JP2021056014A - 信号処理装置、信号処理方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2には、音波に対応する信号に対するウェーブレット変換により、当該信号を低周波成分と高周波成分に分離し、低周波成分に特徴音が含まれなくなった時点の周波数帯域を抽出し、当該周波数帯域フィルタに信号を入力させることにより、特徴音に関わる周波数成分のみの抽出を可能にする技術が開示されている。
また、特許文献2では、低周波成分に特徴音が含まれた場合に音を抽出することができるので、高周波成分に特徴音が含まれた場合に音声を抽出できないとの問題がある。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、取得した音響信号に異音が含まれているか否かを判定できる信号処理装置、信号処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。
本開示に係る信号処理方法は、音響信号を取得し、予め設定された第1帯域幅に係る複数の周波数帯域である第1周波数帯域毎に、前記音響信号の音響レベルを測定し、前記第1周波数帯域に係る複数の前記音響レベルに基づいて、前記第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音響レベルの正常値からの離れ度合いを示す音響特徴量を特定し、前記第1周波数帯域毎に測定された音響レベルが、第1閾値以上であるか否かの判定を行い、前記音響特徴量が、第2閾値以上であるか否かの判定を行う。
本開示に係るプログラムは、コンピュータを、音響信号を取得する取得部、予め設定された第1帯域幅に係る複数の周波数帯域である第1周波数帯域毎に、前記音響信号の音響レベルを測定する測定部、前記第1周波数帯域に係る複数の前記音響レベルに基づいて、前記第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音響レベルの正常値からの離れ度合いを示す音響特徴量を特定する演算部、前記第1周波数帯域毎に測定された音響レベルが、第1閾値以上であるか否かの判定を行う第1判定部、前記音響特徴量が、第2閾値以上であるか否かの判定を行う第2判定部として機能させる。
以下、図面を参照しながら、第1の実施形態に係る信号処理装置100について説明する。第1の実施形態に係る信号処理装置100は、プラントなどの監視対象装置の音響信号を収音し、当該音響信号に基づいて監視対象装置の異常の有無を判定する。
信号処理装置100は、マイクロホンアレイ110と、取得部120と、測定部130と、演算部140と、第1判定部150と、第2判定部160と、異常判定部170と、位置特定部180と、種別情報特定部190を備える。
取得部120は、マイクロホンアレイ110が収集した音響信号を取得する。また、取得部120は、取得した各アレイの音響信号の位相およびゲインを操作して合成することで、複数の方向毎の音響信号を算出する。
第1帯域幅の例としては、1/3オクターブが挙げられる。音圧レベルとは,音響信号に含まれる音圧変動量を対数表記した値である。
上記の正常値は、信号処理装置100が存在するプラントにおいて、通常発生する音響信号の音圧レベルである。正常値は、例えば正常に動作するプラントにおいて収音された音響信号の平均値などによって得ることができる。
演算部140は、各音圧レベルと正常値との差を要素とする4次元のベクトルに変換する。演算部140は、当該変換されたベクトルのユークリッドノルムを演算することにより、音響特徴量を特定する。
通常音の例としては、信号処理装置100が存在する環境であるプラントで通常発生する音で、200Hzから2000Hzまでの周波数を有する音が挙げられる。なお、第3周波数帯域は、異常の有無によって音圧レベルの有意な変化が観測されない周波数帯域である。
第1閾値は複数の値であり、当該複数の値のうち1つの値が、1つの第1周波数帯域に関連付けられている。第1閾値が複数の値であり、当該複数の値のうち1つの値が、1つの第1周波数帯域または複数の第1周波数帯域に関連付けられても良い。また、第1閾値が1つの値であり、当該1つの値が、全ての第1周波数帯域に関連付けられても良い。
第2閾値は複数の値であり、1つの上記の音圧レベルは、当該複数の値の第2閾値うち、1つの値の第2閾値と関連付けられている。第2閾値が1つの値であり、全ての上記の音圧レベルが、当該1つの値の第2閾値に関連付けられても良い。
上記の噴流音の例としては、配管等からの空気漏れ時の音、ある程度人間が認識できるようになった蒸気漏洩音が挙げられる。上記の摺動音の例としては、回転補機等の軸とシール部の接触音、ファン翼先端とケーシングの接触音が挙げられる。上記の機械が損傷する音の例としては、機械の割れによる音、機械の破裂による音、機械の爆発による音が挙げられる。
以下、図面を参照しながら、信号処理装置100の動作について説明する。
図2は、信号処理装置100の動作を示すフローチャートである。
取得部120は、マイクロホンアレイ110が収集した音響信号を取得し、方向毎の音響信号を生成する(ステップS12)。
