JP7063714B2 - Position estimation device, air conditioning system, position estimation method and program - Google Patents
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Description
本発明は、位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a position estimation device, an air conditioning system, a position estimation method and a program.
オフィス等の空間を空調する場合、その空間の室温等が均一になるように制御することが多い。これに対し、例えば、ユーザが存在するエリアを対象として室温等の空調制御を行う方法が提供されている。このような制御を行う場合、空調システムは、ユーザが存在する位置を正確に推定する必要がある。例えば、天井の4か所に音を検出するマイクを取り付け、ユーザが所持するスマートフォン等から音を出力し、その音の到達時間差に基づいて、TDOA(Time Difference of Arrival)などの方法を用いてユーザが存在する位置を推定する方法が考えられる。 When air-conditioning a space such as an office, it is often controlled so that the room temperature of the space becomes uniform. On the other hand, for example, there is provided a method of controlling air conditioning such as room temperature in an area where a user exists. When performing such control, the air conditioning system needs to accurately estimate the position where the user is present. For example, microphones that detect sound are attached to four locations on the ceiling, sound is output from a smartphone or the like owned by the user, and based on the arrival time difference of the sound, a method such as TDOA (Time Difference of Arrival) is used. A method of estimating the position where the user exists can be considered.
なお、特許文献1には、複数の利用者が存在する空間において、利用者が保持する環境設定端末の電波強度やTDOA測定に基づいて各個人の位置を特定し、各々の空調要求を可能な限り満たすような制御を行う空調制御装置が開示されている。
In
しかし、ユーザがスマートフォン等を利用して発する音の波形は、その振幅が徐々に大きくなる性質を有する。その為、センサ側では、振幅がどの大きさになると音を検出したと判定するかによって音の到着時刻に差が出る。TDOA等の方法では、複数の位置における音の到達時間差に基づいて位置推定を行うが、音の到着時刻を正確に検出できないと、位置推定の精度が低下する可能性がある。 However, the waveform of the sound emitted by the user using a smartphone or the like has a property that the amplitude gradually increases. Therefore, on the sensor side, the arrival time of the sound differs depending on the magnitude of the amplitude at which the sound is determined to be detected. In a method such as TDOA, position estimation is performed based on the difference in arrival time of sounds at a plurality of positions, but if the arrival time of sounds cannot be accurately detected, the accuracy of position estimation may decrease.
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる位置推定装置、空調システム、位置推定方法及びプログラムを提供することを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a position estimation device, an air conditioning system, a position estimation method and a program capable of solving the above-mentioned problems.
本発明の一態様によれば、位置推定装置は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、を備え、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。
According to one aspect of the present invention, the position estimation device acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time of the sound based on the waveform signal, and is based on the detection end time. The output position of the sound is estimated based on the time difference between the arrival time estimation unit that estimates the arrival time of the sound to the sensor and the arrival time of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit. The arrival time estimation unit estimates the detection end time based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and the
本発明の一態様によれば、位置推定装置は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、を備え、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation device acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection start time and the detection end time of the sound based on the waveform signal, and the detection start time. And based on the time difference between the arrival time estimation unit that estimates the arrival time of the sound to the sensor based on the detection end time and the arrival time of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit. The sound output position is provided with a position estimation unit, and the arrival time estimation unit estimates the detection start time and the detection end time based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time. Then, the time and the time retroactive from the detection end time by the time obtained by multiplying the time of one cycle of the sound and the number of output cycles indicating how many cycles of waves are included in the output sound and the above. The arrival time of the sound is estimated by a weighted average with the detection start time.
本発明の一態様によれば、位置推定装置は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、を備え、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation device acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time of the sound based on the waveform signal, and based on the detection end time, A position for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival time estimation unit that estimates the arrival time of the sound to the sensor and the arrival time of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit. The arrival time estimation unit includes an estimation unit, and the arrival time estimation unit estimates the last time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold value as the detection end time, and from the detection end time, 1 of the sound. The time retroactive by the time obtained by multiplying the time of the cycle and the number of output cycles indicating how many cycles of waves are included in the output sound is estimated as the arrival time of the sound.
本発明の一態様によれば、位置推定装置は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する到達時刻推定部と、前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、を備え、前記到達時刻推定部は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation device acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection start time and the detection end time of the sound based on the waveform signal, and the detection start time. And based on the time difference between the arrival time estimation unit that estimates the arrival time of the sound to the sensor based on the detection end time and the arrival time of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit. The arrival time estimation unit includes a position estimation unit that estimates the output position of the sound, and the arrival time estimation unit sets a time when the number of times the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold number exceeds a predetermined number of times. The last time when the amplitude exceeds the threshold value is estimated as the detection end time, and the detection end time is multiplied by the sound cycle and the number of output sound cycles. The arrival time of the sound is estimated from the weighted average of the time retroactive by the time and the detection start time.
本発明の一態様によれば前記位置推定装置は、前記音の到達時刻の推定、または、前記音の出力位置の推定に失敗すると、エラー信号を出力する通信部、をさらに備える。 According to one aspect of the present invention, the position estimation device further includes a communication unit that outputs an error signal when the estimation of the arrival time of the sound or the estimation of the output position of the sound fails.
本発明の一態様によれば前記位置推定装置は、音を検出する複数のセンサと、前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、前記フィルタが出力する前記音の波形信号をデジタル信号に変換するコンバータと、をさらに備える。 According to one aspect of the present invention, the position estimation device includes a plurality of sensors for detecting sound, a filter for extracting a waveform signal having a frequency in a predetermined range from the waveform signals of the sound detected by the sensor, and the above-mentioned. Further, a converter for converting the waveform signal of the sound output by the filter into a digital signal is provided.
本発明の一態様によれば前記位置推定装置は、音を検出する複数のセンサと、前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、前記フィルタが出力する前記音の波形信号の振幅が所定の閾値より大きいか否かを出力するコンパレータと、をさらに備える。 According to one aspect of the present invention, the position estimation device includes a plurality of sensors for detecting sound, a filter for extracting a waveform signal having a frequency in a predetermined range from the waveform signals of the sound detected by the sensors, and the above-mentioned. Further provided is a comparator that outputs whether or not the amplitude of the waveform signal of the sound output by the filter is larger than a predetermined threshold value.
本発明の一態様によれば、空調システムは、上記の何れかに記載の位置推定装置を備え、前記位置推定装置が推定した前記音の出力位置を対象として空調を行う。 According to one aspect of the present invention, the air conditioning system includes the position estimation device according to any one of the above, and air-conditions the sound output position estimated by the position estimation device.
本発明の一態様によれば、位置推定方法は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定するステップと、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、を有し、前記音の到達時刻を推定するステップでは、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation method acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time of the sound based on the waveform signal, and based on the detection end time, A step of estimating the arrival time of the sound, and a step of estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors. Then, the detection end time is estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and the sound cycle is multiplied by the number of output sound cycles from the detection end time. The time retroactive by the time obtained is estimated as the arrival time of the sound.
