JP5423370B2 - 音源探査装置 - Google Patents

Description

本発明は、音源の位置を特定（音源定位）するために使用される音源探査装置に関し、詳細にはマイクロホンアレイを用いた音源探査装置に関する。

例えばエンジン等の機械装置においては、異常動作箇所からノイズ音が発生する場合がある。このため、機械装置においてノイズ音が発生している場合には、その音源を特定することによって、異常動作箇所を特定して機械装置の修理等を行える。ところで、人の聴覚のみで、このノイズ音の発生源（音源）を特定できればよいが、人の聴覚のみでは正確に音源の位置を特定するのが難しい場合がある。このため、従来、音源定位を行うための装置の開発が行われている。

従来においては、音源方向を推定する手法として、ＭＵＳＩＣ（multiple signal classification）法がよく用いられている。ＭＵＳＩＣ法は、相関行列を固有値分解することで信号部分空間と雑音部分空間を求め、任意の音源位置ベクトルと雑音部分空間の内積の逆数を求めることにより、音源の音波到来方向や位置を調べる手法である。

例えば、特許文献１にＭＵＳＩＣ法を利用して、音声到来方向の検出を行う装置が開示されている。特許文献１に開示される装置においては、複数の全指向性のマイクロホンを少なくとも２方向に配列したマイクロホンアレイを構成し、各マイクロホンからの音声成分を抽出し、相互相関演算を行うことにより、音声到来方向を検出する構成となっている。

特開２００７−６２５３号公報

ところで、ＭＵＳＩＣ法を用いた音源定位手法では、マイクロホンアレイを構成するマイクロホンの数が多くなると演算処理量が膨大となり、大規模な信号処理回路が必要となるといった問題がある。マイクロホンの数が少ないと正確に音源を特定することができないために、マイクロホンの数はある程度多くする必要があり、この問題は深刻である。

また、ＭＵＳＩＣ法を用いた従来の音源定位方法では、特許文献１にも示されるように全指向性のマイクロホンが用いられ、背景雑音が大きな場所で音源定位を行う必要がある場合において、背景雑音の影響を受けて音源の位置を誤検出し易いといった問題もある。

以上の点を鑑みて、本発明の目的は、背景雑音の影響を受け難く、複雑な信号処理を行うことなく高精度に音源定位を行うことが可能な音源探査装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明の音源探査装置は、両指向性を有する複数の差動マイクロホンと、同一平面内に前記複数の差動マイクロホンがアレイ配列されるように、前記複数の差動マイクロホンを支持する支持部材と、を備え、前記複数の差動マイクロホンは、指向性の主軸が前記同一平面に対して略垂直となるように前記支持部材に支持されていることを特徴としている。

なお、本発明（本明細書）においてアレイ配列とは、複数の部材が同一平面内に並べられている状態を広く指しており、好ましい態様として、複数の部材が面内方向にある周期性を持って配列された状態（例えば格子状や蜂の巣状等に配列された状態）が含まれる。

本構成によれば、マイクロホンアレイ（マイクロホンがアレイ配列された構成単位）が両指向性を有する差動マイクロホンによって形成されている。差動マイクロホンは、探査目的とされる音源の近傍に配置されると、背景ノイズ（外乱）の影響を抑圧して、目的音を感度良く収音できる。また、差動マイクロホンの両指向性のために、探査目的の音源位置を高分解能で特定可能である。このため、本構成の音源探査装置を用いれば、各差動マイクホンからの情報に基づいて、ＭＵＳＩＣ法のような相互相関演算を行うことなく、高精度に音源定位を行える。

上記構成の音源探査装置において、前記支持部材には、複数の開口が形成されているのが好ましい。このように構成すると、マイクロホンアレイを音源に近づけても音場がほとんど乱されない状態を得られ、高精度な音源定位を実現し易い。

上記構成の音源探査装置において、前記複数の差動マイクロホンの各々から出力される信号の演算処理を行う演算部と、前記演算部における演算結果に基づいて、少なくとも、前記複数の差動マイクロホンの各々から出力された信号の出力レベルを視認できるように表示する表示部と、を更に備えるのが好ましい。

本構成によれば、表示部によって音圧の空間分布を確認しながら音源の探査を行える。そして、表示部における表示は、差動マイクロホンから出力される信号の出力レベル（パワー）を視認できるようにするものであるために、簡単な信号処理回路で高精度に音源定位可能な音源探査装置を得られる。

