JPH0314009A

JPH0314009A - 音源探知装置

Info

Publication number: JPH0314009A
Application number: JP14878889A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Mizoguchi; 敦士溝口
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-22

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】（発明の分野）この発明は、集音マイクの自動追尾装置や、各種接客装
置等に用いることの可能な音源探知装置に関する。

（発明の概要）この発明は、回転可能な一対の音声検出器から得られる
検出値をファジィ制御を用いて比較処理し、音声検出器
が常に音源方向に向かうようにしたものである。

（従来技術とその問題点）従来、音源の方向を探知する方法とじて、ホーンを備え
た指向性のあるマイクロホンを回動し、出力レベルのピ
ークを検出することにより音源方向を探知できることが
知られている。

しかしながら、この方法は、単発的に発声する音や、時
間的に変化する音に対しては検知が不可能であり、指向
性の低い低周波音に対しても検知が困難である。

また、この方法を実現するための装置そのものが、ホー
ンを備えたマイクロホンを機械的に回動させるため、外
観体裁が好ましいものとはいえず、より簡素で安定した
外観形状の装置の出現が望まれていた。

（発明の目的）この発明は上記の問題点を解消するためになされたもの
で、その目的とするところは、単発的に発声する音や、
時間的に変化する音、あるいは指向性の低い低周波音に
対しても充分に音源方向の検知が可能であって、しかも
、外観形状を簡素に形成することが可能な音源探知装置
を提供することにある。

（発明の構成と効果）この発明は、上記目的を達成するために、回転軸に対し
てほぼ対称に配置された一対の音声検出器と、上記回転
軸に連結し、上記音声検出器を回転駆動する回転機構部
と、上記回転軸の回転位置を検出する角度検出器と、上
記音声検出器の検出値を比較し、両者の音量差、到達時
間差等を求める処理部と、上記角度検出器および処理部
の出力から、メンバシップ関数を用いたファジィ推論に
より、両検出音声値の音量差および／または到達時間差
を零にする位置に、上記音声検出器を回動するための回
転機構部の駆動量を算出するファジィ制御部を備えたこ
とを特徴とする。

この発明はこのように、回転可能な一対の音声検出器か
ら得られる検出値をファジィ制御を用いて比較処理し、
音声検出器が常に音源方向に向かうようにしたので、単
発的に発声する音や、時間的に変化する音、あるいは指
向性の低い低周波音に対しても充分に音源方向の検知が
可能となり、しかも、外観を簡素で安定した形状に構成
することができる。

また、制御部にファジィ制御を用いたことにより装置の
構成が簡単になり、しかも処理速度も高速になって音源
変化に対する応答性が良くなる。

（実施例の説明）次に、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る音源探知装置の平面図であり
、第２図は同じく正面図である。

図に示すように、この音源探知装置は、人間の頭部を模
した回転体１の耳部に相当する位置に集音用のホーン２
．４を設け、その根本の回転体１内部にマイク３．５を
内蔵したものである。ホーン２．４とマイク３．５の配
置はそれぞれ対称とし、第１図に示すように回転体１の
上方を音源探知の際の正面とする。

また、回転体１は支軸７により架台９に軸支されるとと
もに、支軸７が架台９の下方に設置れたモータ６に接続
し回転駆動される。さらに支軸７の中間部に、角度検出
器８が嵌装され、回転体１の回転位置を検出する。

なお、第１図に示すように、回転体ｌにホーン２．４と
マイク３．５を配置したことにより、音源Ｓが正面前方
の位置から後方へ移動した場合は、マイク３．５で検出
したそれぞれの音量の差は第４図のように変化する。

すなわち、正面ではマイク３．５が検出する音量は等し
く、その音量差■は零である。音源Ｓが時計方向に回転
するに従い、マイク３の検出音量がマイク５の音量より
も相対的に大きくなり、真横の９０度の位置で音量差■
が最大となる。

