特開 2024-101547 音源位置推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024101547

(43)【公開日】2024-07-29

(54)【発明の名称】音源位置推定装置

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/34 20060101AFI20240722BHJP

   G10K 11/28 20060101ALI20240722BHJP

【ＦＩ】

H04R1/34 320

G10K11/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023217965

(22)【出願日】2023-12-25

(31)【優先権主張番号】P 2023004833

(32)【優先日】2023-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(71)【出願人】

【識別番号】000106944

【氏名又は名称】シナノケンシ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001726

【氏名又は名称】弁理士法人綿貫国際特許・商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】辺見 信彦

【テーマコード（参考）】

5D018

【Ｆターム（参考）】

5D018BB01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】音源から発せられた音波を反射部材を介して集音する際に、直接波の干渉を受けずに反射波を集音して音源位置を容易に推定可能な音源位置推定装置を提供する。
【解決手段】音源位置推定装置１は、反射部材３の開口部３ａを検出対象装置９の騒音源２に向けて集音し、反射部材３の凹面部３ｂで反射させた反射音を、遮蔽部材５で直接音を遮蔽することで干渉を防いで集音部４に集音させて所定音圧レベルに到達した位置で、集音部４からの２つの焦点間距離から音源位置を推定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの焦点からの距離の和が一定である点の軌跡である楕円を長軸周りに回転させて形成される回転楕円体と、音源から発生した音波を前記回転楕円体の一部である反射部材で反射させて当該反射部材に近い焦点位置に配置された集音部で集音することで、前記集音部からの２つの焦点間距離から前記音源位置を推定する音源位置推定装置であって、
前記回転楕円体が少なくとも長軸を中心として長軸方向一方側が開口する開口部を有し凹面部を反射面とする前記反射部材と、
前記反射部材の外形を構成する前記回転楕円体の当該反射部材に近い焦点位置に配置された集音部と、
前記音源と前記集音部との間に配置され、前記音源から長軸方向に前記集音部に向かう直接音を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、
前記反射部材の開口部を前記音源に向けて集音し、前記反射部材の凹面部で反射させた反射音を前記遮蔽部材で前記直接音を遮蔽することで干渉を防いで前記集音部に集音させて所定音圧レベルに到達した位置で、前記集音部からの前記２つの焦点間距離から前記音源位置を推定することを特徴とする音源位置推定装置。

【請求項2】

前記反射部材は、前記音源に向かう長軸方向一方側及び前記音源より離れる長軸方向他方側において、短軸と平行な軸線を含む平面で切断されて開口する開口部が各々形成されている請求項１記載の音源位置推定装置。

【請求項3】

前記反射部材は、前記音源に近い長軸方向一方側に大径開口部が設けられ、前記音源より離れる長軸方向他方側に小径開口部が設けられており、前記大径開口部が前記音源側に向くように配置され、前記音源と前記反射部材の小径開口部を結ぶ音線と前記遮蔽部材の外周縁部との間には所定のギャップが設けられている請求項２記載の音源位置推定装置。

【請求項4】

前記遮蔽部材は、平板の上下辺縁部に傾斜壁が連続して形成されている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の音源位置推定装置。

【請求項5】

前記遮蔽部材は、断面Ｙ字形状の板材と断面逆Ｙ字形状の板材が平板を共用して一体に形成されている請求項４記載の音源位置推定装置。

【請求項6】

前記音源から発生した音の伝達方向をＺ軸方向とすると、前記集音部は前記反射部材の大径側開口端を結びかつ前記遮蔽部材から前記反射部材側に延設された傾斜壁の端部を結ぶ直線とＺ軸との交点に配置されている請求項１又は請求項２記載の音源位置推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音源から発生した音波を回転楕円体の一部である反射部材で反射させて焦点位置に配置された集音部で集音することで、集音部からの焦点間距離から音源位置を推定する音源位置推定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

音源位置を特定する手法としては、マイクロホンアレーと呼ばれる複数のマイクロホンを用いて音源位置を推定する手法が知られている。マイクロホンアレーに基づく手法では、音声が各マイクロホンに到達する時間が音源の位置によって異なる点に着目し，各マイクロホンにおける観測信号間の時間差（位相差）を用いて音源位置を推定している。

【0003】

これに対して、単一マイクで処理を行おうとする試みは雑音抑圧や音源分離などの分野でも研究されており、関連手法も複数提案されている。しかしながら，単一マイクロホンで音源の位置や方向を推定しようとした場合、従来手法のような信号間の位相差といったマイク間の情報が使えないため、別の情報を用いた音源位置・方向推定手法が必要となる。