また、この構成において、前記表示部が、隣り合う前記差動マイクロホン同士に挟まれた少なくとも１つの位置について、前記演算部における演算結果に基づいて推定の信号の出力レベルを視認できるように表示することとしてもよい。このように構成することで、音圧の空間分布に関する視認情報が増えるために、音源探査を行ない易くなる。

上記構成の音源探査装置において、前記表示部は複数の発光手段からなり、前記複数の発光手段は、前記複数の差動マイクロホンの各々の近傍に前記発光手段が配設されるように、前記支持部材に取り付けられていることとしてもよい。また、前記表示部は複数の発光手段からなり、前記複数の発光手段は、前記複数の差動マイクロホンの各々の近傍、及び、前記差動マイクロホン同士に挟まれた少なくとも１つの位置近傍に前記発光手段が配設されるように、前記支持部材に取り付けられていることとしてもよい。

このように構成すると、ユーザは、マイクロホンアレイの方を向いたままで音圧の空間分布を認識することができるために、音源の探査が容易である。また、表示部として、例えば、発光ダイオードとその駆動回路等を用意するだけで良いために、表示部としてモニタを用意する場合に比べて安価とできる。

なお、音源探査装置に発光手段を設ける構成において、前記発光手段は、前記信号の出力レベルに応じて発光量が変化することとしてもよいし、前記信号の出力レベルに応じて発光色が変化することとしてもよい。

上記構成の音源探査装置において、前記演算部が、前記支持部材に取り付けられていることとしてもよい。本構成の音源探査装置では、各差動マイクロホンから出力される信号を相互相関演算する必要がなく、信号処理回路を簡単なものとできる。このために、例えば、各差動マイクロホンに対して１つずつ信号処理回路を設ける構成とでき、演算部を差動マイクロホンが取り付けられる支持部材に配置することも可能である。

上記構成の音源探査装置において、前記支持部材に持ち手部が設けられていることとしてもよい。また、この場合において、前記演算部が前記持ち手部に組み込まれていることとしてもよい。本構成によれば、マイクロホンアレイの移動を行ない易く、取り扱いが容易となる。

上記構成の音源探査装置において、前記複数の差動マイクロホンは、隣り合う前記差動マイクロホン同士の距離が等間隔となるように配設されているのが好ましい。本構成によれば、マイクロホンアレイによって音圧の空間分布を偏りなく確認することが可能である。

本発明の音源探査装置によれば、差動マイクロホンが用いられたマイクロホンアレイを使用するために、背景雑音の影響を受けることなく、高精度に音源定位を行える。また、本発明の音源探査装置によれば、マイクロホンから出力される信号の出力レベルに基づいて音源定位を行えるために、ＭＵＳＩＣ法を用いた場合のように複雑な信号処理を行う必要がなく、簡単な回路構成で音源定位を行える。

本実施形態の音源探査装置の構成を示す概略平面図 本実施形態の音源探査装置の構成を示す概略側面図 本実施形態の音源探査装置が備える差動マイクロホンの構成を示す概略断面図 音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフ 通常マイクロホンの特性と差動マイクロホンの特性の違いを説明するためのグラフ 本実施形態の差動マイクロホンの指向特性を示す摸式図 本実施形態の音源探査装置の構成を示すブロック図 本実施形態の音源探査装置における発光部の駆動制御について説明するためのグラフ 本実施形態の音源探査装置の作用効果を説明するための図 本実施形態の音源探査装置の変形例を示す図 本実施形態の音源探査装置の変形例を示す図 本発明に適用可能な差動マイクロホンの別形態を説明するための図 本実施形態の音源探査装置の変形例を示す図

以下、本発明が適用された音源探査装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態の音源探査装置の構成を示す概略平面図である。図２は、本実施形態の音源探査装置の構成を示す概略側面図で、図１の矢印Ａに沿って見た図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の音源探査装置１は、複数の差動マイクロホン１０と、複数の差動マイクロホン１０を支持する支持部材２０と、複数の差動マイクロホン１０の各々の近傍に配設される複数の発光部３０と、を備えている。

図３は、本実施形態の音源探査装置が備える差動マイクロホンの構成を示す概略断面図である。差動マイクロホン１０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）チップ１２及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）１３を搭載するマイク基板１１に、蓋体１４を被せてなる。

ＭＥＭＳチップ１２は、半導体製造技術を用いて製造されるコンデンサ型のマイクロホンチップで、音圧によって変位する振動板１２１を有して音信号を電気信号に変換する機能を有する。ＭＥＭＳチップ１２は、振動板１２１の両面１２１ａ、１２１ｂに音を入力可能に構成されている。また、ＡＳＩＣ１３は、ＭＥＭＳチップ１２から出力される電気信号を増幅処理する集積回路である。

