WO2011036815A1 - モニタリング装置 - Google Patents
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- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/04—Frequency
- G01H3/08—Analysing frequencies present in complex vibrations, e.g. comparing harmonics present
Definitions
- the present invention relates to environmental measurement, and more particularly to a monitoring device for identifying a user position or a surrounding situation based on acoustic information.
- a method of diagnosing the operating state of the device based on the acoustic information for example, there is a method of diagnosing by analyzing information from a microphone installed in the vicinity of the monitoring target device (see, for example, Patent Document 1). There is also a method of using an acoustic sensor that is not fixed, such as a microphone provided in a mobile phone (see, for example, Patent Document 2).
- the microphones are fixed and installed, a plurality of microphones are required.
- the abnormal sound to be detected is a specific frequency registered in advance in the device, for example, an emergency bell connected to a fire detector, an alarm speaker sound connected to an intrusion sensor Etc can only be detected.
- the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and uses only the microphone owned by the user to identify the equipment operating around the observer, and the equipment and the user are in a normal state. It is an object of the present invention to provide a monitoring device that can determine whether it is in an abnormal state.
- a monitoring device performs a frequency analysis by sampling a sound collecting unit that records environmental sound in a measurement space in which at least one device is present, and the environmental sound, It is an index that determines the difference in sound quality based on the sound pressure level of the feature frequency component and the analysis unit that extracts the frequency component with the highest sound pressure level among the frequency components of the operating sound of the device as the feature frequency component.
- a calculation unit that calculates sound quality metrics, a storage unit that stores contour data that connects equal measurement points of basic sound quality metrics that are calculated according to the operating state of the device in advance, and contour data that is stored in the storage unit And a determination unit that determines whether there is a measurement point at which the basic sound quality metrics and the sound quality metrics calculated by the calculation unit match.
- the monitoring device comprises a sound collection unit for recording environmental sound in a measurement space where at least one device is present, sampling the environmental sound for frequency analysis, and operating the frequency of the operating sound of the device.
- a sound collection unit for recording environmental sound in a measurement space where at least one device is present, sampling the environmental sound for frequency analysis, and operating the frequency of the operating sound of the device.
- an analysis unit that extracts the frequency component with the highest sound pressure level as the feature frequency component and contour data connecting measurement points with equal basic sound pressure levels extracted according to the operating state of the device in advance is stored.
- a determination unit that determines whether there is a measurement point at which the basic sound pressure data of the contour data stored in the storage unit matches the sound pressure data calculated by the calculation unit. It is characterized by
- the device operating around the observer is specified using only the microphone owned by the user, and it is determined whether the device and the user are in the normal state or in the abnormal state. It can be done.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a monitoring device according to a first embodiment.
- 6 is a flowchart showing an operation of basic data generation of the monitoring device according to the first embodiment.
- the figure which shows an example of basic data. 6 is a flowchart showing observation operation of the monitoring device according to the present embodiment. The figure which shows the specific example of observation operation.
- the block diagram which shows the structure of the monitoring apparatus which concerns on 2nd Embodiment.
- the monitoring device according to the present embodiment is assumed to be used, for example, when a user moves and inspects (observes) the state of a device operating in a factory or a building.
- the configuration of the monitoring device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
- the monitoring apparatus 100 according to the present embodiment includes a sound collection unit 101, a frequency analysis unit 102, a contour generation unit 103, a contour storage unit 104, a contour determination unit 105, and a notification unit 106.
- the sound collection unit 101 collects environmental sound at an arbitrary measurement point using an acoustic sensor such as a microphone in an environment (also referred to as a measurement space) in which a device to be measured exists.
- an acoustic sensor such as a microphone in an environment (also referred to as a measurement space) in which a device to be measured exists.
- the frequency analysis unit 102 receives environmental sound from the sound collection unit 101 and performs frequency analysis of the environmental sound. Then, feature frequency components that are unique frequency components for each device are extracted.
- the contour generation unit 103 receives the characteristic frequency component for each device from the frequency analysis unit 102, and based on the sound pressure level of the characteristic frequency, the measurement points having the same sound pressure level when operating independently for each device Creates a connected contour map (also called contour data). Furthermore, contour diagrams (hereinafter also referred to as basic data) of sound pressure levels of all combinations of the case where the device is in operation and the case where the device is off are generated. The basic data will be described later with reference to FIG.
- the contour storage unit 104 receives the basic data from the contour generation unit 103 and stores the basic data.
- the contour determination unit 105 receives the feature frequency component from the frequency analysis unit 102 and the contour diagram included in the basic data from the contour storage unit 104, and the sound pressure level of each feature frequency component and each feature in the contour diagram of the basic data It is determined whether the sound pressure level of the frequency component matches or not, and the determination result is calculated.
- the notification unit 106 receives the determination result from the contour determination unit 105, and notifies the determination result to the user or another external system.
- step S201 the operation sound when the sound collection unit 101 operates normally for each device is recorded. Specifically, after individually operating the devices installed in the measurement space, environmental noise including the operation sound of the devices is recorded at an arbitrary measurement point set in the measurement space.
- step S202 frequency analysis such as fast Fourier transform is performed on the environmental sound recorded by the frequency analysis unit 102.
- step S203 the frequency analysis unit 102 extracts feature frequency components for each device. Since the devices are operated individually, it is possible to extract the characteristic frequency component of the operating sound unique to the device.
- step S204 based on the sound pressure level of the feature frequency component for each measurement point, the contour generation unit 103 connects the points of equal sound pressure level of the feature frequency component when operating independently for each device. Generate Then, the contour map for each device is superimposed, that is, the sum of the sound pressure levels of all feature frequency components is obtained for each measurement point to generate the contour map.
- step S205 the contour diagram generated by the contour generation unit 103 is stored in the contour storage unit 104 as basic data. Above, the operation
- FIG. 3A shows the relationship between the sound pressure level and the frequency which is the result of performing the fast Fourier transform after sampling the environmental sound when operated independently for each device at a constant interval.
