JPH0460557B2 - - 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けるようにし、こ
れら各マイクロホンの音圧レベルに基づく音像を
発光ダイオード等を備えた表示装置で表示させる
ことにより可視化させることによつて、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、音源物体において、音源が複数あ
り、この複数の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発生位置にお
ける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、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、前記音源物体における特定の音発生源に対設
され、この音発生源から発生する音を検出し、そ
の音圧を電気信号に変換する参照用音検出器と、
該参照用音検出器からの出力信号を増幅すると共
に、この増幅出力信号を前記マイクアレイにおけ
る当該音発生源における受音信号に同調させるた
めの位相の調整を行い、この位相調整後の信号を
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とを乗算
することによつて、参照音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選択的に
増幅された前記各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うちの特定の音発
生部における音圧分布を他の音から分離して取出
すには、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、マイ
クアレイをこの集音器に向けて設置し、該マイク
アレイによつて音源物体からの反射音を受けさせ
る。

一方、参照用マイクロホン、振動計等からなる
参照用音検出器をサンプリングすべき騒音発生部
に対設し、この参照用音検出器によつて該騒音発
生部における音を測定しこれを電気信号に変換す
る。この参照用音検出器の入力音圧信号を増幅度
制御信号発生装置により増幅し、マイクアレイに
おける当該音発生源における受音信号に同調させ
るための位相の調整を行うことにより増幅度制御
信号を生成する。この増幅度制御信号を各増幅器
の制御端子に入力して、この信号の波形の瞬時値
を各マイクロホンからの出力信号の波形の瞬時値
に乗算することにより、選択的に増幅し、これに
よりこの参照用音検出器を対設させた位置におけ
る音圧分布情報が得られ、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ことが
できる。

ここで、増幅度制御信号発生装置における位相
の調整は、音源物体とマイクアレイ及び参照用音
検出器との距離が異なるために行われるもので、
この位相調整はサンプリングすべき音発生部から
の音の周波数と、マイクアレイの音源物体との間
の距離及び参照用音検出器との間の距離の比率と
によつて決まるもので、これらを計算によつて算
出するようにしてもよいが、時間遅れ要素を有す
る位相調整器を使用し、この位相調整器における
時間遅れを手動でまたは自動的に制御することに
より行うこともできる。

そして、各音発生部毎の音圧分布情報を作成す
れば、複合音源物体における各音源の音圧分布に
関する情報を得ることができる。

［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の反斜面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、前記マイクア
レイ８には多チヤンネルVCAユニツト１８が接
続されており、該VCAユニツト１８は各マイク
ロホン８ａで受けて電気信号に変換された音圧信
号を増幅する電圧制御型の乗算機能を有する増幅
器１８ａが各マイクロホン８ａに対応させて設け
ることによつて形成されている。このVCAユニ
ツト１８を構成する各増幅器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、該各増幅器１
８ａの増幅度を制御するために、参照用マイクロ
ホン、振動計等からなる参照用音検出器１８０が
設けられており、該参照用音検出器１８０は音源
物体Ｓの所望の位置に対面した状態に設置するこ
とができるようになつており、これによつて音源
物体Ｓにおける特定位置の音のみを取出して受音
させることができるようになつている。そして、
この参照用音検出器１８０は増幅度制御信号発生
装置１８１と接続されており、該増幅度制御信号
発生装置１８１は制御増幅器１８２と位相調整器
１８３とからなり、制御増幅器１８２には電源電
圧Vccが抵抗Ｒを介して接続されて、この抵抗値
を調整することによつて前記参照用音検出器の出
力信号を所望の増幅度で増幅することができるよ
うになつている。

一方、位相調整器１８３は第５図ロに示したよ
うな構成となつている。即ち、前記制御増幅器１
８２からの信号をＡ−Ｄ変換器１８３ａでデジタ
ル信号に変換し、クロツクパルス発生器１８３ｂ
でこの信号を所定の時間間隔(t)で刻々クロツクパ
ルスを発生させることによりそのサンプリングタ
イミング及びシフトタイミングを制御することに
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１８３ｃが接続され
て、メモリスイツチ選定信号発生器１８３ｄによ
り該メモリスイツチ選定器１８３ｃをいずれかの
メモリと接続させて、参照用音検出器１８０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、参照音の信号を各マイクロホン８ａで受信し
た信号に同調させるように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１８３ｅでアナログ値に変換することによつ
て、参照用音検出器１８０の信号を増幅度制御信
号としてVCAユニツト１８の各増幅器１８ａの
制御端子にバイアス信号として入力することがで
きるように構成されており、これら各増幅器１８
ａはこの増幅度制御信号発生装置１８１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，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２９内に導かれ、該ボデイ２９内にレンズ２
２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２９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２９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、この音像とカメラ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
音のうち特定位置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。そして、
これと同時に参照用音検出器１８０を測定すべき
音源の位置に対面させるように設置する。

