特開 2024-113815 環境音測定装置及び環境音測定システム

(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】P2024113815

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】環境音測定装置及び環境音測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01H 3/00 20060101AFI20240816BHJP

   G01S 5/22 20060101ALI20240816BHJP

   G01S 3/808 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

G01H3/00 A

G01S5/22

G01S3/808

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023019021

(22)【出願日】2023-02-10

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 刊行物名：日本音響学会 ２０２２年秋季研究発表会講演論文集（講演要旨） 公開日：令和４年８月３１日 刊行物名：日本音響学会 ２０２２年秋季研究発表会講演論文集（講演論文ＣＤ－ＲＯＭ） 公開日：令和４年８月３１日

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(72)【発明者】

【氏名】諸橋 俊大

(72)【発明者】

【氏名】岡 尚人

(72)【発明者】

【氏名】吉田 康仁

【テーマコード（参考）】

2G064

5J083

【Ｆターム（参考）】

2G064AB02

2G064AB15

2G064BA02

2G064BD02

2G064DD02

5J083AA05

5J083AB12

5J083AC29

5J083AC32

5J083AD02

5J083AE08

5J083AF01

5J083CA10

(57)【要約】

【課題】建築現場において簡易に設置することができ、かつ正確な音源定位を実現することができる環境音測定装置及び環境音測定システムを提供すること。
【解決手段】
環境音測定装置１００は、複数のマイクロフォン１２１を備えるマイクロフォンアレイ１２０と、マイクロフォンアレイ１２０の姿勢を検出するための姿勢検出装置１３０と、複数のマイクロフォン１２１により捕捉された音の到来方向を算出するための演算装置１１０と、を備え、前記演算装置１１０が、複数のマイクロフォン１２１で収集された複数の音データに基づいて、検出された前記姿勢をとっているマイクロフォンアレイ１２０に対する前記音の到来方向を算出し、前記姿勢検出装置１３０により検出されたマイクロフォンアレイ１２０の姿勢に基づいて、前記音の到来方向を補正する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の集音手段を備える集音ユニットと、
前記集音ユニットの姿勢を検出するための姿勢検出手段と、
前記集音手段により捕捉された音の到来方向を算出するための処理部と、を備え、
前記処理部が、複数の前記集音手段で収集された複数の音データに基づいて、検出された前記姿勢をとっている前記集音ユニットに対する前記音の到来方向を算出し、前記姿勢検出手段により検出された前記集音ユニットの姿勢に基づいて、前記音の到来方向を補正する、
環境音測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の環境音測定装置を複数有し、各前記環境音測定装置から取得した環境音の到来方向に基づいて、前記環境音の音源位置を推定する音源位置推定処理部を備えている、
環境音測定システム。

【請求項3】

水平に設置された第１の前記集音ユニットと、第１の前記集音ユニットと直交するように配置された第２の集音ユニットとを備え、前記第２の集音ユニットに設置されている複数の前記集音手段によって、前記環境音の到来方向についてその垂直方向成分を検出する、請求項１に記載の環境音測定装置。

【請求項4】

複数の前記環境音測定装置と前記音源位置推定処理部との間が通信ネットワークによって通信可能に接続されており、各前記環境音測定装置及び前記音源位置推定処理部に、前記通信ネットワークを通じて電力が供給される、請求項２に記載の環境音測定システム。

【請求項5】

前記集音ユニットが、複数の前記集音手段を水平に設置するための平板状の基板を有し、前記基板が多角形状の平面形状を有するように形成されており、多角形状の前記基板の各頂点の近傍に前記集音手段が設けられている、請求項１に記載の環境音測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、環境音測定装置及び環境音測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

建築現場においては、溶接、コンクリート打設、資材運搬などの様々な作業が行われる。建築現場での作業工程は、建築作業の進行に合わせて詳細に計画されているため、それらの建築作業が所定の場所で所定のスケジュールにしたがって実施されているかを管理することは、非常に重要である。しかし、例えば高層ビルディングのような大規模な建築物の建築現場で行われる作業を逐一確認することは容易にできることでない。このような観点から、建築現場においてどのような作業がどこで行われているかを簡易に把握する手段として、作業に伴って発生する特有の音、作業音を利用することが考えられている。

【0003】

建築現場における音の測定については、例えば次のような技術が提案されている。特許文献１は騒音・振動モニタリング装置に関し、建設現場内やその近傍の３点以上に騒音計及び振動計を配置し、管理値を超える騒音、振動が計測された場合にその発生位置を特定して警告を発するように構成している。特許文献２は作業区域の騒音監視システムに関し、所定の作業区域内で複数台の移動式建設機械が建設作業を行っている場合に、周辺の騒音を複数点で計測し、騒音規制情報との対比結果から移動式建設機械の出力を制限するようにする構成が提案されている。また非特許文献１では、土木工事において複数の機械から発生する騒音について、マイクロホンアレイにより機械別の騒音発生量を求める試みが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－８３８０３号公報

