項１に記載の音源位置推
定装置において、上記音圧検出手段は、マイクロフォン
である構成としてある。すなわち、音圧検出手段にマイ
クロフォンを用いても同様の効果が得られるので、簡易
な構成で音源の位置を推定することが可能となる。ここ
で、マイクロフォンには、静電容量の変化を電圧として
検出するコンデンサマイクロフォンやエレクトレッロマ
イクロフォン、圧電効果を利用するセラミックマイクロ
フォン、電磁誘導を利用するダイナミックマイクロフォ
ン等、様々なものを利用することができる。むろん、音
圧検出手段にマイクロフォンを用いるのは一例に過ぎ
ず、マイクロフォンを用いずに音圧を検出する機構を組
み立てて音圧検出手段としてもよい。

【０００８】音源位置推定手段は、音圧検出手段にて検
出された音圧を均し、均した音圧から第一の周波数の音
圧変化の影響度合いを求め、この影響度合いと音圧変化
手段の位置関係から音源の位置を推定することができれ
ばよい。その構成の一例として、請求項３にかかる発明
は、上記請求項１または請求項２のいずれかに記載の音
源位置推定装置において、上記音源位置推定手段は、上
記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波
数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとと
もに均す処理を行って第一の音圧均し量を求め、同音圧
から別途音圧信号を同所定時間取得するとともに均す処
理を行って第二の音圧均し量を求める音圧均し手段と、
上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合
を上記影響度合いとして、上記音源の位置が上記所定方
向かどうかを推定する推定手段とを具備する構成として
ある。

【０００９】上記のように構成した請求項３にかかる発
明においては、音圧均し手段は、音圧検出手段にて検出
された音圧から第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信
号を所定時間取得するとともに均す処理を行って第一の
音圧均し量を求める。また、同音圧から別途音圧信号を
同所定時間取得するとともに均す処理を行って第二の音
圧均し量を求める。すると、推定手段は、第一の音圧均
し量と第二の音圧均し量との割合を上記影響度合いとし
て、音源の位置が上記所定方向かどうかを推定する。

【００１０】すなわち、音圧変化手段が第一の周波数の
音圧を変化させる所定方向に音源がある場合、第一の音
圧均し量は第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均し
たものであるので音圧変化手段による音圧変化の影響が
大きい。ここで、音圧変化が第一の音圧均し量よりも小
さくなるように第二の音圧均し量を求めると、第一の音
圧均し量と第二の音圧均し量との割合から求まる音圧変
化の影響度合いは、音圧変化手段による音圧変化の影響
を大きく受けたものとなる。一方、音源が同所定方向で
はない場合、第一の音圧均し量は音圧変化手段による音
圧変化の影響が小さい。すると、第一の音圧均し量と第
二の音圧均し量との割合から求まる音圧変化の影響度合
いも、音圧変化手段による音圧変化の影響の小さいもの
となる。そこで、影響度合いが音圧変化手段による音圧
変化の影響を大きく受けている場合、音源の位置は上記
所定方向と推定することができる。一方、影響度合いが
音圧変化手段による音圧変化の影響の小さいものである
場合、音源の位置は上記所定方向ではないと推定するこ
とができる。したがって、音源の位置を推定することが
可能である。

【００１１】ここで、第二の音圧均し量は、全周波数の
音圧を均したものであってもよいし、一部の周波数帯域
の音圧を均したものであってもよい。一部の周波数帯域
の音圧を均して第二の音圧均し量とする構成の一例とし
て、請求項４にかかる発明は、上記請求項３に記載の音
源位置推定装置において、上記音圧均し手段は、上記音
圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数と
は異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を上
記所定時間取得するとともに均す処理を行って上記第二
の音圧均し量を求める構成としてある。上記のように構
成した請求項４にかかる発明においては、第二の音圧均
し量は、音波の音圧を変化させる第一の周波数とは異な
る第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均したもので
ある。すなわち、第二の音圧均し量は、第一の周波数の
音圧変化の影響が少ない。したがって、より確実に音圧
変化の影響度合いを求めて音源の位置を推定することが
できる。

【００１２】また、第一の音圧均し量と第二の音圧均し
量を求める構成の一例として、請求項５にかかる発明
は、上記請求項３または請求項４のいずれかに記載の音
源位置推定装置において、上記音圧均し手段は、上記第
一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得
するとともに加算して上記第一の音圧均し量を求め、上
記第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時
間取得するとともに加算して上記第二の音圧均し量を求
める構成としてある。

【００１３】上記のように構成した請求項５にかかる発
明においては、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量は
それぞれ第一、第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信
号を所定時間取得するとともに加算して求められる。す
なわち、簡易な構成で第一、第二の音圧均し量を求めて
音源の位置を推定することができる。むろん、第一、第
二の音圧均し量を加算して求めるのは一例に過ぎない。
例えば、音圧信号を所定時間取得するとともに平均して
第一、第二の音圧均し量としてもよく、様々な構成が可
能である。

【００１４】さらに、音圧信号を加算して第一、第二の
音圧均し量求める音圧均し手段の構成の一例として、請
求項６にかかる発明は、上記請求項５に記載の音源位置
推定装置において、上記音圧均し手段は、上記音圧検出
手段にて検出された音圧をデジタルの音圧データに変換
するデジタル変換手段と、上記音圧データから上記第一
の周波数を含む周波数帯域のデータと上記第二の周波数
を含む周波数帯域のデータとを所定時間、定期的に取得
し、得られるそれぞれの時系列データを加算して上記第
一および第二の音圧均し量を求める加算手段とを具備す
る構成としてある。

【００１５】上記のように構成した請求項６にかかる発
明においては、デジタル変換手段は、音圧検出手段にて
検出された音圧を所定の周波数帯域毎にデジタルの音圧
データに変換する。すると、加算手段は、音圧データか
ら第一の周波数を含む周波数帯域のデータと第二の周波
数を含む周波数帯域のデータとを所定時間、定期的に取
得し、得られるそれぞれの時系列データを加算して第
一、第二の音圧均し量を求める。

【００１６】したがって、求められた第一、第二の音圧
均し量を用いて、推定手段は音源の位置が上記所定方向
かどうかを推定することが可能である。むろん、音圧均
し手段をデジタル変換手段と加算手段とで構成するのは
一例に過ぎない。例えば、アナログの音圧信号を周波数
帯域別に一定時間加算する加算回路や、同じくアナログ
の音圧信号を周波数帯域別に平均する平均化回路を用い
てもよく、その構成は様々可能である。

【００１７】ところで、第二の周波数の音圧を変化させ
る構成としてもよく、その一例として、請求項７にかか
る発明は、上記請求項３〜請求項６のいずれかに記載の
音源位置推定装置において、上記音圧変化手段とは別の
所定方向からの音波に含まれる上記第二の周波数の音圧
を変化させる第二音圧変化手段が設けられている構成と
してある。

【００１８】上記のように構成した請求項７にかかる発
明においては、第二音圧変化手段は、音圧変化手段とは
別の所定方向からの音波に含まれる第二の周波数の音圧
を変化させる。すなわち、第二音圧変化手段が第二の周
波数の音圧を変化させる別の所定方向に音源がある場
合、第一の音圧均し量は第一の周波数を含む周波数帯域
の音圧を均したものであるので音圧変化の影響は小さ
い。一方、第二の音圧均し量は音圧変化の影響が大き
い。すると、音圧変化の影響度合いである第一の音圧均
し量と第二の音圧均し量との割合から求まる音圧変化の
影響度合いは、第一の音圧均し量の影響をより小さくす
る方向に変わる。したがって、より確実に音源の位置を
推定することができる。

【００１９】また、音圧変化手段と第二音圧変化手段の
一例として、請求項８にかかる発明は、上記請求項７に
記載の音源位置推定装置において、上記音圧変化手段
は、上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を共振
させる第一の共鳴体を備え、上記第二音圧変化手段は、
上記別の所定方向からの上記第二の周波数を共振させる
第二の共鳴体を備える構成としてある。上記のように構
成した請求項８にかかる発明においては、第一の共鳴体
は上記所定方向からの音波に含まれる第一の周波数の成
分を共振させて増幅させ、第二の共鳴体は上記別の所定
方向からの音波に含まれる第二の周波数の成分を共振さ
せて増幅させる。すなわち、音圧変化手段と第二音圧変
化手段とを簡易に構成することができる。