本発明の一態様によれば、位置推定方法は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定するステップと、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、を有し、前記音の到達時刻を推定するステップでは、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation method acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection start time and the detection end time of the sound based on the waveform signal, and the detection start time. And a step of estimating the arrival time of the sound to the sensor based on the detection end time, and a step of estimating the output position of the sound based on the time difference of the arrival time of the sound in the plurality of the sensors. In the step of estimating the arrival time of the sound, the detection start time and the detection end time are estimated based on the approximate curve showing the temporal change of the amplitude of the waveform signal, and from the detection end time, By a weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the time of one cycle of the sound and the number of output cycles indicating how many cycles of the output wave are included, and the detection start time. Estimate the arrival time of the sound.
本発明の一態様によれば、位置推定方法は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定するステップと、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、を有し、前記音の到達時刻を推定するステップでは、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation method acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time of the sound based on the waveform signal, and based on the detection end time, A step of estimating the arrival time of the sound, and a step of estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors. Then, the last time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold is estimated as the detection end time, and from the detection end time, the time of one cycle of the sound and what is output to the sound. The time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating whether or not the wave for the cycle is included is estimated as the arrival time of the sound.
本発明の一態様によれば、位置推定方法は、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定するステップと、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、を有し、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。 According to one aspect of the present invention, the position estimation method acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection start time and the detection end time of the sound based on the waveform signal, and the detection start time. And a step of estimating the arrival time of the sound to the sensor based on the detection end time, and a step of estimating the output position of the sound based on the time difference of the arrival time of the sound in the plurality of the sensors. The time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold is estimated as the detection start time, and the last time when the amplitude exceeds the threshold is the detection end time. The arrival of the sound by a weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the sound cycle and the number of output sound cycles from the detection end time and the detection start time. Estimate the time.
本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータを、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定する手段、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、として機能させ、前記音の到達時刻を推定する手段は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。
本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータを、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する手段、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、として機能させ、前記音の到達時刻を推定する手段は、前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。
本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータを、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定する手段、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、として機能させ、前記音の到達時刻を推定する手段は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する。
本発明の一態様によれば、プログラムは、コンピュータを、センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する手段、複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、として機能させ、前記音の到達時刻を推定する手段は、前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する。
According to one aspect of the present invention, the program acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time of the sound based on the waveform signal, and sets the detection end time to the detection end time. Based on this, it functions as a means for estimating the arrival time of the sound and a means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors, and estimates the arrival time of the sound. The means estimates the detection end time based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and from the detection end time, the sound cycle and the number of output sound cycles are calculated. The time retroactive by the time obtained by multiplying is estimated as the arrival time of the sound.
According to one aspect of the present invention, the program acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection start time and the detection end time of the sound based on the waveform signal, and starts the detection. As a means for estimating the arrival time of the sound to the sensor based on the time and the detection end time, and as a means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of the sensors. The means for functioning and estimating the arrival time of the sound estimates the detection start time and the detection end time based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and from the detection end time, the said The weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the time of one cycle of the sound and the number of output cycles indicating how many cycles of the output wave are included and the detection start time. Estimate the arrival time of the sound.
According to one aspect of the present invention, the program acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time based on the waveform signal, and the sound is based on the detection end time. The means for estimating the arrival time of the sound, which functions as a means for estimating the arrival time of the sound and a means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors, is the waveform. The last time when the magnitude of the signal amplitude exceeds a predetermined threshold is estimated as the detection end time, and from the detection end time, the time of one cycle of the sound and the wave of several cycles to the output sound. The time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating whether or not is included is estimated as the arrival time of the sound.
