JP4368798B2 - 音源探査システム - Google Patents

Description

【技術分野】
本発明は、騒音等の音源を探査する音源探査システムに係り、特に、球体、半球体又は多面体のバッフルの表面及び／又は表面から離れた位置に複数のマイクロホンを配設し、それぞれのマイクロホンを介して得られる音の電気信号を演算処理し、その音の到来方向及び音源の音の強さの推定を全方位に渡って行う音源探査システムに関する。
【背景技術】
発電プラントや化学プラント、製造ラインのある工場等では、モータ、ギヤ、ポンプ、ファン、変圧器等の様々な設備や機器から発する騒音が合成されて、敷地境界線や民家付近まで到達する。また、自動車、列車、航空機等の乗り物にあっては、エンジン、ギヤ、ファン等の様々な構成部材から発する騒音が合成されて、それぞれの室内の静粛性が阻害される。また、マンション等の一般住宅にあっては、様々な異音によってそれぞれの室内の静粛性が阻害される。これらの騒音や異音による問題を根本的に解決するためには、音の到来方向や音源の音の強さを的確に把握することが重要である。
そこで、従来では、複数のマイクロホンを広い範囲に渡って設置し、それぞれのマイクロホンを介して得られる音響信号を、テープレコーダ等の収音器により収録し、それぞれの収録した音響信号を演算処理して音源を探査するようにしていた。ところが、このような音源を探査する方法では、広い範囲に複数のマイクロホンを設置する必要があるばかりか、それぞれのマイクロホンと収音器との配線が必要となるため、設置作業が極めて煩雑なものとなっている。
また、別の音源探査方式としては、たとえば特開平０６−１１３３８７号公報に示されている音源探査装置がある。これは、パラボラ反射器を音の到来方向に向けて音響信号を収録し、音源を可視化するようにしたものである。しかし、この方式の欠点は想定される音源がパラボラ反射器を向けた方向に限定されることである。つまり、マイクロホンの設置位置や設置角度によって、収音方向が限定されてしまうため、全方位に渡る音源の探査を一度に行うことは到底不可能となってしまう。
このような不具合を解消するものとして、たとえば特開２００３−１１１１８３号公報では、基台に取り付けた回転フレーム上に、第１〜第４のマイクロホンを、検出部がＸＹ平面内において原点を中心とする正方形を構成するように配置するとともに、第５のマイクロホンをその検出部が第１〜第４のマイクロホンによって構成される正方形の中心の上方に位置させ、かつ、第１〜第４のマイクロホンと第５のマイクロホンとの距離が等しくなるように配置し、各マイクロホンの出力信号の到達時間差から音の到来方向を推定するようにした音源探査システムを提案している。
ところが、上述した特開２００３−１１１１８３号公報では、回転フレーム上に、第１〜第５のマイクロホンを設置しているため、設置作業が簡素化されるものの、カメラが単独で実装されていることからも類推できるように、全方位の音源の探査を行うために回転フレームを回転させて第１〜第５のマイクロホンの向きを変える必要があることから、全方位に渡る音源からの音の到来方向の特定と、音源の音の強さの推定とを一度に行うことは到底不可能である。また、マイクロホン、カメラ等及び、それらに付随するケーブル類が、音が伝播する空間内に裸の状態で配設されるため、マイクロホンやカメラ及びケーブル自身からの反射音に対しては無防備であり、音源探査結果に重大な影響を及ぼす。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、狭い空間に限らず、全方位に渡る音源からの音の到来方向の特定と、音源の音の強さの推定とを一度に行うことができる音源探査システムを提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明に係る音源探査システムは、球体、半球体又は多面体のバッフルと、バッフルの表面に全方位の音を取り込むために配設された複数のマイクロホンと、複数のマイクロホンを介して得られる全方位の音の電気信号であるアナログ信号を増幅するアンプと、アンプによって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、Ａ／Ｄコンバータによって変換されたデジタル信号を演算処理し、音源からの音の到来方向の解析及び／又は音源の音の強さの推定を行う演算処理装置と、演算処理装置による演算処理結果を記録する記録装置と、演算処理装置による演算処理結果を基に、音源からの音の強さの分布を表示する表示装置と、球体、半球体又は多面体のバッフルの中心から音源又は境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を入力する入力装