JPH0421141B2 - - Google Patents

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
大の時間を要する等の難点があつた。

そこで、マイクロホンをマトリツクス状に配設
することによつてマイクアレイを形成し、このマ
イクアレイに音源からの音を受音させて、各マイ
クロホンの音圧レベルに基づいて音源の位置を探
査する方式が本発明者等によつて提案されてい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、探査すべき音源が複数ある場合に
は、前述した音源探査方式のようにマイクロホン
を配設してマイクアレイを形成し、このマイクア
レイに受音させただけでは複合音源物体のうちの
特定の音の音源位置及びその音圧分布を認識する
ことはできない。例えば、複数の音源から騒音を
発生している機械、装置に対して音源種類毎に音
圧分布をサンプリングし、騒音対策の資料とする
場合にはかかる音源探査方式を使用することはで
きないことになる。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたもので、複
数の音が発生する音源物体のうちの特定音源の音
源位置及びその音に相関関係にある音圧の分布を
他の音から分離して認識することができる音源探
査装置を提供することを目的とするものである。

［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、本発明は複数の
マイクロホンをマトリツクス状に並設してなり、
音源物体から発生する音をそれぞれマイクロホン
で受けてその音圧に対応した電気信号に変換する
マイクアレイと、該マイクアレイの各マイクロホ
ンからの電気信号がそれぞれ入力される主増幅器
と、前記各マイクロホンのうちの任意のマイクロ
ホンからの電気信号を選択的に取り出すマイクア
レイ信号選択器と、該マイクアレイ信号選択器で
選択された信号を増幅して前記各主増幅器に増幅
度制御信号として入力して、この増幅された信号
の波形の瞬時値を前記各マイクロホンで受音した
信号の波形の瞬時値に乗算することによつて、前
記選択されたマイクロホンの音と相関関係にある
特定音の信号を他から分離して取り出して増幅す
るための制御増幅器と、該制御増幅器からの増幅
度制御信号により選択的に増幅された前記各主増
幅器からの出力信号に基づいて特定音の音像を表
示する表示装置とから構成したことをその特徴と
するものである。

［作用］ 而して、例えば複数の駆動部分を有し、該各駆
動部から騒音を発生している機械装置等のように
複合音を発生する音源物体のうちの特定音源の位
置及び音圧分布をサンプリングするには、マイク
アレイを直接音源物体に対面させるか、またはこ
の音源物体が大型のものである場合にはそれから
の音を反射させる凹曲面形状の反射面を有する集
音器を音源に向けて配設し、この集音器に向けて
マイクアレイを配設し、該マイクアレイによつて
音源物体からの音を受音させる。

一方、マイクアレイ信号選択器により手動でま
たは自動的に特定の位置のマイクロホンを選択
し、このマイクロホンの入力音圧信号を制御増幅
器を介して各マイクロホンに接続した主増幅器の
制御端子に増幅度制御信号としてバイアスし、こ
の増幅度制御信号に基づいてマイクアレイにおけ
る各マイクロホンでそれぞれ受音した音圧信号を
選択的に増幅する。即ち、マイクアレイ信号選択
器で選択された信号を増幅して各主増幅器に増幅
度制御信号として入力して、この増幅された信号
の波形の瞬時値を各々のマイクロホンで受音した
信号の波形の瞬時値と乗算する。これによつて、
各マイクロホンのうちの選択されたマイクロホン
に対応する位置における音と相関する音圧の分布
情報を得ることができ、この音圧分布情報を適宜
の表示装置によつて表示することができる。

そして、各マイクロホン毎の音圧分布情報を作
成すれば、各音源の位置とその音圧分布に関する
情報を得ることができる。また、複合音源の各音
源位置が予じめ判明している場合には、これら各
音源位置に対応するマイクロホンのみの音圧分布
情報を得ればよい。

［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。然るに、本実施例においては、マイク
アレイを直接音源物体に対面させず、集音器から
の反射音を該マイクアレイに受音させるように構
成したものが示されている。このように集音器を
用いると、小型のマイクアレイで大型の音源物体
の音源を探査することができるようになる。

そこで、まずこの集音式の音源探査装置の原理
について説明する。

即ち、第１０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、該音
源Ｓからの音はこの集音器Ｄの反射面ｒで反射し
てP′の位置で音源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、大きな音源物体であつて
も、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。

而して、第１図及び第２図に示したように回転
放物面、凹球面等の凹曲面形状を有する集音器１
の内面には反射面１ａが形成されており、この集
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に固着して設けた電動モータ
１５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の鏡軸上をそれに対し
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。

