音の伝搬状態を可視化する装置
【課題】音源の方向に加えて音源の奥行き方向の広がりを把握することを可能にする。
【解決手段】集音器（パラボラ反射器）１と、複数の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列してなる音／光変換器群２と、音／光変換器群２を集音器１による音波の収束点近傍に支持する支持手段３とを組み合わせて音源探査支援装置を構成し、複数の音／光変換器２０の各々は音／光変換器群２を集音器１の回転対称軸方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように配列されている。
【解決手段】集音器（パラボラ反射器）１と、複数の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列してなる音／光変換器群２と、音／光変換器群２を集音器１による音波の収束点近傍に支持する支持手段３とを組み合わせて音源探査支援装置を構成し、複数の音／光変換器２０の各々は音／光変換器群２を集音器１の回転対称軸方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように配列されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音の伝搬状態を可視化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術の一例としては、特許文献１に開示された音源探査装置が挙げられる。この音源探査装置は、パラボラ反射器と、このパラボラ反射器により収束させた音を収音する２次元マイクロホンアレイとを含んでいる。特許文献１に開示された技術では、２次元マイクロホンアレイを構成する各マイクロホンの出力信号（マイクロホンにより収音された音の波形を示すアナログ信号）にデジタル処理を施して等高線で表示したり、各マイクロホンに対応させて発光ダイオードを配列した２次元発光ダイオードアレイの各発光ダイオードを対応するマイクロホンの出力信号の振幅（音圧）に応じた輝度で発光させることで、２次元マイクロホンアレイのアレイ面に沿った音圧分布が可視化される。このようにして可視化される音圧分布を手掛りとして、探査対象の音源から放射された音波の到来方向（すなわち、音源探査装置から見た音源の方向）を推定することができるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平４−３５７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような音源探査を行う場合、音源探査装置から見た音源の方向に加えて奥行き方向（例えば、マイクロホンアレイのアレイ面が音源に正対している場合には、当該アレイ面の法線方向）の音源の広がり具合を把握することができると音源探査の精度が一層向上すると考えられる。しかし、特許文献１に開示された技術では、音源の方向に加えて音源の奥行き方向の広がり具合を把握することはできない。何故ならば、特許文献１に開示された技術では、探査対象の音源から放射された音を２次元マイクロホンアレイを用いて収音しているため、音源の奥行き方向の広がりに関する情報を得ることはできないからである。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、音源の方向に加えて音源の奥行き方向の広がりを把握することを可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、（Ａ）入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する集音器と、（Ｂ）マイクロホンと、発光部と、前記マイクロホンの出力信号の瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部とを各々が有する複数の音／光変換器を３次元的に配列してなる音／光変換器群と、（Ｃ）前記音／光変換器群を前記集音器の出力する音波の経路上に支持する支持手段と、を備え、（Ｄ）前記支持手段によって支持されている前記音／光変換器群を所定の視座から見た場合に、前記複数の音／光変換器の各々が互いに重なり合わないように配列されていることを特徴とする音の伝搬状態を可視化する装置を提供する。なお、複数の音／光変換器を３次元的に配列する態様（複数の音／光変換器の全てが同一平面上に並ばないように配列する態様）の一例としては、それら複数の音／光変換器の各々を３次元マトリクス状に配列する態様が考えられる。
【０００７】
本発明の装置においては、集音器から出力される音波の経路上には音／光変換器群が支持手段によって支持されており、当該音／光変換器群を構成する複数の音／光変換器の各々はその配置位置における音圧に応じた輝度で発光する。このため、本発明に係る音の伝搬状態を可視化する装置を用いて音源探査を行い、音／光変換器群を構成する各音／光変換器が発光する様子を上記所定の視座から観察（或いは、上記所定の視座に設置した撮像装置により撮像した画像を解析）するようにすれば、各音／光変換器は互いに重なり合わないため、上記観測者は、各音／光変換器の発光の様子を漏れなく把握することができ、音／光変換器群における発光輝度の３次元的な分布から探査対象の音源の方向および奥行方向の広がり具合を立体的に把握することができる。
【０００８】
より好ましい態様においては、前記支持手段は、前記集音器からの距離を調整可能なように前記音／光変換器群を支持することを特徴とする。このような態様によれば、集音器による音の収束点近傍に音／光変換器群２を配置することができる。収束点近傍では集音器から出力される音波は充分に収束しているため、当該収束点近傍に音／光変換器群を配置することができると、集音器に対向する面の面積が小さい音／光変換器群を用いて当該集音器から出力される音波を漏れなく可視化することができる。つまり、このような態様によれば、音／光変換器群を小型化し、当該音／光変換器群を含む音の伝搬状態を可視化する装置全体を小型化できると期待される。
【０００９】
また、別の好ましい態様においては、音／光変換器群に含まれる複数の音／光変換器は前記所定の視座から見たとき互いに重なり合わないもの同士でグループ分けされており、グループ毎に発光色または発光タイミングが異なっていることを特徴とする。具体的には、複数の音／光変換器の各々は、前記集音器の中心からの距離が同一または近似するもの同士で、または当該距離の前記集音器から出力される音波の経路（集音器がパラボラ反射器であれば、その回転対称軸方向）への射影の長さが同一または近似するもの同士でグループ分けされている、といった具合である。このような態様によれば、音／光変換器群を構成する複数の音／光変換器のなかに、上記方向の視座から見たときの配置位置が互いに重なり合う（或いは部分的に重なり合う）ものが含まれていたとしても、発光色または発光タイミングの相違を手掛かりに音／光変換器群に含まれる全ての音／光変換器の発光の様子を漏れなく観測することができる。
【００１０】
また、音／光変換器群を構成する複数の音／光変換器を上記のようにグループ分けし、グループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせることによって音／光変換器群を構成する全ての音／光変換器の発光の様子を漏れなく観測することができる場合には、必ずしも各音／光変換器２０を互いに重なり合わないように配列する必要はない。つまり、本発明の別の態様としては、上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の各構成要素を備えた音源探査支援装置において、（Ｄ）音／光変換器群に含まれる複数の音／光変換器を所定の視座から見た場合に互いに重なり合わないもの同士が同一グループに属するようにグループ分けしておき、グループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせる態様も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の音源探査支援装置の左側面図である。
【図２】同音源探査支援装置の正面図である。
【図３】同音源探査支援装置の構成要素である音／光変換器群２を構成する音／光変換器２０の構成例を示す図である。
【図４】同音源探査支援装置における音／光変換器群２の装着態様、および同音／光変換器群２を支持する支持手段３の構成例を示す図である。
【図５】同音源探査支援装置の集音器１による集音の様子を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例を説明するための図である。
【図８】本発明の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（Ａ：第１実施形態）
（Ａ−１：構成）
図１は、本発明による音の伝搬状態を可視化する装置の第１の実施形態の音源探査支援装置の左側面図であり、図２は同音源探査支援装置の正面図である。図１および図２に示すように、この音源探査支援装置は、集音器１、音／光変換器群２および支持手段３を含んでいる。集音器１は、回転放物面状の反射面１ａを有するパラボラ反射器である。この集音器１は、入射音を進行に伴って収束する音波（反射面１ａの回転対称軸Ｃ上の一点で交差するように進行する音波）にして出力する。音／光変換器群２は、集音器１から出力される音波の経路上に支持手段３によって支持されている。より詳細に説明すると、本実施形態の音源探査支援装置では、音／光変換器群２は反射面１ａと対向するように同反射面１ａの回転対称軸Ｃ上に支持されている。この音／光変換器群２は複数の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列して構成されており、これら音／光変換器２０の各々は、その配置位置における音圧の瞬時値を計測し、その瞬時値に応じた輝度で発光するデバイスである。
