声源位置检测装置的制作方法

专利名称：声源位置检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及消除规定的噪声的影响而检测上述噪声以外的声的声 源方向或声源位置的声源位置检测装置、声源位置检测方法以及程序。 特别涉及消除自身车辆的发动机声的影响而检测自身车辆周围存在的 其他车辆的声源方向或声源位置的车载用的声源位置检测装置等。
背景技术：
作为检测声源位置的第一现有技术，提案有将输入麦克风的多个 音响信号彼此延迟而叠加，求得平方误差、利用平方误差的值为最小 时的延迟量来特定上述声源信号的声源方向(例如，参照专利文献l)。
作为检测从含有噪声的混合声中抽取的对象的抽取声的声源位置 的第二现有技术，提案有检测自身车辆的发动机转速，通过去除发动 机转速的基波成分以及高次谐波成分，减轻自身车辆的发动机声的影
响(例如，参照专利文献2)。
图1是用于说明通过第二现有技术去除自身车辆的发动机声的方 法的图。
在第二现有技术中，首先，利用检测自身车辆的发动机转速的传 感器决定发动机声的基波成分fkHz。然后，利用基波成分fkHz求得发 动机声的高次谐波成分2fkHz、 3fkHz、 。在图l (a)中，表示了
通过音响麦克风采集的声的波形的频率信号。横轴表示频率纵轴表示 信号电平。在此，从图1 (a)表示的频率信号中去除刚才求得的基波 成分fkHz以及高次谐波成分2fkHz、 3fkHz、……的频带的信号(参照 图1 (b))。其结果，如图1 (c)所示，得到去除了发动机声的基波成 分fkHz和高次谐波成分2fkHz、3fkHz、……的频带的信号的频率信号。 利用该去除后的频率信号求得自身车辆周边的车辆的声源位置。 专利文献1:日本特开平6-83371号公报(权利要求2) 专利文献2:日本特开平5-85288号公报(权利要求2、图4)但是，在第一现有技术中，由于没有区别作为从含有噪声的混合 声中抽取的对象的抽取声的单元，很难利用混合声检测抽取声的声源 位置。
另外，在第二现有技术中，只是单纯地去除了从发动机的转速求 得的发动机声的基波成分以及高次谐波成分的频带的信号。因此，不 能完全去除自身车辆的发动机声的影响。其具体例在以下说明。
图2是通过声谱图表示车载用麦克风输入的自身车辆的发动机声 (空转声)的图。该声谱图中纵轴表示频率横轴表示时间。另外，在 该声谱图中，颜色越浅的点表示的声压级(信号电平)越大，颜色越 浓的点表示的声压级越小。
通过图2所示的声谱图，了解到并不是仅发动机声的基波成分以 及高次谐波成分单纯地出现，在其他的频带也会有信号成分复杂地出 现。作为其原因之一，认为在发动机声从发动机室传递到麦克风时， 由于发动机罩的影响使波形产生畸变。因此，只是单纯地去除发动机 声的基波成分以及高次谐波成分不能完全地去除自身车辆的发动机声 的影响。另外，为了容易把握声谱图，在图3中对图2所示的声谱图 的浓淡值进行了二值化。

发明内容
本发明是鉴于上述问题点而作出的，其目的在于，提供一种声源 位置检测装置等，其可以去除规定的噪声的影响而检测上述噪声以外 的声的声源方向或声源位置。
特别地，其目的在于，提供一种车载用的声源位置检测装置等， 其可以去除自身车辆的发动机声的影响而检测存在于自身车辆周边的 其他车辆的声源方向或声源位置。
为了达成上述目的，本发明的声源位置检测装置，从含有噪声的 混合声中检测出作为抽取对象的抽取声的声源方向或声源位置，其特
征在于具有分析单元和抽取单元，所述分析单元对从离开配置的多 个麦克风分别输入的含有噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号；
所述抽取单元，对于所述混合声中含有的抽取声的多个声源方向或声
源位置的候补的各个，(a)调整对应于所述多个麦克风的频率信号的时间轴，以使从该声源方向或声源位置的候补到达所述多个麦克风的
所述混合声的时间差消除，(b)求出表示时间轴调整后的对应于所述 多个麦克风的频率信号中所述多个麦克风间的所述频率信号的差异程 度的差分距离在阈值以下的频率信号，(c)根据所求出的频率信号中 对应于所述多个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从声源方向或声 源位置的候补中抽取所述抽取声的声源方向或声源位置，设定所述阈 值，使得在所述抽取声输入到所述多个麦克风的情况下，对该抽取声 进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离在所 述阈值以下，并且，设定所述阈值，使得在作为去除对象的规定的噪 声输入到该多个麦克风的情况下，对该规定的噪声进行频率分析后的 频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离比所述阈值大。
由此，通过阈值处理比较差分距离的大小，可以区别作为去除对 象的噪声与作为抽取对象的抽取声，基于麦克风输入的混合声的频率 信号选择地去除对应于上述噪声的频率信号的部分，由此，可以去除 上述噪声的影响而检测上述抽取声的声源方向或声源位置。
图4A表示了噪声(自身车辆的发动机声)在各个麦克风中的声谱 图的一例。图4B表示了噪声在各个麦克风中的频率信号(功率谱)的 一例。另外，图5A表示了抽取声(自身车辆周边存在的摩托车声)的 各个麦克风中的声谱图。图5B以及图5C分别表示了抽取声在各个麦 克风中的频率信号(功率谱)的一例。各麦克风安装在自身车辆的前 方保险杠的左侧和右侧。
图4A和图5A表示声谱图，纵轴表示频率，横轴表示时间。在该 声谱图中，颜色越浅的点声压级(信号电平)越大，颜色越深的点声 压级越小。图4B、图5B、图5C表示功率谱，纵轴表示功率谱，横轴 表示频率。图中的两条实线表示各个麦克风的功率谱。
