JP4274928B2

JP4274928B2 - 音源方向検出装置

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Publication number: JP4274928B2
Application number: JP2003422005A
Authority: JP
Inventors: 秀行小谷
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
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Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-12-19
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Description

本発明は、音源方向検出装置に関し、特に、複数個のマイクロホンへの音の到達の先後により音源方向を検出する音源方向検出装置に関する。

電力供給の主役である原子力発電所設備は多種多様な配管の複雑な組合せから成り立っており、これらは主に日常の現場パトロールによる設備点検により保全が図られている。しかし、現場パトロールは定期的に、しかも設備の主要な箇所を重点的に行われているのが実態であり、配管設備の全てを点検し、未然に事故を防止することは非常に困難である。このため、配管設備事故が原子力発電所の運転中に発生することもある。
原子力発電所の配管トラブルが発生すると、原子炉を手動停止しており、原子力発電所稼働率の低下を招いている。

人には視覚・聴覚・触覚・嗅覚・味覚の５感（センサ）が備わっているが、配管設備異常の事前兆候をより早く的確にキャッチするためには、これらのセンサの中でより適切なものを選択することが重要である。多くの場合、配管設備の顕在化された異常の状態は配管の破裂・破断・屈曲等のように視覚に訴えるものであるが、トラブルに至るまでの過程はほとんど外部からは見えない配管内で起っている。このため、配管異常の事前兆候の検出は視覚・嗅覚・味覚による方法は困難であるといえる。したがって、聴覚（音）または触覚（熱、温度）による異常検出が残された方法となる。

配管設備の中には、ほとんどの場合、液体もしくは気体が流れている。この状態で何らかの異常が発生したとすれば流れに乱れが生じると考えられる。このとき、一般的には、流れの乱れによる振動音が発生するとともに、この状態が長く持続すると発熱し、温度変化となって現れると考えられる。ここで、音は空気中を約３４０ｍ／秒（１５℃）（固体の鉄の中では約５９５０ｍ／秒）の一定速度で伝播するのに対して、熱の伝播速度は一般的に音よりかなり遅く、かつ、熱の伝播速度は伝播媒体の容積等に大きく左右されると考えられる。
これらのことから、配管設備異常の事前兆候をキャッチするには異常音を感知する装置（センサ）が適切であるといえるが、配管設備異常の事前兆候をキャッチし、それに対応するためには、異常音の大きさだけではなく、配管のどこから異常音が発生しているかを検出する必要がある。

音の発生方向（音源方向）を検出する音源方向検出装置としては、以下の特許文献に開示されているものが提案されている。
特開平８−９４７３１号公報特開平９−２２２３５２号公報特開平１０−３３２８０７号公報特開２００１−２５０８２号公報特開２００２−２７４５５号公報

上記特許文献１（特開平８−９４７３１号公報）は、互いに近接して配置された指向性を有する少なくとも２つのマイクロホンを用いて、各マイクロホンに入力される音の立上りが検出されてから音源の反射音がマイクロホンに到達するまでの間に各マイクロホンに入力される音の大きさを計測し、計測された音のそれぞれの大きさに基づいて音源の方向を求める音源方向検出装置を開示する。しかしながら、このような音源方向検出装置は、反射音の大きさを比較して音源方向を検出するものであり、反射音の検出が必要になるほかその大きさも検出する必要がある。

上記特許文献２（特開平９−２２２３５２号公報）は、第１回目の測定で検出した２個の音源方向候補のうち一方へ音響センサが向くように音響センサを駆動し、駆動後の位置で第２回の測定を行い２個の音源方向を検出し、第１回の音源方向候補と第２回の音源方向候補とを比較し、差が最小となる方向を音源方向と決定する音源方向検出装置を開示する。しかしながら、このような音源方向検出装置は、音源方向を決定するのに音響センサの向きを変えて音源方向候補を２回検出する必要がある。