【特許文献2】特開平１１－１７５１３６号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】吉永弘志，外２名，“工事における機械別騒音発生量の分析”，騒音制御，公益社団法人日本騒音制御工学会，２００５年，第２９巻，第６号，ｐ．４９３－５００

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、例えば特許文献１，２では、「建築現場」という不特定の作業機械、作業者が混在し、往来するという外乱状態が極めて過酷な環境において、音源定位のため、複数の騒音計を所定位置に設置しておく必要がある。精密な音源定位を実現するためには、騒音測定を行う箇所のあらかじめ定めた位置に各騒音計を設置するとともに、各騒音計が音源に対して指向する方向が、計測中に大きく変化しないように対策する必要がある。建築現場において所定の場所に騒音計を設置することには手間がかかり、人・物の移動が激しい現場でその位置を保持することは、建築現場における作業性を損なう恐れもあって好ましいことではない。この点、非特許文献１によれば、複数のマイクロフォンを直線的に配列してなるマイクロフォンアレイを用いるので、マイクロフォン同士の位置関係は容易に保持しておくことができる。しかし、複数のマイクロフォンからなるマイクロフォンアレイ自体は、その設置場所として広い空間を占有するので、やはり建築現場での作業効率を損なう恐れがあり、実際に適用することは容易ではないという問題があった。

【0007】

本発明の目的の一つは、建築現場において簡易に設置することができるとともに、必要かつ十分な音源定位の精度を実現することができる環境音測定装置及び環境音測定システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一つの態様は、複数の集音手段を備える集音ユニットと、前記集音ユニットの姿勢を検出するための姿勢検出手段と、前記集音手段により捕捉された音の到来方向を算出するための処理部とを備え、前記処理部が、複数の前記集音手段で収集された複数の音データに基づいて、検出された前記姿勢をとっている前記集音ユニットに対する前記音の到来方向を算出し、前記姿勢検出手段により検出された前記集音ユニットの姿勢に基づいて、前記音の到来方向を補正する環境音測定装置である。

【0009】

前記集音ユニットが、複数の前記集音手段を水平に設置するための平板状の基板を有し、前記基板が多角形状の平面形状を有するように形成されており、多角形状の前記基板の各頂点の近傍に前記集音手段が設けられているとしてもよい。

【0010】

水平に設置された第１の前記集音ユニットと、第１の前記集音ユニットと直交するように配置された第２の集音ユニットとを備え、前記第２の集音ユニットに設置されている複数の前記集音手段によって、前記環境音の到来方向についてその垂直方向成分を検出するとしてもよい。

【0011】

本発明の他の態様は、前記環境音測定装置を複数有し、各前記環境音測定装置から取得した環境音の到来方向に基づいて、前記環境音の音源位置を推定する音源位置推定処理部を備えている環境音測定システムである。

【0012】

複数の前記環境音測定装置と前記音源位置推定処理部との間が通信ネットワークによって通信可能に接続されており、各前記環境音測定装置及び前記音源位置推定処理部に、前記通信ネットワークを通じて電力が供給されるとしてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、建築現場において簡易に設置することができ、かつ正確な音源定位を実現することができる環境音測定装置及び環境音測定システムの提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】環境音測定現場における環境音測定モジュール１００の設置状況を例示する模式図である。

【図2A】本発明の一実施形態による環境音測定モジュール１００におけるマイクロフォンアレイ１２０の構成を例示する模式図である。

【図2B】本発明の一実施形態による環境音測定モジュール１００におけるマイクロフォンアレイ１２０の構成を例示する模式図である。

【図2C】本発明の一実施形態による環境音測定モジュール１００におけるマイクロフォンアレイ１２０の構成を例示する模式図である。

【図2D】本発明の一実施形態による環境音測定モジュール１００におけるマイクロフォンアレイ１２０の構成を例示する模式図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る環境音測定システム１の構成例を示すブロック図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る、環境音測定モジュール１００、環境音解析装置２００として用いられる情報処理装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図5】本発明の一実施形態に係る環境音測定モジュール１００の機能を例示するブロック図である。

【図6】環境音測定モジュール１００の機器構成例を示す側面図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る環境音解析装置２００の機能を例示するブロック図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る環境音測定システム１によるデータ処理を例示するフローチャートである。

【図9A】本発明の変形例における環境音測定モジュール１００の構成例を示す模式図である。

【図9B】本発明の変形例における環境音測定モジュール１００の構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明について、その実施形態に即して添付図面を参照しながら説明する。

