JPH0321873B2

JPH0321873B2 -

Info

Publication number: JPH0321873B2
Application number: JP22113984A
Authority: JP
Inventors: Teru Hayashi; Yasunori Kurosaki; Katsumi Myaki; Keizo Kubodera; Yoshio Tanito; Teruo Igarashi
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1984-10-23
Filing date: 1984-10-23
Publication date: 1991-03-25
Also published as: JPS6199880A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、騒音発生源等の音源位置を集音器を
用いて可視化表示することによつて、その音源位
置を探査・測定する音源探査装置に関するもので
ある。

［従来の技術］機械装置や工場等における騒音低減対策は、ま
ずその騒音発生源を正確に検出することが糸口と
なるものであつて、この騒音源の位置を探査する
方式として種々のものが開発され、実用化されて
いるが、このうち最も代表的なものとして音響ホ
ログラフイ法がある。この音響ホログラフイ法は
高精度で音源位置の探査・測定を行うことができ
るが、大規模なマイクロホン掃引装置や複雑な演
算処理機器を必要とし、しかもその演算処理に多
大の時間を要するため、瞬間的騒音、変動する騒
音の音源位置の探査・測定が困難になる等の難点
があつた。

そこで、集音器を用いることによつて簡易に音
源位置を探査する方式が本発明者によつて提案さ
れており、この音源探査方式は原理的には第１０
図に示したようになつている。即ち、同図に示し
た如く、位置Ｐに音源Ｓを設け、この位置Ｐから
距離Ｌだけ離間した位置に回転放物面、凹球面等
の凹曲面形状を有する反射型集音器Ｄを音源Ｓに
向けて配設すると、音源Ｓからの音はこの集音器
Ｄの反射面ｒで反射してP′の位置で音像S′が結像
することになる。そこで、この音像結像位置P′に
多数のマイクロホンをマトリツクス状に並設した
マイクアレイを反射面ｒに対向配設すれば、この
音像をマイクアレイにおける音圧分布として取出
すことができ、この音圧分布を適宜の手段で可視
化表示することによつて、音源の位置を探査・測
定することができるようになる。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、前述の原理に基づく音源探査方
式を実用化するに際しては、以下に示すような
種々の問題点を解決する必要がある。

まず第１に、第１０図に示したように、集音器
Ｄの鏡軸Ｘ−Ｘ上の反射面ｒから焦点Ｆまでの距
離、即ち焦点距離をｆとし、焦点Ｆから音像結像
位置P′までの距離ΔXとしたときに、 ΔX＝f²／Ｌ−ｆとなり、音源Ｓの位置と集音器Ｄの位置との間
の距離Ｌに応じてΔXが変化し、音像結像装置が
異つてくる。従つて、測定時にはマイクアレイを
この音像結像位置に位置決めする必要があるが、
集音器に入射する音が複合音や反射音等を含む場
合等においては、マイクアレイを正確に音像結像
位置に位置決めすることが極めて困難となる。

また第２に、マイクアレイにおける音圧分布を
可視化表示しても、この表示と被測定物とを対比
させることができないため、音源位置を正確に特
定できない場合がある。

さらに第３に、マイクアレイによつては音源物
体が集音器からどの程度離れた位置にあるかを識
別することができないから、音源の平面的な位置
だけでなく、それと集音器との間の距離の測定を
必要とする音源探査、例えば三次元的に位置を違
えて配置した複数の物体のうちいずれの物体が音
源となつているかの検出を行うことができない場
合がある。

そこで、本発明は、前述の集音式音源探査方式
に光学的手法を組合せることによつて、この音源
探査方式を実用化する際における諸問題を解決
し、簡単な構成により容易で、しかも正確に音源
物体の位置を探査・測定できるようにすることを
本発明の技術的課題とするものである。

