音響学会 電気音響研究会(2019/8/8～8/9開催)にて発表。 スライド見たいという人がいたので、アップします(多分勘違いで、これを見たいわけではないと思うが)。 ドローンの音が出ないのですね。これは失礼。だいたい10dB以上減衰しますので、後は想像で。

1. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
金子格
名古屋市立大学 客員准教授
1
音響学会電気応用研究会 2019/8/8～8/9で発表したものです。
プログラムは下記でした。
http://asj-
eacom.acoustics.jp/201908program/?fbclid=IwAR390C569318cmFVhait
QxsTDbE79OAu5lSE4_Vq0ZdXPMUkHqQunIVufH4
音響学会ホームページ
https://acoustics.jp/

2. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
2020年の訪日外国人は 4000万人
限られた人員で万全な警備が必要
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https://japan.cnet.com/article/35130371/
KDDIら3社、「ドローン警備」の実証実験に成功
—AIで不審者を検知し追尾

3. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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4. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
信号処理/指向性
1. スペクトル分離
1.1 線スペクトルフィルター
1.2 ノイズ抑制
2. ロータ方向からの音を抑制
2.1 指向性マイク
2.2 ビームフォーミング
-> ドローン向けのビームフォーミングを考えた
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5. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
まず普通の 2ch ビームフォーミング
– 特定方向の音を強調/抑制する
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H1 H2
y1 y2
x1
H3
H4
x2
𝑧2 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻3 𝑥2) − 𝐻1 𝐻4 𝑥2
= ( 𝐻2 𝐻3 − 𝐻1 𝐻4)𝑥2
𝑧1 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻1 𝑥1) − 𝐻1 𝐻2 𝑥1
= ( 𝐻2 𝐻1 − 𝐻1 𝐻2)𝑥1 = 0

6. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
マイクを縦列させることで、1方向のみ抑制する。
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H
x2
H
x2

7. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
7
H1H2
x1
y1
y2
H3
H4
x2
𝑧2 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻3 𝑥2) − 𝐻1 𝐻4 𝑥2
= ( 𝐻2 𝐻3 − 𝐻1 𝐻4)𝑥2
𝑧1 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻1 𝑥1) − 𝐻1 𝐻2 𝑥1
= ( 𝐻2 𝐻1 − 𝐻1 𝐻2)𝑥1 = 0
𝑥1のみ再生
𝑥2のみ再生

8. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
8
50cm
スピーカ1
ドローンの音
マイク/スピーカ y方向 x方向
スピーカ1 -66cm 0cm
Mic1 -8cm 0cm
Mic2 +8cm 0cm
スピーカ2 0cm 50cm
-66cm
-8cm
+8cm
スピーカ2
音声など
y
x
表 1 マイク/スピーカ配置

9. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
再生状況 信号 ファイル名
x1=ホワイトノイズ x1 nsp_0.wav
x1=ホワイトノイズ y1による録音 wnrmic1.wav
x1=ホワイトノイズ y2による録音 wnrmic2.wav
x1=ドローン音 y1による録音 wnrmic1.wav
x1=ドローン音 y2による録音 wnrmic2.wav
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10. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
// torii 2018/12/19
// ik 2019/02/09-2-2 改良版
// 2019/6/29 コメント修正
fs= 44100;
w=1:fs;
mic1=loadwave("wnrmic1.wav"); // y1
mic2=loadwave("wnrmic2.wav"); // y2
nsp_0=loadwave("nsp_0.wav"); //x1
// スムージング用フィルタ
smsf1=ffilt("lp",127,0.01,0.01)+0.004;
smsf1_l=int(length(smsf1)/2);
//H1の算出
f1=fft(mic1(w),-1); // y1のフーリエ変換
f0=fft(nsp_0(w),-1); // 元の信号のフーリエ変換
f01= f1 ./ f0 .* abs(f0 ./ (abs(f0) + 4)); // H1の逆数
r01 = fft(f01,1); // H1のインパルス応答
//H2の算出
f2=fft(mic2(w),-1); //y2のフーリエ変換
f02= f2 ./ f0 .* abs(f0 ./ (abs(f0) + 4)); // H2
r02 = fft(f02,1); // H2のインパルス応答
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11. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
// 上記インパルス応答を使った抑制実験
mod_mic1= convol(r02,mic1);
mod_mic2= convol(r01,mic2);
mix1 = mod_mic1 - mod_mic2;
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ドローンの音は除去されるが処理した
音に不快なエコーが含まれてしまう．

12. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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H1H2
x1
y1
y2
H3
H4
x2
𝑧1 + 𝑧2 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻1 𝑥1 + 𝐻4 𝑥2) − 𝐻1 𝐻2 𝑥1 + 𝐻3 𝑥2
= ( 𝐻2 𝐻3 − 𝐻1 𝐻4)𝑥2
𝑦1 : マイク1で収音した音
𝑦2 : マイク2で収音した音
𝑧1 + 𝑧2 : ノイズキャンセル結果

13. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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14. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
/// バックグラウンドノイズ除去
e01 = r01 ^ 2;
e01s = convol(smsf1, e01);
e01s = (log(e01s(w+smsf1_l)) - log(mean(e01)) - 4)*5;
w01s= exp(e01s) ./(1+exp(e01s));
r01m = w01s .* r01;
e02 = r02 ^ 2;
e02s = convol(smsf1, e02);
e02s = (log(e02s(w+smsf1_l)) - log(mean(e02)) - 4)*5;
w02s= exp(e02s) ./(1+exp(e02s));
r02m = w02s .* r02; // マスクした信号
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15. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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16. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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r01m r0２m

17. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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H1H2
x1
y1
y2
H3
H4
x2
𝑧1 + 𝑧2 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻1 𝑥1 + 𝐻4 𝑥2) − 𝐻1 𝐻2 𝑥1 + 𝐻3 𝑥2
= ( 𝐻2 𝐻3 − 𝐻1 𝐻4)𝑥2
𝑦1 : マイク1で収音した音
𝑦2 : マイク2で収音した音
𝑧1 + 𝑧2 : ノイズキャンセル結果

18. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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図 7 NBF前後の波形

19. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
図 7 NBF前後の波形
ドローンの騒音は10dB抑制された．
マイク位置での地上音の音量が60dB，ドローンの騒音は70dB
程度であったとすると，ノイズ抑制処理なしでは聞き取ること
ができないが，10dBノイズ低減することでSN比は0dBとなり十
分聞き取りが可能になる．
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20. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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H1H2
x1
y1
y2
H3
H4
x2
0
0.5
1
-π 0 π
角度とゲイン

21. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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H1H2
x1
y1
y2
H3
H4
x2
𝑧2 = 𝐻2 𝑦1 − 𝐻1 𝑦2
= 𝐻2(𝐻3 𝑥2) − 𝐻1 𝐻4 𝑥2
= ( 𝐻2 𝐻3 − 𝐻1 𝐻4)𝑥2
𝑦2 =
𝑧2
𝐻2 𝐻3 − 𝐻1 𝐻4
= 𝑥2

22. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
補整がうまく行われる区域
ドローン直下を中心とした同心
円上では特性が等しい
補整範囲外でも特性が変わるだ
けでゲインが下がるわけではな
い。
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H
x2

23. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
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NBF の阻害要因
反射、インパルス応答の誤差
反射: ドローンは空中であるため反射音の問題はそれほどない。
インパルス応答の誤差
NBFに寄与するのは、ほとんどが「ディレイ」であるため、安定していると思
われる。
ある程度大きさがあるのでインパルス応答に方向による誤差が生じる。

24. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
インシュレータを装着することで
マイクには回折音のみが到達する。
H1, H2 の収束性が増し、効果を向上でき
ると期待できる。
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25. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
10dBの抑制ゲインを得た。
音質への影響はそれほどなかった。
改良を加えれば十分実用的。
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26. ドローン のためのビームフォーミング 金子 格 （名古屋市立大学）
ドローンでの収音のためのビームフォーミングを提案した。
10dB以上の抑制比がありドローン音の抑制効果があった。
お礼
以下の方々に実験に多大なご協力いただいた。
東京工芸大学工学部コンピュータ応用学科 鳥居 敦君
東京工芸大学荒井良徳 准教授
共著者とすることを固辞されたので、今回単著として投稿した。
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