JP6878187B2 - System and method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、音声処理に関する。 Embodiments of the present invention relate to voice processing.
産業機器の稼動音を採取して、早期に異常検知をしたり、劣化検知をしたりする装置やサービスのニーズがある。マイクを用いて稼動音を録音することで、例えば、振動センサを用いた場合よりも早期に異常を検知できる可能性がある。また、マイクであるので、センサを対象機器に接触させる必要がなく、非接触で稼動音をセンシングすることができる。 There is a need for equipment and services that collect the operating noise of industrial equipment to detect abnormalities at an early stage and detect deterioration. By recording the operating sound using a microphone, for example, there is a possibility that an abnormality can be detected earlier than when a vibration sensor is used. Further, since it is a microphone, it is not necessary to bring the sensor into contact with the target device, and the operating sound can be sensed without contact.
マイクで収集される音には、周囲環境における雑音も含まれることがある。そのため、収集された音に対して、稼働音(目的音)への鋭い指向性を持つビームフォーミング処理を施すことにより、方向性雑音を抑圧する必要がある。一般に、ビームフォーミング処理が鋭い指向性(例えば、0度を中心に±10度など)を持つためには、マイク数を多くするほどよい。 The sound collected by the microphone may also include noise in the surrounding environment. Therefore, it is necessary to suppress directional noise by performing beamforming processing on the collected sound, which has a sharp directivity toward the operating sound (target sound). In general, in order for the beamforming process to have sharp directivity (for example, ± 10 degrees around 0 degrees), it is better to increase the number of microphones.
しかしながら、稼働音の収集のための装置を安価にすることが求められており、マイク数を少なくすることが望まれる。そのため、鋭い指向性を有する周波数帯毎の音を安価なハードウェアで取得できる新たな機能の実現が必要とされる。 However, it is required to reduce the cost of the device for collecting the operating sound, and it is desired to reduce the number of microphones. Therefore, it is necessary to realize a new function capable of acquiring sound for each frequency band having sharp directivity with inexpensive hardware.
本発明の一形態は、鋭い指向性を有する周波数帯毎の音を安価なハードウェアで取得できるシステム及び方法を提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a system and a method capable of acquiring sound for each frequency band having sharp directivity with inexpensive hardware.
実施形態によれば、システムは、対象物より発せられる音を収集するためのシステムであって、第1マイクと、前記第1マイクと第1距離離れた第2マイクと、前記第2マイクと第2距離離れ、かつ、前記第1マイクと第3距離離れた第3マイクとを備える。前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性が第1方向である。前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性が第2方向である。前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性が第3方向である。前記対象物の位置が、前記第1マイクと前記第2マイクから前記第1方向の方向であって、前記第2マイクと前記第3マイクから前記第2方向の方向であって、前記第1マイクと前記第3マイクから前記第3方向の方向となるように、前記第1マイクと前記第2マイクと前記第3マイクと前記対象物の位置関係が定められる。前記第2距離は、前記第1距離よりも大きい。前記第3距離は、前記第2距離よりも大きい。前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低い。前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低い。 According to the embodiment, the system is a system for collecting sound emitted from an object, and includes a first microphone, a second microphone separated from the first microphone by a first distance, and the second microphone. A third microphone separated by a second distance and separated from the first microphone by a third distance is provided. The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone is the first direction. The directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone is the second direction. The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is the third direction. The position of the object is in the direction of the first direction from the first microphone and the second microphone, and in the direction of the second direction from the second microphone and the third microphone, and the first direction. The positional relationship between the first microphone, the second microphone, the third microphone, and the object is determined so that the direction is from the microphone and the third microphone in the third direction. The second distance is larger than the first distance. The third distance is larger than the second distance. The second frequency band is lower than the first frequency band. The third frequency band is lower than the second frequency band.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係るシステムの外観を示す斜視図である。このシステムは、対象物より発せられる音を収集するために、少なくとも三つのマイクを備え、それらマイクにより収集された音を処理する機能を有する。システムが音を収集する対象は、例えば、産業ロボット、工作機械、無停電電源装置のような種々の産業機器である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the system according to the first embodiment. This system is equipped with at least three microphones for collecting sounds emitted from an object, and has a function of processing the sounds collected by those microphones. The objects that the system collects sound from are various industrial devices such as industrial robots, machine tools, and uninterruptible power supplies.
システムは、例えば、IoTエッジデバイスとして用いられる各種の電子機器として実現され得る。この電子機器は、例えば、携帯電話機やスマートフォン、PDAといった携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、または各種電子機器に内蔵される組み込みシステムであってもよい。また、システムは、マイクを備え、音を収集する電子機器と、その音を処理する電子機器のように、本システムのための機能を備える複数の電子機器で構成されていてもよい。以下では、本システムが、電子機器1として実現される場合を例示する。
The system can be realized, for example, as various electronic devices used as IoT edge devices. The electronic device may be, for example, a mobile information terminal such as a mobile phone, a smartphone, a PDA, a personal computer, or an embedded system built in various electronic devices. Further, the system may be composed of an electronic device provided with a microphone and collecting sound, and a plurality of electronic devices having functions for the system, such as an electronic device for processing the sound. In the following, a case where this system is realized as an
図1に示すように、電子機器1は薄い箱形の筐体10を有している。筐体10は基板(ボード)11を内蔵する。基板11上には、音声を取得し処理するための各種の部品と、それら部品間の配線とが設けられている。この部品には、少なくとも三つのマイク21,22,23が含まれている。
As shown in FIG. 1, the
筐体10の前面には、マイク21,22,23と同数である、少なくとも三つの開口部12,13,14が設けられている。これら開口部12,13,14の後方に当たる基板11上の位置に、マイク21,22,23がそれぞれ配置されている。図1には、マイク21,22,23が一列に並べられる例を示しているが、これらマイク21,22,23は三角形を形成するように並べられていてもよい。また、マイク及び開口部は、それぞれ四つ以上であってもよい。マイクが四つである場合、それらマイクは一列に並べられていてもよいし、「コ」の字型に並べられていてもよい。
At least three
図2は、電子機器1を側面から見た場合の筐体10内の構造を示す断面図である。上述したように、開口部12,13,14の後方に当たる基板11上の位置には、それぞれマイク21,22,23が配置されている。これらマイク21,22,23は、例えば、基板11の前面に配置されている。マイク21,22,23は、基板11に組み込まれていてもよいし(ビルトイン)、導線を介して基板11と接続されていてもよい。また、マイク21,22,23の位置は、ユーザによって移動可能であってもよい。電子機器1は、例えば、音源である対象機器5の正面に配置され、対象機器5が発した音は開口部12,13,14を通過し、各マイク21,22,23によって集音される。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure inside the
また、第2マイク22は、第1マイク21から第1距離だけ離れている。第3マイク23は、第2マイク22から第2距離だけ離れ、且つ第1マイクから第3距離だけ離れている。第1距離と第2距離と第3距離とは、それぞれ相違する。例えば、第2距離は第1距離よりも大きく、第3距離は第2距離よりも大きい。図2に示す例のように、マイク21,22,23が一列に並べられている場合には、第1距離(=X、例えば1cm)と第2距離(=Y、例えば2cm)との和が第3距離(=X+Y、例えば3cm)となる。
Further, the
マイク間の距離と周波数帯毎の集音の指向性とには密接な関連性がある。第1マイク21と第2マイク22とを用いた第1周波数帯の集音の指向性は第1方向である。第2マイク22と第3マイク23とを用いた第2周波数帯の集音の指向性は第2方向である。また、第1マイク21と第3マイク23とを用いた第3周波数帯の集音の指向性は第3方向である。そして、第1マイク21と第2マイク22と第3マイク23と対象機器5の位置関係は、対象機器5の位置が、第1マイク21と第2マイク22から第1方向の方向であって、第2マイク22と第3マイク23から第2方向の方向であって、第1マイク21と第3マイク23から第3方向の方向となるように、定められる。第1周波数帯と第2周波数帯と第3周波数帯とは、それぞれ相違する。例えば、第2周波数帯は第1周波数帯よりも低く、第3周波数帯は第2周波数帯よりも低い。
There is a close relationship between the distance between microphones and the directivity of sound collection for each frequency band. The directivity of sound collection in the first frequency band using the
なお、第1方向と第2方向と第3方向とは実質的に同一であってもよい。例えば、対象機器5と全てのマイク21,22,23とが一つの直線上に一列に並んでいる場合には、第1方向と第2方向と第3方向とは実質的に同一になる。したがって、第1マイク21と第2マイク22とを用いた第1周波数帯の集音の指向性と、第2マイク22と第3マイク23とを用いた第2周波数帯の集音の指向性と、第1マイク21と第3マイク23とを用いた第3周波数帯の集音の指向性とが、実質的に同じ第1方向であってもよい。つまり、第1マイク21と第2マイク22と第3マイク23と対象機器5の位置関係は、対象機器5の位置が、第1マイク21と第2マイク22と第3マイク23とから実質的に同じ第1方向の方向となっている。
The first direction, the second direction, and the third direction may be substantially the same. For example, when the target device 5 and all the
基板11の背面には、CPUのようなプロセッサが配置されるプロセッサ部15と、各種のメモリが配置されるメモリ部16とが設けられている。基板11には、これらに限らず、様々な部品(例えば、通信や表示のための部品)や配線が配置され得る。
On the back surface of the
産業機器等の種々の対象機器5の稼働音を録音して、劣化等の異常を検知するためには、対象機器5に応じた様々な周波数帯域の音が取得されることが望まれる。例えば、回転機構を有する機器では、ベアリングが摩耗すると、非可聴の高周波数帯域に劣化の兆候が現れて、徐々に低い周波数帯域にも劣化の兆候が現れた後、機器の振動が生じる。したがって、マイクを用いて稼働音を取得することで、例えば、振動センサを用いた場合よりも、機器の異常を早期に検知できる可能性がある。 In order to record the operating sounds of various target devices 5 such as industrial devices and detect abnormalities such as deterioration, it is desired that sounds in various frequency bands corresponding to the target devices 5 be acquired. For example, in a device having a rotating mechanism, when the bearing is worn, signs of deterioration appear in the non-audible high frequency band, and signs of deterioration gradually appear in the low frequency band, and then vibration of the device occurs. Therefore, by acquiring the operating sound using a microphone, for example, there is a possibility that an abnormality of the device can be detected earlier than when a vibration sensor is used.
