JP4493828B2 - 音源位置推定装置および音源位置推定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音源位置推定装置および音源位置推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の音源位置推定装置は、音圧検出手段として複数のマイクロフォンを備えるとともに、これらのマイクロフォンに対応して設けられて音圧信号から周波数帯域を分割する帯域フィルタ回路と、分割された音圧信号から音源の位置を推定する演算回路とを備えている。この音源位置推定装置は、人間の話声等の音源からの音波による音圧を複数箇所に配置されたマイクロフォンで検出し、帯域フィルタ回路でそれぞれ音圧信号から周波数帯域を分割し、演算回路で音波の位相差や音圧差を求めるとともに所定の演算を行って音源の位置を推定している。
また、特開２０００−４４９５号公報に開示されたものでは、複数のマイクロフォンを自由に配置して音源の位置を推定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の音源位置推定装置においては、以下のような課題があった。
すなわち、両者とも複数のマイクロフォンが必要であった。そのため、音波の位相差や音圧差を求めるためにマイクロフォンどうしの間隔を大きくとる必要があったり、高度な演算装置を備える必要があったりした。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、マイクロフォンのような音圧検出手段を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが可能な音源位置推定装置および音源位置推定方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段と、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第二の音圧均し量を求める音圧均し手段と、上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する推定手段とを具備する構成としてある。
【０００５】
上記のように構成した請求項１にかかる発明においては、音圧検出手段は、音源から発せられた音波の音圧を検出する。その際、音圧検出手段の入力部に設けられた音圧変化手段は、所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる。すると、音圧均し手段は、音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第二の音圧均し量を求める。推定手段は、上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する。
【０００６】
ここで、音源から発せられる音波の周波数分布は変動していることが多いが、音圧を均すと一定の周波数分布となることが多い。例えば、音源が人間の話声である場合、細かく変動する周波数分布となっている。しかし、音圧を均すと、変動する周波数分布は均され、一定の分布となる。なお、成人の話声では、性別に関わらず４００Ｈｚ近傍でピークを有する周波数分布となることが知られている。
すなわち、一定の周波数分布となる均した音圧を用いると、音圧変化手段によるこの周波数分布の変化を検出することができるので、第一の周波数の音圧変化の影響度合いを求めることが可能である。すなわち、上記構成にて音源の位置を推定することができる。したがって、音圧検出手段を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが可能となる。
【０００７】
ここで、音圧検出手段は、音源から発せられて音圧変化手段にて変化させられた音波の音圧を検出することができればよい。その構成の一例として、請求項２にかかる発明は、上記請求項１に記載の音源位置推定装置において、上記音圧検出手段は、マイクロフォンである構成としてある。
すなわち、音圧検出手段にマイクロフォンを用いても同様の効果が得られるので、簡易な構成で音源の位置を推定することが可能となる。ここで、マイクロフォンには、静電容量の変化を電圧として検出するコンデンサマイクロフォンやエレクトレッロマイクロフォン、圧電効果を利用するセラミックマイクロフォン、電磁誘導を利用するダイナミックマイクロフォン等、様々なものを利用することができる。むろん、音圧検出手段にマイクロフォンを用いるのは一例に過ぎず、マイクロフォンを用いずに音圧を検出する機構を組み立てて音圧検出手段としてもよい。
【０００８】
上記音圧検出手段にて検出された音圧を均し、均した音圧から上記第一の周波数の音圧変化の影響度合いを求め、この影響度合いと上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する音源位置推定手段の構成の一例として、上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに均す処理を行って上記第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに均す処理を行って上記第二の音圧均し量を求め、上記推定手段は、上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置が上記所定方向かどうかを推定してもよい。
【０００９】
上記のように構成した発明においては、音圧均し手段は、音圧検出手段にて検出された音圧から第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに均す処理を行って第一の音圧均し量を求める。また、同音圧から第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに均す処理を行って第二の音圧均し量を求める。すると、推定手段は、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から音源の位置が上記所定方向かどうかを推定する。
【００１０】
すなわち、音圧変化手段が第一の周波数の音圧を変化させる所定方向に音源がある場合、第一の音圧均し量は第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均したものであるので音圧変化手段による音圧変化の影響が大きい。ここで、音圧変化が第一の音圧均し量よりも小さくなるように第二の音圧均し量を求めると、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との割合から求まる音圧変化の影響度合いは、音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響を大きく受けたものとなる。一方、音源が同所定方向ではない場合、第一の音圧均し量は音圧変化手段による音圧変化の影響が小さい。すると、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との割合から求まる音圧変化の影響度合いも、音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響の小さいものとなる。
そこで、音圧変化の影響度合いが音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響を大きく受けている場合、音源の位置は上記所定方向と推定することができる。一方、音圧変化の影響度合いが音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響の小さいものである場合、音源の位置は上記所定方向ではないと推定することができる。したがって、音源の位置を推定することが可能である。
【００１１】
上記音圧均し手段が上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を上記所定時間取得するとともに均す処理を行って上記第二の音圧均し量を求める場合、第二の音圧均し量は、音波の音圧を変化させる第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均したものである。すなわち、第二の音圧均し量は、第一の周波数の音圧変化の影響が少ない。
【００１２】
また、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量を求める構成の一例として、上記音圧均し手段は、上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに加算して上記第一の音圧均し量を求め、上記第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに加算して上記第二の音圧均し量を求めてもよい。
【００１３】