［問題点を解決するための手段］前述の課題を解決するために、本発明は音源物
体からの音を反射させる回転放物面、凹球面等の
凹曲面形状をなす反射面をこの音源物体に対向配
設するように構成した集音器と、複数のマイクロ
ホンをマトリツクス状に並設することによつて形
成したマイクアレイをを集音器の反射面に対向さ
せて配設し、このマイクアレイの各マイクロホン
からの電気信号を増幅器によつて増幅し、この増
幅器からの出力信号に基づいて音源物体の音像を
表示器で可視化表示させるように構成した音像可
視化装置と、レンズと焦点板からなり、該焦点板
に音源物体の物体像を結像させる物体像結像装置
とを備え、前記音像可視化装置の鏡軸と前記物体
像結像装置の光軸とをほぼ一致させるように配設
し、前記音像可視化装置により可視化表示した音
像及び物体像結像装置によつて結像させた物体像
の焦点合せを行い、これらの像を対比させること
によつて、音源位置を探査するように構成したこ
とをその特徴とするものである。

［作用］而して、例えば機械装置等のような音源物体の
一側面において、当該側面のうちのどの位置から
騒音が発生しているかを探査するには、まず集音
器をこの音源物体に対向配設させて物体像結像装
置のレンズを介して焦点板に結像する物体像の焦
点合せを行い、この物体像の焦点合せに応じて音
像可視化装置による音像の焦点が合うようにマイ
クアレイを位置決めする。このようにして得た音
像と物体像とを対比することにより、容易かつ正
確に音源の位置を探査することができる。ここ
で、まず物体像の焦点合せを行い、然る後にこの
焦点合せに応じて音像の焦点合せを行うようにし
ているが、これは音源物体からの音が複合音であ
つたり反射音を含む場合を考慮してのもので、こ
れらの影響があつてもマイクアレイを確実に音像
結像位置に位置決めすることができる場合には、
何れの焦点合せを先に行つてもよい。

一方、種々の機器や部材等が三次元的に位置を
違えて多数配置した工場の内部等で騒音発生物を
検出する場合のように、三次元的に位置が特定で
きない音源物体を探査する場合には、まず音像可
視化装置による音像の焦点合せを行い、この音像
の焦点合せに応じて物体像結装置における物体像
の焦点を合せる。そして、この物体像と音像とを
対比させると、焦点板上に結像した物体像のう
ち、その焦点があつた位置であつて、しかも音像
として表示された部分にある機器、部材等が音源
物体として検出されるようになる。

さらに、三次元的に位置を違えた複数の位置か
らそれぞれ音が発生している場合において、その
うちのいずれかの音源を特定するには、まず、音
像可視化装置を構成するマイクアレイを移動させ
ることにより、この音像可視化装置に捕捉されて
いるいずれかの音の発生位置における焦点合せを
行う。然る後に、この音像の焦点が合つた部位に
物体像結像装置の物体像の焦点を合せ込む。これ
により、ある位置において発生する音源を探査す
ることができる。そして、音像可視化装置によつ
て捕捉されているそれぞれの音の発生位置毎に音
像の焦点合せ及び物体像の焦点合せを順次行うよ
うにすれば、目的とする音源における音像または
複数ある音源のすべての音像を検出することがで
きる。

また、音源物体がある程度特定されているよう
な場合には、まず物体像結像装置により目標とす
る物体像に焦点を合せて、この物体像の焦点合せ
に応じて音像可視化装置による音像の焦点合せを
行うようになし、この操作を繰り返し行うことに
より、三次元的に位置を違えて複数の音源物体に
ついて、それぞれの音像情報を得ることができ
る。

ここで、物体像の焦点合せは、通常の光学的手
法により物体像結像装置のレンズと焦点板との間
の間隔をレンズと物体との間隔との関係で変化さ
せることにより行うことができ、このために物体
像結像装置を物体像焦点調節機構付きとなすのが
好ましい。

また、音像の焦点合せは、マイクアレイを第１
０図に示した音像結像位置P′に配置させることに
より行われるが、この位置は集音器と音源物体と
の間の距離に応じて変化する。従つて、音像の焦
点合せは、この集音器と音源物体との間の距離を
検出することにより行うことができるが、またマ
イクアレイを集音器の反射面の鏡軸に沿つて移動
させ、可視化表示される音像が最も鮮明となる位
置を検出することによつても、この音像の焦点合
せを行うことができる。而して、音像可視化装置
にマイクアレイを反射面の鏡軸に沿つて移動可能
とする音像焦点調節機構を持たせるようにする
と、音像の焦点合せに至便である。