【００２０】さらに、第一、第二の共鳴体の構成の一例
として、請求項９にかかる発明は、上記請求項８に記載
の音源位置推定装置において、上記第一の共鳴体と上記
第二の共鳴体とは、異なる長さの共鳴管で形成されてい
る構成としてある。上記のように構成した請求項９にか
かる発明においては、共鳴管は、長さに応じて異なる共
振周波数を有する。すなわち、第一、第二の周波数を共
振周波数とするように共鳴管の長さを設定すると、第
一、第二の周波数を共振させることができる。したがっ
て、第一、第二の共鳴体を簡易に構成することができ
る。

【００２１】例えば、両端開口の共鳴管である場合、共
鳴管の長さをＬ、音速をｃとすると、共振周波数の基本
周波数はｃ／２Ｌで与えられる。したがって、第一、第
二の周波数がこの共振周波数の基本周波数となるように
共鳴管の長さＬを設定すればよい。むろん、共鳴体に共
鳴管を用いるのは一例に過ぎない。例えば、振動可能な
円形膜等を用いてもよく、様々なものが適用可能であ
る。

【００２２】また、上述のように共鳴現象を利用する別
の一例として、請求項１０にかかる発明は、上記請求項
７に記載の音源位置推定装置において、上記音圧変化手
段は、上記音波を反射させるとともに、上記音圧検出手
段の入力部との間で上記所定方向からの上記第一の周波
数の音波を共振させる位置とされた第一の反射体を備
え、上記第二音圧変化手段は、上記音波を反射させると
ともに、上記入力部との間で上記別の所定方向からの上
記第二の周波数の音波を共振させる位置とされた第二の
反射体を備える構成としてある。

【００２３】上記のように構成した請求項１０にかかる
発明においては、第一の反射体は上記所定方向からの音
波に含まれる第一の周波数の成分を音圧検出手段の入力
部との間で共振させて増幅させ、第二の共鳴体は上記別
の所定方向からの音波に含まれる第二の周波数の成分を
音圧検出手段の入力部との間で共振させて増幅させる。
すなわち、この場合でも音圧変化手段と第二音圧変化手
段が構成される。

【００２４】上述の共鳴体や反射体を利用すると、上記
所定方向からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向
からの第二の周波数の音波とが共振により増幅されるの
で、音源が上記所定方向にある場合は第一の音圧均し量
が大きくなり、音源が上記別の所定方向にある場合は第
二の音圧均し量が大きくなる。この関係を利用して音源
の位置を推定する一例として、請求項１１にかかる発明
は、上記請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の音源
位置推定装置において、上記推定手段は、上記第二の音
圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割
合よりも大きいときに上記所定方向を音源の位置と推定
し、上記第一の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し
量の割合が別の所定割合よりも大きいときに上記別の所
定方向を音源の位置と推定する構成としてある。

【００２５】上記のように構成した請求項１１にかかる
発明においては、上記所定方向に音源がある場合、第一
の音圧均し量は大きくなる方向に変化し、第二の音圧均
し量はほとんど変化しない。そこで、第二の音圧均し量
に対する第一の音圧均し量の割合は大きくなる。したが
って、この割合が所定割合よりも大きいときは上記所定
方向が音源の位置と推定される。一方、上記別の所定方
向に音源がある場合、第二の音圧均し量は大きくなる方
向に変化し、第一の音圧均し量はほとんど変化しない。
そこで、第一の音圧均し量に対する第二の音圧均し量の
割合は大きくなる。したがって、この割合が所定割合よ
りも大きいときは上記別の所定方向が音源の位置と推定
される。すなわち、上述の作用により音源の位置を推定
することが可能である。

【００２６】また、第一、第二の周波数以外の周波数を
含む周波数帯域の音圧を音源位置の推定に利用してもよ
く、その構成の一例として、請求項１２にかかる発明
は、上記請求項８〜請求項１０のいずれかに記載の音源
位置推定装置において、上記音圧均し手段は、上記音圧
検出手段にて検出された音圧から上記第一および第二の
周波数とは異なる第三の周波数を含む周波数帯域の音圧
データを上記所定時間取得するとともに均す処理を行っ
て第三の音圧均し量を求め、上記推定手段は、上記第三
の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所
定割合よりも大きいときに上記所定方向を音源の位置と
推定し、上記第三の音圧均し量に対する上記第二の音圧
均し量の割合が別の所定割合よりも大きいときに上記別
の所定方向を音源の位置と推定する構成としてある。

【００２７】上記のように構成した請求項１２にかかる
発明においては、上記所定方向または別の所定方向に音
源がある場合、第三の音圧均し量はほとんど変化しな
い。そこで、第三の音圧均し量に対する第一または第二
の音圧均し量の割合は大きくなる。したがって、この割
合が所定割合よりも大きいときは上記所定方向または別
の所定方向が音源の位置と推定される。

【００２８】上述の音圧変化手段を構成する共鳴体や反
射体は第一、第二の周波数の音波を共振させて増幅させ
たが、同音圧変化手段は第一、第二の周波数の音波の音
圧を減少させてもよい。その構成の一例として、請求項
１３にかかる発明は、上記請求項７に記載の音源位置推
定装置において、上記音圧変化手段は、上記所定方向か
らの上記第一の周波数の音波を吸収する第一の吸音材を
備え、上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向から
の上記第二の周波数の音波を吸収する第二の吸音材を備
える構成としてある。上記のように構成した請求項１３
にかかる発明においては、第一の吸音材は上記所定方向
からの音波に含まれる第一の周波数の成分を吸収して減
少させ、第二の吸音材は上記別の所定方向からの音波に
含まれる第二の周波数の成分を吸収して減少させる。す
なわち、この場合でも音圧変化手段と第二音圧変化手段
が構成される。

【００２９】また、上述の関係を利用して音源の位置を
推定する一例として、請求項１４にかかる発明は、上記
請求項１３に記載の音源位置推定装置において、上記推
定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第一の音
圧均し量の割合が所定割合よりも小さいときに上記所定
方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し量に対
する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも
小さいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定する
構成としてある。

【００３０】上記のように構成した請求項１４にかかる
発明においては、上記所定方向に音源がある場合、第一
の音圧均し量は大きくなる方向に変化し、第二の音圧均
し量はほとんど変化しない。そこで、第二の音圧均し量
に対する第一の音圧均し量の割合は小さくなる。したが
って、この割合が所定割合よりも小さいときは上記所定
方向が音源の位置と推定される。一方、上記別の所定方
向に音源がある場合、第二の音圧均し量は小さくなる方
向に変化し、第一の音圧均し量はほとんど変化しない。
そこで、第一の音圧均し量に対する第二の音圧均し量の
割合は小さくなる。したがって、この割合が所定割合よ
りも小さいときは上記別の所定方向が音源の位置と推定
される。むろん、音圧変化手段に吸音材を用いる場合で
も、上述の第三の音圧均し量を利用して音源の位置を推
定することができることはいうまでもない。

【００３１】ところで、音圧を均す際、音圧の変化を求
めるように均すことも可能である。その一例として、請
求項１５にかかる発明は、上記請求項１または請求項２
のいずれかに記載の音源位置推定装置において、上記音
源位置推定手段は、上記音圧検出手段にて検出された音
圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を
取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である
第一の音圧変化量を求め、同音圧から別途音圧信号を取
得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第
二の音圧変化量を求める音圧変化量演算手段と、上記第
一の音圧変化量と上記第二の音圧変化量との割合を上記
影響度合いとして、上記音源の位置が上記所定方向かど
うかを推定する推定手段とを具備する構成としてある。

【００３２】上記のように構成した請求項１５にかかる
発明においては、音圧変化量演算手段は、音圧検出手段
にて検出された音圧から第一の周波数を含む周波数帯域
の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの
変化量である第一の音圧変化量を求める。また、同音圧
から別途音圧信号を取得するとともに均しながら時間当
たりの変化量である第二の音圧変化量を求める。する
と、推定手段は、第一の音圧変化量と第二の音圧変化量
との割合を上記影響度合いとして、上記音源の位置が上
記所定方向かどうかを推定する。