图4B表示了图4A的时刻A中的功率谱，可以了解到存在有噪声 (自身车辆的发动机声)的频率即频率Al和频率A2中的功率谱在各 个麦克风的值非常不同。另外，图5B表示了图5A的时刻B (摩托车 位置在距离自身车辆40m的地点)中的功率谱，了解到存在有抽取声 (自身车辆的周边存在的摩托车声)的频率即频率B1和频率B2中的 功率谱在各个麦克风的值大致相同。另外，图5C表示了图5A的时刻
8C (摩托车位置在距离自身车辆10m的地点)中的功率谱，了解到存 在有抽取声(存在于自身车辆周边的摩托车声)的频率即频率C1和频 率C2中的功率谱的在各个麦克风中的值大致相同。由此可以了解到， 通过阈值处理而对差分距离进行比较可以区别噪声和抽取声。在该例 中，噪声是自身车辆的发动机声，自身车辆上搭载的各个麦克风上， 由于发动机罩的影响或传播距离的不同等而输入了不同频率信号的噪 声。由此，差分距离变大。另外，抽取声是存在于离开各个麦克风的 位置的摩托车声，从摩托车位置到各个麦克风的距离大致相等，因此， 距离衰减造成的声压级的差小，进而在空气中传播导致的传输畸变小， 在各个麦克风中输入了类似的频率信号的摩托车声。由此差分距离变 小。
另外，从图5B和图5C的虚线包围的背景噪声部分的声谱图来看， 了解到各个麦克风中的值非常不同。由此可以知道背景噪声的部分也 可以作为噪声被去除。
优选为，对于所述噪声的声源位置与所述各麦克风的距离，利用 距离大的除以距离小的而求出比率，对于所述抽取声的声源位置与所 述各麦克风的距离，利用距离大的除以距离小的而求出比率，对上述 两比率进行比较，将所述各麦克风配置在比较结果大的位置上。
由此，可以使噪声到达各个麦克风时的频率信号(功率谱)的差 异程度比抽取声到达各个麦克风时的频率信号(功率谱)的差异程度 (在为远方的声源的情况下认为近似于零)大。这一事实是基于声压 级相对于距离(或距离的平方)反比例衰减这一技术知识的。在通过 以不同距离配置在噪声附近的麦克风(噪声和各个麦克风的距离比率 比1大)检测远方的抽取声的情况下，远方抽取声和各个麦克风的距 离的比率近似为l，适用于该条件。
优选为，在所述噪声传播到各麦克风的介质的一部分上，利用具 有在麦克风间不同的传输特性的物质。
由此，可以使噪声到达各个麦克风时的频率信号(功率谱或相位 谱)的差异程度变大，因此容易进行阈值的设定。例如，在噪声和各 个麦克风之间夹着声压级的衰减率不同的物质的情况下，可以使噪声 到达各个麦克风时的频率信号(功率谱)的差异程度增变大。例如，
9可以通过将密度不同的金属和塑料夹在噪声源和各个麦克风之间而实 现。在噪声源和各个麦克风之间夹着相位特性不同的物质的情况下， 可将噪声到达各个麦克风时的频率信号(相位谱)的差异程度变大。
优选为，所述差分距离为各麦克风间的所述频率信号的功率谱的 差异程度。
由此，在以不同的距离配置在噪声附近的麦克风检测远方的抽取 声的情况下，基于声压级相对于距离(或距离的平方)成反比例衰减 的技术知识可以直接判断声压级的差异程度。另外，即使在噪声和各 麦克风之间夹着声压级的衰减率不同的物质的情况下，也可以直接判 断声压级的差异程度。
优选为，所述差分距离按照具有规定的时间宽度的时间区间求出。 由此，可以去除麦克风间的频率信号有时只短时间一致的部分。
图6中，表示了两个麦克风的800Hz中的频率信号(复频谱)。虚线表 示麦克风A中的频率信号，实线表示麦克风B中的频率信号。在此， 频率信号是复频谱，因此实部和虚部在不同的图中表示。在该例中， 表示了声源方向的候补为+30度的情况下的结果。图6的虚线包围的部 分602是各时刻的复空间的差分距离小的部分的频率信号。通过图6， 可以了解到在按照时刻求取差分距离的情况下，可以去除麦克风间的 频率信号有时只是短时间一致的部分。但是，在按照时间区间求取差 分距离的情况下，可以去除有时只是短时间一致的部分。
优选为，所述差分距离为通过所述多个麦克风的所述频率信号的 功率谱的平均值进行正规化后的所述频率信号的差异程度。
由此，由于差分距离不依存于声压级，阈值的设定容易。例如， 相对于声压级高的抽取声和声压级低的抽取声，也可以容易地进行阈 值的设定。
另外，为了达成上述目的，本发明的车载用的声源位置检测装置， 从含有自身车辆产生的噪声的混合声中检测出存在于自身车辆周边的 车辆声的声源方向或声源位置，其特征在于具有分析单元和抽取单 元，所述分析单元对从在自身车辆上离开配置的多个麦克风分别输入 的含有噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号；所述抽取单元， 对于所述混合声中含有的存在于自身车辆周边的车辆声的多个声源方向或声源位置的候补的各个，(a)调整对应于所述多个麦克风的频率 信号的吋间轴，以使从该声源方向或声源位置的候补到达所述多个麦 克风的所述混合声的时间差消除，(b)求出表示时间轴调整后的对应 于所述多个麦克风的频率信号中所述多个麦克风间的所述频率信号的 差异程度的差分距离在阈值以下的频率信号，(c)根据所求出的频率 信号中对应于所述多个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从所述多 个声源方向或声源位置的候补中抽取所述车辆声的声源方向或声源位 置，设定所述阈值，使得在所述车辆声输入到所述多个麦克风的情况 下，对该车辆声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所 述差分距离在所述阈值以下，并且，设定所述阈值，使得在自身车辆 产生的噪声输入到所述多个麦克风的情况下，对该噪声进行频率分析 后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离比所述阈值大。