次に、第５図に示したように、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
た音をそれぞれ電気信号に変換し、この電気信号
を増幅する電圧制御型の乗算機能を有する主増幅
器１８ａがこれら各マイクロホン８ａと対応させ
て設置されている。この主増幅器１８ａは、各マ
イクロホン８ａによつて電気信号に変換された音
圧信号を各々同一の増幅度で増幅することができ
るようになつている。そして、該各主増幅器１８
ａの増幅度を制御するために、いずれかのマイク
ロホン８ａの入力信号を増幅して各主増幅器１８
ａにおける制御端子に入力するように構成されて
いる。ここで、この増幅度制御を行うためのマイ
クロホン８ａを選択するために、マイクアレイ選
択器１８ｂが設置されており、該マイクアレイ選
択器１８ｂには前記各マイクロホン８ａに接続し
た端子ａ，ｂ，ｃ，…ｎが設けられており、これ
らの端子のいずれかと出力側の端子ｔとの間を手
動でまたは自動的に接続切替を行うことによつ
て、いずれかのマイクロホン８ａの入力信号を取
出すことができるようになつており、この信号を
前記各主増幅器１８ａに対し増幅度制御信号とし
て好適となるようにするために、マイクアレイ信
号選択器１８ｂには制御増幅器１８ｃが接続され
ており、この制御増幅器１８ｃには電源電圧Vcc
が抵抗Ｒを介して接続しこの抵抗値を調整するこ
とによつて前記各主増幅器１８ａに最適なバイア
ス信号を得ることができるようになつている。そ
して、この制御増幅器１８ｃの出力側を各主増幅
器１８ａの制御端子と接続することによつて、こ
れら各主増幅器１８ａは前述のマイクアレイ信号
選択器１８ｃで選択された増幅度制御信号により
同一増幅度で増幅されるようになつている。

次に、１９は表示装置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、これら各発光ダイオード１９
ａはマイクアレイ８を構成する各マイクロホン８
ａ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
ある発光ダイオード１９ａと電圧制御型の主増幅
器１８ａ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１９ａの配設位置に絞り孔２０ａ，２０
ａ，…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。

さらに、２１は物体像を結像するためのカメラ
を示し、該カメラ２１は第８図に示したように、
レンズ２２を取付けた焦点調整機構付きの鏡胴２
３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２６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２
８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側に導かれて
シヤツタ３０の開放時に該暗室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
及びネガフイルムに結像し、この音源とカメラ２
１における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。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から音源物体を視透すことがで
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から発生する複合音源から発生す
る騒音の位置及び音圧分布を探査・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２３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。

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
信号に変換し、この信号を主増幅器１８ａに入力
する。これと同時にマイクアレイ信号選択器１８
ａによつて、いずれかのマイクロホン８ａを増幅
度制御用信号として取出し、この信号を制御増幅
器１８ｃにより所定の電圧レベルとなるように増
幅する。ここで、マイクアレイ信号選択器１８ａ
によるマイクロホン８ａの選択は、複数ある音源
のうちの一つの騒音発生位置に対応関係にある位
置におけるマイクロホンを選択するのが好まし
い。そして、この音源位置からは特定周波数の騒
音が発生しているので、この音圧信号をマイクア
レイ信号選択器１８ｂで選択して、各々の主増幅
器１８ａの制御端子に入力し、このマイクアレイ
信号選択器１８ｂから制御増幅器１８ｃを介して
増幅された信号波形の瞬時値をマイクアレイ８を
構成する各マイクロホン８ａの受音信号の波形の
瞬時値に乗算することによつて、該各主増幅器１
８ａにおいてはこの制御端子にバイアスされる増
幅度制御信号とは周波数及び位相の異なる信号が
除去されることになる。従つて、特定のマイクロ
ホン８ａの入力信号を増幅度制御信号として主増
幅器１８ａに入力させることにより、その選択さ
れたマイクロホン８ａに相関関係を有する音圧信
号のみが他の音と分離した状態で取出すことがで
きるようになる。そして、この音圧に関する信号
はマイクアレイ８と同様に配列して発光ダイオー
ドアレイ１９に入力されて、これらの各発光ダイ
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、探査対象の騒音の発生位
置及びその音圧分布を音像として可視化表示させ
る。ここで、前述のようにして選択されたマイク
ロホン８ａに関連する以外のマイクロホン８ａか
らの出力信号によつても発光ダイオード１９ａの
点灯も行われる場合があるが、かかる点灯は不安
定な状態となるので、この発光ダイオードの点灯
中不安定なものはノイズとして処理すればよい。

