JPH0784028A - 音源探査装置 - Google Patents

音源探査装置

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JPH0784028A
JPH0784028A JP23134393A JP23134393A JPH0784028A JP H0784028 A JPH0784028 A JP H0784028A JP 23134393 A JP23134393 A JP 23134393A JP 23134393 A JP23134393 A JP 23134393A JP H0784028 A JPH0784028 A JP H0784028A
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JP
Japan
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sound
sound source
point
spectrum
phase compensation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP23134393A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Kido
健一 城戸
Eiko Iwama
栄孝 岩間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ono Sokki Co Ltd
Original Assignee
Ono Sokki Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0784028A publication Critical patent/JPH0784028A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】比較的簡易に音源位置を推定し、かつ音源が複
数であってもそれら複数の各音源の位置を推定する。 【構成】複数の音センサのうち各2つずつの組合せにつ
いてクロススペクトルを求め、複数の各仮想点につい
て、空間上に設定された仮想点に音源が存在する場合に
実数となるようにそのクロススペクトルを位相補償する
ことにより、位相補償クロススペクトルを求め、各仮想
点毎にそれぞれ複数求められた位相補償クロススペクト
ルの実数部の、各仮想点毎の最小値に基づいて、上記1
つもしくは複数の音源の位置を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空間上に配置された音
源の位置を検出する音源探査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、道路の地下に予め敷設された地中
埋設管路の中を光ケーブル等を通すためにロボットが用
いられる。その作業中にロボットが稀にビスを落とすこ
とがあり、その落下物を拾うためには落ちた場所を認識
する必要がある。その場所を、落ちた時の音により探査
させることが望まれている。
【0003】また、例えば防音対策上、1つの工場全体
や1つの装置内のどこから騒音が発生しているかを知る
必要を生じる場合がある。これらの場合に、音源から放
射された音をとらえて音源位置を推定する方法として、
従来、いわゆる音響インテンシティ法が採用されてい
る。この方法は、複数のセンサの出力信号の時間差を求
め、それから音速を考慮して音源位置を推定する方法で
ある。しかしこの方法で音源位置の推定に手間がかかり
過ぎ、また音源の数が多くなると推定が困難になるとい
う問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み、比較的簡易に音源位置を推定することができ、か
つ音源が複数であってもそれら複数の各音源の位置を推
定することのできる音源探査装置を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の音源探査装置は、 (1)互いに離れた位置に配置される複数の音センサ (2)1つもしくは複数の音源から発せられた音が前記
複数の音センサで収録されることにより得られた音信号
どうしの、1つもしくは複数の各周波数におけるクロス
スペクトルを、上記複数の音センサのうち各2つずつの
組合せについて求めるクロススペクトル演算手段 (3)空間上に設定された仮想点に音源が存在する場合
に実数となるように前記クロススペクトルが位相補償さ
れた位相補償クロススペクトルを、複数の各仮想点につ
いて求める位相補償スペクトル演算手段 (4)位相補償スペクトル演算手段で各仮想点毎にそれ
ぞれ複数求められた位相補償クロススペクトルの実数部
の、各仮想点毎の最小値に基づいて、上記1つもしくは
複数の音源の位置を特定する音源位置特定手段 を備えたことを特徴とするものである。
【0006】
【作用】ここでは、まず、本発明における音源位置推定
方法の原理について説明し、次いで本発明の特徴につい
て説明する。図1は、音センサと音源のレイアウト図で
ある。直線上にM個の音センサM1 ,M2 ,…,Mm
並び、それと並行して1つもしくは複数の実音源Si
並んでいる。
【0007】このとき、各音センサM1 ,M2 ,…,M
m の出力をxi1,xi2,…,xim、それらのスペクトル
i1,Xi2,…,Ximとする。ここで下添えのiは音源
番号、1〜mの数字は音センサの番号である。各音源の
体積速度をSi とすると、i番目の音源によるj番の音
センサの出力は、 xij=Si (t−c/rij)/4πrij ……(1) となる。但しrijは、音源iと音センサjとの間の距離
