JP5721483B2 - Acoustic characteristic measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、音響管を用いて試験体の音響特性を測定する音響特性測定装置に関する。 The present invention relates to an acoustic characteristic measuring apparatus that measures an acoustic characteristic of a specimen using an acoustic tube.
従来、この種の音響特性測定装置は、例えば図5に示すように構成されている(特許文献1参照)。図5において、1は定在波を発生させるための音響管で、この音響管1内に測定対象の試験体(吸音材)2が収容されている。音響管1の一端側には音源としてのスピーカ3が設けられており、他端側には剛壁4に接続されたピストン5が設けられている。剛壁4は、試験体2との間に背後空気層6を形成するためのもので、ピストン5を音響管1の長手方向に移動させ、試験体2と剛壁4を規定した距離に調整可能になっている。
Conventionally, this type of acoustic characteristic measuring apparatus is configured as shown in FIG. 5, for example (see Patent Document 1). In FIG. 5,
上記音響管1におけるスピーカ3と試験体2との間には、音響管1内の音圧を測定するための測定用マイクロホン7−1、7−2がマイクロホンホルダ8−1、8−2に装着されて設けられている。これらの測定用マイクロホン7−1、7−2は、音響管1の長手方向に離れた2カ所に設置されており、それぞれの位置での音圧の測定を行う。
Between the speaker 3 and the
そして、上記スピーカ3から定常のランダム音波、例えばホワイトノイズ(入射波)を発生させ、音響管1内を平面波として伝搬させて試験体2に当てる。入射波は試験体2を透過して剛壁4で反射し、音響管1内部に入射波(前進波)と反射波(後進波)の重ね合わせによって定在波干渉パターンが発生する。上記測定用マイクロホン7−1、7−2で音響管1の2点の音圧を計測し、FFT(Fast Fourier Transform)アナライザに入力して複素音圧伝達関数を計算する。この伝達関数から2点マイク法による音響インピーダンスの式を用いて、試験体2前面の音響インピーダンスを求める。また、試験体2後面の音響インピーダンスは解析的に算出できる。これらにより、試験体2の特性インピーダンスと伝播定数を算出する。
Then, a stationary random sound wave, for example, white noise (incident wave) is generated from the speaker 3, propagated as a plane wave in the
上述したような一般的な円断面の音響管1では、スピーカ3からの平面波が乱れずに円断面形状で進行・退行していくことが前提である。また、音響管1の測定可能な上限周波数は、波長と管の内径φ1およびマイクロホン間距離ΔMの関係に依存する。通常、音響管1の内径φ1は29mm〜100mm程度であり、例えば内径φ1=100mmで約2KHzまで、内径φ1=29mmで約6.8KHzまで測定できる。
In the
ところで、人間の可聴範囲の上限は20KHz程度の高域まであるため、10KHzを超えるような高い周波数の音響特性の測定が要求されることがある。このような高い周波数まで測定するには、音響管1の内径φ1を細くし、かつマイクロホン間距離ΔMを狭くしていくことが考えられるが、この場合、音響管1へのマイクロホン7−1、7−2およびマイクロホンホルダ8−1、8−2の装着部において管の円断面形状の変化が大きくなり、管内を進行する平面波が乱れて測定データが安定しない、という問題が発生する。
By the way, since the upper limit of the human audible range is as high as about 20 KHz, it is sometimes required to measure acoustic characteristics with a high frequency exceeding 10 KHz. In order to measure up to such a high frequency, it is conceivable to reduce the inner diameter φ1 of the
すなわち、図6に示すように、音響管1への測定用マイクロホン7−1およびマイクロホンホルダ8−1の装着部には管の円断面形状に変化が生じるため、管内を進行する平面波を乱れさせる要因となる。測定用マイクロホン7−2およびマイクロホンホルダ8−2の装着部も同様である。音響管1の内径φ1が大きいときには、この内径φ1に対する開口部径D1が小さく無視できる程度である。
That is, as shown in FIG. 6, since the circular cross-sectional shape of the tube changes in the mounting portion of the measurement microphone 7-1 and microphone holder 8-1 on the
しかし、開口部径D1はマイクロホンホルダ8−1、8−2の外径で決まり一定であるため、音響管1を例えば14mm以下にまで細くすると相対的に管の円断面形状に大きな変化が生じ、管内を進行する平面波の乱れが無視できなくなる。よって、一般的な音響管1では、10KHzを超えるような高周波数域まで安定した音響特性の測定は難しい。
However, since the opening diameter D1 is determined and fixed by the outer diameters of the microphone holders 8-1 and 8-2, if the
本発明は、上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、高周波数域まで安定した音響特性の測定が可能な音響特性測定装置を提供することにある。 The present invention has been proposed in view of the above, and an object thereof is to provide an acoustic characteristic measuring apparatus capable of measuring acoustic characteristics stably up to a high frequency range.