マイク基板１１の基板表面１１ａには、第１の開口１１１と第２の開口１１２とが設けられている。第１の開口１１１と第２の開口１１２とは、基板内部空間１１３を介して連通している。ＭＥＭＥチップ１２は、振動板１２１がマイク基板１１と略平行になるように配置されると共に、第１の開口１１１を基板表面１１ａ側から塞ぐように配置されている。

蓋体１４は、その上面１４ａに第１音孔１４１と第２音孔１４２とが形成されている。また、蓋体１４には、第１音孔１４１と繋がる第１空間１４３と、第１空間１４３とは隔離されて第２音孔１４２と繋がる第２空間１４４と、が形成されている。この蓋体１４は、第１空間１４３がＭＥＭＳチップ１２によって基板内部空間１１３と仕切られるように、マイク基板１１に搭載されている。また、蓋体１４は、第２空間１４４が、第２の開口１１２を介して基板内部空間１１３と連通するようにマイク基板１１に搭載されている。

以上のように構成される差動マイクロホン１０は、外部音を、第１音孔１４１、第１空間１４３の順に通過させて振動板１２１の上面１２１ａへと導く音道と、外部音を、第２音孔１４２、第２空間１４４、第２の開口１１２、基板内部空間１１３、第１の開口１１１の順に通過させて振動板１２１の下面１２１ｂへと導く音道と、を有する構成となっている。そして、差動マイクホン１０は、振動板１２１の上面１２１ａに加わる音圧ｐｆと、振動板１２１の下面１２１ｂに加わる音圧ｐｂとの差によって振動板１２１を振動させて、音信号を電気信号に変換するようになっている。

このように構成される差動マイクロホン１０の特徴について説明する。差動マイクロホン１０の特徴を説明するに先立って、音波の性質について説明しておく。図４は、音圧Ｐと音源からの距離Ｒとの関係を示すグラフである。図４に示すように、音波は、空気等の媒質中を進行するにつれて減衰し、音圧（音波の強度・振幅）が低下する。音圧は、音源からの距離に反比例し、音圧Ｐと距離Ｒとの関係は、以下の式（１）のように表せる。なお、式（１）におけるｋは比例定数である。
Ｐ＝ｋ／Ｒ （１）

図４及び式（１）から明らかなように、音圧は音源に近い位置では急激に減衰（グラフの左側）し、音源から離れるほどなだらかに減衰（グラフの右側）する。すなわち、音源からの距離がΔｄだけ異なる２つの位置（Ｒ１とＲ２、Ｒ３とＲ４）に伝達される音圧は、音源からの距離が小さいＲ１からＲ２においては大きく減衰する（Ｐ１−Ｐ２）が、音源からの距離が大きいＲ３からＲ４においてはあまり減衰しない（Ｐ３−Ｐ４）。

図５は、通常マイクロホンの特性と差動マイクロホンの特性の違いを説明するためのグラフである。ここで、通常マイクロホンとは、振動板の片面にのみ音圧が加わるように構成されたマイクロホン（全指向性のマイクロホン）のことを指している。また、図５において、横軸は音源からの距離Ｒを対数に変換したもので、縦軸はマイクロホンの振動板に加わる音圧レベル特性である。また、以下において、図５に示すマイクロホンの特性のことを１次傾度特性と表現する場合がある。

差動マイクロホン１０では、上述のように振動板１２１の上面１２１ａに音圧ｐｆが加わり、振動板１２１の下面１２１ｂに音圧ｐｂが加わる（図３参照）。この結果、振動板１２１に加わる音圧はｐｆ−ｐｂとなる。このため、図５に示すように、差動マイクロホン１０の振動板１２１に加わる音圧レベルは、通常マイクロホンの振動板に加わる音圧レベルよりも低くなると共に、音源からの距離に対する音圧レベルの低下も急となる。

図６は、本実施形態の差動マイクロホンの指向特性を示す摸式図である。図６において、差動マイクロホン１０は、第１音孔１４１の中心と第２音孔１４２の中心とを結ぶ方向が、０°−１８０°の方向となっている。また、図６において、第１音孔１４１の中心と第２音孔１４２の中心との中間点をＭとしている。