【００３３】すなわち、上記所定方向に音源がある場
合、第一の音圧変化量は第一の周波数を含む周波数帯域
の音圧の変化量であるので音圧変化手段による音圧変化
の影響が大きい。ここで、音圧変化が第一の音圧変化量
よりも小さくなるように第二の音圧変化量を求めると、
第一の音圧変化量と第二の音圧変化量との割合から求ま
る音圧変化の影響度合いは音圧変化手段による音圧変化
の影響を大きく受けている。一方、音源が同所定方向で
はない場合、第一の音圧変化量は音圧変化手段による音
圧変化の影響が小さいので、第一の音圧変化量と第二の
音圧変化量との割合から求まる音圧変化の影響度合いも
音圧変化手段による音圧変化の影響の小さいものとな
る。そこで、影響度合いが音圧変化手段による音圧変化
の影響を大きく受けているとき音源の位置は上記所定方
向と推定することができ、影響度合いが音圧変化手段に
よる音圧変化の影響の小さいものであるとき音源の位置
は上記所定方向ではないと推定することができる。した
がって、音圧の変化量を用いても音源の位置を推定する
ことが可能である。

【００３４】なお、第二の音圧変化量は、全周波数の音
圧から求められてもよいし、請求項４、請求項５に記載
の第二の音圧均し量のように一部の周波数帯域の音圧か
ら求められてもよい。また、音圧変化手段には、請求項
８〜１０、請求項１３に記載の共鳴体、反射体、吸音材
を利用することができる。さらに、音圧変化量演算手段
の構成の一例として、請求項１６にかかる発明は、上記
請求項１５に記載の音源位置推定装置において、上記音
圧変化量演算手段は、上記音圧検出手段にて検出された
音圧を所定の周波数帯域毎にデジタルの音圧データに変
換するデジタル変換手段と、上記音圧データから上記第
一の周波数を含む周波数帯域のデータと上記第二の周波
数を含む周波数帯域のデータとを取得し、得られたそれ
ぞれの時系列データから近似式を作成して上記第一およ
び第二の音圧変化量を求める変化量算出手段とを具備す
る構成としてある。

【００３５】上記のように構成した請求項１６にかかる
発明においては、変化量算出手段は、第一の周波数を含
む周波数帯域の音圧の時系列データと第一の周波数とは
異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧の時系列デ
ータとを取得し、近似式を作成する。そして、近似式か
ら第一、第二の音圧変化量を求める。したがって、求め
られた第一、第二の音圧変化量を用いて、推定手段は音
源の位置が上記所定方向かどうかを推定することが可能
である。ここで、得られた時系列データから近似式を作
成するのは様々可能である。例えば、時間に対する音圧
データを最小自乗法により近似の一次式を作成してもよ
いし、二次以上の回帰処理を行って二次以上の近似式を
作成してもよい。すると、近似式の傾き成分から音圧の
変化量を算出することが可能である。

【００３６】このように音源の位置を推定する際の手法
は、必ずしも実体のある装置に限られる必要もなく、そ
の一例として、請求項１７にかかる発明は、音源から発
せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音
圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に
含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変
化手段とを備え、上記音圧検出手段にて検出された音圧
を均し、均した音圧から上記第一の周波数の音圧変化の
影響度合いを求め、この影響度合いと上記音圧変化手段
の位置関係から上記音源の位置を推定する構成としてあ
る。すなわち、必ずしも実体のある装置に限らず、その
方法としても有効であり、請求項２〜請求項１６に記載
された装置構成を当該方法に対応させることが可能であ
ることは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、音圧検出
手段を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが
可能な音源位置推定装置を提供することができる。ま
た、請求項２にかかる発明によれば、音圧検出手段にマ
イクロフォンを用いても同様の効果が得られるので、簡
易な構成で音源の位置を推定することが可能となる。さ
らに、請求項３にかかる発明によれば、音源位置推定手
段の一例を提供することができる。さらに、請求項４に
かかる発明によれば、より確実に音源の位置を推定する
ことが可能となる。

【００３８】さらに、請求項５にかかる発明によれば、
簡易な構成で第一、第二の音圧均し量を求めて音源の位
置を推定することが可能となる。さらに、請求項６にか
かる発明によれば、音圧均し手段の一例を提供すること
ができる。さらに、請求項７にかかる発明によれば、よ
り確実に音源の位置を推定することが可能となる。

【００３９】さらに、請求項８にかかる発明によれば、
簡易な構成で上記所定方向からの第一の周波数の音波と
上記別の所定方向からの第二の周波数の音波とを共振に
より増幅させることにより音源の位置を推定することが
可能となる。さらに、請求項９にかかる発明によれば、
第一、第二の共鳴体の簡易な構成例を提供することがで
きる。さらに、請求項１０にかかる発明によれば、上記
所定方向からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向
からの第二の周波数の音波とを共振により増幅させる別
の具体例を提供することができる。

【００４０】さらに、請求項１１、請求項１２にかかる
発明によれば、音圧変化手段に共鳴体や反射体を利用し
たときの推定手段の具体例を提供することができる。さ
らに、請求項１３にかかる発明によれば、上記所定方向
からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向からの第
二の周波数の音波とを減少させることにより音源の位置
を推定することが可能となる。さらに、請求項１４にか
かる発明によれば、音圧変化手段に吸音材を利用したと
きの推定手段の具体例を提供することができる。

【００４１】さらに、請求項１５にかかる発明によれ
ば、音圧の変化量を用いて音源の位置を推定することが
可能となる。さらに、請求項１６にかかる発明によれ
ば、音圧変化量演算手段の一例を提供することができ
る。さらに、請求項１７にかかる発明によれば、マイク
ロフォンにような音圧検出手段を複数用いる必要なく音
源の位置を推定することが可能な音源位置推定方法を提
供することができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の第一の実施形態
にかかる音源位置推定装置の概略構成を示している。な
お、本実施形態は、人間の話声が発せられた位置を推定
するものである。同図において、本発明にいう音圧検出
手段であるマイクロフォン１０には、静電容量の変化を
電圧として検出するエレクトレッロマイクロフォンを使
用している。マイクロフォン１０の内部には、図１の上
側を前側、下側を後側とした場合に、前面に設けられた
入力部１１の内側に薄膜状の振動板１２が備えられてい
る。そして、音圧により振動板１２が振動するときに生
じる静電容量の変化を電圧（音圧信号）として外部に出
力するようになっている。

【００４３】マイクロフォン１０から出力された音圧信
号は、本発明にいうデジタル変換手段であるＡ／Ｄコン
バータ２１を内蔵するマイコン２０に入力される。マイ
コン２０は、ＣＰＵ２２やＲＯＭ２３やＲＡＭ２４やタ
イマ２５も内蔵しており、ＲＯＭ２３に記憶されている
所定のプログラムにしたがってＡ／Ｄコンバータ２１に
入力された音圧信号をデジタルの音圧データとして取り
込み、音源の位置を推定する処理を行う。より具体的に
は、図２と図３に示すフローチャートにしたがって、Ａ
／Ｄコンバータ２１からの音圧データをＦＦＴ（Ｆａｓ
ｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を用い
て一定の周波数帯域別にデータに変換するＦＦＴ処理
や、変換されたデータを所定時間、定期的に取得し、得
られたそれぞれの時系列データを加算することにより均
して後述する音圧均し量を求める加算処理や、この音圧
均し量から音源の位置を推定する推定処理を行う。な
お、図２と図３のフローは後で詳述する。また、位置推
定の結果を外部の表示回路３０に出力する処理も行って
いる。表示回路３０は、液晶パネルを備え、マイコン２
０からの指令を受けて、「左」、「右」、「その他」の
表示を行うことができるようになっている。

【００４４】なお、音圧均し量は、周波数帯域別の音圧
を均したものであればよい。そこで、マイクロフォン１
０の出力からバンドパスフィルタ等の帯域フィルタ回路
により周波数帯域別の音圧信号を作りだし、この音圧信
号を平均化回路に入力して周波数帯域別に均された音圧
を作成したうえで、Ａ／Ｄコンバータ２１を介して周波
数帯域別の音圧均し量を取得してもよい。この場合、マ
イコン２０が行うＦＦＴ処理や加算処理は不要となる。