上記特許文献３（特開平１０−３３２８０７号公報）は、３次元的に配置した複数のマイクロホンと、各マイクロホンによって検出された音響信号の到着順序に対応するマイクロホンの順列を基に音源の方向を判定する方向判定部とから構成される音源方向検出装置を開示する。しかしながら、このような音源方向検出装置は、複数のマイクロホンを３次元的に配置して音源方向を決定するものである。

上記特許文献４（特開２００１−２５０８２号公報）は、Ｘ軸負方向（正面方向）の単一指向性パターンによる受音信号とＹ軸正負方向の両指向性パターンによる受音信号とのパワーと相互相関係数を利用する音源方向検出装置を開示する。しかしながら、このような音源方向検出装置は、単一指向性パターン受音信号と両指向性パターン受音信号の相互相関係数を計算する必要がある。

上記特許文献５（特開２００２−２７４５５号公報）は、複数の音声入力装置からの音声入力信号から位相差を求める位相比較部と、その位相差から音源方向情報を出力する音源方向算出部とを備える音源方向検出装置を開示する。しかしながら、このような音源方向検出装置は、複数の音声入力装置からの音声入力信号から位相差を求める必要がある。

本発明の目的は、たとえば配管設備の異常音の方向を簡単な構成で検出することができる音源方向検出装置を提供することにある。

本発明の音源方向検出装置は、複数の方向からの音をそれぞれ最先に検出するための複数個のマイクロホンと、該複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力され、かつ、該入力された２個のマイクロホンの出力信号に基づいてどちらのマイクロホンに音が先に到達したかを検出する少なくとも１つの到達先後検出手段と、該少なくとも１つの到達先後検出手段の出力信号に基づいて音源方向を検出する音源方向検出手段とを備え、前記各マイクロホンが、一つの面が集音部（１１１）とされた容器（１１０）と、該容器（１１０）に充填された固体中伝播音伝達物質（１２０）と、前記容器（１１０）内に前記固体中伝播音伝達物質（１２０）で覆われて設けられたマイクロホン本体（１３０）と、を備えた固体中伝播音集音マイクロホン（１００）であることを特徴とする。

ここで、前記複数個のマイクロホンが、第１乃至第ｎの方向からの音をそれぞれ最先に検出するための第１乃至第ｎのマイクロホンを含み、前記少なくとも１つの到達先後検出手段が、前記第１乃至第ｎのマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力され、かつ、該入力された２個のマイクロホンのどちらに音が先に到達したかを示す出力信号をそれぞれ出力する第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路を含み、前記音源方向検出手段が、前記第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路の出力信号に基づいて、該第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路のうちの第ｍのマイクロホンの出力信号が入力される（ｎ−１）個のフリップフロップ回路の出力信号がすべて該第ｍのマイクロホンに音が先に到達したことを示す場合には第ｍの方向を音源方向として決定する音源方向検出部を含んでもよい。

なお、ｎ＝２であり、かつ、ｍ＝１または２であってもよいし、ｎ＝３であり、かつ、ｍ＝１，２または３であってもよいし、ｎ＝４であり、かつ、ｍ＝１，２，３または４であってもよい。
前記各マイクロホンの出力に接続された増幅回路および波形整形回路を備えてもよい。
前記各マイクロホンが、一つの面が集音部（１１１）とされた容器（１１０）と、該容器（１１０）に充填された固体中伝播音伝達物質（１２０）と、前記容器（１１０）内に前記固体中伝播音伝達物質（１２０）で覆われて設けられたマイクロホン（１３０）とをさらに備えてもよい。

本発明の音源方向検出装置は、以下に示すような効果を奏する。
（１）ｎ個の方向に音源があり得る場合でも、ｎ（ｎ−１）／２個のフリップフロップ回路を備えることにより音源方向を検出することができるため、音源方向検出装置の構成を簡単化することができる。
（２）各マイクロホンの出力側に増幅回路および波形整形回路を設けることにより、小さい音や立上り波形が急峻でない音であっても、その音源方向を検出することができる。