図６に示すように、差動マイクロホン１０においては、音源と差動マイクロホン１０（中間点Ｍ）との距離が一定であるとすると、音源が０°又は１８０°の方向にある時に振動板１２１（図３参照）に加わる音圧（ｐｆ−ｐｂ）が最大となる。これは、音波が第１音孔１４１から振動板１２１の上面１２１ａに至る距離と、音波が第２音孔１４２から振動板１２１の下面１２１ｂへと至る距離との差が最も大きくなるからである。

一方、音源が９０°又は２７０°の方向にある時に振動板１２１に加わる音圧（ｐｆ−ｐｂ）が最小（０）になる。これは、音波が第１音孔１４１から振動板１２１の上面１２１ａに至る距離と、音波が第２音孔１４２から振動板１２１の下面１２１ｂへと至る距離との差がほぼ０となるからである。

すなわち、差動マイクロホン１０は、０°及び１８０°の方向から入射される音波を受けやすく、９０°及び２７０°の方向から入射される音波を受けにくい性質（両指向性）を有する。なお、差動マイクロホン１０においては、０°−１８０°の方向の軸が指向性の主軸となる。

また、差動マイクロホン１０は、差動マイクロホン１０の近傍で発生する目的音について、背景雑音（上記目的音でない音を指している）を除去して収音する機能に優れる。差動マイクロホン１０の近傍で発生する上記目的音の音圧は、振動板１２１の上面１２１ａと下面１２１ｂの間で大きく減衰し、振動板１２１の上面１２１ａに伝達される音圧ｐｆと、振動板１２１の下面１２１ｂに伝達される音圧ｐｂとは大きく異なる。一方、背景雑音は、上記目的の音に比べて音源が遠い位置にあるために、振動板１２１の上面１２１ａと下面１２１ｂとの間ではほとんど減衰せず、振動板１２１の上面１２１ａに伝達される音圧ｐｆと、振動板１２１の下面１２１ｂに伝達される音圧ｐｂとの差は非常に小さくなる。なお、ここでは、音源から第１音孔１４１までの距離と、音源から第２音孔１４２までの距離が異なることを前提としている。

振動板１２１にて受音される背景雑音の音圧ｐｆ、ｐｂの差は非常に小さいために、背景雑音の音圧は振動板１２１にてほぼ打ち消される。これに対して、振動板１２１にて受音される上記目的音の音圧ｐｆ、ｐｂの差は大きいために、上記目的音の音圧は振動板１２１で打ち消されない。このため、差動マイクロホン１０において、振動板１２１の振動によって得られた信号は、背景雑音が除去された上記目的音の信号であると見なせる。すなわち、差動マイクロホン１０は、その近傍で発生する目的音について、背景雑音を除去して収音する機能に優れる。

ここで、図１及び２に戻って、本実施形態の音源探査装置１の構成についての説明を行う。複数の差動マイクロホン１０が配設される支持部材２０は、その外形が平面視略正方形状の板状部材となっている。また、支持部材２０には、平面視略正方形状の複数（本実施形態では９個）の開口２１が縦横方向に規則的に形成されている。このため、支持部材２０は、縦横方向に棒状部２２が規則的に配列された格子構造になっている。

なお、支持部材２０における開口１１の面積はなるべく大きくする（換言すると、支持部材２０の棒状部２２はなるべく細くする）のが好ましい。これは、複数の差動マイクロホン１０が配設された支持部材２０（マイクロホンアレイ）を音源に近づけた場合に、音場が乱されるのを極力防ぐためである。

複数（本実施形態では１６個）の差動マイクロホン１０の各々は、格子構造を有する支持部材２０のほぼ格子点上に固定配置されている。換言すると、支持部材２０は、同一平面上に複数の差動マイクロホン１０が格子状に配列（アレイ配列の一態様）されるように、複数の差動マイクロホン１０を支持している。

本実施形態では、隣り合う差動マイクロホン１０間の距離が略等間隔となるように、支持部材２０は差動マイクロホン１０を支持している。また、複数の差動マイクロホン１０は、各々の音孔１４１、１４２の向きが同一となるように支持部材２０に配設され、本実施形態では、差動マイクロホン１０の音孔１４１、１４２が、図１の上方向（図２では正面方向）に向いている。

なお、音孔１４１、１４２の向きは、複数の差動マイクロホン１０の全てが同一方向を向くようにすればよく、その方向は特に限定されない。例えば、支持部材２０との関係で、差動マイクロホン１０にノイズ（支持部材２０からの反射音等）が入りにくいように、その向きを調整する等してもよい。