According to one aspect of the present invention, the program acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection start time and the detection end time of the sound based on the waveform signal, and starts the detection. As a means for estimating the arrival time of the sound to the sensor based on the time and the detection end time, and as a means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of the sensors. The means for functioning and estimating the arrival time of the sound estimates the time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold number of times exceeds a predetermined number of times as the detection start time, and the amplitude is the threshold value. The last time exceeding the above is estimated as the detection end time, and the time and the detection start are advanced by the time obtained by multiplying the sound cycle and the number of output sound cycles from the detection end time. The arrival time of the sound is estimated by a weighted average with the time.
本発明によれば、正確に音源の位置を推定することができる。 According to the present invention, the position of the sound source can be estimated accurately.
<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態による空調システムを図1~図8を参照して説明する。
図1は、本発明の第一実施形態における空調システムの一例を示す図である。
図示するように空調システムは、空調機10と、端末装置40と、マイクM1~M4とを含む。空調機10は、制御装置20を備える。制御装置20は、空調機10の運転を制御する。制御装置20は、空間wの一部のエリアを対象として、空調を行うよう空調機10を制御する機能を有している。制御装置20は、位置推定装置30を備える。位置推定装置30は、端末装置40が発した音sに基づいて、音sが発された位置を推定する。制御装置20は、例えば、位置推定装置30が推定した位置を対象として空調制御を行う。
<First Embodiment>
Hereinafter, the air conditioning system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
FIG. 1 is a diagram showing an example of an air conditioning system according to the first embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the air conditioning system includes an
端末装置40は、ユーザの位置を空調機10へ知らせる目的で所定の周波数の音s(超音波)を出力する。端末装置40は、例えば、スマートフォン等の情報処理装置である。端末装置40が出力する音sの周波数には、もともと存在する様々な騒音と混在しないように、騒音レベルが低い周波数が選択される。例えば、10kHz以下の音は、可聴音やエアコン動作に伴う風切り音などで用いられる。また、一般的なスマートフォンが出力できる周波数の上限は20kHz程度である。従って、音sの周波数は、10~20kHzの範囲から選択することが望ましい。さらに、音sの周波数は、空調機10が備えるインバータのスイッチングの周波数(例えば17kHz付近)を避けて設定されることが好ましい。また、可聴域は人が不快に感じる可能性があるため、音sの周波数は、可聴域(10~20kHzの範囲であれば、周波数が低い程、聞こえやすい)を避けて設定してもよい。また、上限にあたる20kHz付近の出力には限界があり、高周波になるほど振幅が減衰しやすくなるため、例えば、20kHz付近は避けて設定することが好ましい。これらの諸条件を考慮して、音sの周波数は、例えば、15kHz付近に設定される。
端末装置40と位置推定装置30とは、無線LAN、Bluetooth(登録商標)、超音波通信などの通信手段によって通信可能に構成されている。
マイクM1~M4は、端末装置40が発した音sを検出するセンサである。
The
The
The microphones M1 to M4 are sensors that detect the sound s emitted by the
位置推定装置30は、端末装置40が発した音sをマイクM1~M4の各々が検出した時刻の差に基づいて、その音源(端末装置40)の位置を推定する。制御装置20は、位置推定装置30が推定した位置を対象として空調制御を行う。
The
次に位置推定装置30の機能について説明する。位置推定装置30は、アンプ31と、フィルタ32と、A/Dコンバータ33と、マイコン34と、を備える。
アンプ31は、マイクM1~M4が音sを検出して電気信号に変換したアナログの音信号をマイクM1~M4別に取得し、それぞれの振幅を増幅する。アンプ31は、増幅後のアナログ音信号(マイクM1~M4ごとのアナログ音信号)をフィルタ32へ出力する。
フィルタ32は、アンプ31から取得したアナログ音信号の不要な高周波成分及び低周波成分を減衰させて、予め定められた周波数帯のアナログ音信号をA/Dコンバータ33へ出力する。フィルタ32は、端末装置40が出力する音sの周波数(例えば、15kHz付近)を通すように構成されている。
A/Dコンバータ33は、フィルタ32から取得したアナログ音信号をデジタル音信号へ変換する。A/Dコンバータ33は、変換後のデジタル音信号を、マイコン34へ出力する。
Next, the function of the
The
The
The A /
マイコン34は、CPU(central processing unit)を備えたコンピュータである。マイコン34は、到達時刻推定部35と、位置推定部36と、通信部37とを備えている。
到達時刻推定部35は、マイクM1~M4のそれぞれが音sを検出した時刻(到達時刻)を推定する。
位置推定部36は、マイクM1~M4のうちの1つのマイク(例えばマイクM1)を基準として、基準となるマイクM1が音sを検出した時刻と、他の3つのマイクM2~M4が音sを検出した時刻との差、つまり、音sがマイクM1に到達する時刻と、マイクM2~M4に到達する時刻との時間差(到達時間差)を算出する。位置推定部36は、算出した到達時間差に基づいて、音sが発された位置(ユーザが存在する位置)を推定する。
通信部37は、端末装置40と通信を行い、到達時刻推定処理や位置推定処理の成功または失敗の結果を送信する。
The
The arrival
The
The
次に図2を用いて本実施形態における位置推定方法の一例について説明する。
図2は、本発明の第一実施形態におけるマイクの配置例を示す図である。
図2にマイクM1~M4の配置例を示す。マイクM1~M4は、空間wの天井に、例えばマイクM1~M4の各々が、空調機10の吹き出し口の中心を重心とする正方形の頂点をなすように配置される。
位置推定部36は、マイクM1~M4が音sを検出した時刻の差(到達時間差)に基づいて端末装置40の位置を推定する。位置の推定には、TDOA(Time Difference Of Arrival)等の公知の手法を用いることにより推定することができる。例えば、マイクM1~M4の座標をそれぞれ(A1、B1、C1)、(A2、B2、C2)、(A3、B3、C3)、(A4、B4、C4)とし、端末装置40の位置の座標を(x、y、z)とし、マイクM1への音sの到達時刻とマイクM1~M4への音sの到達時刻の差をそれぞれt1、t2、t3、t4とし、端末装置40とマイクM1の距離をd、音速をcとすると、以下の連立方程式が得られる。
(x-A1)2+(y-B1)2+(z-C1)2-(d+c・t1)2=0
(x-A2)2+(y-B2)2+(z-C2)2-(d+c・t2)2=0
(x-A3)2+(y-B3)2+(z-C3)2-(d+c・t3)2=0
(x-A4)2+(y-B4)2+(z-C4)2-(d+c・t4)2=0
TDOAによれば、端末装置40の位置は、ニュートン-ラプソン法等の近似計算を用いて、上記の方程式を解くことにより算出することができる。このように、音源位置を推定するためには、各マイク間の到達時間差を正確に算出しなければならない。その為には、マイクM1~M4への正確な到達時刻が検出できなければならない。ここで、スマートフォン等の端末装置40が出力する音sの性質について説明する。
Next, an example of the position estimation method in the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing an example of arrangement of microphones in the first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an example of arrangement of microphones M1 to M4. The microphones M1 to M4 are arranged on the ceiling of the space w so that, for example, each of the microphones M1 to M4 forms the apex of a square having the center of the outlet of the
The
(X-A1) 2 + (y-B1) 2 + (z-C1) 2- (d + c · t1) 2 = 0
(X-A2) 2 + (y-B2) 2 + (z-C2) 2- (d + c · t2) 2 = 0
(X-A3) 2 + (y-B3) 2 + (z-C3) 2- (d + c · t3) 2 = 0
(X-A4) 2 + (y-B4) 2 + (z-C4) 2- (d + c · t4) 2 = 0
According to the TDOA, the position of the
図3は、本発明の第一実施形態における音信号を説明する図である。
図3(a)に、端末装置40が発するアナログ音信号の一例を示す。スマートフォン等が出力するアナログ音信号の音圧の振幅は、図3(a)に示すようにばらつきがある。従って、音sの到達を検出するためには、音圧に閾値を設け、この閾値を所定の回数上回ると、その時刻を音sの到達時刻と決定する方法が考えられる。
図3(b)は、マイクM1等で検出する音sの音圧の大きさ(振幅)の経時的変化を示している。図3(b)は、スマートフォン等が出力する音sは、出力開始から音圧の振幅が徐々に増大し、その波形の形状がラッパ状となることを示している。波形がこのように変化する場合、音sの到達を判定するための音圧の閾値をどのように設けるかによって到達時刻が変化することになり、音sの検出の判定が不明瞭になる。また、スマートフォンの機種や音sの周波数などによって音圧の立ち上がり方(傾き)や音圧のピーク(振幅のピーク)が異なるため、一つの閾値によって音sの到達判定を行うことができなくなる。そこで、本実施形態では、音sの波形の立ち上がり形状がラッパ状となることを利用して、音sの到達時刻を推定する。次に図4を用いて、本実施形態の到達時刻の推定方法を説明する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a sound signal according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3A shows an example of an analog sound signal emitted by the
FIG. 3B shows a change over time in the magnitude (amplitude) of the sound pressure of the sound s detected by the microphone M1 or the like. FIG. 3B shows that the sound s output by a smartphone or the like gradually increases in the amplitude of the sound pressure from the start of the output, and the shape of the waveform becomes a trumpet shape. When the waveform changes in this way, the arrival time changes depending on how the threshold value of the sound pressure for determining the arrival of the sound s is provided, and the determination of the detection of the sound s becomes unclear. Further, since the rising method (inclination) of the sound pressure and the peak of the sound pressure (peak of the amplitude) differ depending on the model of the smartphone and the frequency of the sound s, it becomes impossible to determine the arrival of the sound s by one threshold value. Therefore, in the present embodiment, the arrival time of the sound s is estimated by utilizing the fact that the rising shape of the waveform of the sound s is a trumpet shape. Next, a method of estimating the arrival time of the present embodiment will be described with reference to FIG.