である。
【0008】これをフーリ変換して、周波数fの成分を
取り出すと、 Xij(f)=Si (f)・exp(−jkrij)/4πrij ……(2) と表わされる。音源位置推定のためには、音センサの出
力をフーリエ変換して、2個ずつの音センサ出力のクロ
ススペクトルを求める。4個の音センサがあれば、6対
の音センサ対ができ、したがって6種のクロススペクト
ルが計算される。ここで、j番目とk番目の音センサの
出力のクロススペクトルをWjkとすると、次式が得られ
る。
【0009】 Wjk=Si *(f)・Si (f)・exp(jkrij−jkrik) /16π2ij・rik ……(3) 各音センサの出力と、そのクロススペクトルは、音源か
ら音センサまでの距離により、位相がexp(−jkr
ij)のように回転し、大きさが1/4πrij倍になる
が、大きさの変化を無視しても音源探査の原理には問題
は起きない。したがって大きさの変化を無視して式
(2)、および式(3)を次のように簡略化する。
【0010】 Xij(f)=Si (f)・exp(−jkrij) ……(4) Wjk=Si *(f)・Si (f)・exp(jkrij−jkrik) ……(5) 以下では、これらの式を出発点とする。音源どうしを結
ぶ直線上の任意の点に音源があるものと仮想し、その仮
想点の位置を、音源番号と同じように番号で表わすこと
にして、それをn点とする。n点と各音センサまでの距
離は、rnmと表わす(図1参照)。
【0011】もしも仮想点nに真の音源Si (t)があ
るとすると、マイクjとマイクkの出力のクロススペク
トルは、次のようにならなければならない。 Wjk=Si *(f)・Si (f)・exp(jkrij−jkrik) ……(6) このスペクトルが実数になるように位相項を補償すると
すると、補償のためには次の値を掛ければよい。
【0012】 exp(−jkrnj+jkrnk) ……(7) 式(7)を式(5)に掛けると、 Wjkexp(−jkrnj+jkrnk) =Si * (f)・Si (f)・exp(jkrij−jkrik) exp(−jkrnj+jkrnk) =Si * (f)・Si (f)・exp{jk(rij−rik−rnj+rnk)} ……(8) となる。
【0013】式(8)の実数部は、次のようになる。 Re[Wjkexp(−jkrnj+jkrnk)] =Si * (f)・Si (f)・cos{k(rij−rik−rnj+rnk)} ……(9) もし、点nが真の音源の位置iと一致していると、式
(8)のかっこの中身は0になって、式(8)の値は正
の実数だけになり、しかも、実数部の大きさは、仮想点
を他の点としたときよりも大きくなる。このような関係
になる仮想点は、点nが真の音源の位置iと一致する点
だけとは限らず、cos{k(rij−rik−rnj
nk)}が2πの整数倍になる点があれば、その点でも
そうなる。虚数部が完全には0にならなくても、式
(9)の値が空間的に巨大になる場所も存在する。これ
らの点を虚像点と呼ぶことにする。
【0014】一般には、真の音源の点で式(9)の値が
最大になり、虚像点ではそれほど大きくはならないが、
空間で虚像点を十分に密にスキャンすることができない
ので、式(9)の値が最大になる点が真の音源の位置に
最も近いとは限らない。このままでは、虚像点と真の音
源点との区別がつかなくなるので、他の音センサ対につ
いても同様の測定・計算を行う。また同一の音センサ対
においても異なる周波数fについて同様の測定・計算を
行い、それらを音センサ対の相違と同一視してもよい。
虚像点は、一般に音センサ対が変わると別の点に移る
が、実像点は、原理的に動かない。したがって、式
(8)の値が正の実数で、かつどの音センサ対をとって
も値が大きくなる点をもって、真の音源点とし、どれか
の音センサ対ではその値が小さくなる点は虚像点である
と見なすことにより、真の音源点を確定することができ
る。尚、クロススペクトル周波数fは、音源から発せら
れた音に含まれる範囲内の周波数である必要があること
はもちろんである。
【0015】実際には、仮想点を、音源が存在する範囲
の中で細かくずらしながら、この計算をしていく。そう
して計算された範囲内におけるあらゆる音センサ対に対
する式(8)の実数部の値の最小を連ねる線または曲面
を描くと、その線(曲面)は、真の音源位置だけで大き
な正の値を示し、その他の点では一般に負の値になる。
【0016】本発明の1つの特徴は、上記最小値を採用
したことにある。最小値の代わりに平均値でも音源位置
推定は可能であるが、最小値を使うと、その値が真の音
源点では正になり、虚像点では負になるのが普通であ
る。もちろん、小さい音源では必ずしも正の値にはなら
ないが、複数の音源が存在する場合も考えると、最小値
を連ねる曲線(曲面)の方がよい。
【0017】これによって、真の音源位置を知ることが
できる。しかも、こうして得た真の音源点に対する補償
を行った位相補償スペクトルは、その点音源が存在して
いた場合のスペクトルそのものである。このことから、
特定の音源が放射する音のパワースペクトルを、ほかと
分離して測定することができる。ただし、パワースペク
トルの測定のためには、他の音源による音を打ち消すた
めに、多数の音センサ対を用いることが必要である。
【0018】音源位置推定のためのマイクの数は多いほ
どよいと考えられるが、今までの実験では、3個でも4
個でも余り変わらない結果が得られている。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
2は、実験に用いた装置の概略構成図である。スピーカ