前述の如く、物体像と音像の双方につき焦点調
節機構を持たせ、しかもこれら焦点調節機構を相
互に連動させるようにすれば、両者の焦点調節作
用が相互に補完し合い、極めて高精度に焦点合せ
を行うことができる。なお、例えば音源物体と集
音器との間の間隔が一定している場合等において
は、物体像結像装置及び音像可視化装置共に焦点
調節機構を設ける必要はない。

そして、このようにして得た物体像と音像の対
比はこれらの像を並置した状態で行うこともでき
るが、この２つの像を重ね合せて対比すると、よ
り容易に音源位置の探査を行うことができる。そ
して、特に像の重ね合せ対比を行う場合には、物
体像と音像とは等しい倍率とする必要がある。

さらに、音像を可視化表示する表示装置として
は、マイクアレイの各マイクロホンに対応させて
発光ダイオードをマトリツクス状に並設するよう
に構成すると、各発光ダイオードは音圧レベルに
応じた光量で点灯するから、音源の位置だけでな
く、その強度も測定することができ、音像の焦点
を合せるのに便宜であり、またこれを物体像と対
比させたときに、複数音源の位置と大きさを同時
に測定することができる。表示装置としては、前
述の発光ダイオードのほか、液晶やCRT等も使
用することができる。

さらにまた、音像可視化装置を構成する増幅器
を可変フイルタ付きとなし、この可変フイルタに
よつて特定周波数の信号を選択的に取出すように
すれば、音源における音の種類も同時に識別する
ことができるようになる。

［実施例］以下、図面に基づいて本発明の実施例について
説明するに、まず第１図及び第２図において、１
は回転放物面、凹球面等の凹曲面形状を有し、内
面が反射面１ａとなつた集音器を示し、該集音器
１は架台２上に固設した取付けブラケツト３に固
着して設けられ、その反射面１ａが音源物体Ｓに
向けて配設されるようになつている。そして、架
台２の下面には支持脚４が垂設されており、該支
持脚４は接手５を介して三脚６に連結され、該接
手５により集音器１を任意の角度に傾斜させるこ
とができると共に、レバー７によつて適宜の位置
でロツクすることができるようになつている。

次に、８は集音器１の反射面１ａの鏡軸上にお
いて、該反射面１ａに対向配設したマイクアレイ
で、該マイクアレイ８は第３図及び第４図に示し
たように支持板９に多数のマイクロホン８ａ，８
ａをマトリツクス状に並設してなるもので、該各
マイクロホン８ａ間には例えばグラスウール等か
らなる吸音材１０が介装され、各マイクロホン８
ａや支持板９の反射音の影響が伝達するのを防止
している。そして、支持板９には移動台９ａが連
設され、該移動台９ａの下面に設けた可動レール
１１，１１がこれを支持する固定台１２上に設け
た固定レール１３，１３と摺動自在に係合してい
る。前記可動レール１１のうち一方の可動レール
１１ａにはラツク１４が形設されており、該ラツ
ク１４は固定台１２固着して設けた電動モータ１
５の出力軸に取付けたピニオン１６と噛合し、こ
のラツク−ピニオン機構によつてマイクアレイ８
は集音器１の反射面１ａの鏡軸上にそれに対して
近接・離間する方向に移動せしめられるように構
成されている。固定台１２には支持アーム１７が
取付けられ、該支持アーム１７は略Ｖ字状に曲折
せしめられて、集音器１を避けるようにして架台
２の下面に取付けられている。そして、この支持
アーム１７は反射面１ａに向けて入射する音に対
する干渉とならないようにするために２本の薄板
で形成されている。

一方、架台２上には前記マイクアレイ８の各マ
イクロホン８ａで受音した音を電気信号に変換
し、この電気信号を増幅する電圧制御型増幅器１
８が設置されている。この電圧制御型増幅器１８
は、例えば第５図に示した回路構成を有するもの
である。即ち、同図中に示したように、マイクア
レイ８の各マイクロホン８ａにそれぞれ増幅器Ａ
を接続し、各増幅器Ａに対する電源電圧Vccを共
通にして、この電源電圧Vccに抵抗Ｒを接続する
と共に、該抵抗Ｒに接続たゲイン信号線Ｇに各増
幅器Ａを並列に接続し、この抵抗Ｒの抵抗値を変
化させることによつて、ゲイン量が連続的または
段階的に変化させることができるようになつてい
る。

