JP2010505153A - 空間を監視するための方法及びその方法を実行するための装置 - Google Patents

Abstract

空間を測量するための本発明による方法は、空間の音響特性が決定され、空間の音響特性の変更が検出され、変更が設定基準と比較され、及び設定基準が満たされる時、アクションが引起されることで特徴付けられる。空間の伝達関数が、適応型プロセスを用いて音響特性として推定される。変更が、推定された伝達関数の変更に相当する。エラー信号が、実際の出力信号と推定された出力信号とから生成され、推定された伝達関数の変更は、エラー信号の結果として実行される。空間の音響特性が継続的に決定される。

Description

本発明は、請求項１の序文に従う、空間を測量するための方法、その方法の使用、その方法を実行するための装置、及びその装置の使用に関する。

そのような方法及び装置は、多数知られており、いわゆる動き検出器は、測量される空間に人が入るとすぐに警報を引起すことに適用される。多くの場合、使用される動き検出器は、落下物による誤認警報を防ぐために、赤外線波長領域の放射を測定する。

本発明は、空間の音響特性の利用に基づき、それにより空間測量の技術分野における新たな見方を開示する。

各空間は、個々の音響特性を有し、それは各々“空間のインパルス応答”又は伝達関数を用いて表現することができる。空間の形状が変更される時、各伝達関数も相応して変更される。空間の特性は、例えばドア又は窓を開閉する時、又は家具又は他の家具の取り付けが空間で置き換わるか又は空間から除去される時、各々変更される。また、人が空間に入るか又は出る時、又は人が空間における他の場所に移動する時、空間の伝達関数も各々変更される。故に、空間における変更毎に、インパルス応答又は伝達関数の対応する変更を各々引起し、それは、空間の音響特性を記述する。

空間を測量するための本発明による方法は、
−空間の音響特性が決定され、
−空間の音響特性の変更が検出され、
−変更が設定基準と比較され、及び
−設定基準が満たされる時、アクションが引起される、
ことで特徴付けられる。

本発明の方法による一つの実施形態は、空間の伝達関数が、適応型プロセスを用いて音響特性として推定されることにある。

本発明の方法によるもう一つの実施形態は、変更が、推定された伝達関数の変更に相当することにある。

本発明による方法のさらにもう一つの実施形態は、エラー信号が、実際の出力信号と推定された出力信号とから生成され、推定された伝達関数の変更は、エラー信号の結果として実行されることにある。

本発明による方法のもう一つの実施形態は、空間の音響特性が継続的に決定されることにある。故に、“大きい”及び“小さい”変更を区別できる可能性が与えられ、それは、測量すべき空間で人が移動できる可能性をさらに高める。通常、伝達関数の変更は、測量された空間に人が移動する時にも同様に生じる。しかし、変更は、空間に対する窓又はドアが開かれるか又は閉じられる時ほど各々大きくない。この場合、第１に言及された変更は、上記の意味で“小さい”と考えられ、一方で第２に言及された変更は、“大きい”と考えられる。また、それは、人によって引起される変更が“大きい”と解釈され、家畜によって引起される変更が“小さい”と解釈される、そのようなコンステレーション（constellation）において人又は家畜に関するかが区別可能である。

本発明による方法のもう一つの実施形態は、音響入力信号、好ましくは白色ノイズが、空間の音響特性の決定のために空間に放射されることにある。これは特に、単独にではないが、先に説明した“オフライン”モデリングを用いて第２経路（secondary path）の特性を決定するために使用される（静的音響作用を含む要素の影響）。

また、本発明による方法は、空間の能動型ノイズ低減のために全ての要素で使用可能である。

また、本発明による方法を実行するための装置が与えられ、それにより手段は、空間の音響特性を決定するために提供され、空間の音響特性の変更を検出するための検出ユニットが提供され、変更を設定基準と比較するための手段が提供され、設定基準が満たされる場合にアクションを引起すための手段が提供される。

本発明による装置のもう一つの実施形態は、適応型プロセスを用いて音響特性として空間の伝達関数を推定することにある。

本発明による装置のもう一つの実施形態は、変更が、推定された伝達関数の変更に相当することにある。

本発明による装置のもう一つの実施形態は、実際の出力信号と推定された出力信号とからエラー信号を生成するための手段が提供され、エラー信号の結果として、推定された伝達関数の変更を生ずるための手段が提供されることにある。

本発明による装置のもう一つの実施形態は、空間の音響特性を継続的に調整するための手段が提供されることにある。

最後に、本発明による装置のもう一つの実施形態は、空間の音響特性を決定するために、音響入力信号、好ましくは白色ノイズを空間に放射するための手段が提供されることにある。

