JPH02196977A - Sound source coordinate measuring instrument - Google Patents
Sound source coordinate measuring instrumentInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、測定対象物の音源の座標位置を測定する装置
に関する。本発明の装置は、動物の運動の測定や情報処
理装置へ三次元座標位置からのデータあるいは制御信号
等を人力する入力手段として用いる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a device for measuring the coordinate position of a sound source of an object to be measured. The device of the present invention is used as an input means for measuring the movement of an animal and manually inputting data or control signals from a three-dimensional coordinate position to an information processing device.
本発明は、音源の三次元座標位置を測定する装置におい
て、
音源にはパワースペクトル時間変化の所定パターンの音
波を出力し、この音波のパワースペクトル時間変化から
音源の三次元座標位置を演算することにより、
測定対象物の音源と測定装置とを空間的に分離でき測定
時の耐雑音性を向上させるものである。The present invention provides a device for measuring the three-dimensional coordinate position of a sound source, which outputs a sound wave having a predetermined pattern of power spectrum temporal variation to the sound source, and calculates the three-dimensional coordinate position of the sound source from the power spectrum temporal variation of this sound wave. This allows the sound source of the object to be measured and the measuring device to be spatially separated, thereby improving noise resistance during measurement.
従来、三次元座標位置の測定装置は、測定対象物と測定
機器間とが何らかの線で結ばれているものであった。Conventionally, in three-dimensional coordinate position measuring devices, the object to be measured and the measuring device are connected by some kind of line.
このため、測定対象物と測定機器間とを何らかの線で結
ぶ必要があるため、測定対象物が限られ、また、測定で
きる対象物の運動方向も限られる問題があった。For this reason, since it is necessary to connect the object to be measured and the measuring device with some kind of line, there are problems in that the objects to be measured are limited and the direction of movement of the object that can be measured is also limited.
また、測定値が「０」となる時刻に着目して、それを元
に座標位置を推定するものであったので、雑音が混入し
たりすると、測定値が不定となり、雑音のために正確な
座標位置を測定できない問題が生じていた。In addition, since the method focuses on the time when the measured value becomes "0" and estimates the coordinate position based on that, if noise gets mixed in, the measured value becomes unstable, and the accurate There was a problem where the coordinate position could not be measured.
本発明は、上述の従来の欠点を解決するもので、測定機
器側で受信した音源からの音波のパワースペクトルの時
間変化から座標位置を算出することにより、音源と測定
機器とを線で接続することなく、また、測定時の耐雑音
性を向上させる音源の座標測定装置を提供することを目
的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional drawbacks, and connects the sound source and the measuring device with a line by calculating the coordinate position from the time change in the power spectrum of the sound wave from the sound source received by the measuring device. Another object of the present invention is to provide a sound source coordinate measuring device that improves noise resistance during measurement.
本発明は、パワースペクトル時間変化の所定パターンに
従って音波を出力する音源と、少なくとも４個のマイク
ロホンと、このマイクロホンで受信した音波のそれぞれ
のパワースペクトルの時間変化を検出する手段と、この
検出する手段が検出したパワースペクトルの時間変化か
ら基準を用いて上記音源の三次元座標位置を演算する手
段とを備えたこきを特徴とする。The present invention provides a sound source that outputs sound waves according to a predetermined pattern of power spectrum changes over time, at least four microphones, means for detecting time changes in the power spectrum of each of the sound waves received by the microphones, and means for detecting the changes over time. and means for calculating the three-dimensional coordinate position of the sound source using a reference from the time change of the power spectrum detected by the sound source.
なお、前記基準はあらかじめ前記演算する手段に設定さ
れた前記所定パターンであることができる。また、音源
は所定パターンにしたがって音波を繰り返し出力する手
段を含み、演算手段は、繰り返し検出されるパワースペ
クトルから前記基準を抽出する手段を含むことができる
。Note that the reference may be the predetermined pattern set in advance in the calculating means. Further, the sound source may include means for repeatedly outputting sound waves according to a predetermined pattern, and the calculation means may include means for extracting the reference from the repeatedly detected power spectrum.
