JP4193041B2 - ３次元インテンシティプローブ、同プローブを用いた３次元音源方向検知装置及び３次元音源方向対面制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元空間における音響インテンシティを測定する３次元インテンシティプローブ、同プローブを用いた３次元音源方向検知装置及び３次元音源方向対面制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音響インテンシティとは、音の強さであって、単位面積あたりのエネルギー量の割合を表わす。この音響インテンシティは、大きさと方向をもつベクトル量であり、これを測定することにより音源方向の検知が可能である。
【０００３】
従来、３次元空間における音源方向の検知に用いられるプローブ（３次元インテンシティプローブ）には、マイクロホン（以下、マイクと略記する。）を４つ備え、１つは中心に、残る３つは中心に位置させたマイク（中心マイク）の周囲対称位置に配置したものがあった（非特許文献１参照）。
また、３方向（前後、上下及び左右方向）に互いに直角に向くマイクを設けてなるインテンシティ測定用マイク（３次元インテンシティプローブ）もあった（特許文献１参照）。
更に、測定室内に置かれたダミーヘッドマイクを用いて音像定位方向を測定する装置もあった（特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｆ.Ｊ.Ｆahy著、橘 秀樹訳、平成１０年５月２０日 株式会社 オーム社発行「サウンドインテンシティ」（第１２７頁中、図６.５）。
【特許文献１】
特開平６−１６７９８４号公報
【特許文献２】
特開平７−３３６８００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に記載の３次元インテンシティプローブでは、中心マイクの周辺に配置した３つのマイク（音波入射面）は全て同方向（中心マイクと同じ正面方向）に向けられ、３次元空間の各方向からの音波を容易に分離できず、したがって、音源方向検知の分解能が低く、検知精度が低くなるという問題点があった。特に、高い周波数側においてそれが顕著であった。
【０００６】
また、中心マイクの周辺に配置した３つのマイクは、各々特性（感度、位相等）の揃ったものを選ばなければならなかったり、検知する音波の周波数の範囲を容易に変更することができないという問題点もあった。
更に、この種の３次元インテンシティプローブを用いて、３次元音源方向検知装置や音源方向対面制御装置を構成した場合に、３次元音源方向の検知精度や、制御対象を３次元音源方向に対面させる精度が低くなるという問題点もあった。なお、特許文献１に記載のプローブは、１つのマイクに対する３つのマイクが共通の平面上にあって同方向に向けられている点で上述従来技術と変わりはなく、これと同様の問題点を有していた。
また、特許文献２に記載の音像定位方向測定装置は、スピーカからの音の検知部（マイク）において、３次元の要素を含んだ信号を得ることができる（出力できる）ものではなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、検知精度の高い３次元インテンシティプローブを提供することを目的とする。
また本発明は、３次元空間の各方向からの音波（音）を、高い周波数側においても検知精度の高い３次元インテンシティプローブを提供することを目的とする。
また本発明は、中心マイクの周辺に配置した３つのマイクにつき、電気的特性を容易に揃えることができ、したがって、必ずしも当初から特性の揃ったマイクを選ぶ必要がなく、加えて、検知する音波の周波数の範囲を容易に変更することのできる３次元インテンシティプローブを提供することを目的とする。
【０００８】
更に本発明は、３次元音源方向の検知精度の高い３次元音源方向検知装置、制御対象を３次元音源方向に対面させる精度の高い３次元音源方向対面制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の３次元インテンシティプローブは、各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、中心マイクロホンと第１〜第３周辺マイクロホンとの間隔が各々調整自在であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１〜第３周辺マイクロホンの電気的特性を揃えるための補正用音波を出射する補正用音波出力スピーカが付加されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の３次元音源方向検知装置は、各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置される３次元インテンシティプローブの各マイクロホンからの出力信号により３次元音源方向を検知する装置において、前記３次元インテンシティプローブを構成する各マイクロホンの電気的特性を揃える特性補正回路を具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