【００４５】マイクロフォン１０の入力部１１の前方左
側には、両端の開口部を所定の左前から右後方向に向け
た本発明にいう第一の共鳴体である共鳴管４１が略水平
に設けられている。また、入力部１１の前方右側には、
両端の開口部を所定の右前から左後方向に向けた本発明
にいう第二の共鳴体である共鳴管４２が略水平に設けら
れている。空気中の音波は進行方向に疎密な状態となっ
た縦波であるので、共鳴管４１，４２は開口部方向から
の特定の周波数の音波を共振させる。共鳴管４１，４２
は両端開口であるので、共鳴管の長さをＬ（ｍ）、音速
をｃ（ｍ／ｓ）とすると、共振周波数の基本周波数はｃ
／２Ｌ（Ｈｚ）となる。なお、基本周波数ｃ／２Ｌの整
数倍も共振周波数となるが、音波の共振度合いは基本周
波数よりも小さくなる。

【００４６】共鳴管４１は、１７．０ｃｍ（０．１７０
ｍ）の長さとされている。室温の場合、音速は約３４０
ｍ／ｓであるので、共鳴管４１の共振周波数の基本周波
数は、ほぼ、３４０／（２＊０．１７０）＝１０００
（Ｈｚ）となる。そして、共鳴管４１は両端の開口部を
左前から右後方向に向けているので、左前方からの周波
数約１０００Ｈｚの音波を主に共振させて増幅させる。
一方、共鳴管４２の長さは１０．０ｃｍとされ、共振周
波数の基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．１０
０）＝１７００（Ｈｚ）となる。そして、共鳴管４２は
両端の開口部を右前から左後方向に向けているので、右
前方からの周波数約１７００Ｈｚの音波を主に共振させ
て増幅させる。すなわち、マイクロフォン１０の入力部
１１に設けられて左前方からの第一の周波数である周波
数約１０００Ｈｚの音波を共振させる共鳴管４１は本発
明にいう音圧変化手段を構成し、同入力部１１に設けら
れて右前方からの第二の周波数である周波数約１７００
Ｈｚの音波を共振させる共鳴管４２は本発明にいう第二
音圧変化手段を構成している。

【００４７】ところで、人間の話声の周波数分布は、図
４に示すように、細かく変動している。しかし、音圧を
均すと、図５に示すように、音圧全体の大小はあるもの
の変動する周波数分布は均され、一定形状となる。成人
の話声の場合、周波数分布は性別に関わらず４００Ｈｚ
近傍でピークを有している。ここで、音源からの音波の
うち特定の周波数の成分を共振させて増幅させると、周
波数分布はその特定の周波数でピークを有する。例え
ば、音源が左前方にある場合、共鳴管４１は周波数約１
０００Ｈｚの音波を共振させて増幅させるので、図６に
示すように、周波数約１０００Ｈｚのみにピークが生じ
た周波数分布となる。一方、音源が右前方にある場合、
今度は共鳴管４２が周波数約１７００Ｈｚの音波を共振
させて増幅させるので、図７に示すように、周波数約１
７００Ｈｚのみにピークが生じた周波数分布となる。な
お、音源が正面や背面にある場合、厳密には若干の回折
現象が起こるものの共鳴管４１，４２にほとんど共振は
生じないので、図５に示した周波数分布となる。

【００４８】そこで、周波数約１０００Ｈｚを含む周波
数帯域の音圧を均して本発明にいう第一の音圧均し量を
求め、周波数約１７００Ｈｚを含む周波数帯域の音圧を
均して本発明にいう第二の音圧均し量を求め、音圧全体
の大小に影響されないように第一の音圧均し量と第二の
音圧均し量との割合を算出すると、周波数約１０００Ｈ
ｚの音圧変化の影響度合いと周波数約１７００Ｈｚの音
圧変化の影響度合いを知ることができる。

【００４９】例えば、周波数約１０００Ｈｚの音圧変化
の影響度合いＩ１を、第二の音圧均し量に対する第一の
音圧均し量の割合、すなわち、式Ｉ１＝（第一の音圧均
し量）／（第二の音圧均し量）で求められる値とする。
音源がマイクロフォン１０に対し左前方にある場合、周
波数分布のピークは周波数約１０００Ｈｚのみなので、
第一の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合と比較
して大きくなっている。ここで、共鳴管４１，４２がな
い場合の音源からの音圧（単位：１０のマイナス４乗Ｐ
ａ）が図８の最上欄に示す値となっている場合、第一の
音圧均し量は、５から１５に増加している。一方、第二
の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じ
である。すると、影響度合いＩ１は、共鳴管４１，４２
がない場合と比較して大きくなる。図８の例では、共鳴
管４１，４２がない場合、影響度合いＩ１は５／３＝
１．６７となり、共鳴管４１，４２がある場合、図９に
示すように影響度合いＩ１は１５／３＝５となる。

【００５０】音源がマイクロフォン１０に対し右前方に
ある場合、周波数分布のピークは周波数約１７００Ｈｚ
のみなので、第一の音圧均し量は共鳴管４１，４２がな
い場合とほぼ同じである。一方、第二の音圧均し量は共
鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなってい
る。この場合、影響度合いＩ１は、共鳴管４１，４２が
ない場合と比較して小さくなる。図８の例では、共鳴管
４１，４２がない場合の影響度合い１．６７に対し、共
鳴管４１，４２がある場合、影響度合いＩ１は５／９＝
０．５６となる。音源がマイクロフォン１０に対し正面
や背面にある場合、周波数約１０００Ｈｚや約１７００
Ｈｚにピークが生じないので、第一、第二の音圧均し量
は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである。この
場合は、影響度合いＩ１は、共鳴管４１，４２がない場
合の１．６７とほぼ同じである。

【００５１】すなわち、影響度合いＩ１が大きくなるほ
ど、音源は左前方にある可能性が大きくなる。したがっ
て、影響度合いＩ１が所定割合よりも大きくなるとき
（または所定割合以上となるとき）、音源位置は「左前
方」であると推定するようにすればよい。例えば、所定
割合を２．５とすると、影響度合いＩ１＝５となる音源
が左前方にあるときのみ音源位置は「左前方」であると
推定される。なお、音源の音の強さが異なったり、音源
の位置が異なったりすると、周波数分布が図５〜図７の
形状のまま音圧は変化する。例えば、図８の状態を基準
として音源の音の強さが１００倍となると、音圧はその
１／２乗の１０倍となるので、周波数帯域別の音圧は図
１０に示す値となる。すなわち、各周波数帯域の音圧が
すべて１０倍となっている。したがって、第一の音圧均
し量に対する第二の音圧均し量の割合である影響度合い
Ｉ１は図８の場合と全く同じ値となる。

【００５２】また、周波数約１７００Ｈｚの音圧変化の
影響度合いＩ２を、第一の音圧均し量に対する第二の音
圧均し量の割合、すなわち、式Ｉ２＝（第二の音圧均し
量）／（第一の音圧均し量）で求められる値とする。音
源がマイクロフォン１０に対し右前方にある場合、第二
の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合と比較して
大きくなっている一方で、第一の音圧均し量は共鳴管４
１，４２がない場合とほぼ同じである。すると、影響度
合いＩ２は、共鳴管４１，４２がない場合と比較して大
きくなる（図８の例では、共鳴管４１，４２がない場合
Ｉ２＝０．６、共鳴管４１，４２がある場合Ｉ２＝１．
８）。

【００５３】音源がマイクロフォン１０に対し左前方に
ある場合、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない
場合とほぼ同じである一方で、第一の音圧均し量は共鳴
管４１，４２がない場合と比較して大きくなっている。
この場合、影響度合いＩ２は、共鳴管４１，４２がない
場合と比較して小さくなる（図８の例では、共鳴管４
１，４２がない場合の影響度合い０．６に対し、共鳴管
４１，４２がある場合Ｉ２＝０．２）。音源がマイクロ
フォン１０に対し正面や背面にある場合、第一、第二の
音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じで
あるので、影響度合いＩ２は、共鳴管４１，４２がない
場合とほぼ同じである。

