JPH0722434B2 - 音源方向検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 近年、人間の機能を有するロボットなどの開発，利用が
さかんになってきた。本発明は、このようなロボットな
ど人間の代りに作業を行なう機器又は、監視用ビデオカ
メラなどに用いられる音源方向検出装置に関するもので
ある。

従来の技術 第４図に従来例の音源方向検出装置のブロック図を示
し、以下、この図面を参照しながら、従来例について説
明を行なう。

12は収音を行なうｎ個のマイクロホンを半円周上に等間
隔に並べた収音器、13は音源の方向を求める方向検出回
路である。収音器12のｎ個のマイクロホンにより収音さ
れる音の音圧は、それぞれ音源方向によって差が生じ
る。つまり、音源に一番近い位置にあるマイクロホンに
よって収音されたものが一番音圧が大きいということに
なる。この原理により、収音器12のｎ個のマイクロホン
によって収音されたそれぞれの信号を方向検出回路13に
入力し、ここで信号の大きさを比較し、最大となった信
号が収音されたマイクの位置を検出し、このマイクロホ
ンの位置から、音源の方向を求める。以上のように構成
することにより音源の方向を求めることができる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら第４図で示した従来例では、方向の弁別能
を上げるためには、半円周上に設けるマイクロホンが非
常に多く必要になり、コストアップ，構成規模が大きく
なるという欠点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、低コストで構成規模が小
さく、方向弁別能が高い音源方向検出装置を提供するも
のである。

問題点を解決するための手段 上記目的を達するために、ある間隔をもった２点間に固
定された第1,第２のマイクロホンと、第1,第２のマイク
ロホンに加えられた信号を時間遅延させる第1,第２の遅
延手段と、第1,第２の遅延手段の出力信号をそれぞれ入
力とし、ある周波数帯域の信号のみを通過させる第1,第
２の帯域通過手段と、第1,第２の帯域通過手段の出力信
号が、あるレベルを越えていた場合に、正又は負のパル
ス信号を出力する第1,第２のパルス発生手段と、第1,第
２のパルス発生手段の２つの出力信号が同時に存在する
ときのみ、正又は負のパルス信号を出力する第３のパル
ス発生手段と、第３のパルス発生手段の出力信号を入力
とし、ある時間内のその信号の数を計測し、その値を出
力する計測手段と、上記第２の遅延手段の遅延時間を所
定の幅をもって変化させ、上記計測手段からの出力値が
最大となる第２の遅延手段の遅延時間を検出し、この遅
延時間から第1,第２のマイクロホンに加えられた信号の
位相差を検出し、その位相差から、第1,第２のマイクロ
ホンに加えられた信号の音源方向を換算する位相差検出
手段とを具備してなるものである。

作用 本発明は上記した構成により、第1,第２のマイクロホン
によって収音された信号は、第1,第２の遅延手段によっ
てある時間だけ時間遅延される。そして、それぞれの遅
延手段の出力信号は、第1,第２の帯域通過手段に入力さ
れ、ある周波数帯域のみの信号が抽出され、それぞれ、
第1,第２のパルス発生手段に入力される。この第1,第２
のパルス発生手段において、入力された信号があるレベ
ルに達したとき、正又は負のパルス信号を出力すること
により、第1,第２のマイクロホンで収音されたそれぞれ
の信号の位相が検出される。そして、この第1,第２のパ
ルス発生手段の２つの出力信号は、第３のパルス発生手
段に入力され、ここで、２つの信号の比較が行なわれ、
それらが同時に存在するときのみ、正又は負のパルス信
号が出力される。ここで、２つの入力信号間に、位相差
があった場合、パルスが同時に存在することはないこと
から、パルス信号は出力されず、位相が全く等しい場合
のみパルスが出力されることとなる。したがって、第３
のパルス発生手段により、入力信号間の位相差の有無が
検出できる。

また、第３のパルス発生手段の出力信号は、計測手段に
入力され、これにより、第３のパルス発生手段の出力信
号の量を計測し、その量を位相差検出手段に入力する。
位相差検出手段は、第２の遅延手段における信号の遅延
時間をある幅で変化させ、そのとき、計測手段の出力信
号の量が最大となる第２の遅延手段の遅延時間を検出
し、その値と、第１の遅延手段の遅延時間（この値はあ
る値に固定されている。）との差を求める。

これにより、第１と第２のマイクロホンで収音された信
号間の位相差が求められる。

つまり、計測手段からの出力信号が最大となった時点
で、第1,第２の遅延手段により時間遅延された信号間の
位相差が零となることから、第１と第２の遅延手段に設
定される遅延時間の差が、第1,第２のマイクロホンに加
えられた信号間の位相差として求められることとなる。

この位相差から音源の方向を換算することにより、マイ
クロホンに対し正面側の音源方向を求めることができ
る。

実施例 以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。第１図は、本発明の一実施例における、音源
方向検出装置のブロック図を示すものである。