そのため、電子機器1は、ある一つの対象機器5の異常を検知するために、例えば、20〜40kHz、40〜60kHz、及び80〜100kHzのような複数の周波数帯域の音を取得する。このような電子機器1を安価に作成するためには、電子機器1が、種々の対象機器5に対して汎用なハードウェア及びソフトウェアを有することが望ましい。例えば、使用するソフトウェアに含まれる、二つのマイクでそれぞれ集音された音を用いたビームフォーミング処理を、前述の三つの周波数帯域においてそれぞれ鋭い指向性を有する音を得るためのビームフォーミング処理とするには、マイク間隔が異なるマイク対を三組用意する必要があり、したがってマイクが六個必要になり高価になるという課題がある。
Therefore, the
本実施形態では、上述したように、三個のマイク21,22,23を用いて、マイク間距離及び周波数特性が異なる三つのパターンを構成することができる。したがって、鋭い指向性を有する周波数帯毎の音を安価なハードウェアで取得することができる。なお、電子機器1に三個のマイクが設けられる場合、ビームフォーミング処理に用いられる音を取得するためのマイクの組のバリエーションには、二個のマイクペアで取得される音を用いる三つのパターンだけでなく、一個のマイクで取得される音を用いる三つのパターンと、三個のマイクのセットを用いる一つのパターンも含まれ得る。また、電子機器1に四個のマイクが設けられる場合には、ビームフォーミング処理に用いられる音を取得するためのマイクの組のバリエーションには、一個のマイクで取得される音を用いる三つのパターンと、二個のマイクペアで取得される音を用いる六つのパターンと、三個のマイクのセットを用いる四つのパターンと、四個のマイクのセットを用いる一つのパターンとが含まれ得る。
In the present embodiment, as described above, three
したがって、電子機器1に設けられる三個以上であるN個のマイクを用いて取得された音を用いて、ターゲット周波数を選択するようにビームフォーミング処理を行うことにより、N種類以上の指向性パターン(N個以上のターゲット周波数)の音を取得できる。ターゲット周波数は、例えば、低周波数帯域と高周波数帯域の二種類、あるいは低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域の三種類である。電子機器1は、取得された音を用いて、対象機器5の異常を検知できる。
Therefore, by performing beamforming processing so as to select a target frequency using sounds acquired by using three or more N microphones provided in the
図3は、電子機器1のシステム構成の例を示す。この電子機器1は、CPU101、主メモリ102、不揮発性メモリ103、オーディオコントローラ104、ディスプレイコントローラ105、通信インターフェース106等を備える。
FIG. 3 shows an example of the system configuration of the
CPU101は、電子機器1内の様々なコンポーネントの動作を制御する。CPU101は、ストレージデバイスである不揮発性メモリ103から主メモリ102にロードされる様々なプログラムを実行する。これらプログラムには、オペレーティングシステム(OS)102A、及び様々なアプリケーションプログラムが含まれている。アプリケーションプログラムには、異常検知プログラム102Bが含まれている。この異常検知プログラム102Bは、対象機器5が発する音を収集するための命令群、音に基づいて対象機器5の異常を検知するための命令群、録音のための命令群、収集された音や検知された異常に関する情報を出力するための命令群、等を含む。
The
オーディオコントローラ104は各マイク21,22,23を制御する。オーディオコントローラ104は、例えば、各マイク21,22,23のオン又はオフ、あるいは各マイク21,22,23から音声信号を取得するか否かを制御する。また、各マイク21,22,23が、集音特性が異なる複数のモードを有している場合には、使用されるモードを切り替えることもできる。この複数のモードは、例えば、低い周波数を中心(極)とする低周波数帯域の集音に適した低周波数モードと、高い周波数を中心とする高周波数帯域の集音に適した高周波数モードとを含む。
The
ディスプレイコントローラ105はディスプレイ105Aを制御する。このディスプレイコントローラ105によって生成される表示信号はディスプレイ105Aに送られる。ディスプレイ105Aは、表示信号に基づいて画面イメージを表示する。ディスプレイ105Aは、電子機器1に内蔵されていてもよいし、各種のインターフェースを介して電子機器1に接続された外部ディスプレイであってもよい。
The
通信インターフェース106は、有線又は無線通信を実行するように構成されたデバイスである。通信インターフェース106は、信号を送信する送信部と信号を受信する受信部とを含む。通信インターフェース106を介したデータ伝送により、対象機器5から収集された音に関する情報や対象機器5の異常等を管理者が利用する端末等に通知することができる。
図4を参照して、異常検知プログラム102Bの機能構成について説明する。異常検知プログラム102Bは、ビームフォーミング(BF)制御部31、ビームフォーミング処理部32、録音部33、算出部34、表示制御部35、及び異常検知部36を備える。
The functional configuration of the
ビームフォーミング制御部31は、検知しようとする異常の種別に応じたビームフォーミング処理が行われるように、ビームフォーミング処理部32を制御する。ビームフォーミング制御部31は、異常の種別に応じて、動作させるマイクと、ビームフォーミング処理部32で使用されるチャネル(周波数帯域)を切り替える。
The
より具体的には、ビームフォーミング制御部31は、異常の種別に応じて、例えば、マイク21,22,23の内、使用されるマイクを選択するために、各マイク21,22,23のオン又はオフを制御する。なお、ビームフォーミング制御部31は、各マイク21,22,23による集音で得られる音声データの内、ビームフォーミング処理部32で使用される音声データを選択するようにしてもよい。
More specifically, the
ビームフォーミング制御部31は、異常の種別に応じて、ビームフォーミング処理部32によるビームフォーミング処理のターゲット周波数(周波数帯域)を制御する。ビームフォーミング制御部31は、異常の種別に応じて、ターゲット周波数を、例えば、低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域のいずれか一つに設定する。
The
対象機器5に生じる異常は、一般に、異常の種類や異常が生じている部位のような異常の種別に応じて、異なる周波数特性を有する。このことから、電子機器1は、例えば、ある周波数帯域の音声データを用いて第1種別の異常を検知でき、また別の周波数帯域の音声データを用いて、第1種別の異常とは異なる第2種別の異常を検知できる。つまり、複数の周波数帯域の音声データを、異常の検知に関する異なる用途にそれぞれ利用することができる。
The abnormality that occurs in the target device 5 generally has different frequency characteristics depending on the type of abnormality and the type of abnormality such as the site where the abnormality occurs. From this, the
図5は、対象機器5の異常を検知するために電子機器1に設定されるモードに関するモード情報の一構成例を示す。ここでは、各モードにおいて、三つのマイク21,22,23の内の二つのマイクを用いて、ある周波数帯域の音声が検知される場合について例示する。モード情報は、複数のモードに対応する複数のレコードを含む。各レコードは、例えば、第1マイク、第2マイク、第3マイク、マイク間距離、ターゲット周波数、及び用途を含む。
FIG. 5 shows a configuration example of mode information regarding a mode set in the
あるモードに対応するレコードにおいて、「第1マイク」は、そのモードにおいて、第1マイク21がオン状態に設定されるか、それともオフ状態に設定されるかを示す。「第1マイク」がオン状態を示す場合、第1マイク21は、集音可能であり、したがって、第1マイク21による集音で得られた音声信号(音声データ)が利用できるように設定される。また、「第1マイク」がオフ状態を示す場合、第1マイク21は、集音不能であるか、あるいは第1マイク21による集音で得られた音声信号(音声データ)が利用できないように設定され得る。同様に、「第2マイク」は、そのモードにおいて、第2マイク22のオン状態に設定されるか、それともオフ状態に設定されるかを示す。また、「第3マイク」は、そのモードにおいて、第3マイク23がオン状態に設定されるか、それともオフ状態に設定されるかを示す。図5に示す例では、各モードにおいて、「第1マイク」、「第2マイク」、及び「第3マイク」の内のいずれか二つがオン状態に設定されている。
In a record corresponding to a mode, the "first microphone" indicates whether the
「マイク間距離」は、そのモードで使用されるマイク間の距離を示す。「マイク間距離」は、例えば、そのモードにおいてオン状態に設定された二つのマイク間の距離を示す。 "Distance between microphones" indicates the distance between microphones used in that mode. The "distance between microphones" indicates, for example, the distance between two microphones set to the on state in the mode.