本発明による方法と本発明による装置とが、一方ではいわゆるＡＮＣ（“能動型ノイズ消去”）による能動型ノイズ低減のために使用可能であり、他方では空間の測量のために使用可能である。以下では、それに対する２つの可能な解決策について説明する。

能動型ノイズ低減のための方法及び装置が知られている。参考文献は、ドイツ公開文献番号DE-43 08 923 A1と英国特許番号21 49 614である。

特定の注意は、いわゆる“第２経路”に向けられるべきであり、それは、システム特性の模倣(imitation)のための能動型ノイズ低減システムの機能を果たす。“第２経路”の決定のため、“オフライン”モデリング又は“オンライン”モデリングの何れか一方が使用される。“オフライン”モデリングについて、測量すべき空間を含むシステムの特性は、空間に白色ノイズを与えて、センサ、主にマイクロホンをそれに用いて検出することによって決定される。

“オンライン”モデリングについて、パラメータは、動作中に見積もられる。統合された第２経路を有する完全な能動型ノイズ低減システムは特に、２００３年９月京都の“International Workshop on Acoustic Echo and Noise Control (IWAENC2003)”時に著者 Muhammad Tahir Akthar、Masahide Abe、及びMasayuki Kawamatらにより発行された文献“A NEW Structure For Feed Forward Active Noise Control Systems With Online Secondary Path Modeling”で説明されている。

また、本発明は、可能な実施形態を示す図を参照して以下に説明される。

図１は、本発明による一つの実施形態のブロック図を概略的に示す。伝達関数Ｓで測量されるべき空間Ｒは、入力信号ｘが作用するラウドスピーカユニット１と、実際の出力信号ｙを生成するマイクロホンユニット２とを含む。上記で既に詳細を説明した通り、伝達関数Ｓは、空間Ｒの音響特性を記述する。また、音響特性の他に、使用された要素の伝達特性は、マイクロホンユニット２及びラウドスピーカユニット１として、伝達関数Ｓに含まれる（“要素の影響”とも呼ばれる）。

上記マイクロホンユニット２及びラウドスピーカユニット１に関して、図１に図示される通り、一般に分離したユニットの問題ではないことが明らかに指摘される。むしろ、かなり多数のマイクロホンユニット及びラウドスピーカユニットは、各々完全に、又はできるだけ正確に、空間Ｒの音響特性を記述するために提供される。同じ接続で、任意の適切な作動装置又はセンサは各々、ラウドスピーカユニット及びマイクロホンユニットに代えて使用可能であることが言及されるべきである。結果として、それは、本発明の説明に関連して“ラウドスピーカユニット”及び“マイクロホンユニット”の用語に対する一般的な定義から必然的に生ずる。

また、図１による実施形態は、以下に称される推定された伝達関数

における実際の伝達関数Ｓのモデルを含む伝達ユニット３と、適応型プロセッサユニット４と、加算ユニット６及び検出ユニット５とを含み、入力信号ｘは、ラウドスピーカユニット１の次に、伝達ユニット３だけでなく適応型プロセッサユニット４にも作用する。エラー信号εを形成するために、実際の出力信号ｙと、伝達ユニット３によって推定された出力信号

とは、加算ユニット６で加算され、推定された出力信号

は、２つの出力信号ｙ及び

の差を求めるために予め反転される。結果として、エラー信号εは、適応型プロセッサユニット４に作用し、訂正された係数δは、瞬間の推定された伝達関数

を形成するために生成され、それは、伝達ユニット３だけでなく検出ユニット５にも与えられる。訂正された係数δは、先の計算段階で求めた推定された伝達関数

の係数と、例えば即ち推定された伝達関数

の新たな係数と比較して変更（modification）にすることのみできる。適応型ユニット４の計算の目的は、推定された出力信号

が実際の出力信号ｙにほぼ相当する両方の場合である。故に、計算の目的関数は、エラー信号εの最小化である。

既に説明した通り、システムによる実際の伝達関数Ｓの変更に相当する推定された伝達関数

の変更（訂正された係数δ）は、検出ユニット５に与えられ、指示信号αは、訂正された係数δの関数で生成される。これは、指示信号α又は警報信号が各々、訂正された係数δの設定基準（preset criteria）を用いて検出ユニット５で生成される。指示信号αにより、任意のアクションを引起すことができる。

第１の実施形態において、推定された伝達関数は、モデル化すべき伝達経路へ入力信号ｘとして、定義された信号、例えば白色ノイズを与えることによるいわゆる“オフライン”方法で決定される。マイクロホンユニット２は、空間の音響特性の結果として出力信号ｙを記録して、推定された出力信号