音源部から発せられた音波はｘＹＺ座標上に配置された
複数のマイクロホンで受信される。このマイクロホンで
受信された音波はディジタル信号に変換した後スペクト
ラムアナライザにより、所定の周波数について、そのパ
ワースペクトルの時間変化のパターンを抽出する。この
マイクロホンの座標位置とこの抽出されたパワースペク
トルについての時間関係とから、音源の座標位置を計算
し、音源の三次元座標位置を求める。Sound waves emitted from the sound source section are received by a plurality of microphones arranged on xYZ coordinates. The sound waves received by the microphone are converted into digital signals, and then a spectrum analyzer extracts the time-varying pattern of the power spectrum at a predetermined frequency. The coordinate position of the sound source is calculated from the coordinate position of the microphone and the time relationship of the extracted power spectrum, and the three-dimensional coordinate position of the sound source is determined.
以下図面を参照して、本発明の詳細な説明する。 The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１図は、本発明音源座標測定装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the sound source coordinate measuring device of the present invention.
本実施例測定装置は、音源部ｌと測定解析部２とで構成
される。音源部１は、スイッチＳＷがオンとなると、所
定のパターンのパワースペクトル時間変化を持つ音を音
波発生装置ＳＲから出力する装置である。測定解析部２
は音源部１からの音波を受信して、この測定解析部２０
入力装置として機能する４個のマイクロホンＭｏＸＭｘ
、Ｍｙ。The measurement device of this embodiment is composed of a sound source section 1 and a measurement analysis section 2. The sound source section 1 is a device that outputs a sound having a predetermined pattern of power spectrum temporal changes from the sound wave generator SR when the switch SW is turned on. Measurement analysis section 2
receives the sound waves from the sound source section 1, and the measurement analysis section 20
4 microphones MoXMx acting as input devices
, My.
Ｍｚを備え、この各マイクロホンＭＯ１Ｍｘ、Ｍｙ。Mz, and each of these microphones MO1Mx, My.
Ｍｚからのアナログ信号をそれぞれディジタル信号に変
換するアナログディジタル変換器Ａ ／ Ｄ ｏ、Ａ／
Ｄｘ、Ａ／Ｄｙ５Ａ／Ｄｚと、このアナログディジタル
変換器Ａ ／ Ｄ ｏ −Ａ ／ Ｄ ｚで変換された
ディジタル信号を一時記憶するＲＡＭｏ、ＲＡＭｘ、Ｒ
ＡＭｙＳ１？ＡＭｚと、このＲＡＭ０〜ＲＡＭｚに記憶
された音源信号から所定の周波数のスペクトルを抽出す
るスペクトラムアナライザ５ＰＡｏ、５ＰＡｘ、５ＰＡ
ｙ、５ＰＡｚと、このスペクトラムアナライザ５ＰＡｏ
〜５ＰＡｚで抽出した４つの音源信号の周波数スペクト
ルの時間変化のパターンから音源の三次元座標位置を算
出する数値計算部ＮＣＬとを備えている。Analog-to-digital converters A/D o, A/ that convert analog signals from Mz into digital signals, respectively.
Dx, A/Dy5A/Dz, and RAMo, RAMx, and R that temporarily store the digital signals converted by this analog-to-digital converter A/D o -A/Dz.
AMyS1? AMz, and spectrum analyzers 5PAo, 5PAx, and 5PA that extract spectra of predetermined frequencies from the sound source signals stored in RAM0 to RAMz.
y, 5PAz and this spectrum analyzer 5PAo
It also includes a numerical calculation unit NCL that calculates the three-dimensional coordinate position of the sound source from the pattern of time change in the frequency spectrum of the four sound source signals extracted at ~5PAz.
