JP2588014B2 - Sound source coordinate measuring device - Google Patents
Sound source coordinate measuring deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、測定対象物の音源の座標位置を測定する装
置に関する。本発明の装置は、動物の運動の測定や情報
処理装置へ三次元座標位置からのデータあるいは制御信
号等を入力する入力手段として用いる。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an apparatus for measuring a coordinate position of a sound source of a measurement object. The apparatus of the present invention is used as input means for measuring the movement of an animal or inputting data or control signals from a three-dimensional coordinate position to an information processing apparatus.
本発明は、音源の三次元座標位置を測定する装置にお
いて、 音源にはパワースペクトル時間変化の所定パターンの
音波を出力し、この音波のパワースペクトル時間変化か
ら音源の三次元座標位置を演算することにより、 測定対象物の音源と測定装置とを空間的に分離でき測
定時の耐雑音性を向上させるものである。The present invention relates to an apparatus for measuring a three-dimensional coordinate position of a sound source, comprising: outputting a sound wave having a predetermined pattern of temporal change in power spectrum to the sound source; and calculating the three-dimensional coordinate position of the sound source from the temporal change in power spectrum of the sound wave. Thus, the sound source of the object to be measured and the measurement device can be spatially separated from each other to improve noise resistance during measurement.
従来、三次元座標位置の測定装置は、測定対象物と測
定機器間とが何らかの線で結ばれているものであった。Conventionally, in a measuring device of a three-dimensional coordinate position, an object to be measured and a measuring device are connected by some line.
このため、測定対象物と測定機器間とを何らかの線で
結ぶ必要があるため、測定対象物が限られ、また、測定
できる対象物の運動方向も限られる問題があった。For this reason, it is necessary to connect the measuring object and the measuring device with some kind of line, so that there is a problem that the measuring object is limited and the direction of movement of the measurable object is also limited.
また、測定値が「0」となる時刻に着目して、それを
元に座標位置を推定するものであったので、雑音が混入
したりすると、測定値が不定となり、雑音のために正確
な座標位置を測定できない問題が生じていた。Also, since the coordinate position is estimated based on the time at which the measured value becomes “0”, the measured value becomes indefinite if noise is mixed in, and accurate There was a problem that the coordinate position could not be measured.
本発明は、上述の従来の欠点を解決するもので、測定
機器側で受信した音源からの音波のパワースペクトルの
時間変化から座標位置を算出することにより、音源と測
定機器とを線で接続することなく、また、測定時の耐雑
音性を向上させる音源の座標測定装置を提供することを
目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional disadvantages, and connects a sound source and a measuring device by a line by calculating a coordinate position from a time change of a power spectrum of a sound wave from a sound source received on the measuring device side. It is another object of the present invention to provide a sound source coordinate measuring device that can improve noise resistance during measurement without any noise.
それぞれが固有のパワースペクトル時間変化の所定パ
ターンに従って音波を出力する複数の音源と、少なくと
も4個のマイクロホンと、このマイクロホンで受信した
音波のそれぞれのパワースペクトルの時間変化を検出す
る手段と、この検出する手段が検出したパワースペクト
ルの時間変化のパターンに基づいて上記音源の三次元座
標位置を演算する手段とを備えたことを特徴とする。A plurality of sound sources each outputting a sound wave according to a predetermined pattern of a time change of the power spectrum, at least four microphones, a means for detecting a time change of each power spectrum of the sound wave received by the microphone, Means for calculating the three-dimensional coordinate position of the sound source on the basis of the time-varying pattern of the power spectrum detected by the means.