たとえば配管設備の異常音の方向を簡単な構成で検出することができるという目的を、複数の方向からの音をそれぞれ最先に検出するための複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの入力信号を少なくとも１つのフリップフロップ回路にそれぞれ入力し、このフリップフロップ回路の出力信号に基づいて音源方向を決定することにより実現した。
すなわち、たとえば、２つのマイクロホンの間隔を１０ｃｍとして、一方のマイクロホンを左側に配置するとともに他方のマイクロホンを右側に配置し、この２つのマイクロホンを結ぶ直線上の左側から音が発生した場合を考えると、音はまず一方のマイクロホンに入ったのちに他方のマイクロホンに入る。このときの時間差は、空気中伝播音の場合には約０．３ミリ秒であり、配管等固体中伝播音の場合には約２０マイクロ秒であり、どちらの場合にも微少な時間差となり、この微少な時間差を検出する必要がある。到達音の時間差の検出方法としては、標準クロックパルスとの比較等により到達音の時間差を求めてその先後を判定する方法があるが、この方法では、周期がミリ秒オーダーまたはマイクロ秒オーダーの標準クロックパルスを使用する必要がある。
そこで、音源からの音の到達時間差について考えてみると、到達時間差は２つのマイクロホンの間隔によって決まり音源の位置には関係しないことがわかる。このことは、単に音源方向を決定するだけであれば具体的な到達時間差値を検出する必要性はないということである。したがって、具体的な到達時間差値というアナログ情報ではなく、どちらの音が先に到達したかというディジタル情報に着目して、到達時間差の判定をすることとする。このようなディジタル情報による到達時間差検出方法は、マイクロ秒オーダーの短周期入力パルスに応答する２安定マルチバイブレータ（フリップフロップ回路）を使用することにより実現することができる。
なお本発明では空気中伝播音を遮断するとともに配管内を伝播する音を効率良く集音するために固体中伝播音集音マイクロホンを使用している。

以下、本発明の音源方向検出装置の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の第１の実施例による音源方向検出装置１０は、２方向（第１および第２の方向）のうちのいずれの方向に音源があるかを検出する２端子センサであり、図１に示すように、第１の方向からの音を最先に検出するための第１のマイクロホン１１と、第１のマイクロホン１１と所定の間隔をあけて設けられかつ第２の方向からの音を最先に検出するための第２のマイクロホン１２と、第１および第２のマイクロホン１１，１２の出力信号Ａ，Ｂが入力されるフリップフロップ回路（ＦＦ回路）１３と、フリップフロップ回路１３の第１および第２の出力信号Ｑ_A，Ｑ_Bが入力される音源方向検出部１４とを備える。

次に、本発明による音源方向検出装置に使用されるマイクロホンについて説明する。
マイクロホンについては、空気中伝播音を対象とする場合は、通常のコンデンサマイクロホンなどを使用すればよい。しかし、たとえば空気中を伝播する多種多様な雑音（空気中伝播音）の中に曝されている配管の異常音を検出する場合には、空気中伝播音を遮断し真に必要な配管からの異常音のみを抽出しなければならない。そこでこのような場合のために本発明では、空気中伝播音を遮断し配管内を伝播する音のみを集音するマイクロホンとして、図８に示す固体中伝播音集音マイクロホン１００を使用する。

固体中伝播音集音マイクロホン１００は、一つの面が集音部１１１とされた固体中伝播音集音マイク容器１１０と、固体中伝播音集音マイク容器１１０に充填されたゴム状粘土などの固体中伝播音伝達物質１２０と、固体中伝播音集音マイク容器１１０内に固体中伝播音伝達物質１２０で覆われて設けられたコンデンサマイクロホンなどのマイクロホン１３０とを備える。すなわち、固体中伝播音集音マイクロホン１００は、空気中伝播音を遮断するとともに配管１４０内を伝播する音を効率良く集音するために、マイクロホン１３０全体を固体中伝播音伝達物質１２０で覆って固体中伝播音集音マイク容器１１０に収容するとともに、固体中伝播音集音マイク容器１１０の集音部１１１を配管１４０の表面に密着できるようにしたものである。
これにより、固体中伝播音集音マイクロホン１００では、配管１４０からの異常音のみを固体中伝播音集音マイク容器１１０の集音部１１１から取り込んでマイクロホン１３０により検出することができる。