【0016】

＜本実施形態による環境音測定及び解析手法＞
まず、本発明の一実施形態による環境音測定及び解析手法について説明する。本発明を適用した測定対象となる音は、作業音等の特定の種類の音に限定されず、測定場所の環境で発生する種々の音を含む。そこで、本明細書では、測定対象となる音全般を「環境音」と称することとする。図１に、本実施形態による環境音測定モジュール１００（環境音測定装置）を用いた環境音測定を実施する建築現場の模式的な平面図を示している。図１の建築現場は建築中のビルディングのあるフロアＦを想定しており、その平面視を示している。フロアＦにおいて、作業者Ｗが行う作業から発生する作業音を複数の環境音測定モジュール１００によって測定し、作業音を記録するとともにその音源定位を、図１には図示していない、後述する環境音解析装置により実行する。図１に例示するフロアＦには、例えば仮設エレベータＥＶ等の機器も設置されているため、作業者Ｗの作業音を識別するには、音源定位により仮設エレベータＥＶの動作音等の他の環境音から分離して抽出する必要がある。

【0017】

各環境音測定モジュール１００は、複数のマイクロフォンの組合せでなるマイクロフォンアレイを備えている。図２Ａ～図２Ｄに環境音測定モジュール１００に設けられるマイクロフォンアレイ１２０の構成を模式的に例示している。マイクロフォンアレイ１２０は、複数のマイクロフォン１２１の各々に到来する作業音の音源からの到達時間差に基づいて、マイクロフォンアレイ１２０に対する音源からの到来角を算出し、音源の方向を推定するものである。図２Ａに、２つのマイクロフォン１２１を有するマイクロフォンアレイ１２０における到来時間差法の適用を模式的に示している。

【0018】

図２Ａのマイクロフォンアレイ１２０は、２つのマイクロフォン１２１が距離ｄを隔てて併置されてなる。いま、紙面に向かって左上方にある音源から平面波が到来するとすると、音源から右側のマイクロフォン１２１への行路が左側のマイクロフォン１２１への行路よりも長いため、右側のマイクロフォン１２１への音波の到来が、時間Δｔ遅れることとなる。環境中の音速をｃとすれば、音波到来の行路差はｃ×Δｔで得られるので、到来角θは、θ＝ｃｏｓ^－１（ｃ×Δｔ／ｄ）なる式で求めることができる。到来時間差Δｔについては、例えば各マイクロフォン１２１に到来する音波について相互相関係数を用いた相互相関法を適用することにより求めることができる。なお、マイクロフォンアレイ１２０による到来角算出は、上記の到来時間差法に限定されることなく、各マイクロフォン１２１の後段に遅延子を設けて入射波の位相を揃え、その和をとることにより音響ビームを形成するビームフォーミング法等の他の手法を採用してもよい。

【0019】

図２Ｂ～図２Ｄは、それぞれ、マイクロフォンアレイ１２０を構成するマイクロフォン１２１の数と配置とを変更した変形例を示している。図２Ｂでは平面形状が三角形の基板上の３つの頂点にそれぞれマイクロフォン１２１を設けている。図２Ｃでは矩形の４つの頂点にマイクロフォン１２１を、図２Ｄでは六角形の６つの頂点にそれぞれマイクロフォン１２１を配置している。このようにマイクロフォンアレイ１２０を構成するマイクロフォン１２１の数を増加させることで、到来時間差を計測するためのマイクロフォン１２１の組を複数設定して適宜組み合わせて到来角の補正を行うことができるので、到来角の算出精度を向上させることができる。どのような構成のマイクロフォンアレイ１２０を採用するかは、環境音測定モジュール１００の設置場所、想定される音源からの距離、所要の音源定位精度等の要求に応じて決定することができる。

【0020】

図１に戻ると、前記したように、それぞれ音波（図１の例では作業音）の音源からの到来角度を算出することができる環境音測定モジュール１００を複数設置しているので、各環境音測定モジュール１００において求められた到来角方向を示す直線の交点として、音源の位置を推定することができる。ただし、ここで問題となるのは、環境音測定モジュール１００において求められる、音源の方向を示す到来角は、環境音測定モジュール１００に設けられるマイクロフォンアレイ１２０に対する相対的な角度であって、特定の座標系における絶対的な角度を表すものではないということである。言い換えると、例えば図１における作業音の音源の絶対位置、すなわちフロアＦにおける音源の位置を推定するためには、あらかじめ各環境音測定モジュール１００を、所定の位置に、所定の向きで正確に設置し、かつ音を記録、解析している間はその位置、向きが保持されるようにしなければならない。このように環境音測定モジュール１００を設置することは、建築現場においてもレーザ測距器等を利用すれば比較的容易に実現することができる。しかし、建築現場では日々様々な作業がスケジュールに従って実施され、また設置場所そのものが整理された平坦な場所であるとは限らない。そこで、本実施形態における環境音測定モジュール１００では、算出された到来角について絶対座標系に合わせた補正を行うことができる構成としている。以下、そのように構成された環境音測定モジュール１００と、それを用いた環境音測定システムの構成、機能、及び効果について説明していく。