上記のように構成した発明においては、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量はそれぞれ第一、第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに加算して求められる。すなわち、簡易な構成で第一、第二の音圧均し量を求めて音源の位置を推定することができる。
むろん、第一、第二の音圧均し量を加算して求めるのは一例に過ぎない。例えば、音圧信号を所定時間取得するとともに平均して第一、第二の音圧均し量としてもよく、様々な構成が可能である。
【００１４】
さらに、音圧信号を加算して第一、第二の音圧均し量求める音圧均し手段の構成の一例として、上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された音圧をデジタルの音圧データに変換するデジタル変換手段と、上記音圧データから上記第一の周波数を含む周波数帯域のデータと上記第二の周波数を含む周波数帯域のデータとを所定時間、定期的に取得し、得られるそれぞれの時系列データを加算して上記第一および第二の音圧均し量を求める加算手段とを具備していてもよい。
【００１５】
上記のように構成した発明においては、デジタル変換手段は、音圧検出手段にて検出された音圧を所定の周波数帯域毎にデジタルの音圧データに変換する。すると、加算手段は、音圧データから第一の周波数を含む周波数帯域のデータと第二の周波数を含む周波数帯域のデータとを所定時間、定期的に取得し、得られるそれぞれの時系列データを加算して第一、第二の音圧均し量を求める。
【００１６】
したがって、求められた第一、第二の音圧均し量を用いて、推定手段は音源の位置が上記所定方向かどうかを推定することが可能である。
むろん、音圧均し手段をデジタル変換手段と加算手段とで構成するのは一例に過ぎない。例えば、アナログの音圧信号を周波数帯域別に一定時間加算する加算回路や、同じくアナログの音圧信号を周波数帯域別に平均する平均化回路を用いてもよく、その構成は様々可能である。
【００１７】
ところで、第二の周波数の音圧を変化させる構成としてもよく、その一例として、上記音圧変化手段とは別の所定方向からの音波に含まれる上記第二の周波数の音圧を変化させる第二音圧変化手段が設けられてもよい。
【００１８】
上記のように構成した発明においては、第二音圧変化手段は、音圧変化手段とは別の所定方向からの音波に含まれる第二の周波数の音圧を変化させる。
すなわち、第二音圧変化手段が第二の周波数の音圧を変化させる別の所定方向に音源がある場合、第一の音圧均し量は第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均したものであるので音圧変化の影響は小さい。一方、第二の音圧均し量は音圧変化の影響が大きい。すると、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との割合から求まる音圧変化の影響度合いは、第一の音圧均し量の影響をより小さくする方向に変わる。したがって、より確実に音源の位置を推定することができる。
【００１９】
また、音圧変化手段と第二音圧変化手段の一例として、上記音圧変化手段は、上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を共振させる第一の共鳴体を備え、上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向からの上記第二の周波数を共振させる第二の共鳴体を備えていてもよい。
上記のように構成した発明においては、第一の共鳴体は上記所定方向からの音波に含まれる第一の周波数の成分を共振させて増幅させ、第二の共鳴体は上記別の所定方向からの音波に含まれる第二の周波数の成分を共振させて増幅させる。すなわち、音圧変化手段と第二音圧変化手段とを簡易に構成することができる。
【００２０】
さらに、第一、第二の共鳴体の構成の一例として、上記第一の共鳴体と上記第二の共鳴体とは、異なる長さの共鳴管で形成されてもよい。
上記のように構成した発明においては、共鳴管は、長さに応じて異なる共振周波数を有する。すなわち、第一、第二の周波数を共振周波数とするように共鳴管の長さを設定すると、第一、第二の周波数を共振させることができる。したがって、第一、第二の共鳴体を簡易に構成することができる。
【００２１】
例えば、両端開口の共鳴管である場合、共鳴管の長さをＬ、音速をｃとすると、共振周波数の基本周波数はｃ／２Ｌで与えられる。したがって、第一、第二の周波数がこの共振周波数の基本周波数となるように共鳴管の長さＬを設定すればよい。
むろん、共鳴体に共鳴管を用いるのは一例に過ぎない。例えば、振動可能な円形膜等を用いてもよく、様々なものが適用可能である。
【００２２】
また、上述のように共鳴現象を利用する別の一例として、上記音圧変化手段は、上記音波を反射させるとともに、上記音圧検出手段の入力部との間で上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を共振させる位置とされた第一の反射体を備え、上記第二音圧変化手段は、上記音波を反射させるとともに、上記入力部との間で上記別の所定方向からの上記第二の周波数の音波を共振させる位置とされた第二の反射体を備えていてもよい。
【００２３】
上記のように構成した発明においては、第一の反射体は上記所定方向からの音波に含まれる第一の周波数の成分を音圧検出手段の入力部との間で共振させて増幅させ、第二の共鳴体は上記別の所定方向からの音波に含まれる第二の周波数の成分を音圧検出手段の入力部との間で共振させて増幅させる。すなわち、この場合でも音圧変化手段と第二音圧変化手段が構成される。
【００２４】
上述の共鳴体や反射体を利用すると、上記所定方向からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向からの第二の周波数の音波とが共振により増幅されるので、音源が上記所定方向にある場合は第一の音圧均し量が大きくなり、音源が上記別の所定方向にある場合は第二の音圧均し量が大きくなる。この関係を利用して音源の位置を推定する一例として、上記推定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割合よりも大きいときに上記所定方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも大きいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定してもよい。
【００２５】
上記のように構成した発明においては、上記所定方向に音源がある場合、第一の音圧均し量は大きくなる方向に変化し、第二の音圧均し量はほとんど変化しない。そこで、第二の音圧均し量に対する第一の音圧均し量の割合は大きくなる。したがって、この割合が所定割合よりも大きいときは上記所定方向が音源の位置と推定される。一方、上記別の所定方向に音源がある場合、第二の音圧均し量は大きくなる方向に変化し、第一の音圧均し量はほとんど変化しない。そこで、第一の音圧均し量に対する第二の音圧均し量の割合は大きくなる。したがって、この割合が所定割合よりも大きいときは上記別の所定方向が音源の位置と推定される。
すなわち、上述の作用により音源の位置を推定することが可能である。
【００２６】
また、第一、第二の周波数以外の周波数を含む周波数帯域の音圧を音源位置の推定に利用してもよく、その構成の一例として、上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一および第二の周波数とは異なる第三の周波数を含む周波数帯域の音圧データを上記所定時間取得するとともに均す処理を行って第三の音圧均し量を求め、上記推定手段は、上記第三の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割合よりも大きいときに上記所定方向を音源の位置と推定し、上記第三の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも大きいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定してもよい。
【００２７】
上記のように構成した発明においては、上記所定方向または別の所定方向に音源がある場合、第三の音圧均し量はほとんど変化しない。そこで、第三の音圧均し量に対する第一または第二の音圧均し量の割合は大きくなる。したがって、この割合が所定割合よりも大きいときは上記所定方向または別の所定方向が音源の位置と推定される。
【００２８】
上述の音圧変化手段を構成する共鳴体や反射体は第一、第二の周波数の音波を共振させて増幅させたが、同音圧変化手段は第一、第二の周波数の音波の音圧を減少させてもよい。その構成の一例として、上記音圧変化手段は、上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を吸収する第一の吸音材を備え、上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向からの上記第二の周波数の音波を吸収する第二の吸音材を備えていてもよい。