演算部140は、第1周波数帯域に係る複数の音圧レベルに基づいて、第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音圧レベルの正常値との差をベクトルに変換し、当該ベクトルの長さを音響特徴量と特定する(ステップS14)。
第2判定部160は、演算部140が特定した音響特徴量のうち、第3周波数帯域に係る音圧レベル以外の音圧レベルの少なくとも1つが、第2閾値以上であるか否かの判定を行う(ステップS16)。
ステップS18において異常と判定された場合、種別情報特定部190は、当該異常に係る種別情報を特定する(ステップS20)。
以下、図面を参照しながら、第1の実施形態に係る信号処理装置100の具体例を説明する。
図3は、第1の実施形態に係る信号処理装置100の具体例を示す図である。
監視対象装置である機械300は、物体を組み合わせ、動力によって一定の運動を起こし、その結果、有用な仕事をするものである。
プラント500は、機械300が存在し、物体の生産に関わる設備である。
プラント500から通常発生する音は通常音であり、当該通常音に係る周波数は第1判定部150や第2判定部160の判定対象から除外される。
ユーザ400は、異常に係る音響信号を収音したときの位置情報と、以上に係る音響信号の方位とに基づいて、機械300Aと機械300Bのうち、機械300Bが異常情報に係るものであることを確認することができる。さらに、ユーザ400は、当該異常情報に係る種別情報を通じて、当該機械300Bの異常が、衝撃音に係るものであることを確認できる。
本開示に係る信号処理装置100は、音響信号を取得する取得部120と、予め設定された第1帯域幅に係る複数の周波数帯域である第1周波数帯域毎に、音響信号の音響レベルを測定する測定部130を備える。また、信号処理装置100は、第1周波数帯域に係る複数の前記音響レベルに基づいて、第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音響レベルの正常値からの離れ度合いを示す音響特徴量を特定する演算部140と、第1周波数帯域毎に測定された音響レベルが、第1閾値以上であるか否かの判定を行う第1判定部150と、音響特徴量が、第2閾値以上であるか否かの判定を行う第2判定部160を備える。
これにより、信号処理装置100は、取得した音響信号のうち、特定の周波数帯域において異常に高い音響レベルを有する異音や複数の周波数帯域に関わり、正常値との差を有する音響レベルに係る異音を判定できる。そのため、信号処理装置100のユーザ400は、取得した音響信号に異音が含まれているか否かを判定できる。
これにより、信号処理装置100は、音響信号に係る位置情報も取得し、異常に係る音響信号の位置情報もユーザ400に提供できる。そのため、信号処理装置100のユーザ400は、音響信号のうち、異常に係る位置情報を容易に把握することができる。
《信号処理装置の構成》
第2の実施形態に係る信号処理装置100の構成は、第1の実施形態に係る信号処理装置100の構成と同じである。
正規化の例としては、第1周波数帯域に係る複数の前記音圧レベルに基づいて、第2周波数帯域に係る音圧レベルの正常値との差を、当該周波数帯域に関わる一定期間の上記通常音の平均音圧レベルで除算する方法が挙げられる。また、演算部140は、上記通常音の平均音圧レベルの代わりに、ユーザ400が周波数帯域毎に任意で設定した値を用いても良い。
本開示に係る信号処理装置100の演算部140は、音響レベルと正常値との差を正規化したものを要素とするベクトルの長さを音響特徴量と特定する。これにより、信号処理装置100は、周波数帯域毎に通常発生する音響レベルを反映させた音響特徴量を用いて、異音が含まれているか否かを判定する。そのため、信号処理装置100のユーザ400は、より精度高く、音響信号に異音が含まれているか否かを判断できる。
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
信号処理装置100は、マイクロホンアレイ110から取得した音響信号および位置情報が異常ではないと判定した場合、再度、マイクロホンアレイ110からより多くの音響信号および位置情報を取得して異常を判定しても良い。例えば、信号処理装置100は、マイクロホンアレイ110から取得した7方位の位置情報に係る音響信号と、位置情報が異常ではないと判定した場合、再度、マイクロホンアレイ110から19方位の位置情報に係る音響信号と、位置情報を取得して異常であるか否かを判定しても良い。
信号処理装置100の第1周波数帯域は1/3オクターブだけでなく、1/2オクターブなどでも良い。また、信号処理装置100の第2周波数帯域は4/3オクターブだけでなく、1/1オクターブなどでも良い。
また、信号処理装置100は、マイクロホンアレイ110を備えず、マイクを備える構成であっても良い。この場合は、マイクを備える信号処理装置100は、据え置きのものであっても、ユーザ400が携帯できるものであっても良い。