上記課題を解決するため、請求項1に係る本発明の音響特性測定装置は、測定対象の試験体13を収容した音響管11の一端に音源12を設け、前記音源12によって前記音響管11内に平面波を励起し、測定用マイクロホン18−1、18−2、18によって前記音源12と前記試験体13との間の2点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この複素音圧伝達関数から音響特性を算出することが可能な音響特性測定装置であって、前記音響管11の内径φ2は14mm以下であり、前記音響管11への前記測定用マイクロホン18−1、18−2、18の装着部の開口部径D2は、前記音響管11の内径φ2の1/3以下とし、かつ前記測定用マイクロホン18−1、18−2、18は、それぞれマイクロホンホルダ17−1、17−2、17を介して前記音響管11に装着され、前記マイクロホンホルダ17−1、17−2、17の端部は、前記音響管11の外周部に形成された有底孔22内に嵌合され、前記有底孔22の底部に前記マイクロホン開口部23が配置され、前記マイクロホンホルダ17は、内面に前記測定用マイクロホン18の装着時と取り外し時にOリング19を上下動可能に収容する内溝20と、この内溝20の底部に設けられ、前記音響管11の外部に連通する内圧調整孔21とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the acoustic characteristic measuring apparatus according to the first aspect of the present invention provides a
本発明では、測定用マイクロホンの装着部に、音響管の内径よりも十分に小さな開口部径のマイクロホン開口部を形成することで、音響管の内径を細くしても音響管の断面形状の乱れを小さくでき、これに起因する測定値の乱れを低減できる。よって、高周波数域まで安定した音響特性の測定が可能になる。 In the present invention, by forming a microphone opening having an opening diameter sufficiently smaller than the inner diameter of the acoustic tube in the mounting portion of the measurement microphone, the cross-sectional shape of the acoustic tube is disturbed even if the inner diameter of the acoustic tube is reduced. Can be reduced, and the disturbance of the measurement value due to this can be reduced. Therefore, stable acoustic characteristics can be measured up to a high frequency range.
また、マイクロホンホルダの一端を音響管の外周部に形成した有底孔内に嵌合し、この有底孔の底部にマイクロホン開口部を配置することで、マイクロホンホルダを音響管に貫通させる必要がないので、音響管の断面形状の乱れを小さくできる。 Furthermore, fitted one end of Ma Ikurohonhoruda in a bottomed hole formed in the outer periphery of the acoustic tube, by arranging the microphone opening in the bottom of the bottomed hole, you need to penetrate the microphone holder to the acoustic tube Therefore, the disturbance in the cross-sectional shape of the acoustic tube can be reduced.