上記のように構成した発明においては、第一の吸音材は上記所定方向からの音波に含まれる第一の周波数の成分を吸収して減少させ、第二の吸音材は上記別の所定方向からの音波に含まれる第二の周波数の成分を吸収して減少させる。すなわち、この場合でも音圧変化手段と第二音圧変化手段が構成される。
【００２９】
また、上述の関係を利用して音源の位置を推定する一例として、上記推定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割合よりも小さいときに上記所定方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも小さいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定してもよい。
【００３０】
上記のように構成した発明においては、上記所定方向に音源がある場合、第一の音圧均し量は大きくなる方向に変化し、第二の音圧均し量はほとんど変化しない。そこで、第二の音圧均し量に対する第一の音圧均し量の割合は小さくなる。したがって、この割合が所定割合よりも小さいときは上記所定方向が音源の位置と推定される。一方、上記別の所定方向に音源がある場合、第二の音圧均し量は小さくなる方向に変化し、第一の音圧均し量はほとんど変化しない。そこで、第一の音圧均し量に対する第二の音圧均し量の割合は小さくなる。したがって、この割合が所定割合よりも小さいときは上記別の所定方向が音源の位置と推定される。
むろん、音圧変化手段に吸音材を用いる場合でも、上述の第三の音圧均し量を利用して音源の位置を推定することができることはいうまでもない。
【００３１】
ところで、音圧を均す際、音圧の変化を求めるように均すことも可能である。その一例として、請求項１４にかかる発明は、音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段と、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第一の音圧変化量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第二の音圧変化量を求める音圧変化量演算手段と、上記第一の音圧変化量と上記第二の音圧変化量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する推定手段とを具備する構成としてある。
【００３２】
上記のように構成した請求項１４にかかる発明においては、音圧変化量演算手段は、音圧検出手段にて検出された音圧から第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第一の音圧変化量を求める。また、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第二の音圧変化量を求める。すると、推定手段は、第一の音圧変化量と第二の音圧変化量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する。
【００３３】
すなわち、上記所定方向に音源がある場合、第一の音圧変化量は第一の周波数を含む周波数帯域の音圧の変化量であるので音圧変化手段による音圧変化の影響が大きい。ここで、音圧変化が第一の音圧変化量よりも小さくなるように第二の音圧変化量を求めると、第一の音圧変化量と第二の音圧変化量との割合から求まる音圧変化の影響度合いは音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響を大きく受けている。一方、音源が同所定方向ではない場合、第一の音圧変化量は音圧変化手段による音圧変化の影響が小さいので、第一の音圧変化量と第二の音圧変化量との割合から求まる音圧変化の影響度合いも音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響の小さいものとなる。
そこで、音圧変化の影響度合いが音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響を大きく受けているとき音源の位置は上記所定方向と推定することができ、音圧変化の影響度合いが音圧変化手段による第一の周波数の音圧変化の影響の小さいものであるとき音源の位置は上記所定方向ではないと推定することができる。したがって、音圧の変化量を用いても音源の位置を推定することが可能である。
【００３４】
なお、音圧変化手段には、請求項７〜９、請求項１２に記載の共鳴体、反射体、吸音材を利用することができる。
さらに、音圧変化量演算手段の構成の一例として、上記音圧変化量演算手段は、上記音圧検出手段にて検出された音圧を所定の周波数帯域毎にデジタルの音圧データに変換するデジタル変換手段と、上記音圧データから上記第一の周波数を含む周波数帯域のデータと上記第二の周波数を含む周波数帯域のデータとを取得し、得られたそれぞれの時系列データから近似式を作成して上記第一および第二の音圧変化量を求める変化量算出手段とを具備していてもよい。
【００３５】
上記のように構成した発明においては、変化量算出手段は、第一の周波数を含む周波数帯域の音圧の時系列データと第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧の時系列データとを取得し、近似式を作成する。そして、近似式から第一、第二の音圧変化量を求める。したがって、求められた第一、第二の音圧変化量を用いて、推定手段は音源の位置が上記所定方向かどうかを推定することが可能である。
ここで、得られた時系列データから近似式を作成するのは様々可能である。例えば、時間に対する音圧データを最小自乗法により近似の一次式を作成してもよいし、二次以上の回帰処理を行って二次以上の近似式を作成してもよい。すると、近似式の傾き成分から音圧の変化量を算出することが可能である。
【００３６】
このように音源の位置を推定する際の手法は、必ずしも実体のある装置に限られる必要もなく、その一例として、請求項１６にかかる発明は、音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段とを用い、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第二の音圧均し量を求め、上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する構成としてある。
また、請求項１７にかかる発明は、音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段とを用い、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第一の音圧変化量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第二の音圧変化量を求め、上記第一の音圧変化量と上記第二の音圧変化量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する構成としてある。
すなわち、必ずしも実体のある装置に限らず、その方法としても有効であり、請求項２〜請求項１５に記載された装置構成を当該方法に対応させることが可能であることは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１，１５，１７，１８にかかる発明によれば、音圧検出手段を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが可能な音源位置推定装置および音源位置推定方法を提供することができる。
また、請求項２にかかる発明によれば、音圧検出手段にマイクロフォンを用いても同様の効果が得られるので、簡易な構成で音源の位置を推定することが可能となる。
さらに、請求項３にかかる発明によれば、音源位置推定手段の一例を提供することができる。
【００３８】
さらに、請求項４にかかる発明によれば、簡易な構成で第一、第二の音圧均し量を求めて音源の位置を推定することが可能となる。
さらに、請求項５にかかる発明によれば、音圧均し手段の一例を提供することができる。
さらに、請求項６にかかる発明によれば、より確実に音源の位置を推定することが可能となる。
【００３９】
さらに、請求項７にかかる発明によれば、簡易な構成で上記所定方向からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向からの第二の周波数の音波とを共振により増幅させることにより音源の位置を推定することが可能となる。
さらに、請求項８にかかる発明によれば、第一、第二の共鳴体の簡易な構成例を提供することができる。
さらに、請求項９にかかる発明によれば、上記所定方向からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向からの第二の周波数の音波とを共振により増幅させる別の具体例を提供することができる。
【００４０】
さらに、請求項１０、請求項１１にかかる発明によれば、音圧変化手段に共鳴体や反射体を利用したときの推定手段の具体例を提供することができる。