また、複数の差動マイクロホン１０の各々は、それらが配列される同一平面に対して、指向性の主軸ＡＸ（２つの音孔１４１、１４２の並び方向で、図６における０°−１８０°の方向が該当）が略垂直となるように、支持部材２０に支持されている。図１においては、差動マイクロホン１０の指向性の主軸ＡＸは、紙面と垂直な方向に略平行となっている。また、図２においては、差動マイクロホン１０の指向性の主軸ＡＸは、上下方向に略平行となっている。

指向性の主軸ＡＸが、上記同一平面に対して略垂直となる方向から傾くように差動マイクロホン１０が配設された場合、その傾きが大きくなりすぎると、差動マイクロホン１０は偏った方向に感度が良くなり、音源の探査を行ない難くなる。また、指向性の主軸ＡＸが、上記同一平面と平行となるように配設された場合には、例えば差動マイクロホン１０の真上に音源がある場合に、差動マイクロホン１０から出力される信号のパワーは非常に小さくなり、この場合も音源の探査を行ない難くなる。このため、複数の差動マイクロホン１０の各々は、それらが配列される同一平面に対して、指向性の主軸ＡＸができる限り垂直となるように配置するのが好ましい。

支持部材２０の外部側面の一箇所には、略円筒形状の外形を有する持ち手部２３が設けられている。この持ち手部２３により、ユーザは、複数の差動マイクロホン１０が配設された支持部材２０（マイクロホンアレイ）を手で持ちながら音源探査を容易に行える。

図２に示すように、本実施形態の音源探査装置１においては、支持部材２０の差動マイクロホン１０が配設される面の裏面側に、複数の発光部３０が配設されている。複数の発光部３０の各々は、複数の差動マイクロホン１０の各々の略反対位置（なお、これは、本発明の差動マイクロホンの近傍に該当する）に設けられている。このため、複数の発光部３０も、支持部材２０のほぼ格子点に配置され、格子状に配列された構成となっている。

なお、発光部３０を支持部材２０の差動マイクロホン１０が設けられる面の裏面側に設けているのは、音源探査の際に差動マイクロホン１０を音源側に向けた状態で、ユーザが発光部３０を見やすくすることを考慮するものである。ただし、発光部３０の位置はユーザから見やすければ良く、例えば各差動マイクロホン１０に並設するように設けても構わない。

また、音源探査装置１が備える複数の発光部３０の各々は、赤色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と緑色ＬＥＤとが一組とされた構成となっている。このように発光部３０を２色のＬＥＤで構成するのは、いずれの差動マイクロホン１０が音源の近傍に存在するのかを視認しやすくするためである。発光部３０の点灯方法の詳細は後述する。

図７は、本実施形態の音源探査装置の構成を示すブロック図である。図７に示すように、音源探査装置１は、支持部材２０に支持された複数の差動マイクロホン１０からなるマイクロホンアレイ４０の他に、演算器４１と、デジタイザ４２と、発光部駆動部４３と、を備える。本実施形態においては、演算器４１、デジタイザ４２、発光部駆動部４３は、ＩＣチップ化されて持ち手部２３に内蔵されている。

なお、各差動マイクロホン１０、演算器４１、デジタイザ４２、発光部駆動部４３には、図示しない電源から電力が供給されるようになっている。電源電力は、例えば、音源探査装置１の持ち手部２３に内蔵される電池から得る構成でもよいし、電源コードを用いてＡＣコンセントから得る構成等でもよい。また、支持部材２０には、各差動マイクロホン１０に電源電力を供給するための配線と、各差動マイクロホン１０から出力信号を演算器４１に供給するための配線が設けられている。また、支持部材２０には、各発光部３０と発光部駆動部４３とを電気的に接続する配線も設けられている。

演算器４１は、各差動マイクロホン１０から出力される信号（１６ｃｈの信号）の演算処理を行う。演算器４１には、各差動マイクロホン１０から出力される信号のピークを検出して包絡線信号を得る検波回路４１１と、検波回路４１１から出力された包絡線信号を増幅処理するアンプ４１２と、が含まれている。

デジタイザ４２は、演算器４１から出力された、各差動マイクロホン１０に対応した包絡線信号（１６ｃｈの信号）をデジタル化する処理を行う。

発光部駆動部４３は、デジタイザ４２から出力された、各差動マイクロホン１０に対応したデジタル信号の信号レベル（これは、各差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベル（パワー）に対応して変化するものである）に応じて各発光部３０を駆動する。すなわち、各発光部３０は、各差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベル（パワー）に応じて発光される。