「ターゲット周波数」は、そのモードにおいて、対象機器5の異常検知のために生成される音声データで示される音声信号の周波数帯域を示す。つまり、対象機器5の異常検知のために生成される音声データは、「ターゲット周波数」に示される周波数帯域の信号成分を含むように生成される。例えば、オン状態であるマイクにより取得された音声データに、バンドパスフィルタ(BPF)をかけることにより、ターゲットとされる周波数帯域の信号成分を抽出することができる。なお、当該音声データは、対象機器5が存在する方向への指向性を有している。 The "target frequency" indicates the frequency band of the voice signal indicated by the voice data generated for detecting the abnormality of the target device 5 in the mode. That is, the voice data generated for detecting the abnormality of the target device 5 is generated so as to include the signal component of the frequency band indicated by the “target frequency”. For example, by applying a bandpass filter (BPF) to the audio data acquired by the microphone in the on state, the signal component of the target frequency band can be extracted. The voice data has directivity in the direction in which the target device 5 exists.
「用途」は、そのモードの用途を示す。「用途」は、例えば、そのモードにより検知される異常の種別を示す。異常が検知された場合には、例えば、この「用途」に示される内容を管理者等に通知することができる。 "Use" indicates the use of the mode. “Use” indicates, for example, the type of abnormality detected by the mode. When an abnormality is detected, for example, the content shown in this "use" can be notified to the administrator or the like.
ビームフォーミング制御部31は、例えば、電子機器1をいずれか一つのモードに設定し、そのモードに対応するモード情報のレコードに従って、上述したようにビームフォーミング処理部32を制御し得る。
The
ビームフォーミング処理部32は、ビームフォーミング制御部31による制御の下、二つ以上のマイクで得られた二つ以上の音声データを用いてビームフォーミング処理を行う。より具体的には、まず、ビームフォーミング処理部32は、各音声データにバンドパスフィルタ(BPF)をかけることにより、ターゲットの周波数帯域の音声データを抽出する。そして、ビームフォーミング処理部32は、抽出された音声データを用いて、対象機器5が存在する方向への指向性を有する音声データを生成する。
The
なお、ビームフォーミング処理部32は、二つ以上のマイクで得られた二つ以上の音声データを用いて、対象機器5が存在する方向への指向性を有する音声データを生成した後に、その生成された音声データに上述のバンドパスフィルタをかけることにより、ターゲットの周波数帯域の音声データを抽出してもよい。
The
このような構成により、ビームフォーミング処理部32は、対象機器5が存在する方向への指向性を有する、ターゲットの周波数帯域の音声データを取得することができる。
With such a configuration, the
録音部33は、取得された音声データを、波形データを含むファイル(例えば、WAV形式のファイル)として、不揮発性メモリ103等の記憶媒体に格納することができる。なお、録音部33は、各マイク21,22,23による集音で得られた音声データをそのまま、波形データを含むファイルとして記憶媒体に格納してもよい。録音部33は、例えば、第1マイク21により収集された音と、第2マイク22により収集された音と、第3マイク23により収集された音と、高周波数帯の集音結果と、中周波数帯の集音結果と、低周波数帯の集音結果とのうちの、少なくともいずれか一つを記憶媒体に記憶させることができる。
The
算出部34は、ビームフォーミング処理部32により取得された音声データ、又は各マイク21,22,23による集音で得られた音声データを解析することにより、音声データに関する各種のパラメータを算出する。このパラメータには、例えば、第1マイク21、第2マイク22、及び第3マイク23のうちの少なくとも一つにより収集された音のパワーと、高周波数帯、中周波数帯、及び低周波数帯のうちの一つの集音結果についての特定の周波数帯のパワーとスペクトルとが含まれる。より具体的には、パラメータには、少なくとも一つのマイク21,22,23により収集された全周波数帯域での音のパワー、ユーザが指定した特定の周波数帯域(ターゲット周波数)の音のパワー、短時間の周波数スペクトル等が含まれる。算出部34は、パワーとして、例えば、音声データに含まれる、ある区間の信号の振幅の二乗の累積和のような、振幅に基づく値を算出する。また、算出部34は、ビームフォーミング処理部32により取得された音声データに含まれる、ある区間の信号にフーリエ変換(例えば、FFT)を施すことにより、周波数スペクトルを算出する。
The
表示制御部35は、算出部34により算出されたパラメータの内、少なくともいずれか一つを、ディスプレイコントローラ105を介して、ディスプレイ105Aの画面に表示する。パラメータは、例えば、数値、メータ、グラフ等の様々な表示形態で、リアルタイムで画面に表示される。例えば、パラメータの内、音のパワーが表示されることにより、対象機器5のセンシングが行われていることや対象機器5が動作していることをユーザに通知できる。また、周波数スペクトルは、ビームフォーミング処理部32により取得された音声データの周波数特性を示すので、その周波数スペクトルが表示されることにより、ターゲット周波数の信号がセンシングできていることをユーザに通知することができる。
The
異常検知部36は、ビームフォーミング処理部32により取得された音声データを用いて、対象機器5の異常を検知する。異常検知部36は、例えば、事前に集音された、対象機器5の正常稼働時の音声データを学習することにより、ある音声データが、対象機器5の正常な稼働音を示しているか、それとも異常な稼働音を示しているかを識別する識別器を生成する。異常検知部36は、この識別器を用いて、ビームフォーミング処理部32により取得された音声データが、対象機器5の正常な稼働音を示しているか、それとも異常な稼働音を示しているかを識別することにより、対象機器5の異常を検知する。機械学習及び識別の例については、図10及び図11を参照して後述する。
The
また、異常検知部36は、例えば、音声データをフーリエ変換することにより、パワースペクトルを取得し、第1期間における、音声データのパワースペクトルの変化に基づいて、対象機器5の異常を検知してもよい。異常検知部36は、例えば、パワースペクトルの変化量や特定の周波数帯域の変化量が閾値以上である場合に、対象機器5に異常が発生していると判断する。
Further, the
異常検知部36は、検知された異常に関する情報をユーザに通知する。この情報は、検知された異常に応じて異なり、その異常の種別や、その異常への対処等を示す。また、この情報は、表示制御部35によってディスプレイ105Aの画面に表示されてもよいし、異常検知部36によって、通信インターフェース106を介して管理者が使用するコンピュータ等に送信されてもよい。
The
図5には、三つの種別の異常を検知するために、第1モードと第2モードと第3モードとが規定される一例が示されている。ここでは、より低い周波数帯域で対象機器5の異常が検知されるほど、その異常が重大であるという特性を有する場合を例示している。 FIG. 5 shows an example in which a first mode, a second mode, and a third mode are defined in order to detect three types of abnormalities. Here, a case is illustrated in which the abnormality is so serious that the abnormality of the target device 5 is detected in a lower frequency band.