- FIG. 3B shows different feature frequency components can be obtained for each device.
- FIG. 3C shows a contour diagram generated based on the sound pressure level of the feature frequency component for each device.
- FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) are contour diagrams of the device A, the device B, and the device C operating independently. It is similar.
- FIG.4 (d), FIG.4 (e), and FIG.4 (f) have shown the state which the apparatus C, the apparatus B, and the apparatus A each stop.
- the contour of each feature frequency component is calculated to generate a contour.
- the feature frequency component of the device A is 100 Hz
- the feature frequency component of the device B is 500 Hz
- the feature frequency component of the device C is 700 Hz.
- the sum of the 100 Hz frequency component when the device A is operated alone and the 100 Hz component when the device B is operated alone is calculated for each measurement point, and the device A And the characteristic frequency component of the device A when the two devices of the device B are operated.
- the characteristic frequency component (500 Hz) of the device B is a frequency component of 500 Hz when the device B is operated alone and 500 Hz when the device C is operated alone.
- the sum of the components may be calculated.
- FIG. 4 (g) is a contour diagram when all three devices are operated, and in the same manner as the contour diagram in a state in which two devices are in operation from FIG. 4 (d) to FIG. 4 (f). It can be calculated.
- FIG. 4 (h) shows a state in which none of the devices are operating.
- contour diagrams of all combinations of devices to be measured are obtained as basic data, and are stored in advance in the contour storage unit 104.
- the above basic data may be previously measured and generated by another sound collection device or the like, and stored in the contour storage unit.
- the contour generation unit of the monitoring device can be omitted.
- Steps S501 and S502 perform the same operations as steps S201 and S202.
- step S503 the frequency analysis unit 102 extracts the level of the feature frequency component of each device from the recorded sound. For example, in the example of the device illustrated in FIG. 4, sound pressure levels of feature frequency components of 100 Hz, 500 Hz, and 700 Hz may be extracted. If the variation of the sound pressure level of the characteristic frequency component is equal to or higher than the threshold, the process proceeds to step S506. If the calculated sound pressure level does not change for a predetermined time, the process proceeds to step S507. Other than that, it progresses to step S504.
- step S504 the contour determination unit 105 compares the sound pressure level extracted in step S503 with the sound pressure level for each feature frequency component at each measurement point of the contour diagram stored in the contour storage unit 104. If the corresponding contour map exists, the process proceeds to step S505. If the corresponding contour map does not exist, the process proceeds to step S506.
- step S505 the contour determination unit 105 determines that the operating state of the device is normal. Note that if there is a contour map including measurement points that match the extracted sound pressure level, the position of the measurement point in the measurement space is known, so the position of the user can also be identified.
- step S506 it is indicated that one of the devices is different from the normal operating condition because there is no contour map identical to the observed feature frequency component and sound pressure level. Therefore, the contour determination unit 105 determines that the operating state of the device is abnormal. Also, even when the variation of the sound pressure level of the characteristic frequency component is very fast, since the rapid variation of the sound pressure level is not observed in the normal operation state, the contour determination unit 105 has an abnormal operation state of the device. It is determined that
- step S507 if the sound pressure level calculated by the contour determination unit 105 does not change for a certain period of time, the user needs to stay there for some reason (for example, the user has a physical disorder, or Since the user finds an abnormality of the device and is inspecting the device, etc.), it can be determined that either the device or the user is in an abnormal state.
- FIGS. 6 and 7 A specific example of the observation operation of the monitoring device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. It is assumed that the user performs observation at the position shown in FIG. And environmental sound is observed in the position of Fig.6 (a), and the result of having performed Fourier transformation is shown in FIG.6 (b). The relationship between the feature frequency component and the sound pressure level as shown in FIG. 6B can be obtained, and feature frequency components of the device A, the device B, and the device C can be obtained. By extracting the characteristic frequency components of such environmental sound by sampling at a constant interval by the frequency analysis unit 102, whether there is a change in the sound pressure level of each characteristic frequency component or a frequency that is not each characteristic frequency component It can be determined whether there is a peak of sound pressure level.
- the sound pressure level of each observed feature frequency component is compared with the contour chart of the sound pressure level included in the basic data stored in advance in the contour storage unit 104, as shown in FIG. 6 (c). It is determined whether or not there is a measurement point that matches the sound pressure level of each feature frequency component observed in the contour map.
- the device and the user are normal by comparing the sound pressure level of the environmental sound including the operation sound of each device with the contour diagram of the sound pressure level included in the basic data. It can be determined whether it is a state or an abnormal state.
- the present embodiment differs from the first embodiment in that sound quality metrics are used as parameters used to generate a contour map.
- the sound quality metric is an index to determine the difference in sound quality based on the concept of psychoacoustics. Specifically, for example, loudness which is an index representing the magnitude of sound, sharpness which is an index representing pitch of sound, roughness which is an index representing roughness of sound, an index representing fluctuation of sound There is fluctuation intensity.
- the monitoring apparatus 700 includes a sound collection unit 101, a frequency analysis unit 102, a contour storage unit 104, a contour determination unit 105, a notification unit 106, a sound quality metrics calculation unit 701, and a contour generation unit 702.
- the sound collection unit 101, the frequency analysis unit 102, the contour storage unit 104, the contour determination unit 105, and the notification unit 106 perform the same operations as in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.
- the sound quality metrics calculation unit 701 receives the sound pressure level of the feature frequency component of each device at the measurement point from the frequency analysis unit 102, and generates sound quality metrics.
- the contour generation unit 702 receives the sound quality metrics from the sound quality metrics calculation unit 701, and generates a contour map of the sound quality metrics for all the combinations of the respective devices as in the sound pressure level contour map of the first embodiment.