図８は、本実施形態の音源探査装置における発光部の駆動制御について説明するためのグラフである。図８において、横軸は差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベル（パワー）、縦軸はＬＥＤ出力である。上述したように、発光部３０は赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤとを備えている。赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤとは、いずれも、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルに応じて、出力が５段階で切り換えられる。ただし、赤色ＬＥＤは、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルが大きくなるにつれて出力が大きくなり、緑色ＬＥＤは、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルが大きくなるにつれて出力が小さくなるようになっている。

すなわち、発光部３０は、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルが小さい場合には、その発光色は緑色となり、出力レベルが大きくなるにつれて緑色と赤色が混じってオレンジ色へと変化する。差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルが更に大きくなると、発光部３０の発光色は赤色となる。

次に、以上のように構成される音源探査装置１の作用効果について説明する。図９は、本実施形態の音源探査装置の作用効果を説明するための図である。図９に示すように、音源探査装置１における、ある差動マイクロホン列の真上に音源を配置し、音源を左から右（図９の矢印方向）へとスイープする。この場合、左から３番目（右から２番目）の差動マイクロホン１０は、図９に実線で示す（図９下段のグラフ参照）ような出力変化を呈する。

なお、図９下段のグラフにおいて、横軸はマイクロホンの配列方向の位置であり、縦軸はマイクロホンから出力される信号の出力レベル（パワー）である。また、図９下段のグラフにおける破線は、上記差動マイクロホン１０と同様の位置に配置された通常のマイクロホン（振動板の片面にのみ音圧が加わるように構成された全指向性のマイクロホン）の出力変化を示すグラフである。

音源探査装置１が備える差動マイクロホン１０は、その１次傾度特性（図５参照）により、音源からの距離が遠くにある場合には、その出力が非常に小さくなりやすい。このため、図９に示すように、差動マイクロホン１０は音源が遠い位置にある場合には、出力レベルは低く、ほぼフラットとなる。一方、差動マイクロホン１０に音源が近づくと、急激に出力レベルが大きくなる。

また、差動マイクロホン１０は、両指向特性（図９に破線の丸で示す）も有する。このために、図９に示すように、音源が差動マイクロホン１０の真上にある場合に、出力レベルが大きくなる一方で、真上からずれると、出力レベルが低下しやすい。

以上のように、音源探査装置１が有する各差動マイクロホン１０は、音源がその近傍にある場合にのみ信号の出力レベルが高くなり、音源がその近傍から離れると、たちまち信号の出力レベルが低くなる。したがって、音源探査装置１を用いて音源探査を行う場合には、次のような作用が得られる。なお、通常マイクロホンでは、音源が離れた位置にあっても出力レベルは差動マイクロホン１０の場合より高く、出力レベルの変化がなだらかとなる。

音源探査を行う場合、ユーザは自己の聴力を頼りに、探査したい音源の方向にマイクロホンアレイ４０（複数の差動マイクロホン１０がアレイ配設された支持部材２０）を近づける。この場合、マイクロホンアレイ４０を構成する各差動マイクロホン１０のうち、目的の音源から離れた差動マイクロホン１０は、信号の出力レベルが小さい。このため、その差動マイクロホン１０に対応して支持部材２０の反対側に配置される発光部３０の発光色は緑色となる。

一方、差動マイクロホン１０の位置が目的の音源に近づくにつれて、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルが上がり、対応する発光部３０の発光色は変化する。音源の直近にある差動マイクロホン１０に対応する発光部３０は赤色となる。そして、音源探査装置１では、差動マイクロホン１０の特性のために、発光部３０の発光色が音源からの距離に対応して、コントラス良く変化する。このために、高分解能な音源定位が行える。

なお、ユーザが自己の聴覚を頼りにマイクロホンアレイ４０を目的の音源の音源方向と推定される位置に近づけただけでは、目的の音源からいずれの差動マイクロホン１０も離れており、発光部３０が赤色を示す部分は無い場合もある。この場合には、複数ある発光部３０のうち、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルが高いと判断される発光色を示す発光部３０を頼りにアレイマイクロホン４０を動かし、音源定位を行うことになる。

ところで、例えばエンジンの駆動時に発生するノイズ音の発生源（異常動作箇所と推定される）を探したいような場合、背景雑音がかなり大きなものとなる。しかし、本実施形態の音源探査装置１に備えられる差動マイクロホン１０は、上述のように、その近傍で発生する目的音について、背景雑音を除去して収音する機能に優れる。このため、背景雑音が大きい場合でも、探査目的とする音の音源を正確に定位可能である。

