JPH068751B2

JPH068751B2 - 音響インテンシテイワツトメ−タ

Info

Publication number: JPH068751B2
Application number: JP20681686A
Authority: JP
Inventors: 靖島根; 洋一大越; 新一下出; 良次佐藤
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1994-02-02
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPS6363926A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、音波を感知するためのセンサ部、インテンシ
テイ演算部及び表示部を有する音響インテンシテイワツ
トメータに係り、高効率、高精度音源探査に好適なよう
に改良した音響インテンシテイワツトメータに関するも
のである。

〔従来の技術〕

機器の騒音付策を短期間で経済的に行なうためには、騒
音限の高精度探査技術が不可欠であり、このための測定
機器として音響インテンシテイワツトメータが最近注目
されている。従来、この種のワツトメータには、対向せ
しめて配置された１対の音波センサとこれの支持部、イ
ンテンシテイ演算部及びその結果のインテンシテイの大
きさと向きを示す表示から構成されているものが知られ
ている。すなわち、東京大学・生産技術研究所生研リー
フレツトNo.１２４における“簡易型音響インテンシテ
イワツトメータ”と題する文献において論じられてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこの種のメータは原理的に１対のセンサを結ぶ延
長軸方向でのインテンシテイの向きと大きさを計測する
ものであり、音限位置方向を探知する場合、１対のセン
サの中央を中心として、センサを１８０゜回転させる必
要がある。短時間で探知するためには、１対のマイクを
回転させるための駆動機構たとえばモータを伝動機構
（ギアまたはベルト）が必要不可欠である。しかもこの
機構をセンサ近傍に位置せしめる必要が有るから、モー
タ、ギアから発生する音がノイズとなつて探査精度を大
幅に低下させることは容易に推定できる。さらに駆動機
構を設けると回転半径が大きくなり、狭い空間で音源を
探査する場合や時間的に音響の大きさ、音源位置が変化
するような機器を対象とする場合には、適用が不可能で
あつたり、適用しても精度が非常に悪だつたりするとい
う問題があつた。また、測定点における絶対的方位が解
らないという問題もあつた。

本発明の目的は、短時間で高精度に音響インテンシテイ
の方向と大きさを計測し、音源の位置を探知することが
可能な音響インテンシテイワツトメータを提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、基本的には音源の方
向を探知可能とするように、１対のセンサとこれらの感
知部を結ぶ延長方向と４５度，９０度，１３５度の角度
に同一平面上にそれぞれ３対のセンサを設け、これら４
対のセンサ出力信号をもとにインテンシテイを解析可能
とする演算部とこの４対の演算出力結果を組み合わせ
て、音波の伝播方向と大きさを示す表示部から構成した
ものである。

〔作用〕

上記のように構成された音響インテンシテイワツトメー
タにおいては、複数経路のセンサ（例えばマイクロホ
ン）の出力を用いて得られる各対の方向のインテンシテ
イの大きさと方向（測定点における方向および絶対的方
位）を合成し、音波の伝播方向とその大きさを即座にし
かも実時間で探知できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図により説明す
る。第１図は、インテンシテイワツトメータの外観斜視
図を示す。本例のワツトメータは、センサ部１とこのセ
ンサ部を支持するためのサポート２、サポート２の片端
を支持し、表示部４を有する手元ボツクス部５および表
示切り換え用スイツチ３、インテンシテイ演算回路部７
と電源部８を収容するための演算部ボツクス９及び手元
ボツクス５と演算ボツクス９間の通信ケーブル６から構
成されている。第２図は、センサ部を切り離してインテ
ンシテイの解析装置として演算部及び表示部を使用する
場合の構成を示す。テープレコーダ等に録音された電気
信号１０とこの信号入力用のコネクト２′を有する手元
ボツクス部５と演算ボツクス部９から構成されている。

