JPH04122872A - 音源方向識別方法及び装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、音源方向を自動識別するための音源方向識
別方法およびこの方法を使用する音源方向識別装置に関
する。

（発明の概要） この発明は、マイクロホンにより収音して音源方向を自
動的に識別するための音源方向識別方法およびその方法
を使用する音源方向識別装置に関するもので、両指向性
マイクロホンと全指向性マイクロホンを組み合わせ、そ
れらの指向性の違いを利用することにより、到来してく
る音波から音源の方向を実時間で判定するようにしたも
のである。

（従来の技術） 従来、音源方向を自動的に識別する音源方向識別方法と
しては、次のようなものが知られている。

その１つは、挟角度指向性マイクロホン（例えば、ライ
ンマイクロホン、放物面形集音器など）を用いて音源を
選択する方法である。

別の１つは、直線配列あるいは円形配列した多数のマイ
クロホンを用いるクロススペクトル法、複合複素正弦波
モデルなどを適用し、音源方向を推定する方法である（
例えば、上田、安倍、城戸。

「直線配列マイクロホンにＣＣ３Ｍを適用しり音波到来
方向の推定実験」、日本音響学会講演論文集、昭和５９
年１０月」。） さらに別の１つは、インテンシテイφベクトル（粒子速
度Ｘ音圧の時間平均）を測定し、音源方向を推定する方
法である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の音源方向識別方法では
、次のような問題点があった。

挟角度指向性マイクロホンによる方法は、マイクロホン
としては比較的狭い収音範囲（角度）に入った音を他の
音と区別して収音しようとするもので、音源方向を探る
ものではなく、仮にこれを用いて音源方向を探し得たと
しても、音源方向探査としては広範囲の音源を拾ってし
まい、識別が困難である。

また配列マイクロホンを用いる方法は、演算処理などに
時間を要し、実時間で音源方向を識別することは困難で
ある。

さらにインテンシテイ・ベクトルによる方法は、−度に
１方向の成分しか測定できないために、定常的な音の分
析には有効であるが、反面、過渡的な音の推定が困難で
ある。また、測定に時間を要するものでもある。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、どの方向がら来る音波も実時間でその方向を識
別することができる音源方向識別方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明の音源方向識別方法は、指向性パターンの中心
を一致させ、正面感度の等しい両指向性マイクロホンの
出力と全指向性マイクロホンの出力との比を取り、この
比の値をあらかじめ設定した比較値と比較し、前記比の
値が比較値よりも小さくなった場合に、音源方向を前記
両指向性マイクロホンの感度の最低の方向と判定するも
のである。

またこの発明の音源方向識別装置は、互いの中心が一致
するように配設された両指向性マイクロホンおよび全指
向性マイクロホンと、 前記各マイクロホンからの出力をＡ／Ｄ変換して両指向
性パターンおよび全指向性パターン信号を出力するＡ／
Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力のうち、前記両指向性パター
ンの出力に対して両指向性パターンの主軸を含む所定の
平面内で所定角度ずつ回転させる演算処理を行う主軸回
転演算手段と、 前記主軸回転演算手段の出力と、前記Ａ／Ｄ変換手段の
出力のうちの前記全指向性パターンの出力に対するもの
と比を取り、この比の値をあらかじめ設定されている比
較値と比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果と
して、前記比の値が前記比較値よりも大きい場合には前
記主軸回転演算手段に回転指令を出力し、前記比の値が
前記比較値よりも小さくなった場合には、この時の主軸
を９０°回転し、その主軸の方向を音源方向と判定して
出力する音源方向判定手段と、 前記両指向性パターンと前記全指向性パターンとの出力
の極性を比較し、同極性であれば主軸方向で両指向性パ
ターンの中棒性側に、逆極性であれば両指向性パターン
の一極性側に音源が存在すると判定する音源位置判定手
段とを備えたものである。