由此，通过阈值处理对差分距离进行比较，可以对自身车辆产生 的噪声与自身车辆周边存在的车辆声进行区别，基于麦克风输入的混 合声的频率信号可以选择地去除对应于上述噪声的频率信号的部分， 由此可以去除自身车辆产生的噪声(自身车辆的发动机声等)的影响 而检测自身车辆的周边存在的车辆声的声源方向或声源位置。例如， 作为发动机罩的材质，在发动机位置到各个麦克风之间利用具有不同 密度或不同形状的物质，由此可以增大各麦克风间的发动机声的频率 信号的差分距离。另外，在将各个麦克风埋入到保险杠的情况下，即 使在麦克风与保险杠的接合部分(麦克风露出自身车辆以外的部分之 外的全体部分)利用具有麦克风间不同传输特性的物质，也可以增大 各麦克风间的发动机声的频率信号的差分距离。从而可以容易地设定 阈值。
另外，本发明除了作为具有这样的特征单元的声源位置检测装置 可以实现外，也可以作为将声源位置检测装置含有的特征单元作为步 骤的声源位置检测方法而实现，或是作为将声源位置检测方法中含有 的特征步骤在计算机上执行的程序而实现。这样的程序当然可以通过 CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory)等存储介质或因特网等 通信网络进行流通。
发明的效果
11如上所述，通过对差分距离的大小进行比较可以对作为去除对象 的噪声和作为抽取对象的抽取声进行区别。因此，可以基于麦克风输 入的混合声的频率信号选择地去除对应于上述噪声的频率信号的部 分，可以去除上述噪声的影响而检测上述抽取声的声源方向或声源位 置。特别地，可以去除利用车载用麦克风时成为问题的自身车辆产生 的发动机声的影响，因此效果非常大。


图1是用于说明现有技术中的发动机声的去除方法的图。
图2是表示自身车辆的发动机声的声谱图的一例的图。 图3是将图2所示的声谱图的浓淡值进行二值化的图。 图4A是表示噪声的声谱图的一例的图。 图4B是表示噪声的频率信号(功率谱)的一例的图。 图5A是表示抽取声的声谱图的一例的图。 图5B是表示抽取声的频率信号(功率谱)的一例的图。 图5C是表示抽取声的频率信号(功率谱)的一例的图。 图6是表示混合声的频率信号的一例的图。
图7是表示本发明的实施方式的声源位置检测装置的整体构成的 框图。
图8是说明麦克风的配置方法的图。
图9是表示在自身车辆的麦克风之间利用了具有不同的传输特性
的物质的构成例的图。
图10是表示具有散热器的自身车辆的构成的图。
图11A是表示自身车辆的发动机声的声谱图的图。
图11B是表示自身车辆的发动机声的声谱图的图。
图12A是将图11A表示的声谱图的浓淡值进行二值化的图。
图12B是将图11B表示的声谱图的浓淡值进行二值化的图。
图13是用于说明声源方向的图。
图14是表示声源位置检测装置的动作顺序的流程图。
图15A是表示对自身车辆的发动机声的声源方向进行分析的结果
的一例的图。图15B是表示对自身车辆的发动机声的声源方向进行分析的结果 的一例的图。
图16A是对图15A所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图16B是对图15B所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图17A是表示对自身车辆的发动机声的声源方向进行分析的结果 的一例的图。
图17B是表示对自身车辆的发动机声的声源方向进行分析的结果 的一例的图。
图18A是对图17A所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图18B是对图17B所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图19A是表示对自身车辆的发动机声的声源方向进行分析的结果 的一例的图。
图19B是表示对自身车辆的发动机声的声源方向进行分析的结果 的一例的图。
图20A是对图19A所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图20B是对图19B所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图21是表示混合声的频率信号的一例的图。-图22是表示混合声的频率信号的一例的图。 图23A是表示利用混合声抽取声源方向的结果的一例的图。 图23B是表示利用混合声抽取声源方向的结果的一例的图。 图24A是对图23A所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图24B是对图23B所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图25A是表示利用混合声抽取声源方向的结果的一例的图。 图25B是表示利用混合声抽取声源方向的结果的一例的图。 图26A是对图25A所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图26B是对图25B所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图27A是表示利用混合声抽取声源方向的结果的一例的图。 图27B是表示利用混合声抽取声源方向的结果的一例的图。 图28A是对图27A所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图28B是对图27B所示的图的浓淡值进行二值化的图。 图29是表示摩托车的发动机声的声源位置的图。符号说明
100:声源位置检测装置 101a:自身车辆的发动机声 101b:摩托车的发动机声 102a 102n:麦克风
103:分析部 104:阈值 105:抽取部
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图7是表示本发明的实施方式中的声源位检测装置的构成的框图。
在此，以在车载用途中使用本发明的声源位置检测装置的情况为例进 行说明。
声源位置检测装置100是检测自身车辆的周边存在的其他车辆的 声源方向或声源位置的装置，具有两个以上的麦克风102a 102n、分析 部103以及抽取部105，在此所述的麦克风为将通过介质(气体、固体、 液体)传播来的音响信号转变为电信号的装置。
