JP4271154B2

JP4271154B2 - 音響計測装置

Info

Publication number: JP4271154B2
Application number: JP2005024917A
Authority: JP
Inventors: 克己猿渡
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2009-06-03
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: JP2006214740A

Description

本発明は、マイクロホンアレイを用いて音響計測装置に関するものである。

マイクロホンアレイを用いた音響計測装置としては、マイクロホンアレイの指向方向を変化させながら音圧を計測することにより、空間的な音圧分布を計測する音響計測装置が知られている（たとえば特許文献１）。
また、このようなマイクロホンアレイを用いた音響計測装置としては、マイクロホンアレイを用いて測定した空間的な音圧分布を画像化する音響計測装置（たとえば特許文献２）や、マイクロホンアレイを用いて測定した空間的な音圧分布より音源方向を推定する音響計測装置（たとえば特許文献３）が知られている。
特開平05-091588号公報特開平06-113387号公報特開2004-012151号公報

たとえば、マイクロホンアレイを用いて測定した空間的な音圧分布より音源方向を推定する場合、反射音の音圧レベルが大きい場合には正しく音源方向を推定することができないことがある。特に、自動車の車内などの比較的狭い閉空間内において計測を行う場合には、このような反射音の弊害が顕著となる。

そこで、本発明は、マイクロホンアレイを用いた音響計測装置において、計測結果に反映される反射音成分を抑制することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、第１マイクロホンアレイと、前記第１マイクロホンアレイと離間して同軸状に配置した第２マイクロホンアレイと、第１マイクロホンアレイで収音した音信号より空間的な音圧レベルの分布を表す第１音圧レベル分布を算出する第１音圧レベル分布算出手段と、第２マイクロホンアレイで収音した音信号より空間的な音圧レベルの分布を表す第２音圧レベル分布を算出する第２音圧レベル分布算出手段と、前記第１音圧レベル分布と前記第２音圧レベル分布とに基づいて、前記第１音圧レベル分布と前記第２音圧レベル分布の一方のみにおいて大きな値を示している音圧レベルを抑制することにより、最終的な音圧レベル分布を算出する最終音圧レベル分布算出手段とを備えた音響計測装置を提供する。

このような音響計測装置によれば、たとえば、狭い閉空間などにおいては、同軸状に離間して配置した第１マイクロホンアレイの位置と第２マイクロホンアレイの位置とで反射音源位置や方向が異なって観測されることを利用して、反射音を抑制した音圧レベル分布の算出を行うことができるようになる。

ここで、前記最終音圧レベル分布算出手段は、たとえば、前記第１音圧レベル分布と前記第２音圧レベル分布との相加平均または積算平均または相乗平均を、前記最終的な音圧レベル分布として算出するものとしてもよい。また、このような音響計測装置には、音圧レベル分布を算出する範囲を撮影するカメラと、前記カメラが算出した画像上に、前記最終音圧レベル分布算出手段が算出した最終的な音圧レベル分布を表す画像を重畳表示した画像を生成し表示する音圧レベル分布表示手段とを備えることも好ましい。

また、以上の各音響計測装置においては、前記第１マイクロホンアレイにおけるマイクロホンの配置パターンと、前記第２マイクロホンアレイにおける配置パターンとは相互に異なせることが好ましい。
このようにすることにより、マイクロホンの配置パターンに依存して生じる第１マイクロホンアレイを用いた音圧分布計測におけるサイドロープのパターンと、第２マイクロホンアレイを用いた音圧分布計測におけるサイドロープのパターンを異ならせることができる。また、これにより両者のエンドロープによって生じる虚像のパターンを異ならせることができる。したがって、最終音圧レベル分布算出手段の前記第１音圧レベル分布と前記第２音圧レベル分布とに基づいて、前記第１音圧レベル分布と前記第２音圧レベル分布の一方のみにおいて大きな値を示している音圧レベルを抑制することにより、最終的な音圧レベル分布を算出する処理によって、第１マイクロホンアレイや第２マイクロホンアレイのサイドロープに起因する虚像をキャンセルし、より適正な音圧レベル分布の観測を行うことができるようになる。