【0004】

例えば、焦点間距離が音源と集音部までの距離に対応する楕円を、焦点間を連結する長軸を中心に回転させて生成する回転楕円体の包絡面を音反射要素の反射面として使用して音源位置を特定する音源位置取得システムが提案されている。
これは、反射波は、焦点間を直接到達する音波と常に楕円曲線に規定された一定の経路差に伴う遅延時間を伴うことを利用し、音源位置に対応した遅延量を持つ主要な反射波を発生させ、直接波と反射波との間の遅延量を検出することにより、音源位置を推定している。

【0005】

具体的には、音源位置取得部は、音反射要素によりディジタルデータとして記録部に一旦格納された音響データを読み出して、処理のために格納する音響データ格納部と、基準テンプレート格納部と、背景ノイズ・テンプレート格納部とを含んで構成されている。音源位置取得部は、残差を算出するためのプロファイル・フィッティング部と、プロファイル・フィッティング部により得られた残差を格納するための残差格納部と、正規化された残差から最小残差を与える基準テンプレートを選択する選択部と、必要とされるアプリケーションを実行するためのアプリケーション実行部とを含んで構成されている。

【0006】

プロファイル・フィッティング部は、音響データを読み込んで、観測プロファイルへと変換し、その後、基準テンプレート格納部から基準テンプレートを読み出すと共に、背景ノイズ・テンプレート格納部から背景ノイズ・テンプレートの読み出しを実行する。プロファイル・フィッティング部は、テンプレートの一次結合と、観測プロファイルとの残差を算出し、その結果を、残差格納部へ登録する。さらに、音源位置取得部は、残差格納部に格納された残差を正規化し、正規化された残差を比較することにより、選択部において残差の最小を与える正規化残差が特定される。その後、該当する残差を与えた基準テンプレートを参照して格納された３次元位置を適切な形式として取得するというものである（特許文献１：特開２００４－２７９２４１号参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００４－２７９２４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上述した特許文献１の音源位置取得システムは、音源位置に対応した直接波に対して遅延量を持つ反射波を発生させ、直接波と反射波との間の遅延量を検出するものである。このとき、反射波と直接波が互いに干渉し合って、音響データとしての精度が低下し易い。また、音源から発生した直接音及び反射音も同時に音響データとして収録され、プロファイル・フィッティング部でデータ処理が行われて音源の３次元位置座標を特定するため、データ処理装置が大掛かりとなって複雑なデータ処理を伴う。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、音源から発せられた音波を反射部材を介して集音する際に、直接波の干渉を受けずに反射波を集音して音源位置を容易に推定可能な音源位置推定装置を提供することにある。

【0010】

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
２つの焦点からの距離の和が一定である点の軌跡である楕円を長軸周りに回転させて形成される回転楕円体と、音源から発生した音波を前記回転楕円体の一部である反射部材で反射させて当該反射部材に近い焦点位置に配置された集音部で集音することで、前記集音部からの２つの焦点間距離から前記音源位置を推定する音源位置推定装置であって、前記回転楕円体が少なくとも長軸を中心として長軸方向一方側が開口する開口部を有し凹面部を反射面とする前記反射部材と、前記反射部材の外形を構成する前記回転楕円体の当該反射部材に近い焦点位置に配置された集音部と、前記音源と前記集音部との間に配置され、前記音源から長軸方向に前記集音部に向かう直接音を遮蔽する遮蔽部材と、を備え、前記反射部材の開口部を前記音源に向けて集音し、前記反射部材の凹面部で反射させた反射音を前記遮蔽部材で前記直接音を遮蔽することで干渉を防いで前記集音部に集音させて所定音圧レベルに到達した位置で、前記集音部からの前記２つの焦点間距離から前記音源位置を推定することを特徴とする。
上記構成によれば、音源から長軸方向に集音部に向かう直接音を遮蔽する遮蔽部材を備えたことで、反射部材からの反射音と直接音の干渉を防いで、集音部に集音することができる。これにより、集音部に集音させた音波が所定音圧レベルに到達した位置で反射部材に近い焦点位置に配置された集音部からの２つの焦点間距離から音源位置を容易に推定することができる。

