JPS61148327A - 音場可視化装置 - Google Patents
音場可視化装置Info
- Publication number
- JPS61148327A JPS61148327A JP27121584A JP27121584A JPS61148327A JP S61148327 A JPS61148327 A JP S61148327A JP 27121584 A JP27121584 A JP 27121584A JP 27121584 A JP27121584 A JP 27121584A JP S61148327 A JPS61148327 A JP S61148327A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- sound field
- laser
- sound
- screen
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
- G01H9/002—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means for representing acoustic field distribution
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明はしてザスペックルを用いて可聴域の音場を可
視化できるようにした音場可視化装置に関する。
視化できるようにした音場可視化装置に関する。
音波は媒質中を伝わる疎密波であり、耳で感じることは
できるが直接これを見ることはできない。
できるが直接これを見ることはできない。
このため従来から音場の可視化について種々の研究がな
されている。
されている。
例えばレーザ光を用いた音場の可視化に関しては、「ホ
ログラフィ入門Ｊ （Ｊ、Ｃｈ、 Ｖｉｅｎｏｔ 。
ログラフィ入門Ｊ （Ｊ、Ｃｈ、 Ｖｉｅｎｏｔ 。
ｐ、 ５１１ｇ１ｅｉｓｋｉ、 Ｈ，Ｒｏｙｅｒ 著
辻内順平、中村琢磨訳 共立出版刊 ｐ１２６）や［
ホログラフィ干渉法による音場の可視化ＩＩＪ （押
出、上田、岩田。
辻内順平、中村琢磨訳 共立出版刊 ｐ１２６）や［
ホログラフィ干渉法による音場の可視化ＩＩＪ （押
出、上田、岩田。
永田繍 第２６回応用物理学関係連合講演会予稿集１９
７９年春季 ｐ５３）などの例がある。前者は衝撃波の
可視化に関するものであり、後者は微小粒子を混入した
グリセリン媒質中に超音波を放射した場合の可視化に関
するものである。
７９年春季 ｐ５３）などの例がある。前者は衝撃波の
可視化に関するものであり、後者は微小粒子を混入した
グリセリン媒質中に超音波を放射した場合の可視化に関
するものである。
しかしながら、レーザ光を用い、媒質が空気でかつ可聴
域の通常の音場での可視化の例はない。
域の通常の音場での可視化の例はない。
可聴域では超音波域に比べて波長が長く単位長さ当りの
密度勾配が小さいため、可視化が困難だからである。
密度勾配が小さいため、可視化が困難だからである。
ここで、音波による光の回折の量をＢｒ１ｌｌｏｕｉｎ
の理論（マツクスーボルン、エミルーウオルフ著草用黴
、横田英嗣訳「光学の原理■」東海大学出版刊、 ｐ
８７７参照）およびａｏｒｎの近似（Ｈｏｒｓｅ。
の理論（マツクスーボルン、エミルーウオルフ著草用黴
、横田英嗣訳「光学の原理■」東海大学出版刊、 ｐ
８７７参照）およびａｏｒｎの近似（Ｈｏｒｓｅ。
Ｉｎ１Ｊａｒｄ著“Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ａｃｏｕ
ｓｔｉｃｓ ” Ｈｃ ＧＲＯＩ４−ＨＩＬＬ刊Ｐ８１
１参照）による考え方で計算する。
ｓｔｉｃｓ ” Ｈｃ ＧＲＯＩ４−ＨＩＬＬ刊Ｐ８１
１参照）による考え方で計算する。
第２図において、平面ｙ＝Ｏとｙ＝ｄとの間を波長への
音波がＸの方向に進行しているとすると、これによって
媒体はＸ軸にそって疎密の層描造となる。そこへ波長λ
の単色平面波が入射した場合、この時の波面はｘ−ｙ平
面内にあり、ｙ軸とθの角度をなす。また回折した光線
がｙ軸と成す角度をθとすると、次の関係が成立する。
音波がＸの方向に進行しているとすると、これによって
媒体はＸ軸にそって疎密の層描造となる。そこへ波長λ
の単色平面波が入射した場合、この時の波面はｘ−ｙ平
面内にあり、ｙ軸とθの角度をなす。また回折した光線
がｙ軸と成す角度をθとすると、次の関係が成立する。
８Ｃ−ＡＤ＝△（ｓｉｎφＩ Ｓ！ｎθ）１λ・・・
（１） 但し、１＝０．±１．±２・・・ ここに、ＡＢとＣＤは屈折および回折された光線に対応
する波面の幅である。