ここで、第１および第２のマイクロホン１１，１２（図８の「固体中伝播音集音マイクロホン１００」以下同様）の出力信号Ａ，Ｂは、無音状態の場合にはハイレベルとなり、音が入力されるとロウレベルとなる。
フリップフロップ回路１３は、複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力されかつ入力された２個のマイクロホンの出力信号に基づいてどちらのマイクロホンに音が先に到達したかを検出する少なくとも１つの到達先後検出手段として機能し、図２にその一例の回路図を示すように、２安定マルチバイブレータの２つの入力端子に第１および第２のマイクロホン１１，１２の出力信号Ａ，Ｂをそれぞれ入力するように構成されている。すなわち、フリップフロップ回路１３は、図３に示すように、第１のマイクロホン１１の出力信号Ａがハイレベルからロウレベルに変化すると、第１の出力信号Ｑ_Aはハイレベルのときにはロウレベルに変化するとともに第２の出力信号Ｑ_Bはロウレベルのときにはハイレベルに変化し、かつ、第２のマイクロホン１２の出力信号Ｂがハイレベルからロウレベルに変化すると、第１の出力信号ＱAはロウレベルのときにはハイレベルに変化するとともに第２の出力信号Ｑ_Bはハイレベルのときにはロウレベルに変化する。
音源方向検出部１４は、フリップフロップ回路１３の第１または第２の出力信号Ｑ_A，Ｑ_Bのレベルが変化すると、所定の時間経過後にフリップフロップ回路１３の第１および第２の出力信号Ｑ_A，Ｑ_Bのレベルを検出し、検出したフリップフロップ回路１３の第１および第２の出力信号Ｑ_A，Ｑ_Bのレベルに基づいて音源方向を決定する。

次に、本実施例による音源方向検出装置１０の動作について図４を参照して説明する。
図４に示すように、第１の方向から音が発生すると、時刻ｔ₁で第１のマイクロホン１１の出力信号Ａがハイレベルからロウレベルに変化したのち、第１のマイクロホン１１と第２のマイクロホン１２との間隔によって決まる音の到達時間差分だけ遅れた時刻ｔ₂で第２のマイクロホン１２の出力信号Ｂがハイレベルからロウレベルに変化する。これにより、時刻ｔ₁でフリップフロップ回路１３の第１の出力信号Ｑ_Aがハイレベルからロウレベルに変化するとともに第２の出力信号Ｑ_Bがロウレベルからハイレベルに変化し、また、時刻ｔ₂でフリップフロップ回路１３の第１の出力信号Ｑ_Aがロウレベルからハイレベルに変化するとともに第２の出力信号Ｑ_Bがハイレベルからロウレベルに変化する。音源方向検出部１４は、時刻ｔ₂から所定時間遅れた時刻ｔ₃でフリップフロップ回路１３の第１および第２の出力信号Ｑ_A，Ｑ_Bのレベルを検出する。その結果、第１の出力信号Ｑ_Aのレベルがハイレベルであるため、音源方向検出部１４は第１の方向を音源方向と決定する。

一方、第２の方向から音が発生すると、時刻ｔ₄で第２のマイクロホン１２の出力信号Ｂがハイレベルからロウレベルに変化したのち、第１のマイクロホン１１と第２のマイクロホン１２との間隔によって決まる音の到達時間差分だけ遅れた時刻ｔ₅で第１のマイクロホン１１の出力信号Ａがハイレベルからロウレベルに変化する。これにより、時刻ｔ₄ではフリップフロップ回路１３の第１の出力信号Ｑ_Aはハイレベルのままであり第２の出力信号Ｑ_Bもロウレベルのままであるが、時刻ｔ₅ではフリップフロップ回路１３の第１の出力信号Ｑ_Aがハイレベルからロウレベルに変化するとともに第２の出力信号Ｑ_Bがロウレベルからハイレベルに変化する。音源方向検出部１４は、時刻ｔ₅から所定時間遅れた時刻ｔ₆でフリップフロップ回路１３の第１および第２の出力信号Ｑ_A，Ｑ_Bのレベルを検出する。その結果、第２の出力信号Ｑ_Bのレベルがハイレベルであるため、音源方向検出部１４は第２の方向を音源方向と決定する。