そして、マイクロホンの着脱時に、内圧調整孔によって音響管内の圧力変化を抑制できるので、安全にマイクロホンの取り換えが可能となる。 When the microphone is attached / detached, the pressure change in the acoustic tube can be suppressed by the internal pressure adjusting hole, so that the microphone can be safely replaced.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1および図2はそれぞれ、本発明の実施例に係る音響特性測定装置について説明するためのもので、図1は音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部を抽出して示す横断面図、図2は装置全体の縦断面図である。図2に示す如く、この音響特性測定装置は、定在波を発生させるための音響管11の一端側に音源としてのスピーカ12が設置され、管内に測定対象の試験体(吸音材)13が収容されている。
FIG. 1 and FIG. 2 are each for explaining an acoustic characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing an extracted portion of a microphone and a microphone holder attached to an acoustic tube, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the entire apparatus. As shown in FIG. 2, in this acoustic characteristic measuring apparatus, a
本例では、音響管11を透明なアクリル製パイプで形成しており、内径φ2を14mm、全長Lを約150mmにしている。音響管11を透明な材料で形成することで、試験体のセット後に試験体の状態(変形や位置等)や、マイクロホンの位置が正しい状態にあるのか容易に確認できる。また、上記スピーカ12は音響管11内に平面波を励起するもので、アダプタを介在して音響管11の一端に接合することで種々のサイズのスピーカユニットを用いることができ、例えば1/4インチや1/2インチサイズのコンデンサマイクロホン、ヘッドホン用等の小型スピーカを利用しても良い。
In this example, the
上記試験体13の背面には背面空気層14を形成するための中空円筒状のスペーサリング15−1が設けられ、このスペーサリング15−1の背後に剛壁として働くスペーサ16−1が設けられている。また、スペーサ16−1の背後には、スペーサリング15−2とスペーサ16−2が収容されている。上記スペーサリング15−1、15−2とスペーサ16−1、16−2には種々の幅が用意されており、スペーサリング15−1、15−2とスペーサ16−1、16−2をそれぞれ入れ換えたり、増減したりすることで上記試験体13から剛壁(スペーサ16−1)までの距離を調整可能になっている。
A hollow cylindrical spacer ring 15-1 for forming a
上記音響管11におけるスピーカ12と試験体13との間の側面には、マイクロホンホルダ17−1、17−2に挿入された測定用マイクロホン18−1、18−2がこの音響管11の中心軸AXに実質的に直交する方向に設置されている。そして、2つの測定用マイクロホン18−1、18−2によって2点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この伝達関数から音響特性を算出することが可能になっている。
On the side surface of the
図1に示すように、上記音響管11への測定用マイクロホン18−1およびマイクロホンホルダ17−1の装着部には、マイクロホン開口部23が設けられている。このマイクロホン開口部23の開口部径D2は、音響管11の内径φ2の1/3以下にしている。測定用マイクロホン18−2およびマイクロホンホルダ17−2の装着部も同様である。
As shown in FIG. 1, a
すなわち、従来は、図6に示したように音響管1に貫通孔9を形成してマイクロホンホルダ8−1の外径と等しいマイクロホン開口部10を形成したのに対し、本実施例では、音響管11を貫通させないようにマイクロホンホルダ17−1を装着し、測定用マイクロホン18−1、18−2の外径とほぼ等しいか、あるいはより小さいマイクロホン開口部D2を形成している。
That is, conventionally, as shown in FIG. 6, the through
このような構造にするために、例えば音響管11のマイクロホン装着部に、外周部にマイクロホンホルダ17−1、17−2の外径とほぼ等しく、かつ内壁に達しない円形の有底孔22を形成し、この有底孔22にマイクロホンホルダ17−1、17−2の端部を嵌合させる。測定用マイクロホン18−1、18−2の外径は、上記マイクロホンホルダ17−1、17−2の内径とほぼ等しくなっており、上記マイクロホンホルダ17−1、17−2内に挿入され、測定用マイクロホン18−1、18−2の先端部が音響管11の内面に対応する位置に配置されている。本例では、音響管11の内面の開口部径D2は、測定用マイクロホン18−1、18−2の外径よりも小さくなっている。
In order to obtain such a structure, for example, a circular bottomed
上記のような構成において、スピーカ12から定常のランダム音波、例えばホワイトノイズを発生させ、音響管11内を平面波として伝搬させて試験体13に当てると、入射波は試験体13を透過して剛壁(スペーサ16−1)で反射し、音響管11内部に入射波と反射波の重ね合わせによって定在波干渉パターンが生ずる。