【0011】

前記反射部材は、前記音源に向かう長軸方向一方側及び前記音源より離れる長軸方向他方側において、短軸と平行な軸線を含む平面で切断されて開口する開口部が各々形成されていてもよい。
これにより、音源に向かう長軸方向一方側の開口部より入射した音波が反射部材の凹面部で反射させて焦点位置にある集音部に集音させる際に、長軸方向一方側の開口部から入射した直接波は遮蔽部材で遮蔽されるため、直接波の干渉を防ぐことができる。また、音源より離れる長軸方向他方側の反射部材は機能しないためこれを省略することで、装置を長軸方向に小型化することができる。

【0012】

前記反射部材は、前記音源に近い長軸方向一方側に大径開口部が前記音源より離れる長軸方向他方側に小径開口部が設けられており、前記大径開口部が前記音源側に向くように配置され、前記音源と前記反射部材の小径開口部を結ぶ音線と前記遮蔽部材の外周縁部との間には所定のギャップが設けられていてもよい。
これにより、反射部材の音源に向かう大径開口部より入射した音波が、音源より離れた小径開口部に規定される反射面に確実に届いて集音部に向けて反射させることができ、音圧レベルを安定させることができる。

【0013】

前記遮蔽部材は、平板の上下辺縁部に傾斜壁が連続して形成されていてもよい。特に、遮蔽部材は、断面Ｙ字形状の板材と断面逆Ｙ字形状の板材が平板を共用して一体に形成されていてもよい。
これにより、音源からの直接波の反射率を高めて遮蔽し、反射波と干渉するのを防ぐことができる。

【0014】

前記音源から発生した音の伝達方向をＺ軸方向とすると、前記集音部は前記反射部材の大径側開口端を結びかつ前記遮蔽部材から前記反射部材側に延設された傾斜壁の端部を結ぶ直線とＺ軸との交点に配置されていてもよい。
これにより、集音部で集音される音波は、反射部材からの反射波が支配的となるため、音源から発せられた音波が遮蔽部材から延設された傾斜壁の端部を回り込む回折波の影響を可及的に少なくすることができる。

【発明の効果】

【0015】

音源から発せられた音波を反射部材を介して集音する際に、直接波の干渉を受けずに反射波を集音して音源位置を容易に推定可能な音源位置推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第一実施例に係る音源位置推定装置の概念図と測定装置のブロック構成図である。

【図2】反射部材の形状決定の説明図である。

【図3】上段は遮蔽部材の有無により長軸半径位置と音圧レベルの関係を示すグラフ図、下段は遮蔽部材の有無により音場の様子を示す波形図である。

【図4】音線と遮蔽部材との隙間ｄ_ｇａｐと音圧レベルの関係を示すグラフ図である。

【図5】遮蔽部材の長軸方向の板厚Ｗ_ｓと音圧レベルの関係を示すグラフ図である。

【図6】遮音部材と焦点位置との間隔ｄ_ｓと音圧レベルの関係を示すグラフ図である。

【図7】端部形状が異なる遮蔽部材ごとの音源位置と反射率との関係を示すグラフ図である。

【図8】遮蔽部材及び反射部材の形態及び遮蔽部材、集音部、反射部材のＺ軸方向の位置関係を示す説明図である。

【図9】３Ｄ-ＦＥＭ時刻歴応答の解析結果とシュミュレーション条件を示す図表である。

【図10】定常応答の解析結果とシュミュレーション条件を示す図表である。

【図11】音源位置と音圧レベルの関係をＦＤＴＤ，ＦＥＭ時刻歴応答、ＦＥＭ定常応答により比較したグラフ図である。

【図12】図１１の音源位置と音圧レベルの関係を１ｋＨｚ，２ｋＨｚ，５ｋＨｚで比較したグラフ図である。

【図13】反射部材、遮蔽部材の形状検討のためのシミュレーション条件（一部抜粋）を示す図表である。

【図14】反射部材の形状を特定するため、長軸半径に対する最大集音率の変化と集音率変化、最大集音率×集音率変化のグラフ図である。

【図15】第二実施例に係る試作した音源位置推定装置の音源及び集音部、反射部材及び遮蔽部材の配置構成を示す説明図である。

【図16】試作した実験装置の説明図である。

【図17】図１６においてＺ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直方向）の変位を零とし、Ｘ軸方向のみ変位させた場合の音源周波数２ｋＨｚ，３ｋＨｚ，４ｋＨｚ毎の集音データを示すグラフ図である。