【００１３】
図３は、音／光変換器２０の構成例を示す図である。図３に示すように、音／光変換器２０は、マイクロホン１１０、発光制御部１２０、および発光部１３０を有している。図３では詳細な図示は省略したが、音／光変換器２０は、図３に示す各構成要素を一辺が１ｃｍ程の基板に集積されて構成されている。マイクロホン１１０は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical
Systems）マイクロホンや小型ＥＣＭ（Electret Condenser Microphone）であり、収音した音の波形を表す音信号を出力する。発光制御部１２０は、図３に示すように、サンプルホールド回路１２２と電圧電流変換回路１２４を含んでいる。これらサンプルホールド回路１２２および電圧電流変換回路１２４としては周知の構成のものを用いるようにすれば良い。サンプルホールド回路１２２は、外部から与えられる制御信号ＳＳの立上がりを契機として、マイクロホン１１０から出力される音信号のサンプリングを行い、サンプリングされた瞬時値（電圧）を次に制御信号ＳＳが立上がるまで保持するとともに、その電圧を電圧電流変換回路１２４に印加する。電圧電流変換回路１２４は、サンプルホールド回路１２２から印加される電圧に比例した電流値の電流を発生させ、発光部１３０に与える。発光部１３０は、例えば可視光ＬＥＤであり、電圧電流変換回路１２４から与えられる電流の大きさに応じた輝度の可視光を放射する。
【００１４】
図４（ａ）は、音／光変換器群２の外観、および同音／光変換器群２を支持する支持手段３の構成例を示す図である。本実施形態の音／光変換器群２は、中空の立方体状に形成された筐体２ａに８個の音／変換機２０を配置して構成されている。より詳細に説明すると、音／光変換器群２の筐体２ａを形成する６つの面は透明樹脂等で形成されており、これら６つの面のうち互いに対向する１組の面は図４（ａ）に示すような４×４のメッシュ状に形成されている。図４（ａ）に示すように、音／光変換器群２は、これら２つのメッシュ状の面のうちの一方が反射面１ａに対向するように支持手段３によって支持される。以下、上記２つのメッシュ状の面のうち、反射面１ａに対向する面を「音／光変換器群２の裏面」と呼び、他方の面を「音／光変換器群２の正面」と呼ぶ。音／光変換器群２に含まれる８個の音／光変換器２０は、音／光変換器群２の正面と同裏面に各４個ずつ配置されている。
【００１５】
図４（ｂ）は、音／光変換器群２を裏面側から見た図である。以下では、図４（ｂ）に示すように、左上隅を（１，１，１）、右下隅を（４，４，１）とする１６通りのインデックス（ｉ，ｊ，１）（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）を用いて音／光変換器群２の裏面側に形成されている４×４の網目の各々を識別する。図４（ｂ）に示すように、音／光変換器群２の裏面側に配置される４つの音／光変換器２０の各々は、インデックス（１，１，１）、（１，４，１）、（４，１，１）および（４，４，１）により識別される各網目にそれぞれ１つずつはめ込まれている。図４（ｃ）は、音／光変換器群２を正面側から見た図である。図４（ｃ）に示すように、音／光変換器群２の正面側に配置される４つの音／光変換器２０の各々は、インデックス（２，２，２）、（２，３，２）、（３，２，２）および（３，３，２）により識別される各網目にそれぞれ１つずつはめ込まれている。なお、図４（ｂ）のインデックス（ｉ，ｊ，１）と図４（ｃ）のインデックス（ｉ，ｊ，２）とは互いに表裏の関係にある。図４（ｃ）では、音／光変換器群２の裏面側に配置されている４つの音／光変換器２０が点線で描画されている。図４（ｃ）を参照すれば明らかように、上記８個の音／光変換器２０は所定方向（例えば、回転対称軸Ｃ方向）の視座から見たときに互いに重なり合わないように配列されている。このように、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列した理由は以下の通りである。
【００１６】
仮に、音／光変換器群２の正面側に配置される４つの音／光変換器２０の各々を、インデックス（１，１，２）、（１，４，２）、（４，１，２）および（４，４，２）により識別される各網目（図４（ｃ）にて、裏面側に配置される音／光変換器２０を表す点線丸印が描かれている網目）にそれぞれ１つずつはめ込んだとすると、上記所定方向の視座から音／光変換器群２の正面を見たときに、音／光変換器群２の裏面側に配列される４つの音／光変換器２０の各々は同正面側に配列される４つの音／光変換器２０の各々の陰に隠れてしまい、裏面側に配列されている４つの音／光変換器２０の各々が発光する様子を視認できなくなってしまう場合がある。これに対して、図４（ｃ）に示すように、所定方向の視座から見たときに、各音／光変換器２０が互いに重なり合わないように配列しておけば、音／光変換器群２に含まれている８個の音／光変換器２０の各々が発光する様子を漏れなく視認することができ、音／光変換器群２における発光輝度の３次元的な空間分布を通じで、集音器１から出力される音波の音／光変換器群２の配置位置における音圧分布を立体的に把握することできるのである。これが、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列した理由である。なお、本実施形態では、８個の音／光変換器２０を４個ずつ２層の３次元マトリクス状に配列して音／光変換器群２を構成したが、４〜７個の音／光変換器２０を３次元的に配列して音／光変換器群２を構成しても良く、また、９個以上の音／光変換器２０を３次元的に配列して音／光変換器群２を構成しても良い。また、複数の音／光変換器２０を積層する際の層数は３以上であっても勿論良い。
【００１７】
前述したように、音／光変換器群２は、支持手段３によって、その裏面が反射面１ａに対向するように支持される。図４（ａ）に示すように、支持手段３は、４本の脚状部材３ａ、これら４本の脚状部材３ａのうちの上下各一対のものの間を連結する連結部材３ｂ、各連結部材３ｂの間を架け渡す架橋部材３ｃ、上記２本の連結部材３ｂに各々固着されたガイド部材３ｅ、ガイド部材３ｅによって摺動自在に挟持される架台３ｄ、および架台３ｄに螺挿されたねじ軸３ｆからから構成されている。４本の脚状部材３ａの各々は、反射面１ａに設けられたフック（図示略）に各々の先端を係合させることで、集音器１に着脱自在に装着される。これら４本の脚状部材３ａのうちの少なくとも１本は中空のパイプ状に形成されており、当該パイプ状に形成された脚状部材３ａには、制御信号ＳＳを伝送するための信号線４が挿通されている。前掲図１に示すように、ねじ軸３ｆは、反射面１ａの回転対称軸Ｃ方向に反射面１ａに向って延在しており、その先端は反射面１ａを貫通している。図４（ａ）に示すように、架台３ｄには音／光変換器群２が反射面１ａに対向するように載置されており、ねじ軸３ｆを螺回させることによって、架台３ｄ（およびこの架台３ｄに載置されている音／光変換器群２）を図中のＸ方向（反射面１ａに近づく方向）、或いは同Ｙ方向（反射面１ａから遠ざかる方向）に移動させることができる。このように、音／光変換器群２と反射面１ａとの間の距離をねじ軸３ｆの螺回によって調整できるようにした理由は以下の通りである。
【００１８】
前述したように本実施形態の集音器１はパラボラ反射器であり、入射音を進行に伴って収束する音波（より正確には、回転対称軸Ｃ上の１点で交差する音波）として出力する機能を有している。図５は、集音器１による音波の集音の様子を示す図である。図５に示すように、反射面１ａとその焦点Ｆとの距離がｆであり、反射面１ａと音源Ｓ０との距離がａであり、集音器１によって集音された音波の収束点Ｐが反射面１ａから距離ｂだけ隔てた位置にある場合、上記ａ、ｂおよびｆ間には、以下の式（１）に示す関係がある。
１／ｂ＋１／ａ＝１／ｆ・・・（１）
【００１９】
式（１）を参照すれば明らかように、探査対象の音源と反射面１ａとの間の距離ａに応じて反射面１ａから収束点Ｐまでの距離ｂは変化する。具体的には、探査対象の音源Ｓ０が反射面１ａから遠くにあるほど、反射面１ａから収束点Ｐまでの距離は短くなり、音源Ｓ０が充分に遠くに位置している（すなわち、ａ＝∞）と、収束点Ｐは焦点Ｆに一致する。集音器１によって集音された音の音圧分布を、反射面１ａに対向する面積が小さい音／光変換器群２によって精度良く可視化するためには、音／光変換器群２を上記収束点近傍に位置させておくことが好ましい。このため、本実施形態では、音／光変換器群２と反射面１ａとの間の距離をねじ軸３ｆの螺回によって調整できるようにしたのである。
以上が本実施形態の音源探査支援装置の構成である。
【００２０】
（Ａ−２：本実施形態の音源探査支援装置の使用方法）
次いで、本実施形態の音源探査支援装置の使用方法について説明する。
図１および図２に示す音源探査支援装置を用いて音源の探査を行う場合、ユーザは、まず、探査対象の音源が存在する空間内に当該音源探査支援装置を設置する。なお、探査対象の音源が存在する空間内に音源探査支援装置を設置する際には、反射面１ａの回転対称軸Ｃが音源探査支援装置から見た音源の方向に一致するように配置することが好ましいが、音源探査を行う前に音源の方向を知ることはできない。このため、トライアンドエラー的に音源探査支援装置の向き（回転対称軸Ｃの方向）を変えつつ音源探査を行うようにすることが考えられる。
【００２１】