とそれとを比較して、それは、推定された伝達関数

によって求められる。

図１は、第２経路の決定のためのシステムに相当することを示す。空間Ｒ、伝達ユニット３、及び適応型プロセッサユニット４は、入力信号ｘが提供される。プロセスユニット４で実行される適応型プロセスは、加算ユニット６で形成された差、即ちエラー信号εが最小化されるように、推定された伝達関数

を調整する。適応型プロセスの推定された伝達関数

が、エラー信号εが最小になるように調整される時、推定された伝達関数

が空間Ｒの特性を最善に記述する。理想的には、エラー信号εがゼロに等しくなることにより、推定された伝達関数

が実際の伝達関数Ｓに正確に相当する。

窓又はドアを開くか又は閉じることにより任意の条件が空間Ｒで変わるとすぐ、例えばエラー信号εが大きくなり、プロセッサユニット４で実行される伝達ユニット３の推定された伝達関数

の適応型プロセスは、エラー信号εが再び最小になるように変わる。この変更により（即ち、訂正された係数δの結果として）、適切なアクション（干渉、警報）を引起すことができる。故に、検出ユニット５は、これらの基準上で、訂正された係数δをチェックする関数を有し、それは、アクションを引起すために与えられる必要がある。故に、検出ユニット５において、検出伝達ユニット

が定義され、それは、推定された伝達関数

の調整又は訂正に対する大きさや持続時間を決定するだけでなく周波数応答も各々決定する。

これは、各々空間Ｒの特定の変更に反応することを可能にする。時間志向のエアコン（time-oriented air conditioner）を介して生じる変更は、例えば無視されてもよい。

図１に示す本発明の実施形態により、空間Ｒの音響特性は、かなり正確に検出することができる。そのため、この原理に基づく警報システムを正確に調整することができる。特に、この実施形態は、人が残存しない空間Ｒの測量にかなり適し、即ち特に、入力信号ｘが常に継続的測量のために空間Ｒに与えられる必要があるので、恐らく空間に残存する人に対して妨げになることがある。

本発明のもう一つの実施形態は、図２に図示される。ここで、その図は、ノイズ低減だけでなく空間の継続的測量にもかなり適するシステムに関する。故に、このもう一つの実施形態は特に、外からノイズが与えられる点と、調査対象であり空間Ｒに残存する人が妨げにならない点とで特徴付けられる。

先ず、能動型ノイズ低減に対する単純なシステムは、図２に示され（“能動型ノイズ消去、即ちＡＮＣ”）、伝達関数Ｓを有する空間Ｒで使用され、推定された伝達関数Ｗは、継続的に決定される。

図２による実施形態は、図１による実施形態と比較してさらに２つの伝達ブロック（transfer block）、即ち要素伝達関数Ｇと推定された要素伝達関数

とを含み、単一経路の要素伝達関数Ｇは、推定された出力信号

を生成し、推定された要素伝達関数

は、プロセッサユニット４の前に入力信号ｘのそばに配置される。要素伝達関数Ｇだけでなく推定された要素伝達関数

は、伝達経路に固有な全ての影響を記述し、その影響は、例えばラウドスピーカ、マイクロホン、プラグイン要素等の要素から由来する。故に、推定された要素伝達関数

は、要素伝達関数のモデルであり、計算において要素伝達関数Ｇによって示される特性を各々補償又は考慮する。

能動型ノイズ低減関数は、以下の通りである。（図２に図示しないが）空間Ｒの外に位置するマイクロホンユニットによる環境のノイズｘを検出する時、プロセッサユニット４で実行される適応型プロセスは、ノイズ信号（実際の出力信号ｙ）と推定された出力信号

とから加算ユニット６によって形成されたエラー信号εが最小になるように、調整可能な伝達関数Ｗを調整する。

状況を簡単にするため、作動装置としてのラウドスピーカユニットとセンサとしてのマイクロホンユニットとは、図２による適応型ノイズ低減システムで利用される。勿論、他の作動装置又はセンサも任意の数だけ使用可能である。エラー信号εを検出するため、各マイクロホンユニット又はセンサは、各々沈静化（calm）又は測量されるべき空間Ｒ内で使用される。

ここで、上記説明した適応型ノイズ低減システムは、警報システムとして動作可能なように変更することができる。これは、例えばオフィスで意味を成す。業務時間中、それは、警報システムとしてその機能を果たした後、ノイズ低減システムとしてその機能を実行し、環境のノイズを最小化する。