さらに回転すると音量差■が減少し、真後ろで零になる
。

この特性は、音源Ｓを反時計方向に回転させた場合も同
様な特性が得られる。その場合は、上記の場合と反対に
マイク５の方の音量がまさる。

同様に、音ＢＳが回転体１の周囲を移動した場合に、音
源Ｓから発した音がマイク３．５に到達する時間差ψは
、第５図のように変化する。

すなわち、正面では音がマイク３．５に到達するまでの
時間が等しく、到達時間差ψは零である。

音′ａＳが時計方向に回転するに従い、マイク３への到
達時間よりもマイク５への到達時間が相対的に遅くなり
、真横９０度より若干手前の位置で差ψが最大となる。

さらに回転すると差φが減少し、真後ろで零になる。

この特性は、音源Ｓを反時計方向に回転させた場合も同
様な特性が得られる。その場合は、マイク５への到達時
間の方が早くなる。

なお、これらの特性は、音源Ｓが固定されたままで、回
転体１を回転させた場合も同様な特性が得られることは
言うまでもない。

第３図は、音源探知装置の制御部を示すブロック図であ
る。

角度検出器８が検出した回転体１の位置角度θは、微分
器１１および音源方向推論部１３へ送られる。

微分器１１は、入力された位置角度θの変化量、すなわ
ち回転速度Δθを検出し、音源方向推論部１３へ送る。

変換部１２は、マイク３．５の出力レベルを比較処理し
、両マイクの音量差■、到達時間差ψ、周波数ｒ、それ
ぞれの音量値を算出して、音源方向推論部１３へ送る。

音源方向推論部１３は、入力された各種信号から、ファ
ジィ推論を用い、回転体ｌを音ａＳの方向へ向かわせる
ためのモータ６の駆動角度Ｍθ、および音源Ｓの位置を
示す方向角度を算出して、出力する。

出力された駆動角度Ｍθは、モータ６へ送られて回転体
１を所定角度回動する。

これらの一連の処理が連続しておこなわれることにより
、回転体１の正面は常時、音源Ｓの方向に向き合うよう
になり、マイク３．５の検出レベルが最大になる。なお
このときのマイク３．５の検出音はそのまま高品質のス
テレオ音として採取することができる。

また、音源方向推論部１３から出力された音源Ｓの方向
角度は、数値データとして音源角度表示器等に表示させ
る以外に、他のメインマイクや、逼影カメラ等の方向を
音源方向に回動させることにも用いられる。

第６図は、第３図に示した音源方向推論部１３において
、位置角度θ、回転速度Δθ、両マイクの音量差■およ
び到達時間差φを用いて、モータ６の駆動角度Ｍθを求
める処理についてを説明するブロック図である。

図において、変換部１２は、マイク３．５の出力レベル
を比較処理し、両マイクの音量差Ｖ、到達時間差φを算
出して、それぞれサンプル・ホールド回路１４．１５へ
送る。

角度検出器８は、検出した回転体ｌの位置角度θを、微
分器１１およびサンプル・ホールド回路１６へ送る。

微分器１１は、入力された位置角度θの変化量、すなわ
ち回転速度Δθを検出し、サンプル・ホールド回路１７
へ送る。

サンプル・ホールド回路１４〜１７は、入力された両マ
イクの音量差■、および到達時間差ψ、位置角度θ、回
転速度Δθを所定間隔で保持し、信号ｘ１〜ｘ４として
ファジィ推論装置１８へ送る。

ファジィ推論装置１８は、入力信号ｘ１〜ｘ４のメンバ
シップ関数の適合度（メンバシップ値）に応じて、ブロ
ック１９のファジィ・ルールに基づいた最適の出力値を
ファジィ推論により演算し、その結果を非ファジィ化し
て得られた出力信号ｙ１をアンプ２０へ送る。

ブロック１９に格納されているファジィ・ルールは、入
力される音量差Ｖ（ｘｉ）、到達時間差ψ（ｘ２）、位
置角度θ（ｘ３）、回転速度Δθ（ｘ４）の値を前件部
とし、モータ６の駆動角度Ｍθ（ｙ　１）の値を後件部
と５したものであり、入力される音量差Ｖ（ｘｉ）、到
達時間差ψ（Ｘ２）、位置角度θ（ｘ３）、回転速度Δ
θ（Ｘ４）の値の組合せに応じたモータ６の駆動角度Ｍ
θ（ｙｌ）の値がそれぞれ規定されている。