の３次元音源方向対面制御装置は、各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置される３次元インテンシティプローブと、この３次元インテンシティプローブの各マイクロホンからの出力信号により３次元音源方向を検知する３次元音源方向検知手段と、この３次元音源方向検知手段により検知された音源の方向に所望の制御対象を向ける駆動装置とを具備することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は本発明による３次元インテンシティプローブの一実施形態を示す斜視図、図２は同３次元インテンシティプローブを図１の上方側から概略的に示す図（プローブ概略正面図）、図３は図２中の各マイクの位置関係の説明図、図４は図１に示した３次元インテンシティプローブの側面図である。
【００２０】
すなわち、本発明の３次元インテンシティプローブは、図１及び図２に示すように、中心マイク１１及び第１〜第３周辺マイク１２〜１４を備えてなる。この場合、マイク１１〜１４は各々無指向性のマイク、ここではＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイク）が用いられている。
【００２１】
第１、第２及び第３周辺マイク１２，１３，１４は、３次元空間のｘ，ｙ，ｚ軸方向に各別に向けられるマイクであって、任意の位置に固定された中心マイク１１をその音波入射面（振動板面）１１ａ側、つまりプローブ正面側から見たときに、図２に示す位置関係をもって配置されている。
【００２２】
すなわち、第１〜第３周辺マイク１２〜１４は、図２において、中心マイク１１の位置（より詳しくは中心マイク１１の音波入射面中心位置）を中心１５とする適宜径（半径ｒ）の円１６の円周上のほぼ等回転角度（１２０°）位置にて、各々その音波入射面１２ａ〜１４ａ（より詳しくは音波入射面中心２１〜２３）が、中心マイク１１の音波入射面１１ａの中心方向に向けられている。１７〜１９は、この様子を表す、周辺マイク１２〜１４の音波入射面中心軸（線）である。
同周辺マイク１２〜１４は、その側方から見ると、隣接する一対の周辺マイク１２，１３、１３，１４又は１４，１２と中心マイク１１との各音波入射面中心（３点）１５，２１，２２、１５，２２，２３又は１５，２３，２１を結んで描かれる各三角形が、中心マイク１１部分における角度（内角）が直角である合同の直角二等辺三角形になるように配置されている（図３参照）。
つまり、各マイク１１〜１４の音波入射面中心１５，２１，２２，２３を結んだときに、各々合同の直角二等辺三角形の面が底面を除く３面を形成する直角三角錐を描く配置構成になっている。ここで、本明細書において「直角」とは「ほぼ直角」を含むものとする。
【００２３】
このような３次元インテンシティプローブは、中心マイク１１に対する各周辺マイク１２〜１４の３次元配置の違いに基づく、相互に異なる信号が周辺マイク１２〜１４から出力される。この際、上述したように各マイク１１〜１４が、それらの音波入射面中心１５，２１，２２，２３を結んだときに、各々合同の直角二等辺三角形の面が底面を除く３面を形成する直角三角錐を描く配置構成とされているので、３次元空間の各方向からの音波を容易に分離でき、高い検知精度が得られる。また、周辺マイク１２〜１４の全てが、その音波入射面１２ａ〜１４ａを中心マイク１１の音波入射面１１ａの中心方向に向けられて配置、つまり対称に配置設定されているので、３次元空間のどの方向からの音波も、音の回折の条件が同じとなるので、より高い検知精度が得られる。
【００２４】
更に、図示３次元インテンシティプローブは、中心マイク１１と第１〜第３周辺マイク１２〜１４との各間隔Ｌが、上記直角三角錐形状を維持しつつ各々容易に調整自在に構成されている。
その構成例につき図１及び図４を参照して説明する。なお、図４においては、マイク１２及びこのマイク１２に係る部分は、マイク１３及びこのマイク１３に係る部分の真後ろにあって隠されている。
【００２５】
すなわち、マイク１１〜１４は、各々その音波入射面中心軸２４，１７〜１９方向に進退移動自在で、かつその中心軸方向に沿う任意の位置で固定可能に構成されている。ここでは、各マイク１１〜１４は、図４に例示するように、テレスコピック構造２５をもつ支柱２６〜２９（２７につき図１参照。以下同じ。）により、各々その音波入射面中心軸２４，１７〜１９方向に進退移動自在に構成されると共に、図示しない固定手段、例えばネジ止め等により任意の位置で固定可能に構成されている。
この場合、中心マイク１１の支柱２６は取付台３０に直接取り付けられているが、周辺マイク１２〜１４の支柱２７〜２９は、各々サブ支柱３１〜３３（３１につき図１参照。以下同じ。）を介して取付台３０に取り付けられている。
【００２６】
なお、支柱２７〜２９は、各々マイクホルダ３４を介してサブ支柱３１〜３３に支持され、各マイクホルダ３４によってサブ支柱３１〜３３の長さ方向に僅かに位置調整可能である。また、中心マイク１１の支柱２６の後端側は、取付台３０を貫通して中心マイク１１とは反対側にまで突出され、その突出部分が、プローブを所望方向に向ける際のハンドルに兼用可能に構成されている。