さらに、請求項１２にかかる発明によれば、上記所定方向からの第一の周波数の音波と上記別の所定方向からの第二の周波数の音波とを減少させることにより音源の位置を推定することが可能となる。
さらに、請求項１３にかかる発明によれば、音圧変化手段に吸音材を利用したときの推定手段の具体例を提供することができる。
【００４１】
さらに、請求項１５にかかる発明によれば、音圧変化量演算手段の一例を提供することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、図面にもとづいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略構成を示している。なお、本実施形態は、人間の話声が発せられた位置を推定するものである。
同図において、本発明にいう音圧検出手段であるマイクロフォン１０には、静電容量の変化を電圧として検出するエレクトレッロマイクロフォンを使用している。マイクロフォン１０の内部には、図１の上側を前側、下側を後側とした場合に、前面に設けられた入力部１１の内側に薄膜状の振動板１２が備えられている。そして、音圧により振動板１２が振動するときに生じる静電容量の変化を電圧（音圧信号）として外部に出力するようになっている。
【００４３】
マイクロフォン１０から出力された音圧信号は、本発明にいうデジタル変換手段であるＡ／Ｄコンバータ２１を内蔵するマイコン２０に入力される。マイコン２０は、ＣＰＵ２２やＲＯＭ２３やＲＡＭ２４やタイマ２５も内蔵しており、ＲＯＭ２３に記憶されている所定のプログラムにしたがってＡ／Ｄコンバータ２１に入力された音圧信号をデジタルの音圧データとして取り込み、音源の位置を推定する処理を行う。より具体的には、図２と図３に示すフローチャートにしたがって、Ａ／Ｄコンバータ２１からの音圧データをＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を用いて一定の周波数帯域別にデータに変換するＦＦＴ処理や、変換されたデータを所定時間、定期的に取得し、得られたそれぞれの時系列データを加算することにより均して後述する音圧均し量を求める加算処理や、この音圧均し量から音源の位置を推定する推定処理を行う。なお、図２と図３のフローは後で詳述する。また、位置推定の結果を外部の表示回路３０に出力する処理も行っている。
表示回路３０は、液晶パネルを備え、マイコン２０からの指令を受けて、「左」、「右」、「その他」の表示を行うことができるようになっている。
【００４４】
なお、音圧均し量は、周波数帯域別の音圧を均したものであればよい。そこで、マイクロフォン１０の出力からバンドパスフィルタ等の帯域フィルタ回路により周波数帯域別の音圧信号を作りだし、この音圧信号を平均化回路に入力して周波数帯域別に均された音圧を作成したうえで、Ａ／Ｄコンバータ２１を介して周波数帯域別の音圧均し量を取得してもよい。この場合、マイコン２０が行うＦＦＴ処理や加算処理は不要となる。
【００４５】
マイクロフォン１０の入力部１１の前方左側には、両端の開口部を所定の左前から右後方向に向けた本発明にいう第一の共鳴体である共鳴管４１が略水平に設けられている。また、入力部１１の前方右側には、両端の開口部を所定の右前から左後方向に向けた本発明にいう第二の共鳴体である共鳴管４２が略水平に設けられている。
空気中の音波は進行方向に疎密な状態となった縦波であるので、共鳴管４１，４２は開口部方向からの特定の周波数の音波を共振させる。共鳴管４１，４２は両端開口であるので、共鳴管の長さをＬ（ｍ）、音速をｃ（ｍ／ｓ）とすると、共振周波数の基本周波数はｃ／２Ｌ（Ｈｚ）となる。なお、基本周波数ｃ／２Ｌの整数倍も共振周波数となるが、音波の共振度合いは基本周波数よりも小さくなる。
【００４６】
共鳴管４１は、１７．０ｃｍ（０．１７０ｍ）の長さとされている。室温の場合、音速は約３４０ｍ／ｓであるので、共鳴管４１の共振周波数の基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．１７０）＝１０００（Ｈｚ）となる。そして、共鳴管４１は両端の開口部を左前から右後方向に向けているので、左前方からの周波数約１０００Ｈｚの音波を主に共振させて増幅させる。
一方、共鳴管４２の長さは１０．０ｃｍとされ、共振周波数の基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．１００）＝１７００（Ｈｚ）となる。そして、共鳴管４２は両端の開口部を右前から左後方向に向けているので、右前方からの周波数約１７００Ｈｚの音波を主に共振させて増幅させる。
すなわち、マイクロフォン１０の入力部１１に設けられて左前方からの第一の周波数である周波数約１０００Ｈｚの音波を共振させる共鳴管４１は本発明にいう音圧変化手段を構成し、同入力部１１に設けられて右前方からの第二の周波数である周波数約１７００Ｈｚの音波を共振させる共鳴管４２は本発明にいう第二音圧変化手段を構成している。
【００４７】
ところで、人間の話声の周波数分布は、図４に示すように、細かく変動している。しかし、音圧を均すと、図５に示すように、音圧全体の大小はあるものの変動する周波数分布は均され、一定形状となる。成人の話声の場合、周波数分布は性別に関わらず４００Ｈｚ近傍でピークを有している。
ここで、音源からの音波のうち特定の周波数の成分を共振させて増幅させると、周波数分布はその特定の周波数でピークを有する。例えば、音源が左前方にある場合、共鳴管４１は周波数約１０００Ｈｚの音波を共振させて増幅させるので、図６に示すように、周波数約１０００Ｈｚのみにピークが生じた周波数分布となる。一方、音源が右前方にある場合、今度は共鳴管４２が周波数約１７００Ｈｚの音波を共振させて増幅させるので、図７に示すように、周波数約１７００Ｈｚのみにピークが生じた周波数分布となる。なお、音源が正面や背面にある場合、厳密には若干の回折現象が起こるものの共鳴管４１，４２にほとんど共振は生じないので、図５に示した周波数分布となる。
【００４８】
そこで、周波数約１０００Ｈｚを含む周波数帯域の音圧を均して本発明にいう第一の音圧均し量を求め、周波数約１７００Ｈｚを含む周波数帯域の音圧を均して本発明にいう第二の音圧均し量を求め、音圧全体の大小に影響されないように第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との割合を算出すると、周波数約１０００Ｈｚの音圧変化の影響度合いと周波数約１７００Ｈｚの音圧変化の影響度合いを知ることができる。
【００４９】
例えば、周波数約１０００Ｈｚの音圧変化の影響度合いＩ１を、第二の音圧均し量に対する第一の音圧均し量の割合、すなわち、式Ｉ１＝（第一の音圧均し量）／（第二の音圧均し量）で求められる値とする。音源がマイクロフォン１０に対し左前方にある場合、周波数分布のピークは周波数約１０００Ｈｚのみなので、第一の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなっている。ここで、共鳴管４１，４２がない場合の音源からの音圧（単位：１０のマイナス４乗Ｐａ）が図８の最上欄に示す値となっている場合、第一の音圧均し量は、５から１５に増加している。一方、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである。すると、影響度合いＩ１は、共鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなる。図８の例では、共鳴管４１，４２がない場合、影響度合いＩ１は５／３＝１．６７となり、共鳴管４１，４２がある場合、図９に示すように影響度合いＩ１は１５／３＝５となる。
【００５０】
音源がマイクロフォン１０に対し右前方にある場合、周波数分布のピークは周波数約１７００Ｈｚのみなので、第一の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである。一方、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなっている。この場合、影響度合いＩ１は、共鳴管４１，４２がない場合と比較して小さくなる。図８の例では、共鳴管４１，４２がない場合の影響度合い１．６７に対し、共鳴管４１，４２がある場合、影響度合いＩ１は５／９＝０．５６となる。
音源がマイクロフォン１０に対し正面や背面にある場合、周波数約１０００Ｈｚや約１７００Ｈｚにピークが生じないので、第一、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである。この場合は、影響度合いＩ１は、共鳴管４１，４２がない場合の１．６７とほぼ同じである。
【００５１】
すなわち、影響度合いＩ１が大きくなるほど、音源は左前方にある可能性が大きくなる。したがって、影響度合いＩ１が所定割合よりも大きくなるとき（または所定割合以上となるとき）、音源位置は「左前方」であると推定するようにすればよい。例えば、所定割合を２．５とすると、影響度合いＩ１＝５となる音源が左前方にあるときのみ音源位置は「左前方」であると推定される。