【0021】

＜環境音測定システムの構成例＞
まず、本実施形態に係る環境音測定システム１の構成例について、図３を参照して説明する。図３は、環境音測定システム１の構成例を示すブロック図である。環境音測定システム１は、複数の環境音測定モジュール１００と、環境音解析装置２００と、環境音測定モジュール１００及び環境音解析装置２００を電源及び通信ネットワークに接続しているＰｏＥスイッチ３００と、現場仮設電源４００とを備える。

【0022】

環境音測定モジュール１００は、複数のマイクロフォン１２１からなるマイクロフォンアレイ１２０を有し、音源からの受音信号に基づいて到来角を算出するとともに、算出した到来角について自身の姿勢情報に基づいた補正を実施する演算装置１１０、環境音測定モジュール１００の姿勢を検出して前記到来角の補正を可能とする姿勢検出装置１３０、演算装置１１０の入出力信号を後述するＰｏＥスイッチ３００のプロトコルに変換するための変換部１４０をさらに備える。

【0023】

図６に、本実施形態の環境音測定モジュール１００の機器としての構成例を模式的側面図により示している。図６の環境音測定モジュール１００は、３枚の基板を適宜のスペーサにより３段に固定してなる。図６の上段の基板はマイクロフォンアレイ１２０であり、面付け可能なコンデンサタイプのマイクロフォン１２１が設けられている。本実施形態では図２Ｄに例示した六角形の平面形状を有し６つのマイクロフォン１２１を備えるものとしているが、かならずしもこれに制約されるものではない。

【0024】

中段の基板には、後述する演算装置１１０の入出力信号をＰｏＥ規格の信号に変換する機能を有する変換部１４０が設けられている。変換部１４０は、ＰｏＥ規格の入力から電力を取り出して各部へ供給する電源部としても機能する。

【0025】

下段の基板には、演算装置１１０、姿勢検出装置１３０、及びコネクタ１５０が設けられている。演算装置１１０はプロセッサ、記憶装置、入出力インタフェースを備えてオペレーティングシステムを実行可能である小型のコンピュータであり、例えば種々市販されているシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）を好適に用いることができる。姿勢検出装置１３０としては、３軸方向の並進運動とロール、ピッチ、ヨーの３軸周りの角度変化を検出可能である慣性検出装置（ＩＭＵ）が好適に用いられ、例えば６軸加速度・角速度センサによって構成される。コネクタ１５０は、ＰｏＥスイッチ３００からのケーブルが接続される配線部品である。なお、図６に示した環境音測定モジュール１００の装置としての構成は一例であり、これに制約されるものではない。

【0026】

上記に例示した本実施形態による環境音測定モジュール１００は、マイクロフォン１２１の集音に影響を与えないように構成された、適宜の材料により形成された筐体内に格納することができる。このように構成された環境音測定モジュール１００は、建築現場のような過酷な環境においても簡易に設置することができる。

【0027】

環境音解析装置２００は、各環境音測定モジュール１００から入力される音源方向のデータに基づいて、測定対象である環境音の音源位置を推定する、音源位置推定処理部としての機能を有する。ＰｏＥスイッチ３００は、ＰｏＥ規格（ＩＥＥＥ８０２．３ａｆ等）に準拠した給電機能を有するスイッチングハブである。ＰｏＥスイッチ３００は、環境音測定モジュール１００と環境音解析装置２００との間を通信可能に接続するとともに、現場仮設電源４００からの電力を各環境音測定モジュール１００及び環境音解析装置２００に通信ケーブルを介して供給する機能を有する。このため、環境音測定モジュール１００と環境音解析装置２００とに別途給電線を接続する必要はない。現場仮設電源４００は、単相交流１００Ｖ、三相交流２００Ｖ等、建築現場において利用可能な種々の電源を用いることができる。

【0028】

次に、環境音測定モジュール１００における演算処理を実行する演算装置１１０と、環境音解析装置２００との構成について説明する。図４は、本発明の一実施形態における演算装置１１０と、環境音解析装置２００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図４に示すように、本実施形態における演算装置１１０、環境音解析装置２００は、それぞれ、処理部１１１，２１０と、記憶部１１２，２２０と、入力部１１３，２３０と、出力部１１４，２４０と、通信部１１５，２５０とを備える。

