JP2011252852A - 音源方向推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集音部の位置変化にかかわらず、音源の方向を高精度に推定することができる音源方向推定装置を提供する。
【解決手段】音源方向推定装置１は、音源からの音を受ける複数のマイクロホン２と、各マイクロホン２の移動速度を検出する速度センサ４と、ＥＣＵ５とを備えている。ＥＣＵ５は、マイクロホン２Ａで受けた音波信号の位相を計算する位相計算部６Ａと、移動速度に基づいて、位相計算部６Ａにより位相を求めてから各マイクロホン２の位置が変化した時にマイクロホン２Ａで受けた音波信号の位相を算出する遅延位相算出部７Ａと、遅延位相算出部７Ａにより得られた位相と位相計算部６Ａにより得られた位相との差（位相差）を算出する位相差算出部８Ａと、位相差算出部８Ａにより得られた位相差と移動速度とを用いて、音源の方向を算出する音源方向算出部９Ａとを有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、音源（例えば走行音を発する車両等）の方向を推定する音源方向推定装置に関するものである。

従来の音源方向推定装置としては、例えば特許文献１に記載されているように、接近車両の発する音波が自車両に搭載された２つのマイクロホン（集音部）に到達する時の信号到達時間差を計算し、その到達時間差から接近車両の到来方向を求めるようにしたものが知られている。

実開平５−９２７６７号公報

ところで、音波が２つのマイクロホンに到達する時の信号到達時間差は、マイクロホンの位置変化によって変わってくる。しかし、上記従来技術においては、マイクロホンの位置変化については全く考慮されていない。このため、自車両の移動によりマイクロホンの位置が変化したときは、音源の方向を正確に推定することができない。

本発明の目的は、集音部の位置変化にかかわらず、音源の方向を高精度に推定することができる音源方向推定装置を提供することである。

本発明の音源方向推定装置は、音源からの音を受ける集音部と、集音部の位置変化を検出する位置変化検出手段と、位置変化検出手段により検出された集音部の位置変化に応じた、集音部で受けた音の位相差を算出する位相差算出手段と、位相差算出手段により算出された位相差と集音部の位置変化に関する情報とに基づいて、音源の方向を算出する音源方向算出手段とを備えることを特徴とするものである。

このような本発明の音源方向推定装置においては、音源からの音を受ける集音部の位置変化を検出し、この集音部の位置変化に応じた、集音部で受けた音の位相差を算出し、当該位相差と集音部の位置変化に関する情報とに基づいて、音源の方向を算出する。これにより、集音部の位置が変化しても、その位置変化による影響を排除し、音源の方向を精度良く推定することができる。

好ましくは、位置変化検出手段は、集音部の移動速度を検出する手段を有し、音源方向算出手段は、音源の周波数をｆ、音速をｃ、集音部の移動速度をｖ、集音部の位置変化時間をΔｔ、位相差をΘ(Δｔ)−Θ(０)としたときに、集音部の移動方向と集音部に対する音源の方向とがなす角度θ_ｖを、θ_ｖ＝cos^−１［（ｃ／ｖ）｛（Θ(Δｔ)−Θ(０)）／２πｆΔｔ｝−１］により算出する。この場合には、集音部で受けた音の位相差と集音部の位置変化に関する情報とに基づいて、音源の方向を簡単に且つ確実に算出することができる。

本発明によれば、集音部の位置変化にかかわらず、音源の方向を高精度に推定することができる。これにより、例えば自車両の走行時に他車両が接近してくる場合でも、他車両の到来方向を高精度に推定することが可能となる。

本発明に係わる音源方向推定装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１に示したＥＣＵの機能ブロックを示す図である。 マイクロホンアレーの位置変化を示す概念図である。 マイクロホンの配列方向とマイクロホンアレーの移動方向と音源方向との関係を示す概念図である。 図２に示したＥＣＵの変形例の機能ブロックを示す図である。 図２に示したＥＣＵの他の変形例の機能ブロックを示す図である。

以下、本発明に係わる音源方向推定装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。

図１は、本発明に係わる音源方向推定装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の音源方向推定装置１は、車両に搭載され、走行音を発する接近車両の到来方向を推定する装置である。

図１において、音源方向推定装置１は、接近車両の走行音を受けて電気信号に変換する複数のマイクロホン２（図２等参照）からなるマイクロホンアレー（集音部）３と、自車両の車速を検出する速度センサ４と、マイクロホンアレー３及び速度センサ４と接続されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）５とを備えている。各マイクロホン２は、自車両の幅方向に一定間隔ｄで並ぶように設置されている（図４参照）。なお、各マイクロホン２の配列方向としては、必ずしも自車両の幅方向でなくても良い。また、各マイクロホン２は一定間隔で配列されていなくても良く、各マイクロホン２の間隔が分かっていれば良い。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ、入出力回路等により構成されている。ＥＣＵ５は、図２に示すように、位相計算部６Ａ，６Ｂと、遅延位相算出部７Ａ，７Ｂと、位相差算出部８Ａ，８Ｂと、音源方向算出部９Ａ，９Ｂと、到達時間差算出部１０と、音源方向算出部１１と、音源方向補正部１２とを有している。