麦克风102a 102n被配置为，在使到达各麦克风102a 102n的时 间差为零地调整了时间轴的、对自身车辆的发动机声101a (作为去除 的对象的声)进行频率分析的频率信号中，调整了时间轴的频率信号 的麦克风之间的差分距离比阈值104 (阈值)大。关于求"差分距离" 的方法在下面详细说明。
图8是表示在自身车辆的前方部的保险杠上配置4个麦克风的一 例。在该例子中，麦克风A与B的间隔以及麦克风C与D的间隔为 17.5cm，麦克风B与C的间隔约为1M
距离每增加两倍声压级衰减6dB。另外，自身车辆的发动机与麦 克风的距离近。由此，声源与各麦克风的距离的比变大，输入到4个 麦克风A、 B、 C、 D的自身车辆的发动机声的声压级不同。
相对于此，与麦克风之间的距离远的摩托车的发动机声，声源与 各麦克风的距离的比大致为1，在4个麦克风的声压级大致相等。另外，考虑到自身车辆的发动机声由于发动机罩的影响等，在输
入到4个麦克风的波形中产生畸变。另外，考虑到有意地在4个麦克 风与自身车辆的连接部分上使用声的传输特性不同的物质也会使输入 到4个麦克风的波形产生畸变。
在从发动机位置到各麦克风的发动机声的传递路径中，存在通过 发动机罩的路径和没有通过发动机罩的路径的情况下或通过发动机罩 的距离不同的情况下，各麦克风接收的频率信号不同。这是因为，通 过发动机罩的路径的密度高、没有通过发动机罩的路径(例如，在空 气中传播)的密度低等的传播路径上存在的物质密度的不同，发动机 声的衰减率也不同。
所以，即使从发动机位置到各麦克风的发动机声的传递路线的距 离为大致相等的距离，由于在从发动机位置到各麦克风之间利用了具 有不同密度的物质或具有不同形状的物质的构成，可以在各麦克风接 收的波形中产生畸变，可以增大差分距离。
另外，在将各麦克风埋入到保险杠等的情况下，构成为在麦克风. 与保险杠的接合部分(麦克风露出在自身车辆之外的部分以外的全部) 利用具有在麦克风之间有不同传输特性的物质。在此，"不同的传输 特性"是指声阻抗(介质的密度X介质中传播的声波的速度)不同。 声波在具有不同的声阻抗的物质间传播时，在其边界进行反射。该反 射的程度随声阻抗的差而变化，进行传播的物质间的声阻抗的差越大 则反射越大。所以，在发动机位置与各麦克风之间，利用具有不同传 输特性的物质，可以在各麦克风接收的波形中产生畸变，增大差分距 离。
在图9中，表示了在自身车辆的麦克风之间利用了具有不同传输 特性的物质的构成例。自身车辆具有发动机、接收该发动机发出的发 动机声的麦克风A以及麦克风B。另外，在发动机和麦克风A之间具 有金属，在发动机和麦克风B之间具有塑料。从发动机到麦克风A或 麦克风B传播发动机声(波线)。发动机声由于金属中传播时和在塑 料中传播时其反射程度不同，因此可以在麦克风A和麦克风B接收的 波形间产生畸变，可以增大差分距离。在此为金属和塑料，但是若为 具有不同传输特性的物质，就会具有可以增大差分距离的效果。在此，
15记载了一方为金属，另一方为塑料的例子，但是，只在一方具有金属 或塑料等或者是一方具有金属和塑料另一方具有塑料也会达到相同的 效果。
在图10中，与图9相同，具有发动机、麦克风A、麦克风B。在 图10中，在发动机和麦克风A之间具有散热器，在发动机与麦克风B 之间有意地没有设置任何物品。从发动机传播到麦克风A的发动机声 由于散热器的存在，其一部分反射。这是由于散热器内的液体与发动 机声传播来的空气中之间的声阻抗的差大，发动机声被散热器反射。 通过该反射，可以在麦克风A和麦克风B接收的波形间产生畸变，可 以增大差分距离。所以，在一个麦克风和发动机之间具有与空气的声 阻抗的差大的物质，另一个麦克风和发动机之间不夹有空气以外的任 何物质或只夹有与空气的声阻抗大致相同的物质，可以增大差分距离。
在图IIA以及图IIB中，表示了实验结果的一例，该实验结果为 配置成使自身车辆的发动机声101a (空转声)中麦克风A与麦克风D 之间的差分距离大于阈值104的情况下的实验结果。图IIA表示了输 入到麦克风A的自身车辆的发动机声101a的声谱图，图1 IB表示了输 入到麦克风D的自身车辆的发动机声101a的声谱图。各声谱图的横轴 表示时间轴，纵轴表示频率轴。另外，声谱图的各点，颜色越浅声压 级(信号电平)越大，颜色越浓声压级越小。
对图IIA表示的声谱图与图IIB表示的声谱图进行比较，两个声 谱图在整体上存在不同。特别是在虚线包围的区域中，肉眼就可以看 到在两个声谱图之间自身车辆的发动机声101a的频率信号畸变而不 同。另外，为了容易把握声谱图，在图12A以及图12B中分别表示对 图11A以及图IIB所示的声谱图的浓淡值进行了二值化。
分析部103对麦克风102a 102n输入的含有自身车辆的发动机声 101a (作为去除对象的声)和摩托车的发动机声101b (作为抽取对象 的声)的混合声进行频率分析，制作对应于各麦克风的频率信号。
抽取部105对分析部103分析的频率信号的时间轴进行调整，使 从摩托车的发动机声101b (作为抽取对象的声)的声源方向的候补到 达各麦克风102a 102n的时间差为零。时间轴的调整，换而言之，为 对与各麦克风102a 102n对应的频率信号的时间轴进行调整，以使在
16假定来自摩托车的摩托车声到达各麦克风102a 102n时的到达时间差 消除。
另外，抽取部105将调整了时间轴的频率信号的麦克风之间的差 分距离比阈值104大的部分的频率信号去除，利用剩下的部分的频率 信号抽取声源方向。
在此，声源方向通过-90度到90度的方向(角度)表示。图13是 用于说明声源方向的图。声源方向在自身车辆的直向前进方向以及后 退方向为O度时，相对于直向前进方向正交的轴中，右手方向为90度， 左手方向为-90度。
