JPH04157384A - 方向性聴音装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は方向性聴音装置に関し、特に物体の放射する音
波を聴音し、物体の方向を計測する方向性聴音装置に関
する。

〔従来の技術〕

音波到来方向を検出し、水中で物体を捜索するソーナー
装置や、空中音響を集音する超指向性マイクロホン装置
などの聴音装置はよく知られている。

従来、この種の音波の到来方向を検出する装置は、一般
に複数の受音器を備えて構成され、受音器の出力電気信
号を移相合成して指向性ビームを作り、この指向性ビー
ムを介して物体の方位を知る方法がとられていた。この
方法によれば１周波数が低い信号については指向性ビー
ムが拡がって方向性の精度が低下するという欠萄があり
、この問題を解決するには大型の受音器アレイが必要と
されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の指向性ビームを利用する方向探知は、そ
の作動原理上９周波数により指向性ビームの特性が変化
するため、広い周波数の範囲を扱う水中聴音機や集音効
果が要求される超指向性マイクロホン装置においては、
低周波の方向性が劣るという欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の装置は、複数の配列受音器で物体の放射する音
波を聴音して物体の方向を計測する方向性聴音装置にお
いて、計測所望の方位からの入力に対する前記配列受音
器間の基準位相差と実測位相差とを比較してその差が許
容範囲に入るものだけを抽出したうえ、配列受音器間の
位相差を零として加算合成し計測所望の方位の聴音出力
を得る構成を有する。

また９本発明の装置は、前記配列受音器間の基準位相差
と実測位相差との比較を周波数領域で実行し、前記加算
合成を時間領域で実行する構成を有する。

〔実施例〕

次に１本発明について図面を参照して説明する。

第１図は９本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。第１図の実施例は２台の受音器を利用する場合を
例とし、受音器１１．１２と、前置増幅器２１．２２と
、信号処理部３０と、操作員が聴音方向を所望の方向に
設定する方位ダイアル７３と、方位ダイアル７３の出力
によって、指定方位に対応する基準位相信号を出力する
基準位相発生回路７４と、信号処理部３０で処理された
受音器１１．１２の出力信号を加算増幅する加算増幅回
路７５と、加算増幅回路７５の出力により駆動される拡
声器７６とを備えて成る。

また信号処理部３０は４周波数領域処理のため複素高速
フーリエ変換によって受音器１１．１２の出力の周波数
分析を行なう複素ＦＦＴ分析回路３１．３２と、複素Ｆ
ＦＴ分析回路３１．３２の出力にもとづき１分析された
周波数成分ごとの位相差を検出する位相差検出回路７１
と１位相差検出回路７エの出力と基準位相発生回路７４
の出力する基準位相とを位相比較して許容値以内の入力
音波の位相差と周波数成分を出力する位相比較回路７２
と９位相比較回路７２の出力に対応して複素ＦＦＴ分析
回路３２の出力を位相差を零とするように移相する移相
回路４３と１位相比較回路７２の出力にもとづいて所望
方位に対する周波数成分を選択抽出する選択回路５１．
５２および選択した信号を時間領域信号とする逆複素Ｆ
ＦＴ回路６１．８２とを備えて構成される。

次に１本実施例の動作について説明する。第１図にもと
づいて実施例の具体的動作の説明に入るに先立ち、第２
図を参照して本発明の動作原理について説明する。

受音器１１．１２は間隔２ａで配置される。

この２つの受音器に対し、第２図に示す如く入射角θで
到来音波５０が入射した場合を想定する。

この場合９両受音器の到来音波の位相は、中点０を基準
とすると９次のｍ、　（２）式で表現される。

受音器１１の到来音波の位相 φ８．＝（ωｏ／Ｃ）ａｓＩｎθ　　　　　−（１）受
音器１２の到来音波の位相 φ１２”−（ωｏ／Ｃ）ａｓｌｎθ　　　　・（２）従
って９両受音器の位相差Δφは１次の（３）式％式％ （１）　、　（２）及び（３）式において、ω０は到来
音波の角周波数、Ｃは音波の伝播速度である。

上述した（３）式において、受音器の間隔２ａ及び音速
Ｃは一定であると考えることができ、受音器間の到来音
波の位相差Δφは次の（４）式で示される。

Δφ＝ｆ（ω。、θ）　　　　　　　　　・・・（４）
すなわち位相差Δφは角周波数ω。と入射角θの関数と
して表現される。

次に、各受音器の出力信号の位相差は、受音器の方式を
圧力型とし、且つ有効周波数帯域内を想定すると、入力
音波と出力信号との位相差は無視できるので、（３）式
もしくは（４）式と全く同一の式で表現できる。