【００５４】すなわち、影響度合いＩ２が大きくなるほ
ど、音源は右前方にある可能性が大きくなる。したがっ
て、影響度合いＩ２が上記所定割合とは別の所定割合よ
りも大きくなるとき（または別の所定割合以上となると
き）、音源位置は「右前方」であると推定するようにす
ればよい。例えば、この別の所定割合を１．０とする
と、影響度合いＩ２＝１．８となる音源が右前方にある
ときのみ音源位置は「左前方」であると推定される。

【００５５】なお、影響度合いＩ１，Ｉ２が共鳴管４
１，４２のない場合とほぼ同じとき、上述の考えでは
「左前方」や「右前方」と推定されない。したがって、
影響度合いＩ１が所定割合よりも大きくなく、かつ、影
響度合いＩ２が別の所定割合よりも大きくないとき、音
源位置は「その他」であると推定するようにすればよ
い。

【００５６】以下、上述の考えに基づいて、入力部１１
に共鳴管４１，４２が設けられたマイクロフォン１０に
て検出された音圧から音源の位置を推定するマイコン２
０の処理を図２と図３で示したフローチャートに基づい
て説明する。図２において、マイクロフォン１０から入
力される音圧信号は、所定時間、定期的にデジタルの音
圧データとして読み込む構成となっている。まず、タイ
マ２５の時刻設定や周波数帯域別に音圧データを加算す
る変数の初期化等の初期設定を行い（ステップＳ１０
５）、音圧データを読み込む定期の時間となったかどう
かを判断する（ステップＳ１１０）。なお、ステップＳ
１１０の代わりに、マイコン２０のタイマ割り込み機能
を利用してタイマ割り込み時にステップＳ１１５以下の
処理を行う構成としてもよい。読み込み時間でなけれ
ば、読み込み時間となるまでステップＳ１１０の処理を
繰り返し行う。

【００５７】読み込み時間となると、Ａ／Ｄコンバータ
２１からデジタルの音圧データを読み込んでいく（ステ
ップＳ１１５）。読み込む音圧データは全周波数帯域の
データであるので、この音圧データにＦＦＴ処理を行っ
て、共鳴管４１の共振周波数の基本周波数を含む周波数
帯域の音圧データと共鳴管４２の共振周波数の基本周波
数を含む周波数帯域の音圧データとを取得する（ステッ
プＳ１２０）。例えば、ＦＦＴ処理の際にそれぞれの基
本周波数のプラスマイナス５０Ｈｚの周波数帯域の音圧
データを取得する場合には、９５０〜１０５０Ｈｚの周
波数帯域と１６５０〜１７５０Ｈｚの周波数帯域とのデ
ータを取得する。なお、温度が上がるにつれ音速は大き
くなり、共鳴管４１の共振周波数も大きくなる。そこ
で、予めマイコン２０のＡ／Ｄコンバータ２１に温度セ
ンサを接続しておき、この温度センサからデジタルの温
度データを読み込んで取得する音圧データの周波数帯域
を補正する構成としてもよい。

【００５８】取得した音圧データは、周波数帯域別に加
算する（ステップＳ１２５）。上述の例では、９５０〜
１０５０Ｈｚの周波数帯域用の変数と１６５０〜１７５
０Ｈｚの周波数帯域用の変数とにそれぞれ取得した音圧
データを加算することになる。そして、所定時間が経過
したかどうかを判断する（ステップＳ１３０）。所定時
間が経過していない場合は、再びステップＳ１１０〜Ｓ
１３０の処理を行う。

【００５９】所定時間が経過した場合は、周波数帯域別
に音圧データが所定時間、定期的に取得され、得られる
時系列データが加算されたことになる。そこで、周波数
帯域別に加算された音圧データを音圧均し量とする（ス
テップＳ１３５）。上述の例では、９５０〜１０５０Ｈ
ｚの周波数帯域用の変数に記憶された音圧データを第一
の音圧均し量とし、１６５０〜１７５０Ｈｚの周波数帯
域用の変数に記憶された音圧データを第二の音圧均し量
とする。なお、第一、第二の音圧均し量は、それぞれの
周波数帯域の音圧データを均したものであればよいの
で、周波数帯域別に加算された音圧データをそれぞれ加
算回数で除して平均値としたうえで第一、第二の音圧均
し量としてもよい。

【００６０】このように、音圧データから第一の周波数
を含む周波数帯域のデータと第二の周波数を含む周波数
帯域のデータとを所定時間、定期的に取得し、得られる
それぞれの時系列データを加算して第一、第二の音圧均
し量を求めるステップＳ１０５〜Ｓ１３５の処理は、本
発明にいう加算手段を構成している。また、第一の周波
数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとと
もに加算して第一の音圧均し量を求め、第二の周波数を
含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するととも
に加算して第二の音圧均し量を求めるという意味で、本
発明にいう音圧均し手段が構成されている。

【００６１】第一、第二の音圧均し量が求まると、これ
らの第一、第二の音圧均し量に基づいて音源の位置を推
定する処理を行い（ステップＳ１４０）、本フローを終
了する。この推定処理の概略を、図３のフローチャート
に示している。同図において、まず、上述した影響度合
いＩ１を、式Ｉ１＝（第一の音圧均し量）／（第二の音
圧均し量）から求める（ステップＳ２０５）。そして、
影響度合いＩ１が所定割合よりも大きいかどうかを判断
する（ステップＳ２１０）。上述のように所定割合を
２．５とすると、音源が左前方にある場合、図９で示し
たように影響度合いＩ１は５であるので、条件が成立す
る。この場合、音源位置を「左前方」と推定し（ステッ
プＳ２１５）、表示回路３０に「左」を表示させ（ステ
ップＳ２４０）、本フローを終了する。

【００６２】一方、音源が右前方や正面にある場合、影
響度合いＩ１はそれぞれ０．５６、１．６７であるの
で、ステップＳ２１０の条件は成立せず、ステップＳ２
２０に進んで、影響度合いＩ２を、式Ｉ２＝（第二の音
圧均し量）／（第一の音圧均し量）から求める。そし
て、影響度合いＩ２が上記別の所定割合よりも大きいか
どうかを判断する（ステップＳ２２５）。上述のように
別の所定割合を１．０とすると、音源が右前方にある場
合、図９で示したように影響度合いＩ２は１．８である
ので、条件が成立する。この場合、音源位置を「右前
方」と推定し（ステップＳ２３０）、表示回路３０に
「右」を表示させ（ステップＳ２４０）、本フローを終
了する。

【００６３】音源が正面または背面にある場合、影響度
合いＩ２は０．６であるので、ステップＳ２２５でも条
件が成立しない。この場合、音源位置を「その他」を推
定し（ステップＳ２３５）、表示回路３０に「その他」
を表示させ（ステップＳ２４０）、本フローを終了す
る。実際には、音源が共鳴管４１，４２の開口部方向か
ら少しずれていたり、正面から左や右に少しずれていた
りすることがある。その場合、影響度合いＩ１，Ｉ２は
図９に示した値とはならず、それらの間の数値となる。
すると、「左前方」や「右前方」と推定する音源位置の
範囲は、図１１に示すように、共鳴管４１，４２の開口
部方向から拡がりをもった範囲となる。すなわち、図３
のフローは、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との
割合を影響度合いとして、音源の位置が所定方向かどう
かを推定する本発明にいう推定手段を構成している。

【００６４】上述のように、図２と図３のフローにて、
人間の話声が発せられた位置を推定することができる。
したがって、従来のようにマイクロフォン１０を複数用
いる必要なく、音源の位置を推定することが可能であ
る。そして、マイクロフォン１０にて検出された音圧を
均し、均した音圧から第一の周波数の音圧変化の影響度
合いを求め、この影響度合いと共鳴管４１，４２の位置
関係から音源の位置を推定するマイコン２０の行う処理
は、本発明にいう音源位置推定手段を構成している。な
お、上述の実施形態では、人間の話声が発せられた位置
を推定しているが、音圧を均したときに一定の周波数分
布を示す音源であれば、音源の位置を推定することが可
能である。