次に、１９は表示部としての発光ダイオードア
レイを示し、該発光ダイオードアレイ１９は第６
図及び第７図に示したように、多数の発光ダイオ
ード１９ａ，１９ａ，…をマトリツクス状に並設
してなるもので、これら発光ダイオード１９ａは
マイクアレイ８を構成する各マイクロホン８ａと
対応する位置関係に配列され、これら各位置のマ
イクロホン８ａはそれと対応する位置関係になる
発光ダイオード１９ａと電圧制御型増幅器１８を
介して接続されている。そして、この発光ダイオ
ードアレイ１９の上部には各発光ダイオード１９
ａの配設位置に絞り孔２０ａ，２０ａ，…を穿設
してなる絞り板２０が設置されて、点灯した発光
ダイオード１９ａの位置の鮮明度を目的に応じて
強弱に切換えて表示することができるようになつ
ている。ここで、絞り孔２０ａは絞り板２０の板
厚方向に平行に穿設するか、または各発光ダイオ
ード１９ａの光束が中央部に集束する方向に向く
ように絞り孔２０ａに所定の角度を有するような
傾斜孔としてもよい。前述した如く、マイクアレ
イ８、電圧制御型増幅器１８、発光ダイオードア
レイ１９等で音像可視化装置が構成されている。
そして、マイクアレイ８を移動させるラツク−ピ
ニオン機構により、音像焦点調節機構が形成され
る。

さらに、２１は物体像結像装置としてのカメラ
を示し、該カメラ２１は第８図に示したように、
レンズ２２を取付けた鏡胴２３と、該鏡胴２３に
連設したボデイ２４とを有し、該レンズ２２から
の入射光は絞り２５を介してボデイ２４内に導か
れ、該ボデイ２４内にレンズ２２の光軸に対して
45゜の角度を持つように設置したハーフミラー２
６によつてその一部が反射されて焦点板２７にお
いて結像し、フアインダ２８を介してこの焦点板
２７に結像した音源物体の物体像を外部から覗く
ことができるようになつている。一方、ハーフミ
ラー２６を通過した光はボデイ２４の後部に形成
した暗室２９内にシヤツタ３０の開放時に導かれ
て、該暗室２９内に配設したネガフイルムを露光
させることができるようになつている。また、発
光ダイオードアレイ１９はカメラ２１の下部に設
けた筐体３１内に設置されており、この発光ダイ
オードアレイ１９における発光ダイオード１９ａ
の光はフイルタ３２を介することにより乱反射さ
せて見やすくなるように調光され、レンズ３３、
絞り３４を介してボデイ２４内に導かれ、ハーフ
ミラー２６により焦点板２７及びネガフイルム上
の物体像の画像とを重ね合わせることができるよ
うになつている。このために、集音器１及びレン
ズ３３により音像の倍率はレンズ２２による物体
像の倍率と等しくなつている。しかも、鏡胴２３
はテレスコープ状に形成することによりレンズ２
２と焦点板２７との間の間隔を調節することがで
きるようになつており、これによつて物体像焦点
調節機構が構成されている。また、カメラ２１は
マイクアレイ８がその音源物体Ｓに対する視界の
妨げとならない範囲でできるだけ反射面１ａの鏡
軸に近接した位置に配置されており、そして集音
器１にはカメラ２１から音源物体を透視すること
ができるようにするために、透孔３５が穿設され
ている。

前述のようにして構成される音源探査装置を用
いて音源物体Ｓの一側面において発生する騒音の
位置を探査・測定するには、まず集音器１の反射
面１ａを音源物体Ｓに対面させるように配置し、
カメラ２１のフアインダ２８を覗きながら鏡胴２
３を操作することによつて物体像の焦点合せを行
い、この焦点合せにおいて像距離を調節した分だ
けマイクアレイ８を移動させて、音像の焦点合せ
を行う。この物体像と音像との焦点合せはそれぞ
れ独立に行うか、または相互に連動させて行えば
よい。