置とを備え、演算処理装置は、複数のマイクロホンにより取り込まれたそれぞれの音響信号の振幅特性と、位相特性とを演算処理によって求めた後、該演算処理結果の信号情報と直接音や回折音からなるバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定音源方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、音の到来方向を特定するとともに、これらの特定音源方向からの到来音が強調された演算処理結果と入力装置によって入力された距離とから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源の音の強さの推定を行うことを特徴とする。
また、バッフルの表面に、音波を発生する単独もしくは複数の指向性又は無指向性の音源素子が配設され、演算処理装置は、複数のマイクロホンによって取り込まれたそれぞれの反射音の振幅特性と、位相特性とを演算処理によって求めた後、該演算処理結果の信号情報と直接音や回折音からなるバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定音源方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、反射音の到来方向を特定するとともに、試験音の発生時から反射音の取込時までの時間差を加味することで、バッフルから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測し、この値を音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源の音の強さ及び／又はその場周辺からの反射音の強さの推定のための情報として利用するようにすることができる。
また、バッフルの表面に、単独もしくは複数の受光素子が撮影範囲をオーバーラップさせるように配設され、演算処理装置は、特定した音の到来方向に対応する単独もしくは複数の受光素子の画像を取り込み、その画像もしくはその画像をもとに画像処理を行った結果に演算処理によって求めた音の到来方向及び／又は音の強さ分布の画像を合成して表示させるようにすることができる。
また、バッフルの表面に、単独もしくは複数の光源が配設され、演算処理装置は、光の発生時から反射光の取込時までの時間を加味することで、バッフルから境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を自動的に計測し、この値を音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源の音の強さの推定のための情報として利用するようにすることができる。
また、演算処理装置は、受光素子の撮影範囲がオーバーラップする部分を画像処理し、音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測するようにすることができる。
また、バッフルを複数個配設し、演算処理装置は、一方のバッフルから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離及び／又は音の到来方向と、他方のバッフルから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離及び／又は音の到来方向と、バッフル同士の間の位置関係とを求めた後、これらの情報を基に音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を三角測量の原理により求めるようにすることができる。
また、バッフルの表面から離れた場所に、単独もしくは複数のサテライトマイクロホンが配設され、演算処理装置は、複数のサテライトマイクロホンによって取り込まれた音を用いて、音の到来方向及び／又は音源の音の強さを求めるようにすることができる。
また、バッフルは、接地面から所定の高さに保持されるように、長尺部材の頂部に取り付けられているようにすることができる。
本発明に係る音源探査システムにおいては、球体、半球体又は多面体のバッフルの表面に複数のマイクロホンを配設して全方位の音を取り込むようにし、演算処理装置により、複数のマイクロホンにより取り込まれたそれぞれの音響信号の振幅特性と、位相特性とを演算処理によって求めた後、それらの信号情報とバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、音源からの音の到来方向を特定するとともに、これらの演算処理結果と入力装置によって入力された距離とから音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の音の強さの推定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の音源探査システムに係る一実施の形態の概要を説明するための図である。
