JPH0421144B2 - - 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。

［発明が解決しようとする問題点］ 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響信号を受音させて、
これを電圧制御型増幅器等からなる主増幅器で増
幅し、これを各マイクロホンに対応するようにマ
トリツクス状に配列した発光ダイオードアレイ等
からなる表示装置によつて各マイクロホンの受音
音圧レベルを可視化表示し、この表示に基づいて
音源の位置及びその分布を探査する方式が本発明
者等によつて提案されている。そして、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のように、探査すべき音
源が複数ある場合において、そのうちの特定音源
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ような音源探査
を行うために、マイクアレイを構成する各マイク
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を
設け、このマイクアレイ信号選択器で選択された
マイクロホンの受音信号を前述の主増幅器におけ
る増幅度を制御する制御信号として入力するよう
に構成したものも提案されている。

このように構成することにより、マイクアレイ
信号選択器で選択した音源と相関のある音像を他
の音像から分離して取出すことができるので、複
合音源を精度良く探査・分析することができるよ
うになる。

ところで、前述のように、マイクアレイ信号選
択器からの信号を直接主増幅器に入力すると、特
定音源から直接受音される音像の形成はできるも
のの、例えば音源物体からその周辺部に伝達さ
れ、この伝達過程で他の音によつて周波数が合成
される等して、周波数分布が変化した音を含めた
音像を得ることが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、音
源物体から発生する音について、特定の周波数成
分を含む音像を正確に探査・測定することができ
るようにした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響信号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
選択器で得られた信号を瀘波して特定の周波数成
分だけを通過させる瀘波器と、該瀘波器からの信
号を増幅して前記各主増幅器に制御信号として入
力して、その信号波形の瞬時値を前記各マイクロ
ホンで得られた信号の波形の瞬時値に乗算するこ
とによつて、前記マイクアレイ信号選択器で選択
された音と相関関係にある特定音の信号を他から
分離して取り出すための可変増幅器と、該可変増
幅器からの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から
直接発生する音と、この音源から周囲に伝達され
て異なる周波数成分と合成された音を含めた音
像、即ち音源位置及び音圧分布を探査・測定する
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す
る。そして、該マイクアレイ信号選択器に接続し
た瀘波器によつてこのマイクロホンの入力音響信
号のうちの特定の周波数成分だけを取出して、こ
の信号を可変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制御信号としてバイ
アスすることによつて、この制御信号の波形の瞬
時値を各マイクロホンで得た音響信号の波形の瞬
時値に乗算することによつて、この各マイクロホ
ンで受音した音響信号を選択的に増幅する。これ
によつて、マイクアレイ信号選択器で選択したマ
イクロホンに対応する位置における音そのものだ
けなく、異なる成分と合成されることによつて、
基本成分としては当該音源の周波数成分を有する
が、これ以外の周波数成分を含んだ音を含めた音
像を表示装置に表示させ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。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
響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の入力信号のうちの特定の周波数成分
だけを増幅して各主増幅器１８ａ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
の増幅度の制御を行うマイクロホン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
なつている。そして、このマイクアレイ信号選択
器１８ｂからの出力信号を特定の帯域の周波数だ
けを通過させる瀘波器１８ｃに入力するようにな
つており、該瀘波器１８ｃによりその入力信号の
うち、所定の周波数範囲の信号を取り出して、こ
の信号を可変増幅器１８ｄに入力することができ
るように構成されており、この可変増幅器１８ｄ
には電源電圧Vccが抵抗Ｒを介して接続され、こ
の抵抗Ｒ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。

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。

このようにして、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、この信号を主増幅器１８
ａに入力する。

これと同時に、マイクアレイ信号選択器１８ａ
によつて、いずれかのマイクロホン８ａを制御用
信号として選択するが、このマイクロホン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
らの発生騒音の周波数のうち、マイクアレイ信号
選択器１８ｂで選択した特定のマイクロホン８ａ
からの信号を瀘波器１８ｃによつて、特定周波数
成分のみを通過させて、可変増幅器１８ｄで増幅
し、各々の主増幅器１８ａの制御端子に入力す
る。このように、マイクアレイ８を構成する各マ
イクロホン８ａに接続された各主増幅器１８ａに
特定のマイクロホン８ａからの出力信号を制御信
号として主増幅器１８ａに入力し、このマイクア
レイ信号選択器１８ａからの制御信号の信号波形
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で得た音響信号の波形の瞬時値に乗算す
ることによりこの音響信号が選択的に増幅され
て、選択されたマイクロホン８ａが受音したもの
と無関係の音を排除することができるようにな
る。しかも、該各主増幅器１８ａにおいては、特
定のマイクロホン８ａの入力信号を瀘波器１８ｃ
を通過させることによりそのうちの特定周波数成
分のみを取出して、制御信号としてバイアスされ
るようになつているので、この制御信号と同一の
周波数成分を有するものであれば、音源から直接
入力されるものだけでなく、音源位置の周辺部に
伝達される等して異なる周波数成分を含んでその
周波数特性が変化したものも取出すことができる
ようになる。

ここで、マイクアレイ信号選択器１８ｂからの
信号を瀘波器１８ｃを通過させるように構成する
ことによつて、単一の瀘波器１８ｃでマイクアレ
イ８を構成する各マイクロホン８ａにおいて、特
定周波数成分の音を他の音と分離して取出すこと
ができるようにしているので、その装置構成が簡
単で、コンパクトに形成することができる。

そして、この音に関する信号はマイクアレイ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
り、探査対象の騒音と相関を有するすべてのもの
の音源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すると共
に、瀘波器１８ｃによる通過帯域を変更して音源
からの騒音に相関のある音の音圧分布をサンプリ
ングすれば、音源物体Ｓのうちの各音源に関する
音像、即ち音源位置、音の広がり、大きさ、性質
等を可視化表示することができる。

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
れる音響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
入力信号のうち特定の周波数成分の信号を制御信
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に相関関係の
ある音を、それが直接マイクアレイに受音された
ものだけでなく、音源から周辺部に伝達されたも
のを含めてその位置、大きさ、広がり、周波数等
からなる音像を他の音と分離して正確に表示する
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……瀘波器、１８ｄ……可変増
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、Ｓ……音源
物体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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響信号に対応した電気
   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
   イ信号選択器で得られた信号を瀘波して特定の周
   波数成分だけを通過させる瀘波器と、該瀘波器か
   らの信号を増幅して前記各主増幅器に制御信号と
   して入力して、その信号波形の瞬時値を前記各マ
   イクロホンで得られた信号の波形の瞬時値に乗算
   することによつて、前記マイクアレイ信号選択器
   で選択された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すための可変増幅器と、該
   可変増幅器からの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。