（１） 但し、１＝０．±１．±２・・・ ここに、ＡＢとＣＤは屈折および回折された光線に対応
する波面の幅である。
（１）式に屈折の法則
ｓｉｎ θ／ ｓｉｎ θ＝ ｓｉｎ φ／
ｓｉｎ φ＝λ／ λ・・・（２） を代入すれば、 ｓｉｎφ −５ｉｎθ−λ／△ ・（３）ここで音
波が正弦波であると、−次のオーダーの回折光しか生じ
ないので、１＝１である。また、ｓｉｎφ１＋φ１ 、
Ｓｌｎθ＋θであるからφ１−θ−λ／八
・・・（４）となる。
ｓｉｎ φ＝λ／ λ・・・（２） を代入すれば、 ｓｉｎφ −５ｉｎθ−λ／△ ・（３）ここで音
波が正弦波であると、−次のオーダーの回折光しか生じ
ないので、１＝１である。また、ｓｉｎφ１＋φ１ 、
Ｓｌｎθ＋θであるからφ１−θ−λ／八
・・・（４）となる。
ここで通常の可聴域のように波長へが非常に大きい場合
には、（４）式の角度差は小さいため、通常の観測機器
では分解することができず、音波を可視光で照明しても
回折現象をＩｌｍすることはできない。
には、（４）式の角度差は小さいため、通常の観測機器
では分解することができず、音波を可視光で照明しても
回折現象をＩｌｍすることはできない。
このため、騒音・音響解析の観点から可聴域での通常の
音のリアルタイムで空間全体にわたる音場の可視化が要
求されながら実現されてぃなかった。
音のリアルタイムで空間全体にわたる音場の可視化が要
求されながら実現されてぃなかった。
他の音場可視化技術として、ランプが付属したマイクを
サーチして音があるレベルを越えたときにランプが点灯
するようにし、これを写真撮影する方法がある（ １４
ｉｎＳｔＯｎ Ｅ、にｏｃｋ著 藤岡由夫訳「音波・
光波・電波−マイクロ波の基礎まで−」河出書房新社刊
Ｐ３８〜１）４４および特開昭５２−１０７８８４）
。
サーチして音があるレベルを越えたときにランプが点灯
するようにし、これを写真撮影する方法がある（ １４
ｉｎＳｔＯｎ Ｅ、にｏｃｋ著 藤岡由夫訳「音波・
光波・電波−マイクロ波の基礎まで−」河出書房新社刊
Ｐ３８〜１）４４および特開昭５２−１０７８８４）
。
しかしながら、このような方法では、マイクをサーチす
る間（普通数分以上）、定常な音が継続していなければ
測定できず、また、マイク等があることによって斎場が
乱れるため、詳細にわたる正確な測定ができなかった。
る間（普通数分以上）、定常な音が継続していなければ
測定できず、また、マイク等があることによって斎場が
乱れるため、詳細にわたる正確な測定ができなかった。
一方、物体表面の微小な面内振動をレーザスペックルを
用いて測定することは従来から行なわれている。スペッ
クルは物体によって光がランダムな位相変調を受けて波
面が複雑に乱れ、この波面がスクリーン上で複雑に干渉
してできるもので、普通は雑音としてみられているが、
レーザスペックル法では逆にスペックルを活用して面内
変形撮動等を測定する（例えば、光工業計測研究専門委
員会編「光応用計測の基礎」（社）計測自動制御学会刊
ｐ１９４〜１９７参照）。
用いて測定することは従来から行なわれている。スペッ
クルは物体によって光がランダムな位相変調を受けて波
面が複雑に乱れ、この波面がスクリーン上で複雑に干渉
してできるもので、普通は雑音としてみられているが、
レーザスペックル法では逆にスペックルを活用して面内
変形撮動等を測定する（例えば、光工業計測研究専門委
員会編「光応用計測の基礎」（社）計測自動制御学会刊
ｐ１９４〜１９７参照）。
しかしながら、このレーザスペックル法を音場の可視化
に適用した例はない。
に適用した例はない。
（発明の目的）
この発明は上述した従来方法の欠点を改良すべくなされ
たもので、レーザスペックルによって音場を可視化する
装置を提供することを目的とするものである。
たもので、レーザスペックルによって音場を可視化する
装置を提供することを目的とするものである。
本発明の音場可視化装置はレーザ光源と、これから放射
されるレーザ光を参照光と物体照明光に分けるビームス
プリッタと、前記物体照明光を拡大させるレンズおよび
拡散物体と、この拡散物体の反射または透過光と前記参
照光とによりレーザスペックルを結像させるスクリーン
と、このスクリーンと前記拡散物体の間に介挿された音
場被測定体と、この音場被測定体中に音場を形成する音
源とを備えることを特徴とするものである。
されるレーザ光を参照光と物体照明光に分けるビームス
プリッタと、前記物体照明光を拡大させるレンズおよび
拡散物体と、この拡散物体の反射または透過光と前記参
照光とによりレーザスペックルを結像させるスクリーン
と、このスクリーンと前記拡散物体の間に介挿された音
場被測定体と、この音場被測定体中に音場を形成する音
源とを備えることを特徴とするものである。