以上のように、本発明によれば、マイクロホンアレイを用いた音響計測装置において、計測結果に反映される反射音成分を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係る音響計測装置の構成を示す。
図示するように、音響計測装置は、カメラ１、第１マイクロホンアレイ２、第２マイクロホンアレイ３、第１マルチチャネルＦＥＴ４、第２マルチチャネルＦＥＴ５、第１音圧分布解析部６、第２音圧分布解析部７、反射音除去部８、音圧分布出力部９、ＧＵＩ制御部１０、表示装置１１、入力装置１２とを有している。

ただし、第１音圧分布解析部６、第２音圧分布解析部７、反射音除去部８、音圧分布出力部９、ＧＵＩ制御部１０などとしては、たとえば、CPUやメモリや外部記憶装置や表示装置１１や入力装置１２などを備えた汎用コンピュータを用いるようにしてもよい。この場合には、汎用コンピュータにおいて所定のプログラムを実行することにより以上各部がプロセスとして汎用コンピュータ上に形成される。

次に、図２ａに示すように、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３は同軸状に離間して配置されている。また、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３は、それぞれフレーム１４を用いて平面上に配置した複数のマイクロホン１３を含んで構成される。すなわち、いま、第１マイクロホンアレイ２の軸方向（マイクロホン１３の配置平面と垂直な方向）のうちの一方を前方向、他方を後ろ方向とすると、第２マイクロホンアレイ３は、第１マイクロホンアレイ２の後方向側に第１マイクロホンアレイ２と離間して、マイクロホン１３の配置平面が相互に平行となるように第１マイクロホンアレイ２に連結されている。また、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３の各マイクロホン１３の指向方向は全て同じく前方向となっている。

そして、カメラ１は、第１マイクロホンアレイ２のフレーム１４に前方向が撮影方向となるように固定されている。
図１に戻り、第１マルチチャネルＦＥＴ４は、第１マイクロホンアレイ２の各マイクロホン毎に、マイクロホン１３が出力する音信号に対してＦＥＴ処理を施しマイクロホン１３が収音した音の周波数帯域毎の音圧レベルを算出する。そして、第１音圧分布解析部６は、第１マルチチャネルＦＥＴ４が算出した各マイクの周波数帯域毎の音圧レベルより、ビームフォーマー法などにより計測角度範囲内の各方向の音圧レベル分布を周波数帯域毎に算出する。

一方、第２マルチチャネルＦＥＴ５は、第２マイクロホンアレイ３の各マイクロホン毎に、マイクロホン１３が出力する音信号に対してＦＥＴ処理を施しマイクロホン１３が収音した音の周波数帯域毎の音圧レベルを算出する。そして、第２音圧分布解析部７は、第２マルチチャネルＦＥＴ５が算出した各マイクの周波数帯域毎の音圧レベルより、ビームフォーマー法などにより計測角度範囲内の各方向の音圧レベル分布を周波数帯域毎に算出する。

そして、反射音除去部８は、第１音圧分布解析部６が算出した計測角度範囲内の各方向の音圧レベル分布と、第２音圧分布解析部７が算出した計測角度範囲内の各方向の音圧レベル分布とを用いて、反射音の音圧レベル成分を除去または抑制した、計測角度範囲内の各方向の音圧レベル分布を周波数帯域毎に算出する。

そして、ＧＵＩ制御部１０は、表示装置１１と入力装置１２を用いたＧＵＩをユーザに提供し、音圧分布出力部９は、ユーザ操作に応じて、ＧＵＩ制御部１０を介して表示装置１１に音圧分布画像を表示する。
以下、このような音響計測装置における計測動作を、図２ｂに示すように、自動車車内に、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３を配置して、自動車のダッシュボード付近の音圧レベルを計測する場合について説明する。
いま、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３の水平方向の計測角度範囲（合成範囲）が図３ａに示すように、θｍａｘから-θｍａｘであるとする。そして、図示するように音源３０１がダッシュボード付近の、第１マイクロホンアレイ２からθ１の方向、第２マイクロホンアレイ３からθ２の方向の位置にあるものとする。

また、音源３０１から出る音の反射音の第１マイクロホンアレイ２の位置から観測される反射音源３０２が第１マイクロホンアレイ２からθ１１の方向の車内側部の位置にあり、音源３０１から出る音の反射音の第２マイクロホンアレイ３の位置から観測される反射音源３０３が第２マイクロホンアレイ３からθ１２の方向の車内側部の位置にあるものとする。