図4は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ1100は、プロセッサ1110、メインメモリ1120、ストレージ1130、インタフェース1140を備える。
上述の信号処理装置100は、コンピュータ1100に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ1130に記憶されている。プロセッサ1110は、プログラムをストレージ1130から読み出してメインメモリ1120に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ1110は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ1120に確保する。
各実施形態に記載の信号処理装置100は、例えば以下のように把握される。
110 マイクロホンアレイ
120 取得部
130 測定部
140 演算部
150 第1判定部
160 第2判定部
170 異常判定部
180 位置特定部
190 種別情報特定部
200 表示装置
300 機械
400 ユーザ
500 プラント
1100 コンピュータ
1110 プロセッサ
1120 メインメモリ
1130 ストレージ
1140 インタフェース
Claims (9)
- 音響信号を取得する取得部と、
予め設定された第1帯域幅に係る複数の周波数帯域である第1周波数帯域毎に、前記音響信号の音響レベルを測定する測定部と、
前記第1周波数帯域に係る複数の前記音響レベルに基づいて、前記第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音響レベルの正常値からの離れ度合いを示す音響特徴量を特定する演算部と、
前記第1周波数帯域毎に測定された音響レベルが、第1閾値以上であるか否かの判定を行う第1判定部と、
前記音響特徴量が、第2閾値以上であるか否かの判定を行う第2判定部と、
を備える信号処理装置。 - 前記第1判定部は、異常の有無によって音響レベルの有意な変化がない周波数帯域である第3周波数帯域外各音響レベルが、前記第1閾値以上であるか否かの判定を行い、
前記第2判定部は、前記第3周波数帯域外の音響特徴量が、前記第2閾値以上であるか否かの判定を行う
請求項1に記載の信号処理装置。 - 前記演算部は、測定された前記複数の前記音響レベルのうち前記第2周波数帯域に含まれるものと、当該音響レベルの正常値との差に基づいて生成されたベクトルの長さを、前記音響特徴量と特定する
請求項1または請求項2に記載の信号処理装置。 - 前記演算部は、前記音響レベルと正常値との差を正規化したものを要素とするベクトルの長さを前記音響特徴量と特定する
請求項3に記載の信号処理装置。 - 測定された少なくとも1つの前記音響レベルが前記第1閾値以上であり、または少なくとも1つの前記音響特徴量が前記第2閾値以上である場合、異常と判定する異常判定部、
を備える請求項1から請求項4の何れか1項に記載の信号処理装置。 - 前記取得部はマイクロホンアレイから前記音響信号を取得し、
前記測定部は、前記マイクロホンアレイを構成する各マイクの音響信号に基づいて複数の方向毎の前記音響レベルを測定し、
前記第1判定部は、複数の方向毎の前記音響レベルについて、前記第1閾値以上であるか否かの判定を行い、
前記異常判定部が異常と判定した場合、前記第1閾値以上であると判定された音響レベルに係る方向に基づいて、当該異常に係る位置を特定する位置特定部を備える
請求項5に記載の信号処理装置。 - 前記取得部は、プラントで発生する音響信号を取得する
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の信号処理装置。 - 音響信号を取得し、
予め設定された第1帯域幅に係る複数の周波数帯域である第1周波数帯域毎に、前記音響信号の音響レベルを測定し、
前記第1周波数帯域に係る複数の前記音響レベルに基づいて、前記第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音響レベルの正常値からの離れ度合いを示す音響特徴量を特定し、
前記第1周波数帯域毎に測定された音響レベルが、第1閾値以上であるか否かの判定を行い、
前記音響特徴量が、第2閾値以上であるか否かの判定を行う
信号処理方法。 - コンピュータを、
音響信号を取得する取得部、
予め設定された第1帯域幅に係る複数の周波数帯域である第1周波数帯域毎に、前記音響信号の音響レベルを測定する測定部、
前記第1周波数帯域に係る複数の前記音響レベルに基づいて、前記第1帯域幅より広い第2帯域幅に係る複数の周波数帯域である第2周波数帯域に係る音響レベルの正常値からの離れ度合いを示す音響特徴量を特定する演算部、
前記第1周波数帯域毎に測定された音響レベルが、第1閾値以上であるか否かの判定を行う第1判定部、
前記音響特徴量が、第2閾値以上であるか否かの判定を行う第2判定部、
として機能させるプログラム。
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