JP2022100163A - 音源推定サーバ、音源推定システム、音源推定装置、音源推定方法 - Google Patents

音源推定サーバ、音源推定システム、音源推定装置、音源推定方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022100163000001
【課題】回転装置の回転運動の速さによって異音の音源推定の結果に差が生じることを抑制する。
【解決手段】
データ生成部３０４は、対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音のデータである第１異音データと回転装置の回転運動に関するデータである回転データに基づいて、回転状態が一定量変化するごとの音の大きさの変化を示す第２異音データを生成する。音源推定部３０５には第２異音データが入力され、車両２００に搭載された複数の部品のそれぞれに対して、第２異音データが示す異音の音源である確信度を出力する。
【選択図】図１

Description

本開示は、対象物に搭載された回転装置の回転運動に伴って生じる異音の音源を推定する技術に関する。
車両を構成する複数の部品のいずれかに異常がある場合、車両からは正常時の動作音と異なる音（異音）が生じることがある。異音を失くすためには、複数の部品の中から異音の音源である部品を特定して、修理や交換を行う必要がある。そのため、近年、異音のデータを解析することにより異音の音源である部品を推定する技術が提案されている。
特許文献１では、マイクで録音された異音の信号が、人工知能を備えるサーバに送信される。サーバでは、予め蓄積された複数の異音の参照データの中から、受信した異音の信号と類似する特徴を有する参照データが抽出される。その後、抽出された参照データに基づいて、音源に関する情報が出力される。
米国公開公報２０１９／０１１４８４９号
回転装置の回転運動に伴って異音が発生する場合、回転運動の速さに依存して異音が変化することがある。例えば、回転運動が高速であれば高頻度で発生する異音となり、回転運動が低速であれば低頻度で発生する異音となる。
従来技術では、回転運動の速さによって異音の発生頻度が変化することが考慮されていない。そのため、音源を推定するサーバ等は、ある部品を音源とする高速回転時の異音と低速回転時の異音を、異なる音源から生じる異音であると推定してしまう可能性がある。
本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転装置の発生させる回転運動の速さによって異なる部品が音源として推定されることを抑制した音源推定システム又は音源推定装置又は音源推定方法を提供することである。
本開示のある局面に従う音源推定サーバは、対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音の大きさを示すデータである第１異音データと、前記異音が生じた時の前記回転装置の回転角度に関するデータである回転データとを取得するデータ取得部と、前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成部と、前記第２異音データが、前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定する音源推定部と、を備える。
上記のサーバによれば、回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの音圧を示すデータである第２異音データが生成される。回転角度の変化に対する異音の発生頻度は、回転運動の速さによらず同様である。そのため、回転運動の速さが異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなると考えられる。これにより、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることを抑制できる。
ある実施の形態においては、前記第２異音データは、前記回転装置の回転角度が予め定められた角度分変化する間の前記異音を含む音の大きさを示すデータである。
上記の実施の形態によれば、第２異音データにおける回転角度を、予め定められた角度分に定めることができる。これにより、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる可能性がより高くなる。よって、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることをさらに抑制できる。
ある実施の形態においては、前記第２異音データは、前記回転装置の回転角度が第１状態から第２状態に変化する間の前記異音を含む音の大きさを示すデータである。
上記の実施の形態によれば、第２異音データにおける回転角度を予め定められた状態に定めることができる。これにより、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる可能性がより高くなる。よって、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることをさらに抑制できる。
ある実施の形態においては、前記第２異音データは、前記回転角度が一定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである。
上記の実施の形態によれば、回転装置の回転角度が一定角度変化するごとの音圧の変化を示す第２異音データが生成される。回転角度が一定角度変化するごとの異音の発生頻度は、回転運動の速さによらず同様である。そのため、回転運動の速さが異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる。これにより、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることを抑制できる。
ある実施の形態においては、前記回転データは単位時間あたりの前記回転運動の回転回数である回転速度を含み、前記第２異音データは、前記回転運動の回転回数が一定回数分変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである。
上記の実施の形態によれば、回転装置の回転回数が一定回数分変化するごとの音圧の変化を示すデータである第２異音データが生成される。回転回数が一定回数分変化するごとの異音の発生頻度は、回転運動の速さによらず同様である。そのため、回転運動の速さが異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる。これにより、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることを、回転回数を利用して抑制できる。