- contours of all combinations of the respective devices are generated for the contour diagram of loudness (also referred to as a loudness contour diagram) and the contour diagram of sharpness (also referred to as a sharpness contour diagram).
- step S801 to step S803 is the same as the process from step S201 to step S203 shown in FIG.
- step S804 the sound quality metrics calculation unit 701 calculates loudness based on the sound pressure level of the feature frequency component of each device.
- the loudness can be calculated for each sound pressure by writing the result of frequency analysis by the frequency analysis unit 102 in a chart, but this is a general method, and the description thereof is omitted here.
- sharpness, roughness, impulsiveness and fluctuation intensity are calculated from the loudness of each device. Sharpness can be calculated from the center of gravity of the area of the loudness spectrum, but a general method may be used, and a detailed description will be omitted here.
- the roughness can be calculated by periodic fluctuations in time series on the loudness or frequency of the sound.
- the fluctuation intensity can also be determined by the same calculation method as the roughness. Roughness is an index indicating the roughness of a sound sensitive to rapid fluctuations around 70 Hz, and the fluctuation intensity is an index indicating a sense of fluctuation sensitive to slow fluctuations around 4 Hz.
- impulsiveness is an expression of suddenness of sound.
- step S805 the contour generation unit 103 generates the loudness contour diagram and the sharpness contour diagram of all the combinations for each device, as in step S204.
- step S 806 the contour generated by the contour generation unit 103 is stored in the contour storage unit 104. Thus, the operation of basic data generation is completed.
- steps S901 and S902 are similar to the processes of steps S801 and S802 shown in FIG.
- step S 903 the sound quality metrics calculation unit 701 calculates the loudness of the feature frequency component for each device. If the variation of the observed loudness level is equal to or higher than the threshold, the process proceeds to step S 907. If the level of the observed loudness does not change for a predetermined time or more, the process proceeds to step S 908. Otherwise, the process proceeds to step S904.
- step S904 sharpness, fluctuation strength, impulsiveness, and roughness are calculated based on the loudness calculated by the sound quality metrics calculation unit 701 for each device. If the levels of sharpness, fluctuation intensity, impulsiveness and roughness do not change for a predetermined time or more, the process proceeds to step S 908. Other than that, it progresses to step S905.
- step S 905 the contour determination unit 105 compares the loudness and sharpness at each measurement point of the loudness contour diagram and the sharpness contour diagram stored in the contour storage unit 104 with the loudness and sharpness calculated from the environmental sound. If there is a loudness contour diagram and a sharpness contour diagram including measurement points whose loudness and sharpness coincide with each other, the process proceeds to step S906.
- step S906 the contour determination unit 105 determines that the operating state of the device is normal.
- step S 907 the contour determination unit 105 determines that the operating state of the device is abnormal.
- step S908 as in step S507, the contour determination unit 105 determines that at least one of the device and the user is in an abnormal state.
- contour generation unit 103 generates a roughness contour diagram, a variation strength contour diagram, and an impulsiveness contour diagram
- the contour determination unit 105 performs the same determination as the sharpness contour diagram and the loudness contour diagram.
- the operation state of the device is determined based on whether the sharpness and loudness calculated from the environmental sound coincide with the sharpness contour diagram and the loudness contour diagram stored in the contour storage unit 104.
- the loudness and sharpness levels it is possible to obtain more detailed equipment status. For example, if the loudness is large, it can be estimated that the operating condition of the device is unbalanced, and if the sharpness is large, it indicates that the high frequency component is increased. Can be considered.
- FIG. 10A shows the contour of the sound pressure level of the frequency f A component generated by the device A. Also, the asterisk indicates the place where the user 1001 is located. Note that, for the sake of simplicity, contours of sound pressure levels are shown without considering wall reflections and the like. Sound pressure level contours have already been evaluated by measurement and analysis.
- FIG. 10A shows that the user 1001 is listening to the sound of the sound pressure level 2 of the frequency f A component generated from the device A.
- FIG. FIG. 10B shows characteristic frequency components f A , f B , f C , and f generated from the device A, the device B, the device C, and the device D when all the devices operate normally.
- the isotone pressure level line of D is shown.
- the position where the user 1001 is located can be specified from the information of isotone pressure level lines of different feature frequencies of a plurality of devices. Furthermore, the movement of the user 1001 can also be identified by increasing the sampling rate.
- FIG. 10C shows the case where the device A is in an abnormal state. If there is an abnormality in a specific device, only the sound pressure level and quality metrics that apply to the device that has the abnormality will differ even if the user 1001 is in the same position as the sound pressure level contour of the other device. It can be identified that the device is abnormal.
- FIG. 10D shows the case where the user 1001 is close to the device A and is normal
- FIG. 10E shows the case where the user 1001 is close to the device A and is in an abnormal state. If the observed sound pressure level does not change for a certain period of time, it can be determined that there is an abnormality in a specific device or the user 1001 can not move from the side of the device, or that the user 1001 has some abnormality.
- the present invention is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the scope of the invention.
- various inventions can be formed by appropriate combinations of a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, components in different embodiments may be combined as appropriate.
- the monitoring device is effective, for example, when inspecting (observing) a state of a device operating in a factory or a building while the user moves.