(立ち上がりでの推定)
図4は、本発明の第一実施形態における音の到達時刻の推定方法を説明する図である。
まず、到達時刻推定部35は、音sの波形信号の振幅の経時的変化に対して近似曲線を算出する。次に近似曲線を外挿して波形信号との交点を算出する。図4の破線グラフL1は、音sの波形信号における音圧の時系列のピーク位置を結ぶ近似曲線を時間を遡る方向に外挿した曲線の例である。このようにして求めた交点(時刻t1)を音sの検出開始時刻とする。到達時刻推定部35は、時刻T1を音sの到達時刻として推定してもよいし、時刻T1から所定の時間Δtだけ後の時刻T2を音sの到達時刻として推定してもよい。近似曲線は、例えば、アークタンジェント関数、シグモイド関数を基準にフィッティングを行って算出してもよい。あるいは、計算負荷を小さくするためには、1次関数や2次関数によって近似してもよい。
(Estimation at rising edge)
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of estimating the arrival time of sound in the first embodiment of the present invention.
First, the arrival
(立ち下がりでの推定)
または、音sの検出終了時刻に着目して、音sの到達時刻として推定してもよい。この場合、予め端末装置40が出力する音sの周波数f0と、1回の出力あたりにN周期分だけ音sを出力することを定めておく。そして、音sの検出終了時刻の手前の時間帯について、上記と同様にして、音sの波形信号の振幅の経時的変化に対して近似曲線を算出する。次に近似曲線を時間が経過する方向に外挿して波形信号との交点を算出する。図4の破線グラフL2は、音sの音圧の時系列のピーク位置を結ぶ近似曲線を外挿した曲線である。このようにして求めた交点(時刻T3)を音sの検出終了時刻とする。なお、音sの検出終了時刻付近の波形信号に対する近似曲線の傾きは、おおよそ、音sの検出開始時刻付近の波形信号に対する近似曲線とY軸対称となることが分かっている。その為、音sの立ち上がりに対する近似曲線(破線グラフL1)を算出して、この近似曲線を利用して、音sの検出終了時刻付近の波形信号に対する近似曲線(破線グラフL2)を算出しても良い。あるいは、音sの検出終了時刻付近の波形信号に対してフィッティングを行って近似曲線(破線グラフL2)を算出しても良い。
到達時刻推定部35は、時刻T2を算出すると、1周期の時間(1/f0)に予め定められた出力周期回数のNを乗じて音sの出力開始から終了までの時間TLを算出する。次に到達時刻推定部35は、時刻T3から時間TLだけ遡った時刻T4を音sの到達時刻として推定する。
(Estimation at the fall)
Alternatively, the arrival time of the sound s may be estimated by paying attention to the detection end time of the sound s. In this case, it is determined in advance that the frequency f0 of the sound s output by the
When the arrival
(立ちあがりと立ち下がりでの推定)
あるいは、上記のようにして求めた時刻T1または時刻T2と、時刻T4の重み付け平均によって、音sの到達時刻として推定してもよい。音sの到達時刻は、例えば、以下の式によって算出することができる。
音sの到達時刻 = α×時刻T1 + (1-α)×時刻T4
以上、音sのアナログ音信号の波形を例にして、波形信号に対する近似曲線の算出と、近似曲線に基づく音sの到達時刻の推定について説明した。図1に示す構成では、到達時刻推定部35は、A/Dコンバータ33が出力した音sのデジタル音信号に対して、音sの到達開始時からの立ち上がりや音sの到達終了時における立ち下がりの形状(傾き)を示す近似曲線を算出して、音sの到達時刻を推定する。その推定方法は、図4のアナログ音信号の例を用いて説明した処理内容と同様である。
(Estimation at rising and falling)
Alternatively, it may be estimated as the arrival time of the sound s by the weighted average of the time T1 or the time T2 obtained as described above and the time T4. The arrival time of the sound s can be calculated by, for example, the following formula.
Arrival time of sound s = α × time T1 + (1-α) × time T4
In the above, the calculation of the approximate curve for the waveform signal and the estimation of the arrival time of the sound s based on the approximate curve have been described by taking the waveform of the analog sound signal of the sound s as an example. In the configuration shown in FIG. 1, the arrival
図5は、本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第1のフローチャートである。
図5を用いて、音sの立ち上がり時の波形信号を用いた位置推定処理の流れについて説明する。前提として、位置推定部36は、マイクM1~M4の位置情報を記憶しているとする。また、端末装置40が出力する音sの周波数f0は定められていて、フィルタ32はその周波数f0を中心として所定範囲の周波数帯を通過するように構成されている。
まず、ユーザが端末装置40を操作して、所定の周波数の音sの出力を開始する。マイクM1~M4は、音sを検出する(ステップS11)。マイクM1~M4は、音sを検出すると、音sのアナログ音信号を、アンプ31へ出力する。アンプ31は、マイクM1~M4が出力した音sのアナログ音信号をそれぞれ増幅させ、フィルタ32へ出力する。フィルタ32は、増幅後の4つのアナログ音信号から、所定の周波数付近を抽出してA/Dコンバータ33へ出力する。A/Dコンバータ33は、フィルタ32が出力した4つのアナログ音信号のそれぞれをデジタル音信号に変換して、デジタル音信号をマイコン34へ出力する。
FIG. 5 is a first flowchart of the sound source position estimation process according to the first embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 5, the flow of the position estimation process using the waveform signal at the rising edge of the sound s will be described. As a premise, it is assumed that the
First, the user operates the
マイコン34では、到達時刻推定部35が4つのデジタル音信号を取得し、デジタル音信号の波形の立ち上がりの形状からそれぞれの検出開始時刻を推定する(ステップS12)。具体的には、到達時刻推定部35は、図4で説明したように、デジタル音信号の音圧のピーク値の時系列の点をアークタンジェント関数、シグモイド関数、1次関数、2次関数などで近似して近似曲線を算出する。そして、到達時刻推定部35は、算出した近似曲線を、時間を遡る方向に外挿して音sのデジタル音信号との交点(検出開始時刻)を算出する。到達時刻推定部35は、4つのデジタル音信号のそれぞれについて検出開始時刻を推定する。
In the
次に到達時刻推定部35は、マイクM1~M4それぞれへの音sの到達時刻を推定する(ステップS13)。例えば、到達時刻推定部35は、検出開始時刻(図4の時刻T1)を音sの到達時刻として推定する。到達時刻推定部35は、推定したマイクM1~M4への音sの到達時刻(4つ)を位置推定部36へ出力する。