音波は物体（空気等の気体を含む）中を伝わる粗密波で
あるから、音波によって物質の密度は変化する。密度が
変化した物体中を光が通ると屈折と回折とを起こす。し
かしながらこの量はわずかであるため従来の方法では観
測できなかったのであるが、音場にある媒質の背後に光
の拡散物体を置くと、音場による光の進行方向の変化に
よって、この拡散物体があたかも面内変位をしたかのよ
うに見える。本発明においては、この面内変位に相当す
る量をレーザスペックルを用いて検出することによって
音場を可視化するものである。
あるから、音波によって物質の密度は変化する。密度が
変化した物体中を光が通ると屈折と回折とを起こす。し
かしながらこの量はわずかであるため従来の方法では観
測できなかったのであるが、音場にある媒質の背後に光
の拡散物体を置くと、音場による光の進行方向の変化に
よって、この拡散物体があたかも面内変位をしたかのよ
うに見える。本発明においては、この面内変位に相当す
る量をレーザスペックルを用いて検出することによって
音場を可視化するものである。
本発明の実施例を第１図につき説明すると、レーザ光源
１から出た光はビームスプリッタ２によって２つに分け
られ、１つは参照光３に、他の１つは物体照明光４にな
る。
１から出た光はビームスプリッタ２によって２つに分け
られ、１つは参照光３に、他の１つは物体照明光４にな
る。
参照光３は反射１１５で反射し、レンズ６を通してスク
リーン、例えば乾板７に入る。また、物体照明光４は反
射鏡８を通り、レンズ９で拡大光４′となった後、拡散
物体１０で反射し、音場被測定体１１の中を通って乾板
７に入る。
リーン、例えば乾板７に入る。また、物体照明光４は反
射鏡８を通り、レンズ９で拡大光４′となった後、拡散
物体１０で反射し、音場被測定体１１の中を通って乾板
７に入る。
一方、発振器１２の出力は、オーディオアンプ１３を介
してスピーカ等の音源１４に導かれており、音場被測定
体１１内にはスピーカ１４の加振により音場ができてい
る。
してスピーカ等の音源１４に導かれており、音場被測定
体１１内にはスピーカ１４の加振により音場ができてい
る。
乾板７上には参照光３′と、音場被測定体１１内を通過
した拡散光４′が入射し、干渉によってレーザスペック
ルが形成される。
した拡散光４′が入射し、干渉によってレーザスペック
ルが形成される。
従って乾板７上のスペックルを、音場のある場合とない
場合にそれぞれ撮影し、それらの像を比較解析すれば、
音場を測定することができる。
場合にそれぞれ撮影し、それらの像を比較解析すれば、
音場を測定することができる。
即ち、物体が面内変位をするとスクリーン上にスペック
ルによって縞が観測されるが、スペックルフリンジ間隔
りと測定点の変位ベクトルＳの関係は次式で定まる。
ルによって縞が観測されるが、スペックルフリンジ間隔
りと測定点の変位ベクトルＳの関係は次式で定まる。
Ｄ−Ｌλ／ＩＳ１ ・・・（５）但し、λ：レ
ーザービームの波長 Ｌ：乾板からスクリーンまでの距離 物体が正弦波振動する場合に、振動周期より十分長く露
光すると、得られる干渉縞は等間隔ではなく、第１種Ｏ
次ベッセル関数の２乗で変化し、中心が最も明るい縞と
なる。振動方向は縞と直交する方向で、最も明るい所か
ら第１の暗い縞までの距離をＤ′とすると ［）’ ＝ ０．７６Ｌλ／ａ ・（６
）但し、ａ：振幅 となる。
ーザービームの波長 Ｌ：乾板からスクリーンまでの距離 物体が正弦波振動する場合に、振動周期より十分長く露
光すると、得られる干渉縞は等間隔ではなく、第１種Ｏ
次ベッセル関数の２乗で変化し、中心が最も明るい縞と
なる。振動方向は縞と直交する方向で、最も明るい所か
ら第１の暗い縞までの距離をＤ′とすると ［）’ ＝ ０．７６Ｌλ／ａ ・（６
）但し、ａ：振幅 となる。
次に、（４）、（５）式を用いてフリンジ間隔りを概算
する。音場被測定体１１と拡散物体１０の距離をＭとす
ると、（４）式より ｌ Ｓ ｌ −Ｍλ／Ａ ・・・（６）（
６）、（５）式より Ｄ−Ｌλ／Ｍ ・・・（７）となる。
する。音場被測定体１１と拡散物体１０の距離をＭとす
ると、（４）式より ｌ Ｓ ｌ −Ｍλ／Ａ ・・・（６）（
６）、（５）式より Ｄ−Ｌλ／Ｍ ・・・（７）となる。
ここで、Ｌ−Ｍとすれば音波の波長へがそのまま縞間隔
りとなるし、ＬとＭを変えれば縞間隔はＬ／Ｍ倍されて
観測できる。
りとなるし、ＬとＭを変えれば縞間隔はＬ／Ｍ倍されて
観測できる。
一例として
λ−０，６３２８ｘｌＯａｍ （Ｈｅ −Ｎｅレーザ光
）Ａ −６８ｍ （５ＫＨ２） Ｍ虐１Ｇ００ａｍ とすると、 ｌｓ＋＝９．３Ｘ１０ 。
）Ａ −６８ｍ （５ＫＨ２） Ｍ虐１Ｇ００ａｍ とすると、 ｌｓ＋＝９．３Ｘ１０ 。