【図18】図１６においてＺ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直方向）の変位を零とし、Ｘ軸方向のみ変位させた場合の音源周波数５ｋＨｚ，６ｋＨｚ，７ｋＨｚ毎の集音データを示すグラフ図である。

【図19】図１６においてＺ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直方向）の変位を零とし、Ｘ軸方向のみ変位させた場合の音源周波数８ｋＨｚ，９ｋＨｚ，１０ｋＨｚ毎の集音データを示すグラフ図である。

【図20】図１６においてＺ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直方向）の変位を零とし、Ｘ軸方向のみ変位させた場合の音源周波数１１ｋＨｚ，１２ｋＨｚ，１３ｋＨｚ毎の集音データを示すグラフ図である。

【図21】図１６においてＺ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直方向）の変位を零とし、Ｘ軸方向のみ変位させた場合の音源周波数１４ｋＨｚ，１５ｋＨｚの集音データを示すグラフ図である。

【図22】図２２（ａ）は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の変位は零とし、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）に１００ｍｍ位置において測定した場合の音源周波数３ｋＨ、９ｋＨｚ、１５ｋＨｚ毎の集音データを示すグラフ図であり、図２２（ｂ）は音源周波数１５ｋＨｚでＹ＝０ｍｍ、１００ｍｍ位置において測定した集音データを示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第一実施例］
以下、本発明に係る音源位置推定装置の概略構成について図１を参照して説明する。音源位置推定装置１は、音源２から発生した音波を回転楕円体の一部である反射部材３（リフレクタ）で反射させて焦点位置に配置された集音部４（マイクロホン）で集音することで、集音部４からの焦点間距離から音源位置を容易に推定するものである。尚、回転楕円体とは、２つの焦点からの距離の和が一定である点の軌跡である楕円を長軸周りに回転させて形成されるものを言う。

【0018】

反射部材３を回転楕円体の一部として利用する理由は以下の通りである。音源２から発生した音波が反射部材３の異なる位置で反射して集音部４に向かう場合、反射点が異なっていても音源２から反射点介して集音点に至る幾何学的距離が等しくないと、集音する音波に位相差が生じる。この音波に位相差が生じない反射を実現するためには、音源２と集音部４を焦点に配置した回転楕円体でなければならないからである。

【0019】

図１において、反射部材３は、長軸及び短軸を有する楕円を長軸周りに回転させて形成される回転楕円体が少なくとも長軸方向一端が開口する一端開口部３ａを有し、凹面部３ｂを反射面としている。
具体的には、反射部材３は、音源２に近い長軸方向一端開口部３ａ（大径開口部）及び音源２より離れた長軸方向他端が開口する他端開口部３ｃ（小径開口部）が、回転楕円体を短軸と平行な軸線を含む平面で各々切断されて筒状に形成されている。
これにより、音源２に近い長軸方向一端開口部３ａより入射した音波が反射部材３の凹面部３ｂで反射させて焦点位置にある集音部４に集音させる。このとき、長軸方向に一端側開口部３ａから入射した直接波は、後述する遮蔽部材５で遮蔽されるため、音源２より離れた長軸方向他端側の反射部材３は機能しないためこれを省略することとした。このように、他端側開口部３ｃを設けることで、装置を長軸方向に小型化することができる。

【0020】

反射部材３の外形を構成する楕円の当該反射部材３に近い焦点位置は集音部４が配置されている。上述したように、長軸及び短軸で規定される楕円の２つの焦点位置は固有であるため、集音部４で検出される音圧レベルから、他の焦点位置にある音源２が特定される。図１において、集音部４は、反射部材３に対して楕円長軸上に配置されるように支持されている。

【0021】

遮蔽部材５は、音源２と集音部４との間に配置され、音源２から長軸方向に集音部４に向かう直接音を遮蔽する。このように、音源２から長軸方向に集音部４に向かう直接音を遮蔽部材５で遮蔽することにより、反射部材３からの反射音に直接音の干渉を防いで、集音部４に集音することができる。図１において、遮蔽部材５は、反射部材３に対して楕円長軸上に中心位置が配置されるように支持されている。

【0022】

上述した反射部材３、集音部４、遮蔽部材５は、支持部材６に一体となって支持されていてもよい。この支持部材６は、上下左右に向きを変えることが可能に例えば軸継手や自在継手等を介して回動可能に支柱７に設けられていてもよい。支柱７は、装置の向きを変えたり移動したりし易いようにキャスター８により移動可能に支持されていてもよい。或いは、支柱７は、支持部材６の高さ位置が可変となるように伸縮可能に構成されていてもよい。