另外，设定阈值104，以使对应于摩托车的发动机声101b (作为 抽取对象的声)的差分距离在阈值104以下。若用其他方法，则配置 麦克风102a 102n，以使对应于摩托车的发动机声101b (作为抽取对 象的声)的差分距离在设定的阈值104以下。在该例中，对麦克风的 配置、该配置中的对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离、对应 于摩托车的发动机声101b的差分距离进行比较，以实验地求出可以检 测到摩托车的发动机声101b的声源方向的阈值104的值。
这样，利用声源位置检测装置IOO，可以去除自身车辆的发动机声 的影响，抽取接近的摩托车等的声源方向而告知驾驶者。因此，声源 位置检测装置100作为安全驾驶支援的一个功能是非常有用的。
下面，对如下构成的声源位置检测装置100的动作进行说明。
图14是表示声源位置检测装置100的动作顺序的流程图。
在该例中，如图8所示，在自身车辆的前方部的保险杠上配置有4 个麦克风A、 B、 C、 D。另外，相对于如图8所示的麦克风的配置， 根据对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离和对应于摩托车的发 动机声101b的差分距离实验求得阈值104 (步骤S901)。在该例中， 阈值104为30%。
在图15A以及图15B中，表示了利用图8所示的麦克风A和麦克 风D，不利用阈值处理而利用现有的方法分析自身车辆的发动机声 101a的声源方向的结果的一例。
图15A以及图15B表示的图表示，横轴为时间，纵轴为声源方向 (-90度~90度)。另外，在该图中，颜色越浓的点表示的声源方向上声源存在的概率越高，颜色越浅的点表示的声源方向上声源存在的概 率越低。
在图15A中，表示了利用对应于自身车辆的发动机声101a的差分 距离大于阈值104的部分和小于阈值104的部分这样的两部分的频率 信号(没有利用阈值处理)、通过麦克风A和麦克风D之间的自身车 辆的发动机声101a的到达时间差分析声源方向的结果。通过图15A， 可以了解在-90度~90度的广阔的方向上出现自身车辆的发动机声 101a。
在图15B中，表示了利用将对应于自身车辆的发动机声101a的差 分距离大于阈值104的部分去除后剩下的部分的频率信号(利用本发 明的阈值处理)，通过麦克风A和麦克风D之间的自身车辆的发动机 声101a的到达时间差分析声源方向的结果。将图15A和图15B进行比 较，可以了解到通过去除对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离 大于阈值104的部分，可以大幅地去除自身车辆的发动机声101a的影 响。另外，为了容易对图进行把握，在图16A以及图16B中分别表示 了对图15A以及图15B所示的图的浓淡值进行二值化。
在图17A以及图17B中，表示了利用图8所示的麦克风A和麦克 风B分析自身车辆的发动机声101a的声源方向的结果的一例。图17A 以及图17B的图的意思与图15A以及图15B说明的一样。
图17A中，表示了利用对应于自身车辆的发动机声101a的差分距 离大于阈值104的部分和小于阈值104的部分这样的两部分的频率信 号(没有利用阈值处理)、通过麦克风A和麦克风B之间的自身车辆 的发动机声101a的到达时间差分析声源方向的结果。在图17B中，表 示了利用将对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离大于阈值104 的部分去除后剩下的部分的频率信号(利用本发明的阈值处理)，通 过麦克风A和麦克风B之间的自身车辆的发动机声101a的到达时间差 分析声源方向的结果。将图17A和图17B进行比较，可以了解到通过 去除对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离大于阈值104的部 分，可以大幅地去除自身车辆的发动机声101a的影响。另外，为了容 易对图进行把握，在图18A以及图18B中分别表示了对图17A以及图 17B所示的图的浓淡值进行二值化。
18在图19A以及图19B中，表示了利用图8所示的麦克风C和麦克 风D分析自身车辆的发动机声101a的声源方向的结果的一例。图19A 以及图19B所示的图的意思与图15A以及图15B说明的一样。
图19A中，表示了利用对应于自身车辆的发动机声101a的差分距 离大于阈值104的部分和小于阈值104的部分这样的两部分的频率信 号(没有利用阈值处理)、通过麦克风C和麦克风D之间的自身车辆 的发动机声101a的到达时间差分析声源方向的结果。在图19B中，表 示了利用将对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离大于阈值104 的部分去除后剩下的部分的频率信号(利用本发明的阈值处理)，通 过麦克风C和麦克风D之间的自身车辆的发动机声101a的到达时间差 分析声源方向的结果。将图19A和图19B进行比较，可以了解到通过 去除对应于自身车辆的发动机声101a的差分距离大于阈值104的部 分，可以大幅地去除自身车辆的发动机声101a的影响。另外，为了容 易对图进行把握，在图20A以及图20B中分别表示了对图19A以及图 19B所示的图的浓淡值进行二值化。
由此可知，图8所示的麦克风的配置为使对应于自身车辆的发动 机声101a的差分距离大于阈值104的配置。但是，如从图15B、图17B、 图19B了解到的那样，在该例中，由于未能完全去除自身车辆的发动 机声101a的影响，因此，可以去除的自身车辆的发动机声101a的部 分成为作为去除的对象的规定的噪声。在此，设定阈值以使摩托车的 发动机声的声源方向不会被去除。
另外，将一个麦克风配置在发动机附近的位置，将一个麦克风配 置在离发动机远的位置，以使得自身车辆的发动机和各麦克风的距离 的比率(距离大的除以距离小的时的比率)大，从而可以增大相对于 自身车辆的发动机声的差分距离而容易地进行阈值的设定。另外，作 为发动机罩的材质使用在发动机位置和各麦克风之间利用具有不同密 度的物质或不同形状的物质的构成，由此，可以增大相对于自身车辆 的发动机声的差分距离，容易进行阈值的设定。