【００６５】ところで、図３のフローでは、影響度合い
としてＩ１とＩ２の二種類の変数を設けたが、影響度合
いＩ２は影響度合いＩ１の逆数であるので、影響度合い
Ｉ２を求めず、影響度合いＩ１のみを使用する構成とし
てもよい。むろん、影響度合いＩ２のみを使用する構成
とすることも可能である。また、影響度合いＩ１，Ｉ２
を別の式から算出する構成としてもよい。図１２は、第
二の実施形態にかかる音源位置推定装置が行う推定処理
の概略をフローチャートにより示している。なお、本実
施形態では、第一、第二の音圧均し量の他に、４００Ｈ
ｚを中心周波数とする３５０〜４５０Ｈｚの周波数帯域
の音圧データを所定時間、定期的に加算した第三の音圧
均し量を用いている。すなわち、図８の例で示したよう
に、第三の音圧均し量は共鳴管４１，４２による音圧変
化の影響を受けない値となる。そこで、第三の音圧均し
量を影響度合いＩ１，Ｉ２の算出に利用している。

【００６６】図１２において、影響度合いＩ１を、式Ｉ
１＝（第一の音圧均し量）／（第三の音圧均し量）から
求める（ステップＳ３０５）。そして、影響度合いＩ１
が所定割合よりも大きいかどうかを判断する（ステップ
Ｓ３１０）。ここで、図８の例に示した音圧均し量か
ら、影響度合いＩ１は図１３に示す値となる。音源が左
前方にあるとき、影響度合いＩ１は、１５／６＝２．５
となる。音源が右前方や正面にあるとき、影響度合いＩ
１は、５／６＝０．８３となる。そこで、本実施形態で
は所定割合を１．５と設定している。音源が左前方にあ
る場合、図１３に示すように影響度合いＩ１は２．５で
あるので、条件が成立する。この場合、音源位置を「左
前方」と推定し（ステップＳ３１５）、表示回路３０に
「左」を表示させ（ステップＳ３４０）、本フローを終
了する。

【００６７】ステップＳ３１０で条件不成立の場合、影
響度合いＩ２を、式Ｉ２＝（第二の音圧均し量）／（第
三の音圧均し量）から求める（ステップＳ３２０）。そ
して、影響度合いＩ２が別の所定割合よりも大きいかど
うかを判断する（ステップＳ３２５）。ここで、音源が
右前方にあるとき、影響度合いＩ２は９／６＝１．５と
なり、音源が左前方や正面にあるとき、影響度合いＩ２
は３／６＝０．５となる。そこで、別の所定割合を１．
０と設定している。音源が右前方にある場合、図１３に
示すように影響度合いＩ２は１．５であるので、条件が
成立する。この場合、音源位置を「右前方」と推定し
（ステップＳ３３０）、表示回路３０に「右」を表示さ
せ（ステップＳ３４０）、本フローを終了する。

【００６８】ステップＳ３２５で条件不成立の場合、音
源位置を「その他」を推定し（ステップＳ３３５）、表
示回路３０に「その他」を表示させ（ステップＳ３４
０）、本フローを終了する。このように、図１２のフロ
ーによっても、人間の話声が発せられた位置を推定する
ことが可能である。

【００６９】なお、上述の第一、第二の実施形態では、
二種類の共鳴管４１，４２を用いて音源の位置が「左前
方」であるか「右前方」であるか「その他」であるかを
推定しているが、共鳴管の数を増やせば音源の位置をよ
りきめ細やかに推定することができる。一方、共鳴管を
一つしか用いなくても、音源の位置が「開口部方向」で
あるか「その他」であるかを推定することが可能であ
る。

【００７０】例えば、共鳴管４２を用いずに共鳴管４１
のみを使用する場合、第二の音圧均し量を１６５０〜１
７５０Ｈｚの周波数帯域の音圧データから求めてもよい
し、これ以外の周波数帯域の音圧データから求めてもよ
い。また、全周波数帯域の音圧データから求めてもよ
い。この場合、第二の音圧均し量には周波数１０００Ｈ
ｚの音圧変化の影響を受けることになるが、第一の音圧
均し量と比べて同音圧変化の影響は少ない。そこで、影
響度合いＩ１を、式Ｉ１＝（第一の音圧均し量）／（第
二の音圧均し量）から算出することができ、音源の位置
を推定することができる。なお、音源の位置を上述のよ
うに左前方か右前方かそれ以外かの二次元的な位置とし
て大雑把に推定するのも一例にすぎない。例えば、共鳴
管の一つの開口部方向を後方向とすると、後方向にある
音源を後方向を推定することができるので、３６０度す
べての方向の音源の位置を推定することが可能である。
また、共鳴管の一つの開口部方向を上方向や下方向とす
れば、上方向や下方向にある音源の位置を推定すること
ができるので、上下方向も含めて三次元的に音源の位置
を大雑把に推定することが可能である。以下の実施形態
においても同様のことが言えるが、第一、第二の実施形
態と同じく音源の位置が左前方か右前方かそれ以外かを
推定する装置を例に挙げて説明している。

【００７１】ところで、共鳴管４１，４２を用いなくて
も音源の位置を推定することは可能である。例えば、共
鳴管４１，４２の代わりに、共振周波数を有する弦、
棒、円形膜、円盤等を使用することが可能である。この
他、マイクロフォンの入力部との間で共振現象を引き起
こす部材を設けてもよい。図１４は、そのような部材を
用いた第三の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略
構成を示している。同図において、マイクロフォン１１
０には、電磁誘導を利用するダイナミックマイクロフォ
ンを使用している。マイクロフォン１１０の前面は、水
平断面において半円状の曲面とされた入力部１１１とな
っている。この入力部１１１の内側に、入力部１１１の
形状に合わせて曲面とされた振動板１１２が設けられて
いる。そして、音圧により振動板１２が振動するときに
生じる起電力を電圧（音圧信号）としてマイコン１２０
に出力するようになっている。

【００７２】マイクロフォン１１０の入力部１１１の左
側には、入力部１１１からの距離が８．５ｃｍとなるよ
うに曲面形状とされた本発明にいう第一の反射体である
反射板１４１が設けられている。また、入力部１１１の
右側には、入力部１１１からの距離が５．０ｃｍとなる
ように曲面形状とされた本発明にいう第二の反射体であ
る反射板１４２が設けられている。ここで、反射板１４
１，１４２は金属製であり、音波を効率よく反射させ
る。なお、左前方からの音波が反射板１４２で反射して
入力部１１１に入射したり右前方からの音波が反射板１
４１で反射して入力部１１１に入射したりしないよう
に、入力部１１１の正面に、左右を仕切るように前後方
向に配置された遮蔽板１４３も設けられている。

【００７３】ここで、左前方からの音波が入力部１１１
に入射する際、音波の一部は反射して反射板１４１に向
かって進む。そして、この音波は反射板１４１で反射し
て入力部１１１に向かって進む。すなわち、一部の音波
は、反射板１４１と入力部１１１との間で繰り返し反射
させられ、共振させられる。反射板１４１と入力部１１
１との間の距離は８．５ｃｍであるので、共振周波数の
基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．０８５）＝２
０００（Ｈｚ）となる。一方、右前方からの音波が入力
部１１１に入射する際、音波の一部は反射して反射板１
４２に向かって進む。上述と同様の作用で、一部の音波
は、反射板１４１と入力部１１１との間で繰り返し反射
させられ、共振させられる。反射板１４２と入力部１１
１との間の距離は５．０ｃｍであるので、共振周波数の
基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．０５０）＝３
４００（Ｈｚ）となる。すると、音源が左前方にある場
合、周波数約２０００Ｈｚのみにピークが生じた周波数
分布となる。一方、音源が右前方にある場合、周波数約
３４００Ｈｚのみにピークが生じた周波数分布となる。
したがって、図２と図３のフローを利用して音源の位置
を推定することが可能である。

【００７４】さらに、特定の周波数の音波を共振させて
増幅させなくても、音源の位置を推定することは可能で
ある。図１５は、第四の実施形態にかかる音源位置推定
装置の概略構成を示している。同図において、マイクロ
フォン２１０は、図１と同様のエレクトレッロマイクロ
フォンを使用している。マイクロフォン２１０の入力部
２１１の前方左側には、本発明にいう第一の吸音材２４
１が略水平に設けられている。また、入力部２１１の前
方右側には、本発明にいう第二の吸音材２４２が略水平
に設けられている。なお、第一の吸音材２４１は、所定
方向からの音波のうち周波数約１０００Ｈｚの成分を中
心として選択的に吸収するように空隙を形成された多孔
質樹脂である。一方、第二の吸音材２４２は、別の所定
方向からの音波のうち周波数約１７００Ｈｚの成分を中
心として選択的に吸収するように空隙を形成された多孔
質樹脂である。