第１図において、1,2はある間隔ｘをもって２点間に固
定された、収音を行なうマイクロホン、3,4は信号の時
間遅延を行なう遅延回路、5,6は、ある周波数帯域の信
号のみを通過させる狭帯域バンドパスフィルタ、7,8は
入力信号があるレベル以上になったとき、パルス信号を
発生するパルス発生回路、９は２つの信号を入力とし、
その２つの信号が同時に存在するときのみ、パルス信号
を発生するAND回路、10は入力されたパルス信号の個数
をカウントし、その値を出力するパルスカウント回路、
11は遅延回路４における信号の遅延時間をある幅で変化
させ、そのとき、パルスカウント回路10の出力値が最大
となる、遅延回路４の遅延時間を検出し、この遅延時間
から、マイクロホン1,2に加えられた信号の音源方向を
換算する位相差検出回路である。

以上のように構成された本実施例について以下その動作
を説明する。

まず、マイクロホン1,2に加えられた信号は、遅延回路
3,4に入力され、ある時間だけ、それぞれ時間遅延され
る。ただし、遅延回路３における信号の遅延時間は、通
常、遅延回路の最大遅延時間幅の1/2に固定されてお
り、遅延回路４における遅延時間は、位相差検出回路11
により制御されている。

それぞれの遅延回路の出力信号は、狭帯域バンドパスフ
ィルタ5,6に入力され、ある周波数帯域のみの信号が抽
出される。狭帯域バンドパスフィルタ5,6の出力信号
は、それぞれパルス発生回路7,8に入力され、その入力
信号があるレベルを越えたとき、ある幅をもったパルス
が出力され、これにより、マイクロホン1,2に加えられ
たそれぞれの信号の位相が検出される。パルス発生回路
7,8の２つの出力信号は、AND回路９に入力され、ここで
入力された２つの信号が同時に存在するときのみ、入力
信号と同じパルスが出力される。これにより、マイクロ
ホン1,2に加えられた信号間の位相差が零のときのみ、
パルスが出力されることになり、２つの信号の位相差の
有無が検出できることとなる。

AND回路９の出力信号は、パルスカウント回路10に入力
され、入力信号であるパルスの数をカウントし、その値
が、位相差検出回路11に入力される。

位相差検出回路11は、まず、遅延回路４における信号の
遅延時間をある幅で変化させ、遅延回路４に入力される
信号を連続させて遅延させる。また、遅延回路４におけ
る信号の遅延時間を変化させる毎に、入力されるパルス
カウント回路10の出力値を読み、その値の最大値及びそ
の最大値が得られたときの遅延回路４の遅延時間を検出
する。そして、検出された遅延時間と、遅延回路３に設
定されている遅延時間との差を求める。これにより、マ
イクロホン1,2に加えられる信号間の位相差が求められ
る。この位相差から音源方向の角度を換算することによ
り、音源方向を検出することができる。

位相差から音源の方向を換算する方法を第３図を用いて
説明する。

第３図において、マイクロホン1,2は、ｘという幅をも
って固定されているとし、また音源は十分遠くにあるも
のとする。マイクロホン２に収音された信号と同位相の
波面は、マイクロホン２とＡ点を結んだ面となる。した
がって、マイクロホン１と２には、音源からの距離差ｙ
が生じる。この距離差ｙは音源方向を図のようにθとす
ると、 となる。

また、音速をｖとすると、マイクロホン1,2に収音され
る同位相の信号の時間差ｙ′は、 となる。

したがって、位相差検出手段により求められた位相差を
Ａとすると、 となるので、音源方向θは、 で求めることができる。

ただし、収音される信号間の位相差が１波長以上ずれた
場合には、方向検出ができないため、以下のようにマイ
クロホン1,2間の距離ｘには制限がある。

ただし、は、第1,第２の帯域通過手段の通過周波数と
する。また、λは、その信号の波長である。

第２図は、第１図に示した本発明の音源方向検出装置の
一実施例における位相差検出回路11の動作のアルゴリズ
ムをフローチャートで示している。

第２図において、tiは、ｉ時点における遅延回路４に設
定される遅延時間、t_MINは、遅延回路４の遅延時間の初
期値、mtiは、遅延回路４の遅延時間がtiにおけるパル
スカウント回路10の出力値、m_MAXは、上記mtiにおける
最大値、ｔは、m_MAXが得られた時点の遅延回路４の遅延
時間、Δｔは、遅延回路４に設定される遅延時間の増加
量、t_MAXは、遅延回路４の遅延時間の最大値、Ｔは、遅
延回路３に設定される遅延時間、Ａは、遅延回路３の遅
延時間Ｔと、パルスカウント回路10からの出力値が最大
となったときの遅延回路４の遅延時間との差、θは、音
源の方向、ｖは音速、ｘはマイクロホン1,2間の距離で
ある。