第１図のセンサ部１は、サポート２の軸方向Ｙ成分のイ
ンテンシテイ計測用センサ１１，１２と、これらのセン
サと４５度方向の計測用センサ１３，１４と、９０度を
なすＸ方向の計測用センサ１５，１６と、１３５度の計
測用センサ１７，１８とを設けている。センサ１１〜１
８は、小型のエレクトレツトマイクロホンであり、さら
にこれらのマイク間の間隔を一定に保つためのスペーサ
１９が配設されている。第３図は、手元ボツクス５に収
容された表示部４の拡大図であり、音の流れ方向の２次
元成分（Ｘ，Ｙ方向）を矢印（ベクトル）で示すための
ＬＥＤ２０が同心円上に複数個配列されている。また、
これらのＬＥＤの中心にインテンシテイの大きさを表示
するためのＬＥＤ２１を設けている。さらに、絶対的方
位を示すためのＬＥＤ２２も設けている。

第４図は、Ｙ軸方向に設けられた１対のセンサ１１，１
２の指向特性を示す。１対のセンサの場合は、その軸方
向に対し感度が良い。第５図は、第４図で示したＹ軸方
向の１対のセンサ１１，１２と、上記Ｙ軸に対して４５
度方向に設けた１対のセンサ１３，１４と、同じく９０
度方向のセンサ１５，１６と、さらに１３５度方向のセ
ンサ１７，１８とを設けた場合の指向特性を示したもの
である。この場合、方向が隣接した２対の指向特性が重
なり合つた領域での感度が良くなる。従つて第５図に示
すセンサ位置でのインテンシテイ測定の場合、Ｙ軸方向
からの入射してくる音波に対し、その音源方向指示はＹ
軸方向を正確に示さず、各センサの指向特性の重なり合
う感度の良い方向を示し、ほぼ全方向とも指向特性が向
上する。第６図は、音の入射方向を求めるインテンシテ
イ演算部および表示部のブロツク図を示す。また、第７
図は、１対のセンサの指向特性を示す。音波の入射角度
をαとするインテンシテイのＸ軸およびＹ軸成分Ｉ_X，
Ｉ_Yは、Ｉ_X＝｜Ｉ｜ocsα，Ｉ_Y＝｜Ｉ｜sinα となるので、大きさ｜Ｉ｜は、となり、角度αは、ｔａｎα＝｜Ｉ_Y／Ｉ_X｜または、ｃｏｔα＝｜Ｉ_X／Ｉ_Y｜と、Ｉ_XとＩ_Yの符号関係から求
まる。第８図は、全周を１０度ビツチで３６分割して演
算および表示する例を示す。２対のセンサによつて収音
され、インテンシテイ演算後の信号｜Ｘ｜と｜Ｙ｜を割
算器２３によつて除算する。この場合、比較器２４によ
つて得られる｜Ｉ_X｜と｜Ｉ_Y｜｜Ｉ_Y／Ｉ_X｜の大小｜Ｉ
_Y／Ｉ_X｜の判定結果にもとずき、または何れかの演算を
行なう。この値と角度相当電圧発生回路２５の出力値を
比較器２６ａ〜２６ｄによつて比較し、この出力をデイ
ジタル信号４ｂｉｔとしてメモリ２７に入力する。この
実施例では、角度相当電圧発生回路２５の出力電圧は、
tan１０゜，tan２０゜，tan３０゜，tan４０゜の値相当
する。

一方０≦｜Ｉ_Y／Ｉ_X｜≦１または０≦｜Ｉ_X／Ｉ_Y｜≦１
に相当する方向の表示領域は、第９図に示す８通りであ
るので、このなかからある領域を特定するために、比較
器２４、符号反転回路２８ａ，２８ｂ符号判別回路２
９，３０を用いて、Ｉ_X，−Ｉ_X，Ｉ_Y，−Ｉ_Yのそれぞれ
の符号およびＩ_XとＩ_Yの大小を表わす信号にデイジタル
変換する。これらの信号と上記４ｂｉｔ信号とをアドレ
スとしてメモリ２７に入力すると、あらかじめメモリ２
７に書きこまれている全周１０度ピツチ、３６分割の領
域に対応する２進数の信号（６ｂｉｔ）が出力される。
第８図におけるデコーダ３１とドライバー回路３２は、
２進数を少なくとも３６進数に変換する回路とこの出力
に対応する方向のＬＥＤを駆動するための回路である。
本実施例の演算部で用いている素子は、何れも低価格で
ＩＣ化されておらず、小型汎用品である。また、演算時
間もきわめて小さいので、実時間にて演算および表示可
能なポータブルインテンシテイワツトメータが、実現で
きる。以上のように本実施例のワツトメータにおける方
向演算部は、４対のインテンシテイ信号の比較器と、符
号反転回路および符号判別回路と、除算回路およびメモ
リ回路とデコーダ回路とからなり、４対のインテンシテ
イの信号Ｉ_X，Ｉ_Ｙの大きさの比と各信号の符号および
大小の判別結果を２進数のデイジタル信号に変換し、さ
らに全周を８分割されている領域を角度に対応するデイ
ジタル信号に変換する演算を行なうことにより、平面内
における音の流れ方向を全周にわたつて、演算表示でき
る。第８図に示されている本実施例では、符号反転回路
２８および符号判別回路３３を用いているが、符号判別
回路２９，３０は、Ｉ_ＸおよびＩ_Ｙの符号を０または１
のデイジタル信号に変換する機能をもつているので、符
号反転回路２８ａ，２８ｂおよび符号判別回路３３は必
ずしも必要とはしない。１対のセンサの指向特性が周波
数に依存する場合には、角度相当電圧発生回路２５によ
つて出力される信号電圧を周波数帯域ごとに変化させる
方向が有効であり、本発明に含まれる。また全周１０ピ
ツチで３６ケに分割、表示する方法についても実施例で
説明したが、解析表示は全周に限らず、また分割数も特
に限定するもをではない。