【００２７】
中心マイク１１と第１〜第３周辺マイク１２〜１４との各間隔Ｌは、基本的には均一に調整され、その値（寸法）は、方向検知したい音源（検知対象）から発せられる音波の主たる周波数ないし周波数帯に合わせて設定される。各間隔Ｌの調整、換言すれば検知したい周波数ないし周波数帯の選択は、テレスコピック構造２５による支柱２６〜２９の伸縮操作によって容易に可能である。
間隔Ｌの調整可能な範囲は、例えば６ｍｍ〜５０ｍｍ程度に設定されるが、検知したい周波数が高いほど間隔Ｌは小さい値に調整される。一例として、検知したい周波数が４ｋＨｚであって、マイク１１〜１４に１／２インチマイクロホンを用いた場合には、間隔Ｌは８ｍｍ程度に調整される。
このような構成によれば、上記各間隔Ｌを調整できるので広い周波数範囲において高い検知精度が得られる。特に、各間隔Ｌを小さく調整できることによれば、高い周波数側においても高い検知精度が得られる。
【００２８】
図５は、周辺マイク１２〜１４の電気的特性、主に感度及び位相を揃えるための補正用音波を出射する補正用音波出力スピーカ５１が付設された３次元インテンシティプローブを例示する。なお、この図５も図４と同様にマイク１２及びマイク１２に係る部分が、マイク１３及びこのマイク１３に係る部分の真後ろにあって隠されているが、これらの部分の構成は図１，図２に示す構成と同様である。
上記補正用音波出力スピーカ５１は、中心マイク１１の音波入射面中心軸上に、ここでは中心マイク１１の支柱２６の中間部にその支柱２６と同軸的に取り付けられている。
【００２９】
このように補正用音波出力スピーカ５１が付設された３次元インテンシティプローブによれば、スピーカ５１から所定の音波を出力させつつ、各マイク１１〜１４の出力信号を後述する特性補正回路に入力させるだけで、マイク１１〜１４、主に周辺マイク１２〜１４の感度・位相を揃える補正を実現できる。
なお、このような特性補正を行うに当たっては、各マイク１１〜１４は、上述したようにそれらの音波入射面中心１５，２１，２２，２３を結んだときに、
各々合同の直角二等辺三角形の面が底面を除く３面を形成する直角三角錐を描く配置構成が保持されている。
【００３０】
図６は、図５に示す３次元インテンシティプローブ及び特性補正回路が用いられた３次元音源方向検知装置の一例を示すブロック図である。
図中、６１は図５に示す補正用音波出力スピーカ５１が付設された３次元インテンシティプローブである。６２は特性補正回路、ここでは感度・位相補正回路であって、上述したようにプローブ６１の周辺マイク１２〜１４（図１参照）の感度・位相を電気的に揃える機能を有する。
【００３１】
アナライザ６３は、プローブ６１を構成する各マイク１１〜１４（図１参照）の出力信号から３次元音源方向、すなわち３次元空間における音源の方向を分析、検知する回路である。具体的には、各マイク１１〜１４の出力信号から、それらのマイク１１〜１４が受ける音圧を得、位相の測定によって音源から各周辺マイク１２〜１４に届く音波の位相のずれを求め、プローブ６１が受けた音波のベクトル量（３次元空間における大きさと方向）を測定するＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザ等が用いられる。
【００３２】
出力装置６４は、アナライザ６３による３次元音源方向の検知結果を外部に知らせる装置であり、音源方向を画面により表示する装置や音声等により知らせる装置がその例として挙げられる。
具体的には、プローブ６１の中心マイク１１の音波入射面中心軸２４（図１参照）の直交断面（ｚ＝０）を中心（ｘ，ｙ，ｚ＝０，０，０）に、また、ｙ軸の正方向を上方向、同負方向を下方向に、ｘ軸の負方向を左方向、同正方向を右方向に、見立てた円を画面に表示し、その円内の領域にアナライザ６３で得られた音源方向を明滅点等で表示する表示装置が挙げられる。この装置の場合、例えばプローブ６１（中心マイク音波入射面１１ａ）が音源の真正面に向けられていれば表示円の中心位置（原点位置）に明滅点が表示され、音源がプローブ真正面方向にあることが分かる。プローブ６１を向けた方向よりも真上側、仰角４５°方向に音源がある場合には、表示円の中心位置から真上側（ｙ軸の正方向）の、予め仰角４５°として設定された＋ｙ座標位置に明滅点が表示され、音源がプローブ６１を現に向けている方向よりも真上側、仰角４５°方向にあることが分かる。
また、プローブ６１の中心マイク１１の音波入射面１１ａ（図１参照）を球の２等分断面の中心に見立て、画面に対して垂直方向に奥行きを表現した半球状のワイヤモデルを画面に表示し、そのワイヤモデル領域内に、アナライザ６３で得られた音源方向を矢印（音源がプローブ真正面方向にある場合は点）等で表示する表示装置であってもよい。
更に、これらの表示装置に点や矢印等で表示される音源方向の内容を合成音声によって知らせる音声発生装置等が挙げられる。
【００３３】