【0023】

尚、以下に説明する実験では、図１の音源２にスピーカーを配置し、ファンクションジェネレータより任意の周波数で信号音を発生させてオーディオアンプで信号音を増幅させて雑音を発生させて行った。また、集音部４には１０Hz ～ ２０kHz までの可聴域をカバーする周波数帯域を持つ測定用マイクロホンを配置して集音し、プリアンプ、センサーアンプを介して増幅し、デジタル記憶部に記憶してデータ解析を行った。

【0024】

先ず、楕円を長軸を中心に回転させて形成される回転楕円体の一部（図１参照）を反射面として用いた反射部材３の集音性能を検討した。尚、音源２と集音部４の間に配置される遮蔽部材５を省略して解析した。
ＡＮＳＹＳ社製のＦＥＭ（有限要素法）解析の解析結果とシミュレーション条件を図９に示す。時刻歴応答では、音波の吸収境界条件が（音響無限放射境界、無反射境界）にするため、反射面を球面領域にする必要があり、かつSommerfeldの放射条件（平面波で垂直入射）を満たす必要がある。

【0025】

次に、図１０にＦＥＭ定常応答（音波５ｋＨｚの時の解析結果）を示す。ＦＥＭ定常応答は、完全整合層（ＰＭＬ，３要素以上，波長の１／１０以上）の境界条件にする必要がある。また、境界条件を満たしても、完全には収束していないように見える。
よって、現状では、ＦＥＭ解析では、実質的な解析が困難で、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）を検討することにした。ＦＤＴＤ法は、波動方程式を離散化し、時間領域で隣り合う離散値の差分をとり、近似解を得る方法である。数値解析ソフト（ＭＡＴＬＡＢ：登録商標）でプログラミングして実験装置における音圧の時間変化を２次元ＦＤＴＤ法で計算した。

【0026】

図１１は音源周波数を１ｋＨｚ，２ｋＨｚ，５ｋＨｚ，１０ｋＨｚ，１５ｋＨｚと変化させた場合の集音部４で得られた音圧の時間変化を示すグラフ図であり、図１２は音源周波数を１ｋＨｚ，２ｋＨｚ，５ｋＨｚとした場合の音圧の時間変化を示すグラフ図であり、ＦＤＴＤ法、ＦＥＭ時刻歴法、ＦＥＭ定常応答を比較したものである。ＦＥＭ時刻歴法、ＦＥＭ定常応答はいずれも音源周波数を変えても顕著な音圧の時間変化がみられなかった。特に、ＡＮＳＹＳ社のＦＥＭ（有限要素法）解析は、計算負荷が高く、高精度化が望めない。またＦＥＭ定常応答であっても、メッシュサイズ１０ｍｍでは、高域は６～７ｋＨｚまでが限界となる。そこで、１０ｋＨｚ以上の高域で安定した音圧の時間変化がみられる２次元ＦＤＴＤ法を採用して解析することとした。

【0027】

２次元ＦＤＴＤ法を採用し、図１に示す音源位置推定装置１の反射部材３、遮蔽部材５の形状検討のためのシミュレーション条件（一部抜粋）を図１３に示す。
音源の移動距離：Ｘ軸方向にＸ＝０，-２０，-５０，-１００ｍｍ
音源音圧レベル：８０ｄＢ、音波周波数波長：１５ｋＨｚ
以上の条件で実験を行なって反射部材３の形状を特定した。

【0028】

先ず、反射部材３の形状を決定するため、図２に示すように、楕円の大きさを焦点間距離ｄ_ｅが７００ｍｍ、音源２に向かう開口径を３００ｍｍとして、長半径ａ＝４００ｍｍ～９００ｍｍに対する集音率の変化を調査した。図１４に示すように最大集音率の変化と集音率変化のデータを取得し、最大集音率×集音率変化が最大となる長半径ａの値を４６０ｍｍに決定した。また、反射部材３の長軸方向の幅ｗは概ね２６ｍｍとした。

【0029】

次に、遮蔽部材５の必要性について図３を参照して検証する。尚、図３上段図に記載したｘ＝〇〇ｍｍというのは図２で示すＸ軸における音源２の配置を表している。すなわちｘ＝０ｍｍでは音源２は長軸上にあり、ｘ＝－１００では音源２は図２紙面上での上方向に長軸から１００ｍｍ離れていることを示す。また、図４乃至図６内のｘも同様である。また、図３下段図のＸ、Ｚも図２で示すＸ軸、Ｚ軸と同様の方向を示している。おおよそＸ軸７１６、Ｚ軸３６６にあるのが音源２、Ｘ軸７１６、Ｚ軸１０６６にあるのが集音部４である。