第２図は、第１図の音源探査システムによる音源探査方法を説明するための図である。
第３図は、第１図の音源探査システムによる音源探査方法を説明するための図である。
第４図は、第１図の表示装置に表示される音の強さ分布の一例を示す図である。
第５図は、第１図のバッフルに単独もしくは複数の距離計測用音源素子を追加した場合の第２実施形態を示す図である。
第６図は、第５図のバッフルに単独もしくは複数の受光素子を追加した場合の第３実施形態を示す図である。
第７図は、第６図の単独もしくは複数の受光素子による動作を説明するための図である。
第８図は、第６図の表示装置にカラーで表示される画像の一例を示す図である。
第９図は、第６図の表示装置にカラーで表示される画像の一例を示す図である。
第１０図は、第６図のバッフルに単独もしくは複数の光源を追加した場合の第４実施形態を示す図である。
第１１図は、第６図のバッフルの受光素子により、音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測する場合の第５実施形態を説明する図である。
第１２図は、第６図のバッフルを一例として２個設けた場合の第６実施形態を示す図である。
第１３図は、第１図のバッフルに単独もしくは複数のサテライトマイクロホンを設けた場合の第７実施形態を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
第１図は、本発明の音源探査システムに係る一実施の形態の概要を説明するための図、第２図及び第３図は、第１図の音源探査システムによる音源探査方法を説明するための図、第４図は、第１図の表示装置に表示される音の強さ分布の一例を示す図である。
第１図に示す音源探査システムは、バッフル１０、マイクロホン１１、アンプ２０、Ａ／Ｄコンバータ３０、演算処理装置４０、記録装置５０、表示装置６０、入力装置７０を備えている。なお、演算処理装置４０、記録装置５０、表示装置６０、入力装置７０は、ノートパソコン、デスクトップパソコン等の電子機器によって構成することができる。
バッフル１０は球体をなしている。また、バッフル１０は、ポール等の長尺部材（図示省略）の頂部に取り付けられており、接地面から所定の高さに保持されるようになっている。
バッフル１０の表面には、複数のマイクロホン１１が配設されている。マイクロホン１１としては、ダイナミックマイクロホンやコンデンサーマイクロホンを用いることができる。
このように、球体のバッフル１０に複数のマイクロホン１１を配設することで、全方位に対して平等に音を取り込むことができるようになっている。バッフル１０の内部には、マイクロホン１１のプリアンプ（図示省略）等を内蔵した本体（図示省略）と、この本体に接続されるマイクロホンケーブル１１ａ等が内蔵されている。
ちなみに、第１図に示すバッフル１０の半径は、たとえば１３０ｍｍ程度である。また、そのバッフル１０に配設されるマイクロホン１１の数は本実施形態では１７個となっている。ただし、マイクロホン１１は、音源探査を行うべき次元に応じた必要最低限の数であればよく、一次元で音源探査を行う場合は２個、二次元で音源探査を行う場合は３個、三次元で音源探査を行う場合は４個とすることも可能である。本実施形態では、音源探査結果の精度と安定性をさらに向上させるため、１７個のマイクロホンを使用している。
このように、たとえば球体のバッフル１０の内部に、マイクロホン１１のプリアンプ（図示省略）等を内蔵した本体（図示省略）と、この本体に接続されるマイクロホンケーブル１１ａ等を内蔵することで、バッフル１０の周囲の音場の乱れを抑制することができ、音源からの音を正確に取り込むことが可能となる。
また、バッフル１０では、各マイクロホン１１の位置を（ｘ、ｙ、ｚ）の三次元で示す座標が設けられており、演算処理装置４０で音源探査の演算を実施する際に利用される。これにより、取り込まれた音がどのマイクロホン１１からのものであるのかを識別できるようになっている。
アンプ２０は、各マイクロホン１１を介して得られる全方位の音の電気信号であるアナログ信号を増幅するものである。アンプ２０には、各マイクロホン１１のマイクロホンケーブル１１ａが接続されている。ここで、アンプ２０には、上述した各マイクロホン１１の座標に合わせた差込口が設けられているため、各マイクロホン１１のマイクロホンケーブル１１ａを接続する場合には、それぞれのマイクロホンケーブル１１ａを対応する差込口に差し込んで接続する。Ａ／Ｄコンバータ３０は、アンプ２０によって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するものである。
