JPH0421142B2 - - 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を発光ダイオード等の表示
装置で表示させることによつて、その音源の位置
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、音源物体において、音源が複数あ
り、この複数音源のうちの一つの音源を探査・測
定する場合には、前述した音源探査方式のように
単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かか
る複合音源物体のうちの特定の音の音源位置及び
その音圧分布を他の音と分離して取出すことはで
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
合音が発生する音源物体における各音源位置とそ
の音源位置における音圧分布を正確に認識するこ
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増幅器
と、前記音源物体からの任意の音の信号に波形に
近似する正弦波または矩形波のいずれかの電気信
号を発生する関数発生器を備え、該関数発生器か
らの電気信号を前記マイクアレイの受信信号と同
調するように位相調整して増幅度制御信号として
前記各増幅器に入力して、この増幅度制御信号の
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
関数発生器で発生する信号波形と相関関係のある
特定音の信号を他から分離して取り出して増幅す
るための増幅度制御信号発生装置と、該増幅度制
御信号発生装置からの増幅度制御信号により増幅
された前記各増幅器の出力信号に基づいて前記関
数発生器において発生した周波数と相関のある音
像を表示する表示装置とから構成したことそのを
特徴とするものである。

［作用］ 而して、例えば多数の作動部材を有し、該各作
動部材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、増幅度制御信号発生装置における関数発
生器に音源物体から発生する音の波形のうち、特
定の音の波形に近似する正弦波または矩形波の信
号を予め設定しておき、この関数発生器から所定
の正弦波信号または矩形波信号を発生させて、こ
の信号をマイクアレイを構成する各マイクロホン
の信号と同調させるように位相調整を行うことに
よつて、増幅度制御信号を生成する。そして、こ
の増幅度制御信号を各増幅器における制御端子に
入力して、この増幅度制御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、各マイクロホンで受
音した信号を選択的に増幅し、この増幅信号に基
づいて一定の音圧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音像と
して表示する。そして、関数発生器で発生させる
正弦波信号を変化させ、またその位相も変化させ
ることによつて、当該の増幅度制御信号に相関の
ある音の発生位置とその大きさを他の音の成分か
ら分離して表示することができる。換言すると、
この関数発生器を備えた単一の増幅度制御信号発
生装置により多数配設した増幅器のフイルタを行
うことができるようになり、簡単な構成で複合音
を発生する音源物体から所望の周波数の音の音圧
分布情報の作成を行うことができる。

［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。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９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、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図イに示したように、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備えた増幅
器１８ａを各マイクロホン８ａと対応させて設け
た多チヤンネルVCAユニツト１８が設置されて
いる。このVCAユニツト１８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に関す
る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VCAユニツト
１８の増幅度を制御するために、増幅度制御信号
発生装置１８０が設けられている。該増幅度制御
信号発生装置１８０は関数発生器１８１と位相調
整器１８２とからなり、関数発生器１８１は所望
の周波数の正弦波電気信号を発生し、この信号を
任意の大きさに増幅することができるように構成
されている。

一方、位相調整器１８２は第５図ロに示したよ
うな構成となつている。即ち、前記関数発生器１
８１からの信号をＡ−Ｄ変換器１８２ａでデジタ
ル信号に変換し、そのサンプリングタイミングと
シフトタイミングを所定の時間間隔（ｔ）で刻々
クロツクパルスを発生するクロツクパルス発生器
１８２ｂで制御することによつて、前述の入力信
号をこのクロツクパルスの数（Ｎ）に応じた遅延
時間（txN）をもたせて各メモリａ，ｂ，ｃ，…
ｎに順次記憶させるようになつている。そして、
これらのメモリａ，ｂ，ｃ，…ｎにはメモリスイ
ツチ選定器１８２ｃが接続されて、メモリスイツ
チ選定信号発生器１８２ｄにより該メモリスイツ
チ選定器１８２ｄをいずれかのメモリと接続させ
ることによつて、関数発生器１８１からの信号に
所定の時間遅れを生じさせることによつて、その
位相を調整することができるようになつている。
さらに、このようにして位相調整されたデジタル
信号はＤ−Ａ変換器１８２ｅでアナログ値に変換
することによつて、関数発生器１８１の信号の位
相を調整し、これを増幅度制御信号として各
VCAユニツト１８を構成する各増幅器１８ａの
制御端子１８ａの接続されており、従つて各
VCAユニツト１８はこの増幅度制御信号発生装
置１８０から出力される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VCAユニツト１８
の各増幅器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２０
ａ，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。