すなわち、音源方向検出部１４は、表１に示す音源方向検出原理に基づいて２方向（第１および第２の方向）のうちのいずれの方向に音源があるかを検出する。

以上の説明では、第１および第２の方向は直線上の逆向きの方向であるとしたが（図１参照）、第１および第２の方向は必ずしも直線上の逆向きの方向である必要はない。

次に、本発明の第２の実施例による音源方向検出装置について説明する。
本実施例による音源方向検出装置２０は、３方向（第１乃至第３の方向）のうちのいずれの方向に音源があるかを検出する３端子センサであり、図５に示すように、第１の方向からの音を最先に検出するための第１のマイクロホン２１と、第１のマイクロホン２１と所定の間隔をあけて設けられかつ第２の方向からの音を最先に検出するための第２のマイクロホン２２と、第１および第２のマイクロホン２１，２２と所定の間隔を置いて設けられかつ第３の方向からの音を最先に検出するための第３のマイクロホン２３と、第１および第２のマイクロホン２１，２２の出力信号Ａ，Ｂが入力される第１のフリップフロップ回路２４と、第１および第３のマイクロホン２１，２３の出力信号Ａ，Ｃが入力される第２のフリップフロップ回路２５と、第２および第３のマイクロホン２２，２３の出力信号Ｂ，Ｃが入力される第３のフリップフロップ回路２６と、第１のフリップフロップ回路２４の第１および第２の出力信号Ｑ_1A，Ｑ_1Bと第２のフリップフロップ回路２５の第１および第２の出力信号Ｑ_2A，Ｑ_2Cと第３のフリップフロップ回路２６の第１および第２の出力信号Ｑ_3B，Ｑ_3Cとが入力される音源方向検出部２７とを備える。
なおマイクロホンが固体中伝播音集音マイクロホンであることは実施例１と同様である。

ここで、第１乃至第３のフリップフロップ回路２４〜２６は、複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力されかつ入力された２個のマイクロホンの出力信号に基づいてどちらのマイクロホンに音が先に到達したかを検出する少なくとも１つの到達先後検出手段として機能し、図２に示したフリップフロップ回路１３と同様の構成を有する。

音源方向検出部２７は、表２に示すように、第１乃至第３のフリップフロップ回路２４〜２６の出力信号Ｑ_1A，Ｑ_1B，Ｑ_2A，Ｑ_2C，Ｑ_3B，Ｑ_3Cのレベルを検出し、第１のフリップフロップ回路２４の第１の出力信号Ｑ_1Aおよび第２のフリップフロップ回路２５の第１の出力信号Ｑ_2Aのレベルがハイレベルであるときには第１の方向を音源方向と決定し、第１のフリップフロップ回路２４の第２の出力信号Ｑ_1Bおよび第３のフリップフロップ回路２６の第１の出力信号Ｑ_3Bのレベルがハイレベルであるときには第２の方向を音源方向と決定し、第２のフリップフロップ回路２５の第２の出力信号Ｑ_2Cおよび第３のフリップフロップ回路２６の第２の出力信号Ｑ_3Cのレベルがハイレベルであるときには第３の方向を音源方向と決定する。

本実施例による音源方向検出装置２０の動作については、図１に示した第１の実施例による音源方向検出装置１０の動作と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
また、第１乃至第３の方向は必ずしも図５に示した３つの方向である必要はない。