ある実施の形態においては、前記回転データは、単位時間あたりの前記回転運動の回転回数である回転速度と、前記回転運動を変速して変速回転運動を出力する変速機構の変速比とを含み、前記第２異音データは、前記変速回転運動の回転回数が一定回数分変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである。
上記の実施の形態によれば、変速機構によって変速された回転運動の回転回数である変速回転回数が一定回数分変化するごと異音の音圧を示すデータである第２異音データが生成される。異音が変速後の回転運動に伴って発生する場合、変速回転回数が一定回数分変化するごとの異音の発生頻度は、回転運動の速さや変速比によらず同様である。そのため、回転運動の速さと変速比が異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる。これにより、回転運動の速さと変速比によって異なる音源推定結果が示されることを抑制できる。
本開示のある局面に従う音源推定システムは、対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音を検出することにより前記異音を含む音の大きさを示すデータである第1異音データを生成する検出生成部と、前記異音が生じた時の前記回転装置の回転状態に関するデータである回転データを取得する回転データ取得部と、前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成部と、前記第２異音データが前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定するサーバに対して前記第２異音データを送信するデータ送信部と、前記サーバから前記音源に関する情報を受信するデータ受信部と、を備える。
上記のシステムによれば、回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの音圧を示すデータである第２異音データが生成される。回転角度が所定角度変化するごとの異音の発生頻度は、回転運動の速さによらず同様である。そのため、回転運動の速さが異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる。これにより、回転運動の速さによってサーバが異なる音源推定結果を示すことを抑制できる。
本開示のある局面に従う音源推定装置は、対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音を検出することにより前記異音を含む音の大きさを示すデータである第1異音データを生成する検出生成部と、前記異音が生じた時の前記回転装置の回転状態に関するデータである回転データを取得する回転データ取得部と、前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成部と、前記第２異音データが前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定する音源推定部と、を備える。
上記の装置によれば、回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの音圧を示すデータである第２異音データが生成される。回転角度が所定角度変化するごとの異音の発生頻度は、回転運動の速さによらず同様である。そのため、回転運動の速さが異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる。これにより、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることを抑制できる。
本開示のある局面にしたがう音源推定方法は、対象物に搭載される回転装置の対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音の大きさを示すデータである第１異音データを取得する第１異音データ取得工程と、前記異音が生じた時の前記回転装置の回転角度に関するデータである回転データを取得する回転データ取得工程と、前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成工程と、前記第２異音データが前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定する音源推定工程と、からなる。
上記の方法によれば、回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの音圧を示すデータである第２異音データが生成される。回転角度が所定角度変化するごとの異音の発生頻度は、回転運動の速さによらず同様である。そのため、回転運動の速さが異なる場合であっても、同一の部品を音源とする異音から生成される第２異音データは同様のデータとなる。これにより、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることを抑制できる。
本開示によれば、回転装置の回転運動の速さによって音源の推定が異なる結果となることを抑制できる。
車両と携帯端末とサーバを示す図である。 異音を含む音の例を示す図である。 実施の形態１の車両と携帯端末とサーバの構成を示す図である。 実施の形態１の音源推定のフローを示す図である。 クランク角に対する周波数音データの変化を示す図である。 第２異音データを生成するフローを示す図である。 第２異音データの例を示す図である。 音源推定部に対する入力と出力の概要を示す図である。 実施の形態２の車両と携帯端末とサーバの構成を示す図である。 実施の形態２の音源推定のフローを示す図である。 実施の形態３の車両と携帯端末を示す図である。 実施の形態３の音源推定のフローを示す図である。 回転回数に対する周波数音データの変化を示す図である。 変速回転回数に対する周波数音データの変化を示す図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
＜実施の形態１＞
図１は、本開示の実施の形態１に係る車両１００と、携帯端末２００と、音源推定サーバであるサーバ３００との概要を示す図である。本実施の形態では、車両１００を音源推定の対象物とする。