なお、あらかじめ前記演算する手段に音源のパワース
ペクトルの時間変化の所定パターンを設定することがで
きる。また音源は、前記所定パターンにしたがって音波
を繰り返し出力する手段を含み、前記演算する手段は一
つのマイクロホンで受信した音波から抽出されるパワー
スペクトルの時間変化パターンを基準として前記音源の
三次元座標位置を演算する手段を含むことができる。It is to be noted that a predetermined pattern of a temporal change of the power spectrum of the sound source can be set in the calculating means in advance. Further, the sound source includes a unit that repeatedly outputs a sound wave according to the predetermined pattern, and the calculation unit includes a three-dimensional coordinate position of the sound source based on a time change pattern of a power spectrum extracted from a sound wave received by one microphone. May be included.
音源部から発せられた音波はXYZ座標上に配置された
複数のマイクロホンで受信される。このマイクロホンで
受信された音波はディジタル信号に変換した後スペクト
ラムアナライザにより、所定の周波数について、そのパ
ワースペクトルの時間変化のパターンを抽出する。この
マイクロホンの座標位置とこの抽出されたパワースペク
トルについての時間関係とから、音源の座標位置を計算
し、音源の三次元座標位置を求める。Sound waves emitted from the sound source unit are received by a plurality of microphones arranged on XYZ coordinates. The sound wave received by the microphone is converted into a digital signal, and then a time-varying pattern of the power spectrum is extracted at a predetermined frequency by a spectrum analyzer. The coordinate position of the sound source is calculated from the coordinate position of the microphone and the time relationship of the extracted power spectrum, and the three-dimensional coordinate position of the sound source is obtained.
以下図面を参照して、本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は、本発明音源座標測定装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a sound source coordinate measuring apparatus according to the present invention.
本実施例測定装置は、音源部1と測定解析部2とで構
成される。音源部1は、スイッチSWがオンとなると、所
定のパターンのパワースペクトル時間変化を持つ音を音
波発生装置SRから出力する装置である。測定解析部2は
音源部1からの音波を受信して、この測定解析部2の入
力装置として機能する4個のマイクロホンMo、Mx、My、
Mzを備え、この各マイクロホンMo、Mx、My、Mzからのア
ナログ信号をそれぞれディジタル信号に変換するアナロ
グディジタル変換器A/Do、A/Dx、A/Dy、A/Dzと、このア
ナログディジタル変換器A/Do〜A/Dzで変換されたディジ
タル信号を一時記憶するRAMo、RAMx、RAMy、RAMzと、こ
のRAMo〜RAMzに記憶された音源信号から所定の周波数の
スペクトルを抽出するスペクトラムアナライザSPAo、SP
Ax、SPAy、SPAzと、このスペクトラムアナライザSPAo〜
SPAzで抽出した4つの音源信号の周波数スペクトルの時
間変化のパターンから音源の三次元座標位置を算出する
数値計算部NCLとを備えている。The measuring apparatus of the present embodiment includes a sound source unit 1 and a measurement analysis unit 2. When the switch SW is turned on, the sound source unit 1 is a device that outputs a sound having a predetermined pattern of power spectrum time change from the sound wave generator SR. The measurement analysis unit 2 receives a sound wave from the sound source unit 1 and four microphones Mo, Mx, My, and 4 functioning as input devices of the measurement analysis unit 2.
M / z, analog / digital converters A / Do, A / Dx, A / Dy, A / Dz which convert analog signals from microphones Mo, Mx, My, Mz into digital signals respectively RAMo, RAMx, RAMy, RAMz for temporarily storing digital signals converted by the devices A / Do to A / Dz, and a spectrum analyzer SPAo for extracting a spectrum of a predetermined frequency from a sound source signal stored in the RAMo to RAMz, SP
Ax, SPAy, SPAz and this spectrum analyzer SPAo ~
A numerical calculation unit NCL for calculating a three-dimensional coordinate position of the sound source from a pattern of a time change of the frequency spectrum of the four sound source signals extracted by SPAz.
次に本実施例測定装置の測定原理を説明する。 Next, the measurement principle of the measurement apparatus of this embodiment will be described.