次に、本発明の第３の実施例による音源方向検出装置について説明する。
本実施例による音源方向検出装置３０は、４方向（第１乃至第４の方向）のうちのいずれの方向に音源があるかを検出する４端子センサであり、図６に示すように、第１の方向からの音を最先に検出するための第１のマイクロホン３１と、第１のマイクロホン３１と所定の間隔をあけて設けられかつ第２の方向からの音を最先に検出するための第２のマイクロホン３２と、第１および第２のマイクロホン３１，３２と所定の間隔をあけて設けられかつ第３の方向からの音を最先に検出するための第３のマイクロホン３３と、第１乃至第３のマイクロホン３１〜３３と所定の間隔をあけて設けられかつ第４の方向からの音を最先に検出するための第４のマイクロホン３４と、第１および第２のマイクロホン３１，３２の出力信号Ａ，Ｂが入力される第１のフリップフロップ回路３５と、第１および第３のマイクロホン３１，３３の出力信号Ａ，Ｃが入力される第２のフリップフロップ回路３６と、第１および第４のマイクロホン３１，３４の出力信号Ａ，Ｄが入力される第３のフリップフロップ回路３７と、第２および第３のマイクロホン３２，３３の出力信号Ｂ，Ｃが入力される第４のフリップフロップ回路３８と、第２および第４のマイクロホン３２，３４の出力信号Ｂ，Ｄが入力される第５のフリップフロップ回路３９と、第３および第４のマイクロホン３３，３４の出力信号Ｃ，Ｄが入力される第６のフリップフロップ回路４０と、第１のフリップフロップ回路３５の第１および第２の出力信号Ｑ_1A，Ｑ_1Bと第２のフリップフロップ回路３６の第１および第２の出力信号Ｑ_2A，Ｑ_2Cと第３のフリップフロップ回路３７の第１および第２の出力信号Ｑ_3A，Ｑ_3Dと第４のフリップフロップ回路３８の第１および第２の出力信号Ｑ_4B，Ｑ_4Cと第５のフリップフロップ回路３９の第１および第２の出力信号Ｑ_5B，Ｑ_5Dと第６のフリップフロップ回路４０の第１および第２の出力信号Ｑ_6C，Ｑ_6Dとが入力される音源方向検出部４１とを備える。
なおマイクロホンが固体中伝播音集音マイクロホンであることは実施例１と同様である。

ここで、第１乃至第４のフリップフロップ回路３５〜４０は、複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力されかつ入力された２個のマイクロホンの出力信号に基づいてどちらのマイクロホンに音が先に到達したかを検出する少なくとも１つの到達先後検出手段として機能し、図２に示したフリップフロップ回路１３と同様の構成を有する。

音源方向検出部４１は、表３に示すように、第１乃至第４のフリップフロップ回路３５〜４０の出力信号Ｑ_1A，Ｑ_1B，Ｑ_2A，Ｑ_2C，Ｑ_3A，Ｑ_3D，Ｑ_4B，Ｑ_4C，Ｑ_5B，Ｑ_5D，Ｑ_6C，Ｑ_6Dのレベルを検出し、以下のようにして音源方向を決定する。
（１）第１のフリップフロップ回路３５の第１の出力信号Ｑ_1A，第２のフリップフロップ回路３６の第１の出力信号Ｑ_2Aおよび第３のフリップフロップ回路３７の第１の出力信号Ｑ_3Aのレベルがハイレベルであるときには、第１の方向を音源方向と決定する。
（２）第１のフリップフロップ回路３５の第２の出力信号Ｑ_1B，第４のフリップフロップ回路３８の第１の出力信号Ｑ_4Bおよび第５のフリップフロップ回路３９の第１の出力信号Ｑ_5Bのレベルがハイレベルであるときには、第２の方向を音源方向と決定する。
（３）第２のフリップフロップ回路３６の第２の出力信号Ｑ_2C，第４のフリップフロップ回路３８の第２の出力信号Ｑ_4Cおよび第６のフリップフロップ回路４０の第１の出力信号Ｑ_6Cのレベルがハイレベルであるときには、第３の方向を音源方向と決定する。
（４）第３のフリップフロップ回路３７の第２の出力信号Ｑ_3D，第５のフリップフロップ回路３９の第２の出力信号Ｑ_5Dおよび第６のフリップフロップ回路４０の第２の出力信号Ｑ_6Dのレベルがハイレベルであるときには、第４の方向を音源方向と決定する。