この場合には、図３ｃに示すように、第１音圧分布解析部６では音圧レベル分布ｃ１が算出される（輝度が高い部分が音圧レベルの大きい部分を示す）。また、第２音圧分布解析部７では音圧レベル分布ｃ２が算出される。すなわち、第１マイクロホンアレイ２の位置と第２マイクロホンの位置で観測される車内側部の反射音源の位置が異なる場合、反射音に対応する音圧レベルの方向は、音圧レベル分布ｃ１と音圧レベル分布ｃ２では大きく異なったものとなる
そこで、反射音除去部８では、音圧レベル分布ｃ１と音圧レベル分布ｃ２における反射音の音圧レベル分布位置の違いを利用し、音圧レベル分布より反射音の音圧レベルを除去または抑制した音圧レベル分布を算出する。すなわち、たとえば、音圧レベル分布ｃ１と音圧レベル分布ｃ２を加算して平均すれば（相加平均を求めれば）音圧レベル分布ｃ３に示すように音源３０１からの直接音の音圧レベルが大きくなり、反射音の音圧レベルが抑制された音圧レベル分布を得ることができる。ただし、このような音圧レベル分布ｃ１と音圧レベル分布ｃ２における反射音の音圧レベル分布位置の違いを利用し、音圧レベル分布より反射音の音圧レベルを除去した音圧レベル分布を算出するアルゴリズムとしては、相加平均のアルゴリズム、たとえば、音圧レベル分布ｃ１と音圧レベル分布ｃ２との相乗平均を求める相乗平均アルゴリズムや、音圧レベル分布ｃ１と音圧レベル分布ｃ２の双方を時間的に積算して平均化する積算平均などを用いてもよい。

なお、たとえば、図３ｂに示すように、小さな音響反射体のみが車内側部に存在する場合などにおいて、音源３０１から出る音の反射音の第１マイクロホンアレイ２の位置から観測される反射音源３０４の位置と、音源３０１から出る音の反射音の第２マイクロホンアレイ３の位置から観測される反射音源３０４の位置が等しい場合でも、第１マイクロホンアレイ２の位置から観測される反射音源３０４の方向θ１と第１マイクロホンアレイ２の位置から観測される反射音源３０４の方向θ２は、音響反射体が第１マイクロホンアレイ２の前方向に対して成す角度が大きく、第１マイクロホンアレイ２に近い位置に近い位置にある場合には大きく異なったものとなる。

したがって、そのような第１マイクロホンアレイ２の前方向に対して成す角度が大きく第１マイクロホンアレイ２に近い位置に音源３０１が存在しないことが保証されるときには、このような場合であっても、図３ａの場合と同様に、反射音成分を除去または抑制した音圧レベル分布を得ることができることになる。

なお、図３では、説明の明瞭化のために水平方向角度θについての音圧分布を求める場合を示したが、本音響計測装置は、実際には、水平方向角度θと垂直角度φの両方向についての音圧レベル分布を求める。
さて、図１に戻り、音圧分布レベル出力部は、ユーザ操作に応じて、ユーザから指定された周波数帯域について反射音除去部８が算出した音圧レベル分布を示す音圧レベル分布画像を、ＧＵＩ制御部１０を介して表示装置１１に表示したり、音圧レベル分布画像をカメラ１が撮影した撮影画像上に予め定めておいた方向と画素座標の対応に従って重畳表示した重畳表示画像を、ＧＵＩ制御部１０を介して表示装置１１に表示する。

図４ａは、このようにして表示装置１１に表示される重畳表示画像を示したものであり、４０１が音源３０１からの直接音の音圧レベルを表している。
なお、図４ｂは、反射音の除去を行わなかった場合、すなわち、反射音除去部８が算出した音圧レベル分布に代えて第１音圧分布解析部６が算出した音圧レベル分布を撮影画像上に重畳表示した重畳表示画像を示しており、この場合には、４０２として示したように反射音の音圧レベルも大きなレベルとして表示されることになる。