【0029】

環境音測定モジュール１００の演算装置１１０は、図３に関して説明したように、例えばコンピュータの演算処理に必要なハードウェア要素を１枚の基板上にまとめて構成したＳＢＣとして好適に構成される。また環境音解析装置２００は、デスクトップ型、ポータブル型等を含む種々の形態の一般的なコンピュータとして実現することができる。あるいは、ネットワークに接続されたサーバコンピュータに環境音解析装置２００の機能を実現するためのプログラムを実装し、ネットワークを介してクライアントコンピュータから利用できるように構成してもよい。

【0030】

図４に例示した演算装置１１０及び環境音解析装置２００の各ハードウェア要素について説明する。処理部１１１，２１０は、演算装置１１０、環境音解析装置２００の動作に必要な各種の演算及び制御等の処理を行うプロセッサによって構成される。処理部１１１，２１０を構成するプロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）又はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等やこれらの組合せである。また、処理部１１１，２１０は、これらのプロセッサにハードウェアアクセラレーター等を組み合わせたものであってもよい。

【0031】

記憶部１１２，２２０は、処理部１１１，２１０に実行させるためのプログラムを記憶する記憶領域、各種の演算処理を行う上で一時的に利用されるワークエリアとしての記憶領域、プログラムの実行に必要なパラメータデータ等を記憶させておく記憶領域を提供する。記憶部１１２，２２０は、例えば、不揮発性メモリであるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や、揮発性メモリであるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、半導体メモリ等によって構成される。

【0032】

入力部１１３，２３０は、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等の各種の入力デバイスからユーザの操作により入力される入力データを受け付けるインタフェース回路等を備える。演算装置１１０においては、環境音測定モジュール１００が備えるマイクロフォンアレイ１２０からの音声信号が入力される。環境音解析装置２００の場合、前記例示した入力デバイスもこの入力部２３０に含まれる。出力部１１４，２４０は、画像を表示するディスプレイ、出力印字用のプリンタ等の出力デバイスへデータ信号を出力するインタフェース回路を含み、画像データ、テキストデータ等を出力する。環境音解析装置２００の場合、前記例示した出力デバイスもこの出力部２４０に含まれる。

【0033】

通信部１１５，２５０は、環境音測定モジュール１００の演算装置１１０、環境音解析装置２００が、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の各種通信ネットワークを通じて相互に実行する通信を制御するインタフェース回路を含む。本実施形態では、通信部１１５，２５０は、ＰｏＥ規格に準拠したＬＡＮに接続され、通信データ信号とともに、電源の供給も受ける構成としている。

【0034】

＜環境音測定モジュール１００の機能＞
次に、環境音測定モジュール１００の演算装置１１０が備える処理部１１１が実現する機能について説明する。図５は、本発明の一実施形態における環境音測定モジュール１００の演算装置１１０が備える処理部１１１によって実現される機能を例示するブロック図である。図５に示すように、処理部１１１は、入力データ受信部１１１１、到来方向算出部１１１２、姿勢情報算出部１１１３、音源方向算出部１１１４、算出結果出力部１１１５、入力制御部１１１６、及び出力制御部１１１７を有する。これらの機能部は、例えば、処理部１１１によって実行されるプログラムとして実現される。プログラムとしての実現方法はどのような形態であってもよいが、一例としては、演算装置１１０に実装されている適宜のオペレーティングシステム（ＯＳ）上で動作するプログラムとして実現することができる。

【0035】

入力データ受信部１１１１は、環境音測定モジュール１００の演算装置１１０において動作するプログラムが使用する入力データを、入力部１１３を通じて受信する機能を有する。入力データ受信部１１１１が受信したデータは、到来方向算出部１１１２、姿勢情報算出部１１１３に受け渡されて利用される。

【0036】

到来方向算出部１１１２は、マイクロフォンアレイ１２０を構成する各マイクロフォン１２１における受音タイミングの差に基づいて、到来時間差法、ビームフォーミング法等の既知の音源定位手法を用いてマイクロフォンアレイ１２０により捕捉された音の到来方向を算出する。到来方向算出部１１１２は、具体的には例えばＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ ＳＩｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法のアルゴリズムによりデータ処理を行うプログラム等として実現される。ここで算出される到来角はマイクロフォンアレイ１２０のマイクロフォン配置を基準として算出されるため、地上座標系等の固定座標系における方向を決定するためには、次に述べるように環境音測定モジュール１００の姿勢を勘案する必要がある。