このようにして可視化表示した音像は、焦点板
２７に結像すると共に、一部は反射してシヤツタ
３２に向けて進行し、また音源物体Ｓの物体像は
レンズ２２及びハーフミラー２６を介してシヤツ
タ３２に向けて進行する。これにより焦点板２７
上には物体像と音源とが重ね合せられ、音源物体
Ｓにおける音源の位置、範囲、強さ等の音圧分布
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３２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もできる。そして、この
ときに、露光時間を調整することによつて発光ダ
イオードが点滅する不安定成分を除去することが
でき、音像の正確な表示が可能となる。

そこで、マイクアレイ信号選択器１８ｂによる
前記各マイクロホン８ａの選択を適宜切換えて、
これらのマイクロホン８ａのうち音源物体Ｓにお
ける各音源と対面するものを順次選択し、その音
圧分布をサンプリングすれば、音源物体Ｓのうち
の各音源の音圧分布、即ち音の広がり、大きさ等
を音像として可視化表示することができる。

さらに、第９図に示したように主増幅器１８ａ
の出力側に可変フイルタ３６を配設すれば、音源
物体Ｓのうちの特定周波数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f₀を設け、
この切換装置f₀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
音を発生する音源物体における特定音源のうちの
特定の周波数の音のみの音圧分布を可視化表示で
きる。

なお、本実施例において、マイクアレイ８を集
音器１に対面させて設ける構成としたが、このマ
イクアレイ８を直接音源物体Ｓに対面させるよう
にしてもよいことはいうまでもない。また、音像
の表示装置は前述の発光ダイオードアレイに限ら
ず、液晶、ブラウン管等を用いて音圧レベルを表
示する種々のデイスプレイ装置を用いることがで
き、しかも音像の表示は発光ダイオードの光量に
よるものだけでなく、数値化、色分け等の手段に
よることもできる。さらに、この音像は単独で表
示させてもよいが、前述の実施例に示したよう
に、この音像を物体像に重ね合わせるようにする
と、その音圧分布が正確に表示させることにな
る。そして、この物体像を表示する手段として
は、前述のものの他ビデオカメラ等を用いること
もできる。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明に係る音源
探査装置は、音源物体からマイクアレイに入力さ
れる信号をこのマイクアレイを構成するマイクロ
ホンのうちのいずれかのマイクロホンによる入力
信号を増幅度制御信号として選択的に増幅するよ
うにしたから、この選択されたマイクロホンの入
力信号と相関関係のある音源の位置、大きさ、広
がりからなる音像を他の音と分離して表示するこ
とができ、複合音の音源物体における各音源位置
及び音圧分布を、容易かつ正確に探査・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図は主増幅器の回路図、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１０図は
集音式音源探査方式の原理説明図である。 ８……マイクアレイ、８ａ……マイクロホン、
１８ａ……主増幅器、１８ｂ……マイクアレイ信
号選択器、１８ｃ……制御増幅器、１９……発光
ダイオードアレイ、１９ａ……発光ダイオード、
２１……カメラ、３６……可変フイルタ、f₀……
切換装置、Ｓ……音源物体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のマイクロホンをマトリツクス状に並設
   してなり、音源物体から発生する音をそれぞれマ
   イクロホンで受けてその音圧に対応した電気信号
   に変換するマイクアレイと、該マイクアレイの各
   マイクロホンからの電気信号がそれぞれ入力され
   る主増幅器と、前記各マイクロホンのうちの任意
   のマイクロホンからの電気信号を選択的に取り出
   すマイクアレイ信号選択器と、該マイクアレイ信
   号選択器で選択された信号を増幅して前記各主増
   幅器に増幅度制御信号として入力して、この増幅
   された信号の波形の瞬時値を前記各マイクロホン
   で受音した信号の波形の瞬時値に乗算することに
   よつて、前記選択されたマイクロホンの音と相関
   関係にある特定音の信号を他から分離して取り出
   して増幅するための制御増幅器と、該制御増幅器
   からの増幅度制御信号により選択的に増幅された
   前記各主増幅器からの出力信号に基づいて特定音
   の音像を表示する表示装置とから構成したことを
   特徴とする音源探査装置。 ２ 前記マイクアレイを音源物体に対向させて設
   けた集音器に対設させたことを特徴とする特許請
   求範囲第１項記載の音源探査装置。 ３ 前記表示装置を発光ダイオードアレイ、液
   晶、ブラウン管によるデイスプレイ装置のいずれ
   かで形成したことを特徴とする特許請求範囲第１
   項記載の音源探査装置。