【0030】

図３の左半図の上段は、音源２と集音部４との間に遮蔽部材５がある場合の長軸半径ａと音圧レベルの関係を示すグラフ図であり、下段は解析終了時の音場の様子を示す。
遮蔽部材５を長軸半径ａ＝４６０ｍｍにおくと、反射部材３の反射波と音源２からの直接波の干渉がなくなるため、遮蔽部材５より長軸半径ａが大きくなるにつれて音圧レベルが安定し、遮蔽部材５から音源２より遠ざかる向きの音場の音圧レベルが低下する様子が分かる。これにより、音源２からの直接波を遮蔽部材５で反射して遮蔽し、反射波と干渉するのを防ぐことができることが判明した。

【0031】

図３の右半図の上段は、音源２と集音部４との間に遮蔽部材５がない場合の長軸半径ａと音圧レベルの関係を示すグラフ図であり、下段は解析終了時の音場の様子を示す。
音源２と集音部４との間に遮蔽部材５がないと、反射部材３の反射波と音源２からの直接波の干渉が生じて長軸方向に音圧レベルが不安定となり、遮蔽部材５から音源より遠ざかる音場の音圧レベルの低下も少ないことが分かる。

【0032】

図１に示すように、反射部材３は、音源２に近い長軸方向一方側に大径開口部３ａが設けられおり、音源２より離れる長軸方向他方側に小径開口部３ｃが設けられている。大径開口部３ａが音源２側に向くように配置され、音源２と反射部材３の小径開口部３ｃを結ぶ音線と遮蔽部材５の外周縁部５ｃとの間には所定のギャップ（ｄ_ｇａｐ）が設けられる（図４参照）。これにより、反射部材３の音源２に向かう大径開口部３ａより入射した音波が、音源２より離れた小径開口部３ｃに規定される反射面に確実に届いて集音部４に向けて反射させることができ、音圧レベルを安定させることができる。図４は、ｄ_ｇａｐの変化と音圧レベルとの関係を示すグラフ図である。図４によれば、ｄ_ｇａｐの値が６ｍｍ～３６ｍｍで音圧レベルが比較的安定し、ｄ_ｇａｐ＝９ｍｍが好ましいとのデータが得られた。

【0033】

次に、遮蔽部材５の形態を特定する。遮蔽部材５の長軸方向の板厚Ｗ_ｓとすると、図５は板厚Ｗ_ｓの変化と音圧レベルとの関係を示すグラフ図である。図５によれば、板厚Ｗ_ｓの値が３ｍｍ～２８ｍｍで音圧レベルが比較的安定し、Ｗ_ｓ＝１８ｍｍが好ましいとのデータ得られた。

【0034】

次に、遮蔽部材５の集音部４からの距離ｄ_ｓを特定する。図６は、距離ｄ_ｓの変化と音圧レベルとの関係を示すグラフ図である。図６によれば、距離ｄ_ｓの値が６８ｍｍ～２１８ｍｍで音圧レベルが比較的安定し、距離ｄ_ｓ＝６８ｍｍで最小距離となることが判明した。

【0035】

次に遮蔽部材５の端部形状と反射率を決定した。遮蔽部材５の断面形状は図７に示すように（ａ）平板５ａのみの平板タイプ、（ｂ）平板５ａの上下辺縁部にＶ字状に傾斜壁５ｂが連続する傾斜タイプ、（ｃ）平板５ａの上下左右の辺縁部に傾斜壁５ｂが連続する断面Ｙ字形状の板材と断面逆Ｙ字形状の板材が連続して一体に形成されたＹ字タイプの３種類について音圧レベルとの関係を検討した。尚、傾斜壁５ｂの傾斜角度は平板５ａの厚さ方向（水平方向）に対して±４５°に設定した。反射率は２５％～１００％で音圧レベルの変化をグラフ図（ａ）～（ｃ）に示す。図７（ａ）～（ｃ）に対比により、（ｃ）平板５ａの上下左右の辺縁部に傾斜壁５ｂが連続する断面Ｙ字形状の板材と断面逆Ｙ字形状の板材が平板５ａを共用して一体に形成されたＹ字タイプの遮蔽部材５で、反射率１００％の場合が、音圧レベルが高く安定性が高いことが判明した。