1 ,…,Sn からはホワイトノイズを放射させ、それ
を無指向性小型マイクロフォンM1 ,M2 ,…,Mm
収録した。それらのマイクロフォンM 1 ,M2 ,…,M
m で収録された音信号は、マルチプレクサ11により順
次2チャンネルずつ選択しながらFFTアナライザ12
に入力し、FFTアナライザ12で、各2チャンネル毎
に、126回の平均を行ったクロススペクトルを求め
た。そのクロススペクトルをパーソナルコンピュータ1
3に送りディスクに保存した。その後、パーソナルコン
ピュータ13において、本発明にいう位相補償スペクト
ル演算手段、および音源位置特定手段に相当する演算を
行った。
【0020】図3,図4は、4個のマイクロフォンを使
用し、音源がそれぞれ1個,2個のときの実験結果を示
す図である。ここでの実験では、音源から放射する音
は、4000Hz以下に帯域制限したランダムノイズで
あり、クロススペクトルの400Hz以上の成分の、5
0〜250Hz間隔の周波数成分について、上述の処理
を行った。周波数帯域や周波数間隔による結果の違いは
少なかった。仮想音源点は2cm間隔に一直線上にとっ
た。
【0021】これらの図に示されるように、最小値のピ
ークを見出すことにより、音源位置が高精度に特定され
る。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の音源探査
装置は、各仮想点毎に複数の位相補償スペクトルを求
め、それらの最小値に基づいて音源位置を特定するもの
であるため、音源が複数存在していてもそれらの音源位
置が比較的簡単かつ高精度に特定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】音センサと音源のレイアウト図である。
【図2】実験に用いた装置の概略構成図である。
【図3】4個のマイクロフォンを使用し、音源がそれぞ
れ1個,2個のときの実験結果を示す図である。
【図4】4個のマイクロフォンを使用し、音源がそれぞ
れ1個,2個のときの実験結果を示す図である。
【符号の説明】
1 ,…,Sn スピーカ M1 ,M2 ,…,Mm 音センサ(マイクロフォン) 11 マルチプレクサ 12 FFTアナライザ 13 パーソナルコンピュータ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに離れた位置に配置される複数の音
    センサと、 1つもしくは複数の音源から発せられた音が前記複数の
    音センサで収録されることにより得られた音信号どうし
    の、1つもしくは複数の各周波数におけるクロススペク
    トルを、前記複数の音センサのうち各2つずつの組合せ
    について求めるクロススペクトル演算手段と、 空間上に設定された仮想点に音源が存在する場合に実数
    となるように前記クロススペクトルが位相補償された位
    相補償クロススペクトルを、複数の各仮想点について求
    める位相補償スペクトル演算手段と、 該位相補償スペクトル演算手段で各仮想点毎にそれぞれ
    複数求められた前記位相補償クロススペクトルの実数部
    の、各仮想点毎の最小値に基づいて、前記1つもしくは
    複数の音源の位置を特定する音源位置特定手段とを備え
    たことを特徴とする音源探査装置。
JP23134393A 1993-09-17 1993-09-17 音源探査装置 Withdrawn JPH0784028A (ja)

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JP23134393A JPH0784028A (ja) 1993-09-17 1993-09-17 音源探査装置

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JP23134393A JPH0784028A (ja) 1993-09-17 1993-09-17 音源探査装置

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Publication Number Publication Date
JPH0784028A true JPH0784028A (ja) 1995-03-31

Family

ID=16922150

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JP23134393A Withdrawn JPH0784028A (ja) 1993-09-17 1993-09-17 音源探査装置

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JP (1) JPH0784028A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030046727A (ko) * 2001-12-06 2003-06-18 박규식 서브밴드 씨피에스피 알고리듬을 이용한 음원위치추정방법및 그 시스템
GB2397736A (en) * 2003-01-21 2004-07-28 Hewlett Packard Co Visualization of spatialized audio
JP2011107084A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Jrc Tokki Co Ltd 音響信号処理装置

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Effective date: 20001128