演算処理装置４０は、Ａ／Ｄコンバータ３０によって変換されたデジタル信号を演算することにより、それぞれのマイクロホン１１によって取り込まれた音の情報を総合的かつ包括的に演算処理することで、音源探査を行う。ここで、音源探査とは、音源からの音の到来方向の解析と、音源の音の強さの推定とを行うことである。なお、音源探査の詳細については、後述する。
記録装置５０は、演算処理装置４０による演算処理結果を記録する。記録装置５０としては、磁気テープを記録媒体とする磁気テープ記録装置、光ディスクを記録媒体とする光ディスク記録装置等を用いることができる。表示装置６０は、演算処理装置４０による演算処理結果を基に、音源からの音の強さ分布等を表示する。入力装置７０は、音源又は室内の壁等の境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を入力する。入力装置７０としては、キーボード、タッチパネル等を用いることができる。ただし、音の到来方向の解析やバッフル設置点への音響的寄与の算出を目的とし、音の強さの推定が主たる目的ではない場合等においては、入力装置７０は省略することも可能である。
次に、音源探査を行う方法について説明する。
音源探査は、広い空間であっても、狭い空間であっても、実施可能である。広い空間では、探査すべき音源との間に障害物が入らないようにすることが好ましく、たとえば人が多数集まるような所では全体が見渡せる高所に、又は飛行場のような所では建物等が障害物にならないような位置にバッフル１０を設置するようにする。一方、室内や車両等の狭い空間では、全体が見渡せる場所にバッフル１０を設置するようにする。
そして、音源からの音の到来方向を解析する場合、第２図に示すように、バッフル１０周辺の直接音・回折音などを含む音場の解析情報を、演算処理装置４０に取り込んでおく。この状態で、各マイクロホン１１により、音源からの音を取り込む。ここで、音源からの音を取り込む場合、各マイクロホン１１を介して得られる音を同時に取り込むようにすることが基本である。もしくは、ある特定のマイクロホンを基準として、上述した座標毎に順に、あるいは複数個のマイクロホンをまとめて、あるいはランダムに基準マイクロホンと同時に音を取り込むようにしてもよい。ただし、全てのマイクロホンを同時に収録しない場合は、音源からの音が時間によって変動しないことが条件となる。
このとき、各マイクロホン１１を介して得られる全方位の音は、アナログ信号としてアンプ２０に取り込まれた後、アンプ２０によって増幅されて出力される。アンプ２０によって増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３０によりデジタル信号に変換されて演算処理装置４０に取り込まれる。
演算処理装置４０では、各マイクロホン１１により取り込まれた音の解析を演算処理により行う。この場合、各マイクロホン１１により取り込まれたそれぞれの音響信号の振幅特性と、位相特性とが演算処理によって求められる。また、これら振幅特性と位相特性とが求められると、上述したバッフル１０周辺の音場の解析情報が加味され、特定方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、音源からの音の到来方向を演算処理により特定することができる。
次に、音源の音の強さを推定する場合、第２図に示す音源までの距離ｄを、入力装置７０により演算処理装置４０に入力する。このとき、演算処理装置４０では、上述したように、音源からの音の到来方向と音圧とを演算処理により特定しているため、これらの演算処理結果と、音源までの距離ｄとから音源の音の強さを演算処理により推定することができる。音源の音の強さの推定を行う場合、従来の周波数領域ビームフォーミング手法に音源までの距離ｄを加味することで、音源の音の強さの推定を正確に行うことができる。
なお、この例では、音源からの音の到来方向の解析を終えた後、音源の音の強さを推定するための音源までの距離ｄを、入力装置７０により演算処理装置４０に入力する場合について説明したが、音源探査の開始前に音源までの距離ｄを、入力装置７０により演算処理装置４０に入力しておくようにしてもよいことは勿論である。
また、この例では、第２図のように、単一の音源からの音の到来方向の解析と単一の音源の音の強さの推定とを行う場合について説明したが、たとえば室内の壁等の境界面において発生する複数の部位の音源からの音の到来方向の解析とそれぞれの部位の音源の音の強さの推定とを行う場合には、第３図に示すように、それぞれの部位の音源ａ〜ｄまでの距離ｄ１〜ｄ４を入力すればよい。