次いで、ユーザは、ねじ軸３ｆを操作して反射面１ａに対する音／光変換器群２の位置を定める。例えば、反射面１ａの中心からの距離がａ１乃至ａ２（ａ１＜ａ２）の範囲内に探査対象の音源があると想定される場合には、ユーザは反射面１ａと音／光変換器群２との距離が以下の式（２）に示すｂ１乃至ｂ２（ｂ１＜ｂ２）の範囲に収まるように、ねじ軸３ｆを操作する、といった具合である。以下の式（２）においても、前掲式（１）と同様、ｆは反射面１ａから同反射面１ａの焦点Ｆまでの距離である。
ｂ１＝ａ２×ｆ／（ａ２−ｆ），ｂ２＝ａ１×ｆ／（ａ１−ｆ）・・・（２）
【００２２】
以上のようにして音源探査支援装置の設置、および音／光変換器群２と反射面１ａとの間の距離の調整を終えると、ユーザは制御装置（図示略）を操作し、音／光変換器群２を構成する音／光変換器２０の各々に制御信号ＳＳを与える。一方、探査対象の音源から放射された音波は集音器１の反射面１ａによる反射を経て収束点Ｐにおいて交差するように進行する。当該収束点Ｐの近傍に音／光変換器群２が支持されていると、当該音／光変換器群２を構成する複数の音／光変換器２０の各々は、その配置位置における音圧の瞬時値を制御信号ＳＳの立上がりに同期させてサンプリングし、そのサンプリング結果に応じた輝度で発光部１３０を発光させる。この発光の様子を回転対称軸Ｃ方向に設置した撮像装置を用いて撮像すれば、上記ユーザは、その撮像画像（或いは、当該撮像画像を適宜拡大して得られる画像）に表されている音／光変換器群２における発光輝度の３次元的な空間分布から探査対象の音源の方向および奥行き方向の広がりを把握することができるのである。本実施形態によれば、各音／光変換器２０において計測された音圧の空間分布を表す画像を液晶ディスプレイなどに２次元的に表示させる態様に比較して、直感的に把握し易く、また、３次元→２次元変換等の演算を行う必要もない。なお、音／光変換器群２における各音／光変換器２０の発光の様子を肉眼で把握することができる場合には、上記のような撮像を行う必要はない。
【００２３】
（Ｂ：第２実施形態）
上記第１実施形態では、本発明による音の伝搬状態を可視化する装置を音源探査に利用する場合について説明した。しかし、本発明による音の伝搬状態を可視化する装置の用途は音源探査に限定されるものではなく、音源分離に利用することも可能である。具体的には、図６に示すように４つの音源（音源Ｓ１〜Ｓ４）が配置されている音響空間内に本実施形態の音の伝搬状態を可視化する装置（音源分離装置）を配置し、以下の手順の操作を行うことにより、音源分離を行うことができる。なお、本実施形態の音源分離装置の構成は、音／光変換器群２を構成する各音／光変換器２０のマイクロホンの出力信号を外部に取り出す（例えば、録音装置等に与えるなど）ことが可能である点を除いて上記第１実施形態の音の伝搬状態を可視化する装置（図１および図２に示す音源探査支援装置）の構成と同一であるため、構成についての詳細な説明は省略する。また、以下の説明において、当該音源分離装置の各構成要素を引用する際には、第１実施形態におけるものと同一の符号を用いる。
【００２４】
本実施形態の音源分離装置を用いて、図６に示す４つの音源（音源Ｓ１〜Ｓ４）の各々から放射される音の分離を行おうとするユーザは、まず、図６の音源Ｓ１のみに音を放射させ、この状態で制御信号ＳＳを各音／光変換器２０に与える。すると、各音／光変換器２０は、その配置位置における音圧の瞬時値を制御信号ＳＳの立上がりに同期してサンプリングし、そのサンプリング結果に応じた輝度で発光部１３０を発光させる。ユーザは、この発光の様子を撮像装置を用いて撮像し、その撮像画像（或いは、当該撮像画像を適宜拡大して得られる画像）から発光輝度が所定の閾値を上回っている音／光変換器２０（或いは、最も発光輝度の高い音／光変換器２０）を特定し、このように特定された音／光変換器２０を音源Ｓ１に対応付ける。以下、音源Ｓ２〜Ｓ４の各々についても同様の操作を行って音／光変換器２０の対応付けを行う。例えば、音源Ｓ１のみに音を放射させた場合にインデックス（１，１，１）に配置されている音／光変換器２０の発光輝度が最も高い場合には、当該音／光変換器２０を音源Ｓ１に対応付け、音源Ｓ２のみに音を放射させた場合にインデックス（２，２，２）に配置されている音／光変換器２０の発光輝度が最も高い場合には、当該音／光変換器２０を音源Ｓ１に対応付ける、といった具合である。そして、このような対応付けが完了した後に音源Ｓ１〜Ｓ４の各々に一斉に音を放射させ、各音源に対応付けられた音／光変換器２０毎にマイクロホン１１０の出力信号を外部に取り出して各々別個に記録すれば、音源Ｓ１〜Ｓ４の各々から放射された音の合成音を音源毎に分離して記録する音源分離が実現されるのである。なお、このようにして音源分離された音信号の各々を適宜ミキシングして左右各１チャネルのステレオオーディオ信号、或いは５．１チャネルのオーディオ信号を生成するようにしても良いことは勿論である。また、上記撮像装置として高速度カメラを用い、かつ制御信号ＳＳとして充分に周期の短い矩形波信号を用いるようにすれば、音／光変換器群２における各音／光変換器２０の発光の様子を上記高速度カメラを用いて録画することで、音源Ｓ１〜Ｓ４の各々から放射された音の合成音を音源毎に分離して記録する音源分離が実現される。高速度カメラにより撮像された各音／光変換器２０の発光輝度の時間変化から音圧の時間変化（すなわち、音波形）を再現することができるからである。なお、本実施形態では４つの音源の音源分離を行う場合について説明したが分離対象の音源の数が２または３、或いは５以上であっても良いことは勿論である。
【００２５】
（Ｃ：変形）
以上本発明の各実施形態について説明したが、これら実施形態を以下のように変形しても勿論良い。
（１）上述した各実施形態では、１つの音源探査支援装置（音源分離装置）を用いて音源探査（音源分離）を行う場合について説明したが、複数の音源探査支援装置（音源分離装置）を用いて音源探査（音源分離）を行っても勿論良い。具体的には、探査対象の音源（または音源分離の対象となる複数の音源）がある空間内の互いに異なる位置に複数の音源探査支援装置（音源分離装置）を配置し、それら音源探査支援装置（音源分離装置）の各々に対して上記各実施形態におけるものと同一手順の操作を行って音源探査（音源分離）を行えば良い。
【００２６】
（２）上述した実施形態では集音器１としてパラボラ反射器を用いたが、パラボラ反射器に換えて音響凸レンズやホーンを用いても良い。要は、入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する機能を有するものであれば、集音器１として用いることができる。なお、集音器として音響凸レンズを用いる場合には、図７（ａ）に示すように、音源と集音器とを結ぶ軸線Ｃ上において、音源とは反対側に音／光変換器群を配置すれば良い。集音器として音響凸レンズを用いる場合においても、集音器と音源との間の距離ａ、集音器から音の収束点（当該収束点は、集音器１から見て音源とは反対側に生じる）までの距離ｂ、および集音器からその焦点までの距離ｆの間には前掲式（１）に示す関係が成り立つ。したがって、集音器の中心からの距離がａ１乃至ａ２（ａ１＜ａ２）の範囲内に探査対象の音源があると想定される場合には、集音器１の中心と音／光変換器群２との距離が前掲式（２）に示すｂ１乃至ｂ２（ｂ１＜ｂ２）の範囲に収まるように音／光変換器群を集音器から見て音源とは反対側に配置すれば良い。
【００２７】
また、図７（ａ）では、１つの音響凸レンズを用いて集音器を構成したが、図７（ｂ）に示すように複数の音響凸レンズを同軸上に並べて集音器を構成しても良く、また、図７（ｃ）に示すように、音響凸レンズとパラボラ反射器とを同軸上に並べて集音器を構成しても良い。このように、複数の音響凸レンズを組み合わせて構成された集音器、或いは音響凸レンズとパラボラ反射器を組み合わせて構成された集音器によっても、入射音を進行に伴って収束する音波にして出力することができるからである。
【００２８】
（３）上述した実施形態では、複数の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列して音／光変換器群２を構成した。しかし、例えば、４個の音／光変換器２０により音／光変換器群２を構成する場合には各音／光変換器２０を頂点として正四面体を為すようにそれら４個の音／光変換器２０を配置しても良い。また、球体或いは球面を形成するように複数の音／光変換器２０を配列して音／光変換器群２を構成しても良い。ただし、球体或いは球面を形成するように複数の音／光変換器２０を配列して音／光変換器群２を構成する場合であっても、所定方向の視座から観たときに各音／光変換器２０が互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列することが好ましいことは言うまでもない。
【００２９】
また、透明な素材を扁平な立方体状に形成した筐体の１つの面（図８（ａ）に示す例では、２つの正方形状の面のうちの１つ）の中心にマイクロホン１１０を配置し、当該面の４隅のうちの１つと当該中心とを結ぶ線分（図８（ａ）では、点線で当該線分を明示）上に発光部１３０を配置して音／光変換器２０を構成し、図８（ｂ）に示すように、マイクロホン１１０から見た発光部１３０の配置位置が互いに異なるように４個の音／光変換器２０を積層して音／光変換器群２を構成しても良い。また、図８（ｃ）に示すように、透明な素材を扁平な立方体状に形成した筐体の１つの面（図８（ａ）に示す例では、２つの正方形状の面のうちの１つ）の中心と当該面の外周を成す４辺のうちの１つの辺の中点とを結ぶ線分（図８（ａ）と同様に点線で当該線分を明示）上に発光部１３０を配置して音／光変換器２０を構成しても良く、図８（ａ）に示す態様の音／光変換器２０と図８（ｃ）に示す態様の音／光変換器２０とを組み合わせて音／光変換器群２を構成しても良い。例えば、図８（ａ）に示す態様の音／光変換器２０と図８（ｃ）に示す態様の音／光変換器２０とを組み合わせて音／光変換器群２を構成する場合には、音／光変換器２０の中心を通る軸線方向から見たときに、各音／光変換器２０の発光部１３０が互いに重なり合わないような態様で８層まで音／光変換器２０を積層することができる。また、図８（ａ）或いは図８（ｃ）に示す態様で音／光変換器２０を提供する場合には、マイクロホン１１０と発光部１３０との間の距離が互いに異なる複数種類の音／光変換器２０を提供するようにしても良い。このような態様によっても、音／光変換器２０を積層して音／光変換器群２を構成する際に、各音／光変換器２０の発光部１３０が互いに重なり合わないように積層することが可能な層数を増加させることができる。