第６図のブロツク図に示す如く、本実施例の装置は、セ
ンサ１１，１２の出力Ａ，と、他の対のセンサ１３，
１４の出力Ｂ，と、センサ１５，１６の出力Ｃ，
と、センサ１７，１８の出力Ｄ，との増幅およびイン
ピーダンス整合用バツフア部、上記のＡ，，Ｂ，，
Ｃ，およびＤ，の信号からＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ方向のイ
ンテンシテイ成分Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c，Ｉ_dを演算する回路
（インテンシテイ演算部）、この値Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c，Ｉ_d
から方向（矢印）とその大きさを演算するインテンシテ
イ掛算部と、各々の方向判別器からなる演算部、および
それを対数変換するベクトル演算部、この結果をＬＥＤ
で表示するための表示部からなる。ａ，ｂ，ｃおよびｄ
方向のインテンシテイＩ_a，Ｉ_b，Ｉ_c，Ｉ_dは、それぞれ
対向するマイクロ信号の音圧Ｐ（ｔ）と粒子速度
（ｔ）の積で表わすことができる。ここで粒子速度
（ｔ）は、２ケのマイクロ信号の音圧の空間的な勾配に
比例するので、次式に示す演算を電気回路で実現してい
る。

本実施例は、上記の如く構成されていて、対向するセン
サ１１，１２とこれと４５度方向に対向するセンサ１
３，１４と、同じく９０度に対向するセンサ１５，１６
と、１３５度に対応するセンサ１７，１８とを設け、こ
の４系統のエンサ出力信号を用いて得られる各対の方向
のインテンシテイの大きさと向きを合成して、音波の伝
播方向および測定点での絶対的方位とその大きさとを示
す表示部を設けた構成を特徴とするものである。また、
センサをとりはずした場合において何らかの電気信号を
入力することによりインテンシテイを演算・表示できる
解析装置として使用し得る特長をもつている。本実施例
においては、従来必要としたセンサ（マイクロホン）回
転用駆動機構が不要となり、一度にインテンシテイすな
わち音の流れ方向が解るので、音限の方向が随時探知で
きる。その結果移動する音源や、音の大きさが時間的に
変化する音源に対して高精度探査を可能にした。演算部
にアナログフイルタたとえばスイツチドキヤパシテイフ
イルタを用いると周波数帯域毎の音源探査が実時間にて
可能となる。上記の実施例で示すマイクロホンは、エレ
クトレツト型コンデンサマイクロホンであり、直流電圧
を常時供給する必要もなく、インピーダンス変換用プリ
アンプを必要としないなど小型化になるが、４対のマイ
クロホンが直交および交差するように構成可能な他機種
のマイクロホンであれば、本発明と同等の効果が得られ
る。さらに本実施例では、演算部ボツクス内に電気回路
駆動用の内部電源部を用いており、この電源部は乾電池
または充電用乾電池であり、現場向ポータブル仕様のワ
ツトメータに好適であるが、外部から駆動可能な電源を
用いた構成も本発明に含まれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のインテンシテイワツトメ
ータによれば、音の方向および絶対的な方位と大きさ
（すなわちベクトル）が定量的に把握できるので、この
流れ方向から音源の方向が即座にしかも実時間で探知で
きる。しかも大きさや位置が変化するような音源に対い
て特に高精度で探知できる。本発明の構成における演算
部は、従来の手法に比べて系統が４倍となるが、最近の
ＬＳＩの集積技術等により小型、低消費電力化が可能と
なり、重のワツトメータに比して、著しい重量増加や著
しい寸法増加を伴わない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインテンシテイワツトメータの１
実施例の外観図である。第２図は上記実施例においてセ
ンサ部を切り離した状態の外観図である。第３図は上記
実施例における手元ボツクスに収納された表示部の拡大
図である。第４図は１対のセンサの指向特性線図表、第
５図は４対のセンサの指向特性線図表、第６図は音の入
射方向を求めるインテンシテイ演算部および表示部のブ