音源部1と測定解析部2とは共通のデータとして、周
波数f0〔Hz〕の音波についてのパワースペクトルの時間
変化Ps(t)を持っている。なお、以下の説明では、説
明を簡単にするため、周波数f0〔Hz〕以外のパワースペ
クトルは全て「0」として説明する。The sound source unit 1 and the measurement analysis unit 2 have, as common data, a time change P s (t) of a power spectrum of a sound wave having a frequency f 0 [Hz]. In the following description, all power spectra other than the frequency f 0 [Hz] are described as “0” for simplicity.
この周波数f0のパワースペクトルの時間変化Ps(t)
は、音圧x(t)に対して、次の(1)式で定義される
ものをいう。Time change P s (t) of the power spectrum at this frequency f 0
Is defined by the following equation (1) with respect to the sound pressure x (t).
時間を連続的にとれば 時間を離散的にとれば と表すことができる。本実施例では第2図に示すような
時間変化のパワースペクトルを持つ音波を音源部1は発
するものとする。If you take time continuously If we take time discretely It can be expressed as. In this embodiment, it is assumed that the sound source unit 1 emits a sound wave having a time-varying power spectrum as shown in FIG.
音源部1では、スイッチSWが押されると、その音波発
生装置SRから、第3図のタイムチャートに示される動作
を行ってf0〔Hz〕のパワースペクトルの時間変化を持つ
音波を発射する。When the switch SW is pressed, the sound source unit 1 performs the operation shown in the time chart of FIG. 3 to emit a sound wave having a time change of the power spectrum of f 0 [Hz] from the sound wave generator SR.
測定解析部2のマイクロホンMo〜Mzは、この音源部1
からの音波を受信して電気信号に変換する。The microphones Mo to Mz of the measurement analysis unit 2
And converts it into an electrical signal.
このマイクロホンから入力される時系列データをW
j(t)、但しj=O、X、Y、Z とすると、各アナログディジタル変換器A/Do〜A/Dzで
は、 という離散的時系列データへの変換が行われる。Time series data input from this microphone is
j (t), where j = O, X, Y, Z, the analog-to-digital converters A / Do to A / Dz: Is converted to discrete time-series data.
このA/D変換器で離散的時系列データに変換されたデ
ータは、(2)式によってスペクトラムアナライザSPAo
〜SPAzでパワースペクトルが求められる。The data converted into discrete time-series data by the A / D converter is expressed by the spectrum analyzer SPAo according to the equation (2).
The power spectrum is determined by ~ SPaz.
以上のように、4個のマイクロホンMo〜Mzから入力さ
れた時系列データWj(t)に対するパワースペクトルPj
(f,t0+nΔt)が求められる。 As described above, the power spectrum P j for the time-series data W j (t) input from the four microphones Mo to Mz
(F, t 0 + nΔt) is obtained.
この4対のパワースペクトルから数値計算部NCLで音
源部1の三次元座標を算出する計算手順を説明する。A calculation procedure for calculating the three-dimensional coordinates of the sound source unit 1 by the numerical calculation unit NCL from the four pairs of power spectra will be described.
4個のマイクロホンの相対位置が第4図に示されるXY
Z座標位置に配置されているとして、第5図のタイムチ
ャートに示すような音源部1から発生したf0〔Hz〕成分
のパワースペクトルと各マイクロホンに対応するスペク
トラムアナライザSPAの出力との間に時間関係が発生し
ているとする。The relative positions of the four microphones are shown in FIG.
Assuming that it is arranged at the Z-coordinate position, between the power spectrum of the f 0 [Hz] component generated from the sound source unit 1 as shown in the time chart of FIG. 5 and the output of the spectrum analyzer SPA corresponding to each microphone. Assume that a time relationship has occurred.