然后，麦克风102a 102n输入含有自身车辆的发动机声(作为去 除的对象的声)和摩托车的发动机声101b (作为抽取对象的声)的混 合声(步骤S902)。
19然后，分析部103对麦克风102a 102n输入的混合声进行频率分 析，制作对应于各麦克风的频率信号(步骤S903)。在此，取样频率 44.1kHz的混合声的离散傅里叶变换的窗长为128点，以20Hz的间隔 在0 2000Hz的频带中相对于各麦克风制作频率信号。
然后，抽取部105对分析部103分析的频率信号的时间轴进行调 整，以使从摩托车的发动机声101b (作为抽取对象的声)的声源方向 的候补到达各麦克风102a 102n的时间差为零。另外，抽取部105，利 用调整了时间轴的频率信号的、去除麦克风间的差分距离大于阈值104 的部分的频率信号后剩下的部分的频率信号，抽取声源方向(步骤 S904)在图21中表示，相对于麦克风A和麦克风B输入的混合声，对 800Hz的频带中的频率信号以使从声源方向的候补(+50度)到达各麦 克风的吋间差成为零的方式调整了时间轴后的频率信号。
虚线表示麦克风A中的频率信号，实线表示麦克风B中的频率信 号。横轴表示时间轴，纵轴表示振幅。在此，由于频率信号为复信号， 实部和虚部在不同的图中表示。
在此对求差分距离的方法的一例进行说明。在该例中，在图21所 示的时间区间(具有规定的时间宽度的时间区间)中，将各时刻的频 率信号的差分值大于规定的值的时刻的部分300占时间区间整体的比 例作为"差分距离"。这里的规定的值通过实验求得。另外，这里的 差分值是对振幅的大小进行了正规化的值。例如，关于振幅值的畸变 程度，认为振幅值越大则畸变的振幅值的绝对量越大。例如，声压级 衰减为一半的情况下，在衰减前的振幅值为IO的情况下，衰减后的衰 减值为5，差分为5。另外，在衰减前的振幅值为2的情况下，衰减后 的振幅值为l，差分为l。由此，振幅值越大，畸变的振幅值的绝对量 越大。由此，利用对频率信号的大小进行正规化的差分值，可以去除 振幅的大小带来的影响。在该例子中，通过下式求得"差分值"。由 此，由于差分距离不依存于声压级，例如，即使相对于声压级大的抽 取声和声压级小的抽取声都可以容易地设定阈值。V(、 -xg)2 +(力 -少》
差分值由于通过麦克风A和麦克风B的频率信号的功率谱的平均 值进行了正规化，所以可以不依存于分析的频率的声压级大小而设定 阈值。在此，XA和yA分别表示麦克风A中的频率信号的某时刻的实部 和虚部的值，XB和yB分别表示麦克风B中的频率信号对应的时刻的实 部和虚部的值。另外，在该例中的规定值为0.5，阈值104为30%。差 分值由于通过功率谱的大小进行了正规化，因此无需考虑相对于频带 的功率谱的大小。因此，规定值在全部的频带中为相同值。图21的虚 线包围的部分300是差分值比规定值大的部分的频率信号。通过图21 可以了解到，在假定+50度的方向上存在声源位置而调频率信号的时间 轴的情况下，虚线包围的部分300占时间区间整体的比例大。在该差 分距离即比例大于阈值104即30%的情况下，去除该时间区间整体的 频率信号而求得声源方向。此时，解释为相对于800Hz的频带在+50 度的方向上不存在作为抽取对象的声源。
在图22中表示，相对于麦克风A和麦克风B输入的混合声，对 800Hz的频带中的频率信号以使从其他声源方向的候补(一30度)到 达各麦克风的时间差成为零的方式调整了时间轴后的频率信号。
虚线表示麦克风A中的频率信号，实线表示麦克风B中的频率信 号。横轴表示时间轴，纵轴表示振幅。在此，由于频率信号为复信号， 实部和虚部在不同的图中表示。
在此，在与图21所示的时间区间相同的时间区间(具有规定的时 间宽度的时间区间)中，使用同样的定义来求出差分距离。虚线包围 的部分302是差分值比规定值大的部分的频率信号。通过图22可以了 解到，在假定一30度的方向上存在声源位置而调频率信号的时间轴的 情况下，虚线包围的部分302占时间区间整体的比例小。在该差分距 离即比例小于阈值104即30%的情况下，不去除该时间区间整体的频 率信号而求得声源方向。在该例中，在求得声源方向时，在该时间区 间的各时刻中的差分值为规定值以下的部分的麦克风间的相关值(一 致程度)具有没有被去除而剩下的全部的声源方向(角度)中的相互相关值中的最大值的情况下，判定为在相对于800Hz的频带一30度的 方向上存在作为抽取对象的声源。例如，相对于800Hz的频带，若一 30度、—40度、—50度的候补中剩余有声源方向的候补，则将各候补 中的相互相关值中对应于最大的值的声源方向的候补特定为抽取声的 声源方向。另外也可以将对应于相关值超过第二规定阈值的声源方向 的候补特定为抽取声的声源方向。该情况下，可以对应于求出多个声 源方向。另外，也可以将相对于声源方向的轴而对应于相关值取极大 值的声源方向的候补特定为抽取声的声源方向。另外，作为其他的一 致程度也可以将差分距离为阈值以下的全部方向特定为声源方向。另 外，也可以将差分距离为最小或极小值的方向作为声源方向。
在图23A、图23B、图25A、图25B、图27A以及图27B中，表 示了相对于0-2000Hz中含有的100个频带对利用现有方法和本发明的 方法求得的声源方向绘制了直方图。在图23A以及图23B中表示了利 用麦克风A和麦克风D的结果，在图25A以及图25B中表示了利用麦 克风A和麦克风B的结果，在图27A以及图27B中表示了利用麦克风 C和麦克风D的结果。
横轴表示时间轴，纵轴表示声源方向。颜色的浓度表示频数的大 小，颜色越浓的部分表示的频数越大的部分。图23A、图25A、图27A 表示了利用比阈值大的部分和比阈值小的部分(没有利用阈值处理) 抽取声源方向的现有技术的结果。另外，图23B、图25B、图27B表 示了利用去除了比阈值大的部分的频率信号(利用阈值处理)抽取声 源方向的本发明的结果。另外，为了易于把握图，在图24A、图24B、 图26A、图26B、图28A以及图28B中分别表示了对图23A、图23B、 图25A、图25B、图27A以及图27B中所示的图的浓淡值进行了二值 化。