車両１００は、回転運動を発生させるエンジン１０３を備える。また、車両１００には回転運動に伴って運動する複数の部品が搭載されている。これら複数の部品としては、エンジン１０３内部で往復運動するピストン、エンジン１０３の動力によって回転するカムシャフト、エンジン１０３によって駆動されるオイルポンプ、エンジン１０３から発生する回転運動を伝達する複数のギヤ等が存在する。これら複数の部品は、回転運動に伴って運動する際に作動音を発生させる。しかし、これら複数の部品のいずれかの部品に異常がある場合、車両１００からは通常の作動音とは異なる音（異音）が生じる。
車両１００の利用者が異音の発生を感じた時、利用者は車両１００をディーラーや整備工場等に入庫させる。ディーラーや整備工場の作業者は、携帯端末２００を用いて、車両１００に搭載される複数の部品の中から異音の音源である部品の推定を行う。
携帯端末２００はマイク２１１を備え、回転運動に伴って車両１００から生じる異音を含む音を検出し、時間に対する異音を含む音の音圧レベルの変化を示すデータである第１異音データを生成する。また、車両１００から携帯端末２００に対しては、エンジン１０３から発生する回転運動の回転角度に関するデータである回転データが送信される。
携帯端末２００からサーバ３００に対しては、第１異音データと回転データが送信される。サーバ３００では、受信した第１異音データと回転データに基づいて、車両１００に搭載される複数の部品の内のどの部品が異音の音源であるかが推定される。そして、推定結果である音源部品情報がサーバ３００から携帯端末２００に対して送信される。
ディーラーや整備工場の作業者は、携帯端末２００が受信した音源部品情報に基づいて、異音の音源と推定された部品に関する異常の有無を確認し、必要に応じて部品の修理や交換を行う。
ここで、エンジン１０３から発生する回転運動の速さに応じて異音の発生頻度は異なる。図２は、異音を含む音の、時間に対する周波数スペクトルの変化を示す図である。横軸は時間、縦軸は周波数を示し、色の濃淡が音圧レベルの大きさを示す。図２の異音の音源はエンジン１０３のピストンである。図２（ａ）はエンジン１０３が約６００ｒｐｍで回転している場合の音を示し、図２（ｂ）はエンジン１０３が約１８００ｒｐｍで回転している場合の音を示している。
図２（ａ）と図２（ｂ）のいずれにおいても、５１２Hz～２０４８Hzの周波数帯域で他の周波数帯域よりも比較的大きい音圧レベルを示している。よって、５１２Hz～２０４８Hzの音圧レベルが大きくなる瞬間に、車両１００の利用者が感じる異音が発生しているとする。ここで、図２（ｂ）の場合の方が図２（ａ）の場合よりも連続的に異音が発生していることがわかる。これは、異音の音源であるピストンが、図２（ａ）の場合よりも図２（ｂ）の場合の方が高速で運動しているためである。サーバ３００は、図２（ａ）と図２（ｂ）の様に異なるデータに対して、同一の部品を音源として推定する必要がある。
図３は、車両１００と、携帯端末２００と、サーバ３００との構成を示す図である。
車両１００は、車両側制御部１０１と、車両側通信部１０２と、エンジン１０３と、変速機構１０４とを備える。
エンジン１０３は、ガソリンなどの燃料を燃焼させることで内部のピストンの往復運動を発生させる。エンジン１０３には、往復運動を回転運動に変換して出力するクランクシャフトが備えられている。
変速機構１０４はギヤや軸等で構成されており、クランクシャフトから出力される回転運動の速さやトルクを変換し、変速回転運動として出力する。車両１００は、変速機構１０４から出力される変速回転運動が車輪を回転させることで走行する。
車両側制御部１０１はエンジン１０３を制御するマイコンや、変速機構１０４を制御するマイコン等で構成される。車両側制御部１０１は、エンジン１０３等に備えられた図示しないセンサから入力される信号や、車両１００のドライバーの操作に基づいて、エンジン１０３の燃焼のタイミングや変速機構１０４の変速比等を制御する。車両側制御部１０１に入力される信号には、エンジン１０３のクランクシャフトの回転角度を示すクランク角が含まれる。
車両側通信部１０２は車両１００の外部との通信を行う通信装置である。車両側制御部１０１は、車両側通信部１０２によって、クランク角に関するデータである回転データを車両１００の外部に送信させる。
車両１００に搭載される複数の部品の内のいずれかの部品が異常を有する場合、異常を有する部品がエンジン１０３の回転運動に伴って運動することにより、この部品を音源とする異音が発生する。
携帯端末２００は、端末側制御部２０１と、端末側通信部２０２と、マイク２１１と、入力部２１２と、出力部２１３とを備える。
マイク２１１は携帯端末２００の周囲の音を検出して第１異音データを生成する検出生成部である。ディーラーや整備工場の作業者などの携帯端末２００のユーザが、入庫されてきた車両１００に対して携帯端末２００を近づけることによって、マイク２１１は車両１００から生じる異音を含む音を検出することができる。マイク２１１は、異音を含む音の、時間に対する音圧レベルの変化を示すデータである第１異音データを生成し、端末側制御部２０１に出力する。
入力部２１２は携帯端末２００のユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を端末側制御部２０１に出力する。入力部２１２としては、キーボード、タッチパネル、マウス、音声認識装置等が用いられる。
出力部２１３は、端末側制御部２０１から入力される信号に応じた情報を携帯端末２００のユーザに対して出力する装置である。出力部２１３としては、液晶画面等の表示装置や、音声を出力するスピーカーや、情報を紙面に印刷するプリンター等が用いられる。
端末側通信部２０２は、携帯端末２００の外部との通信を行う装置である。端末側通信部２０２は、車両側通信部１０２と通信を行って回転データを受信することによって回転データを取得する回転データ取得部である。端末側通信部２０２はマイク２１１によって異音を含む音の検出が行われると同時に、車両１００から回転データの受信を行う。これにより、マイク２１１で検出される異音が発生する時間と同じ時間の回転データを受信することができる。
さらに、端末側通信部２０２はサーバ３００と通信を行うことにより、サーバ３００とデータの送受信を行う。端末側通信部２０２による車両１００、及び、サーバ３００との通信は、電波を用いた無線通信で行われてもよいし、信号線を用いた有線通信で行われてもよい。また、端末側通信部２０２は、車両１００に対する通信と、サーバ３００に対する通信とでそれぞれ異なる通信方式を用いる構成としてもよい。