位置推定部36は、マイクM1~M4への音sの到達時刻から、例えば、マイクM1とマイクM2への音sの到達時刻差、マイクM1とマイクM3への音sの到達時刻差、マイクM1とマイクM4への音sの到達時刻差を算出し、TDOAにより音源(端末装置40)の位置を推定する(ステップS14)。
Next, the arrival
The
図6は、本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第2のフローチャートである。
図6を用いて、音sの立ち下がり時の波形信号を用いた位置推定処理の流れについて説明する。図5の前提に加え、端末装置40が1回の出力時にN周期分の音sを出力することが定められ、その情報を端末装置40とマイコン34とが共有しているとする。図5で説明した処理と同様の処理については説明を省略する。
まず、ユーザが端末装置40を操作して、所定の周波数の音sの出力を開始する。マイクM1~M4は、音sを検出する(ステップS11)。マイクM1~M4のそれぞれが検出した音sのアナログ音信号は、アンプ31、フィルタ32を通過して、A/Dコンバータ33でデジタル音信号に変換される。マイコン34の到達時刻推定部35は、4つのデジタル音信号を取得する。
FIG. 6 is a second flowchart of the sound source position estimation process according to the first embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 6, the flow of the position estimation process using the waveform signal at the falling edge of the sound s will be described. In addition to the premise of FIG. 5, it is assumed that the
First, the user operates the
到達時刻推定部35は、デジタル音信号の波形の立ち下がりの形状から検出終了時刻を推定する(ステップS12a)。具体的には、到達時刻推定部35は、図4で説明したように、デジタル音信号の到達終了付近での音圧のピーク値の時系列の点を1次関数、2次関数などで近似して近似曲線を算出する。そして、到達時刻推定部35は、算出した近似曲線を、時間が経過する方向に外挿して音sのデジタル音信号との交点(検出終了時刻)を算出する。到達時刻推定部35は、4つのデジタル音信号のそれぞれについて音sの検出終了時刻を推定する。
The arrival
次に到達時刻推定部35は、マイクM1~M4それぞれへの音sの検出終了時刻から遡って音sの到達時刻を推定する(ステップS13a)。具体的には、到達時刻推定部35は、検出終了時刻から、N/f0で得られる時間を減算した時刻を、音sの到達時刻として推定する。到達時刻推定部35は、推定したマイクM1~M4への音sの到達時刻(4つ)を位置推定部36へ出力する。次に位置推定部36は、TDOAにより音源(端末装置40)の位置を推定する(ステップS14)。
Next, the arrival
図7は、本発明の第一実施形態における音源の位置推定処理の第3のフローチャートである。
図7を用いて、音sの立ち上がり時および立ち下がり時の波形信号を用いた位置推定処理の流れについて説明する。前提条件は図6で説明したものと同様である。図5、図6で説明した処理と同様の処理については説明を省略する。
まず、ユーザが端末装置40を操作して、所定の周波数の音sの出力を開始する。マイクM1~M4は、音sを検出する(ステップS11)。マイクM1~M4のそれぞれが検出した音sのアナログ音信号は、アンプ31、フィルタ32を通過して、A/Dコンバータ33でデジタル音信号に変換される。マイコン34の到達時刻推定部35は、4つのデジタル音信号を取得する。
FIG. 7 is a third flowchart of the sound source position estimation process according to the first embodiment of the present invention.
With reference to FIG. 7, the flow of the position estimation process using the waveform signals at the rising and falling edges of the sound s will be described. The preconditions are the same as those described in FIG. The same processing as that described with reference to FIGS. 5 and 6 will be omitted.
First, the user operates the
到達時刻推定部35は、デジタル音信号の波形の立ち上がりの形状から検出開始時刻を推定する(ステップS12)。次に到達時刻推定部35は、マイクM1~M4それぞれへの音sの到達時刻(第1の到達時刻)を推定する(ステップS13)。
The arrival
次に到達時刻推定部35は、デジタル音信号の波形の立ち下がりの形状から検出終了時刻を推定する(ステップS12a)。次に到達時刻推定部35は、マイクM1~M4それぞれへの音sの検出終了時刻からN/f0だけ遡って音sの到達時刻(第2の到達時刻)を推定する(ステップS13a)。
Next, the arrival
次に到達時刻推定部35は、第1の到達時刻と第2の到達時刻から到達時刻を推定する(ステップS13b)。例えば、到達時刻推定部35は、マイクM1の第1の到達時刻と第2の到達時刻の平均を、マイクM1への音sの到達時刻の推定値としてもよい。また、例えば、到達時刻推定部35は、マイクM1の第1の到達時刻と第2の到達時刻の重み付き平均(それぞれへの重み付き係数は予め定められている)を、マイクM1への音sの到達時刻の推定値としてもよい。同様にして到達時刻推定部35は、マイクM2~M4への音sの到達時刻を、それぞれの第1の到達時刻と第2の到達時刻に基づいて推定する。到達時刻推定部35は、マイクM1~M4への音sの到達時刻(4つ)の推定値を位置推定部36へ出力する。
次に位置推定部36は、TDOAにより音源(端末装置40)の位置を推定する(ステップS14)。
Next, the arrival
Next, the
次に位置推定装置30による位置推定に基づく、空調制御について説明する。
図8は、本発明の第一実施形態における空調制御の一例を示すフローチャートである。
まず、ユーザが端末装置40を操作して、所定の周波数の音sの出力を行う(ステップS21)。空調機10では、マイクM1~M4が音sを検出する(ステップS22)。位置推定装置30は、マイクM1~M4が出力した音sのデジタル音信号を取得し、到達時刻の推定、音源位置の推定を行う。例えば、音の受信強度が閾値未満の場合や、N周期分の音が取得できないなどの場合、位置推定装置30の到達時刻推定部35は、受信失敗と判定し(ステップS23;No)、通信部37は、端末装置40へエラー信号を送信する(ステップS24)。一方、音sを正常に受信できた場合(ステップS23;Yes)、通信部37は、端末装置40へ受信成功を示す信号を送信する。端末装置40は、受信成功を知らせるメッセージをディスプレイに表示したり、音を鳴らしたりして受信の成功をユーザに通知する。あるいは、空調機10側で、受信成功をユーザに通知するために音を鳴らしたり、LEDを点灯させたりしてもよい。音sの受信に成功した場合、位置推定装置30は、音源の位置を推定する(ステップS25)。推定の方法は、図5~図7で説明したとおりである。
Next, the air conditioning control based on the position estimation by the
FIG. 8 is a flowchart showing an example of air conditioning control according to the first embodiment of the present invention.