【0036】

以上の検討を踏まえて、遮蔽部材５及び反射部材３の形態及び遮蔽部材５、集音部４、反射部材３のＺ軸方向の位置関係の一例を示すと、図８の通りである。

【0037】

例えば、図１に示すように検出対象装置９の騒音源２を特定しようとする場合、音源位置推定装置１の反射部材３の大径開口部３ａを検出対象装置９に向けて集音部４に集音させる。反射部材３は支持部材６を支柱７に対して回転可能であり、反射部材３の大径開口部３ａを音源２に向けて集音する。そして、音圧レベルが所定レベルまで高くなる位置までキャスター８を通じて支柱７を楕円長軸方向に移動させる。
このとき、反射部材３の凹面部３ｂで反射させた反射音を集音部４に集音させて音圧レベルが安定した所定音圧レベルに到達した位置で、集音部４からの２つの焦点間距離から音源２の位置を推定することができる。

【0038】

以上説明したように、音源２から長軸方向に集音部４に向かう直接音を遮蔽する遮蔽部材５を備えたことで、反射部材３からの反射音に直接音の干渉を防いで、集音部４に集音することができる。これにより、反射部材３に近い焦点位置に配置された集音部４からの２つの焦点間距離から音源位置を容易に推定することができる。

【0039】

尚、音源位置推定装置１は、音源２の位置を推定するため、反射部材３を構成する回転楕円体の楕円の寸法（長軸及ぶ短軸）の大きさを適宜変更することができる。即ち、大きさの異なる楕円を想定することで、焦点間距離が変わり、測定対象物に応じた大きさの反射部材３を形成すればよい。
また、集音部４に配置されたマイクロホンで集音された音圧レベルが安定した所定レベルに到達したことを判定表示する表示を設けてもよい。
音源２の種類は任意であるが、例えば任意の駆動装置における騒音源を特定するために用いてもよい。

【0040】

［第二実施例］
第一実施例は、２次元ＦＤＴＤ法に基づく２次元シミュレーション解析結果より音源位置推定装置１の形態を特定したが、以下では、実際に設計試作した音源位置推定装置１に基づく実験結果を示す。尚、音源位置推定装置１の音源位置の推定原理は第一実施例と同様であり、同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。尚、第一実施例（２次元データ）に基づく音源位置推定装置１と、以下に説明する試作製品（３次元データ）とでは、測定できる音圧レベルに差異がある。

【0041】

図１５は、実際に設計試作した音源位置推定装置１の音源２、集音部４、反射部材３及び遮蔽部材５の配置構成を示す。第一実施例（図２参照）と異なる点は、回転楕円体の方程式で長軸及び短軸の寸法を変更したこと、これに伴い反射部材３の大きさも変更し当該反射部材３の大小の開口径を拡大変更したこと、集音部４の配置を設計上の理由及び遮蔽部材５からの回折波の影響を抑制する理由から以下のように変更した。即ち、音源２から発生した音の伝達方向をＺ軸方向とすると、集音部４は反射部材３の大径側開口端３ａを結びかつ遮蔽部材５から反射部材３側に延設された傾斜壁５ｂの端部を結ぶ直線とＺ軸との交点に配置されている。
これにより、集音部４で集音される音波は、反射部材３からの反射波が支配的となるため、音源２から発せられた音波が遮蔽部材５から延設された傾斜壁５ｂの端部を回り込む回折波の影響を可及的に少なくすることができる。

【0042】

図１６は試作した実験装置の説明図であり、音源２から伝達する音の伝達方向をＺ軸方向とすると、音源２に対して、反射部材３，集音部４及び遮蔽部材５（装置本体）をＸ軸方向（横方向）、Ｙ軸方向（高さ方向）のうちいずれかに変位させて音圧データを測定した。尚、一例として音源２で発生させた音圧レベルは７０ｄＢとし、音源２から集音部４までのＺ軸方向距離は５０ｃｍとして周波数を変化させて測定を行った。