（作用） この発明の音源識別装置では、両指向性マイクロホンと
全指向性マイクロボンがらの各々の出力を、Ａ／Ｄ変換
手段によりＡ／Ｄ変換して両指向性パターンと全指向性
パターン信号とを得る。

そして、主軸回転演算手段により、Ａ／Ｄ変換手段の出
力のうちの両指向性パターンの出力に対して両指向性パ
ターンの主軸を含む所定の平面内で所定角度ずつ回転さ
せる演算処理を行い、さらに比較手段において、前記主
軸回転演算手段の出力と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力の
うちの全指向性パターンの出力との比を取り、この比の
値をあらかしめ設定されている比較値と比較する。

さらに、音源方向判定手段により、この比較手段の比較
結果に対して、前記比の値が前記比較値よりも大きい場
合には前記主軸回転演算手段に回転指令を出力して両指
向性パターンの所定角度ずつ回転させ、再度その出力を
比較手段において比較値と比較させるようにし、前記比
の値が前記比較値よりも小さくなった場合には、この時
の主軸を９０°回転し、その主軸の方向を音源方向と判
定して出力する。

そして、音源方向判定手段が音源方向を判定できた時に
は、音源位置判定手段により前記両指向性パターンと全
指向性パターンとの出力の極性を比較し、同極性であれ
ば主軸方向で両指向性パターンの中棒性側に、逆極性で
あれば両指向性パターンの一極性側に音源が存在すると
判定する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の音源方向識別方法の原理を示してお
り、第２図はその音源識別処理のフローチャートである
。

第１図の原理説明図および第２図のフローチャートを参
照して、音源方向の識別処理手順を説明すると、まず、
両指向性パターン１を水平面内で回転させ、次いで、回
転させながら両指向性マイクロホンと全指向性マイクロ
ホンの出方の比を取る（ステップＳｌ、Ｓ２）。

次いで、この比の値をあらかじめ定められた比較値Ｌ（
−ａ／ｂ）と比較しくステップＳ３）、比の値が比較値
以下の場合には、両指向性パターンｌの主軸２に対して
±９０＠の方向に音源３があると判定する（ステップＳ
４）。

そして、音源方向が判定された時には、両指向性パター
ン１の主軸２を＋９０＠回転させ、両指向性パターン１
と全指向性マイクロホンの出方である全指向性パターン
４との極性を比較し、同極性であれば主軸方向で両指向
性パターン１の中棒性側に、逆極性であれば主軸方向で
両指向性パターンの一極性側に音源３が存在すると判定
する（ステップ８５〜Ｓ８）。

次に、この発明の音源方向識別装置の実施例について、
第３図ないし第７図に基づいて説明する。

第３図ないし第５図に示すように、音源方向識別装置は
、両指向性マイクロホンと全指向性マイクロホンとで構
成される受音部１１と、この受音部１１の信号をディジ
タル処理して音源方向の識別処理を行なう信号処理部１
２とから構成されている。

モして受音部１１は、識別精度を上げるために両指向性
パターンと全指向性パターンの中心を一致させることが
必要であり、そのために、第４図および第５図に詳しい
ように、１つの円周上に等間隔ずつ離れて配置された全
指向性マイクロホンユニット１３〜１６と、中央の原点
に配置されたさらに１つの全指向性マイクロホンユニッ
ト１７により構成されている。

すなわち、両指向性パターン信号を、中心を挾んで相対
する２個の全指向性マイクロホンユニットの対、つまり
全指向性マイクロホンユニット１３．１４の対、および
全指向性マイクロホンユニット１５．１６の対それぞれ
におけるマイクロホンユニットの出力の差分として得る
ために、差分器１８．１９により全指向性マイクロホン
出力ツ）１３．１４間、全指向性マイクロホンユニット
１５．１６間の出力の差を取り、これを両指向性パター
ン信号Ａ、Ｂとして信号処理部１２に与えるようにして
いる。