次に本実施例測定装置の測定原理を説明する。Next, the measurement principle of the measuring device of this embodiment will be explained.
音源部ｌと測定解析部２とは共通のデータとして、周波
数ｆＯ［Ｈｚ〕の音波についてのパワースペクトルの時
間変化ｐｓ（ｔ）を持っている。なお、以下の説明では
、説明を簡単にするため、周波数ｆｏ （Ｈｚｌ以外
のパワースペクトルは全て「０」として説明する。The sound source unit 1 and the measurement analysis unit 2 have common data, which is the time change ps(t) of the power spectrum of a sound wave with a frequency fO [Hz]. Note that in the following explanation, in order to simplify the explanation, all power spectra other than the frequency fo (Hzl) will be explained as "0".
この周波数ｆ。のパワースペクトルの時間変化Ｐｓ（ｔ
）は、音圧ｘ （ｔ）に対して、次の（１）式で定義さ
れるものをいう。This frequency f. The time change of the power spectrum Ps(t
) is defined by the following equation (1) with respect to sound pressure x (t).
時間を連続的にとれば
ｐｓ（ｒｏ、ｔ）−ｆｆ’ 、Ｘ（む’）ｘ（ｊ”）
ｅ１２Ｋｆｅ（Ｌ−ｔ”）ｄｊ’ ｄｉ” 、、、、
、（１）ｔ−も
時間を離散的にとれば
Ｐ ｓ （ｆ ｏ、 ｔｏ ＋ ｎΔｔ） ＝：Σ、
Ｅ 、Ｘ（ｔＯ＋（ｎ＋ｋｏ）６ｔ）ｌｐ＋−ＴｍＮ
ｋ−一了コト
ｘ（ｔ０＋（ｎ＋に２）Δｔ） ｅｌ ２ｘｆ＊（ｋ＋
−ｋｚ） Ａｔと表すことができる。本実施例では第
２図１こ示すような時間変化のパワースペクトルを持つ
音波を音源部１は発するものとする。If time is taken continuously, ps (ro, t) - ff', X (mu') x (j")
e12Kfe(L-t")dj'di" ,,,
, (1) If t- is also taken discretely, P s (f o, to + nΔt) =: Σ,
E, X(tO+(n+ko)6t)lp+-TmN
k-Ichigotox(t0+(n+2)Δt) el 2xf*(k+
-kz) At. In this embodiment, it is assumed that the sound source section 1 emits a sound wave having a time-varying power spectrum as shown in FIG.
音源部１では、スイッチＳＷが押されると、その音波発
生装置ＳＲから、第３図のタイムチャートに示される動
作を行ってｆｏ （Ｈ２）のノくワースベクトルの時
間変化を持つ音波を発射する。In the sound source section 1, when the switch SW is pressed, the sound wave generator SR performs the operation shown in the time chart of FIG. 3 and emits a sound wave having a time change of the value vector of fo (H2). .
測定解析部２のマイクロホンＭＯ〜Ｍｚｌよ、この音源
部１からの音波を受信して電気信号１こ変換する。Microphones MO to Mzl of the measurement analysis section 2 receive the sound waves from the sound source section 1 and convert them into electrical signals.
このマイクロホンから入力される時系列データをＷ、
（ｔ）、但し」＝０、ｘ、ｙ、ｚとすると、各アナログ
ディジタル変換器Ａ ／ Ｄ 。The time series data input from this microphone is W,
(t), where = 0, x, y, z, each analog-to-digital converter A/D.
〜Ａ ／ Ｄ ｚでは、 という離散的時系列データへの変換が行われる。~A/Dz, Conversion to discrete time series data is performed.
このＡ／Ｄ変換器で離散的時系列データに変換されたデ
ータは、（２）式によってスペクトラムアナライザ５Ｐ
ＡＯ〜５ＰＡｚでノ切−スベクトルが求められる。The data converted into discrete time series data by this A/D converter is processed by the spectrum analyzer 5P using equation (2).
