JP2014049854A - 人工可動耳装置および音源方向を特定する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のマイクロホンと、各マイクロホンの方向をそれぞれ変更するアクチュエータと、制御装置6とを備え、制御装置6は、上記各アクチュエータの現在の状態に基づいて、上記マイクロホンの現在位置を算出し、上記マイクロホンにより取得された音の位相差を算出し、上記算出したマイクロホンの現在位置と位相差とに基づいて音源方向を算出し、上記各マイクロホンを当該音源方向へ向くように、上記アクチュエータを制御するよう構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明の他の態様は、前記制御装置は、前記各マイクロホンから取得された各音に含まれる最大パワーを持つ周波数が互いに一致することを条件として、当該周波数における前記位相差を算出するよう構成されている、人工可動耳装置である。
本発明の他の態様は、前記制御装置は、前記各マイクロホンからそれぞれ取得された各音から前記最大パワーを持つ周波数を超える周波数を除去するローパスフィルタリングを行い、当該ローパスフィルタリングされた後の各音の波形が極小値となる時刻の差を、前記位相差として算出するよう構成されている、人工可動耳装置である。
本発明の他の態様は、前記ローパスフィルタリングは、前記各マイクロホンからそれぞれ取得された各音を所定の時間間隔で変換して得られるデジタルデータに対し移動平均計算を行うことにより行われる、人工可動耳装置である。
本発明の他の態様は、前記アクチュエータは、前記各マイクロホンを、所定の角度で交差する2軸周りに回転させるモータにより構成される、人工可動耳装置である。
本発明の他の態様は、前記音源の方向は、当該人工可動耳を装着する装着者の矢状面内に投影された音源の方向、又は当該矢状面に直交する水平面内に投影された音源の方向である、人工可動耳装置である。
本発明の他の形態は、複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンのそれぞれに設けられた、当該マイクロホンの方向を変更するアクチュエータと、制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記アクチュエータの現在の状態に基づいて、前記マイクロホンの現在の位置を算出するデバイスと、前記マイクロホンにより取得された音源からの音の、当該マイクロホン間での位相差を算出するデバイスと、前記算出された前記マイクロホンの現在の位置における当該マイクロホン間の距離と、前記算出された位相差とに基づき、前記音源の方向を算出するデバイスと、前記各マイクロホンの方向が前記算出した前記音源の方向へ向くように、前記アクチュエータを制御するデバイスと、を備える、人工可動耳装置である。
本発明の他の形態は、複数のマイクロホンに設けられた当該マイクロホンの方向をそれぞれ変更する各アクチュエータの現在の状態に基づいて、前記複数のマイクロホンの現在の位置をそれぞれ算出するステップと、前記マイクロホンにより取得された音源からの音の、当該マイクロホン間での位相差を算出するステップと、前記算出された前記マイクロホンの現在の位置における当該マイクロホン間の距離と、前記算出された位相差とに基づき、前記音源の方向を算出するステップと、前記各マイクロホンの方向が前記算出した前記音源の方向へ向くように、前記アクチュエータを制御するステップと、を有する、音源方向の特定方法である。
図1は、本発明の一実施形態に係る人工可動耳の全体構成を示す構成図である。
本人工可動耳装置1は、利用者の頭部に装着される略円形の曲線部を持つヘッドバンド2と、ヘッドバンド2に対し、その中心を挟んで左右両側の対称位置に所定の距離を隔てて設けられた、2つのパラボラ状耳介4L及び4Rと、同じくヘッドバンド2に配された制御装置6及び当該制御装置6に電源を供給するバッテリー8とを有している。
パラボラ状耳介4は、パラボラ状に加工された耳介部20と、耳介部20に設けられたブラケット22を介して耳介部20のパラボラ曲面のほぼ中心線上に配置されたマイクロホン24と、直交する2軸周りに耳介部20を回転させるモータ26及び28と、を有している。