このような感度・位相補正回路が用いられた３次元音源方向検知装置によれば、感度・位相の揃っていない周辺マイク１２〜１４を使った場合でも、それらの特性（感度・位相）があたかも揃ったように扱うことができる。すなわち、感度・位相補正回路６２の出力信号を、感度・位相の揃った周辺マイク１２〜１４の出力信号として使用することができ、製造された多数のマイクの中から周辺マイク１２〜１４として使用する特性の揃ったマイクを選び出す手間が省ける。
【００３４】
感度・位相特性が揃ったマイク１１〜１４、特に周辺マイク１２〜１４を使う場合には、図中の感度・位相補正回路６２が省略でき、また、３次元インテンシティプローブに、補正用音波出力スピーカ５１のないプローブ（図１参照）を使用できる。
【００３５】
図７は、図１に示す３次元インテンシティプローブが用いられた３次元音源方向対面制御装置の一例を示すブロック図である。
この３次元音源方向対面制御装置は、図１に示す３次元インテンシティプローブ７１、アナライザ６３及び制御対象７３の駆動装置７２を備えてなる。
【００３６】
アナライザ６３は図６に示すものと同様の回路であって、３次元音源方向を分析、検知する。
駆動装置７２は、アナライザ６３による３次元音源方向の分析結果、すなわち検知された３次元音源方向に制御対象７３を向ける（対面させる）装置である。アナライザ６３の分析、検知結果を連続的にあるいは僅かな時間毎に更新するように構成すれば、本対面制御装置を、制御対象７３を常時３次元音源方向に向ける（追従させる）装置、すなわち３次元音源方向追従装置として機能させ得る。
【００３７】
このような３次元音源方向対面制御装置ないし３次元音源方向追従装置の制御対象７３としては、テレビカメラ、集音マイクあるいは投光器等が挙げられ、テレビ会議における発言者の画像表示、鳥獣類の鳴き声の録音や鳴き声によるそれらの居場所の探知あるいは防犯用照明に有用である。
【００３８】
なお、上述３次元音源方向検知装置においては、プローブを構成する各マイクの出力信号から３次元音源方向を検知する回路にＦＦＴアナライザを用いたが、これのみに限定されることはない。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１に記載の発明によれば、検知精度の高い３次元インテンシティプローブを提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、方向検知したい音源（検知対象）から発せられる音波の周波数ないし周波数帯の調整が任意に可能である。したがって、高い周波数側も含めた広い周波数範囲において高い検知精度が得られる、音響インテンシティ測定装置としての３次元インテンシティプローブを提供することができる。
請求項３に記載の発明によれば、中心マイクの周辺に配置した３つのマイクにつき、電気的特性を容易に揃えることができ、したがって、必ずしも当初から特性の揃ったマイクを選ぶ必要がなくなるという効果も発揮できる。
【００５０】
また、請求項４に記載の発明によれば、３次元音源方向の検知精度の高い３次元音源方向検知装置を提供することができる。
更に、請求項５に記載の発明によれば、テレビカメラ等の制御対象を３次元音源方向に高い精度で対面させ得る３次元音源方向対面制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による３次元インテンシティプローブの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】 同上プローブを図１の上方側から概略的に示す図である。
【図３】 図２中の各マイクの位置関係の説明図である。
【図４】 図１に示したプローブの側面図である。
【図５】 補正用音波出力スピーカが付設された３次元インテンシティプローブを例示する側面図である。
【図６】 図５に示すプローブ及び感度・位相補正回路が用いられた３次元音源方向検知装置の一例を示すブロック図である。
【図７】 図１に示すプローブが用いられた３次元音源方向対面制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１ 中心マイク
１２〜１４ 第１〜第３周辺マイク
１１ａ〜１４ａ 音波入射面
１５，２１〜２３ 音波入射面中心（点）
１６ 円
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元空間における音響インテンシティを測定する３次元インテンシティプローブ、同プローブを用いた３次元音源方向検知装置及び３次元音源方向対面制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
音響インテンシティとは、音の強さであって、単位面積あたりのエネルギー量の割合を表わす。この音響インテンシティは、大きさと方向をもつベクトル量であり、これを測定することにより音源方向の検知が可能である。
【０００３】
従来、３次元空間における音源方向の検知に用いられるプローブ（３次元インテンシティプローブ）には、マイクロホン（以下、マイクと略記する。）を４つ備え、１つは中心に、残る３つは中心に位置させたマイク（中心マイク）の周囲対称位置に配置したものがあった（非特許文献１参照）。