端末側制御部２０１は、端末側通信部２０２、マイク２１１、出力部２１３の制御を行う。端末側制御部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））等によって構成されており、入力部２１２から入力される信号やＲＯＭに記録されたプログラムに基づいて、ＣＰＵで処理が実行される。
サーバ３００は、サーバ側制御部３０１と、サーバ側通信部３０２と、周波数分析部３０３と、データ生成部３０４と、音源推定部３０５とを備える。
サーバ側通信部３０２は、端末側通信部２０２と通信を行うことによりデータの送受信を行う通信装置である。サーバ側通信部３０２は携帯端末２００から第１異音データと回転データを受信することによってデータを取得するデータ取得部である。また、サーバ側通信部３０２は後述する音源部品情報を携帯端末２００に送信する。
周波数分析部３０３は、第１異音データに基づいて、異音を含む音の周波数スペクトルの、時間に対する変化を示すデータである周波数音データを生成する。
データ生成部３０４は、周波数音データと回転データに基づいて、クランク角が所定角度変化するごとの、異音を含む音の周波数スペクトルを示すデータである第２異音データを生成する。第２異音データはクランク角の変化に対する、異音を含む音の周波数スペクトルの変化を示すデータとなる。
異音がエンジン１０３の回転運動に伴って生じる場合、低速回転時は異音の音源部品も低速で運動するために異音の発生頻度は低い。一方で、高速回転時は、異音の音源部品も高速で運動するために異音の発生頻度が高い。そのため、同一の部品を音源とする異音であっても、回転運動の速さによって第１異音データは異なるデータとなる。
しかし、クランク角が所定角度変化する間の異音の音源部品の運動は、回転運動の速さに関わらず同様である。そのため、クランク角の変化に対する周波数スペクトルの変化を示す第２異音データは、低速回転時と高速回転時でも同様のデータとなると考えられる。第２異音データを生成する方法の詳細については後述する。
音源推定部３０５は、入力された第２異音データが、車両１００に搭載された複数の部品の内のどの部品から発生する異音に関するデータであるかを推定するように、ＣＮＮ（Convolutional neural network）等を用いて学習されている。音源推定部３０５は車両１００に搭載される複数の部品のそれぞれに対して、入力された第２異音データが示す異音の音源である確信度を出力する。
音源推定部３０５が学習を行う際には、第２異音データと同様にクランク角が所定角度変化するごとの異音を含む音の周波数スペクトルの変化を示す入力値と、入力値が示す異音の音源部品に関する情報がラベル付けされたデータを教師データとする。音源推定部３０５は、教師データの入力値に対する出力における、教師データにラベル付けされた部品の確信度が、他の部品の確信度よりも高くなるようにパラメータが調整される。
サーバ側制御部３０１は、サーバ側通信部３０２、周波数分析部３０３、データ生成部３０４、音源推定部３０５の制御を行う。サーバ側制御部３０１と、周波数分析部３０３と、データ生成部３０４と、音源推定部３０５とは、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等によって構成されており、ＲＯＭに記録されたプログラムに基づいて、ＣＰＵで処理が実行される。
図４は、本開示の実施の形態１に係る音源推定の制御フローを示す図である。
携帯端末２００の入力部２１２によって、音源推定を開始するための操作を受け付けることで本制御のフローが開始される。
次に、入力部２１２は音の検出を行うための操作を受け付ける。これにより、端末側制御部２０１はマイク２１１を起動させる。また、端末側制御部２０１は同時に端末側通信部２０２を起動させ、端末側通信部２０２は車両１００の車両側通信部１０２との間で通信を行う。マイク２１１が起動された状態で携帯端末２００が車両１００に近づけられると、マイク２１１によって異音を含む音が検出され、時間に対する異音を含む音の音圧レベルの変化を示す第１異音データが生成される（Ｓ１）。端末側通信部２０２は、マイク２１１による音の検出と同時に、車両１００から回転データを受信する。回転データは、異音を含む音が検出された時間に対応する時間における、エンジン１０３のクランク角を示すデータである。
次に、端末側制御部２０１は、第１異音データと回転データを、端末側通信部２０２を通じてサーバ３００に送信する（Ｓ２）。サーバ３００では、サーバ側通信部３０２が、第１異音データと回転データを受信する（Ｓ３）。
サーバ側制御部３０１は、サーバ側通信部３０２で受信した第１異音データを周波数分析部３０３に入力し、周波数音データを生成させる（Ｓ４）。周波数分析部３０３は、第１異音データに対して、ある時間を中心として所定の時間範囲分のデータに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行う。これにより、中心とした時間における周波数スペクトルを算出する。そして、中心とする時間を一定時間ずつ変化させて同様にFFTを行う。これにより、周波数分析部３０３は周波数音データを生成することができる。また、周波数分析部３０３は、複数の帯域フィルタを用いて各帯域の音圧レベルを取得することで周波数音データを生成してもよい。
続いて、サーバ側制御部３０１は周波数音データと回転データとをデータ生成部３０４に入力し、第２異音データを生成させる（Ｓ５）。周波数音データは時間に対する異音を含む音の周波数スペクトルの変化を示すデータであり、回転データは周波数音データと対応する時間におけるエンジン１０３のクランク角を示すデータである。よって、周波数音データと回転データに基づいて、クランク角が所定角度変化するごとの音圧レベルの値を抽出することで、第２異音データを生成することができる。本実施の形態では、所定角度を一定角度Aとする。
データ生成部３０４で第２異音データが生成される方法の詳細について、図５と図６を用いて説明する。図５（ａ）は周波数音データと、回転データに含まれるクランク角を示す図である。周波数音データは時間ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮにおける、異音を含む音の周波数スペクトルＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮを示すデータである。ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮのそれぞれの時間間隔は全てｔで等しいものとする。回転データはｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮにおけるクランク角Ａ１，Ａ２，・・・ＡＮを示すデータである。図５（ｂ）はクランク角が一定角度A変化するごとの周波数スペクトルＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ９，・・・が抽出されたデータを示す。