なお、音源の音の強さが異なったり、音源の位置が異なったりすると、周波数分布が図５〜図７の形状のまま音圧は変化する。例えば、図８の状態を基準として音源の音の強さが１００倍となると、音圧はその１／２乗の１０倍となるので、周波数帯域別の音圧は図１０に示す値となる。すなわち、各周波数帯域の音圧がすべて１０倍となっている。したがって、第一の音圧均し量に対する第二の音圧均し量の割合である影響度合いＩ１は図８の場合と全く同じ値となる。
【００５２】
また、周波数約１７００Ｈｚの音圧変化の影響度合いＩ２を、第一の音圧均し量に対する第二の音圧均し量の割合、すなわち、式Ｉ２＝（第二の音圧均し量）／（第一の音圧均し量）で求められる値とする。音源がマイクロフォン１０に対し右前方にある場合、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなっている一方で、第一の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである。すると、影響度合いＩ２は、共鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなる（図８の例では、共鳴管４１，４２がない場合Ｉ２＝０．６、共鳴管４１，４２がある場合Ｉ２＝１．８）。
【００５３】
音源がマイクロフォン１０に対し左前方にある場合、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである一方で、第一の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合と比較して大きくなっている。この場合、影響度合いＩ２は、共鳴管４１，４２がない場合と比較して小さくなる（図８の例では、共鳴管４１，４２がない場合の影響度合い０．６に対し、共鳴管４１，４２がある場合Ｉ２＝０．２）。音源がマイクロフォン１０に対し正面や背面にある場合、第一、第二の音圧均し量は共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じであるので、影響度合いＩ２は、共鳴管４１，４２がない場合とほぼ同じである。
【００５４】
すなわち、影響度合いＩ２が大きくなるほど、音源は右前方にある可能性が大きくなる。したがって、影響度合いＩ２が上記所定割合とは別の所定割合よりも大きくなるとき（または別の所定割合以上となるとき）、音源位置は「右前方」であると推定するようにすればよい。例えば、この別の所定割合を１．０とすると、影響度合いＩ２＝１．８となる音源が右前方にあるときのみ音源位置は「左前方」であると推定される。
【００５５】
なお、影響度合いＩ１，Ｉ２が共鳴管４１，４２のない場合とほぼ同じとき、上述の考えでは「左前方」や「右前方」と推定されない。したがって、影響度合いＩ１が所定割合よりも大きくなく、かつ、影響度合いＩ２が別の所定割合よりも大きくないとき、音源位置は「その他」であると推定するようにすればよい。
【００５６】
以下、上述の考えに基づいて、入力部１１に共鳴管４１，４２が設けられたマイクロフォン１０にて検出された音圧から音源の位置を推定するマイコン２０の処理を図２と図３で示したフローチャートに基づいて説明する。
図２において、マイクロフォン１０から入力される音圧信号は、所定時間、定期的にデジタルの音圧データとして読み込む構成となっている。まず、タイマ２５の時刻設定や周波数帯域別に音圧データを加算する変数の初期化等の初期設定を行い（ステップＳ１０５）、音圧データを読み込む定期の時間となったかどうかを判断する（ステップＳ１１０）。なお、ステップＳ１１０の代わりに、マイコン２０のタイマ割り込み機能を利用してタイマ割り込み時にステップＳ１１５以下の処理を行う構成としてもよい。読み込み時間でなければ、読み込み時間となるまでステップＳ１１０の処理を繰り返し行う。
【００５７】
読み込み時間となると、Ａ／Ｄコンバータ２１からデジタルの音圧データを読み込んでいく（ステップＳ１１５）。読み込む音圧データは全周波数帯域のデータであるので、この音圧データにＦＦＴ処理を行って、共鳴管４１の共振周波数の基本周波数を含む周波数帯域の音圧データと共鳴管４２の共振周波数の基本周波数を含む周波数帯域の音圧データとを取得する（ステップＳ１２０）。例えば、ＦＦＴ処理の際にそれぞれの基本周波数のプラスマイナス５０Ｈｚの周波数帯域の音圧データを取得する場合には、９５０〜１０５０Ｈｚの周波数帯域と１６５０〜１７５０Ｈｚの周波数帯域とのデータを取得する。
なお、温度が上がるにつれ音速は大きくなり、共鳴管４１の共振周波数も大きくなる。そこで、予めマイコン２０のＡ／Ｄコンバータ２１に温度センサを接続しておき、この温度センサからデジタルの温度データを読み込んで取得する音圧データの周波数帯域を補正する構成としてもよい。
【００５８】
取得した音圧データは、周波数帯域別に加算する（ステップＳ１２５）。上述の例では、９５０〜１０５０Ｈｚの周波数帯域用の変数と１６５０〜１７５０Ｈｚの周波数帯域用の変数とにそれぞれ取得した音圧データを加算することになる。
そして、所定時間が経過したかどうかを判断する（ステップＳ１３０）。所定時間が経過していない場合は、再びステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理を行う。
【００５９】
所定時間が経過した場合は、周波数帯域別に音圧データが所定時間、定期的に取得され、得られる時系列データが加算されたことになる。そこで、周波数帯域別に加算された音圧データを音圧均し量とする（ステップＳ１３５）。上述の例では、９５０〜１０５０Ｈｚの周波数帯域用の変数に記憶された音圧データを第一の音圧均し量とし、１６５０〜１７５０Ｈｚの周波数帯域用の変数に記憶された音圧データを第二の音圧均し量とする。なお、第一、第二の音圧均し量は、それぞれの周波数帯域の音圧データを均したものであればよいので、周波数帯域別に加算された音圧データをそれぞれ加算回数で除して平均値としたうえで第一、第二の音圧均し量としてもよい。
【００６０】
このように、音圧データから第一の周波数を含む周波数帯域のデータと第二の周波数を含む周波数帯域のデータとを所定時間、定期的に取得し、得られるそれぞれの時系列データを加算して第一、第二の音圧均し量を求めるステップＳ１０５〜Ｓ１３５の処理は、本発明にいう加算手段を構成している。また、第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに加算して第一の音圧均し量を求め、第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに加算して第二の音圧均し量を求めるという意味で、本発明にいう音圧均し手段が構成されている。
【００６１】
第一、第二の音圧均し量が求まると、これらの第一、第二の音圧均し量に基づいて音源の位置を推定する処理を行い（ステップＳ１４０）、本フローを終了する。この推定処理の概略を、図３のフローチャートに示している。
同図において、まず、上述した影響度合いＩ１を、式Ｉ１＝（第一の音圧均し量）／（第二の音圧均し量）から求める（ステップＳ２０５）。そして、影響度合いＩ１が所定割合よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ２１０）。上述のように所定割合を２．５とすると、音源が左前方にある場合、図９で示したように影響度合いＩ１は５であるので、条件が成立する。この場合、音源位置を「左前方」と推定し（ステップＳ２１５）、表示回路３０に「左」を表示させ（ステップＳ２４０）、本フローを終了する。
【００６２】
一方、音源が右前方や正面にある場合、影響度合いＩ１はそれぞれ０．５６、１．６７であるので、ステップＳ２１０の条件は成立せず、ステップＳ２２０に進んで、影響度合いＩ２を、式Ｉ２＝（第二の音圧均し量）／（第一の音圧均し量）から求める。そして、影響度合いＩ２が上記別の所定割合よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ２２５）。上述のように別の所定割合を１．０とすると、音源が右前方にある場合、図９で示したように影響度合いＩ２は１．８であるので、条件が成立する。この場合、音源位置を「右前方」と推定し（ステップＳ２３０）、表示回路３０に「右」を表示させ（ステップＳ２４０）、本フローを終了する。
【００６３】
音源が正面または背面にある場合、影響度合いＩ２は０．６であるので、ステップＳ２２５でも条件が成立しない。この場合、音源位置を「その他」を推定し（ステップＳ２３５）、表示回路３０に「その他」を表示させ（ステップＳ２４０）、本フローを終了する。
実際には、音源が共鳴管４１，４２の開口部方向から少しずれていたり、正面から左や右に少しずれていたりすることがある。その場合、影響度合いＩ１，Ｉ２は図９に示した値とはならず、それらの間の数値となる。すると、「左前方」や「右前方」と推定する音源位置の範囲は、図１１に示すように、共鳴管４１，４２の開口部方向から拡がりをもった範囲となる。