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Abstract
少なくとも１つ以上の機器が存在する測定空間内の環境音を収録する集音部と、前記環境音をサンプリングして周波数分析し、機器の稼働音の周波数成分の中で最も音圧レベルが高い周波数成分を特徴周波数成分として抽出する分析部と、前記特徴周波数成分の音圧レベルに基づいて、音質の違いを判定する指標である音質メトリクスを算出する算出部と、予め機器の稼働状態に応じて算出された基本音質メトリクスの等しい測定点を結んだコンターデータが格納された格納部と、前記格納部に格納されたコンターデータの基本音質メトリクスと前記算出部により算出された音質メトリクスが一致する測定点があるかどうかを判定する判定部と、を具備する。
Description
本発明は、環境計測に関し、特に音響情報をもとにユーザ位置または周囲の状況等を特定するモニタリング装置に関する。
音響情報をもとに機器の運転状態を診断する方法としては、例えば、監視対象機器の近傍に設置したマイクロホンからの情報を分析することで診断する方法がある（例えば、特許文献１参照）。また、携帯電話が備えているマイクロホンなど、固定されていない音響センサを用いる方法もある（例えば、特許文献２参照）。
しかし、マイクロホンを固定して設置する場合は、複数台のマイクロホンが必要となる。また、固定されていない音響センサを用いる方法では、検出する異常音は、予め機器に登録されている特定の周波数、例えば火災検知器に接続された非常ベル、侵入センサに接続された警報スピーカ音などしか検出することができない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ユーザの所有するマイクロホンのみを用いて観測者の周囲で稼働している機器の特定を行い、機器およびユーザが正常状態であるか異常状態であるかを判定することができるモニタリング装置を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明に係るモニタリング装置は、少なくとも１つ以上の機器が存在する測定空間内の環境音を収録する集音部と、前記環境音をサンプリングして周波数分析し、機器の稼働音の周波数成分の中で最も音圧レベルが高い周波数成分を特徴周波数成分として抽出する分析部と、前記特徴周波数成分の音圧レベルに基づいて、音質の違いを判定する指標である音質メトリクスを算出する算出部と、予め機器の稼働状態に応じて算出された基本音質メトリクスの等しい測定点を結んだコンターデータが格納された格納部と、前記格納部に格納されたコンターデータの基本音質メトリクスと前記算出部により算出された音質メトリクスが一致する測定点があるかどうかを判定する判定部と、を具備することを特徴とする。
また、本発明に係るモニタリング装置は、少なくとも１つ以上の機器が存在する測定空間内の環境音を収録する集音部と、前記環境音をサンプリングして周波数分析し、機器の稼働音の周波数成分の中で最も音圧レベルが高い周波数成分を特徴周波数成分として抽出する分析部と、予め機器の稼働状態に応じて抽出された基本音圧レベルの等しい測定点を結んだコンターデータが格納された格納部と、前記格納部に格納されたコンターデータの基本音圧データと前記算出部により算出された音圧データとが一致する測定点があるかどうかを判定する判定部と、を具備することを特徴とする。
本発明のモニタリング装置によれば、ユーザの所有するマイクロホンのみを用いて観測者の周囲で稼働している機器の特定を行い、機器およびユーザが正常状態であるか異常状態であるかを判定することできる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るモニタリング装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
（第１の実施形態）
本実施形態に係るモニタリング装置は、例えば工場やビルで稼働している機器の状態をユーザが移動しながら検査（観測）する際に使用されることを想定している。
本実施形態に係るモニタリング装置は、例えば工場やビルで稼働している機器の状態をユーザが移動しながら検査（観測）する際に使用されることを想定している。
本実施形態に係るモニタリング装置の構成について図１を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係るモニタリング装置１００は、集音部１０１、周波数分析部１０２、コンター生成部１０３、コンター格納部１０４、コンター判定部１０５、および通知部１０６を含む。
本実施形態に係るモニタリング装置１００は、集音部１０１、周波数分析部１０２、コンター生成部１０３、コンター格納部１０４、コンター判定部１０５、および通知部１０６を含む。
集音部１０１は、測定対象となる機器が存在する環境（測定空間ともいう）において、任意の測定点の環境音をマイクロホンなどの音響センサを用いて収録する。
周波数分析部１０２は、集音部１０１から環境音を受け取り、環境音の周波数分析を行う。そして、機器ごとの固有の周波数成分である特徴周波数成分を抽出する。
コンター生成部１０３は、周波数分析部１０２から機器ごとの特徴周波数成分を受け取り、特徴周波数の音圧レベルをもとに、機器ごとに単独で稼働しているときの音圧レベルの等しい測定点を結んだコンター図（コンターデータともいう）を生成する。さらに、機器が稼働している場合と機器が停止している場合との全ての組み合わせの音圧レベルのコンター図（以下、基本データともいう）を生成する。基本データについては図４を参照して後述する。
コンター格納部１０４は、コンター生成部１０３から基本データを受け取り、基本データを格納する。
コンター判定部１０５は、周波数分析部１０２から特徴周波数成分を、コンター格納部１０４から基本データに含まれるコンター図をそれぞれ受け取り、各特徴周波数成分の音圧レベルと基本データのコンター図中の各特徴周波数成分の音圧レベルとが一致するかどうかを判定して判定結果を算出する。
通知部１０６は、コンター判定部１０５から判定結果を受け取り、判定結果をユーザまたは外部の他のシステムへ通知する。
通知部１０６は、コンター判定部１０５から判定結果を受け取り、判定結果をユーザまたは外部の他のシステムへ通知する。