而して、物体像と音像との焦点合せが完了する
と、その位置でマイクアレイ８及びカメラ２１を
固定し、音源物体Ｓから発生する音を集音器１の
反射面１ａで反射させてマイクアレイ８を構成す
る各マイクロホン８ａに受音させて、これを電気
信号に変換させる。この信号を電圧制御型増幅器
１８によつて増幅し、この増幅信号に応じてマイ
クアレイ８と同様に配列た発光ダイオードアレイ
１９の各発光ダイオード１９ａをその音圧レベル
に応じた光量で点灯させることによつて、音像を
可視化表示させる。このようにして可視化表示た
音像は、レンズ３３及び絞り３４を介してボデイ
２４内に導かれ、ハーフミラー２６により一部が
透過して焦点板２７に結像し、また一部は反射し
てシヤツタ３０に向けて進行する。一方、音源物
体Ｓの物体像はレンズ２２を介してハーフミラー
２６を介してその一部が反射して焦点板２７に結
像すると共に、一部は該ハーフミラー２６を透過
してシヤツタ３０に向けて進行する。これにより
焦点板２７上には物体像と音像とが重ね合せら
れ、音源物体Ｓにおける音源の位置、範囲、強さ
等を正確で、しかも容易に探査・測定することが
できる。また、この状態でシヤツタ３０を開放し
てネガフイルムを露光すれば、物体像と音像との
重ね合せ像を撮影することができる。

さらに、三次元的に位置を違えて複数の音源物
体がある場合には、集音器１を音源方向に向け
て、マイクアレイ８により受音させる。これによ
り、発光ダイオードアレイ１９には複数の位置に
おける発光ダイオードが発光する。そこで、マイ
クアレイ８を反射面１ａの鏡軸に沿つて移動させ
ると、いずれかの発光ダイオードが最大光量で発
光する位置となる。この位置が一の音源物体に焦
点が合つた状態である。そこで、カメラ２１をこ
の発光ダイオードが最大光量で発光する位置にお
ける物体に焦点を合せる。これによつて、一の音
源物体の音像を得ることができる。然る後に、マ
イクアレイ８を移動させて、他の発光ダイオード
が発光する部分の光量が最大となる位置に焦点を
合せ、然る後にカメラ２１の焦点をこの発光ダイ
オードの位置に合せると、当該他の音源物体の音
像を得ることができる。この操作を順次繰り返す
ことにより、複数ある音源物体のそれぞれの音像
情報を得ることができる。

また、音源物体がある程度限られている場合に
は、まずカメラ２１による物体像の焦点をいずれ
かの物体に合せ、然る後に発光ダイオードアレイ
１９におけるこの物体像に対応する位置に音像の
焦点を合せるようにすることもできる。そして、
音源となる可能性のある物体にカメラ２１の焦点
合せと、これに対応する音像の焦点合せと順次繰
り返せば、前述と同様複数さる音源物体のそれぞ
れの音像情報を得ることができる。而して、この
場合においては、ある物体像に対応する位置にお
いて音像の焦点が合わない場合には、当該の物体
からは音が発生していないことが確認されること
になる。

一方、工場の内部等種々の機器や部材が三次元
的に位置を違えて多数配設されている中から音源
物体を探査する場合には、音源方向に集音器１を
向けてマイクアレイ８に受音させ、該マイクアレ
イ８の反射面１ａの鏡軸に沿つて移動させて音像
の焦点合せを行う。この音像は、発光ダイオード
アレイ１９がその発光ダイオード１９ａの光量が
最大となる位置に配置したときに、その焦点が合
う。そして、この焦点合せに応じてカメラ２１に
おける物体像の焦点合せを行い、このようにして
得た物体像と音像とを焦点板２７上で重ね合せ
る。この重ね合せ像から、物体像のうち焦点が合
つている機器や部材であつて、音像として発光し
ているものを検出することによつて、容易かつ正
確に音源物体の探査をすることができる。また、
ネガフイルムを露光することによつてこの重ね合
せ像を撮影することができることは勿論である。