すなわち、図３のフローは、第一の音圧均し量と第二の音圧均し量との割合を影響度合いとして、音源の位置が所定方向かどうかを推定する本発明にいう推定手段を構成している。
【００６４】
上述のように、図２と図３のフローにて、人間の話声が発せられた位置を推定することができる。したがって、従来のようにマイクロフォン１０を複数用いる必要なく、音源の位置を推定することが可能である。そして、マイクロフォン１０にて検出された音圧を均し、均した音圧から第一の周波数の音圧変化の影響度合いを求め、この影響度合いと共鳴管４１，４２の位置関係から音源の位置を推定するマイコン２０の行う処理は、本発明にいう音源位置推定手段を構成している。
なお、上述の実施形態では、人間の話声が発せられた位置を推定しているが、音圧を均したときに一定の周波数分布を示す音源であれば、音源の位置を推定することが可能である。
【００６５】
ところで、図３のフローでは、影響度合いとしてＩ１とＩ２の二種類の変数を設けたが、影響度合いＩ２は影響度合いＩ１の逆数であるので、影響度合いＩ２を求めず、影響度合いＩ１のみを使用する構成としてもよい。むろん、影響度合いＩ２のみを使用する構成とすることも可能である。また、影響度合いＩ１，Ｉ２を別の式から算出する構成としてもよい。
図１２は、第二の実施形態にかかる音源位置推定装置が行う推定処理の概略をフローチャートにより示している。なお、本実施形態では、第一、第二の音圧均し量の他に、４００Ｈｚを中心周波数とする３５０〜４５０Ｈｚの周波数帯域の音圧データを所定時間、定期的に加算した第三の音圧均し量を用いている。すなわち、図８の例で示したように、第三の音圧均し量は共鳴管４１，４２による音圧変化の影響を受けない値となる。そこで、第三の音圧均し量を影響度合いＩ１，Ｉ２の算出に利用している。
【００６６】
図１２において、影響度合いＩ１を、式Ｉ１＝（第一の音圧均し量）／（第三の音圧均し量）から求める（ステップＳ３０５）。そして、影響度合いＩ１が所定割合よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ３１０）。ここで、図８の例に示した音圧均し量から、影響度合いＩ１は図１３に示す値となる。音源が左前方にあるとき、影響度合いＩ１は、１５／６＝２．５となる。音源が右前方や正面にあるとき、影響度合いＩ１は、５／６＝０．８３となる。そこで、本実施形態では所定割合を１．５と設定している。
音源が左前方にある場合、図１３に示すように影響度合いＩ１は２．５であるので、条件が成立する。この場合、音源位置を「左前方」と推定し（ステップＳ３１５）、表示回路３０に「左」を表示させ（ステップＳ３４０）、本フローを終了する。
【００６７】
ステップＳ３１０で条件不成立の場合、影響度合いＩ２を、式Ｉ２＝（第二の音圧均し量）／（第三の音圧均し量）から求める（ステップＳ３２０）。そして、影響度合いＩ２が別の所定割合よりも大きいかどうかを判断する（ステップＳ３２５）。ここで、音源が右前方にあるとき、影響度合いＩ２は９／６＝１．５となり、音源が左前方や正面にあるとき、影響度合いＩ２は３／６＝０．５となる。そこで、別の所定割合を１．０と設定している。
音源が右前方にある場合、図１３に示すように影響度合いＩ２は１．５であるので、条件が成立する。この場合、音源位置を「右前方」と推定し（ステップＳ３３０）、表示回路３０に「右」を表示させ（ステップＳ３４０）、本フローを終了する。
【００６８】
ステップＳ３２５で条件不成立の場合、音源位置を「その他」を推定し（ステップＳ３３５）、表示回路３０に「その他」を表示させ（ステップＳ３４０）、本フローを終了する。
このように、図１２のフローによっても、人間の話声が発せられた位置を推定することが可能である。
【００６９】
なお、上述の第一、第二の実施形態では、二種類の共鳴管４１，４２を用いて音源の位置が「左前方」であるか「右前方」であるか「その他」であるかを推定しているが、共鳴管の数を増やせば音源の位置をよりきめ細やかに推定することができる。一方、共鳴管を一つしか用いなくても、音源の位置が「開口部方向」であるか「その他」であるかを推定することが可能である。
【００７０】
例えば、共鳴管４２を用いずに共鳴管４１のみを使用する場合、第二の音圧均し量を１６５０〜１７５０Ｈｚの周波数帯域の音圧データから求めてもよいし、これ以外の周波数帯域の音圧データから求めてもよい。また、全周波数帯域の音圧データから求めてもよい。この場合、第二の音圧均し量には周波数１０００Ｈｚの音圧変化の影響を受けることになるが、第一の音圧均し量と比べて同音圧変化の影響は少ない。そこで、影響度合いＩ１を、式Ｉ１＝（第一の音圧均し量）／（第二の音圧均し量）から算出することができ、音源の位置を推定することができる。
なお、音源の位置を上述のように左前方か右前方かそれ以外かの二次元的な位置として大雑把に推定するのも一例にすぎない。例えば、共鳴管の一つの開口部方向を後方向とすると、後方向にある音源を後方向と推定することができるので、３６０度すべての方向の音源の位置を推定することが可能である。また、共鳴管の一つの開口部方向を上方向や下方向とすれば、上方向や下方向にある音源の位置を推定することができるので、上下方向も含めて三次元的に音源の位置を大雑把に推定することが可能である。以下の実施形態においても同様のことが言えるが、第一、第二の実施形態と同じく音源の位置が左前方か右前方かそれ以外かを推定する装置を例に挙げて説明している。
【００７１】
ところで、共鳴管４１，４２を用いなくても音源の位置を推定することは可能である。例えば、共鳴管４１，４２の代わりに、共振周波数を有する弦、棒、円形膜、円盤等を使用することが可能である。この他、マイクロフォンの入力部との間で共振現象を引き起こす部材を設けてもよい。図１４は、そのような部材を用いた第三の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略構成を示している。
同図において、マイクロフォン１１０には、電磁誘導を利用するダイナミックマイクロフォンを使用している。マイクロフォン１１０の前面は、水平断面において半円状の曲面とされた入力部１１１となっている。この入力部１１１の内側に、入力部１１１の形状に合わせて曲面とされた振動板１１２が設けられている。そして、音圧により振動板１１２が振動するときに生じる起電力を電圧（音圧信号）としてマイコン１２０に出力するようになっている。
【００７２】
マイクロフォン１１０の入力部１１１の左側には、入力部１１１からの距離が８．５ｃｍとなるように曲面形状とされた本発明にいう第一の反射体である反射板１４１が設けられている。また、入力部１１１の右側には、入力部１１１からの距離が５．０ｃｍとなるように曲面形状とされた本発明にいう第二の反射体である反射板１４２が設けられている。ここで、反射板１４１，１４２は金属製であり、音波を効率よく反射させる。なお、左前方からの音波が反射板１４２で反射して入力部１１１に入射したり右前方からの音波が反射板１４１で反射して入力部１１１に入射したりしないように、入力部１１１の正面に、左右を仕切るように前後方向に配置された遮蔽板１４３も設けられている。
【００７３】
ここで、左前方からの音波が入力部１１１に入射する際、音波の一部は反射して反射板１４１に向かって進む。そして、この音波は反射板１４１で反射して入力部１１１に向かって進む。すなわち、一部の音波は、反射板１４１と入力部１１１との間で繰り返し反射させられ、共振させられる。反射板１４１と入力部１１１との間の距離は８．５ｃｍであるので、共振周波数の基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．０８５）＝２０００（Ｈｚ）となる。
一方、右前方からの音波が入力部１１１に入射する際、音波の一部は反射して反射板１４２に向かって進む。上述と同様の作用で、一部の音波は、反射板１４１と入力部１１１との間で繰り返し反射させられ、共振させられる。反射板１４２と入力部１１１との間の距離は５．０ｃｍであるので、共振周波数の基本周波数は、ほぼ、３４０／（２＊０．０５０）＝３４００（Ｈｚ）となる。
すると、音源が左前方にある場合、周波数約２０００Ｈｚのみにピークが生じた周波数分布となる。一方、音源が右前方にある場合、周波数約３４００Ｈｚのみにピークが生じた周波数分布となる。したがって、図２と図３のフローを利用して音源の位置を推定することが可能である。
【００７４】
さらに、特定の周波数の音波を共振させて増幅させなくても、音源の位置を推定することは可能である。図１５は、第四の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略構成を示している。
同図において、マイクロフォン２１０は、図１と同様のエレクトレッロマイクロフォンを使用している。
マイクロフォン２１０の入力部２１１の前方左側には、本発明にいう第一の吸音材２４１が略水平に設けられている。また、入力部２１１の前方右側には、本発明にいう第二の吸音材２４２が略水平に設けられている。なお、第一の吸音材２４１は、所定方向からの音波のうち周波数約１０００Ｈｚの成分を中心として選択的に吸収するように空隙を形成された多孔質樹脂である。一方、第二の吸音材２４２は、別の所定方向からの音波のうち周波数約１７００Ｈｚの成分を中心として選択的に吸収するように空隙を形成された多孔質樹脂である。