本実施例による音源方向検出装置３０の動作については、図１に示した第１の実施例による音源方向検出装置１０の動作と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
また、第１乃至第４の方向は必ずしも図６に示した４つの方向である必要はない。

次に、本発明の第４の実施例による音源方向検出装置について説明する。
本実施例による音源方向検出装置は、ｎ方向（第１乃至第ｎの方向）のうちのいずれの方向に音源があるかを検出するｎ端子センサであり、第１乃至第ｎの方向からの音をそれぞれ最先に検出するための第１乃至第ｎのマイクロホンと、第１乃至第ｎのマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力される第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路と、第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路の出力信号が入力される音源方向検出部とを備える。
なおマイクロホンが固体中伝播音集音マイクロホンであることは実施例１と同様である。

ここで、第１乃至第ｎのマイクロホンは、他のマイクロホンと所定の間隔をあけて設けられている。
第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路は、複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力されかつ入力された２個のマイクロホンの出力信号に基づいてどちらのマイクロホンに音が先に到達したかを検出する少なくとも１つの到達先後検出手段として機能し、図２に示したフリップフロップ回路１３と同様の構成を有するとともに同様に動作する。すなわち、第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路は、入力される２個のマイクロホンの出力信号のうち一方のマイクロホンの出力信号がハイレベルからロウレベルに変化すると、第１の出力信号はハイレベルのときにはロウレベルに変化するとともに第２の出力信号はロウレベルのときにはハイレベルに変化し、かつ、他方のマイクロホンの出力信号がハイレベルからロウレベルに変化すると、第１の出力信号はロウレベルのときにはハイレベルに変化するとともに第２の出力信号はハイレベルのときにはロウレベルに変化する。

音源方向検出部は、表４に示すように、第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路の出力信号のレベルを検出し、第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路のうちの第ｍ（ｍ＝１〜ｎ）のマイクロホンの出力信号が入力される（ｎ−１）個のフリップフロップ回路の出力信号がすべて、第ｍ（ｍ＝１〜ｎ）のマイクロホンの出力信号がハイレベルからロウレベルに変化したことを示す場合に、第ｍの方向を音源方向として決定する。なお、表４は、各フリップフロップ回路に入力される２個のマイクロホンの出力信号の組合せを示しており、表中の丸印は、表の第１行目に記載されたマイクロホンの出力信号がハイレベルからロウレベルに変化したことを示す。

本実施例による音源方向検出装置の動作については、図２に示した第１の実施例による音源方向検出装置１０の動作と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

次に、本発明の第５の実施例による音源方向検出装置について説明する。
本実施例による音源方向検出装置５０は、第１および第２の増幅回路５３，５４と、波形整形回路として機能する第１および第２の微分回路５５，５６とを備え、第１および第２のマイクロホン５１，５２の出力信号Ａ，Ｂを第１および第２の増幅回路５３，５４で増幅したのちに第１および第２の微分回路５５，５６で立上りエッジを急峻にする点で、図１に示した第１の実施例による音源方向検出装置１と異なる。
なおマイクロホンが固体中伝播音集音マイクロホンであることは実施例１と同様である。

したがって、本実施例による音源方向検出装置５０では、第１および第２のマイクロホン５１，５２の出力信号Ａ，Ｂの振幅が小さい場合や立上り波形がギザギザしている場合でも、第１および第２の増幅回路５３，５４と第１および第２の微分回路５５，５６で振幅を大きくするとともに立上りエッジを急峻にしてフリップフロップ回路５７に入力することができるため、正確に音源の方向を検出することができる。