以上のようにして、演算処理装置４０による演算処理により、音源からの音の到来方向の解析と音源の音の強さの推定とが行われると、その演算処理結果が音の強さ分布として表示装置６０にカラーで表示される。表示装置６０により表示される音の強さ分布の一例を、第４図に示す。第４図においては、音の強さの大小をたとえばａ〜ｆ（ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ）で示している。
このように、第１実施形態では、球体のバッフル１０の表面に複数のマイクロホン１１を配設して全方位の音を取り込むようにし、演算処理装置４０により、複数のマイクロホン１１により取り込まれたそれぞれの音響信号の振幅特性と、位相特性とを演算処理によって求めた後、それらの信号情報とバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、音源からの音の到来方向を演算処理により特定するとともに、これらの演算処理結果と入力装置７０によって入力された距離とから音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の音の強さの推定を行えるようにしたので、狭い空間に限らず、全方位に渡る音源からの音の到来方向の特定と、音源の音の強さの推定とを一度に行うことができる。
また、第１実施形態では、複数のマイクロホン１１が取り付けられたバッフル１０を設置し、アンプ２０に各マイクロホン１１のマイクロホンケーブル１１ａを接続すればよいので、設置作業が極めて容易となる。
なお、第１実施形態では、バッフル１０を球体とした場合について説明したが、この例に限らず、バッフル１０を半球体又は多面体等としてもよい。いずれの場合も、バッフル１０の周囲の回折音の解析情報さえ何らかの形で得られればよい。このように、バッフル１０を半球体又は多面体等としても、マイクロホン１１自身はバッフルに内蔵されるため、バッフル１０の周囲の音場の乱れを抑制することができ、音源探査を正確に行うことが可能となる。
また、バッフル１０の材質としては、複数のマイクロホン１１等を内蔵した際に、適度な強度をもつものであればよく、ステンレス鋼、アルミ合金、銅合金等を用いることができる。また、バッフル１０の表面には、鏡面加工や粗面加工が施されていてもよいし、吸音材が貼着されていてもよい。いずれにしても、バッフル１０の形状や材質等によるバッフル１０の周囲の回折音の解析情報が得られればよく、バッフル１０の形状や材質等が異なっても、音源からの音の到来方向の解析と音源の音の強さの推定とを正確に行うことが可能となる。
（第２実施形態）
第５図は、第１図のバッフル１０に単独もしくは複数の距離計測用音源素子を追加した場合の第２実施形態を示す図である。なお、以下に説明する図において、第１図〜第３図と共通する部分には同一符号を付し重複する説明を省略する。
第５図に示す第２実施形態では、バッフル１０の表面に音波を発生する単独もしくは複数の距離計測用音源素子１２が配設されている。距離計測用音源素子１２としては、指向性又は無指向性の音響スピーカや超音波スピーカ等を用いることができる。
このような構成では、距離計測用音源素子１２から音波を発生させ、その音波の反射波を各マイクロホン１１によって取り込み、さらに演算処理装置４０による演算処理により、各マイクロホン１１によって取り込まれたそれぞれの反射波の振幅特性と、位相特性とを求めた後、それらの信号情報とバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、境界面からの音の到来方向を演算処理により特定するとともに、音波の発生時から反射波の取込時までの時間を加味することで、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を自動的に計測することができる。
このように、音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測することで、音源からの音の到来方向の解析と音源の音の強さの推定とをさらに正確に行うことが可能となるばかりか、予め、測定地の近辺の建物や障害物、山等、あるいは、車両の内部や室内の形状と位置とを把握することができる。
また、距離計測用音源素子１２より発生させた試験音とその反射音の各方向毎の到来方向、強さ、位相等の反射音性状を解析することで、その場の残響時間、エコータイムパターン等の音響調査も可能となる。