なお、差動マイクロホン１０における音孔１４１、１４２の間隔は１０ｍｍ以下に設定することが好ましい。これにより、１０ｋＨｚ以下の遠方ノイズ（背景雑音）を効果的に抑圧することが可能である。

また、本実施形態の音源探査装置１では、各差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベル（パワー）に基づいて音源を定位する構成である。このため、ＭＵＳＩＣ法のように各マイクロホンから出力される情報の相互相関演算を行う必要がなく、信号処理回路を簡易な構成とできる。

以上に示した音源探査装置１は本発明の実施形態の一例を示したものであり、本発明の適用範囲は、以上に示した実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の目的を逸脱しない範囲で、以上に示した実施形態について種々の変更を行っても構わない。

例えば、以上に示した実施形態では、音源探査装置１が備える差動マイクロホン１０の数を１６個としたが、この数を変更できるのは当然である。また、支持部材２０に配設される差動マイクロホン１０の位置は、格子点からずらした位置としてもよい。また、例えば図１０に示すように、差動マイクロホン１０が支持部材２０の表面上に配置されない構成としてもよい。図１０においては、差動マイクロホン１０は、支持部材２０の棒状部２２の側面に配設されている。

また、以上に示した実施形態では、差動マイクロホン１０が格子状に配列される構成としたが、この構成に限られる趣旨ではない。すなわち、差動マイクロホン１０はアレイ配列であればよく、例えば蜂の巣状等に差動マイクロホン１０を配置しても構わない。また、アレイ配列される差動マイクロホン１０について、隣り合うマイクロホンの間隔は等間隔が望ましいが、等間隔でなくてもよい。例えば図１１に示すように、支持部材２０を同心円状に設けられる複数の円形フレーム２２からなる構成として、差動マイクロホン１０を放射状に配列した構成（本発明のアレイ配列の一形態）等としても構わない。

また、音源探査装置１が備える差動マイクロホン１０は、本発明に適用可能な差動マイクロホンの一例にすぎない。すなわち、実施形態の差動マイクロホン１０は、同一面に２つの音孔１４１、１４２を形成して、振動板１２１の両面１２１ａ、１２１ｂに音圧が加わる構成としたが、例えば、図１２（ａ）に示すような構成としても構わない。

図１２（ａ）に示す差動マイクロホン１５は、筐体１５１の上面と下面にそれぞれ１つずつ音孔１５２、１５３が形成され（上面と下面に設けられる音孔の数は複数でも構わない）、振動板１５４の上面及び下面に音圧が加わるようになっている。なお、このような差動マイクロホン１５は、指向性の主軸ＡＸが振動板１５４と直交する方向になる（図１２（ｂ）参照）。このため、差動マイクロホン１５の指向性の主軸ＡＸが、差動マイクロホン１５が配列される同一平面に対して略垂直となるように配置する場合、図１２（ｂ）に示すように、振動板１５４が支持部材２０の表面２０ａと略平行となるように配設されることになる。

また、差動マイクロホンの構成として、例えば２つのマイクロホンを有し、それぞれのマイクホンから出力される信号の差分を音信号として出力するタイプのものとしても構わない。

また、以上に示した実施形態では、差動マイクロホン１０が、半導体製造技術を利用して形成されるＭＥＭＳマイクロホンである構成としたが、これに限られず、エレクトレック膜を使用したコンデンサマイクロホン（ＥＣＭ）等であっても構わない。また、差動マイクロホンは、いわゆるコンデンサ型マイクロホンに限らず、例えば、動電型（ダイナミック型）、電磁型（マグネティック型）、圧電型等のマイクロホン等でも構わない。

また、以上に示した実施形態では、発光部３０が２色のＬＥＤを備える構成として、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベル（パワー）に応じて発光色が変化する構成とした。しかし、この構成に限られる趣旨ではなく、発光部３０を単一色のＬＥＤで構成し、差動マイクロホン１０から出力される信号の出力レベルに応じて発光量を変化させる構成としてもよい。このような構成としても、各差動マイクホンから出力された信号の出力レベルの違いを認識でき、音源探査を行える。また、発光部３０の駆動はアナログ信号を用いて行ってもよく、以上の実施形態で用いたデジタイザ４２（図７参照）を用いない構成としても構わない。