First, the user operates the
位置の推定処理に成功した場合(ステップS26;Yes)、通信部37が、端末装置40へ位置推定に成功を示す信号を送信する。端末装置40は、位置推定の成功を知らせるメッセージをディスプレイに表示したり、音を鳴らしたりする。あるいは、空調機10側で音を鳴らしたりLEDを点灯させたりして、位置推定の成功をユーザに通知してもよい。また、位置推定装置30が位置の推定に成功すると、制御装置20は、推定した音源の位置を対象に空調制御を行う(ステップS28)。例えば、制御装置20は、空調機10のルーバー(図示せず)を制御して風向を、推定した音源位置に向けるなどの制御を行う。
When the position estimation process is successful (step S26; Yes), the
一方、位置の推定処理に失敗した場合(ステップS26;No)、位置推定装置30は、端末装置40へエラー信号を送信する(ステップS27)。
ステップS24、ステップS27でエラー信号を受信した場合、端末装置40は、ディスプレイ等にメッセージを表示させたり、受信または位置推定に失敗したことを通知する可聴音を鳴らしたり、LEDランプを点灯させたりして、ユーザにエラーを通知する。ユーザは、これらの通知を確認すると、再度、端末装置40を操作して、音sを出力する(ステップS21)。以降、位置推定が成功するまで、上記の過程を繰り返す。
On the other hand, when the position estimation process fails (step S26; No), the
When an error signal is received in steps S24 and S27, the
本実施形態の位置推定装置30によれば、音の到達と共に音圧の振幅が徐々に増大する性質を有するような音sについて、様々な騒音がある環境下において、マイクM1~M4への到達時刻を精度よく検出することができる。これにより、精度の良い音源(ユーザ)の位置推定が可能になる。また、制御装置20は、位置推定装置30を備えることにより、ユーザが所望するエリアを対象とする空調制御を行うことができる。
According to the
上記の説明では、端末装置40による音sの1回の出力に対し、位置推定を行う場合を例に挙げたが、1回の位置推定を行うために、端末装置40から音sを複数回出力するようにしてもよい。その場合、位置推定装置30は、端末装置40が音sを出力する度に音sの出力位置に対する位置推定を行い、例えば、推定結果の平均値を端末装置40(ユーザ)の位置として推定するようにしてもよい。複数回の推定結果に基づいて最終的な推定位置を決定することで、位置推定処理のばらつきの影響を低減し、位置推定の精度を向上することができる。
In the above description, a case where position estimation is performed for one output of sound s by the
<第二実施形態>
以下、本発明の第二実施形態による空調システムを、図9を参照して説明する。
図9は、本発明の第二実施形態における空調システムの一例を示す図である。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る空調システムを構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第二実施形態に係る空調システムでは、位置推定装置30Aが、A/Dコンバータ33の代わりにコンパレータ38を備え、到達時刻推定部35の代わりに到達時刻推定部35Aを備える。 また、第二実施形態では、端末装置40が1回の出力時にN周期分の音sを出力することが定められ、その情報を端末装置40とマイコン34とが共有しているとする。
コンパレータ38は、フィルタ32が出力した音sのアナログ音信号の振幅と、所定の閾値とを比較してアナログ音信号の振幅が閾値を上回れば「1」を出力し、アナログ音信号の振幅が閾値以下であれば「0」を出力する。ここで閾値とは、端末装置40から出力された音sが到達したか否かを判定するための値である。コンパレータ38は、「0」または「1」のパルス信号を到達時刻推定部35Aへ出力する。
<Second embodiment>
Hereinafter, the air conditioning system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a diagram showing an example of an air conditioning system according to the second embodiment of the present invention.
Among the configurations according to the second embodiment of the present invention, the same components as those constituting the air conditioning system according to the first embodiment of the present invention are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In the air conditioning system according to the second embodiment, the
The
到達時刻推定部35Aは、例えば、コンパレータ38からの出力が一定期間「0」の状態から変化して、「1」が通算して所定回数、又は連続して所定回数出力されると、音sが到達したと判定する。また、到達時刻推定部35Aは、例えば、コンパレータ38からの出力が一定期間「1」の状態から変化して、「0」が通算して所定回数、又は連続して所定回数(例えば10回)出力されると、音sの到達が終了したと判定する。到達時刻推定部35Aは、音sの到達が終了したと判定した場合、「1」が出力された最後の時刻を検出終了時刻とし、検出終了時刻から、N/f0だけ遡った時刻を音sの到達時刻として推定する(第2の到達時刻)。あるいは、到達時刻推定部35Aは、音sが到達したと判定した時刻を検出開始時刻とし、検出開始時刻から所定時間遡った時刻(例えば3周期分、3/f0)を音sの到達時刻として推定してもよい(第1の到達時刻)。最初に音sが到達したと判定した時刻(検出開始時刻)から所定時間遡った時刻を到達時刻として推定するのは、図3(b)に示すように音が徐々に立ち上がるため、音sが到達してからしばらくはコンパレータ38からの出力が「0」となるためである。あるいは、到達時刻推定部35Aは、第1の到達時刻と、第2の到達時刻とを算出し、2つの時刻の平均や重み付き平均を音sの到達時刻として推定してもよい。
The arrival
到達時刻推定部35Aは、マイクM1~M4が検出した音sのそれぞれに対して到達時刻を推定し、4つの到達時刻を位置推定部36へ出力する。
位置推定部36は、マイクM1~M4への音sの到達時刻の推定値から、例えば、マイクM1とマイクM2への音sの到達時刻差、マイクM1とマイクM3への音sの到達時刻差、マイクM1とマイクM4への音sの到達時刻差を算出し、TDOAにより音源(端末装置40)の位置を推定する。
The arrival
From the estimated value of the arrival time of the sound s to the microphones M1 to M4, the
本実施形態によれば、コンパレータ38が閾値に基づいて出力したパルス信号に基づいて、正確に音sの到達時刻を推定することができる。第二実施形態によれば、第一実施形態に比べ少ない計算負荷で到達時刻を推定することができる。
According to the present embodiment, the arrival time of the sound s can be accurately estimated based on the pulse signal output by the
また、第二実施形態の到達時刻の推定方法は、第一実施形態の構成を備える空調システムでも実行することができる。例えば、到達時刻推定部35は、所定の閾値とA/Dコンバータ33から出力される音圧のピーク値とを比較する。そして、一定期間音圧のピーク値が閾値を下回る状態から変化して、通算して所定回数、又は連続して所定回数、ピーク値が閾値を上回ると、到達時刻推定部35は、音sが到達したと判定する。到達時刻推定部35は、音sが到達したと判定した時刻を検出開始時刻とし、検出開始時刻から所定時間遡った時刻(例えば3周期分、3/f0)を音sの到達時刻として推定してもよい(第1の到達時刻)。
また、到達時刻推定部35は、音sが到達していると判定される状態から通算して所定回数、又は連続して所定回数(例えば10回)ピーク値が閾値を下回ると、音sの到達が終了したと判定する。音sの到達が終了したと判定した場合、最後に振幅のピーク値が閾値を上回った時刻を検出終了時刻とし、検出終了時刻から、N/f0だけ遡った時刻を音sの到達時刻として推定する(第2の到達時刻)。あるいは、到達時刻推定部35は、第1の到達時刻と、第2の到達時刻とを算出し、2つの平均や、重み付き平均を音sの到達時刻として推定してもよい。
閾値に基づく到達時刻の推定の場合、近似曲線を算出する場合と比較して、より少ない計算負荷で到達時刻を推定することができる。
Further, the method of estimating the arrival time of the second embodiment can also be executed in the air conditioning system provided with the configuration of the first embodiment. For example, the arrival
Further, the arrival
In the case of estimating the arrival time based on the threshold value, the arrival time can be estimated with a smaller calculation load as compared with the case of calculating the approximate curve.
