专利名称：声测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种声测定装置，尤其是涉及利用多个单一定向性麦克风计算声强等 声信息的声测定装置。
背景技术：
以往，为了进行噪声的评价、音乐厅等中声音传播的解析等，而对声强进行计测。 声强与作为标量的声压不同，其是一种矢量，不仅包含来自声源的声所具有的声的大小、频 率、波形等信息，还包含关于声的方向的信息。即，根据声强，不仅可以计测声的大小，还可 以计测声来自哪个方向。声强用声压和质点速度的乘积来表示。在此，声压电平可以容易地测定，但质点速 度不易测定。因此，一般采用以下方式(P-P方式)将相位匹配的两个无定向的麦克风相 向或背向(背朝背)配置等，通过有限差分近似来确定质点速度。但是，在P-P方式中，由 于麦克风的灵敏度差、相位差非常敏感，并且麦克风的间隔也需要严格管理等，因此难以处 理。进而，需要根据来自声源的声的频率来变更麦克风的间隔。为了解决这些问题，本申请发明人对如下方式(C-C方式)的声测定装置进行了各 种开发使用多个被配置成定向性为180度反向的单一定向性麦克风，利用其定向性信息 来计测声强。例如，在专利文献1中公开了一种能够利用被配置成180度反向的麦克风的 电平差的数据库来求出声源方向及声源电平的装置。进而，本申请发明人还开发了如下的C-C方式的声测定装置(JP专利申请 2007-054909)利用由在直角坐标系的各轴上将定向性配置成180度反向的单一定向性麦 克风对构成的接收部，进行预定的运算处理，从而不使用数据库等就检测出从声源发出的 声的方向。这种C-C方式的声测定装置可以解决麦克风相互间存在的固有的相位特性的不 一致、麦克风间隔的频率依赖性。专利文献1 国际公开第2006/054599号公报
发明内容
发明要解决的问题但是，在现有的C-C方式的声测定装置中，例如在进行二维的方向检测时，最低使 用4个(4信道)单一定向性麦克风，将180度反向配置的麦克风对配置成以坐标的原点为 中心而在χ轴方向和y轴方向上正交。此外，进行三维的方向检测时，最低使用6个(6信 道)单一定向性麦克风，将180度反向配置的麦克风对配置成以坐标的原点为中心而分别 在χ轴方向、y轴方向、ζ轴方向正交。并且，通过与麦克风对的差分加算而求出各坐标轴方 向的声强分量，通过将其合成而求出声强。从而，在现有的C-C方式的声测定装置中，在二 维下最低需要4个麦克风，在三维下最低需要6个麦克风。例如，在考虑了在玩具等中内置声源方向测定装置并向声源的方向移动或旋转的
3应用的情况下，优选可尽量价廉地实现的构成。此外，在这种用途中，还存在与测定精度相 比更希望装置小型化的情况。这种情况下，优选尽量减少麦克风的数量，但在上述例子中在 二维下最低需要4个麦克风，在三维下最低需要6个麦克风，因此希望开发出更简易的构成 的声测定装置。进而，在以180度反向配置的麦克风对为基本的现有的声测定装置中，存在若1个 麦克风因故障等无法起作用则声测定装置完全无法起作用的情况。因此，难以应用于追求 鲁棒性(robustness，稳定性)的用途。本发明鉴于这种情形，而要提供一种能够解决麦克风的间隔的频率依赖性并且减 少麦克风的个数的声测定装置。此外，要提供一种能够通过增加麦克风的个数来提高鲁棒 性的声测定装置。用于解决问题的手段为了实现上述本发明的目的，本发明的声测定装置包括声接收部，具有多个单一 定向性的麦克风，多个麦克风被配置成朝向其灵敏度最大方向的单位矢量的总和为零；和 运算部，将声接收部的多个麦克风各自的测定值与各单位矢量相乘，利用其矢量合成来计
算声信息。在此优选，声接收部的多个麦克风被配置成各自的单位矢量的各自分量的平方的 总和相等。此外优选，声接收部的多个麦克风的数量比计算的声信息的空间维数多。此外优选，声接收部的多个麦克风各自的测定值为声压，运算部将多个麦克风各 自的声压与各单位矢量相乘并计算作为其矢量合成的质点速度矢量。此外优选，声接收部的多个麦克风各自的测定值为声压，运算部还计算多个麦克 风各自的声压的总和、即无定向的声压。此外优选，运算部将质点速度矢量和无定向的声压相乘来计算声强。进而优选，声接收部的多个麦克风各自的测定值为声压，运算部将多个麦克风各 自的声压的平方与各单位矢量相乘，并计算作为其矢量合成的声强。在此优选，声接收部由三个麦克风构成，各麦克风被分别配置成各单位矢量朝向 如下方向从三角形的重心朝向各顶点的方向或从各顶点朝向重心的方向。此外优选，声接收部由四个麦克风构成，各麦克风被分别配置成各单位矢量朝向 如下方向从三角锥的重心朝向各顶点的方向或从各顶点朝向重心的方向。此外优选，声接收部的多个麦克风分别为心形定向麦克风、超心形定向麦克风、广 角心形定向麦克风、过度超心形定向麦克风中的任一种。进而，本发明的声测定装置包括声接收部，具有多个单一定向性的麦克风，多个 麦克风被配置成朝向其灵敏度最大方向的单位矢量的总和为零；和运算部，求出声接收部 的多个麦克风各自的测定值的总和，从而计算声信息。发明效果本发明的声测定装置具有以下优点能够解决麦克风的间隔的频率依赖性并且减 少麦克风的个数。此外还具有以下优点能够通过增加麦克风的个数来提高鲁棒性的。