アンプ２０は、信号ｙ１を増幅した後、駆動角度Ｍθと
してモータ６へ送る。

第７図は、ファジィ推論装置工８に入力される入力Ｘ１
〜Ｘ４をファジィ化し、さらに演算結果を具体的な出力
ｙ１に非ファジィ化する際に用いられるメンバシップ関
数を示すグラフである。

図ａは両マイクの音量差■を示す入力ｘｉと各ファジィ
ラベルの適合度を表すメンバシップ関数である。

図すは到達時間差ψを示す入力χ２と各ファジィラベル
の適合度を表すメンバシップ関数である。

図Ｃは位置角度θを示す入力ｘ３と各ファジィラベルの
適合度を表すメンバシップ関数である。

図ｄは回転速度へ〇を示す入力ｘ４と各ファジィラベル
の適合度を表すメンバシップ関数である。

これら各図の横軸には具体的な検出値が表される。

さらに図ｅは駆動角度Ｍθを示す出力ｙｔに関するメン
バシップ関数である。

これらのメンバシップ関数は、装置における具体的なマ
イク３．５の設置間隔や検出感度、゛モータ６の駆動速
度等により最適なものが設定される。

このように構成されたこの音源探知装置では、例えば、
両マイク３，５の音量差■が正に大の値で（ｘ　１−Ｐ
Ｌ）　、かつ到達時間差ψが正に中くらいの値で（ｘ　
２＝ＰＭ）　、かつ回転体１の回転速度Δθが零である
と（ｘ４＝ＺＲ）、駆動角度Ｍθに負の方向に９０度（
ｙ　１　＝ＮＭ）が出力されて、モータ６は反時計方向
に９０度回転駆動される。

また、同様に音量差■、到達時間差ψ、回転速度Δθが
変動するとそれに応じて、該当する複数のファジィルー
ルから、ＭＩ　Ｎ−ＭＡＸ演算等がおこなわれて、最適
なモータ６の駆動角度が出力される。

このようにして、一対のマイクから得られた音源Ｓに関
する検出値から音源Ｓの位置角度が推定できるため、単
発的に音を発する音源や、移動する音源Ｓについても、
充分に検出可能になる。

またこのようにして得られた音源Ｓの位置角度にもとづ
いて、モータ６が駆動されることにより、回転体１が常
に音源Ｓの方向に向きあい、マイク３．５の音−ａＳに
対する検出レベルが最高に保たれる。

さらには、このとき検出した音源Ｓの方向についての角
度データも出力されるので、他の装置や機器についても
音源Ｓの追尾が容易になる。

また、この実施例では、回転体１とホーン２゜４との組
合せが人間の頭部を模しているため、簡素で安定した外
観形状とすることができる。

なお、第３図に示した音源方向推論部１３については、
ファジィ推論装置でなく通常のマイクロコンピュータで
構成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る音源探知装置の実施例を示した
平面図、第２図は同じく正面図、第３図は音源探知装置
の制御部を示すブロック図、第４図は回転体の角度と検
出される音量差の関係を示す特性図、第５図は回転体の
角度と検出される到達時間差の関係を示す特性図、第６
図は音源方向推論部の詳細を示すブロック図、第７図は
ファジィ推論装置に設定されているメンバシップ関数を
示すグラフである。１４〜１７・・・サンプル・ホールド回路１８・・・フ
ァジィ推論装置２０・・・アンプＳ・・・音源 ■・・・音量差 ψ・・・到達時間差 θ・・・位置角度 Δθ・・・回転速度Ｍθ・・・駆動角度１・・・回転体２．４・・・ホーン３．５・・・マイクロ・・・モータ７・・・支軸８・・・角度検出器９・・・架台１１・・・微分器工２・・・変換部１３・・・音源方向推論部

Claims

【特許請求の範囲】１、回転軸に対してほぼ対称に配置された一対の音声検
出器と、上記回転軸に連結し、上記音声検出器を回転駆動する回
転機構部と、上記回転軸の回転位置を検出する角度検出器と、上記音
声検出器の検出値を比較し、両者の音量差、到達時間差
等を求める処理部と、上記角度検出器および処理部の出力から、メンバシップ
関数を用いたファジィ推論により、両検出音声値の音量
差および／または到達時間差を零にする位置に、上記音
声検出器を回動するための回転機構部の駆動量を算出す
るファジィ制御部と、を備えたことを特徴とする音源探
知装置。