また、全指向性パターンＣを得るために、原点に位置す
る全指向性マイクロホンユニット１７からの出力が信号
処理部１２に与えられるようにしている。

ここで、１つの対を成す全指向性マイクロホンユニット
１３．１４から差分器１８を介して出力される信号Ａは
Ｘ軸を主軸とし、原点を中心とする両指向性パターンで
あり、他の１つの対を成す全指向性マイクロホンユニッ
ト１５．１６から差分器１９を介して出力される信号Ｂ
はＹ軸を主軸とし、原点を中心とする両指向性パターン
である。

そして、原点上の全指向性マイクロホンユニット１７か
らの出力信号Ｃも原点を中心とする全指向性パターンで
あり、こうして、すべての指向性パターンＡ、Ｂ、Ｃの
中心が一致するようにしである。

また主軸をそれぞれ直交するＸ軸、Ｙ軸とする両指向性
パターンＡ、Ｂを用いているのは、音波の到来方向を探
すため、水平面内で両指向性パターンを電子的に回転さ
せるためである。

信号処理部１２は、第５図に詳しいように、受音部１１
からの信号のＡ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換部２０と、こ
のＡ／Ｄ変換部２０の出力のうち両指向性パターン信号
の主軸の回転処理を行うための回転処理演算部２１と、
両指向性パターンと全指向性パターンの比を求める比値
演算部２２と、この比値演算部２２の求めた比の値を所
定の比較値と比較する比較部２３とを備えている。また
、この比較部２３の比較結果から音源方向を判定するた
めの音源方向判定部２４と、この音源方向判定部２４が
音源方向を判定した時に、さらに音源位置を判定するた
めの音源位置判定［２５を備えている。

次に、上記の構成の音源方向識別装置の動作について説
明する。

音源からの音波を受音部１１の各全指向性マイクロホン
ユニット１３〜１７が受音し、両指向性マイクロホンを
構成する全指向性マイクロホンユニット１３．１４の組
、全指向性マイクロボンユニット１５．１６の組それぞ
れにおいて、マイクロホン出力の差分を差分器１８．１
９で求め、これを直交する２つの両指向性パターンＡ、
Ｂとして信号処理部１２のＡ／Ｄ変換部２ｏに入力する
。

また全指向性マイクロホンユニット１７の出力は直接Ａ
／Ｄ変換部２ｏに入力される。

信号処理部１２では、そのＡ／Ｄ変換部２ｏに両指向性
マイクロホンからの両指向性パターン出力Ａ、Ｂと全指
向性マイクロホン１７がらの全指向性パターン出力Ｃが
入力される。そして、Ａ／Ｄ変換部２０では、これらの
各入力をＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号にして回転処理
演算部２１に与える。

回転処理演算部２１では両指向性パターンＡ。

Ｂを電子的に回転させるために、次の処理を行う。

つまり、第６図のように、それぞれの指向性パターンＡ
、ＢをＸ軸を始線とする極座標で表わすと、Ｘ軸を主軸
とする両指向性パターンＡはＣＯＳθ、Ｙ軸を主軸とす
る両指向性パターンＢはｓｉｎθとなり、任意の方向φ
を主軸とするパターンは、ＣＯＳ　（φ−θ）　−ｃｏ
ｓφｃｏｓθ＋ｓｉｎφｓｉｎθ−ｍαｅＯ８θ＋βｓ
ｉｎθ ただし、Ｃ１−ｅＯ８φ、β−５ｉｎφとなる。

この式が示すように、角度φに応じたα、βを、中心が
一致し、主軸が直交した２個の両指向性マイクロホンの
それぞれの指向性パターン出力Ａ。

Ｂに掛けて足し合わせることにより、電子的に両指向性
パターンを回転させることができるのである。

そこで、回転処理演算部２１では、Ａ／Ｄ変換部２０か
らのディジタル入力値Ａ、Ｂに対して（αＡ＋βＢ）を
演算し、主軸がＸ軸に対してφ°の両指向性マイクロホ
ンの出力りを得る。