【0037】

姿勢情報算出部１１１３は、環境音測定モジュール１００に設けられた姿勢検出装置１３０の出力データに基づいて、環境音測定モジュール１００の姿勢に関する情報である姿勢情報を算出する。具体的には、姿勢情報算出部１１１３は、環境音測定を行う建築現場においてあらかじめ所定の位置に所定の角度で設置された環境音測定モジュール１００が、周囲環境等の影響によって意図せずに移動してしまった場合に、その移動分を補正するためのデータを算出する。姿勢情報算出部１１１３には、例えばＩＭＵである姿勢検出装置１３０から、並進運動を表す３軸加速度成分と、回転運動を表す３軸角速度成分とが入力され、初期設置位置からの環境音測定モジュール１００の水平移動距離と鉛直軸周りの回転角度とが算出される。これらのデータは、音源方向算出部１１１４に送出される。なお、姿勢情報は、設置後の変位だけでなく、所定の初期設置位置に対する設置時の誤差を補正するために使用してもよい。

【0038】

音源方向算出部１１１４は、到来方向算出部１１１２から受信するマイクロフォンアレイ１２０に対する音の到来方向と、姿勢情報算出部１１１３から受信する環境音測定モジュール１００、すなわちマイクロフォンアレイ１２０の初期設置位置からの変位データとに基づいて、所定の座標系、例えば地上座標系、あるいは建築現場において独自に設定された固定座標系における音源方向を算出する。具体的には、音源方向算出部１１１４は、到来方向算出部１１１２から入力される到来方向データについて、姿勢情報算出部１１１３から入力される当初設置位置及び姿勢からの変位に関する補正を行って、所定の座標系における音の到来方向を求める演算処理を実行する。

【0039】

算出結果出力部１１１５は、音源方向算出部１１１４によって算出された音源方向のデータを、環境音解析装置２００へ出力する機能を有する。

【0040】

入力制御部１１１６は、入力部１１３に入力されたデータを受け付ける処理を実行する。

【0041】

出力制御部１１１７は、出力部１１４から通信ネットワークへのデータ送信処理、演算装置１１０に接続されている出力デバイスへのデータ出力処理を実行する。例えば、出力制御部１１１７は、算出結果出力部１１１５が生成した出力データに基づいて表示用データ等を生成して出力部１１４が備える画面に表示する処理等を実行する。

【0042】

このように、本実施形態の環境音測定モジュール１００は、建築現場等の環境に簡易に設置した場合でも、所定の座標系においてあらかじめ決定されていたマイクロフォンアレイ１２０の設置位置、角度に対する実際の設置位置、角度によりマイクロフォンアレイ１２０により測定された音源方向を補正することができるので、建築現場における環境音の測定をより簡易に実施することができる。

【0043】

＜環境音解析装置２００の機能＞
次に、環境音解析装置２００の処理部２１０が実現する機能について説明する。図７は、本発明の一実施形態における環境音解析装置２００が備える処理部２１０によって実現される機能を例示するブロック図である。図７に示すように、処理部２１０は、入力データ受信部２１１、音源位置算出部２１２、算出結果出力部２１３、入力制御部２１４、及び出力制御部２１５を有する。これらの機能部は、例えば、処理部２１０によって実行されるプログラムとして実現される。プログラムとしての実現方法はどのような形態であってもよいが、一例としては、処理部２１０に実装されている適宜のオペレーティングシステム（ＯＳ）上で動作するプログラムとして実現することができる。

【0044】

入力データ受信部２１１は、処理部２１０において動作するプログラムが使用する入力データを、入力部２３０を通じて受信する機能を有する。入力データ受信部２１１が受信したデータは、音源位置算出部２１２に受け渡されて利用される。

【0045】

音源位置算出部２１２は、環境音解析装置２００に通信ネットワークを介して接続されている２以上の環境音測定モジュール１００の各々から、各環境音測定モジュール１００において算出された音源方向データを受信して、それら複数の音源方向データにより求められる音源方向の交点として音源位置を推定する機能を有する。

【0046】

算出結果出力部２１３は、音源位置算出部２１２によって算出された音源位置を、出力制御部２１５へ出力する機能を有する。

【0047】

入力制御部２１４は、入力部２３０を構成する入力デバイスに入力されたデータを受け付ける処理を実行する。

【0048】

出力制御部２１５は、出力部２４０の出力デバイスへのデータ出力処理を実行する。例えば、出力制御部２１５は、算出結果出力部２１３が生成した出力データに基づいて表示用データ等を生成して出力部２４０が備える画面に表示する処理等を実行する。