【００３０】
さらに、図８（ｄ）に示すように、透明な素材を扁平な立方体状に形成した筐体の１つの正方形状の面に、当該正方形の一辺と同じ長さ（或いは、やや短い長さ）の直径を有する円盤状部材を各々の中心を一致させつつ回転自在に装着し、当該円盤状部材の中心にマイクロホン１１０を設置し、当該円盤状部材の中心以外の位置に発光部１３０を配置して音／光変換器２０を構成しても良い。図８（ｄ）に示す態様の音／光変換器２０では、配置位置を円盤状部材を回転させることによって、上記正方形の各辺（または、各角）に対する発光部１３０の相対的な配置位置を任意に調整することができるため、任意の層数の音／光変換器２０を積層して音／光変換器群２を構成することが可能になる。
【００３１】
（４）上述した実施形態では、音／光変換器群２を構成する全ての音／光変換器２０の発光の様子を漏れなく観測することできるようするために、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列した。しかし、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列することに加えて、集音器１の中心からの距離または当該距離の回転対称軸Ｃへの射影（すなわち、集音器１から出力される音波の進行方向への射影）の長さが同一または近似するもの同士で各音／光変換器２０をグループ分けしておき、グループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせるようにしても良い。
【００３２】
例えば、前述した第１および第２実施形態におけるもののように８個の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列して音／光変換器群２が構成されており、かつ、集音器１の中心からの距離の回転対称軸Ｃへの射影の長さが同一または近似するもの同士で各音／光変換器２０をグループ分けする場合には、正面側に配列される音／光変換器２０と同裏面側に配列される音／光変換器２０とで発光色を異ならせる（前者については発光部１３０として赤色ＬＥＤを用い、後者については青色ＬＥＤを用いる等）、または、後者の音／光変換器２０に比較して前者の音／光変換器２０の発光タイミングを一定時間分だけ遅らせる、といった具合である。このような態様によれば、図７（ｄ）に示すように、音／光変換器群２の正面側に配列される音／光変換器２０と同裏面側に配列される音／光変換器２０とが部分的に重なりあっている場合であっても、音／光変換器群２を構成する全ての音／光変換器２０の発光の様子を漏れなく観測することができると期待される。なお、音／光変換器群２を構成する複数の音／光変換器２０を、所定方向の視座から見た場合に互いに重なり合わないものが同一グループに属するようにグループ分けしておき、かつグループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせるようにすることのみで音／光変換器群２を構成する全ての音／光変換器２０の発光の様子を漏れなく観測することができる場合には、必ずしも各音／光変換器２０を互いに重なり合わないように配列する必要はない。
【００３３】
（５）上述した実施形態では、外部から与えられる制御信号ＳＳの立上がりに同期させて各音／光変換器２０のサンプルホールド回路１２２にマイクロホン１１０の出力信号のサンプリングを実行させたが、同信号ＳＳの立下りに同期させて同サンプリングを実行させても良い。また、音／光変換器群２を構成する複数の音／光変換器２０の何れかのマイクロホン１１０の出力信号が所定の閾値を上回ったことを契機として各音／光変換器２０に制御信号ＳＳを与える制御信号出力手段を音／光変換器群２に組み込んでも勿論良い。また、外部から与えられる制御信号に同期させてマイクロホン１１０の出力信号をサンプリングするのではなく、音／光変換器２０の内部にて自動的にサンプリングを実行するようにしても勿論良い。
【００３４】
（６）上述した実施形態では、集音器１と、この集音器１から出力される音の経路上に支持される音／光変換器群２との間の距離をねじ軸３ｆの螺回によって調整可能とし、音／光変換器群２が集音器１から出力される音波の収束点近傍に支持されるようにした。しかし、集音器１からの距離が変化しないように固定的に音／光変換器群２を集音器１から出力される音の経路上に支持するようにしても勿論良い。
【００３５】
（７）上述した第１および第２実施形態では、サンプルホールド回路１２２から出力される電圧値を電圧電流変換回路１２４によってその電圧値に比例した電流値の電流に変換して発光部１３０に与えた。これにより、マイクロホン１１０により収音される音の音圧と発光部１３０の発光輝度の線形性が担保されるのであるが、このような線形性を必要としない場合には、電圧電流変換回路１２４を省略しても勿論良い。また、電圧電流変換回路１２４に換えてＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路を用いるとより好ましい。なお、ＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路としては周知の構成のものを用いることが考えられる。また、電圧電流変換回路１２４に換えてＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路を用いる態様においては、ＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路の前段にＡ／Ｄ変換器を設けておくことが好ましい。また、上述した実施形態では、サンプルホールド回路１２２を用いてマイクロホン１１０の出力信号の瞬時値をサンプルホールドしたが、サンプルホールド回路１２２を省略し、制御信号ＳＳに同期させてマイクロホン１１０の出力信号の瞬時値を取得し、その瞬時値に応じた輝度で発光部１３０を発光させても良く、また、マイクロホン１１０の出力信号を電圧電流変換回路１２４に常に印加するようにしても良い。また、マイクロホン１１０の出力信号の信号強度が所定の閾値を上回ったことを契機として、マイクロホン１１０の出力信号を電圧電流変換回路１２４に印加して発光部１３０を発光させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１…集音器、２…音／光変換器群、３…支持手段、２０…音／光変換器、１１０…マイクロホン、１２０…発光制御部、１２２…サンプルホールド回路、１２４…電圧電流変換回路、１３０…発光部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音の伝搬状態を可視化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術の一例としては、特許文献１に開示された音源探査装置が挙げられる。この音源探査装置は、パラボラ反射器と、このパラボラ反射器により収束させた音を収音する２次元マイクロホンアレイとを含んでいる。特許文献１に開示された技術では、２次元マイクロホンアレイを構成する各マイクロホンの出力信号（マイクロホンにより収音された音の波形を示すアナログ信号）にデジタル処理を施して等高線で表示したり、各マイクロホンに対応させて発光ダイオードを配列した２次元発光ダイオードアレイの各発光ダイオードを対応するマイクロホンの出力信号の振幅（音圧）に応じた輝度で発光させることで、２次元マイクロホンアレイのアレイ面に沿った音圧分布が可視化される。このようにして可視化される音圧分布を手掛りとして、探査対象の音源から放射された音波の到来方向（すなわち、音源探査装置から見た音源の方向）を推定することができるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平４−３５７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような音源探査を行う場合、音源探査装置から見た音源の方向に加えて奥行き方向（例えば、マイクロホンアレイのアレイ面が音源に正対している場合には、当該アレイ面の法線方向）の音源の広がり具合を把握することができると音源探査の精度が一層向上すると考えられる。しかし、特許文献１に開示された技術では、音源の方向に加えて音源の奥行き方向の広がり具合を把握することはできない。何故ならば、特許文献１に開示された技術では、探査対象の音源から放射された音を２次元マイクロホンアレイを用いて収音しているため、音源の奥行き方向の広がりに関する情報を得ることはできないからである。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、音源の方向に加えて音源の奥行き方向の広がりを把握することを可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、（Ａ）入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する集音器と、（Ｂ）マイクロホンと、発光部と、前記マイクロホンの出力信号の瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部とを各々が有する複数の音／光変換器を３次元的に配列してなる音／光変換器群と、（Ｃ）前記音／光変換器群を前記集音器の出力する音波の経路上に支持する支持手段と、を備え、（Ｄ）前記支持手段によって支持されている前記音／光変換器群を所定の視座から見た場合に、前記複数の音／光変換器の各々が互いに重なり合わないように配列されていることを特徴とする音の伝搬状態を可視化する装置を提供する。なお、複数の音／光変換器を３次元的に配列する態様（複数の音／光変換器の全てが同一平面上に並ばないように配列する態様）の一例としては、それら複数の音／光変換器の各々を３次元マトリクス状に配列する態様が考えられる。