次に、比値演算部２２で、このＤ値と、これと同時刻の
全指向性マイクロホンの全指向性パターン出力Ｃとの間
の比、 Ｋ−Ｄ／Ｃ を求めて、これを比較部２３に与え、ここで、Ｋ値をあ
らかじめ設定されている比較値Ｌ（−ａ／ｂ）と比較す
る。

そして、音源方向判定部２４では、比較部２３の比較結
果がＫ＜Ｌであれば、音源方向を（φ±９０°）の方向
と判定する。しかしながら、この比較部２３の比較結果
がそれ以外の場合には、主軸の角度を１ステツプだけ回
転させる指令を前記回転処理演算部２１に与え、再び、
新たな回転角φに対して同じ処理を繰り返す。

なおここで、比較値りは第１図に示すように識別範囲（
開き角度δ″）を決定するものであり、このようにして
判定に比を用いることにより、受音部１１での音圧レベ
ルが変動しても識別範囲（δ°）は変化せず、一定の範
囲（δ０）の音波の音源方向を識別することができるよ
うになるのである。

第７図は比較値りと識別範囲δとの関係を示しており、
Ｌの値は両指向性パターンの回転ステップに応じて適当
な値に設定する。また、第７図からδの小さい範囲を使
うと、識別感度が良いことが分かる。すなわち、両指向
性パターンの感度の低い部分（つまり、ヌル）を判定に
用いることにより識別感度が良くなることが分かる。

音源方向判定部２４で（φ±９０°）の方向に音源があ
ると判定した時に、音源位置判定部２５により、音源の
方向が（φ＋９０°）の方向にあるか、もしくは（φ−
９０）°の方向にあるかを判定する。

次に、この音源位置判定部２５の詳しい動作について説
明すると、まず、両指向性パターンを回転し、主軸をη
−φ＋９０１とする。

次に、その出力と同時刻の全指向性マイクロホンの全指
向性パターンの出力Ｃとの極性を比較する。そして、こ
れが同極性であれば、両指向性パターンの主軸上で中棒
性側（η″）に音源が存在し、逆極性ならば、両指向性
パターンの主軸上で一極性側（η”−１８０°）と判定
する。

こうして、互いの中心が一致するように配設された両指
向性マイクロホンおよび全指向性マイクロホンそれぞれ
からの両指向性パターン出力Ａ。

Ｂと、全指向性パターン出力Ｃとを信号処理し、これら
の出力のうち、両指向性パターンの出力Ａ。

Ｂより合成された両指向性パターンをその主軸を含む所
定の平面内で所定角度ずつ回転させ、この主軸回転演算
処理出力りと全指向性パターンの出力Ｃとの比を取り、
この比の値をあらかじめ設定されている比較値と比較す
る。そして、比較結果として、比の値が比較値よりも小
さくなった場合に、この時の主軸を９０°回転し、その
主軸の方向を音源方向と判定し、さらに、両指向性パタ
ーンＤと全指向性パターンの出力Ｃの極性を比較し、同
極性であれば主軸方向で両指向性パターンの＋極性側に
、逆極性であれば両指向性パターンの一極性側に音源が
存在することを判定するのである。

次に、この発明の他の実施例を第８図に基づいて説明す
る。

第８図は３次元空間の音源方向の識別に適用した実施例
を示しており、基本的な識別方式は第３図ないし第６図
の第１実施例と同様であるので、この実施例の特徴部分
についてのみ、以下に説明する。

この実施例の装置は、第３図の第１実施例と同様の受音
部１１と信号処理部１２とから構成されている。そして
、受音部１１には、３次元空間の音源方向識別の特徴と
して、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに両指向性マイクロホンを構
成するためにそれぞれ１対の全指向性マイクロホン１３
，１４；１５゜１６を配置すると共に、さらにＺ軸にも
両指向性マイクロホンを構成するために１対の全指向性
マイクロホン２６．２７を配置しである。

そして、音源方向の識別に際しては、まずＸＹ平面上で
両指向性パターンを回転させ、第２実施例と同様の識別
操作を行い、音源がＰ（−φ±９０°）方向にあると判
定した段階で、次の操作に移る。