となる。これはスペックルとして容易に観測可能な変位
置である。
置である。
また、Ｌ−１００履とすると
Ｄ−６，８履
となる。この縞間隔６゜８厘も通常のカメラで撮影可能
な量である。
な量である。
なお、上述の実施例では、音場被測定体１１の形状が音
響管のような形状になっているが、もちろんこのような
形状に限定されるわけではなく、他の形状でも、あるい
は開学間でもよい。
響管のような形状になっているが、もちろんこのような
形状に限定されるわけではなく、他の形状でも、あるい
は開学間でもよい。
また、音場は定在波でも進行波でもよい。音波の振動周
期より十分長い時間露光して時間平均することもできる
し、音場のない状態をとっておき、音を出して音の状態
を実時間で見る方法も採用できる。また、パルスレーザ
を用いて、２重露光すれば２つの状態の差を見ることも
できる。
期より十分長い時間露光して時間平均することもできる
し、音場のない状態をとっておき、音を出して音の状態
を実時間で見る方法も採用できる。また、パルスレーザ
を用いて、２重露光すれば２つの状態の差を見ることも
できる。
本発明の他の実施例を第３図に示す。第１図におけると
同一部分には同一符号を付し、相違点のみを説明すると
、乾板７の後にテレビカメラ１５を置いて、スペックル
パターンを撮影するようになっており、テレビカメラ１
５にはＡＤ変換器１６、パソコン１７．モニタ・１８．
および録画記憶装置、例えばＶＴＲ１９が接続されてい
る。
同一部分には同一符号を付し、相違点のみを説明すると
、乾板７の後にテレビカメラ１５を置いて、スペックル
パターンを撮影するようになっており、テレビカメラ１
５にはＡＤ変換器１６、パソコン１７．モニタ・１８．
および録画記憶装置、例えばＶＴＲ１９が接続されてい
る。
この実施例においては、まず、音場のない場合の像をと
ってＶＴＲ１９に記憶しておき、次に音を出しながら音
場をテレビカメラ１５とＶＴＲ１９によって記録してい
くと、音場の時間的な変化を記録できる。
ってＶＴＲ１９に記憶しておき、次に音を出しながら音
場をテレビカメラ１５とＶＴＲ１９によって記録してい
くと、音場の時間的な変化を記録できる。
また、ＡＤ変換器１７により、テレビカメラ１５の信号
をディジタノμ化しておくと、パンコン１７によるデー
タ整理がやり易くなる。
をディジタノμ化しておくと、パンコン１７によるデー
タ整理がやり易くなる。
本発明の他の実施例を第４図に示す。この実施例は反射
光ではなく、光透過性の拡散物体２０（すりガラスのよ
うなもの）の透過光を用いて音場を可視化するものであ
る。なお、同図中、第１図、第３図におけると同一の部
分には、それらと同じ符号を付しである。この実施例に
おいても第３図の場合と同様の効果が得られる。
光ではなく、光透過性の拡散物体２０（すりガラスのよ
うなもの）の透過光を用いて音場を可視化するものであ
る。なお、同図中、第１図、第３図におけると同一の部
分には、それらと同じ符号を付しである。この実施例に
おいても第３図の場合と同様の効果が得られる。
（発明の効果）
上述の如く、本発明は音場媒質の背後に光の拡散物体を
置き、その面内変位に相当する量をレーザスペックルを
用いて検出するようにしているので、音場を乱すことな
く、可聴域で通常の大きさの音場をリアルタイムで空間
全体にわたって可視化することができる。
置き、その面内変位に相当する量をレーザスペックルを
用いて検出するようにしているので、音場を乱すことな
く、可聴域で通常の大きさの音場をリアルタイムで空間
全体にわたって可視化することができる。
第１図は本発明の実施例を示す装置構成のブロック図、
第２図は音波による光の回折量を説明するための模式図
、第３図は本発明の他の実施例の装置構成のブロック図
、第４図は本発明の更に他の実施例の装置構成のブロッ
ク図である。 １・・・レーザ光源、２・・・ビームスプリッタ、３・
・・参照光、４・・・物体照明光、４’−・・拡大光、
５．８・・・反射鏡、６．９・・・レンズ、７・・・乾
板、１ｏ・・・拡散物体、１１・・・音場被測定体、１
２・・・発信器、１３・・・オーティオアンプ、１４・
・・音諒、１５・・・テレビカメラ、１６・・・ＡＤ変
換器、１７・・・パソコン、１８・・・モニタ、１９・
・・ＶＴＲ，２０・・・光透過性の拡散物体。
第２図は音波による光の回折量を説明するための模式図
、第３図は本発明の他の実施例の装置構成のブロック図
、第４図は本発明の更に他の実施例の装置構成のブロッ
ク図である。 １・・・レーザ光源、２・・・ビームスプリッタ、３・
・・参照光、４・・・物体照明光、４’−・・拡大光、
５．８・・・反射鏡、６．９・・・レンズ、７・・・乾
板、１ｏ・・・拡散物体、１１・・・音場被測定体、１