なお、距離計測用音源素子１２からの音波としては、特定の周波数の試験波を用いてもよいし、ランダムノイズ、擬似ランダムノイズ、Ｍ系列信号、周波数掃引信号等を利用し、演算処理を施して単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測することも可能である。このようにして、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源までの距離の計測がなされると、音源からの音の到来方向の解析と音源の音の強さの推定とをさらに正確に行うことが可能となる。
（第３実施形態）
第６図は、第５図のバッフル１０に単独もしくは複数の受光素子を追加した場合の第３実施形態を示す図である。
第６図に示す第３実施形態では、バッフル１０の表面に単独もしくは複数の受光素子１３が配設されている。受光素子１３としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）とレンズとを備えたＣＣＤカメラ等のカメラ類、レーザ受光素子、赤外線受光素子等を用いることができる。
受光素子１３をカメラ類とした場合、それぞれの受光素子１３は、隣り合う受光素子それぞれの撮影範囲がオーバーラップするように配設することが好ましい。つまり、第７図に示すように、受光素子１３によって撮影範囲Ｘ、Ｙを撮影し、隣り合う他の受光素子１３で撮影範囲Ｙ、Ｚを撮影することで、撮影範囲Ｙがオーバーラップするようにする。
このような構成では、バッフル１０の表面に複数の受光素子１３を、その撮影範囲がオーバーラップするように配設するようにしたので、特定した音の到来方向に対応する、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の周囲の画像を自動的に取り込むことができ、その取り込んだ画像を演算処理装置４０が表示装置６０にカラーで表示させることができる。表示装置６０により表示される画像の一例を、第８図に示す。
また、第８図の画像に、第４図に示した音の強さ分布の画像を合成して表示させることも可能である。この場合、第４図の画像に相当する第９図９（ａ）の画像において、点線丸で示す部分を選択すると、その選択した部分に相当する第９図（ｂ）に示す画像が得られ、第９図（ｂ）の画像に第９図（ａ）の画像において選択された部分の音の強さ分布が第９図（ｃ）に示すように合成されて表示される。
このように、受光素子１３により画像を自動的に取り込むようにすることで、上述した作用効果に加え、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の周囲の画像とともに、音の到来方向及び／又は音の強さ分布を表示させることができ、それらの分布を視覚的に捉えることが容易となる。
受光素子１３をレーザ受光素子、赤外線受光素子等とした場合には、次の第４実施形態で有効に利用される。
（第４実施形態）
第１０図は、第６図のバッフル１０に複数の光源を追加した場合の第４実施形態を示す図である。
第１０図に示す第４実施形態では、バッフル１０の表面に複数の光源１４が配設されている。光源１４としては、ＣＣＤカメラ用照明、レーザポインタ、レーザ測距離計、ストロボ光源等を用いることができる。
このような構成においてレーザポインタ等の指向性が鋭い光源を配設した場合には、バッフルの設置が困難な場所でも正確にバッフルの設置位置を定めることができる。
このような構成においてレーザ距離計等の距離計を配設した場合には、光源１４から光を発生させ、その光の反射光を受光素子１３によって取り込み、バッフルと音源となりうる境界面までの距離を自動的に計測することができる。
また、光源１４から発生させた光を用いることで、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の周囲を照らすことができ、薄暗い場所であっても受光素子１３による画像を綺麗に取り込むことができる。
なお、光源１４からの光として、ストロボ光源を用いた場合には、光源１４からの光の点滅周期を一定として回転体に照射し、点滅周期と回転周期とが一致して回転体が静止したように見えたときの周期を測定することで、回転体の速度を遠隔計測することも可能となる。また、同様に光の点滅周期を一定として振動面に放射した場合には、受光素子１３において所謂ストロボスコープの原理で音源となる境界面等の振動の様子を観察することが可能になる。
（第５実施形態）
第１１図は、第６図のバッフル１０の受光素子１３により、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を自動的に計測する場合の第５実施形態を説明する図である。