在图29中，模式地表示了对应于时刻的摩托车的发动机声101b 的声源位置。在时刻3秒时，从麦克风A和麦克风B看的声源方向大 致为0度的方向(从麦克风C和麦克风D看的声源方向大致为+30度 方向)、在时刻5秒时，从麦克风A和麦克风B看的声源方向大致为 +90度方向，之后朝向0度方向。
22在图15A、图17A、图19A中，表示了自身车辆的发动机声101a (空转声)的声源方向，从图23B、图25B、图27B的结果可以了解 到本发明的发明点，即通过进行阈值处理去除自身车辆的发动机声 101a的声源方向，可以抽取摩托车的发动机声101b的声源方向。另外， 从图19A和图27B可以了解到，即使自身车辆的发动机声101a的声源 方向与摩托车的发动机声101b的声源方向重叠也可以去除自身车辆的 发动机声101a的影响。
如上所述，可以了解到通过对差分距离的大小进行比较而进行阈 值处理可以区别作为去除对象的噪声和作为抽取对象的抽取声。因此， 通过基于麦克风输入的混合声的频率信号，选择地去除对应于噪声的 频率信号的部分，可以去除噪声的影响而正确地检测出抽取声的声源 位置。特别地，由于可以去除在利用车载用的麦克风时成为问题的自 身车辆发生的发动机声的影响，因此具有极大的效果。
在该例中，差分距离为在具有规定的时间宽度的时间区间中各时 刻的频率信号的振幅值的差分值比规定的值大的时刻的部分所占时间 区间整体的比例，但是作为其他的差分距离，也可以定义为在具有规 定的时间宽度的时间区间中，对在时间上连续的振幅形状进行矢量表 现，将矢量间的差分值作差分距离。在该情况下，也通过具有规定时 间宽度的时间区间求得差分距离。由此，可以将麦克风间的频率信号 的振幅值由于频率信号的振幅变动而有时只短时间一致的部分去除。 另外，在该例中，利用了复频谱空间中的差分距离，但是也可以利用 功率频谱或相位频谱的差分距离。
如上所述，通过在每个具有时间宽度的时间区间计算差分距离， 可以去除麦克风间的频率信号的振幅值由于频率信号的振幅变动而有 时只短时间一致的部分。另外，可以去除由于多个声的混合造成的振 幅值畸变的影响。
另外，由于摩托车移动，在离自身车辆远的地方声压级变小，在 距离自身车辆近的地方声压级变大，因此利用各麦克风间的频率信号 的功率频谱的平均值正规化了的差分距离是有效的。
另外，根据麦克风A和麦克风B的抽取结果以及麦克风C和麦克 风D的抽取结果，通过三角测量可以求得声源位置。另外，对从声源
23位置的候补到达各麦克风的到达时间差进行调整，对一致程度进行比 较，可以直接求得声源位置。
如上述说明，由于通过对差分距离的大小进行比较而进行阈值处 理，可以对作为去除对象的噪声和作为抽取对象的抽取声进行区别， 因此基于麦克风输入的混合声的频率信号选择地将对应于噪声的频率 信号的部分去除，由此可以去除噪声的影响而检测抽取声的声源方向。 特别地，由于可以去除利用车载用麦克风时成为问题的自身车辆产生 的发动机声的影响，因此效果很大。
另外，从抽取部105的结果(例如，自身车辆的发动机声101a的 声源方向的去除程度、摩托车的发动机声101b的声源方向的抽取结果) 进行判断，可以进一步地对阈值104的值进行调整。
另外，考虑到背景噪声或风噪声在各麦克风的频率信号不同，也 可以将这些声或噪声去除。另外，在各麦克风之间输入了不同的声的 情况下，由于各麦克风的频率信号不同，也可以作为该情况下的声或 噪声去除而防止输出错误的声源方向或声源位置。
产业上的可利用性
本发明的声源位置检测装置在(例如去除自身车辆的发动机声的 影响)通过声来检测接近车辆的安全驾驶支援装置、(例如，去除照 相机的马达声的影响)自动将照相机朝向声响的声源位置的安全照相 机、(去除电视会议的对方一侧的发声的影响)可以使指向性朝向发 声者的方向进行收音的电视会议装置等广泛领域的制品中的应用价值 都是很高的。
权利要求
1、一种声源位置检测装置，从含有噪声的混合声中检测出作为抽取对象的抽取声的声源方向或声源位置，其特征在于具有分析单元和抽取单元，所述分析单元对从离开配置的多个麦克风分别输入的含有噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号；所述抽取单元，对于所述混合声中含有的抽取声的多个声源方向或声源位置的候补的各个，(a)调整对应于所述多个麦克风的频率信号的时间轴，以使从该声源方向或声源位置的候补到达所述多个麦克风的所述混合声的时间差消除，(b)求出表示时间轴调整后的对应于所述多个麦克风的频率信号中所述多个麦克风间的所述频率信号的差异程度的差分距离在阈值以下的频率信号，(c)根据所求出的频率信号中对应于所述多个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从声源方向或声源位置的候补中抽取所述抽取声的声源方向或声源位置，设定所述阈值，使得在所述抽取声输入到所述多个麦克风的情况下，对该抽取声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离在所述阈值以下，并且，设定所述阈值，使得在作为去除对象的规定的噪声输入到该多个麦克风的情况下，对该规定的噪声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离比所述阈值大。
2、 如权利要求1所述的声源位置检测装置，其特征在于对于所述噪声的声源位置与所述各麦克风的距离，利用距离大的除以距离小的而求出比率，对于所述抽取声的声源位置与所述各麦克风的距离，利用距离大的除以距离小的而求出比率，对上述两比率进行比较，将所述各麦克风配置在比较结果大的位置上。