ところで、第１マイクロホンアレイ２におけるマイクロホン１３の配置パターンと、第２マイクロホンアレイ３におけるマイクロホン１３の配置パターンは、これを異ならせるようにしてもよい。
ここで、図５に、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３のマイクロホン１３の配置パターンの具体例を示す。
図５ａ１は第１マイクロホンアレイ２の外観を、図５ａ２は第１マイクロホンアレイ２におけるマイクロホン１３の配置パターンを、図５ｂ１は第２マイクロホンアレイ３の外観を、図５ｂ２は第１マイクロホンアレイ２におけるマイクロホン１３の配置パターンを示すものである。

図示するように、この例では、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３におけるマイクロホン１３の配置パターンを、各格子が三角形の二次元三角格子を形成する各格子点にマイクロホン１３を配置したものとなっている。また、第２マイクロホンアレイ３のマイクロホン１３の配置パターンは、第１マイクロホンアレイ２のマイクロホン１３の配置パターンを、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３の軸を回転軸として９０度回転させたものとなっている。

このように、第１マイクロホンアレイ２と第２マイクロホンアレイ３におけるマイクロホン１３の配置パターンを異ならせることにより、マイクロホン１３の配置パターンに依存して生じる第１マイクロホンアレイ２を用いた音圧分布計測におけるサイドロープのパターンと、第２マイクロホンアレイ３を用いた音圧分布計測におけるサイドロープのパターンを異ならせることができる。また、これにより両者のエンドロープによって生じる虚像のパターンを異ならせることができる。したがって、第１音圧分布解析部６が算出した音圧レベル分布ｃ１と第２音圧分布解析部７が算出した音圧レベル分布ｃ２とを加算や乗算などすることにより一方の分布のみにおいて観測される音圧を抑制する、反射音除去部８の前述の処理より、第１マイクロホンアレイ２や第２マイクロホンアレイ３のサイドロープに起因する虚像をキャンセルし、より適正な音圧レベル分布の観測を行うことができるようになる。

以上、本発明の実施形態について説明した。
以上のように本実施形態によれば、狭い閉空間などにおいて、同軸状に離間して配置した第１マイクロホンアレイ２の位置と第２マイクロホンアレイ３の位置とで反射音源位置や方向が異なって観測されることを利用して、反射音を抑制した音圧レベル分布の算出を行うことができる。

本発明の実施形態に係る音響計測装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態で用いるマイクロホンアレイとマイクロホンアレイを用いた計測のようすを示す図である。本発明の実施形態に係る音響計測装置の音圧レベル分布算出の処理例を示す図である。本発明の実施形態に係る音響計測装置の音圧レベル分布の表示例を示す図である。本発明の実施形態で用いるマイクロホンアレイにおけるマイクロホンの配置例を示す図である。

符号の説明

１…カメラ、２…第１マイクロホンアレイ、３…第２マイクロホンアレイ、４…第１マルチチャネルＦＥＴ、５…第２マルチチャネルＦＥＴ、６…第１音圧分布解析部、７…第２音圧分布解析部、８…反射音除去部、９…音圧分布出力部、１０…ＧＵＩ制御部、１１…表示装置、１２…入力装置、１３…マイクロホン。

Claims

第１マイクロホンアレイと、
前記第１マイクロホンアレイと離間して同軸状に配置された第２マイクロホンアレイと、
第１マイクロホンアレイで収音した音信号より空間的な音圧レベルの分布を表す第１音圧レベル分布を算出する第１音圧レベル分布算出手段と、
第２マイクロホンアレイで収音した音信号より空間的な音圧レベルの分布を表す第２音圧レベル分布を算出する第２音圧レベル分布算出手段と、
前記第１音圧レベル分布と前記第２音圧レベル分布との相加平均または積算平均または相乗平均を、最終的な音圧レベル分布として算出する最終音圧レベル分布算出手段とを有することを特徴とする音響計測装置。
請求項１記載の音響計測装置であって、
音圧レベル分布を算出する範囲を撮影するカメラと、
前記カメラが算出した画像上に、前記最終音圧レベル分布算出手段が算出した最終的な音圧レベル分布を表す画像を重畳表示した画像を生成し表示する音圧レベル分布表示手段とを有することを特徴とする音響計測装置。
請求項１または２記載の音響計測装置であって、
前記第１マイクロホンアレイにおけるマイクロホンの配置パターンと、前記第２マイクロホンアレイにおける配置パターンとは相互に異なることを特徴とする音響計測装置。