次に、本実施形態に係るモニタリング装置の基本データ生成の動作について図２のフローチャートを参照して詳細に説明する。
ステップＳ２０１では、集音部１０１が機器ごとに正常に稼働した場合の稼働音を収録する。具体的には、測定空間内に設置されている機器をそれぞれ個別に稼働させたのち、測定空間に設定した任意の測定点において、機器の稼働音を含む環境音を収録する。
ステップＳ２０１では、集音部１０１が機器ごとに正常に稼働した場合の稼働音を収録する。具体的には、測定空間内に設置されている機器をそれぞれ個別に稼働させたのち、測定空間に設定した任意の測定点において、機器の稼働音を含む環境音を収録する。
ステップＳ２０２では、周波数分析部１０２が収録した環境音に対して高速フーリエ変換などの周波数分析を行う。
ステップＳ２０３では、周波数分析部１０２が機器ごとの特徴周波数成分を抽出する。機器を個別に稼働させているので、機器固有の稼働音の特徴周波数成分を抽出することができる。
ステップＳ２０４では、コンター生成部１０３が測定点ごとの特徴周波数成分の音圧レベルに基づいて、機器ごとに単独で稼働させたときの特徴周波数成分の等しい音圧レベルの点をつないだコンター図を生成する。そして、機器ごとのコンター図を重ね合わせ、つまり測定点ごとに全ての特徴周波数成分の音圧レベルの和を求めてコンター図を生成する。
ステップＳ２０５では、コンター生成部１０３で生成したコンター図を基本データとしてコンター格納部１０４に格納する。以上で本実施形態に係るモニタリング装置の基本データ生成の動作を終了する。
ステップＳ２０５では、コンター生成部１０３で生成したコンター図を基本データとしてコンター格納部１０４に格納する。以上で本実施形態に係るモニタリング装置の基本データ生成の動作を終了する。
次に、ステップＳ２０１からステップＳ２０４までの処理の具体例について図３を参照して詳細に説明する。
ここでは、図３（ａ）に示すように、測定空間内に機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃの３つの機器が稼働している状態を想定する。図３（ｂ）には、機器ごとに単独で稼働させたときの環境音を一定間隔でサンプリングしたのち高速フーリエ変換を行った結果である音圧レベルと周波数との関係を示す。図３（ｂ）に示すように、機器ごとに異なる特徴周波数成分を得ることができる。
図３（ｃ）には、機器ごとの特徴周波数成分の音圧レベルをもとに生成したコンター図を示す。特徴周波数成分の音圧レベルの等しい測定点を結ぶことにより、機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃそれぞれのコンター図を生成することができる。
ここでは、図３（ａ）に示すように、測定空間内に機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃの３つの機器が稼働している状態を想定する。図３（ｂ）には、機器ごとに単独で稼働させたときの環境音を一定間隔でサンプリングしたのち高速フーリエ変換を行った結果である音圧レベルと周波数との関係を示す。図３（ｂ）に示すように、機器ごとに異なる特徴周波数成分を得ることができる。
図３（ｃ）には、機器ごとの特徴周波数成分の音圧レベルをもとに生成したコンター図を示す。特徴周波数成分の音圧レベルの等しい測定点を結ぶことにより、機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃそれぞれのコンター図を生成することができる。
ここで、基本データ生成の一例について図４を参照して詳細に説明する。
図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｃ）は、機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃがそれぞれ単独で稼働している状態のコンター図であり、図３に示す図と同様である。
図４（ａ）、図４（ｂ）、および図４（ｃ）は、機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃがそれぞれ単独で稼働している状態のコンター図であり、図３に示す図と同様である。
図４（ｄ）、図４（ｅ）、および図４（ｆ）は、機器Ｃ、機器Ｂ、および機器Ａがそれぞれ停止している状態を示している。このときのコンター図は、２つの機器が稼働しているので、それぞれの特徴周波数成分についての和を算出してコンター図を生成する。
具体的に、機器Ａの特徴周波数成分が１００Ｈｚであり、機器Ｂの特徴周波数成分が５００Ｈｚであり、機器Ｃの特徴周波数成分が７００Ｈｚである場合を想定する。図４（ｄ）の例では、機器Ａを単独で稼働させたときの１００Ｈｚの周波数成分と、機器Ｂを単独で稼働させたときの１００Ｈｚの成分の和を測定点ごとに計算し、機器Ａおよび機器Ｂの２つの機器を稼働させた場合の機器Ａの特徴周波数成分とすればよい。同様に図４（ｆ）の例では、機器Ｂの特徴周波数成分（５００Ｈｚ）は、機器Ｂを単独で稼働させたときの５００Ｈｚの周波数成分と、機器Ｃを単独で稼働させたときの５００Ｈｚの成分の和を算出すればよい。
具体的に、機器Ａの特徴周波数成分が１００Ｈｚであり、機器Ｂの特徴周波数成分が５００Ｈｚであり、機器Ｃの特徴周波数成分が７００Ｈｚである場合を想定する。図４（ｄ）の例では、機器Ａを単独で稼働させたときの１００Ｈｚの周波数成分と、機器Ｂを単独で稼働させたときの１００Ｈｚの成分の和を測定点ごとに計算し、機器Ａおよび機器Ｂの２つの機器を稼働させた場合の機器Ａの特徴周波数成分とすればよい。同様に図４（ｆ）の例では、機器Ｂの特徴周波数成分（５００Ｈｚ）は、機器Ｂを単独で稼働させたときの５００Ｈｚの周波数成分と、機器Ｃを単独で稼働させたときの５００Ｈｚの成分の和を算出すればよい。
図４（ｇ）は３つの機器全てを稼働させたときのコンター図であり、図４（ｄ）から図４（ｆ）までの２つの機器が稼働している状態のコンター図と同じ方法で算出することができる。一方、図４（ｈ）はいずれの機器も稼働していない状態を示す。