第1モードでは、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32は、マイク間距離が3cmである第1マイク21と第3マイク23とを用いて集音された音声データを用いて、対象機器5への指向性を有する6kHzから12kHzの周波数帯域(低周波数帯域)の音声データを生成する。異常検知部36は、生成された音声データを用いて対象機器5の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合、故障状態の通知や部品交換の早急な実施が促される。
In the first mode, the
第2モードでは、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32は、マイク間距離が2cmである第2マイク22と第3マイク23とを用いて集音された音声データを用いて、対象機器5への指向性を有する12kHzから18kHzの周波数帯域(中周波数帯域)の音声データを生成する。異常検知部36は、生成された音声データを用いて対象機器5の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合、故障検知の通知や部品手配が促される。
In the second mode, the
第3モードでは、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32は、マイク間距離が1cmである第1マイク21と第2マイク22とを用いて集音された音声データを用いて、対象機器5への指向性を有する18kHzから24kHzの周波数帯域(高周波数帯域)の音声データを生成する。異常検知部36は、生成された音声データを用いて対象機器5の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合、故障の予兆を早期に見つけたことになるので、故障予兆の通知や部品交換の予算化が促される。
In the third mode, the
このように、異常検知部36は、低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域の少なくとも一つの集音結果を用いて、対象機器5の異常を検知する。異常検知部36は、低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域の内のいずれか一つの集音結果を用いて、対象機器5の異常が検知された場合、対象機器5の第1種別の異常と検知する。また、異常検知部36は、低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域の内の、上記のいずれか一つとは異なる別の一つの集音結果を用いて、対象機器5の異常が検知された場合、対象機器5の、第1種別とは異なる第2種別の異常と検知する。
In this way, the
上述した三つのモードは、例えば、ビームフォーミング制御部31によって、高い周波数を対象とするモードから順に動的に切り替えられ、ある周波数帯域を対象とするモードで異常が検知された場合には、その周波数帯域よりも低い周波数帯域を対象とするモードに切り替えられる。つまり、高周波数帯域を対象とする第3モードで異常が検知された場合に、中周波数帯域を対象とする第2モードに切り替えられ、さらにこの第2モードで異常が検知された場合に、低周波数帯域を対象とする第1モードに切り替えられる。この場合、例えば、異常検知部36は、第3モードで異常が検知されたことをビームフォーミング制御部31に通知し、ビームフォーミング制御部31は、この通知に応じて、ビームフォーミング処理部32の動作を第2モードに切り替えるように制御する。また、異常検知部36は、第2モードで異常が検知されたことをビームフォーミング制御部31に通知し、ビームフォーミング制御部31は、この通知に応じて、ビームフォーミング処理部32の動作を第1モードに切り替えるように制御する。これにより、劣化の重症度が低いモードから順に異常検知の有無を判断することができる。
The three modes described above are dynamically switched, for example, by the
より具体的には、異常検知部36は、低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域の内、最初に高周波数帯域の音声から異常が検知された後、中周波数帯域又は低周波数帯域の音声から異常が検知された場合、対象機器5の第3種別の異常と検知する。また、異常検知部36は、低周波数帯域と中周波数帯域と高周波数帯域の内、最初に中周波数帯域又は低周波数帯域の音声から異常が検知された場合、対象機器5の、第3種別の異常とは異なる第4種別の異常と検知する。第1乃至第4種別の少なくとも一つは、例えば、故障の予兆、故障状態、及び余寿命の長さの違いのいずれか一つを示す。また、第1乃至第4種別の異常の少なくとも一つは、対象機器5に設けられる第1部材の故障、対象機器5に設けられる第2部材の故障、第1部材の故障原因、及び第1部材の故障原因の違いのいずれか一つを示していてもよい。
More specifically, the
つまり、図6に示すように、一つのターゲット周波数帯域の音声データを用いて、一つの種別の異常を判別することができる。異常の種別は、例えば、劣化の重症度に応じた故障モードとして表される。図6に示す三つの故障モードは、目的音に対して鋭い指向性を持つことが望まれる点で共通しているが、ターゲットとする周波数帯域は異なる。そのため、マイク間距離を変えてビームフォーミング処理を変えることにより、ターゲットとする周波数帯域毎に鋭い指向性の音声データを取得することができる。このような音声データを用いることにより、より精度が高い異常検知を実現することができる。 That is, as shown in FIG. 6, one type of abnormality can be discriminated by using the voice data of one target frequency band. The type of abnormality is represented, for example, as a failure mode according to the severity of deterioration. The three failure modes shown in FIG. 6 are common in that they are desired to have sharp directivity with respect to the target sound, but the target frequency bands are different. Therefore, by changing the beamforming process by changing the distance between the microphones, it is possible to acquire audio data with sharp directivity for each target frequency band. By using such voice data, it is possible to realize more accurate abnormality detection.
次いで、図7は、第1モードで、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32により取得される音声信号(音声データ)の指向性の例を示す。ここでは、マイク間距離が3cmである第1マイク21と第3マイク23とを用いて得られた音声信号にビームフォーミング処理を施した場合の6kHzの音声信号の信号到来方向(角度)とゲインとの関係41を示している。なお、ビームフォーミング処理には、例えば、遅延和アレー方式が用いられる。
Next, FIG. 7 shows an example of the directivity of the voice signal (voice data) acquired by the
図7に示すように、この音声信号は、目的音(目標信号)の到来方向である0度でゲインが最大となる鋭い指向性を有している、すなわち、0度に、特に感度の高い方向であるビーム(ローブ)を有している。目的音は、例えば、対象機器5の稼働音である。したがって、ビームフォーミング処理により、ビームが目的音方向にステアリングされ、音声信号に含まれる目的音を強調することができている。 As shown in FIG. 7, this audio signal has a sharp directivity in which the gain is maximized at 0 degrees, which is the direction of arrival of the target sound (target signal), that is, the sensitivity is particularly high at 0 degrees. It has a beam (lobe) that is directional. The target sound is, for example, the operating sound of the target device 5. Therefore, by the beamforming process, the beam is steered in the direction of the target sound, and the target sound included in the audio signal can be emphasized.
このように、第1モードでは、6kHzを含む低周波数帯域で鋭い指向性を有する音声信号を取得することができる。 As described above, in the first mode, it is possible to acquire an audio signal having sharp directivity in a low frequency band including 6 kHz.
次いで、図8及び図9は、第3モードで、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32により、取得される音声信号の指向性の例を示す。
Next, FIGS. 8 and 9 show an example of the directivity of the audio signal acquired by the
まず、図8は、マイク間距離が1cmである第1マイク21と第2マイク22とを用いて得られた音声信号にビームフォーミング処理を施した場合の18kHzの音声信号の信号到来方向(角度)とゲインとの関係42を示している。図8に示すように、この音声信号は、目的音の到来方向である0度でゲインが最大となる鋭い指向性を有している、つまり、0度に、特に感度の高い方向であるビームを有している。したがって、ビームフォーミング処理により、ビームが目的音方向にステアリングされ、音声信号に含まれる目的音を強調することができている。
First, FIG. 8 shows the signal arrival direction (angle) of the 18 kHz audio signal when the audio signal obtained by using the
次に、図9は、マイク間距離が1cmである第1マイク21と第2マイク22とを用いて得られた音声信号にビームフォーミング処理を施した場合の24kHzの音声信号の信号到来方向(角度)とゲインとの関係43を示している。図9に示すように、この音声信号は、目的音の到来方向である0度でゲインが最大となる鋭い指向性を有している、つまり、0度に、特に感度の高い方向であるビームを有している。なお、90度及び−90度付近でもゲインが高くなっているが、0度方向の場合のゲインとは差があるので、音声信号に含まれる目的音を十分に強調できていると云える。
Next, FIG. 9 shows the signal arrival direction of the 24 kHz audio signal when the audio signal obtained by using the
このように、第3モードでは、18kHz及び24kHzを含む高周波数帯域で鋭い指向性を有する音声信号を取得することができる。 As described above, in the third mode, it is possible to acquire an audio signal having sharp directivity in a high frequency band including 18 kHz and 24 kHz.