まず、各種変数等の記号を次のように定義する。 First, symbols such as various variables are defined as follows.
rj:音波発生装置SRとマイクロホンMjとの距離 j=
O、X、Y、Z τko:マイクロホンMkに到達した音波がMoに到達するま
での時間 k=X、Y、Z マイクロホンの座標 Mo(0,0,0) Mx(a,0,0) My(0,b,0) Mz(0,0,c) 音源の座標 SR(Xs,Ys,ZRs) そして、まず、τko(k=X、Y、Z)を求める。r j : distance between sound wave generator SR and microphone M j j =
O, X, Y, Z τ ko : time until sound wave reaching microphone Mk reaches Mo k = X, Y, Z coordinates of microphone Mo (0,0,0) Mx (a, 0,0) My (0, b, 0) Mz (0,0, c) Sound source coordinates SR (X s , Y s , ZR s ) First, τ ko (k = X, Y, Z) is obtained.
次に各スペクトラムアナライザSPAo〜SPAzの出力とし
て得られる4対のパワースペクトルの時間変化Pj(f,t0
+nΔt)と、共通のデータとしてもっているパワース
ペクトルの時間変化Ps(f,t0+nΔt)との畳込み積分
を計算する。すなわち、 Cjs(mj)=ΣPj(f,t0+nΔt)Ps(f,t0+(n−
mj)Δt) ……(5) ここで、Cjs(mj)を最大にするmjをmjmaxと書くと τko=(mkmax−m0max)Δt k=X、Y、Z として求められる。Next, a time change P j (f, t 0) of four pairs of power spectra obtained as outputs of each of the spectrum analyzers SPAo to SPAz.
+ NΔt) and the time change P s (f, t 0 + nΔt) of the power spectrum that is held as common data are calculated. That is, C js (m j ) = ΣP j (f, t 0 + nΔt) P s (f, t 0 + (n−
m j) Δt) ...... (5 ) where, C js (m j) τ Writing m j that maximizes the m jmax the ko = (m kmax -m 0max) Δt k = X, Y, as Z Desired.
各マイクロホンと音源との距離は、それぞれの座標に
よって次のように表せる。The distance between each microphone and the sound source can be expressed by the respective coordinates as follows.
この(6)式を変形すると となる。ところで、 rk=ro−vc τko ……(8) ただしk=X,Y,Z、vc=音速 なる関係が成立するため、(7)式はさらに次のように
変形できる。 By transforming equation (6), Becomes By the way, r k = r o −v c τ ko (8) where k = X, Y, Z, and v c = sound velocity, so that equation (7) can be further modified as follows.
上式中、未知数は、Xs、Ys、Zsの3個であり、(9)式
を数値計算法により演算すれば、解を求め音源の三次元
座標位置を求めることができる。 In the above equation, there are three unknowns, X s , Y s , and Z s. If the equation (9) is calculated by a numerical calculation method, a solution can be obtained and the three-dimensional coordinate position of the sound source can be obtained.
この結果、複数個の音源SRi(i=0,1,…,N)があ
り、それぞれが自身に固有の周波数fi〔Hz〕を自身に固
有のパワースペクトルの時間変化をP(fi,t)で出力す
るものとすると、その固有の周波数毎のパワースペクト
ルの時間変化を取り出してそれぞれの周波数毎の座標位
置を演算により求めることができるので、任意の物体の
位置と形状、さらには運動を推定することが可能であ
る。As a result, there are a plurality of sound sources SR i (i = 0, 1,..., N), each of which has its own frequency f i [Hz] and its time change of its own power spectrum P (f i , t), the time change of the power spectrum for each unique frequency can be extracted and the coordinate position for each frequency can be obtained by calculation, so that the position and shape of an arbitrary object, and further, It is possible to estimate the movement.
また、共通データとして持つべきパワースペクトルの
時間変化Ps(f,t)を、予め定められたデータとせずに
マイクロホンMoで測定されたデータW0(t)から計算さ
れたものとすると、音波を発するもの全ての座標位置を
演算によって推定することができる。Further, assuming that the time change P s (f, t) of the power spectrum to be held as the common data is calculated from data W 0 (t) measured by the microphone Mo instead of the predetermined data, Can be estimated by calculation.