3、 如权利要求1所述的声源位置检测装置，其特征在于在所述噪声传播到各麦克风的介质的一部分上，利用具有在麦克风间不同的传输特性的物质。
4、 如权利要求1所述的声源位置检测装置，其特征在于所述差分距离为各麦克风间的所述频率信号的功率谱的差异程度。
5、 如权利要求1所述的声源位置检测装置，其特征在于所述差分距离按照具有规定的时间宽度的时间区间求出。
6、 如权利要求1所述的声源位置检测装置，其特征在于所述差分距离为通过所述多个麦克风的所述频率信号的功率谱的平均值进行正规化后的所述频率信号的差异程度。
7、 一种车载用的声源位置检测装置，从含有自身车辆产生的噪声的混合声中检测出存在于自身车辆周边的车辆声的声源方向或声源位置，其特征在于具有分析单元和抽取单元，所述分析单元对从在自身车辆上离开配置的多个麦克风分别输入的含有噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号；所述抽取单元，对于所述混合声中含有的存在于自身车辆周边的车辆声的多个声源方向或声源位置的候补的各个，(a)调整对应于所述多个麦克风的频率信号的时间轴，以使从该声源方向或声源位置的候补到达所述多个麦克风的所述混合声的时间差消除，(b)求出表示时间轴调整后的对应于所述多个麦克风的频率信号中所述多个麦克风间的所述频率信号的差异程度的差分距离在阈值以下的频率信号，(C)根据所求出的频率信号中对应于所述多个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从所述多个声源方向或声源位置的候补中抽取所述车辆声的声源方向或声源位置，设定所述阈值，使得在所述车辆声输入到所述多个麦克风的情况下，对该车辆声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离在所述阈值以下，并且，设定所述阈值，使得在自身车辆产生的噪声输入到所述多个麦克风的情况下，对该噪声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离比所述阈值大。
8、 一种声源位置检测方法，从含有噪声的混合声中检测出作为抽取对象的抽取声的声源方向或声源位置，其特征在于具有分析步骤和抽取步骤，所述分析步骤对从离开配置的多个麦克风分别输入的含有噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号；所述抽取步骤，对于所述混合声中含有的抽取声的多个声源方向或声源位置的候补的各个，(a)调整对应于所述多个麦克风的频率信号的时间轴，以使从该声源方向或声源位置的候补到达所述多个麦克风的所述混合声的时间差消除，(b)求出表示时间轴调整后的对应于所述多个麦克风的频率信号中所述多个麦克风间的所述频率信号的差异程度的差分距离在阈值以下的频率信号，(c)根据所求出的频率信号中对应于所述多个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从声源方向或声源位置的候补中抽取所述抽取声的声源方向或声源位置，设定所述阈值，使得在所述抽取声输入到所述多个麦克风的情况下，对该抽取声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离在所述阈值以下，并且，设定所述阈值，使得在作为去除对象的规定的噪声输入到该多个麦克风的情况下，对该规定的噪声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离比所述阈值大。
9、 一种程序，从含有噪声的混合声中检测出作为抽取对象的抽取声的声源方向或声源位置，其特征在于使计算机执行分析步骤和抽取步骤，所述分析步骤对从离开配置的多个麦克风分别输入的含有噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号；所述抽取步骤，对于所述混合声中含有的抽取声的多个声源方向或声源位置的候补的各个，(a)调整对应于所述多个麦克风的频率信号的时间轴，以使从该声源方向或声源位置的候补到达所述多个麦克风的所述混合声的时间差消除，(b)求出表示时间轴调整后的对应于所述多个麦克风的频率信号中所述多个麦克风间的所述频率信号的差异程度的差分距离在阈值以下的频率信号，(c)根据所求出的频率信号中对应于所述多个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从声源方向或声源位置的候补中抽取所述抽取声的声源方向或声源位置，设定所述阈值，使得在所述抽取声输入到所述多个麦克风的情况下，，对该抽取声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离在所述阈值以下，并且，设定所述阈值，使得在作为去除对象的规定的噪声输入到该多个麦克风的情况下，对该规定的噪声进行频率分析后的频率信号的所述多个麦克风间的所述差分距离比所述阈值大。
全文摘要
本发明提供一种可以检测抽取声的声源位置的声源位置检测装置，其具有至少两个麦克风；对含有分别输入到两个麦克风的噪声的混合声进行频率分析，输出频率信号的分析部(103)；以及抽取部(105)，其生成多个包含在混合声中的抽取声的声源候补位置，按照声源候补位置对对应于两个麦克风的频率信号的时间轴进行调整以使从该声源候补位置到两个麦克风的混合声的时间差为零，求出表示时间轴调整后的对应于两个麦克风的频率信号中两个麦克风间的频率信号的差异程度的差分距离在阈值以下的频率信号，根据所求出的频率信号中对应于两个麦克风的频率信号彼此的一致程度，从声源候补位置中抽取抽取声的声源位置。
文档编号H04R3/00GK101512374SQ20078003215
公开日2009年8月19日 申请日期2007年11月6日 优先权日2006年11月9日
发明者中藤良久, 芳泽伸一 申请人:松下电器产业株式会社