上述のように、基本データとして測定対象となる機器の全ての組み合わせのコンター図を求めて、予めコンター格納部１０４へ格納される。図４の例では、機器が３つであるため、機器が稼働しているか停止しているかの全ての組み合わせは２３＝８通りとなる。すなわち、測定対象となる機器の数がｎ個（ｎは任意の正の整数）であるとすれば、２ｎ通りのコンター図を生成すればよい。
以上の基本データについては、予め別の集音機器などにより測定し、生成し、コンター格納部に格納しておいてもよい。この場合、モニタリング装置のコンター生成部を省略することができる。
次に、本実施形態に係るモニタリング装置の観測動作について図５のフローチャートを参照して詳細に説明する。
ステップＳ５０１およびステップＳ５０２は、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２と同様の動作を行う。
ステップＳ５０１およびステップＳ５０２は、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２と同様の動作を行う。
ステップＳ５０３では、周波数分析部１０２が収録された音から各機器の特徴周波数成分のレベルを抽出する。例えば、図４に示す機器の例では、１００Ｈｚ、５００Ｈｚ、および７００Ｈｚの特徴周波数成分の音圧レベルを抽出すればよい。また、特徴周波数成分の音圧レベルの変動が閾値以上である場合は、ステップＳ５０６へ進み、算出した音圧レベルが一定時間変化しない場合は、ステップＳ５０７へ進む。それ以外は、ステップＳ５０４へ進む。
ステップＳ５０４では、コンター判定部１０５が、ステップＳ５０３で抽出した音圧レベルと、コンター格納部１０４に格納されるコンター図の各測定点での特徴周波数成分ごとの音圧レベルと比較する。該当するコンター図が存在する場合は、ステップＳ５０５へ進み、該当するコンター図が存在しない場合は、ステップＳ５０６へ進む。
ステップＳ５０５では、コンター判定部１０５が機器の稼働状態を正常状態であると判定する。なお、抽出した音圧レベルと一致する測定点を含むコンター図が存在すると、測定空間における測定点の位置は既知であるためユーザの位置も識別することができる。
ステップＳ５０６では、観測した特徴周波数成分および音圧レベルと同一のコンター図が存在しないので、いずれかの機器が通常の稼働状態とは異なっていることを示す。よって、コンター判定部１０５は機器の稼働状態が異常状態であると判定する。また、特徴周波数成分の音圧レベルの変動が非常に速い場合も、通常の稼働状態では音圧レベルの急激な変動は見られないため、コンター判定部１０５は機器の稼働状態が異常状態であると判定する。
ステップＳ５０７では、コンター判定部１０５が算出した音圧レベルが一定時間変化しない場合は、ユーザが何らかの事情でその場に留まっている必要がある状態（例えば、ユーザに身体的な不調がある、または、ユーザが機器の異常を発見して機器を検査中であるなど）を表すため、機器およびユーザのいずれか一方が異常状態であると判定することができる。
本実施形態に係るモニタリング装置の観測動作の具体例について図６および図７を参照して詳細に説明する。
ユーザが図６（ａ）に示す位置において観測を行うと仮定する。そして、図６（ａ）の位置において環境音を観測し、フーリエ変換を行った結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すような特徴周波数成分と音圧レベルとの関係を得ることができ、機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃの各特徴周波数成分を得ることができる。このような環境音の特徴周波数成分の抽出を周波数分析部１０２により一定間隔でサンプリングして行うことで、各特徴周波数成分の音圧レベルの変動があるかどうか、または各特徴周波数成分ではない周波数に音圧レベルのピークがあるかどうかを判定することができる。
ユーザが図６（ａ）に示す位置において観測を行うと仮定する。そして、図６（ａ）の位置において環境音を観測し、フーリエ変換を行った結果を図６（ｂ）に示す。図６（ｂ）に示すような特徴周波数成分と音圧レベルとの関係を得ることができ、機器Ａ、機器Ｂ、および機器Ｃの各特徴周波数成分を得ることができる。このような環境音の特徴周波数成分の抽出を周波数分析部１０２により一定間隔でサンプリングして行うことで、各特徴周波数成分の音圧レベルの変動があるかどうか、または各特徴周波数成分ではない周波数に音圧レベルのピークがあるかどうかを判定することができる。
最後に、観測した各特徴周波数成分の音圧レベルと、予めコンター格納部１０４に格納している基本データに含まれる音圧レベルのコンター図との比較を行い、図６（ｃ）に示すようなコンター図の中に観測した各特徴周波数成分の音圧レベルと一致する測定点があるかどうかを判定する。
以上に示した第１の実施形態によれば、機器ごとの稼働音を含む環境音の音圧レベルと、基本データに含まれる音圧レベルのコンター図を比較することにより、機器およびユーザが正常状態であるか異常状態であるかを判定することができる。
（第２の実施形態）
本実施形態では、コンター図の生成に用いるパラメータとして、音質メトリクスを使用する点が第１の実施形態とは異なる。音質メトリクスとは、音響心理学の考え方に基づいて音質の違いを判定する指標である。具体的には、例えば音の大きさを表す指標であるラウドネス、音の甲高さを表す指標であるシャープネス、音の粗さ感を表す指標であるラフネス、音の変動感を表す指標である変動強度がある。
本実施形態に係るモニタリング装置の構成について図７を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係るモニタリング装置７００は、集音部１０１、周波数分析部１０２、コンター格納部１０４、コンター判定部１０５、通知部１０６、音質メトリクス算出部７０１、およびコンター生成部７０２を含む。
集音部１０１、周波数分析部１０２、コンター格納部１０４、コンター判定部１０５、および通知部１０６については、第１の実施形態と同様の動作を行うためここでの説明は省略する。
本実施形態では、コンター図の生成に用いるパラメータとして、音質メトリクスを使用する点が第１の実施形態とは異なる。音質メトリクスとは、音響心理学の考え方に基づいて音質の違いを判定する指標である。具体的には、例えば音の大きさを表す指標であるラウドネス、音の甲高さを表す指標であるシャープネス、音の粗さ感を表す指標であるラフネス、音の変動感を表す指標である変動強度がある。