また、３方向（前後、上下及び左右方向）に互いに直角に向くマイクを設けてなるインテンシティ測定用マイク（３次元インテンシティプローブ）もあった（特許文献１参照）。
更に、測定室内に置かれたダミーヘッドマイクを用いて音像定位方向を測定する装置もあった（特許文献２参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｆ.Ｊ.Ｆahy著、橘 秀樹訳、平成１０年５月２０日 株式会社 オーム社発行「サウンドインテンシティ」（第１２７頁中、図６.５）。
【特許文献１】
特開平６−１６７９８４号公報
【特許文献２】
特開平７−３３６８００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献１に記載の３次元インテンシティプローブでは、中心マイクの周辺に配置した３つのマイク（音波入射面）は全て同方向（中心マイクと同じ正面方向）に向けられ、３次元空間の各方向からの音波を容易に分離できず、したがって、音源方向検知の分解能が低く、検知精度が低くなるという問題点があった。特に、高い周波数側においてそれが顕著であった。
【０００６】
また、中心マイクの周辺に配置した３つのマイクは、各々特性（感度、位相等）の揃ったものを選ばなければならなかったり、検知する音波の周波数の範囲を容易に変更することができないという問題点もあった。
更に、この種の３次元インテンシティプローブを用いて、３次元音源方向検知装置や音源方向対面制御装置を構成した場合に、３次元音源方向の検知精度や、制御対象を３次元音源方向に対面させる精度が低くなるという問題点もあった。なお、特許文献１に記載のプローブは、１つのマイクに対する３つのマイクが共通の平面上にあって同方向に向けられている点で上述従来技術と変わりはなく、これと同様の問題点を有していた。
また、特許文献２に記載の音像定位方向測定装置は、スピーカからの音の検知部（マイク）において、３次元の要素を含んだ信号を得ることができる（出力できる）ものではなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、検知精度の高い３次元インテンシティプローブを提供することを目的とする。
また本発明は、３次元空間の各方向からの音波（音）を、高い周波数側においても検知精度の高い３次元インテンシティプローブを提供することを目的とする。
また本発明は、中心マイクの周辺に配置した３つのマイクにつき、電気的特性を容易に揃えることができ、したがって、必ずしも当初から特性の揃ったマイクを選ぶ必要がなく、加えて、検知する音波の周波数の範囲を容易に変更することのできる３次元インテンシティプローブを提供することを目的とする。
【０００８】
更に本発明は、３次元音源方向の検知精度の高い３次元音源方向検知装置、制御対象を３次元音源方向に対面させる精度の高い３次元音源方向対面制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の３次元インテンシティプローブは、各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、中心マイクロホンと第１〜第３周辺マイクロホンとの間隔が各々調整自在であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、第１〜第３周辺マイクロホンの電気的特性を揃えるための補正用音波を出射する補正用音波出力スピーカが付加されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の３次元音源方向検知装置は、各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置される３次元インテンシティプローブの各マイクロホンからの出力信号により３次元音源方向を検知する装置において、前記３次元インテンシティプローブを構成する各マイクロホンの電気的特性を揃える特性補正回路を具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の３次元音源方向対面制御装置は、各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置される３次元インテンシティプローブと、この３次元インテンシティプローブの各マイクロホンからの出力信号により３次元音源方向を検知する３次元音源方向検知手段と、この３次元音源方向検知手段により検知された音源の方向に所望の制御対象を向ける駆動装置とを具備することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は本発明による３次元インテンシティプローブの一実施形態を示す斜視図、図２は同３次元インテンシティプローブを図１の上方側から概略的に示す図（プローブ概略正面図）、図３は図２中の各マイクの位置関係の説明図、図４は図１に示した３次元インテンシティプローブの側面図である。
【００２０】
すなわち、本発明の３次元インテンシティプローブは、図１及び図２に示すように、中心マイク１１及び第１〜第３周辺マイク１２〜１４を備えてなる。この場合、マイク１１〜１４は各々無指向性のマイク、ここではＥＣＭ（エレクトレットコンデンサマイク）が用いられている。