なお、上記した第２乃至第４の実施例による音源方向検出装置においても、各マイクロホンの出力側に増幅回路および微分回路を設けることにより、本実施例による音源方向検出装置５０と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明の音源方向検出装置は、たとえば、原子力発電所配管設備の異常音発生箇所検出のみならず、現在電力流通設備の主流となっているＧＩＳ設備のスペーサー絶縁不良による地絡事故発生箇所検出、さらには石油コンビナート等での異常音発生時および異常発生の前駆兆候音発生時等、異常音を発生するあらゆる設備の異常音発生箇所検出に使用することができる。

本発明の第１の実施例による音源方向検出装置の構成を示す図である。（実施例１）図１に示したフリップフロップ回路１３の一例を示す回路図である。（実施例１）図１に示したフリップフロップ回路１３の動作を説明するためのタイミングチャートである。（実施例１）図１に示した音源方向検出装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。（実施例１）本発明の第２の実施例による音源方向検出装置の構成を示す図である。（実施例２）本発明の第３の実施例による音源方向検出装置の構成を示す図である。（実施例３）本発明の第５の実施例による音源方向検出装置の構成を示す図である。（実施例５）本発明による音源方向検出装置に使用されるマイクロホンの一実施例の構成を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，５０音源方向検出装置
１１，１２，２１〜２３，３１〜３４，５１，５２，１３０マイクロホン
１３，２４〜２６，３５〜４０，５７フリップフロップ回路
１４，２７，４１，５８音源方向検出部
５３，５４増幅回路
５５，５６微分回路
１００固体中伝播音集音マイクロホン
１１１集音部
１１０固体中伝播音集音マイク容器
１２０固体中伝播音伝達物質
１４０配管

Claims

複数の方向からの音をそれぞれ最先に検出するための複数個のマイクロホンと、
該複数個のマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力され、かつ、該入力された２個のマイクロホンの出力信号に基づいてどちらのマイクロホンに音が先に到達したかを検出する少なくとも１つの到達先後検出手段と、
該少なくとも１つの到達先後検出手段の出力信号に基づいて音源方向を検出する音源方向検出手段と、を備え、
前記各マイクロホンが、一つの面が集音部（１１１）とされた容器（１１０）と、該容器（１１０）に充填された固体中伝播音伝達物質（１２０）と、前記容器（１１０）内に前記固体中伝播音伝達物質（１２０）で覆われて設けられたマイクロホン本体（１３０）と、を備えた固体中伝播音集音マイクロホン（１００）である、ことを特徴とする音源方向検出装置。
前記複数個のマイクロホンが、第１乃至第ｎの方向からの音をそれぞれ最先に検出するための第１乃至第ｎのマイクロホンを含み、
前記少なくとも１つの到達先後検出手段が、前記第１乃至第ｎのマイクロホンのうちの異なる組合せの２個ずつのマイクロホンの出力信号がそれぞれ入力され、かつ、該入力された２個のマイクロホンのどちらに音が先に到達したかを示す出力信号をそれぞれ出力する第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路を含み、
前記音源方向検出手段が、前記第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路の出力信号に基づいて、該第１乃至第ｎ（ｎ−１）／２のフリップフロップ回路のうちの第ｍのマイクロホンの出力信号が入力される（ｎ−１）個のフリップフロップ回路の出力信号がすべて該第ｍのマイクロホンに音が先に到達したことを示す場合には第ｍの方向を音源方向として決定する音源方向検出部を含む、
ことを特徴とする、請求項１記載の音源方向検出装置。
ｎ＝２であり、かつ、ｍ＝１または２であることを特徴とする、請求項２記載の音源方向検出装置。
ｎ＝３であり、かつ、ｍ＝１，２または３であることを特徴とする、請求項２記載の音源方向検出装置。
ｎ＝４であり、かつ、ｍ＝１，２，３または４であることを特徴とする、請求項２記載の音源方向検出装置。
前記各マイクロホンの出力に接続された増幅回路および波形整形回路をさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至５いずれかに記載の音源方向検出装置。