位相計算部６Ａは、隣接するマイクロホン２のうちの一方（マイクロホン２Ａとする）の出力信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を行い、マイクロホン２Ａで受けた音波信号の位相を計算する。

遅延位相算出部７Ａは、速度センサ４の検出値に基づいて、位相計算部６Ａにより音波信号の位相を求めてからマイクロホンアレー３の位置が変化した時にマイクロホン２Ａで受けた音波信号の位相を算出する。このとき、図３に示すように、自車両（マイクロホンアレー３）の移動速度をｖ、自車両（マイクロホンアレー３）の移動時間をΔｔとすると、マイクロホンアレー３の移動距離はｖ・Δｔとなる。

位相差算出部８Ａは、遅延位相算出部７Ａにより得られた音波信号の位相と位相計算部６Ａにより得られた音波信号の位相との変化量（位相差）を算出する。

音源方向算出部９Ａは、位相差算出部８Ａにより得られた音波信号の位相差と速度センサ４の検出値とを用いて、音源（ここでは走行音を発する接近車両）の方向を算出する。このとき、音源方向算出部９Ａは、図４に示すように、マイクロホン２の配列方向ベクトルと音源方向ベクトルとのなす角度をθ、マイクロホンアレー３の移動方向ベクトルと音源方向ベクトルとのなす角度をθ_ｖとしたときに、これらの角度θ，θ_ｖを算出する。

具体的には、音源の周波数をｆ、音速をｃとすると、マイクロホン２で受音した音波信号の位相Θ（ｔ）は、下記式で表される。
Θ（ｔ）＝２πｆｔ＋２πｆｔ｛ｖcos（θ_ｖ）／ｃ｝ …（１）

（１）式について、ｔ＝０の時にマイクロホン２で受音した音波信号の位相（初期位相）と、マイクロホンアレー３の移動により微小時間Δｔだけ経過した時にマイクロホン２で受音した音波信号の位相との差（位相差）を求めると、
Θ（Δｔ）−Θ（０）＝２πｆΔｔ｛１＋ｖcos（θ_ｖ）／ｃ｝ …（２）
となる。

（２）式をθ_ｖについて解くと、
cosθ_ｖ＝(ｃ／ｖ)｛（Θ(Δｔ)−Θ(０)）／２πｆΔｔ｝−１
θ_ｖ＝cos^−１［(ｃ／ｖ)｛（Θ(Δｔ)−Θ(０)）／２πｆΔｔ｝−１］
が得られる。

このように２つの時刻での音波信号の位相差を求めることにより、音源方向と自車両（マイクロホンアレー３）の進行方向とがなす角度θ_ｖが得られる。また、マイクロホンアレー３の進行方向と各マイクロホン２の配列方向とは直交するため、下記式により音源方向と各マイクロホン２の配列方向とがなす角度θが得られる。
θ_ｖ＋θ＝π／２
θ＝π／２−θ_ｖ

図２に戻り、位相計算部６Ｂは、隣接するマイクロホン２のうちの他方（マイクロホン２Ｂとする）の出力信号に対してＦＦＴを行い、マイクロホン２Ｂで受けた音波信号の位相を計算する。

遅延位相算出部７Ｂは、速度センサ４の検出値に基づいて、位相計算部６Ａにより音波信号の位相を求めてからマイクロホンアレー３の位置が変化した時にマイクロホン２Ｂで受けた音波信号の位相を算出する。

位相差算出部８Ｂは、遅延位相算出部７Ｂにより得られた音波信号の位相と位相計算部６Ｂにより得られた音波信号の位相との変化量（位相差）を算出する。

音源方向算出部９Ｂは、位相差算出部８Ｂにより得られた音波信号の位相差と速度センサ４の検出値とを用いて、音源の方向を算出する。この時の算出方法は、上記の音源方向算出部９Ａと同様である。

到達時間差算出部１０は、各マイクロホン２の空間的な位置ずれを利用して、音源からマイクロホン２Ａへの音の到達時間と音源からマイクロホン２Ｂへの音の到達時間との差（到達時間差）を算出する。

音源方向算出部１１は、到達時間差算出部１０により算出されたマイクロホン２Ａ，２Ｂに対する到達時間差に基づいて、音源の方向を算出する。

音源方向補正部１２は、音源方向算出部９Ａ，９Ｂ，１１により算出された各音源方向に基づいて、最終的な音源の方向を求める。このとき、例えば音源方向算出部９Ａ，９Ｂ，１１により算出された各音源方向の平均値をとって最終的な音源の方向とする。これにより、雑音（騒音等）の影響による音源方向の算出結果のずれを補正することが可能となる。なお、音源方向の補正手法としては、特に平均値には限定はされない。そして、音源方向補正部１２は、最終的に得られた音源の方向を画面表示や音声等により出力してドライバに呈示する。