【００２１】
第１、第２及び第３周辺マイク１２，１３，１４は、３次元空間のｘ，ｙ，ｚ軸方向に各別に向けられるマイクであって、任意の位置に固定された中心マイク１１をその音波入射面（振動板面）１１ａ側、つまりプローブ正面側から見たときに、図２に示す位置関係をもって配置されている。
【００２２】
すなわち、第１〜第３周辺マイク１２〜１４は、図２において、中心マイク１１の位置（より詳しくは中心マイク１１の音波入射面中心位置）を中心１５とする適宜径（半径ｒ）の円１６の円周上のほぼ等回転角度（１２０°）位置にて、各々その音波入射面１２ａ〜１４ａ（より詳しくは音波入射面中心２１〜２３）が、中心マイク１１の音波入射面１１ａの中心方向に向けられている。１７〜１９は、この様子を表す、周辺マイク１２〜１４の音波入射面中心軸（線）である。
同周辺マイク１２〜１４は、その側方から見ると、隣接する一対の周辺マイク１２，１３、１３，１４又は１４，１２と中心マイク１１との各音波入射面中心（３点）１５，２１，２２、１５，２２，２３又は１５，２３，２１を結んで描かれる各三角形が、中心マイク１１部分における角度（内角）が直角である合同の直角二等辺三角形になるように配置されている（図３参照）。
つまり、各マイク１１〜１４の音波入射面中心１５，２１，２２，２３を結んだときに、各々合同の直角二等辺三角形の面が底面を除く３面を形成する直角三角錐を描く配置構成になっている。ここで、本明細書において「直角」とは「ほぼ直角」を含むものとする。
【００２３】
このような３次元インテンシティプローブは、中心マイク１１に対する各周辺マイク１２〜１４の３次元配置の違いに基づく、相互に異なる信号が周辺マイク１２〜１４から出力される。この際、上述したように各マイク１１〜１４が、それらの音波入射面中心１５，２１，２２，２３を結んだときに、各々合同の直角二等辺三角形の面が底面を除く３面を形成する直角三角錐を描く配置構成とされているので、３次元空間の各方向からの音波を容易に分離でき、高い検知精度が得られる。また、周辺マイク１２〜１４の全てが、その音波入射面１２ａ〜１４ａを中心マイク１１の音波入射面１１ａの中心方向に向けられて配置、つまり対称に配置設定されているので、３次元空間のどの方向からの音波も、音の回折の条件が同じとなるので、より高い検知精度が得られる。
【００２４】
更に、図示３次元インテンシティプローブは、中心マイク１１と第１〜第３周辺マイク１２〜１４との各間隔Ｌが、上記直角三角錐形状を維持しつつ各々容易に調整自在に構成されている。
その構成例につき図１及び図４を参照して説明する。なお、図４においては、マイク１２及びこのマイク１２に係る部分は、マイク１３及びこのマイク１３に係る部分の真後ろにあって隠されている。
【００２５】
すなわち、マイク１１〜１４は、各々その音波入射面中心軸２４，１７〜１９方向に進退移動自在で、かつその中心軸方向に沿う任意の位置で固定可能に構成されている。ここでは、各マイク１１〜１４は、図４に例示するように、テレスコピック構造２５をもつ支柱２６〜２９（２７につき図１参照。以下同じ。）により、各々その音波入射面中心軸２４，１７〜１９方向に進退移動自在に構成されると共に、図示しない固定手段、例えばネジ止め等により任意の位置で固定可能に構成されている。
この場合、中心マイク１１の支柱２６は取付台３０に直接取り付けられているが、周辺マイク１２〜１４の支柱２７〜２９は、各々サブ支柱３１〜３３（３１につき図１参照。以下同じ。）を介して取付台３０に取り付けられている。
【００２６】
なお、支柱２７〜２９は、各々マイクホルダ３４を介してサブ支柱３１〜３３に支持され、各マイクホルダ３４によってサブ支柱３１〜３３の長さ方向に僅かに位置調整可能である。また、中心マイク１１の支柱２６の後端側は、取付台３０を貫通して中心マイク１１とは反対側にまで突出され、その突出部分が、プローブを所望方向に向ける際のハンドルに兼用可能に構成されている。
【００２７】
中心マイク１１と第１〜第３周辺マイク１２〜１４との各間隔Ｌは、基本的には均一に調整され、その値（寸法）は、方向検知したい音源（検知対象）から発せられる音波の主たる周波数ないし周波数帯に合わせて設定される。各間隔Ｌの調整、換言すれば検知したい周波数ないし周波数帯の選択は、テレスコピック構造２５による支柱２６〜２９の伸縮操作によって容易に可能である。
間隔Ｌの調整可能な範囲は、例えば６ｍｍ〜５０ｍｍ程度に設定されるが、検知したい周波数が高いほど間隔Ｌは小さい値に調整される。一例として、検知したい周波数が４ｋＨｚであって、マイク１１〜１４に１／２インチマイクロホンを用いた場合には、間隔Ｌは８ｍｍ程度に調整される。
このような構成によれば、上記各間隔Ｌを調整できるので広い周波数範囲において高い検知精度が得られる。特に、各間隔Ｌを小さく調整できることによれば、高い周波数側においても高い検知精度が得られる。
【００２８】