【００７５】ここで、音波が左前方から来ると、周波数
約１０００Ｈｚを中心とした成分が第一の吸音材２４１
にて吸収される。すなわち、図１６に示すように、左前
方からの音波は周波数約１０００Ｈｚを中心とした成分
が少なくなって入力部２１１に入射する。一方、音波が
右前方から来ると、周波数約１７００Ｈｚを中心とした
成分が第二の吸音材２４２にて吸収される。すなわち、
右前方からの音波は周波数約１７００Ｈｚを中心とした
成分が少なくなって入力部２１１に入射する。

【００７６】そこで、周波数約１０００Ｈｚを含む周波
数帯域の音圧を均して第一の音圧均し量を求め、周波数
約１７００Ｈｚを含む周波数帯域の音圧を均して第二の
音圧均し量を求めると、周波数約１０００Ｈｚの音圧変
化の影響度合いＩ１と周波数約１７００Ｈｚの音圧変化
の影響度合いＩ２を知ることができる。その際、影響度
合いＩ１，Ｉ２は第一の実施形態とは逆の傾向を示す。
すなわち、音源が左前方にある場合は影響度合いＩ１は
小さい値となり、音源が右前方にある場合には影響度合
いＩ２が小さい値となる。この場合の推定処理は、図３
に示したフローのうち、ステップＳ２１０、Ｓ２２５を
修正することにより行うことができる。ステップＳ２１
０では所定割合よりも小さいかどうかを判断すればよ
く、ステップＳ２２５では別の所定割合よりも小さいか
どうかを判断すればよい。すると、音源の位置を推定す
ることが可能である。

【００７７】ところで、マイクロフォン１０にて検出し
た音圧を均す際、音圧の変化を求めるように均してもよ
い。音源位置推定装置を図１のように構成すると、周波
数約１０００Ｈｚの成分の音波は、音源が左前方にある
ときのみ共鳴管４１にて共振させられて増幅させられ
る。音波が発せられてから周波数約１０００Ｈｚの音圧
の立ち上がりをみた場合、このときの音圧の変化は、均
されると、図１７に示すように音源が左前方にあるとき
には右前方や正面にあるときと比べて大きくなってい
る。また、周波数約１７００Ｈｚの成分の音波は、音源
が右前方にあるときのみ共鳴管４２にて共振させられて
増幅させられるので、均された周波数約１７００Ｈｚの
音圧の変化は、音源が右前方にあるときには左前方や正
面にあるときと比べて大きくなっている。そこで、音圧
の均された変化を検出すれば、音源の位置を推定するこ
とが可能である。

【００７８】図１８は、第五の実施形態にかかる音源位
置推定装置が行う処理の概略をフローチャートにより示
している。なお、概略構成は図１と同様である。また、
本フローは、周波数帯域別の音圧の時系列データから時
間に対する音圧データの近似式から音圧の変化を求める
ようにしている。図１８において、まず、タイマ２５の
時刻設定や周波数帯域別に音圧データを取得する変数の
初期化等の初期設定を行い（ステップＳ４０５）、音圧
データを読み込む定期の時間となったかどうかを判断す
る（ステップＳ４１０）。読み込み時間でなければ、読
み込み時間となるまでステップＳ１１０の処理を繰り返
し行う。読み込み時間となると、本発明にいうデジタル
変換手段であるＡ／Ｄコンバータ２１からデジタルの音
圧データを読み込んでいき（ステップＳ４１５）、この
音圧データにＦＦＴ処理を行って、共鳴管４１の共振周
波数の基本周波数約１０００Ｈｚを含む周波数帯域９５
０〜１０５０Ｈｚの音圧データと共鳴管４２の共振周波
数の基本周波数約１７００Ｈｚを含む周波数帯域１６５
０〜１７５０Ｈｚの音圧データとを取得する（ステップ
Ｓ４２０）。

【００７９】そして、近似式を求めるために必要な所定
データ数取得したかどうかを判断する（ステップＳ４２
５）。所定データ数を取得していなければ、再びステッ
プＳ４１０〜Ｓ４２５の処理を行う。所定データ数を取
得した場合は、周波数帯域別に近似式を求める（ステッ
プＳ４３０）。本実施形態では、最小自乗法により、時
間の一次式を求めている。この一次式の時間項の係数は
傾き成分であるので、この係数を周波数帯域別の第一、
第二の音圧変化量とする（ステップＳ４３５）。すなわ
ち、デジタルの音圧データから第一、第二の周波数を含
む周波数帯域のデータを取得し、得られたそれぞれの時
系列データから近似式を作成して第一、第二の音圧変化
量を求めるステップＳ４０５〜Ｓ４３５の処理は、本発
明にいう変化量算出手段を構成している。また、Ａ／Ｄ
コンバータ２１にてマイクロフォン１０からの音圧信号
をデジタルの音圧データに変換しするとともにステップ
Ｓ４０５〜Ｓ４３５の処理を行うマイコン２０は、本発
明にいう音圧変化量演算手段を構成している。

【００８０】そして、第一、第二の音圧変化量に基づい
て音源の位置を推定する処理を行う（ステップＳ４４
０）。音源位置を推定した後は、終了条件が成立してい
なければ、さらにステップＳ４１０〜Ｓ４４０の処理を
行い、音圧の時系列データを蓄積して音源位置の推定処
理を継続する（ステップＳ４４５）。終了条件が成立し
た場合は、本フローを終了する。ここで、終了条件は、
所定時間経過したかどうかの条件であってもよいし、装
置に取り付けられた終了ボタンが押されたがどうかの条
件であってもよい。

【００８１】ステップＳ４４０の推定処理は、図３に示
したフローのうち、ステップＳ２０５、Ｓ２２０を修正
することにより行うことができる。ステップＳ２０５で
は影響度合いＩ１を式Ｉ１＝（第一の音圧変化量）／
（第二の音圧変化量）から求めればよく、ステップＳ２
２０では影響度合いＩ２を式Ｉ２＝（第二の音圧変化
量）／（第一の音圧変化量）から求めればよい。また、
所定割合、別の所定割合は、実施場所に応じて適宜決定
すればよい。すると、音源が左前方にある場合に影響度
合いＩ１は大きい値となり、音源が右前方にある場合に
影響度合いＩ２が大きい値となる。すなわち、この推定
処理は、本発明にいう別の意味での推定手段を構成して
いる。このように、周波数帯域別に均された音圧変化を
用いて音源の位置を推定することが可能である。

【００８２】以上説明したように、本実施形態の音源位
置推定装置は、マイクロフォンにて検出された音圧を均
し、均した音圧から共鳴管等の音圧変化手段による特定
の周波数の音圧変化の影響度合いを求め、この影響度合
いと同音圧変化手段の位置関係から音源の位置を推定す
る。したがって、マイクロフォンのような音圧検出手段
を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが可能
な音源位置推定装置および音源位置推定方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態にかかる音源位置推定
装置の概略構成を示す構成図である。