空間Ｒの特性が変更されるとすぐ、プロセッサユニット４で実行される適応型プロセスは、強制的に伝達関数Ｗを再び変更する。各々行われるべき訂正又は変更の結果として、アクションは再び、検出ユニット５を用いて引起すことができる。例えば警報又は干渉を引起すことができる。故に、検出ユニット５は、これらの基準上で、推定された伝達関数Ｗの係数δをチェックする関数を有し、それは、アクションを引起すために与えられる必要がある。検出伝達関数ΔＷは故に、検出ユニット５で定義され、その検出伝達関数ΔＷは、各々行われるべき訂正又は変更の大きさや持続時間を決定するだけでなく周波数応答も決定する。これは、空間Ｒにおける特定の変更に反応することを可能にし、例えば寝室での利用を可能にする。ベッドに接近するか又はそこから出る人による変更は、無視可能であるが、ドアが開かれることにより寝室の大きさが変わる時、警報が引起される。

図１は、本発明による第１の実施形態の概略的なブロック図である。 図２も、本発明によるもう一つの実施形態の概略的なブロック図である。

Claims (16)

1. 空間（Ｒ）を測量するための方法であって、
   −空間（Ｒ）の音響特性
   

   

   が決定され、
   −空間（Ｒ）の音響特性
   

   

   の変更（δ）が検出され、
   −変更（δ）が、設定基準
   

   

   と比較され、
   −アクション（α）は、設定基準
   

   

   が満たされる時、引起されることを特徴とする方法。
2. 空間（Ｒ）の伝達関数（Ｓ）は、適応型プロセスを用いて音響特性として推定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 変更（δ）は、推定された伝達関数
   

   

   の変更に相当することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. −エラー信号（ε）が実際の出力信号（ｙ）と、推定された出力信号
   

   

   とから生成され、
   −推定された伝達関数
   

   

   の変更は、エラー信号（ε）に基づき実行されることを特徴とする請求項２から３のうち何れか１項に記載の方法。
5. 空間（Ｒ）の音響特性は、継続的に決定されることを特徴とする請求項１から４のうち何れか１項に記載の方法。
6. 音響入力信号（ｘ）好ましくは、白色ノイズは、空間（Ｒ）の音響特性を決定するために空間（Ｒ）に放射されることを特徴とする請求項１から５のうち何れか１項に記載の方法。
7. 変更（δ）は、推定された伝達関数
   

   

   の係数に基づき決定されることを特徴とする請求項１から６のうち何れか１項に記載の方法。
8. 空間（Ｒ）を測量するための方法であって、実際の伝達関数（Ｓ）は、入力信号（ｘ）と実際の出力信号（ｙ）とを備え、前記方法は、
   −推定された伝達関数
   

   

   は、適応型プロセスを用いて決定され、
   −エラー信号（ε）は、実際の出力信号（ｙ）と推定された出力信号
   

   

   とから生成され、
   −エラー信号（ε）に基づき、推定された伝達関数
   

   

   の訂正（δ）は、推定された伝達関数
   

   

   ができるだけ実際の伝達関数（Ｓ）に相当するように決定されることにあり、
   −指示信号（α）は、推定された伝達関数
   

   

   の訂正（δ）の関数で生成されることを特徴とする方法。
9. 空間（Ｒ）における能動型ノイズ低減のための、請求項１から８のうち何れか１項に記載の方法の使用。
10. −空間（Ｒ）の音響特性
    

    

    を決定するための手段（１、２、３、４、６）と、
    −空間（Ｒ）の音響特性
    

    

    の変更（δ）を検出するための検出ユニット（５）と、
    −変更（δ）を設定基準（ΔＳ、ΔＷ）と比較するための手段（５）と、
    −設定基準（ΔＳ、ΔＷ）が満たされる時、アクション（α）を引起すための手段（５）と、
    によって特徴付けられる、請求項１から８のうち何れか１項による方法を実行するための装置。
11. 空間（Ｒ）の推定された伝達関数
    

    

    は、適応型プロセスを用いて音響特性として決定可能であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 変更（δ）は、推定された伝達関数
    

    

    の変更に相当することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. −実際の出力信号（ｙ）と、推定された出力信号
    

    

    とからエラー信号（ε）を生成するための手段（６）と、
    −エラー信号（ε）に基づき、推定された伝達関数
    

    

    の変更を実行するための手段（３、４）と、
    によって特徴付けられる、請求項１１から１２のうち何れか１項に記載の装置。
14. 空間（Ｒ）の音響特性を継続的に調整するための手段（４）によって特徴付けられる、請求項１０から１３のうち何れか１項に記載の装置。
15. 空間（Ｒ）の音響特性を決定するために、空間（Ｒ）に音響入力信号（ｘ）、好ましくは白色ノイズを放射するための手段（１）によって特徴付けられる、請求項１０から１４のうち何れか１項に記載の装置。
16. 能動型ノイズ低減だけでなく空間（Ｒ）を測量するための、請求項１０から１５のうち何れか１項に記載の装置の使用。

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