图1是假定了单一平面波来到声接收部的声场时的概念图。图2是以矢量解释单一平面波来到声接收部的声场时的概念图。图3是用于说明本发明的声测定装置的构成的框图。图4是用于说明本发明的声测定装置的第1实施例的图。图5是用于说明本发明的声测定装置的第2实施例的图。图6是使来自声源的声的到来方向相对于水平角变化时本发明的声测定装置的 第2实施例的模拟结果。图7是使到来方向相对于仰角变化时本发明的声测定装置的第2实施例的模拟结果。图8是通过本发明的声测定装置的第2实施例求出声强的绝对值的模拟结果。标号说明1、2麦克风(定向性)10声接收部11 13麦克风(定向性)20运算部21 24麦克风(定向性)
具体实施例方式首先，说明C-C方式的声测定装置的概念。图1是假定了单一平面波来到声接收 部的声场时的概念图。如图所示，假定了单一平面波p(t)相对于X方向以角度θ到来的 声场时，声场行进方向的质点速度u(t)用下式表示。[数学式1]u (t) = P (t) / P c其中，P c为声阻抗。并且，X方向的质点速度 ⑴用下式表示。[数学式2]ux (t) = - {P (t) cos θ } / ρ c因此，声强的χ方向分量用下式表示。[数学式3]Ix(t) = P(t)ux(t) = -{P2 (t) cos θ }/ρ c接下来，考虑用单一定向性麦克风对测定该声场的情况。作为单一定向性麦克风 例如使用了 Cardioid Microphone (心形定向麦克风)时，用麦克风1及麦克风2测定的各 自的响SP1UhP2 (t)分别用下式表示。[数学式4]P1 (t) = P (t) (0. 5+0. 5cos θ )[数学式5]P2 (t) = P (t) (0. 5-0. 5cos θ )若将这些？1(0、己(0相加，则如下式所示成为无定向的声压。[数学式6]
权利要求
一种声测定装置，其特征在于，包括声接收部，具有多个单一定向性的麦克风，上述多个麦克风被配置成朝向其灵敏度最大方向的单位矢量的总和为零；和运算部，将上述声接收部的多个麦克风各自的测定值与各单位矢量相乘，利用其矢量合成来计算声信息。
2.根据权利要求1所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部的多个麦克风被配 置成，各自的单位矢量的各自分量的平方的总和相等。
3.根据权利要求1或2所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部的多个麦克风的 数量比计算的声信息的空间维数多。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部的多个 麦克风各自的测定值为声压，上述运算部将多个麦克风各自的声压与各单位矢量相乘并计 算作为其矢量合成的质点速度矢量。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部的多个 麦克风各自的测定值为声压，上述运算部还计算多个麦克风各自的声压的总和、即无定向 的声压。
6.根据权利要求5所述的声测定装置，其特征在于，上述运算部将质点速度矢量和无 定向的声压相乘来计算声强。
7.根据权利要求1 3中任一项所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部的多个 麦克风各自的测定值为声压，上述运算部将多个麦克风各自的声压的平方与各单位矢量相 乘，并计算作为其矢量合成的声强。
8.根据权利要求1 7中任一项所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部由三个 麦克风构成，各麦克风被分别配置成各单位矢量朝向如下方向从三角形的重心朝向各顶 点的方向或从各顶点朝向重心的方向。
9.根据权利要求1 7中任一项所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部由四个 麦克风构成，各麦克风被分别配置成各单位矢量朝向如下方向从三角锥的重心朝向各顶 点的方向或从各顶点朝向重心的方向。
10.根据权利要求1 9中任一项所述的声测定装置，其特征在于，上述声接收部的多 个麦克风分别为心形定向麦克风、超心形定向麦克风、广角心形定向麦克风、过度超心形定 向麦克风中的任一种。
11.一种声测定装置，其特征在于，包括声接收部，具有多个单一定向性的麦克风，上述多个麦克风被配置成朝向其灵敏度最 大方向的单位矢量的总和为零；和运算部，求出上述声接收部的多个麦克风各自的测定值的总和，从而计算声信息。
全文摘要
提供一种能够解决麦克风的间隔的频率依赖性并且减少麦克风的个数的声测定装置。声测定装置包括声接收部(10)和运算部(20)。声接收部具有多个单一定向性的麦克风。声接收部(10)的多个麦克风被配置成朝向其灵敏度最大方向的单位矢量的总和为零。运算部(20)将多个麦克风各自的测定值与各单位矢量相乘，利用其矢量合成来计算质点速度矢量、声强。
文档编号G01H3/00GK101971248SQ20098010807
公开日2011年2月9日 申请日期2009年3月5日 优先权日2008年3月7日
发明者羽入敏树 申请人:学校法人日本大学