第１１図に示す第５実施形態では、上記同様に、受光素子１３により画像を自動的に取り込んだ後、隣り合う受光素子１３の撮影範囲がオーバーラップする部分を画像処理し、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を自動的に計測するようにしている。このように、受光素子１３により画像を自動的に取り込むとともに、演算処理装置４０がオーバーラップする部分を画像処理し、音源までの距離を自動的に計測するようにすることで、上記同様に、音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の正確な音の強さを推定することが可能となる。
（第６実施形態）
第１２図は、第６図のバッフル１０を複数設けた場合の実施形態のうち、一例としてバッフル１０を２個設けた場合の第６実施形態を示す図である。
第１２図に示す第６実施形態では、バッフル１０を２個設けることで、演算処理装置４０による演算処理により、一方のバッフル１０から音源までの距離及び／又は音の到来方向と、他方のバッフル１０から音源までの距離及び／又は音の到来方向と、バッフル１０同士の間の位置関係とを得ることができる。また、これらの情報を基に三角測量の原理により、音源までの距離がさらに正確に測定されることになり、音源の音の強さをより正確に推定することは勿論、単一のバッフルを使用した場合に比較して使用マイクロホン数が増加することや、受音範囲が拡大されることにより、音源探査の精度を大幅に高めることが可能になる。
なお、第６実施形態では、一例として第６図のバッフル１０を２個設けた場合について説明したが、この例に限らず、第１図、第５図、第１０図のバッフル１０を複数設けるようにしてもよいことは勿論である。
（第７実施形態）
第１３図は、第１図のバッフル１０に複数のサテライトマイクロホンを設けた場合の第７実施形態を示す図である。
第１３図に示す第７実施形態では、バッフル１０に複数のサテライトマイクロホン１１Ａが配設されている。
このように、バッフル１０に複数のサテライトマイクロホン１１Ａを配設することで、バッフル１０に内蔵されたマイクロホンに加えて、演算処理装置４０はサテライトマイクロホンからの音響情報を音源探査に用いることができる。サテライトマイクロホン１１Ａからの音響情報は、バッフル１０に配設されたマイクロホン同様、バッフル１０の周囲の回折音の解析情報を加味した形で利用されることが望ましい。サテライトマイクロホン１１Ａは、バッフル１０よりも外側に配設されるため、バッフルのサイズ１０を変えずとも、仮想的にバッフル１０のサイズを大きくした効果をもたらす。音源探査に利用できるマイクロホンの数も増加することから、音源探査の精度を大幅に高めることが可能となる。
なお、第７実施形態では、第１図のバッフル１０に複数のサテライトマイクロホン１１Ａを設けた場合について説明したが、この例に限らず、第５図、第６図、第１０図、第１２図に示すバッフル１０に複数のサテライトマイクロホン１１Ａを設けるようにしてもよいことは勿論である。また、バッフル上のマイクロホンを全てサテライトマイクロホンに置き換えて使用することも勿論可能である。
【産業上の利用可能性】
以上の如く本発明に係る音源探査システムによれば、球体、半球体又は多面体のバッフルの表面及び／又はその近傍に単独又は複数のマイクロホンを配設して全方位の音を取り込むようにし、演算処理装置により、複数のマイクロホンにより取り込まれたそれぞれの音響信号の振幅特性と、位相特性に着目し演算処理によって音の到来方向を特定した後、これらの演算処理結果と入力装置や音源・光源・画像処理などによって計測された距離とから音源又は境界面において発生する複数の部位の音源の音の強さの推定を行うようにしたので、狭い空間に限らず、全方位に渡る音源からの音の到来方向の特定と、音源の音の強さの推定とを一度に行うことができる。
【符号の説明】
１０ バッフル
１１ マイクロホン
１１Ａ サテライトマイクロホン
１１ａ マイクロホンケーブル
１２ 距離計測用音源素子
１３ 受光素子
１４ 光源
２０ アンプ
３０ Ａ／Ｄコンバータ
４０ 演算処理装置
５０ 記録装置
６０ 表示装置
７０ 入力装置

Claims (8)

1. 球体、半球体又は多面体のバッフルと、
   前記バッフルの表面に全方位の音を取り込むために配設された複数のマイクロホンと、
   前記複数のマイクロホンを介して得られる全方位の音の電気信号であるアナログ信号を増幅するアンプと、
   前記アンプによって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   前記Ａ／Ｄコンバータによって変換されたデジタル信号を演算処理し、音源からの音の到来方向の解析及び／又は音源の音の強さの推定を行う演算処理装置と、
   前記演算処理装置による演算処理結果を記録する記録装置と、
   前記演算処理装置による演算処理結果を基に、音源からの音の強さの分布を表示する表示装置と、