次に、第１図に戻って実施例の説明を続行する。第１図
は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であり９本
実施例も説明を容易にするため２台の受音器１１．１２
で構成した場合を例としている。受音器１１．１２の出
力はそれぞれ、前置増幅器２１．２２で増幅されて信号
処理部３０に供給される。また、基準位相発生回路７４
は方位ダイアル７３によって設定される所望の方位の出
力信号θ。を入力し、（３）式にもとづいて、信号処理
部３０で分析される周波数成分ω、に対応する次の（５
）式で示す基準位相差信号Δφ、を出力する。即ち。

Δφ＋　＝　（２（ＩＪＩ　ａ／Ｃ）　ｓｉｎθｏ　　
　”’（ｓ）次に、信号処理部３０の詳細を説明する。

前置増幅器２１．２２で増幅されたそれぞれの受音器出
力信号を複素ＦＦＴ分析回路３１．３２で周波数分析し
、その出力は位相差検出回路７１に供給され５分析され
た各周波数成分ω、毎に入力音波の位相差ΔΦ、を検出
する。

位相比較回路７２は基準位相差信号Δφ、と実測の入力
音波位相差ΔΦ１を比較し、その差が規定された許容値
αの範囲内にあるか否かを判定し、その範囲内にある周
波数成分の入力音波位相差ΔΦ１を移相回路４３へ、ま
た、その範囲内にある周波数成分の周波数データΩ、は
選択回路５１．５２に出力する。

移相回路４３は９位相比較回路７２で許容値αの範囲内
にあると判定された周波数成分の複素ＦＦＴ分析回路３
２の出力をΔΦ１移相して複素ＦＦＴ分析回路３１との
位相差が零となるように。

すなわち同位相となるようにし選択回路５２に送出する
。

選択回路５１．５２は９位相比較回路７２の出力する周
波数データΩ１の供給を受け、このΩ。

に対応する周波数成分だけをそれぞれ複素ＦＦＴ分析回
路３１と移相回路４３の出力から選択出力する。こうし
て９選択回路５１．５２から出力される信号は、所望の
方位θ、における受音器間の位相差を許容値αの範囲で
保持する２つの受音器の出力の位相差を零としたもので
ある。

選択回路５１．５２の出力はそれぞれ、逆複素ＦＦＴ回
路Ｅ３１，６２によって逆複素ＦＦＴを受けて時間領域
の信号に変換され加算増幅回路７５に供給される。

加算増幅回路７５は２つの入力を加算合成、増幅し、所
望の方位に対応して配列受音器から得られるアナログ出
力として拡声器７６を駆動し、聴音による所望方位出力
の表現を行なう。

こうして、受音器の大型化に移行することなく、低周波
の特性の劣化を解消し９周波数に無関係に正確に所望の
方位の出力を表現することができる。

なお、上述した実施例では、受音器が２つの場合を例と
して説明したが、２つ以上の場合であっても受音器相互
間の位相差を零として加算合成して出力することは容易
に実施できることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、配列受音器で捕捉した入
力音波を周波数領域信号に変換し９分析された周波数成
分毎の受音器間の位相差によりその信号が所望の方向か
ら到来した音波か否かを判定し、所望の方位の信号につ
いて位相合せを行って所望方位の周波数成分のみを選択
したあと時間領域の信号に逆変換して表示することによ
り、受音器配列の大型化を避け、従来の指向性ビームを
利用する方式の低周波特性の劣化を解消し９周波数に無
関係に精度の高い聴音出力が得られるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は本発
明の動作原理図である。 １１．１２・・・受音器、２１．２２・・・前置増幅器
、３０・・・信号処理部、３１．３２・・・複素ＦＦ７
回路、４３・・・移相回路、５１．５２・・・選択回路
。 ６１．８２・・・逆複素ＦＦＴ回路、７１・・・位相差
検出回路、７２・・・位相比較回路、７３・・・方位ダ
イアル、７４・・・基準位相発生回路、７５・・・加算
増幅回路・７６°＝　拡声器・　　　　心臥弁つオ内原
　晋第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の配列受音器で物体の放射する音波を聴音して
   物体の方向を計測する方向性聴音装置において、計測所
   望の方位からの入力に対する前記配列受音器間の基準位
   相差と実測位相差とを比較してその差が許容範囲に入る
   ものだけを抽出したうえ、配列受音器間の位相差を零と
   して加算合成Ｌ計測所望の方位の聴音出力を得ることを
   特徴とする方向性聴音装置。 ２、前記配列受音器間の基準位相差と実測位相差との比
   較を周波数領域で実行し、前記加算合成を時間領域で実
   行することを特徴とする請求項１記載の方向性聴音装置
   。