図６はデータ生成部３０４で第２異音データが生成されるフローを示す。まず、データ生成部３０４は、クランク角が予め定められた一定角度Ａ変化するごとの時間とクランク角を抽出する（Ｓ５．１）。図５（ａ）のデータは時間が経つにつれて回転運動の速さが低下する場合のデータであり、ｔ１からｔ２、ｔ２からｔ３、ｔ３からｔ４、ｔ４からｔ６、ｔ６からｔ９に時間が変化するごとにクランク角がＡずつ変化するものとする。従って、クランク角Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ６，Ａ９と、対応する時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ６，ｔ９が抽出される。同様の抽出をｔＮまで行う。
次にデータ生成部３０４は、抽出された時間と対応する音圧レベルＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ６，Ｐ９，・・・を抽出する（Ｓ５．２）。ここで、エンジン１０３の状態によってはクランク角が一定角度A変化するごとのデータが得られない場合がある。この場合、取得したい目的の角度の周辺のクランク角における音圧レベルに基づいて、目的の角度における音圧レベルを推定してもよい。このようにして抽出されたデータは図５（ｂ）のようになる。これにより、クランク角が一定角度A変化するごとの異音を含む音の周波数スペクトルを抽出することができる。また、ここで、周波数音データの最も大きい音圧レベルを１として、他の音圧レベルを正規化してもよい。
データ生成部３０４は、クランク角がｎサイクル分変化する間の周波数スペクトルを抽出し、第２異音データとして出力する（Ｓ５．３）。
異音がエンジン１０３の回転運動に伴って発生する音である場合、回転運動の速さに応じて異音の発生頻度が変化する。そのため、車両１００から検出される第１異音データに対して音源推定部３０５による推定を行うと、同じ部品を音源とする異音であっても、高速回転時データと低速回転時のデータはそれぞれ異なるデータとして識別される可能性がある。その結果、同じ部品を音源とする異音であるにもかかわらず、回転運動の速さによって異なる部品が音源として推定される虞がある。
本実施の形態では、データ生成部３０４が、第１異音データと回転データから、クランク角が一定角度変化するごとの周波数スペクトルを示す第２異音データを生成する。このような第２異音データは、クランク角に対する異音の音圧レベルの変化を示すため、高速回転時のデータと、低速回転時のデータとが同様の変化を示す。これにより、音源推定において回転運動の速さによって異なる結果が示されることを抑制できる。
また、本実施の形態では、クランク角がｎサイクル分変化する間の周波数スペクトルを第２異音データとした。回転状態が予め定められた角度分変化する間のデータを第２異音データとすることにより、同じ部品を音源とする異音から同様の第２異音データが生成される可能性が高くなる。
一方で、クランク角がｎサイクル変化する間の周波数スペクトルの変化を第２異音データとしても、クランク角が０度の状態からの周波数スペクトルの変化と、クランク角が１８０度の状態からの周波数スペクトルの変化とでは異なるデータとなる可能性がある。そのため、予め定められた第１状態から第２状態に変化する間のデータを第2異音データとすることにより、同じ部品を音源とする異音であれば同様のデータが取得される可能性がより高くなる。例えば、第１状態をクランク角が０度の状態、第２状態をクランク角が第１状態からｎサイクル回転した状態とすることが考えられる。
図７（ａ）は図２（ａ）から生成された第２異音データの例を示し、図７（ｂ）は図２（ｂ）から生成された第２異音データの例を示す。図７の例では、一定角度Ａを１８０度とし、クランク角が約３サイクル分変化する間の周波数スペクトルを抽出している。図７（ａ）と図７（ｂ）は、図２（ａ）と図２（ｂ）の場合と比べて、互いの異音の発生間隔が類似していることが分かる。これにより、図７（ａ）と図７（ｂ）について同様の部品が異音の音源として推定される可能性が高くなると考えられる。
第２異音データが生成されると、サーバ側制御部３０１は、生成された第２異音データを音源推定部３０５に入力することで、第２異音データが車両１００に搭載される複数の部品のどの部品を音源とする異音に関するデータであるかを推定する（Ｓ６）。
音源推定部３０５に対する入力と出力の概要を図８に示す。入力される第２異音データは縦軸をａＨｚ，ｂＨｚ，ｃＨｚ，ｄＨｚ，ｅＨｚ，・・・の周波数、横軸を０度，Ａ度，２Ａ度，・・・のクランク角としている。横軸は第１状態である０度から、第２状態である０度からｎサイクル回転した状態まで続くものとする。音圧レベルＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，・・・は、図５の周波数スペクトルＰ１の各周波数の音圧レベルを示す値である。同様に、Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，・・・とＰ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，・・・はクランク角ごとの、各周波数の音圧レベルを示す値である。音源推定部３０５は、第２異音データが入力されると、車両１００に搭載される部品１、部品２、部品３、・・・のそれぞれに対して、第２異音データが示す異音の音源である確信度を出力する。
サーバ側制御部３０１は、サーバ側通信部３０２を通じて、異音の音源である確信度が高い部品に関する情報である音源部品情報を、音源推定の結果として携帯端末２００に送信する（Ｓ７）。音源部品情報は、確信度の高い方から決められた数の部品に関する情報を含んでもよいし、確信度がある閾値以上の部品全てに関する情報を含んでもよい。