図10は、本発明の各実施形態における位置推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、インタフェース904を備える。
上述の位置推定装置30、30Aは、コンピュータ900を備える。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置902に確保する。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the position estimation device according to each embodiment of the present invention.
The
The
少なくとも1つの実施形態において、補助記憶装置903は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース904を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ900に配信される場合、配信を受けたコンピュータ900が当該プログラムを主記憶装置902に展開し、上記処理を実行してもよい。
In at least one embodiment, the
上述した位置推定装置30、30Aにおける各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを位置推定装置30、30Aのコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
The process of each process in the
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
位置推定装置30、30Aは、1台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions. Further, a so-called difference file (difference program) may be used, which can realize the above-mentioned function in combination with a program already recorded in the computer system.
The
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、アナログ音信号とデジタル音信号は、波形信号の一例である。 In addition, it is possible to replace the components in the above-described embodiment with well-known components as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Further, the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The analog sound signal and the digital sound signal are examples of waveform signals.
例えば、上記の実施形態では、マイクM1~M4の全てを同時に用いることとしたが、音源の平面での位置の推定は、マイクが3つあれば可能である。ユーザの平面上の位置推定のみを行う場合、例えば、マイクM1~M3だけを使用して位置推定を行い、何れかのマイクが故障した場合に残りのマイクM4を使用するようにしてもよい。あるいは、4つのマイクM1~M4のうち、任意の3つのマイクを毎回選択して、選択したマイクによって位置推定を行うようにしてもよい。 For example, in the above embodiment, all of the microphones M1 to M4 are used at the same time, but the position of the sound source on the plane can be estimated if there are three microphones. When only the position estimation on the user's plane is performed, for example, the position estimation may be performed using only the microphones M1 to M3, and the remaining microphone M4 may be used when any of the microphones fails. Alternatively, any three microphones among the four microphones M1 to M4 may be selected each time, and the position may be estimated by the selected microphones.
または、平面での位置推定を行う場合、1回の位置推定について、マイクM1、M2、M3を用いた推定、マイクM1、M3、M4を用いた推定、マイクM1、M2、M4を用いた推定、マイクM2、M3、M4を用いた推定の4回の位置推定処理を行って、4回の推定結果の平均を、最終的な端末装置40の位置として決定してもよい。
Alternatively, when performing position estimation on a plane, estimation using microphones M1, M2, and M3, estimation using microphones M1, M3, and M4, and estimation using microphones M1, M2, and M4 for one position estimation. , The position estimation process of the estimation using the microphones M2, M3, and M4 may be performed four times, and the average of the estimation results of the four times may be determined as the final position of the
10・・・空調機
20・・・制御装置
30・・・位置推定装置
31・・・アンプ
32・・・フィルタ
33・・・A/Dコンバータ
34、34A・・・マイコン
35、35A・・・到達時刻推定部
36・・・位置推定部
37・・・通信部
38・・・コンパレータ
40・・・端末装置
M1、M2、M3、M4・・・マイク
w・・・空間
s・・・音
900・・・コンピュータ
901・・・CPU
902・・・主記憶装置
903・・・補助記憶装置
904・・・インタフェース
10 ...
902 ...
Claims (16)
前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、
を備え、
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、
位置推定装置。 The waveform signal of the sound detected by the sensor is acquired, the detection end time of the sound is estimated based on the waveform signal, and the arrival time of the sound at the sensor is estimated based on the detection end time. Arrival time estimation unit and
A position estimation unit that estimates the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit, and a position estimation unit.
Equipped with
The arrival time estimation unit is
The detection end time is estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and from the detection end time, the time of one cycle of the sound and the wave of several cycles in the output sound. The time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating whether or not is included is estimated as the arrival time of the sound.
Position estimation device.
前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、
を備え、
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、
位置推定装置。 The waveform signal of the sound detected by the sensor is acquired, the detection start time and the detection end time of the sound are estimated based on the waveform signal, and the sensor of the sound is estimated based on the detection start time and the detection end time. Arrival time estimation unit that estimates the arrival time to
A position estimation unit that estimates the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit, and a position estimation unit.
Equipped with
The arrival time estimation unit is
The detection start time and the detection end time are estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and from the detection end time to the time of one cycle of the sound and the output sound. The arrival time of the sound is estimated by a weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating how many cycles of waves are included and the detection start time.
Position estimation device.
前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、
を備え、
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、
位置推定装置。 The arrival time that acquires the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimates the detection end time of the sound based on the waveform signal, and estimates the arrival time of the sound to the sensor based on the detection end time. Estimator and
A position estimation unit that estimates the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit, and a position estimation unit.
Equipped with
The arrival time estimation unit is
The last time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold is estimated as the detection end time, and from the detection end time, the time of one cycle of the sound and the number of cycles of the output sound are included. The time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating whether or not the sound is included is estimated as the arrival time of the sound.
Position estimation device.
前記到達時刻推定部が推定した複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する位置推定部と、
を備え、
前記到達時刻推定部は、
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、
前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、
位置推定装置。 The waveform signal of the sound detected by the sensor is acquired, the detection start time and the detection end time of the sound are estimated based on the waveform signal, and the sensor of the sound is estimated based on the detection start time and the detection end time. Arrival time estimation unit that estimates the arrival time to
A position estimation unit that estimates the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors estimated by the arrival time estimation unit, and a position estimation unit.
Equipped with
The arrival time estimation unit is
The time when the number of times the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds the predetermined threshold value exceeds the predetermined number of times is estimated as the detection start time.
The last time when the amplitude exceeds the threshold value is estimated as the detection end time, and the time is advanced from the detection end time by the time obtained by multiplying the sound cycle and the number of output sound cycles . The arrival time of the sound is estimated by the weighted average of the time and the detection start time.
Position estimation device.
前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタが出力する前記音の波形信号をデジタル信号に変換するコンバータと、
をさらに備える請求項1から請求項2の何れか1項に記載の位置推定装置。 With multiple sensors to detect sound,
A filter that extracts a waveform signal having a frequency in a predetermined range from the waveform signals of the sound detected by the sensor, and a filter.