制御装置6は、中央処理装置(CPU、Central Processing Unit)40と、ROM41と、RAM42とを有するコンピュータであり、さらに、AD変換器(Analog-to-Digital converter)44と、タイマ46と、入出力インタフェース48と、を備えている。この制御装置6は、例えば、ワンチップマイクロコンピュータやデジタルシグナルプロセッサ(Digital Signal Processor、DSP)を用いて構成することができる。
音源方向算出部406は、位相差算出部404が算出した位相差と、MIC位置算出部402が算出したマイクロホン24L、24Rの現在の位置座標とに基づいて、音源の方向(方位角及び仰角)を算出する。
図5は、本人工可動耳装置1の全体動作の手順を示すフロー図である。本処理は、人工可動耳装置1の電源投入により開始する。
まず、MIC位置算出処理(図5のステップS1)について説明する。なお、MIC位置算出処理の内容はパラボラ状耳介4L及び4Rにおいて同じであるため、これらをパラボラ状耳介4と総称して説明する。実際には、左右のパラボラ状耳介4L及び4Rのそれぞれについて以下のMIC位置算出処理を行うことにより、マイクロホン24L及び24Rの現在の位置座標がそれぞれ算出される。
図6において、マイクロホン24の位置を示すノード500からモータ28の回転軸502に下ろした垂線をアーム504とし、アーム504がモータ28の回転軸502と連結する点を関節506とする。また、モータ28の回転軸502とモータ26の回転軸508との交点を関節510とし、関節506から回転軸502に沿って関節510までの区間をアーム512とする。
P3=R1(θv)・(P3’−P2)+P2 (1)
ここで、
P2=R2(θh)・(P20−P1)+P1 (2)
P3’=R2(θh)・(P30−P1)+P1 (3)
である。なお、P1等の位置ベクトルは、3次元の列ベクトルであるものとする。
まず、制御装置6のMIC位置算出部402は、パラボラ状耳介4が備えるモータ26及び28の現在の回転角度θh及びθvを取得し(S101)、取得した回転角度θh及びθvを用いて回転行列R1(θv)、R2(θh)を算出した後(S102)、式(1)によりマイクロホン24L及び24Rの現在の位置座標を算出して(S103)、処理を終了する。ここで、回転角度θh及びθvは、上述したとおり、モータ26及び28がそれぞれ備えるポテンショメータを用いて取得することができる。
上述したように、RAM42には、マイクロホン24L、24Rのそれぞれについて、直近の所定時間内に取得された所定数の音響データが時間順に記憶され、音響データシーケンスとして保持されている。また、この音響データシーケンスは、AD変換器44のサンプリング周期に同期して、最も新しい音響データを記憶すると共に最も古い音響データを削除することで常に更新されている。なお、以下では、マイクロホン24Lからの音響信号に基づく音響データを「左の音響データ」、マイクロホン24Rからの音響信号に基づく音響データを「右の音響データ」と称するものとする。
まず、位相差算出部404は、RAM42に記憶された左右の音響データシーケンスのそれぞれについて、最新の連続する所定数(N個)の音響データで構成される音響データのサブセットを用いて離散的フーリエ変換を行う(S201)。例えば左の音響データでは、この離散的フーリエ変換は次式で与えられる。
DL1=W・DL0 (4)
DL0=(dL0, dL1, ... , dLn, ... , dLN-1)T (5)
DL1=(f0, f1, ... , fk, ... , fN-1)T (6)
で与えられる。
図9は、水平面(XY平面)における音源方向を特定する方法を示すための説明図である。図9には、XY平面上に投影されたマイクロホン24L、24Rの位置を表わす投影点60L、60Rと、投影点60Lと60Rとを結ぶ基準線62とが、人工可動耳装置1を装着した利用者の頭蓋を表わす略図64と共に示されている。
まず、音源方向算出部406は、MIC位置算出処理(図5のステップS1、図7)において算出したマイクロホン24L、24Rの3次元位置座標に基づき、これら2つのマイクロホン位置を水平面(XY平面)上に投影し(S301)、水平面上におけるマイクロホン間距離MDhを算出すると共に(S302)、水平面上において2つのマイクロホン間を結ぶ基準線62がy軸と為す角度MAhを算出する(S303)。