携帯端末２００は、端末側通信部２０２で音源部品情報を受信する（Ｓ８）。端末側通信部２０２で音源部品情報を受信すると、端末側制御部２０１は音源部品情報に含まれる部品に関する情報を出力部２１３に出力させる（S９）。例えば、出力部２１３が液晶画面である場合には、部品名、部品形状、部品の搭載位置、部品の点検方法、部品の交換方法、部品の修理方法等を液晶画面に表示させる。出力部２１３が情報を出力した後、本制御は終了する。
上記の構成により、同じ部品を音源とする異音であれば、回転運動の速さが異なる場合であっても、同様の第２異音データに基づいて音源推定を行うことができる。これにより、回転運動の速さによって音源推定が異なる結果となることを抑制できる。
＜実施の形態２＞
図９は、本開示の実施の形態２に係る車両１００と、音源推定システムを備える携帯端末２００と、サーバ３００との構成を示す図である。
本実施の形態において、周波数分析部２０３とデータ生成部２０４は、サーバ３００ではなく携帯端末２００に備えられている。周波数分析部２０３とデータ生成部２０４は端末側制御部２０１によって制御される。
図１０は、実施の形態２に係る音源推定の制御フローを示す図である。
携帯端末２００の入力部２１２によって、音源推定の開始に関する操作を受け付けることで本制御が開始される。Ｓ２１において、図４のＳ１と同様に、携帯端末２００はマイク２１１で検出した異音を含む音から第１異音データを生成し、端末側通信部２０２を用いて回転データを受信する。
端末側制御部２０１は、第１異音データを周波数分析部２０３に入力し、周波数音データを生成させる（Ｓ２２）。次に、端末側制御部２０１は、周波数音データと回転データをデータ生成部２０４に入力し、第２異音データを生成させる（Ｓ２３）。
端末側制御部２０１は、生成された第２異音データを、端末側通信部２０２を通じてサーバ３００に送信する（Ｓ２４）。サーバ３００は、サーバ側通信部３０２を通じて第２異音データを受信する（Ｓ２５）。サーバ側制御部３０１は第２異音データを音源推定部３０５に入力する。音源推定部３０５は、車両１００に搭載される複数の部品に対して、第２異音データが示す異音の音源である確信度を出力する（Ｓ２６）。
サーバ側制御部３０１はサーバ側通信部３０２を通じて、異音の音源である確信度の高い部品に関する情報である音源部品情報を携帯端末２００に送信する（Ｓ２７）。
携帯端末２００では端末側通信部２０２で音源部品情報を受信する（Ｓ２８）。端末側通信部２０２で音源部品情報を受信すると、端末側制御部２０１は音源部品情報に含まれる部品に関する情報を出力部２１３に出力させる（Ｓ２９）。その後、本制御は終了する。
携帯端末２００の端末側通信部２０２は、車両１００から回転データを受信することで回転データを取得する回転データ取得部であり、サーバ３００に対して第２異音データを送信するデータ送信部であり、サーバから音源に関する情報を取得するデータ取得部である。
本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、第２異音データの生成を携帯端末２００側で行う。これにより、同じ部品を音源とする異音であれば、回転運動の速さが異なる場合であっても、同様の第２異音データが携帯端末２００からサーバ３００に送られる。そのため、データ生成部２０４のような、回転角度の変化に対する異音の変化を示す第２異音データを生成する機能をサーバ３００が有していない場合であっても、回転運動の速さによって異なる音源推定結果が示されることを抑制することができる。
＜実施の形態３＞
図１１は、本開示の実施の形態３に係る音源推定装置である携帯端末２００と、音源推定の対象物である車両１００の構成を示す図である。
本実施の形態では、上記の実施の形態１や実施の形態２とは異なり、音源推定を行うサーバ３００は存在せず、周波数分析部２０３と、データ生成部２０４と、音源推定部２０５とを携帯端末２００が備えている。
図１２は、実施の形態３に係る音源推定の制御フローを示す図である。
携帯端末２００の入力部２１２によって、音源推定の開始に関する操作を受け付けることで本制御が開始される。Ｓ３１において、図４のＳ１と同様に、携帯端末２００はマイク２１１で検出した異音を含む音から第１異音データを生成し、端末側通信部２０２を用いて回転データを受信する。
端末側制御部２０１は、第１異音データを周波数分析部３０３に入力し、周波数音データを生成させる（Ｓ３２）。次に、端末側制御部２０１は、周波数音データと回転データをデータ生成部２０４に入力し、第２異音データを生成させる（Ｓ３３）。
端末側制御部２０１は、生成された第２異音データを音源推定部２０５に入力することで、これにより、音源推定部２０５は、車両１００に搭載される複数の部品に対して、第２異音データが示す異音の音源である確信度を出力する（Ｓ３４）。
端末側制御部２０１は、異音の音源である確信度の高い部品に関する情報である音源部品情報を出力部２１３に出力させる（S３５）。その後、本制御は終了する。
本実施の形態では、実施の形態１、実施の形態２とは異なり、第２異音データの生成と音源の推定とを携帯端末２００で行う。そのため、サーバ３００との通信を行わずに異音の音源を推定することができる。
＜変形例＞
第２異音データはクランク角が所定角度変化するごとの異音を含む音の周波数スペクトルの変化を示すデータである。そして、上記の実施の形態では、所定角度を一定角度Aとした。しかし、所定角度として他の値を用いて第２異音データを生成してもよい。
例えば、所定角度を、クランクシャフトの回転回数が一定回数変化する間の角度ととしてもよい。回転回数はクランク角の角度変化を３６０度で除した値である。この場合、回転データは単位時間あたりのクランクシャフトの回転回数である回転速度とする。データ生成部３０４は回転速度から回転回数の算出を行う。その後、データ生成部３０４は、回転回数が一定回数分変化するごとの周波数音データの抽出（S５．１）を行う。
データ生成部３０４において、回転速度から回転回数を算出する方法と、回転回数が一定回数分変化するごとの周波数音データの抽出する方法について、図１３を用いて説明する。
図１３（ａ）の周波数音データは時間ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮにおける、周波数スペクトルＰ１，Ｐ２，・・・，ＰＮを示すデータである。回転データは時間ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮにおけるクランクシャフトの回転速度ｒ１，ｒ２，・・・，ｒＮを示す。回転回数Ｒ１，Ｒ２，・・・，ＲＮは、時間ｔ１以降のクランクシャフトの回転回数を、時間ごとに示した値である。時間ｔ１における回転回数Ｒ１を０とすると、時間ｔ２，・・・ｔＮにおける回転回数Ｒ２，・・・ＲＮは、時間間隔ｔと回転速度ｒ２，・・・ｒＮの積として算出される。また、回転回数Ｒ２は、ｒ１とｒ２の平均値と、時間間隔ｔとの積として算出してもよい。その場合、回転量Ｒ３，・・・，ＲＮについても同様に、２つの時間における回転速度の平均値と時間間隔ｔの積として算出する。