【００７５】
ここで、音波が左前方から来ると、周波数約１０００Ｈｚを中心とした成分が第一の吸音材２４１にて吸収される。すなわち、図１６に示すように、左前方からの音波は周波数約１０００Ｈｚを中心とした成分が少なくなって入力部２１１に入射する。一方、音波が右前方から来ると、周波数約１７００Ｈｚを中心とした成分が第二の吸音材２４２にて吸収される。すなわち、右前方からの音波は周波数約１７００Ｈｚを中心とした成分が少なくなって入力部２１１に入射する。
【００７６】
そこで、周波数約１０００Ｈｚを含む周波数帯域の音圧を均して第一の音圧均し量を求め、周波数約１７００Ｈｚを含む周波数帯域の音圧を均して第二の音圧均し量を求めると、周波数約１０００Ｈｚの音圧変化の影響度合いＩ１と周波数約１７００Ｈｚの音圧変化の影響度合いＩ２を知ることができる。その際、影響度合いＩ１，Ｉ２は第一の実施形態とは逆の傾向を示す。すなわち、音源が左前方にある場合は影響度合いＩ１は小さい値となり、音源が右前方にある場合には影響度合いＩ２が小さい値となる。
この場合の推定処理は、図３に示したフローのうち、ステップＳ２１０、Ｓ２２５を修正することにより行うことができる。ステップＳ２１０では所定割合よりも小さいかどうかを判断すればよく、ステップＳ２２５では別の所定割合よりも小さいかどうかを判断すればよい。すると、音源の位置を推定することが可能である。
【００７７】
ところで、マイクロフォン１０にて検出した音圧を均す際、音圧の変化を求めるように均してもよい。音源位置推定装置を図１のように構成すると、周波数約１０００Ｈｚの成分の音波は、音源が左前方にあるときのみ共鳴管４１にて共振させられて増幅させられる。音波が発せられてから周波数約１０００Ｈｚの音圧の立ち上がりをみた場合、このときの音圧の変化は、均されると、図１７に示すように音源が左前方にあるときには右前方や正面にあるときと比べて大きくなっている。また、周波数約１７００Ｈｚの成分の音波は、音源が右前方にあるときのみ共鳴管４２にて共振させられて増幅させられるので、均された周波数約１７００Ｈｚの音圧の変化は、音源が右前方にあるときには左前方や正面にあるときと比べて大きくなっている。
そこで、音圧の均された変化を検出すれば、音源の位置を推定することが可能である。
【００７８】
図１８は、第五の実施形態にかかる音源位置推定装置が行う処理の概略をフローチャートにより示している。なお、概略構成は図１と同様である。また、本フローは、周波数帯域別の音圧の時系列データから時間に対する音圧データの近似式から音圧の変化を求めるようにしている。
図１８において、まず、タイマ２５の時刻設定や周波数帯域別に音圧データを取得する変数の初期化等の初期設定を行い（ステップＳ４０５）、音圧データを読み込む定期の時間となったかどうかを判断する（ステップＳ４１０）。読み込み時間でなければ、読み込み時間となるまでステップＳ１１０の処理を繰り返し行う。
読み込み時間となると、本発明にいうデジタル変換手段であるＡ／Ｄコンバータ２１からデジタルの音圧データを読み込んでいき（ステップＳ４１５）、この音圧データにＦＦＴ処理を行って、共鳴管４１の共振周波数の基本周波数約１０００Ｈｚを含む周波数帯域９５０〜１０５０Ｈｚの音圧データと共鳴管４２の共振周波数の基本周波数約１７００Ｈｚを含む周波数帯域１６５０〜１７５０Ｈｚの音圧データとを取得する（ステップＳ４２０）。
【００７９】
そして、近似式を求めるために必要な所定データ数取得したかどうかを判断する（ステップＳ４２５）。所定データ数を取得していなければ、再びステップＳ４１０〜Ｓ４２５の処理を行う。
所定データ数を取得した場合は、周波数帯域別に近似式を求める（ステップＳ４３０）。本実施形態では、最小自乗法により、時間の一次式を求めている。この一次式の時間項の係数は傾き成分であるので、この係数を周波数帯域別の第一、第二の音圧変化量とする（ステップＳ４３５）。すなわち、デジタルの音圧データから第一、第二の周波数を含む周波数帯域のデータを取得し、得られたそれぞれの時系列データから近似式を作成して第一、第二の音圧変化量を求めるステップＳ４０５〜Ｓ４３５の処理は、本発明にいう変化量算出手段を構成している。また、Ａ／Ｄコンバータ２１にてマイクロフォン１０からの音圧信号をデジタルの音圧データに変換するとともにステップＳ４０５〜Ｓ４３５の処理を行うマイコン２０は、本発明にいう音圧変化量演算手段を構成している。
【００８０】
そして、第一、第二の音圧変化量に基づいて音源の位置を推定する処理を行う（ステップＳ４４０）。音源位置を推定した後は、終了条件が成立していなければ、さらにステップＳ４１０〜Ｓ４４０の処理を行い、音圧の時系列データを蓄積して音源位置の推定処理を継続する（ステップＳ４４５）。終了条件が成立した場合は、本フローを終了する。ここで、終了条件は、所定時間経過したかどうかの条件であってもよいし、装置に取り付けられた終了ボタンが押されたがどうかの条件であってもよい。
【００８１】
ステップＳ４４０の推定処理は、図３に示したフローのうち、ステップＳ２０５、Ｓ２２０を修正することにより行うことができる。ステップＳ２０５では影響度合いＩ１を式Ｉ１＝（第一の音圧変化量）／（第二の音圧変化量）から求めればよく、ステップＳ２２０では影響度合いＩ２を式Ｉ２＝（第二の音圧変化量）／（第一の音圧変化量）から求めればよい。また、所定割合、別の所定割合は、実施場所に応じて適宜決定すればよい。すると、音源が左前方にある場合に影響度合いＩ１は大きい値となり、音源が右前方にある場合に影響度合いＩ２が大きい値となる。すなわち、この推定処理は、本発明にいう別の意味での推定手段を構成している。
このように、周波数帯域別に均された音圧変化を用いて音源の位置を推定することが可能である。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態の音源位置推定装置は、マイクロフォンにて検出された音圧を均し、均した音圧から共鳴管等の音圧変化手段による特定の周波数の音圧変化の影響度合いを求め、この影響度合いと同音圧変化手段の位置関係から音源の位置を推定する。したがって、マイクロフォンのような音圧検出手段を複数用いる必要なく音源の位置を推定することが可能な音源位置推定装置および音源位置推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】第一の実施形態にかかる音源位置推定装置が行う処理の概略を示すフローチャートである。
【図３】第一、第二の音圧均し量に基づいて音源の位置を推定する処理の概略を示すフローチャートである。
【図４】人間の話声の周波数分布の変化を示す図である。
【図５】音圧を均したときの人間の話声の周波数分布を示す図である。
【図６】音源が左前方にある場合に音圧を均したときの人間の話声の周波数分布を示す図である。
【図７】音源が右前方にある場合に音圧を均したときの人間の話声の周波数分布を示す図である。
【図８】音源の位置に対する周波数帯域別の音圧の関係の例を示す表形式の図である。
【図９】音源の位置に対する影響度合いの関係を示す表形式の図である。
【図１０】音源の位置に対する周波数帯域別の音圧の関係の別の例を示す表形式の図である。
【図１１】音源位置の範囲を示す模式図である。
【図１２】第二の実施形態にかかる音源位置推定装置が行う推定処理の概略を示すフローチャートである。
【図１３】音源の位置に対する影響度合いの関係を示す表形式の図である。
【図１４】第三の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略構成を示す構成図である。
【図１５】第四の実施形態にかかる音源位置推定装置の概略構成を示す構成図である。
【図１６】音源が左前方にある場合に音圧を均したときの人間の話声の周波数分布を示す図である。
【図１７】音波が発せられてからの立ち上がりを均したときの音圧の時間変化を示す図である。
【図１８】第五の実施形態にかかる音源位置推定装置が行う処理の概略を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…マイクロフォン
１１…入力部
１２…振動板
２０…マイコン
２１…Ａ／Ｄコンバータ
２２…ＣＰＵ
２３…ＲＯＭ
２４…ＲＡＭ
２５…タイマ
３０…表示回路
４１，４２…共鳴管
１１０…マイクロフォン
１１１…入力部
１１２…振動板
１２０…マイコン
１４１，１４２…反射板
１４３…遮蔽板
２１０…マイクロフォン
２１１…入力部
２４１，２４２…吸音材

Claims (17)

1. 音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、
   この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段と、
   上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第二の音圧均し量を求める音圧均し手段と、