本実施形態に係るモニタリング装置の構成について図７を参照して詳細に説明する。
本実施形態に係るモニタリング装置７００は、集音部１０１、周波数分析部１０２、コンター格納部１０４、コンター判定部１０５、通知部１０６、音質メトリクス算出部７０１、およびコンター生成部７０２を含む。
集音部１０１、周波数分析部１０２、コンター格納部１０４、コンター判定部１０５、および通知部１０６については、第１の実施形態と同様の動作を行うためここでの説明は省略する。
音質メトリクス算出部７０１は、周波数分析部１０２から測定点における各機器の特徴周波数成分の音圧レベルを受け取り、音質メトリクスを生成する。
コンター生成部７０２は、音質メトリクス算出部７０１から音質メトリクスを受け取り、第１の実施形態の音圧レベルのコンター図同様、各機器の全ての組み合わせに対する音質メトリクスのコンター図を生成する。ここでは、ラウドネスのコンター図（ラウドネスコンター図ともいう）およびシャープネスのコンター図（シャープネスコンター図ともいう）について、各機器の全ての組み合わせのコンターを生成する。
ここで、本実施形態に係るモニタリング装置の基本データ生成の動作について図８のフローチャートを参照して詳細に説明する。
ステップＳ８０１からステップＳ８０３までの処理は、図２に示すステップＳ２０１からステップＳ２０３までと同様の処理を行う。
ステップＳ８０１からステップＳ８０３までの処理は、図２に示すステップＳ２０１からステップＳ２０３までと同様の処理を行う。
ステップＳ８０４では、音質メトリクス算出部７０１が、各機器の特徴周波数成分の音圧レベルに基づいてラウドネスを算出する。ラウドネスは、周波数分析部１０２が周波数分析した結果をチャートに書き込むことで音圧ごとに算出することができるが、一般的な手法であるためここでの説明は省略する。
さらに、機器ごとのラウドネスから、シャープネス、ラフネス、インパルシブネス、および変動強度を算出する。シャープネスは、ラウドネスのスペクトルの面積の重心から算出することができるが、一般的な手法を用いればよいのでここでの詳細な説明は省略する。ラフネスは、音の大きさまたは周波数について時系列における周期的な変動により算出することができる。変動強度もラフネスと同様の算出方法により求めることができる。ラフネスは７０Ｈｚ付近の速い変動に敏感な音の粗さを示す指標であり、変動強度は４Ｈｚ付近の遅い変動に敏感な変動感を示す指標である。また、インパルシブネスは音の突発性を表現したものである。
ステップＳ８０５では、コンター生成部１０３が、ステップＳ２０４同様に、機器ごとの全ての組み合わせのラウドネスコンター図およびシャープネスコンター図を生成する。
ステップＳ８０６では、コンター生成部１０３が生成したコンターをコンター格納部１０４に格納する。以上で基本データ生成の動作を終了する。
ステップＳ８０６では、コンター生成部１０３が生成したコンターをコンター格納部１０４に格納する。以上で基本データ生成の動作を終了する。
続いて、観測動作について図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。
ステップＳ９０１およびステップＳ９０２の処理は、図８に示すステップＳ８０１およびステップＳ８０２と同様の処理である。
ステップＳ９０１およびステップＳ９０２の処理は、図８に示すステップＳ８０１およびステップＳ８０２と同様の処理である。
ステップＳ９０３では、音質メトリクス算出部７０１が機器ごとの特徴周波数成分のラウドネスを算出する。観測されたラウドネスのレベルの変動が閾値以上である場合は、ステップＳ９０７へ進む。観測されたラウドネスのレベルが一定時間以上変化しない場合は、ステップＳ９０８へ進む。それ以外はステップＳ９０４へ進む。
ステップＳ９０４では、音質メトリクス算出部７０１が機器ごとに算出したラウドネスをもとに、シャープネス、変動強度、インパルシブネス、およびラフネスを算出する。シャープネス、変動強度、インパルシブネス、およびラフネスのレベルが一定時間以上変化しない場合は、ステップＳ９０８へ進む。それ以外は、ステップＳ９０５に進む。
ステップＳ９０５では、コンター判定部１０５がコンター格納部１０４に格納されるラウドネスコンター図およびシャープネスコンター図の各測定点でのラウドネスおよびシャープネスと、環境音から算出したラウドネスおよびシャープネスとをそれぞれ比較する。ラウドネスおよびシャープネスが互いに一致する測定点を含むラウドネスコンター図およびシャープネスコンター図が存在する場合は、ステップＳ９０６へ進む。
ステップＳ９０６では、コンター判定部１０５が機器の稼働状態が正常状態であると判定する。
ステップＳ９０７では、コンター判定部１０５が機器の稼働状態が異常状態であると判定する。
ステップＳ９０８では、ステップＳ５０７と同様に、コンター判定部１０５が機器およびユーザの少なくともいずれか一方が異常状態であると判定する。
なお、図９に示す観測動作ではシャープネスコンター図およびラウドネスコンター図のみ用いているが、他の音質メトリクスのコンター図を生成して同様の判定を行ってもよい。例えば、コンター生成部１０３がラフネスコンター図、変動強度コンター図、およびインパルシブネスコンター図を生成し、コンター判定部１０５においてシャープネスコンター図およびラウドネスコンター図と同様の判定を行う。
さらに、本実施形態では、環境音から算出したシャープネスおよびラウドネスと、コンター格納部１０４に格納されるシャープネスコンター図およびラウドネスコンター図とが一致するかどうかにより機器の稼働状態の判定を行うが、その際に、ラウドネスおよびシャープネスのレベルを測定することで、より詳細な機器の状態を把握することができる。例えば、ラウドネスが大きくなると機器の稼働状態がアンバランスであると推測でき、シャープネスが大きくなると、高周波成分が増加したことを示すので、機器の軸受け異常、ファンなどの回転部が壁に接触しているといったことが考えられる。さらに、他の音質メトリクスを用いることで、より詳細な機器の状態を把握することもできる。例えば、ラフネスが増加することにより摺動部が不安定な状態にあると推測でき、変動強度が増加することによりモータの回転に異常があると推測できる。さらに、インパルシブネスが増加することにより突発的な異常事象が発生したと推測することもできる。