【0049】

このように、環境音解析装置２００により、複数の環境音測定モジュール１００により算出された音源方向に基づいて、所定の座標系における音源位置を推定することができる。

【0050】

＜環境音測定システム１によるデータ処理＞
次に、本実施形態の環境音測定システム１による音源位置推定処理について説明する。図８に、本実施形態の環境音測定システム１が備える環境音測定モジュール１００及び環境音解析装置２００によって実行される音源位置推定処理フローを例示するシーケンス図を示している。本実施形態における音源位置推定処理は、環境音解析装置２００として機能するコンピュータ及びＰｏＥスイッチ３００の電源を投入し、環境音解析装置２００、環境音測定モジュール１００の機能を実現するプログラムを起動することによって開始される。環境音測定モジュール１００には、通信ネットワークを形成している通信ケーブルを通じて、ＰｏＥスイッチ３００から電源が供給される。

【0051】

環境音測定モジュール１００のプログラムが起動されると、まずステップＳ１１において、マイクロフォンアレイ１２０を構成しているマイクロフォン１２１によって環境音が集音されて到来方向算出部１１１２に入力される。マイクロフォンアレイ１２０から送出される音声信号には、集音したマイクロフォン１２１を識別するためのＩＤを付すようにしている。これにより、到来方向算出部１１１２では、各マイクロフォン１２１から入力された音源位置を推定すべき作業音等の環境音の到来時間差を算出することができる。

【0052】

ステップＳ１２において、到来方向算出部１１１２は、入力された環境音についてマイクロフォンアレイ１２０のマイクロフォン１２１間での到来時間差を算出する。ステップＳ１３では、前記のマイクロフォン１２１間での音の到来時間差に基づいて、マイクロフォンアレイ１２０に対する音の到来方向を算出する。ステップＳ１３においては、ビームフォーミング法等の他の処理手法によって音の到来方向を算出するようにしてもよい。

【0053】

次いでステップＳ１４において、姿勢情報算出部１１１３は、姿勢検出装置１３０から環境音測定モジュール１００の所定の設置位置からの移動量、回転量を受け取り、環境音測定モジュール１００の所定位置に基づく補正データを算出して音源方向算出部１１１４に送出する。ステップＳ１５では、到来方向算出部１１１２から入力されたマイクロフォンアレイ１２０に対する音の到来方向と、姿勢情報算出部１１１３から入力された環境音測定モジュール１００の初期設置位置からの変位データとに基づいて、所定の座標系における音源方向を算出して環境音解析装置２００へ送出する。

【0054】

上記のように各環境音測定モジュール１００において算出された音源方向データは、通信ネットワーク（ＬＡＮ）を介して環境音解析装置２００へ送出され、ステップＳ２１において、音源位置算出部２１２に入力される。ステップＳ２２において、音源位置算出部２１２は、複数の環境音測定モジュール１００から取得された複数の音源方向に基づいてそれらの交点を算出し、算出された交点を所定の座標系における音源位置であると推定する。

【0055】

ステップＳ２２で算出された特定の環境音の音源位置は、環境音解析装置２００において実行される種々の環境音解析処理において利用されるべく、該当する機能部へ送出される。

【0056】

このように、本実施形態における環境音測定システム１によれば、環境音測定を行う建築現場に複数の環境音測定モジュール１００を設置し、各環境音測定モジュール１００において求められた所定の座標系における音源方向のデータを、通信ネットワークを介して環境音解析装置２００に取り込むことができる。そして、環境音解析装置２００により、複数の音源方向データに基づいて推定された音源位置を取得することができる。

【0057】

＜本実施形態の変形例＞
次に、ここまで説明した本発明の実施形態における変形例を説明する。上記した実施形態では、環境音測定モジュール１００のマイクロフォンアレイ１２０が水平となるように設置し、略平面内における音源方向を求めるようにしていた。変形例においては、水平面内に設置したマイクロフォンアレイ１２０に加えて、鉛直面内に第２のマイクロフォンアレイ１２０を設けている。図９Ａ，図９Ｂに、変形例におけるマイクロフォンアレイ１２０の配置を模式的に示している。図９Ａのように、水平に設置したマイクロフォンアレイ１２０による音源方向算出処理についてはすでに説明したとおり音源ＳＳからの音波到来方向を示すヨー角φを求めることができる。また、垂直面内に設置したマイクロフォンアレイ１２０によると、水平に設置したマイクロフォンアレイ１２０による音源方向算出を、垂直方向における音源方向の算出に利用することができる。図９Ｂに示すように、垂直面内に設置したマイクロフォンアレイ１２０によれば、ＸＺ平面からＹ軸方向に変位した位置にある音源ＳＳ方向をピッチ角θとして求めることができる。このように、変形例によれば、三次元的に音源位置を推定することが可能となる。