図５は、周辺マイク１２〜１４の電気的特性、主に感度及び位相を揃えるための補正用音波を出射する補正用音波出力スピーカ５１が付設された３次元インテンシティプローブを例示する。なお、この図５も図４と同様にマイク１２及びマイク１２に係る部分が、マイク１３及びこのマイク１３に係る部分の真後ろにあって隠されているが、これらの部分の構成は図１，図２に示す構成と同様である。
上記補正用音波出力スピーカ５１は、中心マイク１１の音波入射面中心軸上に、ここでは中心マイク１１の支柱２６の中間部にその支柱２６と同軸的に取り付けられている。
【００２９】
このように補正用音波出力スピーカ５１が付設された３次元インテンシティプローブによれば、スピーカ５１から所定の音波を出力させつつ、各マイク１１〜１４の出力信号を後述する特性補正回路に入力させるだけで、マイク１１〜１４、主に周辺マイク１２〜１４の感度・位相を揃える補正を実現できる。
なお、このような特性補正を行うに当たっては、各マイク１１〜１４は、上述したようにそれらの音波入射面中心１５，２１，２２，２３を結んだときに、
各々合同の直角二等辺三角形の面が底面を除く３面を形成する直角三角錐を描く配置構成が保持されている。
【００３０】
図６は、図５に示す３次元インテンシティプローブ及び特性補正回路が用いられた３次元音源方向検知装置の一例を示すブロック図である。
図中、６１は図５に示す補正用音波出力スピーカ５１が付設された３次元インテンシティプローブである。６２は特性補正回路、ここでは感度・位相補正回路であって、上述したようにプローブ６１の周辺マイク１２〜１４（図１参照）の感度・位相を電気的に揃える機能を有する。
【００３１】
アナライザ６３は、プローブ６１を構成する各マイク１１〜１４（図１参照）の出力信号から３次元音源方向、すなわち３次元空間における音源の方向を分析、検知する回路である。具体的には、各マイク１１〜１４の出力信号から、それらのマイク１１〜１４が受ける音圧を得、位相の測定によって音源から各周辺マイク１２〜１４に届く音波の位相のずれを求め、プローブ６１が受けた音波のベクトル量（３次元空間における大きさと方向）を測定するＦＦＴ（高速フーリエ変換）アナライザ等が用いられる。
【００３２】
出力装置６４は、アナライザ６３による３次元音源方向の検知結果を外部に知らせる装置であり、音源方向を画面により表示する装置や音声等により知らせる装置がその例として挙げられる。
具体的には、プローブ６１の中心マイク１１の音波入射面中心軸２４（図１参照）の直交断面（ｚ＝０）を中心（ｘ，ｙ，ｚ＝０，０，０）に、また、ｙ軸の正方向を上方向、同負方向を下方向に、ｘ軸の負方向を左方向、同正方向を右方向に、見立てた円を画面に表示し、その円内の領域にアナライザ６３で得られた音源方向を明滅点等で表示する表示装置が挙げられる。この装置の場合、例えばプローブ６１（中心マイク音波入射面１１ａ）が音源の真正面に向けられていれば表示円の中心位置（原点位置）に明滅点が表示され、音源がプローブ真正面方向にあることが分かる。プローブ６１を向けた方向よりも真上側、仰角４５°方向に音源がある場合には、表示円の中心位置から真上側（ｙ軸の正方向）の、予め仰角４５°として設定された＋ｙ座標位置に明滅点が表示され、音源がプローブ６１を現に向けている方向よりも真上側、仰角４５°方向にあることが分かる。
また、プローブ６１の中心マイク１１の音波入射面１１ａ（図１参照）を球の２等分断面の中心に見立て、画面に対して垂直方向に奥行きを表現した半球状のワイヤモデルを画面に表示し、そのワイヤモデル領域内に、アナライザ６３で得られた音源方向を矢印（音源がプローブ真正面方向にある場合は点）等で表示する表示装置であってもよい。
更に、これらの表示装置に点や矢印等で表示される音源方向の内容を合成音声によって知らせる音声発生装置等が挙げられる。
【００３３】
このような感度・位相補正回路が用いられた３次元音源方向検知装置によれば、感度・位相の揃っていない周辺マイク１２〜１４を使った場合でも、それらの特性（感度・位相）があたかも揃ったように扱うことができる。すなわち、感度・位相補正回路６２の出力信号を、感度・位相の揃った周辺マイク１２〜１４の出力信号として使用することができ、製造された多数のマイクの中から周辺マイク１２〜１４として使用する特性の揃ったマイクを選び出す手間が省ける。
【００３４】
感度・位相特性が揃ったマイク１１〜１４、特に周辺マイク１２〜１４を使う場合には、図中の感度・位相補正回路６２が省略でき、また、３次元インテンシティプローブに、補正用音波出力スピーカ５１のないプローブ（図１参照）を使用できる。
【００３５】
図７は、図１に示す３次元インテンシティプローブが用いられた３次元音源方向対面制御装置の一例を示すブロック図である。
この３次元音源方向対面制御装置は、図１に示す３次元インテンシティプローブ７１、アナライザ６３及び制御対象７３の駆動装置７２を備えてなる。
【００３６】
アナライザ６３は図６に示すものと同様の回路であって、３次元音源方向を分析、検知する。
駆動装置７２は、アナライザ６３による３次元音源方向の分析結果、すなわち検知された３次元音源方向に制御対象７３を向ける（対面させる）装置である。アナライザ６３の分析、検知結果を連続的にあるいは僅かな時間毎に更新するように構成すれば、本対面制御装置を、制御対象７３を常時３次元音源方向に向ける（追従させる）装置、すなわち３次元音源方向追従装置として機能させ得る。