また、以上に示した実施形態では、発光部３０がＬＥＤからなる構成としたが、ＬＥＤを用いた発光部３０は発光手段の一例であり、発光手段をＬＥＤ以外の光源（例えば、半導体レーザ等）を用いて形成しても構わない。

また、以上に示した実施形態では、発光部３０が各差動マイクロホン１０の近傍に１つずつ配置される構成としたが、この構成に限定されない。すなわち、例えば、図１３に示すように、各差動マイクロホン１０の近傍に加えて、差動マイクロホン１０同士に挟まれた少なくとも１つの位置近傍に、発光部３０が配設される構成としても構わない。

なお、図１３は、支持部材２０を差動マイクロホン１０が配置される面の反対側の面から見た概略平面図である。図１３に示す構成では、発光部３０は、各差動マイクロホン１０の近傍に加えて、配列方向に沿って隣り合う差動マイクロホン１０同士の中間位置近傍（破線の丸印を施した部分）にも発光部３０が配設される構成となっている。隣り合う差動マイクロホンロホン１０同士の中間位置に設けられる発光部３０は、各差動マイクロホンから出力される信号の出力レベルを基に補完演算処理して得られた推定の信号の出力レベルに応じて発光するようにしてもよい。

また、以上に示した実施形態では、本発明の表示部を発光部３０と発光部駆動部４３とからなる構成とした。しかし、表示部は、例えば液晶ディスプレイ等からなるモニタとしても構わない。

その他、本発明によれば、各差動マイクロホン１０から出力される信号を演算処理して対応する発光部３０を駆動する信号処理は簡易な構成で実現できる。このために、各差動マイクロホン１０に対応して、個々に信号処理を行うＩＣを設ける構成としても構わない。この場合、ＩＣは支持部材２０に取り付けられる。

本発明の音源探査装置は、簡易で高精度に音源定位ができ、更に音源探査時の携行性にも優れる。このため、音源定位が必要な様々な場面での利用に適している。

１ 音源探査装置
１０ 差動マイクロホン
２０ 支持部材
２１ 支持部材の開口
２３ 持ち手部
３０ 発光部（表示部の一部）
４１ 演算器
４３ 発光部駆動部（表示部の一部）
ＡＸ 指向性の主軸

Claims (12)

1. 外部音を内部に導く第１の音孔と第２の音孔とを有する両指向性の複数の差動マイクロホンと、
   前記複数の差動マイクロホンの各音孔の向きが略同方向となるように平面状にアレイ配列された前記複数の差動マイクロホンを支持する支持部材と、
   を備え、
   第１の音孔と第２の音孔との並び方向が前記複数の差動マイクロホンの配列方向に対して略垂直であることを特徴とする音源探査装置。
2. 前記支持部材には、複数の開口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の音源探査装置。
3. 前記複数の差動マイクロホンの各々から出力される信号の演算処理を行う演算部と、
   前記演算部における演算結果に基づいて、少なくとも、前記複数の差動マイクロホンの各々から出力された信号の出力レベルを視認できるように表示する表示部と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の音源探査装置。
4. 前記表示部が、隣り合う前記差動マイクロホン同士に挟まれた少なくとも１つの位置について、前記演算部における演算結果に基づいて推定の信号の出力レベルを視認できるように表示することを特徴とする請求項３に記載の音源探査装置。
5. 前記表示部は複数の発光手段からなり、
   前記複数の発光手段は、前記複数の差動マイクロホンの各々の近傍に前記発光手段が配設されるように、前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の音源探査装置。
6. 前記表示部は複数の発光手段からなり、
   前記複数の発光手段は、前記複数の差動マイクロホンの各々の近傍、及び、前記差動マイクロホン同士に挟まれた少なくとも１つの位置近傍に前記発光手段が配設されるように、前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の音源探査装置。
7. 前記発光手段は、前記信号の出力レベルに応じて発光量が変化することを特徴とする請求項５又は６に記載の音源探査装置。
8. 前記発光手段は、前記信号の出力レベルに応じて発光色が変化することを特徴とする請求項５又は６に記載の音源探査装置。
9. 前記演算部が、前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の音源探査装置。
10. 前記支持部材に持ち手部が設けられており、前記演算部が前記持ち手部に組み込まれていることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の音源探査装置。
11. 前記支持部材に持ち手部が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の音源探査装置。
12. 前記複数の差動マイクロホンは、隣り合う前記差動マイクロホン同士の距離が等間隔となるように配設されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の音源探査装置。

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