【０００７】
本発明の装置においては、集音器から出力される音波の経路上には音／光変換器群が支持手段によって支持されており、当該音／光変換器群を構成する複数の音／光変換器の各々はその配置位置における音圧に応じた輝度で発光する。このため、本発明に係る音の伝搬状態を可視化する装置を用いて音源探査を行い、音／光変換器群を構成する各音／光変換器が発光する様子を上記所定の視座から観察（或いは、上記所定の視座に設置した撮像装置により撮像した画像を解析）するようにすれば、各音／光変換器は互いに重なり合わないため、上記観測者は、各音／光変換器の発光の様子を漏れなく把握することができ、音／光変換器群における発光輝度の３次元的な分布から探査対象の音源の方向および奥行方向の広がり具合を立体的に把握することができる。
【０００８】
より好ましい態様においては、前記支持手段は、前記集音器からの距離を調整可能なように前記音／光変換器群を支持することを特徴とする。このような態様によれば、集音器による音の収束点近傍に音／光変換器群２を配置することができる。収束点近傍では集音器から出力される音波は充分に収束しているため、当該収束点近傍に音／光変換器群を配置することができると、集音器に対向する面の面積が小さい音／光変換器群を用いて当該集音器から出力される音波を漏れなく可視化することができる。つまり、このような態様によれば、音／光変換器群を小型化し、当該音／光変換器群を含む音の伝搬状態を可視化する装置全体を小型化できると期待される。
【０００９】
また、別の好ましい態様においては、音／光変換器群に含まれる複数の音／光変換器は前記所定の視座から見たとき互いに重なり合わないもの同士でグループ分けされており、グループ毎に発光色または発光タイミングが異なっていることを特徴とする。具体的には、複数の音／光変換器の各々は、前記集音器の中心からの距離が同一または近似するもの同士で、または当該距離の前記集音器から出力される音波の経路（集音器がパラボラ反射器であれば、その回転対称軸方向）への射影の長さが同一または近似するもの同士でグループ分けされている、といった具合である。このような態様によれば、音／光変換器群を構成する複数の音／光変換器のなかに、上記方向の視座から見たときの配置位置が互いに重なり合う（或いは部分的に重なり合う）ものが含まれていたとしても、発光色または発光タイミングの相違を手掛かりに音／光変換器群に含まれる全ての音／光変換器の発光の様子を漏れなく観測することができる。
【００１０】
また、音／光変換器群を構成する複数の音／光変換器を上記のようにグループ分けし、グループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせることによって音／光変換器群を構成する全ての音／光変換器の発光の様子を漏れなく観測することができる場合には、必ずしも各音／光変換器２０を互いに重なり合わないように配列する必要はない。つまり、本発明の別の態様としては、上記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の各構成要素を備えた音源探査支援装置において、（Ｄ）音／光変換器群に含まれる複数の音／光変換器を所定の視座から見た場合に互いに重なり合わないもの同士が同一グループに属するようにグループ分けしておき、グループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせる態様も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の音源探査支援装置の左側面図である。
【図２】同音源探査支援装置の正面図である。
【図３】同音源探査支援装置の構成要素である音／光変換器群２を構成する音／光変換器２０の構成例を示す図である。
【図４】同音源探査支援装置における音／光変換器群２の装着態様、および同音／光変換器群２を支持する支持手段３の構成例を示す図である。
【図５】同音源探査支援装置の集音器１による集音の様子を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態を説明するための図である。
【図７】本発明の変形例を説明するための図である。
【図８】本発明の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（Ａ：第１実施形態）
（Ａ−１：構成）
図１は、本発明による音の伝搬状態を可視化する装置の第１の実施形態の音源探査支援装置の左側面図であり、図２は同音源探査支援装置の正面図である。図１および図２に示すように、この音源探査支援装置は、集音器１、音／光変換器群２および支持手段３を含んでいる。集音器１は、回転放物面状の反射面１ａを有するパラボラ反射器である。この集音器１は、入射音を進行に伴って収束する音波（反射面１ａの回転対称軸Ｃ上の一点で交差するように進行する音波）にして出力する。音／光変換器群２は、集音器１から出力される音波の経路上に支持手段３によって支持されている。より詳細に説明すると、本実施形態の音源探査支援装置では、音／光変換器群２は反射面１ａと対向するように同反射面１ａの回転対称軸Ｃ上に支持されている。この音／光変換器群２は複数の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列して構成されており、これら音／光変換器２０の各々は、その配置位置における音圧の瞬時値を計測し、その瞬時値に応じた輝度で発光するデバイスである。
【００１３】
図３は、音／光変換器２０の構成例を示す図である。図３に示すように、音／光変換器２０は、マイクロホン１１０、発光制御部１２０、および発光部１３０を有している。図３では詳細な図示は省略したが、音／光変換器２０は、図３に示す各構成要素を一辺が１ｃｍ程の基板に集積されて構成されている。マイクロホン１１０は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical
Systems）マイクロホンや小型ＥＣＭ（Electret Condenser Microphone）であり、収音した音の波形を表す音信号を出力する。発光制御部１２０は、図３に示すように、サンプルホールド回路１２２と電圧電流変換回路１２４を含んでいる。これらサンプルホールド回路１２２および電圧電流変換回路１２４としては周知の構成のものを用いるようにすれば良い。サンプルホールド回路１２２は、外部から与えられる制御信号ＳＳの立上がりを契機として、マイクロホン１１０から出力される音信号のサンプリングを行い、サンプリングされた瞬時値（電圧）を次に制御信号ＳＳが立上がるまで保持するとともに、その電圧を電圧電流変換回路１２４に印加する。電圧電流変換回路１２４は、サンプルホールド回路１２２から印加される電圧に比例した電流値の電流を発生させ、発光部１３０に与える。発光部１３０は、例えば可視光ＬＥＤであり、電圧電流変換回路１２４から与えられる電流の大きさに応じた輝度の可視光を放射する。
【００１４】
図４（ａ）は、音／光変換器群２の外観、および同音／光変換器群２を支持する支持手段３の構成例を示す図である。本実施形態の音／光変換器群２は、中空の立方体状に形成された筐体２ａに８個の音／変換機２０を配置して構成されている。より詳細に説明すると、音／光変換器群２の筐体２ａを形成する６つの面は透明樹脂等で形成されており、これら６つの面のうち互いに対向する１組の面は図４（ａ）に示すような４×４のメッシュ状に形成されている。図４（ａ）に示すように、音／光変換器群２は、これら２つのメッシュ状の面のうちの一方が反射面１ａに対向するように支持手段３によって支持される。以下、上記２つのメッシュ状の面のうち、反射面１ａに対向する面を「音／光変換器群２の裏面」と呼び、他方の面を「音／光変換器群２の正面」と呼ぶ。音／光変換器群２に含まれる８個の音／光変換器２０は、音／光変換器群２の正面と同裏面に各４個ずつ配置されている。
【００１５】