以上において、速度センサ４は、集音部３の位置変化を検出する位置変化検出手段を構成する。ＥＣＵ５の位相計算部６Ａ，６Ｂ、遅延位相算出部７Ａ，７Ｂ及び位相差算出部８Ａ，８Ｂは、位置変化検出手段により検出された集音部３の位置変化に応じた、集音部３で受けた音の位相差を算出する位相差算出手段を構成する。音源方向算出部９Ａ，９Ｂは、位相差算出手段により算出された位相差と集音部３の位置変化に関する情報とに基づいて、音源の方向を算出する音源方向算出手段を構成する。

以上のように本実施形態にあっては、マイクロホンアレー３の移動によって２つの時刻において同じマイクロホン２で受音した各音の位相差を算出し、当該位相差に基づいて音源の方向を算出するようにしたので、自車両の走行によりマイクロホンアレー３の位置が変化しても、その位置変化による影響を排除し、音源の方向を精度良く推定することができる。

このとき、マイクロホン２Ａで受音した各音の位相差に基づいて得られた音源方向と、マイクロホン２Ｂで受音した各音の位相差に基づいて得られた音源方向と、音源からマイクロホン２Ａ，２Ｂへの音の到達時間差に基づいて得られた音源方向とに基づいて、最終的な音源の方向を求めるので、音源方向の推定精度をより向上させることができる。

図５は、図２に示したＥＣＵ５の変形例を示す機能ブロック図である。同図において、ＥＣＵ５は、上記の到達時間差算出部１０に代えて、位相差算出部２０を有している。位相差算出部２０は、位相計算部６Ａにより得られた音波信号の位相と位相計算部６Ｂにより得られた音波信号の位相との変化量（位相差）を算出する。そして、音源方向算出部１１は、位相差算出部２０により算出された位相差に基づいて、音源の方向を算出する。その他の構成については、図２に示したものと同様である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、複数のマイクロホン２からなるマイクロホンアレー３を使用したが、図６に示すように、使用するマイクロホン２は１つであっても良い。この場合には、上記の位相計算部６Ａ，６Ｂ、遅延位相算出部７Ａ，７Ｂ、位相差算出部８Ａ，８Ｂ及び音源方向算出部９Ａ，９Ｂに相当する位相計算部６、遅延位相算出部７、位相差算出部８及び音源方向算出部９をＥＣＵ５に設けることにより、自車両の走行によりマイクロホン２の位置が変化しても、音源の方向を高精度に推定することができる。

また、上記実施形態では、速度センサ４によりマイクロホン２の位置変化を検出するようにしたが、マイクロホン２の位置変化の検出に用いるセンサとしては、特に速度センサ４には限られず、加速度センサや位置センサ等としても良い。

さらに、上記実施形態の音源方向推定装置１は、自動車等の車両に搭載されるものであるが、本発明は、車両以外の移動体にも適用可能である。この場合、移動体の種類等によっては、ＥＣＵを移動体の外部に設置しても良い。

１…音源方向推定装置、２…マイクロホン（集音部）、３…マイクロホンアレー（集音部）、４…速度センサ（位置変化検出手段）、５…ＥＣＵ、６Ａ，６Ｂ，６…位相計算部（位相差算出手段）、７Ａ，７Ｂ，７…遅延位相算出部（位相差算出手段）、８Ａ，８Ｂ，８…位相差算出部（位相差算出手段）、９Ａ，９Ｂ，９…音源方向算出部（音源方向算出手段）。

Claims (2)

1. 音源からの音を受ける集音部と、
   前記集音部の位置変化を検出する位置変化検出手段と、
   前記位置変化検出手段により検出された前記集音部の位置変化に応じた、前記集音部で受けた音の位相差を算出する位相差算出手段と、
   前記位相差算出手段により算出された位相差と前記集音部の位置変化に関する情報とに基づいて、前記音源の方向を算出する音源方向算出手段とを備えることを特徴とする音源方向推定装置。
2. 前記位置変化検出手段は、前記集音部の移動速度を検出する手段を有し、
   前記音源方向算出手段は、前記音源の周波数をｆ、音速をｃ、前記集音部の移動速度をｖ、前記集音部の位置変化時間をΔｔ、前記位相差をΘ(Δｔ)−Θ(０)としたときに、前記集音部の移動方向と前記集音部に対する前記音源の方向とがなす角度θ_ｖを、
   θ_ｖ＝cos^−１［（ｃ／ｖ）｛（Θ(Δｔ)−Θ(０)）／２πｆΔｔ｝−１］
   により算出することを特徴とする請求項１記載の音源方向推定装置。
   
   
   
   

Images