JPH01187478A - 音の発生移動表示方法と音の発生移動監視装置並びにその収音部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音の発生移動表示方法と監視装置並びに監視装
置の収音部に関する。

〔従来の技術〕

従来より音を媒介とした装置が種々開発されこれが各種
分野で利用されていることはよく知られている。例えば
日常においては近年、音の忠実度が飛躍的に向上したコ
ンパクトディスク、あるいは業務用にこれまた広く使わ
れ始めている音声認識技術を使った人の声によるコンピ
ューターへの入力等である。これらの音を利用した従来
技術を第４図の概念図により以下に述べる。第４図（ａ
）はステレオ放送や録音等における様子を示す図であり
、二つのマイク５５を楽団等の音源５０に向は収音する
例である。同図中の破線はマイク５５が収音する領域を
示す。また同図（ｂ）は音声認識の利用技術の一例を示
すものであり、人の声によりコンピュータ等へ入力し、
小菊５４等の効率的な区分は作業を行っている様子を示
す。即ち、作業者は小菊５４に書かれである宛先等を読
み上げ、ベルトコンベア５２上の所定の位置へ小菊５４
を置くだけで自動的に区分けを行う例である。音声認識
装置５１はマイク５５から入力された宛先を認識し、内
蔵コンピュータの指示により自動的に所望の宛先への区
分けを行い、例えば同図に示したようにドア５３を自動
開閉し、これにより小菊５４はそれぞれ所望の宛先毎の
区分けがなされる。このように音を利用した装置は従来
技術において広く知られているが、いずれも以下に述べ
るように騒音に対して弱いという問題点を有していた。

例えば前述の従来例で述べるならば、ステレオのマイク
による収音においてはスタジオ等で収音する等の配慮に
より不要な音がマイクに入らないようにすることが行わ
れている。尚、周知のようにライブ録音等で聴衆の声を
も同時に収音することが行われているが、この場合の聴
衆の声は、臨場感を盛り上げるある種の効果音であり、
騒音とみなされていないことは勿論である。

また、従来技術の音声認識技術の利用においては、第４
図（ｂ）に例示したように、作業者の口元近くに指向性
の高いマイク５５を設け、作業場の騒音がマイク５５に
入りにくいようにして利用されていることは周知のとお
りである。このように音源とマイク間の距離を近づけた
り、あるいはフィルターのような電気回路的手段により
、マイクに収音された音のうち、特定の周波数帯の音だ
けを選択し、他の周波数帯の音を排除し、混入した騒音
を実効的に下げる等の方法が一般に行われてきた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら騒音により音声認識装置が正しく判断しな
かったり、あるいは騒音の多い場所での該装置の利用が
制約されるという問題を有していた。このように従来は
生活環境の場番こ生じる種々の音は好ましくない音、即
ち騒音として扱われ、その低減や発生防止の努力がなさ
れてきた（例えば守田栄著［新版騒音と騒音防止（第２
版）」オーム社昭和５８年）が、要するに音を入力信号
とする従来装置では本質的に騒音に弱く、正しく動作し
なかったり、あるいは装置の利用が制約されるという問
題はやむを得ないと考えられていたのである。

本発明は複数のマイクを音場に設け、従来利用価値がな
いとみなされた音、即ち騒音を積極的に収音し、騒音の
特性を解析しこれを利用することを目的としている。さ
らに本発明による音の発生移動監視装置は、例えば無人
の室内等において、騒音の状態を常時監視し、その変化
かから該室内等での異常、例えば侵入者の察知や室内に
設置しである無人運転中の装置の異常や火災等を自動的
に検知し、発生場所近傍を特定し、異常の発生や特定場
所を報知することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は収音用の複数のマイクを用い、これらのうち一
部もしくは全部のマイク対における音の検知時間差と音
速と該マイク対間の距離と該マイクの指向性と取付角度
で規定された双曲面によって構成される空間領域をブラ
ウン管等に２次元的もしくは３次元的に現わし、該空間
領域に変化した音の位置もしくは領域や移動した音の位
置もしくは領域を表示することを特徴とする音の発生移
動表示方法とこの方法の実施に用いる複数個のマイクと
、各々のマイクの受波信号を波形記憶する手段と、参照
信号を記憶保持する手段と、該受波信号と該参照信号を
比較し両信号の差異を判定する手段と、クロック信号等
により、これらの各手段を同期駆動し、前述の差異判定
結果を一部もしくは全部の対で比較判断処理し、各対に
おける検知時間差を算出する手段と、変化した音の位置
もしくは領域や移動した音の位置もしくは領域を特定す
る手段と、特定された位置又は領域を表示し、報知する
手段とを具備したことを特徴とする音の発生移動監視装
置並びに平面的又は立体的に互いに位置をずらせ、且つ
指向方向を互いに異ならせて配置した２以上のマイクを
含む一組以上のマイクの組と、各組の各々のマイクに接
続され、各マイクの受波信号を波形記憶する手段と、参
照信号を記憶保持する手段と、前記各マイクについての
各々の受波信号を前記参照信号と比較し、各受波信号の
各々と参照信号との差異を判定する手段と、外部信号入
力を受けて前記各手段を同期的に駆動する手段とを具備
することを特徴とする音の発生移動監視装置の収音部で
ある。