【００３７】
このような３次元音源方向対面制御装置ないし３次元音源方向追従装置の制御対象７３としては、テレビカメラ、集音マイクあるいは投光器等が挙げられ、テレビ会議における発言者の画像表示、鳥獣類の鳴き声の録音や鳴き声によるそれらの居場所の探知あるいは防犯用照明に有用である。
【００３８】
なお、上述３次元音源方向検知装置においては、プローブを構成する各マイクの出力信号から３次元音源方向を検知する回路にＦＦＴアナライザを用いたが、これのみに限定されることはない。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１に記載の発明によれば、検知精度の高い３次元インテンシティプローブを提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、方向検知したい音源（検知対象）から発せられる音波の周波数ないし周波数帯の調整が任意に可能である。したがって、高い周波数側も含めた広い周波数範囲において高い検知精度が得られる、音響インテンシティ測定装置としての３次元インテンシティプローブを提供することができる。
請求項３に記載の発明によれば、中心マイクの周辺に配置した３つのマイクにつき、電気的特性を容易に揃えることができ、したがって、必ずしも当初から特性の揃ったマイクを選ぶ必要がなくなるという効果も発揮できる。
【００５０】
また、請求項４に記載の発明によれば、３次元音源方向の検知精度の高い３次元音源方向検知装置を提供することができる。
更に、請求項５に記載の発明によれば、テレビカメラ等の制御対象を３次元音源方向に高い精度で対面させ得る３次元音源方向対面制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による３次元インテンシティプローブの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】 同上プローブを図１の上方側から概略的に示す図である。
【図３】 図２中の各マイクの位置関係の説明図である。
【図４】 図１に示したプローブの側面図である。
【図５】 補正用音波出力スピーカが付設された３次元インテンシティプローブを例示する側面図である。
【図６】 図５に示すプローブ及び感度・位相補正回路が用いられた３次元音源方向検知装置の一例を示すブロック図である。
【図７】 図１に示すプローブが用いられた３次元音源方向対面制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１ 中心マイク
１２〜１４ 第１〜第３周辺マイク
１１ａ〜１４ａ 音波入射面
１５，２１〜２３ 音波入射面中心（点）
１６ 円
Claims (5)
- 各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、
前記第１〜第３周辺マイクロホンは、
隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置されることを特徴とする３次元インテンシティプローブ。 - 中心マイクロホンと第１〜第３周辺マイクロホンとの間隔が各々調整自在であることを特徴とする請求項１に記載の３次元インテンシティプローブ。
- 第１〜第３周辺マイクロホンの電気的特性を揃えるための補正用音波を出射する補正用音波出力スピーカが付加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元インテンシティプローブ。
- 各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、
前記第１〜第３周辺マイクロホンは、
隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置される３次元インテンシティプローブの各マイクロホンからの出力信号により３次元音源方向を検知する装置において、
前記３次元インテンシティプローブを構成する各マイクロホンの電気的特性を揃える特性補正回路を具備することを特徴とする３次元音源方向検知装置。 - 各々無指向性の中心マイクロホン及び第１〜第３周辺マイクロホンを備え、前記第１〜第３周辺マイクロホンは、隣接する一対の周辺マイクロホンと中心マイクロホンの各音波入射面中心を結んで描かれる各三角形が、前記中心マイクロホン部分における角度が直角である合同の直角二等辺三角形になる位置に、各々その音波入射面を前記中心マイクロホンの音波入射面中心方向に向けて配置される３次元インテンシティプローブと、
この３次元インテンシティプローブの各マイクロホンからの出力信号により３次元音源方向を検知する３次元音源方向検知手段と、
この３次元音源方向検知手段により検知された音源の方向に所望の制御対象を向ける駆動装置とを具備することを特徴とする３次元音源方向対面制御装置。
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