なお、回転データは時間ｔ１，ｔ２，・・・ｔＮごとに別々の値を取得する構成に限られない。異音を検出する間にエンジン１０３の回転速度が一定に制御されている場合は、１つの回転速度を取得し、その値をｒ１，ｒ２，・・・ｒＮの全てに適用してもよい。
回転量Ｒ１，Ｒ２，・・・ＲＮが算出された後、図６に示すＳ５．１～Ｓ５．３の方法を用いて、回転回数が一定回数Ｒだけ変化するごとの周波数音データが抽出される。抽出された周波数音データを図１３（ｂ）に示す。その後、回転回数がｎ回に達するまでの周波数音データが抽出されることで第２異音データが生成される。
これにより、回転データとして時間ｔ１，ｔ２，・・・ｔＮごとのクランク角が取得できない場合であっても、回転回数を推定して第２異音データを生成することができる。
変速機構１０４から出力される変速回転運動に伴って異音が生じる場合は、音源部品及び回転運動の速さが同一であっても、変速比によって異なる頻度で異音が生じると考えられる。
そこで、所定角度を、変速回転運動の回転回数である変速回転回数が一定回数変化する分の角度とする場合を考える。この場合、回転データは、回転速度と変速機構１０４である。ここで、変速比は、変速機構１０４から出力される変速回転運動の回転速度に対する、エンジン１０３から出力される回転運動の回転速度の比である。この場合、データ生成部３０４は回転データである回転速度と変速比から、変速回転回数の算出を行った後、変速回転回数が一定回数分変化するごとの周波数音データの抽出（S５．１）を行う。
図１４（ａ）の周波数音データは、時間ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮにおける、周波数スペクトルＰ１，Ｐ２，・・・ＰＮを示すデータである。回転データは時間ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮにおけるクランクシャフトの回転速度ｒ１，ｒ２，・・・，ｒＮと、変速比Ｇ１，Ｇ２，・・・，ＧＮを示す。変速回転回数ＧＲ１，ＧＲ２，・・・，ＧＲＮは、時間ｔ１以降の変速回転回数を、時間ｔ１，ｔ２，・・・，ｔＮごとに示した値である。時間ｔ１における変速回転回数ＧＲ１を０とすると、時間t２，・・・，ｔＮにおける変速回転回数ＧＲ２，・・・，ＧＲＮは、回転速度ｒ２，・・・，ｒＮと時間間隔ｔとの積を変速比Ｇ２，・・・，ＧＮで除した値として算出される。
変速回転回数ＧＲ１，ＧＲ２，・・・ＧＲＮが算出された後、図６に示すＳ５．１～Ｓ５．３の方法を用いて、変速回転回数が一定の回数ＧＲだけ変化するごとの周波数音データが抽出される。抽出された周波数音データを図１４（ｂ）に示す。その後、変速回転回数がｎ回転に達するまでの周波数音データが抽出されることで第２異音データが生成される。これにより、同じ部品から生じる異音で変速比が異なる場合において、それぞれ異なる第２異音データが生成されることを抑制することができる。
実施の形態１においては、第２異音データを生成するデータ生成部３０４と、第２異音データの音源の推定を行う音源推定部３０５とを１つのサーバ３００が備える構成とした。しかし、データ生成部３０４と音源推定部３０５とをそれぞれ異なる２つのサーバで分担して備える構成とし、これらの２つのサーバが通信によりデータの送受信を行うことで音源推定を行う構成としてもよい。つまり、音源推定サーバを複数のサーバによって構成してもよいしてもよい。
また、実施の形態２においては、マイク２１１で異音を含む音を検出することによる第１異音データの生成と、端末側通信部２０２による回転データの受信と、データ生成部２０４による第２異音データの生成を携帯端末２００で行う構成とした。しかし、第1異音データの生成と回転データの受信とを携帯端末２００で行い、第１異音データと回転データとをデータ生成部２０４が備えられたデータ生成用のサーバに送信し、データ生成用のサーバで第２異音データの生成を行った後、音源推定が行われるサーバに第２異音データを送信してもよい。つまり、音源推定システムを携帯端末２００とデータ生成用のサーバで分担して構成してもよい。
上記の実施の形態においては、マイク２１１で異音を含む音を検出することによる第１異音データの生成と、端末側通信部２０２による回転データの受信を同時に行う構成とした。しかし、第１異音データの生成と、回転データの受信は必ずしも同時に行う必要はない。例えば、マイク２１１で異音を含む音の検出が行われた時間を端末側制御部２０１がタイマー等で記録し、端末側通信部２０２は異音の検出が行われた時間を車両１００に送信し、車両側制御部１０１は記録装置に記録された回転データの中から、異音を含む音の検出が行われた時間に対応する回転データを、車両側通信部１０２を通じて携帯端末２００やサーバ３００に送信する構成としてもよい。この方法によっても異音が生じる時間に対応する時間の回転データを取得することができる。
上記の実施の形態においては、サーバ３００が第１異音データと回転データ、又は第２異音データを取得する際には、サーバ側通信部３０２がデータを受信する構成とした。しかし、データの取得方法は通信によって行う方法に限定されない。例えば、携帯端末２００において、第１異音データと回転データ、又は第２異音データを外付けの記録装置に記録し、サーバ３００でその記録装置の読み出しを行うことによって、データを取得する構成としてもよい。また、携帯端末２００が車両１００から回転データを取得する際も同様に、通信による方法に限定されない。
上記の実施の形態において携帯端末２００は車両１００外部の装置とした。しかし、携帯端末２００は車両１００に搭載される装置であってもよい。車両側通信部１０２と端末側通信部２０２との間の通信は、車両１００内部の通信（ＣＡＮ通信等）を用いて行われる。この場合、端末側通信部２０２は車両１００外部との通信機能を備えず、車両側通信部１０２がサーバ３００に対して第１異音データと回転データ、又は第２異音データを送信する構成としてもよい。