   球体、半球体又は多面体のバッフルの中心から音源又は境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を入力する入力装置とを備え、
   前記演算処理装置は、前記複数のマイクロホンにより取り込まれたそれぞれの音響信号の振幅特性と、位相特性とを演算処理によって求めた後、該演算処理結果の信号情報と直接音や回折音からなるバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定音源方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、音の到来方向を特定するとともに、これらの前記特定音源方向からの到来音が強調された演算処理結果と前記入力装置によって入力された距離とから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源の音の強さの推定を行うことを特徴とする音源探査システム。
2. 前記バッフルの表面に、音波を発生する単独もしくは複数の指向性又は無指向性の音源素子が配設され、
   前記演算処理装置は、前記複数のマイクロホンによって取り込まれたそれぞれの反射音の振幅特性と、位相特性とを演算処理によって求めた後、該演算処理結果の信号情報と直接音や回折音からなるバッフル周辺の音場解析情報を統合し、特定音源方向からの到来音を強調する演算処理を全方位に渡って行い、反射音の到来方向を特定するとともに、試験音の発生時から反射音の取込時までの時間差を加味することで、バッフルから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測し、この値を音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源の音の強さ及び／又はその場周辺からの反射音の強さの推定のための情報として利用することを特徴とする請求項１に記載の音源探査システム。
3. 前記バッフルの表面に、単独もしくは複数の受光素子が撮影範囲をオーバーラップさせるように配設され、
   前記演算処理装置は、前記特定した音の到来方向に対応する前記単独もしくは複数の受光素子の画像を取り込み、その画像もしくはその画像をもとに画像処理を行った結果に前記演算処理によって求めた音の到来方向及び／又は音の強さ分布の画像を合成して表示させることを特徴とする請求項１又は２に記載の音源探査システム。
4. 前記バッフルの表面に、単独もしくは複数の光源が配設され、
   前記演算処理装置は、光の発生時から反射光の取込時までの時間を加味することで、バッフルから境界面において発生する複数の部位の音源までの距離を自動的に計測し、この値を音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源の音の強さの推定のための情報として利用することを特徴とする請求項３に記載の音源探査システム。
5. 前記演算処理装置は、前記受光素子の撮影範囲がオーバーラップする部分を画像処理し、音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を自動的に計測することを特徴とする請求の請求項３又は４に記載の音源探査システム。
6. 前記バッフルを複数個配設し、
   前記演算処理装置は、一方の前記バッフルから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離及び／又は音の到来方向と、他方の前記バッフルから音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離及び／又は音の到来方向と、前記バッフル同士の間の位置関係とを求めた後、これらの情報を基に音源又は境界面において発生する単独もしくは複数の部位の音源までの距離を三角測量の原理により求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の音源探査システム。
7. 前記バッフルの表面から離れた場所に、単独もしくは複数のサテライトマイクロホンが配設され、
   前記演算処理装置は、前記複数のサテライトマイクロホンによって取り込まれた音を用いて、音の到来方向及び／又は音源の音の強さを求めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の音源探査システム。
8. 前記バッフルは、接地面から所定の高さに保持されるように、長尺部材の頂部に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の音源探査システム。

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