The cutting vector is found at AO~5PAz.
・Ｗｊ（ｔｏ＋（ｎ＋に、）Δを扉２７ｃｆａ（ｋ＋
−ｋｇ ）Δｔ以上のように、４個のマイクロホンＭＯ
−ＭＺから人力された時系列データＷｊ（ｔ）に対する
／（ワースベクトルＰ、（ｆ、ｔｏ＋ｎΔｔ）が求めら
れる。・Wj(to+(n+,)Δ to door 27cfa(k+
−kg) Δt or more, four microphones MO
-(Worth vector P, (f, to+nΔt)) for the manually generated time series data Wj(t) is obtained from -MZ.
この４対のパワースペクトルから数値計算部ＮＣＬで音
源部１の三次元座標を算出する計算手順を説明する。A calculation procedure for calculating the three-dimensional coordinates of the sound source section 1 using the numerical calculation section NCL from these four pairs of power spectra will be explained.
４個のヤイクロホンの相対位置が第４図に示されるＸＹ
Ｚ座標位置に配置されているとして、第５図のタイムチ
ャートに示すような音源部１から発生したｆ、 ０ｔ
ｚ）成分のパワースペクトルと各マイクロホンに対応す
るスペクトラムアナライザＳＰＡの出力との間に時間関
係が発生しているとする。The relative positions of the four microphones are shown in Figure 4.
Assuming that the sound source section 1 is located at the Z coordinate position, f, 0t generated from the sound source section 1 as shown in the time chart of FIG.
It is assumed that there is a time relationship between the power spectrum of the z) component and the output of the spectrum analyzer SPA corresponding to each microphone.
まず、各種変数等の記号を次のように定義する。First, symbols such as various variables are defined as follows.
ｒｊ ：音波発生装置ＳＲとマイクロホンＭ。rj: Sound wave generator SR and microphone M.
トノ距離 ｊ＝０、Ｘ、Ｙ、Ｚ
τ、。：マイクロホンＭ、に到達した音波がＭＯに到達
するまでの時間
に＝Ｘ、ＹＳＺ
マイクロホンの座標 Ｍｏ （０，０，０）ＭＸ （
ａ、 ０． ０）
Ｍｙ （０，ｂ、 ０）
Ｍｚ （０，０，ｃ）
音源の座標 Ｓ Ｒ（Ｘｓ 、 Ｙｓ 、 Ｚｓ
）そして、まず、τう。（ｋ＝Ｘ、Ｙ、Ｚ）を求める。Tono distance j=0, X, Y, Z τ,. : Time taken for the sound wave that reached microphone M to reach MO = X, YSZ Microphone coordinates Mo (0,0,0)MX (
a, 0. 0) My (0, b, 0) Mz (0, 0, c) Coordinates of the sound source S R (Xs, Ys, Zs
) And first, τ. Find (k=X, Y, Z).
次に各スペクトラムアナライザ５ＰＡｏ〜５ＰＡｚの出
力として得られる４対のパワースペクトルの時間変化Ｐ
ｊ（ｆ、ｔ０＋ｎΔｔ）と、共通のデータとしてもって
いるパワースペクトルの時間変化ｐ、（ｆ、 ｔｏ＋ｎ
Δｔ）との畳込み積分を計算する。すなわち、
ＣＪｓ （ｍＪ） ＝ Ｚ Ｐ ｊ（ｆ＋ ｔ０＋ｎΔ
ｔ） Ｐ ｓ （「、ｊｏ”（ｎ−ｍ」）Δｔ）ここで
、ＣＪ ｓ （ｍ ｔ ）を最大にするｍ、をｍ、ヵ、
８と書くと
τ、。＝ （ｍｋ、、Ｘ−ｍｏ、、、） Δｔｋ＝Ｘ
、ＹＳＺ
として求められる。Next, the time change P of the four pairs of power spectra obtained as the output of each spectrum analyzer 5PAo to 5PAz
j (f, t0+nΔt) and the time change p of the power spectrum held as common data, (f, to+n
Calculate the convolution integral with Δt). That is, CJs (mJ) = Z P j (f + t0 + nΔ
t) P s (“,jo”(n-m”)Δt)Here, let m, which maximizes CJ s (m t ), be m, ka,
8 is written as τ. = (mk,,X-mo,,,) Δtk=X
, YSZ.