ロツク図、第７図は１対のセンサの指向特性の解析図
表、第８図は入射方向の演算および表示例を示す系統
図、第９図は入射方向の表示領域を示す図表である。１…センサ部、２…サポート、２′…コネクタ、３…表
示切換え用スイツチ、４…表示部、５…手元ボツクス
部、６…通信ケーブル、７…インテンシテイ演算回路
部、８…電源部、９…演算部ボツクス部、１０…電気信
号、１１〜１８…センサ、１９…スペーサ、２０…方向
表示ＬＥＤ、２１…大きさ表示ＬＥＤ、２２…絶対的方
位表示ＬＥＤ、２３…割算器、２４…比較器、２５…角
度相当電圧発生回路、２６ａ〜２６ｄ…比較器、２７…
メモリ、２８ａ，２８ｂ…符号反転回路、２９…符号判
別回路、３０…符号判別回路、３１…デコーダ、３２…
ドライバー回路、３３…符合判別回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下出新一茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者佐藤良次茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (56)参考文献特開昭61−256226（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音波の方向、大きさを検出するセンサ部
と、上記センサ部の出力信号に基づいて音響インテンシ
テイを算出する演算部と、上記の算出結果を表示する表
示部とからなる音響インテンシテイワツトメータにおい
て、１対のセンサを一定方向に対向せしめて設置し、上
記一定方向に対して一定角度で交わる複数の方向に沿つ
て各１対のセンサを設け、前記複数対のセンサの出力信
号を演算部に入力せしめ、該演算部で算出した音のイン
テンシテイの方向及び大きさを表わす表示部を設けたこ
とを特徴とする音響インテンシテイワツトメータ。
【請求項２】前記の一定方向は水平方向であり、かつ、
前記一定角度は４５度，９０度、及び１３５度であり、
前記複数の方向はそれぞれ水平方向であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の音響インテンシテイ
ワツトメータ。
【請求項３】前記４対のセンサは、その内の１対のセン
サの出力信号のみを演算部に入力せしめるように接続を
切り替える電気接点を備えたものであることとを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の音響インテンシテイ
ワツトメータ。
【請求項４】前記の演算部は、電気信号出力に基づい
て、音のインテンシテイの大きさと方向とを解析・表示
する機能を備えたものであることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の音響インテンシテイワツトメー
タ。
【請求項５】前記のセンサは、エレクトレツトコンデン
サマイクロホンからなることを特徴とする特許請求の範
囲第１項又は第２項に記載の音響インテンシテイワツト
メータ。
【請求項６】前記演算部は、主としてアナログ回路によ
つて構成されたものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項乃至同第５項の内の何れか一つに記載の音響
インテンシテイワツトメータ。
【請求項７】前記表示部は、ＬＥＤ及び液晶の少なくと
も何れか一方を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項乃至第６項の内の何れか一つに記載の音響インテ
ンシテイワツトメータ。
【請求項８】前記表示部は、音源方向１次元識別用切換
器及び表示機能を有するものであることを特徴とする特
許請求の範囲第１項又は同第２項に記載の音響インテン
シテイワツトメータ。
【請求項９】前記の音響インテンシテイワツトメータ
は、内部電源によつて給電されるものであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項乃至第８項の内の何れか一
つに記載の音響インテンシテイワツトメータ。