まず、位相差検出回路11は、遅延時間tiをt_MINとし（ス
テップ21）、遅延回路４に設定する（ステップ22）。そ
して、その時点におけるパルスカウント回路10において
カウントされたパルスの数mtiを読み（ステップ23）、m
_MAXと比較する（ステップ24）。（ただし、m_MAXの初期
値は零としておく。）このとき、mtiがm_MAXより大きけ
れば、m_MAXにmtiが設定され、ｔに、その時点の遅延回
路４の遅延時間が設定される（ステップ25）。また、mt
iがm_MAXより大きくないときは、上記の処理は行なわな
い。

次に、ステップ26で遅延時間tiが、Δｔだけ増加され、
ステップ27でその値がt_MAXと比較され、tiが、t_MAXより
大きくないときは、再び、ステップ22に戻りtiを遅延回
路４に設定し、ステップ22以下の処理をくり返す。

tiとt_MAXが比較された結果、tiがt_MAXより大きくなった
ときは、遅延回路３の遅延時間Ｔと、パルスカウント回
路10の出力値が最大となった時点の遅延回路４の遅延時
間ｔとの差Ａを求め（ステップ28）、これから、音源の
方向θを換算する（ステップ29）。この後、再びスター
ト時にもどり、ステップ21以下の処理をくり返す。この
処理をくり返すことにより、マイクロホン1,2に加えら
れる信号間の位相差及びこの位相差から音源の方向を求
めることができる。

以上のように、本実施例によれば、遅延回路４の遅延時
間をある幅で連続的に変化させ、パルスカウント回路10
の出力値が最大となる、遅延回路４の遅延時間を検出
し、その遅延時間と、遅延回路３に設定されている遅延
時間との差を求め、この値から音源の方向を換算するこ
とにより、マイクロホン1,2に対して正面側に位置する
音源の方向を容易に求めることができる。

発明の効果 ある間隔をもった２点間に固定された第1,第２のマイク
ロホンと、第1,第２のマイクロホンに加えられた信号を
時間遅延させる第1,第２の遅延手段と、第1,第２の遅延
手段の出力信号をそれぞれ入力とし、ある周波数帯域の
信号のみを通過させる第1,第２の帯域通過手段と、第1,
第２の帯域通過手段の出力信号が、あるレベルを越えて
いた場合に、正又は負のパルス信号を出力する第1,第２
のパルス発生手段と、第1,第２のパルス発生手段の２つ
の出力信号が同時に存在するときのみ、正又は負のパル
ス信号を出力する第３のパルス発生手段と、第３のパル
ス発生手段の出力信号を入力とし、ある時間内のその信
号の数を計測し、その値を出力する計測手段と、上記第
２の遅延手段の遅延時間を所定の幅をもって変化させ、
上記計測手段からの出力値が最大となる第２の遅延手段
の遅延時間を検出し、この遅延時間から第1,第２のマイ
クロホンに加えられた信号の位相差を検出し、その位相
差から、第1,第２のマイクロホンに加えられた信号の音
源方向を換算する位相差検出手段とを設けることによ
り、第1,第２のマイクロホンに対し、正面側に位置する
音源の方向を容易に精度よく検出できる構成が簡単な音
源方向検出装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における音源方向検出装置の
ブロック図、第２図は同本実施例における位相差検出回
路の動作アルゴリズムを示すフローチャート、第３図は
入力信号間の位相差から音源の方向を換算する原理を示
すマイクロホンの配置状態を示す構成図、第４図は従来
例のブロック図である。 1,2……マイクロホン、3,4……遅延回路、5,6……狭帯
域バンドパスフィルタ、7,8……パルス発生回路、９…
…AND回路、10……パルスカウント回路、11……位相差
検出回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ある間隔をもった２点間に固定された第1,
   第２のマイクロホンと、第1,第２のマイクロホンに加え
   られた信号を時間遅延させる第1,第２の遅延手段と、第
   1,第２の遅延手段の出力信号をそれぞれ入力とし、ある
   周波数帯域の信号のみを通過させる第1,第２の帯域通過
   手段と、第1,第２の帯域通過手段の出力信号が、あるレ
   ベルを越えていた場合に、正又は負のパルス信号を出力
   する第1,第２のパルス発生手段と、第1,第２のパルス発
   生手段の２つの出力信号が同時に存在するときのみ、正
   又は負のパルス信号を出力する第３のパルス発生手段
   と、第３のパルス発生手段の出力信号を入力とし、ある
   時間内のその信号の数を計測し、その値を出力する計測
   手段と、上記第２の遅延手段の遅延時間を所定の幅をも
   って変化させ、上記計測手段からの出力値が最大となる
   第２の遅延手段の遅延時間を検出し、この遅延時間から
   第1,第２のマイクロホンに加えられた信号の位相差を検
   出し、その位相差から、第1,第２のマイクロホンに加え
   られた信号の音源方向を換算する位相差検出手段とを具
   備してなる音源方向検出装置。