次いで、図10は、異常検知部36による異常検知に用いられる機械学習及び識別の例を示す。異常検知部36は、事前に、対象機器5の正常時の音声データを用いて学習し、対象機器5の異常の有無を識別する識別器を生成する。異常検知部36は、この学習により、例えば、正常時の音声データに含まれる一つ以上の特徴量を用いて、ある音声が正常音と判定されるべき識別境界面51を決定する。
Next, FIG. 10 shows an example of machine learning and identification used for abnormality detection by the
この識別境界面51内に位置する特徴量52を有する音声が対象機器5から取得された場合、異常検知部36は対象機器5が正常であると判断する。識別境界面51の外部に位置する特徴量53を有する音声が対象機器5から取得された場合、異常検知部36は対象機器5が異常であると判断する。異常検知部36は、識別境界面51からこの特徴量53までの距離に基づいて、対象機器5の劣化度を推定することもできる。異常検知部36は、例えば、距離が大きいほど、劣化度(異常の程度)が大きいと推定する。
When the voice having the
また、図11は、異常検知に用いられるオートエンコーダ(Auto−Encoder)の例を示す。異常検知部36は、対象機器5の正常時の音声データを用いて、正常パターンを学習し、正常パターンを再現可能なネットワークが構成されたオートエンコーダ55を生成する。オートエンコーダ55は、例えば、入力層と中間層と出力層の三層構造であるネットワークを有している。正常な音声(正常パターン)54が入力された場合、オートエンコーダ55は、正常パターンを学習しているため、出力としてその正常な音声56を再現することができる。一方、異常な音声(異常パターン)57が入力された場合、オートエンコーダ55は、異常パターンを学習していないため、出力としてその異常な音声57を再現することができず、入力とは異なる音声58を出力する。
Further, FIG. 11 shows an example of an autoencoder (Auto-Encoder) used for abnormality detection. The
このようなオートエンコーダ55の特性を利用して、異常検知部36は、入力された音声と出力された音声(すなわち、再現された音声)とのデータの類似度に基づき、対象機器5の異常の有無を判定する。異常検知部36は、例えば、類似度が閾値以上である場合に、対象機器5が正常であると判断し、類似度が閾値未満である場合に、対象機器5が異常であると判断する。異常検知部36は、類似度が低いほど、劣化度(異常の程度)が大きいと推定することもできる。
Utilizing such characteristics of the
なお、図10に示した識別器や図11に示したオートエンコーダは、電子機器1とは別の機器(別のコンピュータ等)で生成されてもよい。電子機器1の異常検知部36に、その別の機器で生成された識別器やオートエンコーダの機能(命令群)を組み込むことにより、異常検知部36は、対象機器5の音声から異常の有無を判定することができる。
The classifier shown in FIG. 10 and the autoencoder shown in FIG. 11 may be generated by a device other than the electronic device 1 (another computer or the like). By incorporating the function (instruction group) of the classifier or autoencoder generated by the other device into the
次いで、図12のフローチャートを参照して、電子機器1によって実行される異常検知処理の手順の例を説明する。この異常検知処理は、例えば、電子機器1のCPU101が異常検知プログラム102Bに含まれる命令群を実行することにより実現される。
Next, an example of the procedure of the abnormality detection process executed by the
まず、高周波数帯域の音声を用いて対象機器5の異常を検知するための第3モードにおいて、CPU101は、第1マイク21を用いた集音により第1音声データを取得すると共に、第2マイク22を用いた集音により第2音声データを取得する(ステップS101)。CPU101は、これら第1音声データと第2音声データとを用いて、対象機器5が存在する方向への指向性を有する高周波数帯域の音声データを生成する(ステップS102)。CPU101は、例えば、第1音声データと第2音声データとを用いたビームフォーミング処理により、対象機器5が存在する方向への指向性を有する高周波数帯域の音声データを生成する。
First, in the third mode for detecting an abnormality in the target device 5 using the voice in the high frequency band, the
CPU101は、取得された高周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する(ステップS103)。CPU101は、例えば、対象機器5の正常稼働時の高周波数帯域の音声データを用いた機械学習により生成された、異常の有無を識別する識別器を利用する。CPU101は、この識別器を用いることにより、取得された高周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する。異常がない場合(ステップS103のNO)、CPU101は処理を終了する。
The
異常がある場合(ステップS103のYES)、CPU101は、故障予兆や部品交換の予算化を通知する(ステップS104)。なお、CPU101は、高周波数帯域で異常が検知されたことを通知してもよい。CPU101は、ディスプレイ105Aの画面上への表示や、通信インターフェース106を介した管理者が利用する端末への情報の送信により、この通知を実現し得る。
If there is an abnormality (YES in step S103), the
そして、CPU101は、中周波数帯域の音声を用いて対象機器5の異常を検知するための第2モードに移行し、第2マイク22を用いた集音により第3音声データを取得すると共に、第3マイク23を用いた集音により第4音声データを取得する(ステップS105)。CPU101は、これら第3音声データと第4音声データとを用いて、対象機器5が存在する方向への指向性を有する中周波数帯域の音声データを生成する(ステップS106)。CPU101は、例えば、第3音声データと第4音声データとを用いたビームフォーミング処理により、対象機器5が存在する方向への指向性を有する中周波数帯域の音声データを生成する。
Then, the
CPU101は、取得された中周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する(ステップS107)。CPU101は、例えば、対象機器5の正常稼働時の中周波数帯域の音声データを用いた機械学習により生成された、異常の有無を識別する識別器を利用する。CPU101は、この識別器を用いることにより、取得された中周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する。異常がない場合(ステップS107のNO)、CPU101は処理を終了する。
The
異常がある場合(ステップS107のYES)、CPU101は、故障検知や部品手配を通知する(ステップS108)。なお、CPU101は、中周波数帯域で異常が検知されたことを通知してもよい。
If there is an abnormality (YES in step S107), the
そして、CPU101は、低周波数帯域の音声を用いて対象機器5の異常を検知するための第1モードに移行し、第1マイク21を用いた集音により第5音声データを取得すると共に、第3マイク23を用いた集音により第6音声データを取得する(ステップS109)。CPU101は、これら第5音声データと第6音声データとを用いて、対象機器5が存在する方向への指向性を有する低周波数帯域の音声データを生成する(ステップS110)。CPU101は、例えば、第5音声データと第6音声データとを用いたビームフォーミング処理により、対象機器5が存在する方向への指向性を有する低周波数帯域の音声データを生成する。
Then, the
CPU101は、取得された低周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する(ステップS111)。CPU101は、例えば、対象機器5の正常稼働時の低周波数帯域の音声データを用いた機械学習により生成された、異常の有無を識別する識別器を利用する。CPU101は、この識別器を用いることにより、取得された低周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する。異常がない場合(ステップS111のNO)、CPU101は処理を終了する。
The
異常がある場合(ステップS111のYES)、CPU101は、故障状態や部品交換の実施を通知する(ステップS112)。なお、CPU101は、低周波数帯域で異常が検知されたことを通知してもよい。
If there is an abnormality (YES in step S111), the
以上により、鋭い指向性を有する周波数帯毎の音を安価なハードウェアで取得でき、またその音声を用いて、対象機器5の異常を精度良く検知することができる。なお、上述した例では、一つのターゲット周波数帯域の音声を用いて一つの種別の異常の有無を判定する例を示したが、複数のターゲット周波数帯域の音声を用いて一つの種別の異常の有無を判定してもよい。 As described above, the sound for each frequency band having sharp directivity can be acquired by inexpensive hardware, and the abnormality of the target device 5 can be detected with high accuracy by using the sound. In the above-mentioned example, the presence / absence of one type of abnormality is determined by using the voice of one target frequency band, but the presence / absence of one type of abnormality is determined by using the voice of a plurality of target frequency bands. May be determined.