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、この音源とカメラ２１
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における複合音源から発生する騒
音のうち特定周波数の騒音の音圧分布を探査・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、前述の物体像と音源との焦点合せが完
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てVCAユニツト１８に入力
する。そして、増幅度制御信号発生装置１８０を
構成する関数発生器１８１において、音源物体Ｓ
から発生する音のうち、特定の音の波形に近似し
た正弦波信号等を予め設定しておき、この関数発
生器１８１からサンプリングすべき音と相関関数
にある正弦波電気信号を発生させて、この信号を
一定の電圧レベルとなるように増幅し、該関数発
生器１８１からの出力信号を位相調整器１８２に
入力してその位相を制御する。

ここで、音源物体Ｓから発生する音は直接マイ
クアレイ８に入射されるものだけでなく反射音等
が含まれるので、関数発生器１８１からの周波数
信号を直接VCAユニツト１８に入力するように
すると、関数発生器１８の位相とマイクアレイ８
の受音信号の位相とが必ずしも一致するとは限ら
ないので、この位相差に基づいて音像に反射音に
よる影響が表われたり、また直接マイクアレイ８
に入射された音がカツトされてしまうことがあ
る。そこで、前述の位相調整器１８２によつて関
数発生器１８１からの周波数信号の位相を調整
し、その出力信号をVCAユニツト１８に対する
増幅度制御信号として該VCAユニツト１８にお
ける各増幅器１８ａの制御端子に入力し、この増
幅度制御信号の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、前記関数発生器
１８１により発生させた信号の周波数及びその位
相と相関する音源の音圧分布信号が他の音源に関
する情報から切り離して、マイクアレイ８と同様
に配列した発光ダイオードアレイ１９に表示させ
ることができる。そして、この位相の調整は発光
ダイオードアレイ１９の光量が最大となるように
することによつて簡単に行うことができる。

このように、マイクアレイ８の各マイクロホン
８ａに対応した位置関係に配列した発光ダイオー
ドアレイ１９の各発光ダイオード１９ａをVCA
ユニツト１８からの信号における音圧レベルに応
じた光量で点灯させることにより、ある周波数の
音源の発生位置及びその音圧分布を音像として可
視化表示させることができる。ここで、この音像
は音源物体Ｓのうち関数発生器１８１で発生した
信号の周波数と同じ周波数であつて、しかも位相
調整器１８２で調整した位相と同位相の音の広が
りとその大きさとを可視化させるようにしたもの
である。

而して、関数発生器１８１から発生する信号の
周波数及びその大きさを変えると共に、位相調整
器１８２による位相を適宜選定しながら、音源の
探査・測定を行うことによつて、当該音源物体Ｓ
における種々の音圧分布情報を得ることができ
る。

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
３０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において特定の周波数の音の音源位置、範囲、
強さ等の音圧分布を容易に探査・測定することが
できる。しかも、位相調整器１８２で調整した関
数発生器１８１からの周波数信号と同一位相の音
だけを取出すことができるので、位相にずれがあ
る反射音等の影響を排除でき、前述の音圧分布を
正確に探査・測定できる。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もで
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、位相
調整器１８２では関数発生器１８１からの入力信
号をデジタル信号に変換して位相の調整を行うよ
うにしたものを示したが、例えば電荷結合素子等
のアナログメモリを使用すれば、Ａ−Ｄ、Ｄ−Ａ
変換を行うことなく位相の調整を行うことができ
る。さらに、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る。さらにまた、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、前述のものの他テレビ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
れる信号を関数発生器を備えた増幅度制御信号発
生装置からの出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、マイクアレイを
構成する多数のマイクロホンと一致する数の増幅
器の出力信号に同時にフイルタにかけることがで
き、簡単な構成で、音源物体から発生する複合音
のうちのある特定の音に相関関係のある音源の位
置、大きさ、広がり等を他の音と分離して表示す
ることができ、かつ関数発生器からの周波数信号
の位相を調整し得るようにしたから、反射音の影
響の排除等の操作も行うことができ、複合音の音
源物体における各音源の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図イは増幅器の回路図、第５図ロは位相調整器
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、
１８……多チヤンネルVCAユニツト、１８ａ…
…増幅器、１９……発光ダイオードアレイ、１９
ａ……発光ダイオード、２１……カメラ、１８０
……増幅度制御信号発生装置、１８１……関数発
生器、１８２……位相調整器、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をそれぞれ入力され
   る増幅器と、前記音源物体からの任意の音の信号
   に波形に近似する正弦波または矩形波のいずれか
   の電気信号を発生する関数発生器を備え、該関数
   発生器からの電気信号を前記マイクアレイの受信
   信号と同調するように位相調整して増幅度制御信
   号として前記各増幅器に入力して、この増幅度制
   御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、前記関数発生器で発生する信号波形と相関関
   係のある特定音の信号を他から分離して取り出し
   て増幅するための増幅度制御信号発生装置と、該
   増幅度制御信号発生装置からの増幅度制御信号に
   より増幅された前記各増幅器の出力信号に基づい
   て前記関数発生器において発生した周波数と相関
   のある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面させて設
   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。