すなわち、音源部1からは同一のパワースペクトルの
時間変化を持つ音波が繰り返し出力されており、この繰
り返されるパワースペクトルの時間変化のパターンをマ
イクロホンMoで測定されたデータから抽出して、この抽
出されたパターンを基準として、数値計算部NCLで音源
部1の三次元座標位置を演算する。That is, a sound wave having the same time change of the power spectrum is repeatedly output from the sound source unit 1, and the pattern of the time change of the repeated power spectrum is extracted from the data measured by the microphone Mo. The three-dimensional coordinate position of the sound source unit 1 is calculated by the numerical calculation unit NCL based on the obtained pattern.
このように、本発明は構成されているため、測定対象
物の音源の三次元座標位置を測定対象物と測定機器とを
空間的に分離したまま求めることができる。さらに、音
源のパワースペクトル時間変化から測定対象物の三次元
座標位置を求めているため、混入する雑音の影響を小さ
くでき、耐雑音性を向上させた音源座標位置測定方式を
実現できる。Since the present invention is configured as described above, the three-dimensional coordinate position of the sound source of the measurement target can be obtained while the measurement target and the measurement device are spatially separated. Furthermore, since the three-dimensional coordinate position of the measurement object is obtained from the time change of the power spectrum of the sound source, the influence of the mixed noise can be reduced and the sound source coordinate position measuring method with improved noise immunity can be realized.
第1図は本発明実施例の構成図。 第2図はパワースペクトルの時間変化の例。 第3図は実施例音源部の動作を示すタイムチャート。 第4図はマイクロホンの座標位置を示す図。 第5図は音源部から発生したf0〔Hz〕の成分強度の各ス
ペクトラムアラナイザの出力との相互関係を示す図。 1…音源部、2…測定解析部、SW…スイッチ、SR…音波
発生装置、Mo〜Mz…マイクロホン、A/Do〜A/Dz…アナロ
グディジタル変換器、SPAo〜SPAz…スペクトラムアナラ
イザ、NCL…数値計算部。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an example of a temporal change of the power spectrum. FIG. 3 is a time chart showing the operation of the tone generator of the embodiment. FIG. 4 is a diagram showing coordinate positions of a microphone. FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the component intensity of f 0 [Hz] generated from the sound source unit and the output of each spectrum alanizer. 1. Sound source unit 2. Measurement and analysis unit, SW switch, SR sound wave generator, Mo to Mz microphone, A / Do to A / Dz analog to digital converter, SPAo to SPAz spectrum analyzer, NCL numerical value Calculation part.
Claims (1)
化の所定パターンに従って音波を出力する複数の音源
と、 少なくとも4個のマイクロホンと、 このマイクロホンで受信した音波のそれぞれのパワース
ペクトルの時間変化を検出する手段と、 この検出する手段が検出したパワースペクトルの時間変
化のパターンに基づいて上記音源の三次元座標位置を演
算する手段と を備え、 あらかじめ前記演算する手段に音源のパワースペクトル
の時間変化の所定パターンが設定された ことを特徴とする音源座標測定装置。1. A plurality of sound sources each outputting a sound wave according to a predetermined pattern of a time change of a unique power spectrum, at least four microphones, and detecting a time change of each power spectrum of a sound wave received by the microphone. Means for calculating a three-dimensional coordinate position of the sound source based on a time-varying pattern of the power spectrum detected by the detecting means. A sound source coordinate measuring device having a pattern set.
Priority Applications (1)
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JP1011150A JP2588014B2 (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Sound source coordinate measuring device |
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JP1011150A JP2588014B2 (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Sound source coordinate measuring device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH02196977A JPH02196977A (en) | 1990-08-03 |
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Family
ID=11769991
Family Applications (1)
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JP1011150A Expired - Lifetime JP2588014B2 (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Sound source coordinate measuring device |
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