ここで、機器およびユーザのヘルスモニタリングの一例について図１０を参照して詳細に説明する。
図１０（ａ）は、機器Ａが発生する周波数ｆＡ成分の音圧レベルのコンターを示す。また、星印はユーザ１００１がいる場所を示す。なお、簡単のため、壁の反射等を考慮せずに音圧レベルのコンターを示す。音圧レベルのコンターは、すでに実測および解析で評価済みとする。図１０（ａ）はユーザ１００１が機器Ａから発生する周波数ｆＡ成分の音圧レベル２の音を聴いている様子を示す。
図１０（ｂ）は、全ての機器が正常に稼働している場合の機器Ａ、機器Ｂ、機器Ｃ、および機器Ｄから発生するそれぞれの特徴周波数成分ｆＡ，ｆＢ，ｆＣ，およびｆＤの等音圧レベル線を示す。複数の機器の異なる特徴周波数の等音圧レベル線の情報から、ユーザ１００１がいる位置を特定することができる。さらに、サンプリング速度を速くすることによりユーザ１００１の動きも特定できる。
図１０（ａ）は、機器Ａが発生する周波数ｆＡ成分の音圧レベルのコンターを示す。また、星印はユーザ１００１がいる場所を示す。なお、簡単のため、壁の反射等を考慮せずに音圧レベルのコンターを示す。音圧レベルのコンターは、すでに実測および解析で評価済みとする。図１０（ａ）はユーザ１００１が機器Ａから発生する周波数ｆＡ成分の音圧レベル２の音を聴いている様子を示す。
図１０（ｂ）は、全ての機器が正常に稼働している場合の機器Ａ、機器Ｂ、機器Ｃ、および機器Ｄから発生するそれぞれの特徴周波数成分ｆＡ，ｆＢ，ｆＣ，およびｆＤの等音圧レベル線を示す。複数の機器の異なる特徴周波数の等音圧レベル線の情報から、ユーザ１００１がいる位置を特定することができる。さらに、サンプリング速度を速くすることによりユーザ１００１の動きも特定できる。
図１０（ｃ）は、機器Ａが異常状態の場合である。特定の機器に異常があると、ユーザ１００１が他の機器の音圧レベルのコンターと一致する位置に存在しても、異常がある機器に該当する音圧レベルおよび品質メトリクスのみが異なることからその機器が異常であることが特定できる。図１０（ｄ）は、ユーザ１００１が機器Ａのそばにいて正常の場合を示し、図１０（ｅ）はユーザ１００１が機器Ａのそばにいて異常状態の場合である。観測された音圧レベルが一定時間変化しない場合、特定の機器に異常がありユーザ１００１がその機器のそばから動けない状態であるか、ユーザ１００１に何らかの異常があったと判定することができる。
以上に示した第２の実施形態によれば、音質メトリクスにより測定機器の観測を行うことで、機器の異常を発見した場合に、より詳細な異常状態を把握することができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明に係るモニタリング装置は、例えば工場やビルで稼働している機器の状態をユーザが移動しながら検査（観測）する際に有効である。
１００，７００・・・モニタリング装置、１０１・・・集音部、１０２・・・周波数分析部、１０３，７０２・・・コンター生成部、１０４・・・コンター格納部、１０５・・・コンター判定部、１０６・・・通知部、７０１・・・音質メトリクス算出部、１００１・・・ユーザ。
Claims (6)
- 少なくとも１つ以上の機器が存在する測定空間内の環境音を収録する集音部と、
前記環境音をサンプリングして周波数分析し、機器の稼働音の周波数成分の中で最も音圧レベルが高い周波数成分を特徴周波数成分として抽出する分析部と、
前記特徴周波数成分の音圧レベルに基づいて、音質の違いを判定する指標である音質メトリクスを算出する算出部と、
予め機器の稼働状態に応じて算出された基本音質メトリクスの等しい測定点を結んだコンターデータが格納された格納部と、
前記格納部に格納されたコンターデータの基本音質メトリクスと前記算出部により算出された音質メトリクスが一致する測定点があるかどうかを判定する判定部と、を具備することを特徴とするモニタリング装置。 - 前記判定部は、前記音質メトリクスの変動が閾値より小さくかつ該音質メトリクスと前記基本音質メトリクスとが一致する場合は、前記機器の稼働状態が正常であると判定し、該音質メトリクスと該基本音質メトリクスとが一致しない場合または該音質メトリクスのレベルの変動が前記閾値以上である場合は、前記機器の稼働状態が異常であると判定し、前記音質メトリクスのレベルが一定時間変化しない場合は、前記機器およびユーザの少なくともどちらか一方が異常であると判定することを特徴とする請求項１に記載のモニタリング装置。
- 前記音質メトリクスとして、音の大きさを表す指標であるラウドネスと音の甲高さを表す指標であるシャープネスとを算出することを特徴とする請求項１に記載のモニタリング装置。
- 前記算出部は、前記音質メトリクスとしてさらに、音の粗さ感を表す指標であるラフネス、音の変動感を表す指標である変動強度、および音の突発性を表す指標であるインパルシブネスを算出することを特徴とする請求項３に記載のモニタリング装置。
- 少なくとも１つ以上の機器が存在する測定空間内の環境音を収録する集音部と、
前記環境音をサンプリングして周波数分析し、機器の稼働音の周波数成分の中で最も音圧レベルが高い周波数成分を特徴周波数成分として抽出する分析部と、
予め機器の稼働状態に応じて抽出された基本音圧レベルの等しい測定点を結んだコンターデータが格納された格納部と、
前記格納部に格納されたコンターデータの基本音圧データと前記算出部により算出された音圧データとが一致する測定点があるかどうかを判定する判定部と、を具備することを特徴とするモニタリング装置。 - 前記判定部は、前記音圧レベルの変動が閾値より小さくかつ該音圧レベルと前記基本音圧レベルとが一致する場合は、前記機器の稼働状態が正常であると判定し、該音圧レベルと該基本音圧レベルとが一致しない場合または該音圧レベルの変動が前記閾値以上である場合は、前記機器の稼働状態が異常であると判定し、該音圧レベルが一定時間変化しない場合は、前記機器およびユーザの少なくともどちらか一方が異常であると判定することを特徴とする請求項５に記載のモニタリング装置。
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