２・・・発信器、１３・・・オーティオアンプ、１４・
・・音諒、１５・・・テレビカメラ、１６・・・ＡＤ変
換器、１７・・・パソコン、１８・・・モニタ、１９・
・・ＶＴＲ，２０・・・光透過性の拡散物体。
Claims (4)
- １．レーザ光源と、これから放射されるレーザ光を参照
光と物体照明光に分けるビームスプリッタと、前記物体
照明光を拡大させるレンズおよび拡散物体と、この拡散
物体の反射または透過光と前記参照光とによりレーザス
ペックルを結像させるスクリーンと、このスクリーンと
前記拡散物体との間に介挿された音場被測定体と、この
音場被測定体中に音場を形成する音源とを備えることを
特徴とする音場可視化装置。 - ２．拡散物体が光不透過性物体であり、その表面反射光
が音場被測定体を通してスクリーンに入射するよう構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音場
可視化装置。 - ３．拡散物体が光透過性物体であり、その透過光が音場
被測定体を通してスクリーンに入射するよう構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音場可視化
装置。 - ４．スクリーン上のレーザスペックルを撮像するテレビ
カメラと、このカメラ出力を入力するＡＤ変換器と、こ
の変換器出力を入力するパソコン、モニタおよび録画記
憶装置とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１
項ないし第３項のいずれかに記載の音場可視化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27121584A JPS61148327A (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | 音場可視化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27121584A JPS61148327A (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | 音場可視化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61148327A true JPS61148327A (ja) | 1986-07-07 |
Family
ID=17496950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27121584A Pending JPS61148327A (ja) | 1984-12-22 | 1984-12-22 | 音場可視化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61148327A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022136499A (ja) * | 2021-03-08 | 2022-09-21 | 日本電信電話株式会社 | 音響中心位置推定装置、音響中心位置推定方法、プログラム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57114825A (en) * | 1980-11-25 | 1982-07-16 | Thomson Csf | Interference meter for real time display of deformation of vibration structural body |
-
1984
- 1984-12-22 JP JP27121584A patent/JPS61148327A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57114825A (en) * | 1980-11-25 | 1982-07-16 | Thomson Csf | Interference meter for real time display of deformation of vibration structural body |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022136499A (ja) * | 2021-03-08 | 2022-09-21 | 日本電信電話株式会社 | 音響中心位置推定装置、音響中心位置推定方法、プログラム |
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