図４（ｂ）は、音／光変換器群２を裏面側から見た図である。以下では、図４（ｂ）に示すように、左上隅を（１，１，１）、右下隅を（４，４，１）とする１６通りのインデックス（ｉ，ｊ，１）（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）を用いて音／光変換器群２の裏面側に形成されている４×４の網目の各々を識別する。図４（ｂ）に示すように、音／光変換器群２の裏面側に配置される４つの音／光変換器２０の各々は、インデックス（１，１，１）、（１，４，１）、（４，１，１）および（４，４，１）により識別される各網目にそれぞれ１つずつはめ込まれている。図４（ｃ）は、音／光変換器群２を正面側から見た図である。図４（ｃ）に示すように、音／光変換器群２の正面側に配置される４つの音／光変換器２０の各々は、インデックス（２，２，２）、（２，３，２）、（３，２，２）および（３，３，２）により識別される各網目にそれぞれ１つずつはめ込まれている。なお、図４（ｂ）のインデックス（ｉ，ｊ，１）と図４（ｃ）のインデックス（ｉ，ｊ，２）とは互いに表裏の関係にある。図４（ｃ）では、音／光変換器群２の裏面側に配置されている４つの音／光変換器２０が点線で描画されている。図４（ｃ）を参照すれば明らかように、上記８個の音／光変換器２０は所定方向（例えば、回転対称軸Ｃ方向）の視座から見たときに互いに重なり合わないように配列されている。このように、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列した理由は以下の通りである。
【００１６】
仮に、音／光変換器群２の正面側に配置される４つの音／光変換器２０の各々を、インデックス（１，１，２）、（１，４，２）、（４，１，２）および（４，４，２）により識別される各網目（図４（ｃ）にて、裏面側に配置される音／光変換器２０を表す点線丸印が描かれている網目）にそれぞれ１つずつはめ込んだとすると、上記所定方向の視座から音／光変換器群２の正面を見たときに、音／光変換器群２の裏面側に配列される４つの音／光変換器２０の各々は同正面側に配列される４つの音／光変換器２０の各々の陰に隠れてしまい、裏面側に配列されている４つの音／光変換器２０の各々が発光する様子を視認できなくなってしまう場合がある。これに対して、図４（ｃ）に示すように、所定方向の視座から見たときに、各音／光変換器２０が互いに重なり合わないように配列しておけば、音／光変換器群２に含まれている８個の音／光変換器２０の各々が発光する様子を漏れなく視認することができ、音／光変換器群２における発光輝度の３次元的な空間分布を通じで、集音器１から出力される音波の音／光変換器群２の配置位置における音圧分布を立体的に把握することできるのである。これが、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列した理由である。なお、本実施形態では、８個の音／光変換器２０を４個ずつ２層の３次元マトリクス状に配列して音／光変換器群２を構成したが、４〜７個の音／光変換器２０を３次元的に配列して音／光変換器群２を構成しても良く、また、９個以上の音／光変換器２０を３次元的に配列して音／光変換器群２を構成しても良い。また、複数の音／光変換器２０を積層する際の層数は３以上であっても勿論良い。
【００１７】
前述したように、音／光変換器群２は、支持手段３によって、その裏面が反射面１ａに対向するように支持される。図４（ａ）に示すように、支持手段３は、４本の脚状部材３ａ、これら４本の脚状部材３ａのうちの上下各一対のものの間を連結する連結部材３ｂ、各連結部材３ｂの間を架け渡す架橋部材３ｃ、上記２本の連結部材３ｂに各々固着されたガイド部材３ｅ、ガイド部材３ｅによって摺動自在に挟持される架台３ｄ、および架台３ｄに螺挿されたねじ軸３ｆからから構成されている。４本の脚状部材３ａの各々は、反射面１ａに設けられたフック（図示略）に各々の先端を係合させることで、集音器１に着脱自在に装着される。これら４本の脚状部材３ａのうちの少なくとも１本は中空のパイプ状に形成されており、当該パイプ状に形成された脚状部材３ａには、制御信号ＳＳを伝送するための信号線４が挿通されている。前掲図１に示すように、ねじ軸３ｆは、反射面１ａの回転対称軸Ｃ方向に反射面１ａに向って延在しており、その先端は反射面１ａを貫通している。図４（ａ）に示すように、架台３ｄには音／光変換器群２が反射面１ａに対向するように載置されており、ねじ軸３ｆを螺回させることによって、架台３ｄ（およびこの架台３ｄに載置されている音／光変換器群２）を図中のＸ方向（反射面１ａに近づく方向）、或いは同Ｙ方向（反射面１ａから遠ざかる方向）に移動させることができる。このように、音／光変換器群２と反射面１ａとの間の距離をねじ軸３ｆの螺回によって調整できるようにした理由は以下の通りである。
【００１８】
前述したように本実施形態の集音器１はパラボラ反射器であり、入射音を進行に伴って収束する音波（より正確には、回転対称軸Ｃ上の１点で交差する音波）として出力する機能を有している。図５は、集音器１による音波の集音の様子を示す図である。図５に示すように、反射面１ａとその焦点Ｆとの距離がｆであり、反射面１ａと音源Ｓ０との距離がａであり、集音器１によって集音された音波の収束点Ｐが反射面１ａから距離ｂだけ隔てた位置にある場合、上記ａ、ｂおよびｆ間には、以下の式（１）に示す関係がある。
１／ｂ＋１／ａ＝１／ｆ・・・（１）
【００１９】
式（１）を参照すれば明らかように、探査対象の音源と反射面１ａとの間の距離ａに応じて反射面１ａから収束点Ｐまでの距離ｂは変化する。具体的には、探査対象の音源Ｓ０が反射面１ａから遠くにあるほど、反射面１ａから収束点Ｐまでの距離は短くなり、音源Ｓ０が充分に遠くに位置している（すなわち、ａ＝∞）と、収束点Ｐは焦点Ｆに一致する。集音器１によって集音された音の音圧分布を、反射面１ａに対向する面積が小さい音／光変換器群２によって精度良く可視化するためには、音／光変換器群２を上記収束点近傍に位置させておくことが好ましい。このため、本実施形態では、音／光変換器群２と反射面１ａとの間の距離をねじ軸３ｆの螺回によって調整できるようにしたのである。
以上が本実施形態の音源探査支援装置の構成である。
【００２０】
（Ａ−２：本実施形態の音源探査支援装置の使用方法）
次いで、本実施形態の音源探査支援装置の使用方法について説明する。
図１および図２に示す音源探査支援装置を用いて音源の探査を行う場合、ユーザは、まず、探査対象の音源が存在する空間内に当該音源探査支援装置を設置する。なお、探査対象の音源が存在する空間内に音源探査支援装置を設置する際には、反射面１ａの回転対称軸Ｃが音源探査支援装置から見た音源の方向に一致するように配置することが好ましいが、音源探査を行う前に音源の方向を知ることはできない。このため、トライアンドエラー的に音源探査支援装置の向き（回転対称軸Ｃの方向）を変えつつ音源探査を行うようにすることが考えられる。
【００２１】
次いで、ユーザは、ねじ軸３ｆを操作して反射面１ａに対する音／光変換器群２の位置を定める。例えば、反射面１ａの中心からの距離がａ１乃至ａ２（ａ１＜ａ２）の範囲内に探査対象の音源があると想定される場合には、ユーザは反射面１ａと音／光変換器群２との距離が以下の式（２）に示すｂ１乃至ｂ２（ｂ１＜ｂ２）の範囲に収まるように、ねじ軸３ｆを操作する、といった具合である。以下の式（２）においても、前掲式（１）と同様、ｆは反射面１ａから同反射面１ａの焦点Ｆまでの距離である。
ｂ１＝ａ２×ｆ／（ａ２−ｆ），ｂ２＝ａ１×ｆ／（ａ１−ｆ）・・・（２）
【００２２】
以上のようにして音源探査支援装置の設置、および音／光変換器群２と反射面１ａとの間の距離の調整を終えると、ユーザは制御装置（図示略）を操作し、音／光変換器群２を構成する音／光変換器２０の各々に制御信号ＳＳを与える。一方、探査対象の音源から放射された音波は集音器１の反射面１ａによる反射を経て収束点Ｐにおいて交差するように進行する。当該収束点Ｐの近傍に音／光変換器群２が支持されていると、当該音／光変換器群２を構成する複数の音／光変換器２０の各々は、その配置位置における音圧の瞬時値を制御信号ＳＳの立上がりに同期させてサンプリングし、そのサンプリング結果に応じた輝度で発光部１３０を発光させる。この発光の様子を回転対称軸Ｃ方向に設置した撮像装置を用いて撮像すれば、上記ユーザは、その撮像画像（或いは、当該撮像画像を適宜拡大して得られる画像）に表されている音／光変換器群２における発光輝度の３次元的な空間分布から探査対象の音源の方向および奥行き方向の広がりを把握することができるのである。本実施形態によれば、各音／光変換器２０において計測された音圧の空間分布を表す画像を液晶ディスプレイなどに２次元的に表示させる態様に比較して、直感的に把握し易く、また、３次元→２次元変換等の演算を行う必要もない。なお、音／光変換器群２における各音／光変換器２０の発光の様子を肉眼で把握することができる場合には、上記のような撮像を行う必要はない。
【００２３】
（Ｂ：第２実施形態）
上記第１実施形態では、本発明による音の伝搬状態を可視化する装置を音源探査に利用する場合について説明した。しかし、本発明による音の伝搬状態を可視化する装置の用途は音源探査に限定されるものではなく、音源分離に利用することも可能である。具体的には、図６に示すように４つの音源（音源Ｓ１〜Ｓ４）が配置されている音響空間内に本実施形態の音の伝搬状態を可視化する装置（音源分離装置）を配置し、以下の手順の操作を行うことにより、音源分離を行うことができる。なお、本実施形態の音源分離装置の構成は、音／光変換器群２を構成する各音／光変換器２０のマイクロホンの出力信号を外部に取り出す（例えば、録音装置等に与えるなど）ことが可能である点を除いて上記第１実施形態の音の伝搬状態を可視化する装置（図１および図２に示す音源探査支援装置）の構成と同一であるため、構成についての詳細な説明は省略する。また、以下の説明において、当該音源分離装置の各構成要素を引用する際には、第１実施形態におけるものと同一の符号を用いる。
【００２４】