In the configuration as described above, when a steady random sound wave, for example, white noise, is generated from the
そして、上記測定用マイクロホン18−1、18−2で音響管11の2点の音圧を計測し、例えばFFT(Fast Fourier Transform)アナライザに入力して複素音圧伝達関数を計算する。この伝達関数から周知の2点マイク法による音響インピーダンスの式を用いて、試験体13前面の音響インピーダンスを求める。また、試験体13後面の音響インピーダンスは解析的に算出できる。これらにより、試験体13の特性インピーダンスと伝播定数を算出する。
Then, the two sound pressures of the
図3は、上述した音響特性測定装置における音響管11の内径φ2と開口部径D2との比を変化させたときの特性インピーダンスの計測例を示している。ここでは、音響管11の内径φ2を一定にし、開口部径D2を変化させて4KHzから10KHzの周波数における特性インピーダンス(Z/ρc0)を測定している。ここで、ρは空気の密度、c0は空気中の音速である。破線30は開口部径が大きい時の実部のデータ、破線31は開口部径が大きい時の虚部のデータ、実線32は開口部径が小さい実部のデータ、および実線32は開口部径が小さい時の虚部のデータである。
FIG. 3 shows a measurement example of characteristic impedance when the ratio of the inner diameter φ2 and the opening diameter D2 of the
図3から明らかなように、開口部径D2が大きいときには、実部、虚部ともにデータの乱れΔ1、Δ2が大きく測定データが安定せず、大きな乱れが生じている。これに対し、開口部径D2を小さくすると、データの乱れΔ3、Δ4を小さくできる。音響管11の内径φ2と開口部径D2との比を変化させて実験したところ、マイクロホン開口部23の開口部径D2を音響管11の内径φ2の1/3以下にすることで、音響管11内を進行する平面波への影響を小さくでき、好ましい結果が得られた。
As is clear from FIG. 3, when the opening diameter D2 is large, the data disturbances Δ1 and Δ2 are large in both the real part and the imaginary part, and the measurement data is not stable, resulting in a large disturbance. On the other hand, when the opening diameter D2 is reduced, the data disturbances Δ3 and Δ4 can be reduced. An experiment was conducted by changing the ratio between the inner diameter φ2 of the
従って、上記のような構成によれば、マイクロホンホルダ17−1、17−2を音響管11に貫通させないようにし、かつ測定用マイクロホン18−1、18−2の装着部に、音響管11の内径φ2よりも十分に小さな開口部径D2のマイクロホン開口部23を形成するので、音響管11の断面形状の乱れを小さくでき、音響管11の内径φ2を細くしても高周波数域まで安定した音響特性の測定が可能になる。この結果、一般的な音響管では測定困難な10KHzを超える高域まで安定した計測ができる。
Therefore, according to the configuration as described above, the microphone holders 17-1 and 17-2 are not allowed to penetrate the
図4(a)、(b)はそれぞれ音響特性測定装置における音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部を示しており、(a)図はマイクロホン装着時の横断面図、(b)図はマイクロホン取り外し時の横断面図である。本実施例は、マイクロホンホルダに、Oリングの移動により開閉可能な内圧調整孔を設けたものである。他の基本的な構成は上述と同様であるので、詳細な説明は省略する。 Figure 4 (a), (b) shows a mounting portion of the microphone and microphone holder to the acoustic tube in their respective acoustic characteristic measuring apparatus, (a) Figure is a cross-sectional view of the time of the microphone mount, (b The figure is a cross-sectional view when the microphone is removed. In this embodiment, the microphone holder is provided with an internal pressure adjusting hole that can be opened and closed by moving the O-ring. Since other basic configuration is the same as the above mentioned, the detailed description thereof is omitted.