各マイクロホンと音源との距離は、それぞれの座標によ
って次のように表せる。The distance between each microphone and the sound source can be expressed by the respective coordinates as follows.
この（６）式を変形すると
となる。ところで、
ｒｋ ＝ ｒｅ Ｖｃ ｒｋｏ
””’（８）ただしに＝ｘ、 Ｙ、 Ｚ、 ｖｃ ＝
音速なる関係が成立するため、（９式はさらに次のよう
に変形できる。Transforming this equation (6), we get: By the way, rk = re Vc rko
""' (8) However, = x, Y, Z, vc =
Since the relationship of sound speed holds true, Equation 9 can be further transformed as follows.
ただしｒ。＝ ｎ ’ｙ’ ５” ＋ Ｚ ｓ２上式中
、未知数は、Ｘｓ 、Ｙｓ 、Ｚｓの３個であり、（９
）式を数値計算法により演算すれば、解を求め音源の三
次元座標位置を求めることができる。However, r. = n 'y'5" + Z s2 In the above formula, there are three unknowns: Xs, Ys, and Zs, and (9
) by numerical calculation method, the solution can be found and the three-dimensional coordinate position of the sound source can be determined.
この結果、複数個の音源ＳＲ，（ｉ＝Ｑ、ｌ。As a result, a plurality of sound sources SR, (i=Q, l.
・・・、Ｎ）があり、それぞれが自身に固有の周波数ｔ
＋ （Ｈ２）を自身に固有のパワースペクトルの時間
変化をＰ（ｆ＋、ｔ）で出力するものとすると、その固
有の周波数毎のパワースペクトルの時間変化を取り出し
てそれぞれの周波数毎の座標位置を演算により求めるこ
とができるので、任意の物体の位置と形状、さらには運
動を推定することが可能である。..., N), each with its own unique frequency t
+ (H2) outputs the time change of its unique power spectrum as P(f+, t), then extract the time change of the power spectrum for each unique frequency and calculate the coordinate position for each frequency. Since it can be determined through calculation, it is possible to estimate the position, shape, and even movement of any object.
また、共通データとして持つべきパワースペクトルの時
間変化Ｐｓ （ｆ、 ｔ）を、予め定められたデータと
せずにマイクロホンＭｏで測定されたデータＷ０（ｔ）
から計算されたものとすると、音波を発するもの全ての
座標位置を演算によって推定することができる。In addition, the time change Ps (f, t) of the power spectrum that should be held as common data is not set as predetermined data, but the data W0 (t) measured by the microphone Mo is used.
If it is calculated from
すなわち、音源部ｌからは同一のパワースペクトルの時
間変化を持つ音波が繰り返し出力されており、この繰り
返されるパワースペクトルの時間変化のパターンをマイ
クロホンＭｏで測定されたデータから抽出して、この抽
出されたパターンを基準として、数値計算部ＮＣＬで音
源部１の三次元座標位置を演算する。That is, a sound wave with the same power spectrum changing over time is repeatedly output from the sound source part l, and this repeated pattern of changing power spectrum over time is extracted from the data measured by the microphone Mo. The numerical calculation unit NCL calculates the three-dimensional coordinate position of the sound source unit 1 using the pattern as a reference.