次のステップではＰ軸を仮想し、Ｘ軸を主軸とする両指
向性パターンＡとＹ軸を主軸とする両指向性パターンＢ
とで合成したＰ軸を新たに主軸とする両指向性パターン
Ｅと、Ｚ軸を主軸とした両指向性パターンＦとをＰＺ平
面上で回転させ、このＰＺ平面上で、第１実施例のＸＹ
平面上で行なった操作と同様な識別操作を行い、音源方
向を判定するのである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、音源方向の識別に両指
向性マイクロホンの感度の低い部分、つまりヌルを利用
するので、良好な音源方向の識別ができる。また、両指
向性マイクロホンと正面感度が等しく、指向性パターン
の中心が一致した全指向性マイクロホンとの出力の比を
利用することにより音圧レベルが変動しても識別範囲が
一定に保てるようにしているために、識別率が音圧レベ
ルの変動に影響されにくく、さらに識別範囲の自由な設
定が可能である。

さらに、両指向性パターンを回転させながら音源方向の
判定を行うため、どの方向から到来する音波に対しても
その音源を識別すること力（でき、簡単な操作であるた
めに実時間処理も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の音源方向識別方法の一実施例の原理
を示す説明図、第２図は上記実施例の音源識別動作を示
すフローチャート、第３図（よこの発明の音源識別装置
の一実施例のプロ・ツク図、第４図は上記実施例の受音
部の正面図、第５図（よ上記実施例の詳しい内部構成を
示すプロ・ツク図、第６図は上記実施例の動作を示す説
明図、第７図番よ上記実施例の動作特性を示すグラフ、
第８図番よこの発明の音源方向識別装置の他の実施例を
示す説明図である。 １・・・両指向性パターン　２・・・主軸３０１．音源
　　　　　　　４・・・全指向性パターン１１・・・受
音部　　　　　１２・・・信号処理部１３〜１７・・・
全指向性マイクロホン１８．１９・・・差分器　　２０
・・・Ａ／Ｄ変換部２１・・・回転処理演算部 ２３・・・比較部 ２５・・・音源位置判定部 ２２・・・比値演算部 ２４・・・音源方向判定部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）指向性パターンの中心を一致させ、正面感度の等
   しい両指向性マイクロホンの出力と全指向性マイクロホ
   ンの出力との比を取り、この比の値をあらかじめ設定し
   た比較値と比較し、前記比の値が比較値よりも小さくな
   った場合に、音源方向を前記両指向性マイクロホンの感
   度の低い方向と判定することを特徴とする音源方向識別
   方法。
2. （２）互いの中心が一致するように配設された両指向性
   マイクロホンおよび全指向性マイクロホンと、 前記各マイクロホンからの出力をＡ／Ｄ変換して両指向
   性パターンおよび全指向性パターン信号を出力するＡ／
   Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力のうち、前記両指向性パター
   ンの出力に対して両指向性パターンの主軸を含む所定の
   平面内で所定角度ずつ回転させる演算処理を行う主軸回
   転演算手段と、 前記主軸回転演算手段の出力と、前記Ａ／Ｄ変換手段の
   出力のうちの前記全指向性パターンの出力に対するもの
   との比を取り、この比の値をあらかじめ設定されている
   比較値と比較する比較手段と、 前記比較手段の比較結果として、前記比の値が前記比較
   値よりも大きい場合には前記主軸回転演算手段に回転指
   令を出力し、前記比の値が前記比較値よりも小さくなっ
   た場合には、この時の主軸を９０°回転し、その主軸の
   方向を音源方向と判定して出力する音源方向判定手段と
   、 前記両指向性パターンと全指向性パターンの出力との極
   性を比較し、同極性であれば主軸方向で両指向性パター
   ンの＋極性側に、逆極性であれば両指向性パターンの−
   極性側に音源が存在すると判定する音源位置判定手段と
   を備えて成る音源方向識別装置。