本実施形態の音源分離装置を用いて、図６に示す４つの音源（音源Ｓ１〜Ｓ４）の各々から放射される音の分離を行おうとするユーザは、まず、図６の音源Ｓ１のみに音を放射させ、この状態で制御信号ＳＳを各音／光変換器２０に与える。すると、各音／光変換器２０は、その配置位置における音圧の瞬時値を制御信号ＳＳの立上がりに同期してサンプリングし、そのサンプリング結果に応じた輝度で発光部１３０を発光させる。ユーザは、この発光の様子を撮像装置を用いて撮像し、その撮像画像（或いは、当該撮像画像を適宜拡大して得られる画像）から発光輝度が所定の閾値を上回っている音／光変換器２０（或いは、最も発光輝度の高い音／光変換器２０）を特定し、このように特定された音／光変換器２０を音源Ｓ１に対応付ける。以下、音源Ｓ２〜Ｓ４の各々についても同様の操作を行って音／光変換器２０の対応付けを行う。例えば、音源Ｓ１のみに音を放射させた場合にインデックス（１，１，１）に配置されている音／光変換器２０の発光輝度が最も高い場合には、当該音／光変換器２０を音源Ｓ１に対応付け、音源Ｓ２のみに音を放射させた場合にインデックス（２，２，２）に配置されている音／光変換器２０の発光輝度が最も高い場合には、当該音／光変換器２０を音源Ｓ１に対応付ける、といった具合である。そして、このような対応付けが完了した後に音源Ｓ１〜Ｓ４の各々に一斉に音を放射させ、各音源に対応付けられた音／光変換器２０毎にマイクロホン１１０の出力信号を外部に取り出して各々別個に記録すれば、音源Ｓ１〜Ｓ４の各々から放射された音の合成音を音源毎に分離して記録する音源分離が実現されるのである。なお、このようにして音源分離された音信号の各々を適宜ミキシングして左右各１チャネルのステレオオーディオ信号、或いは５．１チャネルのオーディオ信号を生成するようにしても良いことは勿論である。また、上記撮像装置として高速度カメラを用い、かつ制御信号ＳＳとして充分に周期の短い矩形波信号を用いるようにすれば、音／光変換器群２における各音／光変換器２０の発光の様子を上記高速度カメラを用いて録画することで、音源Ｓ１〜Ｓ４の各々から放射された音の合成音を音源毎に分離して記録する音源分離が実現される。高速度カメラにより撮像された各音／光変換器２０の発光輝度の時間変化から音圧の時間変化（すなわち、音波形）を再現することができるからである。なお、本実施形態では４つの音源の音源分離を行う場合について説明したが分離対象の音源の数が２または３、或いは５以上であっても良いことは勿論である。
【００２５】
（Ｃ：変形）
以上本発明の各実施形態について説明したが、これら実施形態を以下のように変形しても勿論良い。
（１）上述した各実施形態では、１つの音源探査支援装置（音源分離装置）を用いて音源探査（音源分離）を行う場合について説明したが、複数の音源探査支援装置（音源分離装置）を用いて音源探査（音源分離）を行っても勿論良い。具体的には、探査対象の音源（または音源分離の対象となる複数の音源）がある空間内の互いに異なる位置に複数の音源探査支援装置（音源分離装置）を配置し、それら音源探査支援装置（音源分離装置）の各々に対して上記各実施形態におけるものと同一手順の操作を行って音源探査（音源分離）を行えば良い。
【００２６】
（２）上述した実施形態では集音器１としてパラボラ反射器を用いたが、パラボラ反射器に換えて音響凸レンズやホーンを用いても良い。要は、入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する機能を有するものであれば、集音器１として用いることができる。なお、集音器として音響凸レンズを用いる場合には、図７（ａ）に示すように、音源と集音器とを結ぶ軸線Ｃ上において、音源とは反対側に音／光変換器群を配置すれば良い。集音器として音響凸レンズを用いる場合においても、集音器と音源との間の距離ａ、集音器から音の収束点（当該収束点は、集音器１から見て音源とは反対側に生じる）までの距離ｂ、および集音器からその焦点までの距離ｆの間には前掲式（１）に示す関係が成り立つ。したがって、集音器の中心からの距離がａ１乃至ａ２（ａ１＜ａ２）の範囲内に探査対象の音源があると想定される場合には、集音器１の中心と音／光変換器群２との距離が前掲式（２）に示すｂ１乃至ｂ２（ｂ１＜ｂ２）の範囲に収まるように音／光変換器群を集音器から見て音源とは反対側に配置すれば良い。
【００２７】
また、図７（ａ）では、１つの音響凸レンズを用いて集音器を構成したが、図７（ｂ）に示すように複数の音響凸レンズを同軸上に並べて集音器を構成しても良く、また、図７（ｃ）に示すように、音響凸レンズとパラボラ反射器とを同軸上に並べて集音器を構成しても良い。このように、複数の音響凸レンズを組み合わせて構成された集音器、或いは音響凸レンズとパラボラ反射器を組み合わせて構成された集音器によっても、入射音を進行に伴って収束する音波にして出力することができるからである。
【００２８】
（３）上述した実施形態では、複数の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列して音／光変換器群２を構成した。しかし、例えば、４個の音／光変換器２０により音／光変換器群２を構成する場合には各音／光変換器２０を頂点として正四面体を為すようにそれら４個の音／光変換器２０を配置しても良い。また、球体或いは球面を形成するように複数の音／光変換器２０を配列して音／光変換器群２を構成しても良い。ただし、球体或いは球面を形成するように複数の音／光変換器２０を配列して音／光変換器群２を構成する場合であっても、所定方向の視座から観たときに各音／光変換器２０が互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列することが好ましいことは言うまでもない。
【００２９】
また、透明な素材を扁平な立方体状に形成した筐体の１つの面（図８（ａ）に示す例では、２つの正方形状の面のうちの１つ）の中心にマイクロホン１１０を配置し、当該面の４隅のうちの１つと当該中心とを結ぶ線分（図８（ａ）では、点線で当該線分を明示）上に発光部１３０を配置して音／光変換器２０を構成し、図８（ｂ）に示すように、マイクロホン１１０から見た発光部１３０の配置位置が互いに異なるように４個の音／光変換器２０を積層して音／光変換器群２を構成しても良い。また、図８（ｃ）に示すように、透明な素材を扁平な立方体状に形成した筐体の１つの面（図８（ａ）に示す例では、２つの正方形状の面のうちの１つ）の中心と当該面の外周を成す４辺のうちの１つの辺の中点とを結ぶ線分（図８（ａ）と同様に点線で当該線分を明示）上に発光部１３０を配置して音／光変換器２０を構成しても良く、図８（ａ）に示す態様の音／光変換器２０と図８（ｃ）に示す態様の音／光変換器２０とを組み合わせて音／光変換器群２を構成しても良い。例えば、図８（ａ）に示す態様の音／光変換器２０と図８（ｃ）に示す態様の音／光変換器２０とを組み合わせて音／光変換器群２を構成する場合には、音／光変換器２０の中心を通る軸線方向から見たときに、各音／光変換器２０の発光部１３０が互いに重なり合わないような態様で８層まで音／光変換器２０を積層することができる。また、図８（ａ）或いは図８（ｃ）に示す態様で音／光変換器２０を提供する場合には、マイクロホン１１０と発光部１３０との間の距離が互いに異なる複数種類の音／光変換器２０を提供するようにしても良い。このような態様によっても、音／光変換器２０を積層して音／光変換器群２を構成する際に、各音／光変換器２０の発光部１３０が互いに重なり合わないように積層することが可能な層数を増加させることができる。
【００３０】
さらに、図８（ｄ）に示すように、透明な素材を扁平な立方体状に形成した筐体の１つの正方形状の面に、当該正方形の一辺と同じ長さ（或いは、やや短い長さ）の直径を有する円盤状部材を各々の中心を一致させつつ回転自在に装着し、当該円盤状部材の中心にマイクロホン１１０を設置し、当該円盤状部材の中心以外の位置に発光部１３０を配置して音／光変換器２０を構成しても良い。図８（ｄ）に示す態様の音／光変換器２０では、配置位置を円盤状部材を回転させることによって、上記正方形の各辺（または、各角）に対する発光部１３０の相対的な配置位置を任意に調整することができるため、任意の層数の音／光変換器２０を積層して音／光変換器群２を構成することが可能になる。
【００３１】
（４）上述した実施形態では、音／光変換器群２を構成する全ての音／光変換器２０の発光の様子を漏れなく観測することできるようするために、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列した。しかし、所定方向の視座から見たときに互いに重なり合わないように各音／光変換器２０を配列することに加えて、集音器１の中心からの距離または当該距離の回転対称軸Ｃへの射影（すなわち、集音器１から出力される音波の進行方向への射影）の長さが同一または近似するもの同士で各音／光変換器２０をグループ分けしておき、グループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせるようにしても良い。
【００３２】
例えば、前述した第１および第２実施形態におけるもののように８個の音／光変換器２０を３次元マトリクス状に配列して音／光変換器群２が構成されており、かつ、集音器１の中心からの距離の回転対称軸Ｃへの射影の長さが同一または近似するもの同士で各音／光変換器２０をグループ分けする場合には、正面側に配列される音／光変換器２０と同裏面側に配列される音／光変換器２０とで発光色を異ならせる（前者については発光部１３０として赤色ＬＥＤを用い、後者については青色ＬＥＤを用いる等）、または、後者の音／光変換器２０に比較して前者の音／光変換器２０の発光タイミングを一定時間分だけ遅らせる、といった具合である。このような態様によれば、図７（ｄ）に示すように、音／光変換器群２の正面側に配列される音／光変換器２０と同裏面側に配列される音／光変換器２０とが部分的に重なりあっている場合であっても、音／光変換器群２を構成する全ての音／光変換器２０の発光の様子を漏れなく観測することができると期待される。なお、音／光変換器群２を構成する複数の音／光変換器２０を、所定方向の視座から見た場合に互いに重なり合わないものが同一グループに属するようにグループ分けしておき、かつグループ毎に発光色または発光タイミングを異ならせるようにすることのみで音／光変換器群２を構成する全ての音／光変換器２０の発光の様子を漏れなく観測することができる場合には、必ずしも各音／光変換器２０を互いに重なり合わないように配列する必要はない。