図13は、複数の周波数帯域の音声を用いて一つの種別の異常の有無が判定される例を示す。例えば、異常検知部36は、低周波数帯域の音声と中周波数帯域の音声とを用いて、対象機器5の歯車の異常の有無を判定する。異常検知部36は、中周波数帯域の音声と高周波数帯域の音声とを用いて、対象機器5の軸受けの異常の有無を判定する。異常検知部36は、低周波数帯域の音声と高周波数帯域の音声とを用いて、対象機器5のモータの異常の有無を判定する。また、異常検知部36は、低周波数帯域の音声と中周波数帯域の音声と高周波数帯域の音声とを用いて、対象機器5のシステムの異常の有無を判定する。
FIG. 13 shows an example in which the presence or absence of one type of abnormality is determined using voices in a plurality of frequency bands. For example, the
異常検知部36は、時分割で(例えば、一分間毎に)、判定する異常の種別(故障モード)を切り替える。異常検知部36は、例えば、システムの異常を判定する故障モードと、モータの異常を判定する故障モードと、軸受けの異常を判定する故障モードと、歯車の異常を判定する故障モードとを、時分割で切り替えることにより、各故障モード(種別)の異常を順に判定する。
The
このような場合に、電子機器1によって実行される異常検知処理の手順の例を、図14のフローチャートを参照して説明する。ここでは、異常検知処理の開始時に、電子機器1が異常(故障)を検知するためのある故障モードに設定されていることを想定する。
In such a case, an example of the procedure of the abnormality detection process executed by the
まず、設定されている故障モードにおいて、CPU101は、その故障モードに対応するマイクを用いた集音により音声データを取得する(ステップS21)。CPU101は、例えば、第1マイク21を用いた集音による第1音声データと、第2マイク22を用いた集音による第2音声データと、第3マイク23を用いた集音による第3音声データとの内の少なくとも二つを取得する。
First, in the set failure mode, the
CPU101は、取得された少なくとも二つの音声データを用いて、対象機器5が存在する方向への指向性を有する、現在の故障モードに対応する一つ以上の周波数帯域の音声データを生成する(ステップS22)。例えば、CPU101は、第1音声データと第2音声データとを用いたビームフォーミング処理により、対象機器5が存在する方向への指向性を有する高周波数帯域の音声データを生成する。CPU101は、第2音声データと第3音声データとを用いたビームフォーミング処理により、対象機器5が存在する方向への指向性を有する中周波数帯域の音声データを生成する。また、CPU101は、第1音声データと第3音声データとを用いたビームフォーミング処理により、対象機器5が存在する方向への指向性を有する低周波数帯域の音声データを生成する。
The
CPU101は、生成された周波数帯域毎の音声データの内、現在の故障モードに対応する一つ以上の周波数帯域の音声データを用いて、対象機器5の異常の有無を判定する(ステップS23)。
The
例えば、図13に示したシステムの異常を検知するための故障モードでは、CPU101は、低周波数帯域、中周波数帯域、及び高周波数帯域の各音声データを生成し、それら音声データを用いて対象機器5のシステムの異常の有無を判定する。CPU101は、例えば、対象機器5の正常稼働時の各周波数帯域の音声データを用いた機械学習により生成された、システムの異常の有無を識別する識別器を利用する。CPU101は、この識別器を用いることにより、取得された三つの周波数帯域の音声データを用いて、システムの異常の有無を判定する。
For example, in the failure mode for detecting an abnormality in the system shown in FIG. 13, the
また、歯車の異常を検知するための故障モードでは、CPU101は、低周波数帯域の音声データと中周波数帯域の音声データとを生成し、それら音声データを用いて、対象機器5に設けられた歯車の異常の有無を判定する。CPU101は、例えば、対象機器5の正常稼働時の低周波数帯域の音声データと中周波数帯域の音声データとを用いた機械学習により生成された、歯車の異常の有無を識別する識別器を利用する。CPU101は、この識別器を用いることにより、取得された低周波数帯域の音声データと中周波数帯域の音声データとを用いて、歯車の異常の有無を判定する。
Further, in the failure mode for detecting an abnormality of the gear, the
異常がある場合(ステップS23のYES)、CPU101は、現在の故障モードに対応する異常やその対処法を通知する(ステップS24)。CPU101は、ディスプレイ105Aの画面上への表示や、通信インターフェース106を介した管理者が利用する端末への情報の送信により、この通知を実現し得る。
If there is an abnormality (YES in step S23), the
一方、異常がない場合(ステップS23のNO)、ステップS24の手順がスキップされる。 On the other hand, if there is no abnormality (NO in step S23), the procedure in step S24 is skipped.
次いで、CPU101は、現在の故障モードに移行してから第1時間が経過したか否かを判定する(ステップS25)。第1時間が経過していない場合(ステップS25のNO)、ステップS21の手順に戻る。これにより、現在の故障モードでの異常検知処理が続行される。
Next, the
第1時間が経過した場合(ステップS25のYES)、CPU101は、別の故障モードに移行する(ステップS26)。そして、CPU101は、移行後の故障モードでの異常の検知に用いられるマイクと周波数帯域とを設定し(ステップS27)、ステップS21の手順に戻る。これにより、その移行後の故障モードでの異常検知処理が開始される。
When the first time has elapsed (YES in step S25), the
したがって、CPU101は、判定する異常の内容がそれぞれ異なる複数の故障モードに対応する複数の異常検知処理を、第1時間毎の時分割で実行できる。異常の内容は、例えば、種類、部品、又は異常の程度、あるいはそれらの組み合わせとして規定され得る。なお、複数の故障モードには、一つのターゲット周波数帯域の音声を用いてある種別の異常の有無を判定するモードと、複数のターゲット周波数帯域の音声を用いて別の種別の異常の有無を判定するモードとが混在していてもよい。
Therefore, the
以上の構成により、鋭い指向性を有する周波数帯毎の音を安価なハードウェアで取得することができる。本実施形態の電子機器1は、例えば、三つのマイクで、三つの指向性パターン(三つのターゲット周波数)で、ターゲット周波数を切り替えて、鋭い指向性、且つ高いSN比で、対象機器5の稼働音を収集できる。そして、電子機器1は、このような稼働音を用いて、対象機器5の異常の有無を判断できる。したがって、電子機器1は、安価なハードウェア構成で、対象機器5の方向に対して鋭い指向性を有する周波数帯毎の音声を取得でき、またその音声から精度良く対象機器5の異常を検知することができる。
With the above configuration, it is possible to acquire sound for each frequency band having sharp directivity with inexpensive hardware. The
(第2実施形態)
図15は、第2実施形態に係るシステムの機能構成の例を示す。本システムも、第1実施形態と同様に、電子機器1として実現され得る。また、この電子機器1は、第1実施形態において上述した外観、構成、機能等を有し得る。以下では、第1実施形態の電子機器1とは相違する点について主に説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 15 shows an example of the functional configuration of the system according to the second embodiment. This system can also be realized as an
第2実施形態の電子機器1に設けられるマイク21,22,23は、集音する信号の周波数特性を切り替える機能を有している。図15に示すように、マイク21,22,23には、集音する信号の周波数特性を切り替えるためのマイク設定部21A,22A,23Aをそれぞれ設けられている。各マイク21,22,23は、集音特性が異なる複数のモードを有する。マイク設定部21A,22A,23Aは、対応する各マイク21,22,23で使用されるモードを切り替えることができる。複数のモードは、例えば、低い周波数を中心(極)とする低周波数帯域の集音に適した低周波数モードと、高い周波数を中心とする高周波数帯域の集音に適した高周波数モードとを含む。
The
また、電子機器1上で実行される異常検知プログラム102Bは、ビームフォーミング(BF)制御部31、ビームフォーミング処理部32、録音部33、算出部34、表示制御部35、及び異常検知部36に加えて、マイクモード制御部37を備えている。ビームフォーミング制御部31は、対象機器5の異常の有無を判定するためのターゲット周波数をマイクモード制御部37に出力する。マイクモード制御部37は、このターゲット周波数に応じて、各マイク21,22,23のマイク設定部21A,22A,23Aに対して、マイク21,22,23により集音される信号の周波数特性を切り替えるように要求する。
Further, the
例えば、図16は、マイク21,22,23が、低周波数モード61と高周波数モード62とを切り替える機能を有する場合を示す。低周波数モード61に設定されたマイク21,22,23は、低周波数帯域の音を高いパワーで、すなわち、高い感度で、収集することができる。一方、高周波数モード62に設定されたマイク21,22,23は、高周波数帯域の音を高いパワーで、すなわち、高い感度で、収集することができる。
For example, FIG. 16 shows a case where the
この場合、マイクモード制御部37は、ターゲット周波数に応じて、各マイク21,22,23のマイク設定部21A,22A,23Aに対して、低周波数モード61と高周波数モード62のいずれか一方に設定することを要求する。各マイク設定部21A,22A,23Aは、この要求に応じて、対応するマイク21,22,23を低周波数モード61と高周波数モード62のいずれか一方に設定する。
In this case, the microphone
図17は、三つの種別の異常を検知するために、第1モードと第2モードと第3モードとが規定される一例を示す。 FIG. 17 shows an example in which a first mode, a second mode, and a third mode are defined in order to detect three types of abnormalities.