さらに、第９図に示したように電圧制御型増幅
器１８の出力側に可変フイルタ３６を配設すれ
ば、音源物体Ｓのうちの特定種類の音のみを取出
すことができるようになる。即ち、同図におい
て、各増幅器Ａとそれに接続される発光ダイオー
ド１９ａとの間にフイルタＦを介装し、該各フイ
ルタＦをハイパス型、ローパス型及びバンドパス
型への切換えおよびカツトオフ周波数あるいは中
心周波数を連続的、段階的に制御する切換装置₀
を設け、この切換装置₀を適宜切換えれば、特定
範囲の周波数の信号だけが通過することになるか
ら、複合音源のうちの特定の音のみを可視化表示
でき、音源の種類も同時に識別することができ
る。従つて、三次元的に位置を違えてそれぞれ周
波数の異なる複数の音源がある場合には、各音源
毎の情報を得ることができる。

なお、本実施例において、マイクアレイ８の移
動機構をラツク−ピニオンで構成しているが、プ
ーリーベルト（あるいはワイヤ）、ボールネジ−
ナツト（ベアリング）、シリンダで構成しても良
い。また、支持アーム１７は２本の薄板で構成し
ているが、集音器１の反射面１ａに向けて入射す
る音に対する干渉とならない構成であれば良く、
パイプ（管状部材）等で構成することも可能であ
る。

［発明の効果］以上詳細に説明したように、本発明に係る集音
式音源探査装置は、集音器に、レンズと焦点板と
からなる光学的な物体像結像装置を組合せること
により、簡単な構成で、容易かつ正確に音源の位
置を探査・測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分破断正面
図、第２図は第１図の右側面図、第３図及び第４
図はそれぞれマイクアレイの正面図と側面図、第
５図は電圧制御型増幅器の回路図、第６図は絞り
板を取付けた状態で示す発光ダイオードアレイの
部分平面図、第７図は第６図の−断面図、第
８図は音像結像位置検出装置としてのカメラの構
造説明図、第９図は可変フイルタの回路図、第１
０図は集音式音源探査方式の原理説明図である。１……集音器、１ａ……反射面、８……マイク
アレイ、８ａ……マイクロホン、９……支持板、
９ａ……移動台、１１……可動レール、１２……
固定台、１３……固定レール、１４……ラツク、
１５……電動モータ、１６……ピニオン、１８…
…電圧制御型増幅器、１９……発光ダイオードア
レイ、１９ａ……発光ダイオード、２１……カメ
ラ、２２……レンズ、２３……鏡胴、２４……ボ
デイ、２７……焦点板、３６……可変フイルタ、
Ａ……増幅器、Ｆ……フイルタ、₀……切換装
置、Ｓ……音源物体。

Claims

【特許請求の範囲】１音源物体からの音を反射させる凹曲面形状の
反射面を該音源物体に対向配設するようになした
集音器と、複数のマイクロホンをマトリツクス状
に並設することによつて形成したマイクアレイを
前記集音器の反射面に対向配設し、このマイクア
レイの各マイクロホンからの電気信号を増幅器で
増幅し、該増幅器からの出力信号に基づいて音源
物体の音像を表示器で表示させるように構成した
音像可視化装置と、レンズと焦点板とからなり、
該焦点板に音源物体の物体像を結像させる物体像
結像装置とを備え、前記音像可視化装置の鏡軸と
前記物体像結像装置の光軸とをほぼ一致させるよ
うに配設し、前記音像可視化装置により可視化表
示した音像及び物体像結像装置によつて結像させ
た物体像の焦点合せを行い、これらの像を対比さ
せることによつて音源位置を探査するように構成
したことを特徴とする集音式音源探査装置。２前記音像可視化装置は、前記マイクアレイを
前記集音器における反射面の鏡軸に沿つて移動可
能となすことにより音像の焦点合せを行う、音像
焦点調節機構付きとなしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の集音式音源探査装置。３前記物体像結像装置は、そのレンズと焦点板
との間の距離を調節することによつて物体像の焦
点合せを行う、物体像焦点調節機構付きとなした
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の集
音式音源探査装置。４前記増幅器は特定周波数の信号のみを取出す
ことができる可変フイルタ付きの増幅器としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の集音
式音源探査装置。