【００３３】
（５）上述した実施形態では、外部から与えられる制御信号ＳＳの立上がりに同期させて各音／光変換器２０のサンプルホールド回路１２２にマイクロホン１１０の出力信号のサンプリングを実行させたが、同信号ＳＳの立下りに同期させて同サンプリングを実行させても良い。また、音／光変換器群２を構成する複数の音／光変換器２０の何れかのマイクロホン１１０の出力信号が所定の閾値を上回ったことを契機として各音／光変換器２０に制御信号ＳＳを与える制御信号出力手段を音／光変換器群２に組み込んでも勿論良い。また、外部から与えられる制御信号に同期させてマイクロホン１１０の出力信号をサンプリングするのではなく、音／光変換器２０の内部にて自動的にサンプリングを実行するようにしても勿論良い。
【００３４】
（６）上述した実施形態では、集音器１と、この集音器１から出力される音の経路上に支持される音／光変換器群２との間の距離をねじ軸３ｆの螺回によって調整可能とし、音／光変換器群２が集音器１から出力される音波の収束点近傍に支持されるようにした。しかし、集音器１からの距離が変化しないように固定的に音／光変換器群２を集音器１から出力される音の経路上に支持するようにしても勿論良い。
【００３５】
（７）上述した第１および第２実施形態では、サンプルホールド回路１２２から出力される電圧値を電圧電流変換回路１２４によってその電圧値に比例した電流値の電流に変換して発光部１３０に与えた。これにより、マイクロホン１１０により収音される音の音圧と発光部１３０の発光輝度の線形性が担保されるのであるが、このような線形性を必要としない場合には、電圧電流変換回路１２４を省略しても勿論良い。また、電圧電流変換回路１２４に換えてＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路を用いるとより好ましい。なお、ＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路としては周知の構成のものを用いることが考えられる。また、電圧電流変換回路１２４に換えてＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路を用いる態様においては、ＰＷＭ変調回路やＰＤＭ変調回路の前段にＡ／Ｄ変換器を設けておくことが好ましい。また、上述した実施形態では、サンプルホールド回路１２２を用いてマイクロホン１１０の出力信号の瞬時値をサンプルホールドしたが、サンプルホールド回路１２２を省略し、制御信号ＳＳに同期させてマイクロホン１１０の出力信号の瞬時値を取得し、その瞬時値に応じた輝度で発光部１３０を発光させても良く、また、マイクロホン１１０の出力信号を電圧電流変換回路１２４に常に印加するようにしても良い。また、マイクロホン１１０の出力信号の信号強度が所定の閾値を上回ったことを契機として、マイクロホン１１０の出力信号を電圧電流変換回路１２４に印加して発光部１３０を発光させるようにしても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１…集音器、２…音／光変換器群、３…支持手段、２０…音／光変換器、１１０…マイクロホン、１２０…発光制御部、１２２…サンプルホールド回路、１２４…電圧電流変換回路、１３０…発光部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する集音器と、
（Ｂ）マイクロホンと、発光部と、前記マイクロホンの出力信号の瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部とを各々が有する複数の音／光変換器を３次元的に配列してなる音／光変換器群と、
（Ｃ）前記音／光変換器群を前記集音器の出力する音波の経路上に支持する支持手段と、
を備え、
（Ｄ）前記支持手段によって支持されている前記音／光変換器群を所定の視座から見た場合に、前記複数の音／光変換器の各々が互いに重なり合わないように配列されている
ことを特徴とする音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項２】
前記支持手段は、前記集音器からの距離を調整可能なように前記音／光変換器群を支持することを特徴とする請求項１に記載の音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項３】
前記複数の音／光変換器の各々は、前記集音器からの距離または当該距離の前記集音器から出力される音の経路への射影の長さが同一または近似するもの同士でグループ分けされており、グループ毎に発光色または発光タイミングが異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項４】
前記複数の音／光変換器の各々は、前記マイクロホンの出力信号を外部へ送出可能なように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の請求項に記載の音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項５】
（Ａ）入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する集音器と、
（Ｂ）マイクロホンと、発光部と、前記マイクロホンの出力信号の瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部とを各々が有する複数の音／光変換器を３次元的に配列してなる音／光変換器群と、
（Ｃ）前記音／光変換器群を前記集音器の出力する音波の経路上に支持する支持手段と、
を備え、
（Ｄ）前記音／光変換器群に含まれる複数の音／光変換器は、前記支持手段によって支持されている前記音／光変換器群を所定の視座から見た場合に互いに重なり合わないものが同一グループに属するように予めグループ分けされており、グループ毎に発光色または発光タイミングが異なっている
ことを特徴とする音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項１】
（Ａ）入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する集音器と、
（Ｂ）マイクロホンと、発光部と、前記マイクロホンの出力信号の瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部とを各々が有する複数の音／光変換器を３次元的に配列してなる音／光変換器群と、
（Ｃ）前記音／光変換器群を前記集音器の出力する音波の経路上に支持する支持手段と、
を備え、
（Ｄ）前記支持手段によって支持されている前記音／光変換器群を所定の視座から見た場合に、前記複数の音／光変換器の各々が互いに重なり合わないように配列されている
ことを特徴とする音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項２】
前記支持手段は、前記集音器からの距離を調整可能なように前記音／光変換器群を支持することを特徴とする請求項１に記載の音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項３】
前記複数の音／光変換器の各々は、前記集音器からの距離または当該距離の前記集音器から出力される音の経路への射影の長さが同一または近似するもの同士でグループ分けされており、グループ毎に発光色または発光タイミングが異なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項４】
前記複数の音／光変換器の各々は、前記マイクロホンの出力信号を外部へ送出可能なように構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１の請求項に記載の音の伝搬状態を可視化する装置。
【請求項５】
（Ａ）入射音を進行に伴って収束する音波にして出力する集音器と、
（Ｂ）マイクロホンと、発光部と、前記マイクロホンの出力信号の瞬時値に応じた輝度で前記発光部を発光させる発光制御部とを各々が有する複数の音／光変換器を３次元的に配列してなる音／光変換器群と、
（Ｃ）前記音／光変換器群を前記集音器の出力する音波の経路上に支持する支持手段と、
を備え、
（Ｄ）前記音／光変換器群に含まれる複数の音／光変換器は、前記支持手段によって支持されている前記音／光変換器群を所定の視座から見た場合に互いに重なり合わないものが同一グループに属するように予めグループ分けされており、グループ毎に発光色または発光タイミングが異なっている
ことを特徴とする音の伝搬状態を可視化する装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９４９４１（Ｐ２０１２−９４９４１Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３８０３０（Ｐ２０１０−２３８０３０）
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２２日（２０１０．１０．２２）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【Ｆターム（参考）】
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