このように、本発明は構成されているため、測定対象物
の音源の三次元座標位置を測定対象物と測定機器とを空
間的に分離したまま求めることができる。さらに、音源
のパワースペクトル時間変化から測定対象物の三次元座
標位置を求めているため、混入する雑音の影響を小さく
でき、耐雑音性を向上させた音源座標位置測定方式を実
現できる。Since the present invention is configured in this manner, the three-dimensional coordinate position of the sound source of the object to be measured can be determined while the object to be measured and the measuring instrument are spatially separated. Furthermore, since the three-dimensional coordinate position of the object to be measured is determined from the temporal change in the power spectrum of the sound source, the influence of mixed noise can be reduced, and a sound source coordinate position measurement method with improved noise resistance can be realized.
第２図はパワースペクトルの時間変化の例。Figure 2 shows an example of the power spectrum changing over time.
第３図は実施例音源部の動作を示すタイムチャート。FIG. 3 is a time chart showing the operation of the sound source section of the embodiment.
第４図はマイクロホンの座標位置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the coordinate position of the microphone.
第５図は音源部から発生したｆｏ ＣＨ２〕の成分強
度の各スペクトラムアナラザの出力との相互関係を示す
図。FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the component strength of fo CH2 generated from the sound source and the output of each spectrum analyzer.
ｌ・・・音源部、２・・・測定解析部、ＳＷ・・・スイ
ッチ、ＳＲ・・・音波発生装置、Ｍｏ−Ｍｚ・・・マイ
クロホン、Ａ／Ｄｏ−Ａ／Ｄｚ・・・アナログディジタ
ル変換器、５ＰＡｏ−３ＰＡｚ・・・スペクトラムアナ
ライザ、ＮＣＬ・・・数値計算部。l...Sound source section, 2...Measurement analysis section, SW...Switch, SR...Sound wave generator, Mo-Mz...Microphone, A/Do-A/Dz...Analog-digital conversion equipment, 5PAo-3PAz... spectrum analyzer, NCL... numerical calculation section.
Claims (1)
音波を出力する音源と、 少なくとも４個のマイクロホンと、 このマイクロホンで受信した音波のそれぞれのパワース
ペクトルの時間変化を検出する手段と、この検出する手
段が検出したパワースペクトルの時間変化から基準を用
いて上記音源の三次元座標位置を演算する手段と を備えた音源座標測定装置。 ２、前記基準はあらかじめ前記演算する手段に設定され
た前記所定パターンである請求項１に記載の音源座標測
定装置。 ３、前記音源は、前記所定パターンにしたがって音波を
繰り返し出力する手段を含み、 前記演算する手段は繰り返し検出されるパワースペクト
ルから前記基準を抽出する手段を含む請求項１に記載の
音源座標測定装置。[Claims] 1. A sound source that outputs sound waves according to a predetermined pattern of power spectrum changes over time; at least four microphones; and means for detecting time changes in the power spectrum of each of the sound waves received by the microphones; A sound source coordinate measuring device comprising: means for calculating a three-dimensional coordinate position of the sound source using a reference from a temporal change in the power spectrum detected by the detecting means. 2. The sound source coordinate measuring device according to claim 1, wherein the reference is the predetermined pattern set in advance in the calculating means. 3. The sound source coordinate measuring device according to claim 1, wherein the sound source includes means for repeatedly outputting sound waves according to the predetermined pattern, and the calculating means includes means for extracting the reference from a repeatedly detected power spectrum. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011150A JP2588014B2 (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Sound source coordinate measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1011150A JP2588014B2 (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Sound source coordinate measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02196977A true JPH02196977A (en) | 1990-08-03 |
| JP2588014B2 JP2588014B2 (en) | 1997-03-05 |
Family
ID=11769991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1011150A Expired - Lifetime JP2588014B2 (en) | 1989-01-20 | 1989-01-20 | Sound source coordinate measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2588014B2 (en) |
Cited By (1)
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- 1989-01-20 JP JP1011150A patent/JP2588014B2/en not_active Expired - Lifetime
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