【図２】第一の実施形態にかかる音源位置推定装置が行
う処理の概略を示すフローチャートである。

【図３】第一、第二の音圧均し量に基づいて音源の位置
を推定する処理の概略を示すフローチャートである。

【図４】人間の話声の周波数分布の変化を示す図であ
る。

【図５】音圧を均したときの人間の話声の周波数分布を
示す図である。

【図６】音源が左前方にある場合に音圧を均したときの
人間の話声の周波数分布を示す図である。

【図７】音源が右前方にある場合に音圧を均したときの
人間の話声の周波数分布を示す図である。

【図８】音源の位置に対する周波数帯域別の音圧の関係
の例を示す表形式の図である。

【図９】音源の位置に対する影響度合いの関係を示す表
形式の図である。

【図１０】音源の位置に対する周波数帯域別の音圧の関
係の別の例を示す表形式の図である。

【図１１】音源位置の範囲を示す模式図である。

【図１２】第二の実施形態にかかる音源位置推定装置が
行う推定処理の概略を示すフローチャートである。

【図１３】音源の位置に対する影響度合いの関係を示す
表形式の図である。

【図１４】第三の実施形態にかかる音源位置推定装置の
概略構成を示す構成図である。

【図１５】第四の実施形態にかかる音源位置推定装置の
概略構成を示す構成図である。

【図１６】音源が左前方にある場合に音圧を均したとき
の人間の話声の周波数分布を示す図である。

【図１７】音波が発せられてからの立ち上がりを均した
ときの音圧の時間変化を示す図である。

【図１８】第五の実施形態にかかる音源位置推定装置が
行う処理の概略を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…マイクロフォン １１…入力部 １２…振動板 ２０…マイコン ２１…Ａ／Ｄコンバータ ２２…ＣＰＵ ２３…ＲＯＭ ２４…ＲＡＭ ２５…タイマ ３０…表示回路 ４１，４２…共鳴管 １１０…マイクロフォン １１１…入力部 １１２…振動板 １２０…マイコン １４１，１４２…反射板 １４３…遮蔽板 ２１０…マイクロフォン ２１１…入力部 ２４１，２４２…吸音材

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音源から発せられた音波の音圧を検出す
   る音圧検出手段と、 この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの
   音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる
   音圧変化手段と、 上記音圧検出手段にて検出された音圧を均し、均した音
   圧から上記第一の周波数の音圧変化の影響度合いを求
   め、この影響度合いと上記音圧変化手段の位置関係から
   上記音源の位置を推定する音源位置推定手段とを具備す
   ることを特徴とする音源位置推定装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載の音源位置推定装置
   において、 上記音圧検出手段は、マイクロフォンであることを特徴
   とする音源位置推定装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２のいずれか
   に記載の音源位置推定装置において、 上記音源位置推定手段は、 上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周
   波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得すると
   ともに均す処理を行って第一の音圧均し量を求め、同音
   圧から別途音圧信号を同所定時間取得するとともに均す
   処理を行って第二の音圧均し量を求める音圧均し手段
   と、 上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合
   を上記影響度合いとして、上記音源の位置が上記所定方
   向かどうかを推定する推定手段とを具備することを特徴
   とする音源位置推定装置。
4. 【請求項４】 上記請求項３に記載の音源位置推定装置
   において、 上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された
   音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含
   む周波数帯域の音圧信号を上記所定時間取得するととも
   に均す処理を行って上記第二の音圧均し量を求めること
   を特徴とする音源位置推定装置。
5. 【請求項５】 上記請求項３または請求項４のいずれか
   に記載の音源位置推定装置において、 上記音圧均し手段は、上記第一の周波数を含む周波数帯
   域の音圧信号を所定時間取得するとともに加算して上記
   第一の音圧均し量を求め、上記第二の周波数を含む周波
   数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに加算し
   て上記第二の音圧均し量を求めることを特徴とする音源
   位置推定装置。
6. 【請求項６】 上記請求項５に記載の音源位置推定装置
   において、 上記音圧均し手段は、 上記音圧検出手段にて検出された音圧をデジタルの音圧
   データに変換するデジタル変換手段と、 上記音圧データから上記第一の周波数を含む周波数帯域
   のデータと上記第二の周波数を含む周波数帯域のデータ
   とを所定時間、定期的に取得し、得られるそれぞれの時
   系列データを加算して上記第一および第二の音圧均し量
   を求める加算手段とを具備することを特徴とする音源位
   置推定装置。
7. 【請求項７】 上記請求項３〜請求項６のいずれかに記
   載の音源位置推定装置において、 上記音圧変化手段とは別の所定方向からの音波に含まれ
   る上記第二の周波数の音圧を変化させる第二音圧変化手
   段が設けられていることを特徴とする音源位置推定装
   置。
8. 【請求項８】 上記請求項７に記載の音源位置推定装置
   において、 上記音圧変化手段は、上記所定方向からの上記第一の周
   波数の音波を共振させる第一の共鳴体を備え、 上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向からの上記
   第二の周波数を共振させる第二の共鳴体を備えることを
   特徴とする音源位置推定装置。
9. 【請求項９】 上記請求項８に記載の音源位置推定装置
   において、 上記第一の共鳴体と上記第二の共鳴体とは、異なる長さ
   の共鳴管で形成されていることを特徴とする音源位置推
   定装置。
10. 【請求項１０】 上記請求項７に記載の音源位置推定装
    置において、 上記音圧変化手段は、上記音波を反射させるとともに、
    上記音圧検出手段の入力部との間で上記所定方向からの
    上記第一の周波数の音波を共振させる位置とされた第一
    の反射体を備え、 上記第二音圧変化手段は、上記音波を反射させるととも
    に、上記入力部との間で上記別の所定方向からの上記第
    二の周波数の音波を共振させる位置とされた第二の反射
    体を備えることを特徴とする音源位置推定装置。
11. 【請求項１１】 上記請求項８〜請求項１０のいずれか
    に記載の音源位置推定装置において、 上記推定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第
    一の音圧均し量の割合が所定割合よりも大きいときに上
    記所定方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し
    量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合
    よりも大きいときに上記別の所定方向を音源の位置と推
    定することを特徴とする音源位置推定装置。
12. 【請求項１２】 上記請求項８〜請求項１０のいずれか
    に記載の音源位置推定装置において、 上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された
    音圧から上記第一および第二の周波数とは異なる第三の
    周波数を含む周波数帯域の音圧データを上記所定時間取
    得するとともに均す処理を行って第三の音圧均し量を求
    め、 上記推定手段は、上記第三の音圧均し量に対する上記第
    一の音圧均し量の割合が所定割合よりも大きいときに上
    記所定方向を音源の位置と推定し、上記第三の音圧均し
    量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合
    よりも大きいときに上記別の所定方向を音源の位置と推
    定することを特徴とする音源位置推定装置。
13. 【請求項１３】 上記請求項７に記載の音源位置推定装
    置において、 上記音圧変化手段は、上記所定方向からの上記第一の周
    波数の音波を吸収する第一の吸音材を備え、 上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向からの上記
    第二の周波数の音波を吸収する第二の吸音材を備えるこ
    とを特徴とする音源位置推定装置。
14. 【請求項１４】 上記請求項１３に記載の音源位置推定
    装置において、 上記推定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第
    一の音圧均し量の割合が所定割合よりも小さいときに上
    記所定方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し
    量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合
    よりも小さいときに上記別の所定方向を音源の位置と推
    定することを特徴とする音源位置推定装置。
15. 【請求項１５】 上記請求項１または請求項２のいずれ
    かに記載の音源位置推定装置において、 上記音源位置推定手段は、 上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周
    波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均
    しながら時間当たりの変化量である第一の音圧変化量を
    求め、同音圧から別途音圧信号を取得するとともに均し
    ながら時間当たりの変化量である第二の音圧変化量を求
    める音圧変化量演算手段と、 上記第一の音圧変化量と上記第二の音圧変化量との割合
    を上記影響度合いとして、上記音源の位置が上記所定方
    向かどうかを推定する推定手段とを具備することを特徴
    とする音源位置推定装置。
16. 【請求項１６】 上記請求項１５に記載の音源位置推定
    装置において、 上記音圧変化量演算手段は、 上記音圧検出手段にて検出された音圧を所定の周波数帯
    域毎にデジタルの音圧データに変換するデジタル変換手
    段と、 上記音圧データから上記第一の周波数を含む周波数帯域
    のデータと上記第二の周波数を含む周波数帯域のデータ
    とを取得し、得られたそれぞれの時系列データから近似
    式を作成して上記第一および第二の音圧変化量を求める
    変化量算出手段とを具備することを特徴とする音源位置
    推定装置。
17. 【請求項１７】 音源から発せられた音波の音圧を検出
    する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設け
    られて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波
    数の音圧を変化させる音圧変化手段とを備え、上記音圧
    検出手段にて検出された音圧を均し、均した音圧から上
    記第一の周波数の音圧変化の影響度合いを求め、この影
    響度合いと上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の
    位置を推定することを特徴とする音源位置推定方法。