また、上記の実施の形態においては、第１異音データと回転データとの送信、又は第２異音データの送信を行う携帯端末２００が、音源部品情報を受信する構成とした。しかし、携帯端末２００が第１異音データと回転データとの送信、又は第２異音データの送信を行い、音源部品情報は他の装置で受信する構成としてもよい。例えば、車両１００が入庫したディーラーや整備工場等で携帯端末２００を用いて第１異音データと回転データの取得が行われ、第１異音データと回転データがサーバ３００に送信される。その後、ディーラーや整備工場の作業を管理する管理用サーバ等に音源部品情報がサーバ３００から送信される構成としてもよい。
上記の実施の形態において音源推定を行う対象物は車両１００としたが、回転装置と、回転装置の回転運動に伴って運動する複数の部品とを備えるものであれば対象物は車両１００に限られない。例えば、回転装置によってプロペラを回転させる航空機や、スクリューを回転させる船舶等を音源推定の対象物としてもよい。また、回転装置は、回転運動を発生させる装置であればエンジン１０３のような内燃機関に限られず、例えばモーターであってもよい。
上記の実施形態において、第１異音データは、時間に対する異音を含む音の音圧レベルの変化を示すデータとした。しかし、第1異音データは時間に対する周波数スペクトルの変化を示すデータであってもよい。また、上記の実施の形態において、第２異音データは、回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの異音を含む音の周波数スペクトルを示すデータとした。しかし、第２異音データは回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの音圧レベルを示すデータであってもよい。
上記の実施の形態においては、音の大きさを音圧レベルで示した。しかし、音の大きさは圧力の値や、フォンやソーンの単位で表されるような感覚量で示してもよい。
今回開示された各実施の形態は、適宜組み合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１００ 車両
１０３ エンジン
２００ 携帯端末
３００ サーバ
３０１ サーバ側制御部
３０２ サーバ側通信部
３０４ データ生成部
３０５ 音源推定部

Claims (9)

  1. 対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音の大きさを示すデータである第１異音データと、前記異音が生じた時の前記回転装置の回転角度に関するデータである回転データとを取得するデータ取得部と、
    前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成部と、
    前記第２異音データが、前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定する音源推定部と、を備える音源推定サーバ。
  2. 前記第２異音データは、前記回転装置の回転角度が予め定められた角度分変化する間の前記異音を含む音の大きさを示すデータである、請求項1に記載の音源推定サーバ。
  3. 前記第２異音データは、前記回転装置の回転角度が第１状態から第２状態に変化する間の前記異音を含む音の大きさを示すデータである、請求項１又は２に記載の音源推定サーバ。
  4. 前記第２異音データは、前記回転角度が一定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである、請求項１乃至３の何れか一項に記載の音源推定サーバ。
  5. 前記回転データは単位時間あたりの前記回転運動の回転回数である回転速度を含み、
    前記第２異音データは、前記回転運動の回転回数が一定回数分変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである、請求項１又は２に記載の音源推定サーバ。
  6. 前記回転データは、単位時間あたりの前記回転運動の回転回数である回転速度と、前記回転運動を変速して変速回転運動を出力する変速機構の変速比とを含み、
    前記第２異音データは、前記変速回転運動の回転回数が一定回数分変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである、請求項１又は２に記載の音源推定サーバ。
  7. 対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音を検出することにより前記異音を含む音の大きさを示すデータである第1異音データを生成する検出生成部と、
    前記異音が生じた時の前記回転装置の回転状態に関するデータである回転データを取得する回転データ取得部と、
    前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成部と、
    前記第２異音データが前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定するサーバに対して前記第２異音データを送信するデータ送信部と、
    前記サーバから前記音源に関する情報を受信するデータ受信部と、を備える音源推定システム。
  8. 対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音を検出することにより前記異音を含む音の大きさを示すデータである第1異音データを生成する検出生成部と、
    前記異音が生じた時の前記回転装置の回転状態に関するデータである回転データを取得する回転データ取得部と、
    前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成部と、
    前記第２異音データが前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定する音源推定部と、を備える音源推定装置。
  9. 対象物に搭載される回転装置の回転運動に伴って生じる異音を含む音の大きさを示すデータである第１異音データを取得する第１異音データ取得工程と、
    前記異音が生じた時の前記回転装置の回転角度に関するデータである回転データを取得する回転データ取得工程と、
    前記第１異音データと前記回転データに基づいて、前記回転装置の回転角度が所定角度変化するごとの前記異音を含む音の大きさを示すデータである第２異音データを生成するデータ生成工程と、
    前記第２異音データが前記対象物に搭載される複数の部品の内のどの部品を音源とする異音のデータであるかを推定する音源推定工程と、からなる音源推定方法。
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