   上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する推定手段とを具備することを特徴とする音源位置推定装置。
2. 上記請求項１に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧検出手段は、マイクロフォンであることを特徴とする音源位置推定装置。
3. 上記請求項１または上記請求項２に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに均す処理を行って上記第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに均す処理を行って上記第二の音圧均し量を求め、
   上記推定手段は、上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置が上記所定方向かどうかを推定することを特徴とする音源位置推定装置。
4. 上記請求項３に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧均し手段は、上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を所定時間取得するとともに加算して上記第一の音圧均し量を求め、上記第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を同所定時間取得するとともに加算して上記第二の音圧均し量を求めることを特徴とする音源位置推定装置。
5. 上記請求項４に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧均し手段は、
   上記音圧検出手段にて検出された音圧をデジタルの音圧データに変換するデジタル変換手段と、
   上記音圧データから上記第一の周波数を含む周波数帯域のデータと上記第二の周波数を含む周波数帯域のデータとを所定時間、定期的に取得し、得られるそれぞれの時系列データを加算して上記第一および第二の音圧均し量を求める加算手段とを具備することを特徴とする音源位置推定装置。
6. 上記請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧変化手段とは別の所定方向からの音波に含まれる上記第二の周波数の音圧を変化させる第二音圧変化手段が設けられていることを特徴とする音源位置推定装置。
7. 上記請求項６に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧変化手段は、上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を共振させる第一の共鳴体を備え、
   上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向からの上記第二の周波数を共振させる第二の共鳴体を備えることを特徴とする音源位置推定装置。
8. 上記請求項７に記載の音源位置推定装置において、
   上記第一の共鳴体と上記第二の共鳴体とは、異なる長さの共鳴管で形成されていることを特徴とする音源位置推定装置。
9. 上記請求項６に記載の音源位置推定装置において、
   上記音圧変化手段は、上記音波を反射させるとともに、上記音圧検出手段の入力部との間で上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を共振させる位置とされた第一の反射体を備え、
   上記第二音圧変化手段は、上記音波を反射させるとともに、上記入力部との間で上記別の所定方向からの上記第二の周波数の音波を共振させる位置とされた第二の反射体を備えることを特徴とする音源位置推定装置。
10. 上記請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の音源位置推定装置において、
    上記推定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割合よりも大きいときに上記所定方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも大きいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定することを特徴とする音源位置推定装置。
11. 上記請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の音源位置推定装置において、
    上記音圧均し手段は、上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一および第二の周波数とは異なる第三の周波数を含む周波数帯域の音圧データを上記所定時間取得するとともに均す処理を行って第三の音圧均し量を求め、
    上記推定手段は、上記第三の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割合よりも大きいときに上記所定方向を音源の位置と推定し、上記第三の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも大きいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定することを特徴とする音源位置推定装置。
12. 上記請求項６に記載の音源位置推定装置において、
    上記音圧変化手段は、上記所定方向からの上記第一の周波数の音波を吸収する第一の吸音材を備え、
    上記第二音圧変化手段は、上記別の所定方向からの上記第二の周波数の音波を吸収する第二の吸音材を備えることを特徴とする音源位置推定装置。
13. 上記請求項１２に記載の音源位置推定装置において、
    上記推定手段は、上記第二の音圧均し量に対する上記第一の音圧均し量の割合が所定割合よりも小さいときに上記所定方向を音源の位置と推定し、上記第一の音圧均し量に対する上記第二の音圧均し量の割合が別の所定割合よりも小さいときに上記別の所定方向を音源の位置と推定することを特徴とする音源位置推定装置。
14. 音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、
    この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段と、
    上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第一の音圧変化量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第二の音圧変化量を求める音圧変化量演算手段と、
    上記第一の音圧変化量と上記第二の音圧変化量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定する推定手段とを具備することを特徴とする音源位置推定装置。
15. 上記請求項１４に記載の音源位置推定装置において、
    上記音圧変化量演算手段は、
    上記音圧検出手段にて検出された音圧を所定の周波数帯域毎にデジタルの音圧データに変換するデジタル変換手段と、
    上記音圧データから上記第一の周波数を含む周波数帯域のデータと上記第二の周波数を含む周波数帯域のデータとを取得し、得られたそれぞれの時系列データから近似式を作成して上記第一および第二の音圧変化量を求める変化量算出手段とを具備することを特徴とする音源位置推定装置。
16. 音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段とを用い、
    上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第一の音圧均し量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧を均した第二の音圧均し量を求め、
    上記第一の音圧均し量と上記第二の音圧均し量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定することを特徴とする音源位置推定方法。
17. 音源から発せられた音波の音圧を検出する音圧検出手段と、この音圧検出手段の入力部に設けられて所定方向からの音波に含まれる所定の第一の周波数の音圧を変化させる音圧変化手段とを用い、
    上記音圧検出手段にて検出された音圧から上記第一の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第一の音圧変化量を求め、同音圧から上記第一の周波数とは異なる第二の周波数を含む周波数帯域の音圧信号を取得するとともに均しながら時間当たりの変化量である第二の音圧変化量を求め、
    上記第一の音圧変化量と上記第二の音圧変化量との割合と上記音圧変化手段の位置関係から上記音源の位置を推定することを特徴とする音源位置推定方法。

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