第1モードでは、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32は、マイク間距離が3cmであり、各々が低周波数モードに設定された第1マイク21と第3マイク23とを用いて集音された音声データを用いて、対象機器5への指向性を有する10kHzの周波数帯域(低周波数帯域)の音声データを生成する。異常検知部36は、生成された音声データを用いて対象機器5の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合、故障状態の通知や部品交換の実施が促される。
In the first mode, the
第2モードでは、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32は、マイク間距離が1.8cmであり、各々が高周波数モードに設定された第2マイク22と第3マイク23とを用いて集音された音声データを用いて、対象機器5への指向性を有する15kHzの周波数帯域(中周波数帯域)の音声データを生成する。異常検知部36は、生成された音声データを用いて対象機器5の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合、故障検知の通知や部品手配が促される。
In the second mode, the
第3モードでは、ビームフォーミング制御部31及びビームフォーミング処理部32は、マイク間距離が1.2cmであり、各々が高周波数モードに設定された第1マイク21と第2マイク22とを用いて集音された音声データを用いて、対象機器5への指向性を有する20kHzの周波数帯域(高周波数帯域)の音声データを生成する。異常検知部36は、生成された音声データを用いて対象機器5の異常の有無を判定する。そして、異常がある場合、故障予兆の通知や部品交換の予算化が促される。
In the third mode, the
各マイク21,22,23が、ターゲット周波数に応じた周波数モードに設定されることにより、マイク21,22,23により集音される音声に含まれる、ターゲット周波数の周波数成分のパワーが高くなる。そのため、対象機器5の異常の有無を高精度に判定することができる。なお、ある一つのモードにおいて使用される二つ以上のマイク21,22,23は全て、低周波数モードと高周波数モードのいずれか一方である同一のモードに設定された方がよい。これは、同一のモードに設定されたマイク21,22,23によって集音された音声を用いることで、異常の有無の判定に適した音声(例えば、目的音への鋭い指向性を有する音声)を得やすいためである。
By setting each
図18のフローチャートは、電子機器1によって実行される異常検知処理の手順の例を示す。この異常検知処理では、第1モード、第2モード、及び第3モードにそれぞれ対応する手順の先頭に、マイク21,22,23をターゲット周波数に応じて低周波数モードと高周波数モードのいずれか一方に設定する手順が含まれている。
The flowchart of FIG. 18 shows an example of the procedure of the abnormality detection process executed by the
より具体的には、第3モードに対応する手順の先頭で、CPU101は、20kHzであるターゲット周波数に応じて、第1マイク21と第2マイク22とをそれぞれ高周波数モードに設定する(ステップS301)。第3モードの以降の手順S302〜S305は、図12のフローチャートを参照して上述した手順S101〜S104と同様である。
More specifically, at the beginning of the procedure corresponding to the third mode, the
そして、第2モードに対応する手順の先頭で、CPU101は、15kHzであるターゲット周波数に応じて、第2マイク22と第3マイク23とをそれぞれ高周波数モードに設定する(ステップS306)。第2モードの以降の手順S307〜S310は、図12のフローチャートを参照して上述した手順S105〜S108と同様である。
Then, at the beginning of the procedure corresponding to the second mode, the
さらに、第1モードに対応する手順の先頭で、CPU101は、10kHzであるターゲット周波数に応じて、第1マイク21と第3マイク23とをそれぞれ低周波数モードに設定する(ステップS311)。第1モードの以降の手順S312〜S315は、図12のフローチャートを参照して上述した手順S109〜S112と同様である。
Further, at the beginning of the procedure corresponding to the first mode, the
以上説明したように、本実施形態によれば、鋭い指向性を有する周波数帯毎の音を安価なハードウェアで取得することができる。システムは、対象機器5により発せられる音を収集するためのシステムであって、第1マイク21と、第1マイク21と第1距離離れた第2マイク22と、第2マイク22と第2距離離れ、かつ、第1マイク21と第3距離離れた第3マイク23とを備える。第1マイク21と第2マイク22とを用いた第1周波数帯の集音の指向性が第1方向である。第2マイク22と第3マイク23とを用いた第2周波数帯の集音の指向性が第2方向である。第1マイク21と第3マイク23とを用いた第3周波数帯の集音の指向性が第3方向である。対象機器5の位置が、第1マイク21と第2マイク22から第1方向の方向であって、第2マイク22と第3マイク23から第2方向の方向であって、第1マイク21と第3マイク23から第3方向の方向となるように、第1マイク21と第2マイク22と第3マイク23と対象機器5の位置関係が定められる。第2距離は、第1距離よりも大きい。第3距離は、第2距離よりも大きい。第2周波数帯は、第1周波数帯よりも低い。第3周波数帯は、第2周波数帯よりも低い。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to acquire sound for each frequency band having sharp directivity with inexpensive hardware. The system is a system for collecting the sound emitted by the target device 5, and is a system for collecting the sound emitted by the target device 5, the
これにより、三つのマイクで、対象機器5への鋭い指向性をそれぞれ有する第1周波数帯の音と第2周波数帯の音と第3周波数帯の音とを取得することができる。 As a result, the sound of the first frequency band, the sound of the second frequency band, and the sound of the third frequency band, which have sharp directivity to the target device 5, can be acquired by the three microphones, respectively.
また、本実施形態に記載された様々な機能の各々は、回路(処理回路)によって実現されてもよい。処理回路の例には、中央処理装置(CPU)のような、プログラムされたプロセッサが含まれる。このプロセッサは、メモリに格納されたコンピュータプログラム(命令群)を実行することによって、記載された機能それぞれを実行する。このプロセッサは、電気回路を含むマイクロプロセッサであってもよい。処理回路の例には、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、マイクロコントローラ、コントローラ、他の電気回路部品も含まれる。本実施形態に記載されたCPU以外の他のコンポーネントの各々もまた処理回路によって実現されてもよい。 Further, each of the various functions described in the present embodiment may be realized by a circuit (processing circuit). Examples of processing circuits include programmed processors such as central processing units (CPUs). This processor executes each of the described functions by executing a computer program (instruction group) stored in the memory. This processor may be a microprocessor including an electric circuit. Examples of processing circuits also include digital signal processors (DSPs), application specific integrated circuits (ASICs), microcontrollers, controllers, and other electrical circuit components. Each of the components other than the CPU described in this embodiment may also be realized by a processing circuit.
また、本実施形態の各種処理はコンピュータプログラムによって実現することができるので、このコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じてこのコンピュータプログラムをコンピュータにインストールして実行するだけで、本実施形態と同様の効果を容易に実現することができる。 Further, since various processes of the present embodiment can be realized by a computer program, the present embodiment and the present embodiment can be obtained only by installing and executing the computer program on a computer through a computer-readable storage medium in which the computer program is stored. A similar effect can be easily achieved.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1…電子機器、11…基板、12,13,14…開口部、15…プロセッサ部、16…メモリ部、21,22,23…マイク、101…CPU、102…主メモリ、102A…OS、102B…異常検知プログラム、103…不揮発性メモリ、104…オーディオコントローラ、105…ディスプレイコントローラ、105A…ディスプレイ、106…通信インターフェース、31…ビームフォーミング制御部、32…ビームフォーミング処理部、33…録音部、34…算出部、35…表示制御部、36…異常検知部、5…対象機器。 1 ... Electronic device, 11 ... Board, 12, 13, 14 ... Opening, 15 ... Processor unit, 16 ... Memory unit, 21, 22, 23 ... Microphone, 101 ... CPU, 102 ... Main memory, 102A ... OS, 102B ... Abnormality detection program, 103 ... Non-volatile memory, 104 ... Audio controller, 105 ... Display controller, 105A ... Display, 106 ... Communication interface, 31 ... Beam forming control unit, 32 ... Beam forming processing unit, 33 ... Recording unit, 34 ... Calculation unit, 35 ... Display control unit, 36 ... Abnormality detection unit, 5 ... Target device.
Claims (17)
第1マイクと、
前記第1マイクと第1距離離れた第2マイクと、
前記第2マイクと第2距離離れ、かつ、前記第1マイクと第3距離離れた第3マイクとを備え、
前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性が第1方向であり、
前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性が第2方向であり、
前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性が第3方向であり、
前記対象物の位置が、
前記第1マイクと前記第2マイクから前記第1方向の方向であって、
前記第2マイクと前記第3マイクから前記第2方向の方向であって、
前記第1マイクと前記第3マイクから前記第3方向の方向となるように、
前記第1マイクと前記第2マイクと前記第3マイクと前記対象物の位置関係が定められ、
前記第2距離は、前記第1距離よりも大きく、
前記第3距離は、前記第2距離よりも大きく、
前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低く
前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低い、システム。 A system for collecting sounds emitted from an object,
With the first microphone
The first microphone and the second microphone separated by the first distance,
A third microphone separated from the second microphone by a second distance and separated from the first microphone by a third distance is provided.