【0058】

以上説明したように、本実施形態による環境音測定モジュール１００は、複数のマイクロフォン１２１を備えるマイクロフォンアレイ１２０と、マイクロフォンアレイ１２０の姿勢を検出するための姿勢検出装置１３０と、マイクロフォン１２１により捕捉された音の到来方向を算出するための演算装置１１０とを備え、演算装置１１０が、複数のマイクロフォン１２１で収集された複数の音データに基づいて、検出された前記姿勢をとっている複数のマイクロフォン１２１に対する前記音の到来方向を算出し、姿勢検出装置１３０により検出されたマイクロフォンアレイ１２０の姿勢に基づいて、前記音の到来方向を補正する。

【0059】

このようにすれば、建築現場において簡易に設置することができ、かつ正確な音源定位を実現することができる。

【0060】

マイクロフォンアレイ１２０は、複数のマイクロフォン１２１を水平に設置するための平板状の基板を有し、前記基板が多角形状の平面形状を有するように形成されており、多角形状の前記基板の各頂点の近傍にマイクロフォン１２１が設けられているとしてもよい。

【0061】

このようにすれば、一の環境音測定モジュール１００についてマイクロフォン１２１の組を複数設けることができ、各組によって求められる音源方向に基づいて音源方向の精度を向上させることができる。

【0062】

環境音測定モジュール１００は、水平に設置された第１のマイクロフォンアレイ１２０と、第１のマイクロフォンアレイ１２０と直交するように配置された第２のマイクロフォンアレイ１２０とを備え、第２のマイクロフォンアレイ１２０に設置されている複数のマイクロフォン１２１によって、前記環境音の到来方向についてその垂直方向成分を検出するとしてもよい。

【0063】

このようにすれば、環境音の到来方向を三次元的に求めることが可能となる。

【0064】

本実施形態による環境音測定システム１は、複数の環境音測定モジュール１００を有し、各環境音測定モジュール１００から取得した環境音の到来方向に基づいて、前記環境音の音源位置を推定する環境音解析装置２００を備えている。

【0065】

このようにすれば、建築現場等の環境において簡易に作業音等の環境音の音源位置を推定することができる。

【0066】

複数の環境音測定モジュール１００と環境音解析装置２００との間が通信ネットワークによって通信可能に接続されており、各前記環境音測定モジュール１００及び前記環境音解析装置２００に、前記通信ネットワークを通じて電力が供給されるとしてもよい。

【0067】

このようにすれば、通信ネットワークと別個に電源線を敷設する必要がないので、建築現場における環境音測定システム１の設置が容易となる。

【0068】

上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるし、ソフトウェアにより実行させることもできる。換言すると、図５，図７の機能的構成は例示に過ぎず、特に限定されない。即ち、上述した一連の処理を全体として実行できる機能が環境音測定モジュール１００、環境音解析装置２００に備えられていれば足り、この機能を実現するためにどのような機能ブロックを用いるのかは特に図５，図７の例に限定されない。また、一つの機能ブロックは、ハードウェア単体で構成してもよいし、ソフトウェア単体で構成してもよいし、それらの組み合わせで構成してもよい。本実施形態における機能的構成は、演算処理を実行するプロセッサによって実現され、本実施形態に用いることが可能なプロセッサには、シングルプロセッサ、マルチプロセッサ及びマルチコアプロセッサ等の各種処理装置単体によって構成されるものの他、これら各種処理装置と、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ‐Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の処理回路とが組み合わせられたものを含む。

【0069】

一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータ等にネットワークや記録媒体からインストールされる。コンピュータは、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータであってもよい。また、コンピュータは、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能なコンピュータ、例えば汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。

【0070】

このようなプログラムを含む記録媒体は、ユーザにプログラムを提供するために装置本体とは別に配布されるＵＳＢメモリ等のリムーバブルメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体等で構成される。リムーバブルメディアは、例えば、磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク、又は光磁気ディスク等により構成される。光ディスクは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ），Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ（ブルーレイディスク）等により構成される。光磁気ディスクは、ＭＤ（Ｍｉｎｉ－Ｄｉｓｋ）等により構成される。また、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される記録媒体は、例えば、プログラムが記録されているＲＯＭや、補助記憶部１３に含まれるハードディスク、半導体メモリ等で構成される。

【0071】

なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的或いは個別に実行される処理をも含むものである。

【0072】

以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、上記実施形態と変形例の各構成を組み合わせることも可能である。更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0073】

１ 環境音測定システム
１００ 環境音測定モジュール（環境音測定装置）
２００ 環境音解析装置（音源位置推定処理部）
３００ ＰｏＥスイッチ
４００ 現場仮設電源
１１０ 演算装置
１１１，２１０ 処理部
１１１２ 到来方向算出部
１１１３ 姿勢情報算出部
１１１４ 音源方向算出部
１２０ マイクロフォンアレイ（集音ユニット）
１２１ マイクロフォン（集音手段）
２１２ 音源位置算出部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】