〔実施例〕

本発明の実施例である音の発生移動監視装置を第１図に
示した概念図により説明する。

同図（ａ）に示すように天井の３点Ｐ、Ｐ’、Ｐ″′点
にそれぞれマイク１１．１１’、１１’が音の入射方向
を真下に向けて設置しである。角度θはマイクが直接波
を収音する領域を示す。この構成によれば図中の音源Ｓ
から発せられた音は領域Ａ’　、Ｂ’　、Ｐ’及び領域
Ａ＃。

Ｂ’、Ｐ“の両方に含まれ、マイクＰ′及びＰ′で感知
できる。言いかえればマイクＰ′及びＰ′で感知した音
源は、領域Ａ’、Ｂ’、Ｃに在るものと特定できる。こ
のようにして各領域に含まれる音源を知ることができる
。他の音源位置を特定する方法として周知のように各マ
イクが音を感知したときの時間差から三角測量と同様に
して知ることも可能である。

同図（ｂ）は収音部１９の構成を示すブロック図であり
、１個のマイク１１と信号を処理する部分とから構成さ
れている。すなわち、一つのマイク１１が感知した原信
号を外部のクロック１２からの信号に同期して先ず波形
記憶部１３で波形記憶し、次に信号処理部１４で、該原
信号のうち特定領域の周波数成分を除いたり、あるいは
、該原信号を周波数でフーリエ変換する処理を行う。比
較部１５ではこのように処理された信号と、別の参照信
号１８とを比較する。この参照信号１８は、このマイク
１１が設置されている場所で受波される平均的信号ある
いはこれ以上は異常とみなす信号のように予め決められ
た固定的信号であってもよいし、後に述べるように時間
的に刻々変化するものであっても良い。判定部１６では
異常有無の判定とその発生時刻を判定記憶する機能を有
している。同図（Ｃ）は各々のマイク１１．１１’　、
１１“についての収音部をブロック図で示したものであ
る。

図において、クロック１２からの信号によりこれらの収
音部１９は同期して動作し、それぞれの収音部１９で波
形記憶、信号処理し、参照信号に対する比較判定を行う
。このようにしてそれぞれの収音部１９で判定された結
果を判断処理部１０で総合的に判断し、表示報知部１０
１よりその結果を知らせる。

この判断処理部１０で行う機能を同図（ｄ）に示す。図
において、先ず各判定部１６のうち、異常有りと判定し
た収音部１９を特定し、時刻的に最も早く異常音を検知
したマイクの特定〔第１発見マイク特定〕を行い、その
発生時刻を知る。次にこの特定されたマイクに隣接して
設置されているマイクの判定部１９の結果とを比較〔隣
接マイクと比較〕し、そしてその異常検知時刻の〔時間
差の算出〕を行い、〔異常発生領域の特定〕を行う。

例えば第１図（ａ）を用いて述べるならば、同図中の音
源Ｓの音量や音質が変化したり、あるいは、音源Ｓの位
置が移動すると、同図（ａ）又は（ｃ）に示したマイク
１１′と１１′から入力した信号は変化し、それぞれの
判定部１６に得られる差異判定結果はいずれも「差異有
り」と判定される。一方、マイク１１の信号では音源Ｓ
が収音可能領域外にあるため「差異無し」と判定される
。このようにして判定結果の組合せから、どこの領域で
異常が発生したかを知ることができ、また時間的変化を
追うことにより異常音の発生や移動等を検知判断するこ
とができる。このようにして音により異常の発生を検知
し、表示報知部で図等で表示し、ベル等で報知する。

音源位置（もしくは領域）の特定は以下のようにして行
う。一般に知られているようにある時間（ｔ）の間に音
の進む距離（Ｑ）は、音速を■としてＵ＝ｖＸｔで記述
される。このことを利用して音源位置の特定を行うこと
は従来より周知であり、その様子を第４図（ｃ）に２次
的に示した概念図を用いて述べる。同図中の同一平面４
１上に設けた２個のマイク１１．１１’で音源Ｓからの
音を受波するとすれば、音が発した後、ｔ１＋ｔｚ時間
後（但しｔ工〉ｔ２）にマイク１１．１１’にそれぞれ
受波される。各マイクと音源Ｓとの距離をＱ、、Ｑ２と
すると１２．＝ｖｔ１１　ｆ１２＝ｖｔｚであり、従っ
てｆｉｚ−ｆ１２＝Ｖ（ｊｔ−ｔｚ）　＝Ｖ　’Δｔと
記述される。