A converter that converts the waveform signal of the sound output by the filter into a digital signal,
The position estimation device according to any one of claims 1 to 2 , further comprising.
前記センサが検出した音の波形信号のうち、所定の範囲の周波数の波形信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタが出力する前記音の波形信号の振幅が所定の閾値より大きいか否かを出力するコンパレータと、
をさらに備える請求項3から請求項4の何れか1項に記載の位置推定装置。 With multiple sensors to detect sound,
A filter that extracts a waveform signal having a frequency in a predetermined range from the waveform signals of the sound detected by the sensor, and a filter.
A comparator that outputs whether or not the amplitude of the waveform signal of the sound output by the filter is larger than a predetermined threshold value, and
The position estimation device according to any one of claims 3 to 4 , further comprising.
前記位置推定装置が推定した前記音の出力位置を対象として空調を行う、
空調システム。 The position estimation device according to any one of claims 1 to 7 is provided.
Air conditioning is performed for the sound output position estimated by the position estimation device.
Air conditioning system.
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、
を有し、
前記音の到達時刻を推定するステップでは、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、
位置推定方法。 A step of acquiring the waveform signal of the sound detected by the sensor, estimating the detection end time of the sound based on the waveform signal, and estimating the arrival time of the sound based on the detection end time.
A step of estimating the output position of the sound based on the time difference of the arrival time of the sound in the plurality of sensors, and
Have ,
In the step of estimating the arrival time of the sound,
The detection end time is estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and the detection end time is multiplied by the sound cycle and the number of output sound cycles. The time that goes back by the specified time is estimated as the arrival time of the sound.
Position estimation method.
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、A step of estimating the output position of the sound based on the time difference of the arrival time of the sound in the plurality of sensors, and
を有し、Have,
前記音の到達時刻を推定するステップでは、In the step of estimating the arrival time of the sound,
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、The detection start time and the detection end time are estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and from the detection end time to the time of one cycle of the sound and the output sound. The arrival time of the sound is estimated by a weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating how many cycles of waves are included and the detection start time.
位置推定方法。Position estimation method.
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、A step of estimating the output position of the sound based on the time difference of the arrival time of the sound in the plurality of sensors, and
を有し、Have,
前記音の到達時刻を推定するステップでは、In the step of estimating the arrival time of the sound,
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、The last time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold is estimated as the detection end time, and from the detection end time, the time of one cycle of the sound and the number of cycles of the output sound are included. The time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating whether or not the sound is included is estimated as the arrival time of the sound.
位置推定方法。Position estimation method.
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定するステップと、A step of estimating the output position of the sound based on the time difference of the arrival time of the sound in the plurality of sensors, and
を有し、Have,
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、The time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds the predetermined threshold is estimated as the detection start time, and the last time when the amplitude exceeds the threshold is estimated as the detection end time. The arrival time of the sound is estimated from the detection end time by a weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the sound cycle and the number of output sound cycles and the detection start time. ,
位置推定方法。Position estimation method.
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定する手段、
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、
として機能させ、
前記音の到達時刻を推定する手段は、
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、
プログラム。 Computer,
A means for acquiring a waveform signal of a sound detected by a sensor, estimating the detection end time of the sound based on the waveform signal, and estimating the arrival time of the sound based on the detection end time.
A means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors.
To function as
The means for estimating the arrival time of the sound is
The detection end time is estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and the detection end time is multiplied by the sound cycle and the number of output sound cycles. The time that goes back by the specified time is estimated as the arrival time of the sound.
program.
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する手段、The waveform signal of the sound detected by the sensor is acquired, the detection start time and the detection end time of the sound are estimated based on the waveform signal, and the sensor of the sound is estimated based on the detection start time and the detection end time. A means of estimating the time of arrival at
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、A means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors.
として機能させ、To function as
前記音の到達時刻を推定する手段は、The means for estimating the arrival time of the sound is
前記波形信号の振幅の経時的変化を示す近似曲線に基づいて前記検出開始時刻および前記検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、The detection start time and the detection end time are estimated based on an approximate curve showing a change in the amplitude of the waveform signal over time, and from the detection end time to the time of one cycle of the sound and the output sound. The arrival time of the sound is estimated by a weighted average of the time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating how many cycles of waves are included and the detection start time.
プログラム。program.
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出終了時刻を推定し、前記検出終了時刻に基づいて、前記音の到達時刻を推定する手段、A means for acquiring a waveform signal of a sound detected by a sensor, estimating the detection end time of the sound based on the waveform signal, and estimating the arrival time of the sound based on the detection end time.
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、A means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors.
として機能させ、To function as
前記音の到達時刻を推定する手段は、The means for estimating the arrival time of the sound is
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の1周期の時間と、出力された前記音に何周期分の波が含まれるかを示す出力周期回数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻を前記音の到達時刻として推定する、The last time when the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds a predetermined threshold is estimated as the detection end time, and from the detection end time, the time of one cycle of the sound and the number of cycles of the output sound are included. The time retroactive by the time obtained by multiplying the number of output cycles indicating whether or not the sound is included is estimated as the arrival time of the sound.
プログラム。program.
センサが検出した音の波形信号を取得し、前記波形信号に基づいて前記音の検出開始時刻および検出終了時刻を推定し、前記検出開始時刻および前記検出終了時刻に基づいて、前記音の前記センサへの到達時刻を推定する手段、The waveform signal of the sound detected by the sensor is acquired, the detection start time and the detection end time of the sound are estimated based on the waveform signal, and the sensor of the sound is estimated based on the detection start time and the detection end time. A means of estimating the time of arrival at
複数の前記センサにおける前記音の到達時刻の時間差に基づいて前記音の出力位置を推定する手段、A means for estimating the output position of the sound based on the time difference between the arrival times of the sound in the plurality of sensors.
として機能させ、To function as
前記音の到達時刻を推定する手段は、The means for estimating the arrival time of the sound is
前記波形信号の振幅の大きさが所定の閾値を上回る回数が所定回数以上となる時刻を前記検出開始時刻として推定し、The time when the number of times the magnitude of the amplitude of the waveform signal exceeds the predetermined threshold value exceeds the predetermined number of times is estimated as the detection start time.
前記振幅が前記閾値を上回る最後の時刻を前記検出終了時刻として推定し、前記検出終了時刻から、前記音の周期と、出力された前記音の周期の数とを乗じて得られる時間だけ遡った時刻と前記検出開始時刻との重み付け平均により前記音の到達時刻を推定する、The last time when the amplitude exceeds the threshold value is estimated as the detection end time, and the time is advanced from the detection end time by the time obtained by multiplying the sound cycle and the number of output sound cycles. The arrival time of the sound is estimated by the weighted average of the time and the detection start time.
プログラム。program.
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