The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone is the first direction.
The directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone is the second direction.
The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is the third direction.
The position of the object is
The direction from the first microphone and the second microphone in the first direction.
From the second microphone and the third microphone in the second direction.
From the first microphone and the third microphone so as to be in the direction of the third direction.
The positional relationship between the first microphone, the second microphone, the third microphone, and the object is determined.
The second distance is larger than the first distance,
The third distance is larger than the second distance,
A system in which the second frequency band is lower than the first frequency band and the third frequency band is lower than the second frequency band.
第1マイクと、
前記第1マイクと第1距離離れた第2マイクと、
前記第2マイクと第2距離離れ、かつ、前記第1マイクと第3距離離れた第3マイクとを備え、
前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性と、前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性と、前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性とが実質的に同じ第1方向であり、
前記第2距離は、前記第1距離よりも大きく、
前記第3距離は、前記第2距離よりも大きく、
前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低く
前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低い、システム。 A system for collecting sounds emitted from an object,
With the first microphone
The first microphone and the second microphone separated by the first distance,
A third microphone separated from the second microphone by a second distance and separated from the first microphone by a third distance is provided.
The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone, and the directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone. The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is substantially the same in the first direction.
The second distance is larger than the first distance,
The third distance is larger than the second distance,
A system in which the second frequency band is lower than the first frequency band and the third frequency band is lower than the second frequency band.
前記第1乃至第3周波数帯のうちの前記いずれか1つとは異なる1つの集音結果を用いて、前記対象物の異常が検知された場合は、前記対象物の前記第1種別とは異なる第2種別の異常と検知する、請求項3に記載のシステム。 When the detection means detects an abnormality of the object by using the sound collection result of any one of the first to third frequency bands, the detection means detects the abnormality as the first type of the object. And
When an abnormality of the object is detected using a sound collection result different from any one of the first to third frequency bands, the object is different from the first type of the object. The system according to claim 3, which detects an abnormality of the second type.
前記第1乃至第3周波数帯のうち最初に前記第1周波数帯により異常が検知された後、前記第2又は第3周波数帯の異常検知がなされた場合に、前記対象物の第3種別の異常と検知し、
前記第1乃至第3周波数帯のうち最初に前記第2又は第3周波数帯により異常が検知された場合に、前記対象物の前記第3種別とは異なる第4種別の異常と検知する請求項4に記載のシステム。 The detection means
When an abnormality is first detected in the first frequency band of the first to third frequency bands and then an abnormality is detected in the second or third frequency band, the third type of the object is described. Detected as abnormal,
Claim that when an abnormality is first detected in the second or third frequency band of the first to third frequency bands, it is detected as a fourth type abnormality different from the third type of the object. The system according to 4.
前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性を第1方向とし、
前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性を第2方向とし、
前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性を第3方向とし、
音を発する対象物の位置を、
前記第1マイクと前記第2マイクから前記第1方向の方向であって、
前記第2マイクと前記第3マイクから前記第2方向の方向であって、
前記第1マイクと前記第3マイクから前記第3方向の方向となるように、
前記第1マイクと前記第2マイクと前記第3マイクと前記対象物の位置関係が定めるものであって、
前記第2距離は、前記第1距離よりも大きく、
前記第3距離は、前記第2距離よりも大きく、
前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低く
前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低く、
前記第1マイクと前記第2マイクと前記第3マイクのうちの少なくとも二つを用いて前記対象物の音を検知する、方法。 By a method using a first microphone, a second microphone that is first distance away from the first microphone, and a third microphone that is second distance away from the second microphone and third distance away from the first microphone. There,
The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone is set as the first direction.
The directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone is set as the second direction.
The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is set as the third direction.
The position of the object that emits sound,
The direction from the first microphone and the second microphone in the first direction.
From the second microphone and the third microphone in the second direction.
From the first microphone and the third microphone so as to be in the direction of the third direction.
The positional relationship between the first microphone, the second microphone, the third microphone, and the object is determined.
The second distance is larger than the first distance,
The third distance is larger than the second distance,
The second frequency band is lower than the first frequency band, and the third frequency band is lower than the second frequency band.
A method of detecting the sound of the object using at least two of the first microphone, the second microphone, and the third microphone.
前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性と、前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性と、前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性とを、実質的に同じ第1方向とし、
前記第2距離は、前記第1距離よりも大きく、
前記第3距離は、前記第2距離よりも大きく、
前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低く
前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低く、
前記第1マイクと前記第2マイクと前記第3マイクのうちの少なくとも二つを用いて対象物の音を検知する、方法。 It is a method of using the first microphone, the second microphone that is first distance away from the first microphone, and the third microphone that is second distance away from the second microphone and third distance away from the first microphone. hand,
The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone, and the directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone. The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is set to substantially the same first direction.
The second distance is larger than the first distance,
The third distance is larger than the second distance,
The second frequency band is lower than the first frequency band, and the third frequency band is lower than the second frequency band.
Detecting the sound of Target product using at least two of said first microphone and said second microphone third microphone, methods.
前記第1乃至第3周波数帯のうちの前記いずれか1つとは異なる1つの集音結果を用いて、前記対象物の異常が検知された場合は、前記対象物の前記第1種別とは異なる第2種別の異常と検知することをさらに含む、請求項13に記載の方法。 When an abnormality of the object is detected using the sound collection result of any one of the first to third frequency bands, it is detected as an abnormality of the first type of the object.
When an abnormality of the object is detected using a sound collection result different from any one of the first to third frequency bands, the object is different from the first type of the object. The method according to claim 13, further comprising detecting an abnormality of the second type.
前記第1乃至第3周波数帯のうち最初に前記第2又は第3周波数帯により異常が検知された場合に、前記対象物の前記第3種別とは異なる第4種別の異常と検知することをさらに含む請求項14に記載の方法。 When an abnormality is first detected in the first frequency band of the first to third frequency bands and then an abnormality is detected in the second or third frequency band, the third type of the object is described. Detected as abnormal,
When an abnormality is first detected in the second or third frequency band of the first to third frequency bands, it is detected as a fourth type abnormality different from the third type of the object. The method of claim 14, further comprising.
前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性が第1方向であり、
前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性が第2方向であり、
前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性が第3方向であり、
前記対象物の位置が、
前記第1マイクと前記第2マイクから前記第1方向の方向であって、
前記第2マイクと前記第3マイクから前記第2方向の方向であって、
前記第1マイクと前記第3マイクから前記第3方向の方向となるように、
前記第1マイクと前記第2マイクと前記第3マイクと前記対象物の位置関係が定められ、
前記第2距離は、前記第1距離よりも大きく、
前記第3距離は、前記第2距離よりも大きく、
前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低く
前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低い、システム。 Using the first microphone, the second microphone that is first distance away from the first microphone, and the third microphone that is second distance away from the second microphone and third distance away from the first microphone. A system for collecting the sound emitted from an object,
The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone is the first direction.
The directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone is the second direction.
The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is the third direction.
The position of the object is
The direction from the first microphone and the second microphone in the first direction.
From the second microphone and the third microphone in the second direction.
From the first microphone and the third microphone so as to be in the direction of the third direction.
The positional relationship between the first microphone, the second microphone, the third microphone, and the object is determined.
The second distance is larger than the first distance,
The third distance is larger than the second distance,
A system in which the second frequency band is lower than the first frequency band and the third frequency band is lower than the second frequency band.
前記第1マイクと前記第2マイクとを用いた第1周波数帯の集音の指向性と、前記第2マイクと前記第3マイクとを用いた第2周波数帯の集音の指向性と、前記第1マイクと前記第3マイクとを用いた第3周波数帯の集音の指向性とが実質的に同じ第1方向であり、
前記第2距離は、前記第1距離よりも大きく、
前記第3距離は、前記第2距離よりも大きく、
前記第2周波数帯は、前記第1周波数帯よりも低く
前記第3周波数帯は、前記第2周波数帯よりも低い、システム。 Using the first microphone, the second microphone that is first distance away from the first microphone, and the third microphone that is second distance away from the second microphone and third distance away from the first microphone. A system for collecting the sound emitted from an object,
The directivity of sound collection in the first frequency band using the first microphone and the second microphone, and the directivity of sound collection in the second frequency band using the second microphone and the third microphone. The directivity of sound collection in the third frequency band using the first microphone and the third microphone is substantially the same in the first direction.
The second distance is larger than the first distance,
The third distance is larger than the second distance,
A system in which the second frequency band is lower than the first frequency band and the third frequency band is lower than the second frequency band.
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