即ち、この場合、Ｑｌと０２とをそれぞれ求めることは
できず、その差（ａＸ−Ω２）のみを観測できる。

距離の差が一定の軌跡は、周知のように２次元上では双
曲線４２で示され、音源Ｓはこの双曲線４２上にあるこ
とが分かる。

本発明に用いたマイクの配置例を第２の実施例として第
２図（ａ）、　（ｂ）に示す。同図（ａ）はマイク２個
を用い三角柱の２面上に取付方向を異にして配置した断
面図を示すものである（尚、図中の矢印はマイクの指向
性の最も高い方向を示す）。

同図（ｂ）は球面状突部の曲面上に７個のマイク（１１
ａ、ｂ、ｃ、・・・、１２ｇ）を組として配置した断面
図を示すものである。同図（ｃ）は、同図（ｂ）に示し
たマイクの組２０．２０’を一対用いたときの実施例を
２次元的に表示した図である。図において、音源Ｓ工か
らの音は第１の組２０のマイクｆ及び第２の組２０′の
マイクｄで主として受波される。前述のように、その時
の到達時間差から特定される音源Ｓよの位置は、双曲線
４３で示される。マイクの指向角度（θ）及び取付角度
から、音源Ｓ１の位置はさらに限定することができ、図
中斜線部類域内の双曲線上と特定される。音源が８２の
ときも同様に双曲線４４でその位置が示される。同図（
ｄ）は３以上のマイクの組の対を用いた実施例を示す図
である。実線で示した双曲線は第１の組２０と第２の組
２０′　で検知された時間差（Δｔ＝ｏ、ｔ１．ｔ２・
・・）による同様な各双曲線であり、破線で示した双曲
線は別なる対、即ち第１の組２０と第３の組２０“でも
同様に得られる双曲線である。

音源位置はこの異なる双曲線の交点として原理的に求め
ることができる。

このように、異なる対が構成できるようにマイクの組を
多数配置することにより音源位置の特定領域を、より限
定する効果をもつ。また間隔Ｑ。でマイク（又はマイク
の組）を配置することにより、ｆｌ。／２間隔のゾーン
（Ｚｌ、Ｚ２．・・）で異常音の発生や移動をより簡素
に表示することも勿論できる。

ところで、参照信号１８（第１図（ｂ））に関しては固
定的な参照信号を用いることは、既に述べたが騒音の状
況が時間的に変化するような場所においては、このよう
な固定的な参照信号ではなく、第３図に示すような参照
信号を用いるのがよい。同図（＆）に示すようにｎ個の
データ記憶部があり、それらを演算して平均データ（平
均値や標準偏差σ）を記憶し、それを入力してきた信号
と比較し差異判定する。この比較した後は同図中の太線
矢印で示したように既に信号処理部分で処理したデータ
を、データ記憶部３０に、データシフト部３１でデータ
をシフトさせ格納する。このように記憶データを常に一
定時間毎に更新する様子を同図（ｂ）　、　（ｃ）で述
べる。同図（ｂ）はマイク１１（又は１１’又は１１′
）で感知した入力信号の受波強度の時間的変化を示すも
のである。前述のクロック１２の信号により、繰返し時
間ｔ０で時間巾ｔ□の入力信号を波形記憶１３の部分で
記憶するわけであり、時刻Ｔ。（Ｔｏ＜Ｔｌ）より波形
記憶部１３での記憶を開始すると、時刻Ｔ１直前でｎ個
のデータ記憶部３０は満たされる。そのときの様子を同
図（ｃ）に示す。次に時刻Ｔ□と時刻（Ｔｔ＋ｔｘ）の
間で（ｎ＋１）番目の信号が信号処理部１４で保持され
、その後のデータシフト部３１の作動により、同図（，
４）に示すようにｎ番目の記憶部へ、Ｎ＝ｎ＋１の波形
データが記憶され、他の記憶部も同様にシフトし、最終
的には、最も古いデータ、即ちＮ＝１のデータは消える
。このようにして常に参照信号の内容を更新させること
ができる。同図（ｂ）に示した波形で述べると、Ｎ＝１
〜ｎのデータに比してＮ＝ｎ＋１のデータは同図に示し
たように高周波成分を多く含んでいる。時刻（Ｔ１＋ｔ
ｉ）においては、参照信号のいずれも（Ｎ＝１．２・・
＋ｎ）は高周波成分を含んでおらず、これらを演算処理
部３２で処理して格納されている平均値データ３３も当
然のことながら高周波成分を含んでいない。一方、同図
中信号処理部１４に格納された新たなデータ（Ｎ＋１番
目のデータ）は先に述べたように高周波成分を含んでお
り、両者を比較し判定した結果は「差異有り」となり、
異常を検知できる。参照信号１８の構成を、以上述べた
ような構成にすることにより、時々刻々変化する周囲の
環境音をより適切に判定することができる。また第３図
（ａ）ではｎ個のデータの演算処理を平均値データの算
出として述べたが、本発明はこれに制約されないことは
自明である。例えば今、収録したＮ＝＝ｎ＋１番目のデ
ータと、データ記憶部に保管されているｎ個のデータの
それぞれと比較し、異常音検知時刻をより正確に知るこ
ともできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、種々な生活環境か
ら音を環境検知する信号として有効に利用することがで
きる。即ち、環境音を経時的に常時測定監視することが
でき、環境音の変化を適切に知ることができる。従って
異常音の新たな発生や移動を知ることができ、例えば無
人自動装置の置かれである室内での動作や侵入者等の異
常を遠隔から容易に知ることができる。また他の効果と
して広い室内や屋外の監視には安価な収音部を配置する
だけで広い領域を監視でき、かつ安価な装置を提供でき
る。別なる効果として、検知手段として音を用いている
ので、物陰に隠れた部位での異常をも検知することがで
きる。これはＴＶカメラによる監視のように光を用いた
検知手段による監視では物影等での異常は検知できない
ことに比して大いなる効果である。さらに別なる効果と
して完全な受動的検知であるため、侵入者等に知られる
ことなく例えば完全に光のない場所での監視ができる。