而して、物体像と音像との焦点合せが完了する
と共に参照用音検出器１８０が正確に音発生部と
対面する位置に設置されると、その位置でマイク
アレイ８、カメラ２１及び参照用音検出器１８０
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
気信号に変換して増幅器１８ａに入力する。これ
と同時に参照用音検出器１８０により、当該の音
発生部の音を受けさせてこれを電気信号に変換
し、この信号を構成する制御増幅器１８２により
所定の電圧レベルとなるように増幅し、該制御増
幅器１８２からの出力信号を位相調整器１８３に
入力してその位相を制御する。この位相調整器１
８３の出力信号を各増幅器１８ａに対する増幅度
制御信号としてこれら各増幅器１８ａの制御端子
に入力し、この増幅度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８
ａの受音信号の波形の瞬時値に乗算することによ
つて、複数ある音源のうちの一の音発生位置に対
応関係にある特定周波数の音と相関関係を有する
音圧信号のみを他の音から分離した状態で取出
す。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、その探査対
象の音の発生位置における音圧分布を音像として
可視化表示させる。ここで、音像は音源物体Ｓか
ら発生する音のうちの特定の音の発生部分とこの
音発生部からの影響によつて発生する音の広がり
と、その音の大きさからなるものである。

ところで、前述のように特定の音源位置におけ
る音と相関関係のある音だけを取出すには、増幅
度制御信号の位相がマイクアレイ８から増幅器１
８ａに入力される信号の位相と一致していなけれ
ばならない。この増幅度制御信号の位相を調整す
るために、増幅度制御信号発生装置１８１には位
相調整器１８３が設けられており、該位相調整器
１８３のメモリスイツチ選定信号発生器１８３ｃ
を手動でまたは自動的に調整して参照用音検出器
１８０からの信号に遅延を生じさせて、マイクア
レイ８の信号における周波数と一致させるように
すればよい。この位相の調整は、発光ダイオード
アレイ１９における音源位置の発光ダイオード１
９ａの光量が最大となるようにメモリスイツチ選
定信号発生器１８３ｃを調整することによつて容
易に行うことができる。

ここで、前記参照用音検出器１８０が受ける音
と関連する音以外の音に関する音圧信号によつて
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で点滅するの
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
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。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、参照用音検出器１８０を音源物体Ｓに
おける各々の騒音発生位置に対面させることによ
つて、これら各音源毎の音圧分布をサンプリング
することができ、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、位相
調整器１８３では参照用音検出器１８０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することができ
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、また音像の表示方式も前述
のものに限らず、数値による表示、色分けによる
表示、等高線を用いた表示等によることもでき
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
の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
れる信号を特定音源位置に対面させて設けた参照
用音検出器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、この特定音
源位置における参照用音検出器の受音信号と相関
関係のある音源の大きさ、広がり等を他の音と分
離して表示することができ、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、
１８……多チヤンネルVCAユニツト、１８ａ…
…増幅器、１８ｔ……制御端子、１９……発光ダ
イオードアレイ、１９ａ……発光ダイオード、２
１……カメラ、３６……可変フイルタ、１８０…
…参照用音検出器、１８１……増幅度制御信号発
生装置、１８２……制御増幅器、１８３……位相
調整器、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、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、前記音源物体における特定の音発生
   源に対設され、この音発生源から発生する音を検
   出し、その音圧を電気信号に変換する参照用音検
   出器と、該参照用音検出器からの出力信号を増幅
   すると共に、この増幅出力信号を前記マイクアレ
   イにおける当該音発生源における受音信号に同調
   させるための位相の調整を行い、この位相調整後
   の信号を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
   とを乗算することによつて、参照音と相関関係の
   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
   選択的に増幅された前記各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配設した
   集音器に対面させて設け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 前記参照用音検出器は参照用マイクロホンま
   たは参照用振動計のいずれかであることを特徴と
   する特許請求範囲第１項記載の音源探査装置。 ４ 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。 ５ 前記各増幅器の出力側に可変フイルタを設け
   て、前記参照音検出器により複合音からなる参照
   音を受音して、この参照音を増幅度制御信号とし
   て前記各増幅器によつて前記各マイクロホンの受
   音信号を選択的に増幅した後の信号を前記可変フ
   イルタで瀘波し、該可変フイルタの設定周波数信
   号に基づいて増幅制御を行うことによつて、複合
   参照音から特定周波数の音に関する音像を形成す
   るように構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。