マイクロホン24を音源の方向へ向けるには、音源の方位角Ψh及び仰角Ψvから、モータ26及び28に設定すべき回転角度を算出する必要がある。
まず、MIC方向制御部408は、音源方向算出処理(図5のステップS3、図10)により算出した方位角Ψhと仰角Ψvとに基づき、モータ26Lの回転角度θ’Lh、モータ28Lの回転角度θ’Lv、モータ26Rの回転角度θ’Rh、及びモータ28Rの回転角度θ’Rvを、式(12)により算出する(S401)。
Claims (8)
- 複数のマイクロホンと、
前記複数のマイクロホンのそれぞれに設けられた、当該マイクロホンの方向を変更するアクチュエータと、
処理装置及び記憶装置を有する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記アクチュエータの現在の状態に基づいて、前記マイクロホンの現在の位置を算出し、
前記マイクロホンにより取得された音源からの音の、当該マイクロホン間での位相差を算出し、
前記算出された前記マイクロホンの現在の位置における当該マイクロホン間の距離と、前記算出された位相差とに基づき、前記音源の方向を算出し、
前記各マイクロホンの方向が前記算出した前記音源の方向へ向くように、前記アクチュエータを制御するよう構成されている、
人工可動耳装置。 - 請求項1に記載された人工可動耳装置において、
前記制御装置は、
前記各マイクロホンから取得された各音に含まれる最大パワーを持つ周波数が互いに一致することを条件として、当該周波数における前記位相差を算出するよう構成されている、
人工可動耳装置。 - 請求項2に記載された人工可動耳装置において、
前記制御装置は、
前記各マイクロホンからそれぞれ取得された各音から前記最大パワーを持つ周波数を超える周波数を除去するローパスフィルタリングを行い、
当該ローパスフィルタリングされた後の各音の波形が極小値となる時刻の差を、前記位相差として算出するよう構成されている、
人工可動耳装置。 - 請求項3に記載された人工可動耳装置において、
前記ローパスフィルタリングは、前記各マイクロホンからそれぞれ取得された各音を所定の時間間隔で変換して得られるデジタルデータに対し移動平均計算を行うことにより行われる、
人工可動耳装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載された人工可動耳装置において、
前記アクチュエータは、前記各マイクロホンを、所定の角度で交差する2軸周りに回転させるモータにより構成される、
人工可動耳装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載された人工可動耳装置において、
前記音源の方向は、当該人工可動耳を装着する装着者の矢状面内に投影された音源の方向、又は当該矢状面に直交する水平面内に投影された音源の方向である、
人工可動耳装置。 - 複数のマイクロホンと、
前記複数のマイクロホンのそれぞれに設けられた、当該マイクロホンの方向を変更するアクチュエータと、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記アクチュエータの現在の状態に基づいて、前記マイクロホンの現在の位置を算出するデバイスと、
前記マイクロホンにより取得された音源からの音の、当該マイクロホン間での位相差を算出するデバイスと、
前記算出された前記マイクロホンの現在の位置における当該マイクロホン間の距離と、前記算出された位相差とに基づき、前記音源の方向を算出するデバイスと、
前記各マイクロホンの方向が前記算出した前記音源の方向へ向くように、前記アクチュエータを制御するデバイスと、
を備える、
人工可動耳装置。 - 複数のマイクロホンに設けられた当該マイクロホンの方向をそれぞれ変更する各アクチュエータの現在の状態に基づいて、前記複数のマイクロホンの現在の位置をそれぞれ算出するステップと、
前記マイクロホンにより取得された音源からの音の、当該マイクロホン間での位相差を算出するステップと、
前記算出された前記マイクロホンの現在の位置における当該マイクロホン間の距離と、前記算出された位相差とに基づき、前記音源の方向を算出するステップと、
前記各マイクロホンの方向が前記算出した前記音源の方向へ向くように、前記アクチュエータを制御するステップと、
を有する、音源方向の特定方法。
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