さらに別なる効果として異常の予知監視という防災もし
くはセキュリティ分野の利用のみならず、ホール等にお
ける音場の形成や残響状態の測定装置として使用するこ
とも可能であり、広い分野での利用ができる。また、さ
らに別なる効果として本発明により環境音の測定がより
容易に、かつ適切になり従来騒音下では使用できないと
され、もしくは制約されていた音を利用した装置での使
用制約を低減する効果をもつ。例えば従来の技術の項で
述べたように各種の音声認識装置は音声以外の周囲騒音
に対しては比較的不得手としていたが、本発明により周
囲騒音の状況をより適切に、かつ迅速に検知できること
から、マイクに騒音と共に収音された所望の音声から騒
音成分をより適切に除去することが可能となり、結果と
して所望の音声成分をより明瞭に抽出することが可能と
なり、騒音下の誤認識の低減や騒音下での音声認識装置
の利用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明監視装置の一実施例を示すマイク
の配置図、（ｂ）は収音部の構成を示すブロック図、（
ｃ）は監視装置のブロック図、（ｄ）は判定処理部で行
う機能を示すブロック図、第２図（ａ）、（ｂ）はマイ
ク配置の他の例を示す図、第２図（ｃ）、　（ｄ）はそ
れぞれマイク配置のさらに他の実施例を示す図、第３図
（ａ）は本発明におけるデータ処理要領を示すブロック
図、（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は記憶データを常
に一定時間毎に更新する要領を示す図、第４図（ａ）、
（ｂ）は従来の音声認識例を示す図、（ｃ）は音源位置
の特定を行う従来法を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）収音用の複数のマイクを用い、これらのうち一部
   もしくは全部のマイク対における音の検知時間差と音速
   と該マイク対間の距離と該マイクの指向性と取付角度で
   規定された双曲面によって構成される空間領域をブラウ
   ン管等に２次元的もしくは３次元的に現わし、該空間領
   域に変化した音の位置もしくは領域や移動した音の位置
   もしくは領域を表示することを特徴とする音の発生移動
   表示方法。
2. （２）複数個のマイクと、各々のマイクの受波信号を波
   形記憶する手段と、参照信号を記憶保持する手段と、該
   受波信号と該参照信号を比較し両信号の差異を判定する
   手段と、クロック信号等により、これらの各手段を同期
   駆動し、前述の差異判定結果を一部もしくは全部の対で
   比較判断処理し、各対における検知時間差を算出する手
   段と、変化した音の位置もしくは領域や移動した音の位
   置もしくは領域を特定する手段と、特定された位置又は
   領域を表示し、報知する手段とを具備したことを特徴と
   する音の発生移動監視装置。
3. （３）平面的又は立体的に互いに位置をずらせ、且つ指
   向方向を互いに異ならせて配置した２以上のマイクを含
   む一組以上のマイクの組と、各組の各々のマイクに接続
   され、各マイクの受波信号を波形記憶する手段と、参照
   信号を記憶保持する手段と、前記各マイクについての各
   々の受波信号を前記参照信号と比較し、各受波信号の各
   々と参照信号との差異を判定する手段と、外部信号入力
   を受けて前記各手段を同期的に駆動する手段とを具備す
   ることを特徴とする音の発生移動監視装置の収音部。