【0043】

図１７～図２１は、図１６においてＺ軸方向及びＹ軸方向（紙面に垂直方向）の変位を零とし、Ｘ軸方向のみ変位させた場合の音源２の周波数毎の集音データを示すグラフ図である。図１７（ａ）～（ｃ）は音源２の周波数２ｋＨｚ、３ｋＨｚ、４ｋＨｚの場合の集音部４の集音データを示すグラフ図である。図１８（ａ）～（ｃ）は音源２の周波数５ｋＨｚ、６ｋＨｚ、７ｋＨｚの場合の集音部４の集音データを示すグラフ図である。図１９（ａ）～（ｃ）は音源２の周波数８ｋＨｚ、９ｋＨｚ、１０ｋＨｚの場合の集音部４の集音データを示すグラフ図である。図２０（ａ）～（ｃ）は音源２の周波数１１ｋＨｚ、１２ｋＨｚ、１３ｋＨｚの場合の集音部４の集音データを示すグラフ図である。図２１（ａ）（ｂ）は音源２の周波数１４ｋＨｚ、１５ｋＨｚの場合の集音部４の集音データを示すグラフ図である。

【0044】

図１７乃至図２１に示す集音データのグラフ図から、音源２で発生する音の周波数が３ｋＨから１５ｋＨｚへと高くなるにつれ、音圧変化のグラフに中央部に山と周辺部に谷が現れることがわかる。また、音源２で発生するいずれの周波数によらずＸ＝０が最大音圧となる。更には、音源２で発生する音の周波数が高くなるほど、山と谷の数がＸ軸方向の正側及び負側でほぼ対称に表れ、谷がＸ＝０に近づくことが分かる。
したがって、音源位置推定装置１において集音部４で得られた集音データのグラフ形状（Ｘ＝０に対して対称形状か否か、Ｘ＝０で音圧レベルが最大となっているか否か）から、集音部４を含む装置本体の測定位置がＸ軸方向にずれがあるか否かを注意喚起するようにしてもよい。

【0045】

図２２（ａ）は、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の変位は零とし、Ｙ軸方向（紙面に垂直方向）に１００ｍｍ位置において測定した場合の音源２の周波数３ｋＨｚ、９ｋＨｚ、１５ｋＨｚの場合の集音部４の集音データを示すグラフ図であり、図２２（ｂ）は音源２の周波数１５ｋＨｚでＹ＝０ｍｍ、１００ｍｍ位置において測定した集音部４の集音データを示すグラフ図である。
これらより、集音部４のＹ軸方向位置が変化すると、Ｘ軸方向の変位に対する谷の位置がＸ＝０より遠のくことが分かる。また、谷の深さ（音圧変化）も小さくなることが分かる。このため、周波数帯を変更して集音部４にて測定する際に、集音データのＸ＝０における谷の位置変化や谷の深さの変化から、測定位置がＹ軸方向に位置ずれが生じているか否かを注意喚起するようにしてもよい。

【0046】

また、集音部４に特定の周波数帯の音を検知する周波数フィルタを設け、音圧レベルの山と谷が比較的明瞭に表れる周波数帯（例えば１３ｋＨｚ～１４ｋＨｚ）の音を周波数フィルタ（例えばバンドパスフィルタ）を通過させて検知して集音データのＸ＝０が最大音圧か否か或いは音圧データの波形の対象軸がＸ＝０からのずれ量から装置本体のＸ軸方向の位置を修正したり、周波数帯を変更して谷の位置がＸ＝０より遠のいたり谷の深さが小さくなるように変化した場合にはＹ軸方向の位置を修正したり、或いは周波数フィルタを通過した異音の周波数から、音源２に配置された製品の故障個所（筐体、駆動源、駆動伝達部等）を推定したりするのに使用してもよい。

【0047】

このように、音源位置推定装置１の集音部４に特定周波数帯の音を検知する周波数フィルタを設けると共に装置本体に表示部（音圧データ表示部）を設けて周波数レベルや音圧データを表示させることで、集音部４を含む装置本体の集音位置を補正することができる。また、周波数フィルタとしては、ローパスフィルタやハイパスフィルタを選択的に使用したりこれらを組み合わせてバンドパスフィルタを設けることで、異音の特定の周波数やＺ軸上の音源の位置から製品によって異常の発生源を推定したりすることができる。

【符号の説明】

【0048】

１ 音源位置推定装置 ２ 音源 ３ 反射部材 ３ａ 一端開口部 ３ｂ凹面部 ３ｃ 他端開口部 ４ 集音部 ５ 遮蔽部材 ５ａ 平板 ５ｂ 傾斜壁 ５ｃ 外周縁部 ６ 支持部材 ７ 支柱 ８ キャスター ９ 検出対象装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】