すなわち、中空管状のマイクロホンホルダ17の内面に、測定用マイクロホン18の装着時と取り外し時にOリング19を上下動可能に収容する内溝20が設けられ、この内溝20の底部に内圧調整孔21が設けられている。この内圧調整孔21は、マイクロホンホルダ17の内面から外周部(音響管11の外部)に連通している。
That is, an
そして、マイクロホン18の装着時には、図4(a)に示すようにマイクロホン18への下方(矢印A方向)の押圧動作に伴ってOリング19が内溝20の底部に移動して内圧調整孔21を塞ぎ、マイクロホン18の取り外し時には、図4(b)に示すようにマイクロホン18の上方(矢印B方向)への引き上げ動作に伴ってOリング19が内溝20の上部に移動して内圧調整孔21を開くようになっている。
When the
上記のような構成によれば、マイクロホン18の着脱時に、内圧調整孔21によって音響管11内の圧力変化を抑制できるので、安全にマイクロホン18の取り換えが可能となる。特に、音響管11の内径が14mm以下にまで小さくなると、マイクロホン18の着脱時に管内の圧力が大きく変化するので、マイクロホン18が破壊される恐れがあり、音響管11の内径が小さくなるのにしたがって大きな効果が得られる。
According to the configuration as described above, the pressure change in the
なお、上記実施例では、試験体13の背後に背後空気層14を形成するために、スペーサリング15−1、15−2とスペーサ16−1、16−2を用いる場合を例に取って説明したが、ピストンと剛壁で背後空気層を生成しても良いのはもちろんである。
In the above embodiment, the case where the spacer rings 15-1 and 15-2 and the spacers 16-1 and 16-2 are used in order to form the
以上本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Has been described in the following Uehon invention, the present invention is not limited to the above you施例, in an implementation stage can be variously modified without departing from the scope of the invention. Further, the upper you施例include inventions of various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Be removed several of the constituent elements shown in if real施例example, the invention can be at least one of resolution of the problems described in the section of the problems to be solved, described in the section of the effects of the invention In a case where at least one of the obtained effects can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
1 音響管
2 試験体
3 スピーカ
4 剛壁
5 ピストン
6 背後空気層
7−1、7−2 マイクロホン
8−1、8−2 マイクロホンホルダ
9 貫通孔
10 マイクロホン開口部
11 音響管
12 スピーカ(音源)
13 試験体
14 背後空気層
15−1、15−2 スペーサリング
16−1、16−2 スペーサ
17−1、17−2、17 マイクロホンホルダ
18−1、18−2、18 測定用マイクロホン
19 Oリング
20 内溝
21 内圧調整孔
22 有底孔
23 マイクロホン開口部
ΔM マイクロホン間距離
φ1、φ2 音響管の内径
AX 音響管の中心軸
D1、D2 開口部径
DESCRIPTION OF
13
Claims (1)
前記音響管(11)の内径(φ2)は14mm以下であり、前記音響管(11)への前記測定用マイクロホン(18−1、18−2、18)の装着部の開口部径(D2)は、前記音響管(11)の内径(φ2)の1/3以下とし、かつ前記測定用マイクロホン(18−1、18−2、18)は、それぞれマイクロホンホルダ(17−1、17−2、17)を介して前記音響管(11)に装着され、前記マイクロホンホルダ(17−1、17−2、17)の端部は、前記音響管(11)の外周部に形成された有底孔(22)内に嵌合され、前記有底孔(22)の底部に前記マイクロホン開口部(23)が配置され、前記マイクロホンホルダ(17)は、内面に前記測定用マイクロホン(18)の装着時と取り外し時にOリング(19)を上下動可能に収容する内溝(20)と、この内溝(20)の底部に設けられ、前記音響管(11)の外部に連通する内圧調整孔(21)とを備えることを特徴とする音響特性測定装置。 A sound source (12) is provided at one end of an acoustic tube (11) containing a test object (13) to be measured, and a plane wave is excited in the acoustic tube (11) by the sound source (12), and a measurement microphone (18 -1, 18-2, 18), a complex sound pressure transfer function between two longitudinal positions between the sound source (12) and the test body (13) is measured, and from this complex sound pressure transfer function, An acoustic characteristic measuring apparatus capable of calculating an acoustic characteristic,
The inner diameter (φ2) of the acoustic tube (11) is 14 mm or less, and the opening diameter (D2) of the mounting portion of the measurement microphone (18-1, 18-2, 18) to the acoustic tube (11). Is 1/3 or less of the inner diameter (φ2) of the acoustic tube (11) , and the measurement microphones (18-1, 18-2, 18) are respectively microphone holders (17-1, 17-2, 17) is attached to the acoustic tube (11) via the bottom end of the microphone holder (17-1, 17-2, 17) formed in the outer periphery of the acoustic tube (11). (22) is fitted in, the microphone opening (23) is arranged at the bottom of the bottomed hole (22), and the microphone holder (17) is mounted on the inner surface of the measurement microphone (18). O-ring (19) can be moved up and down when removed An acoustic characteristic characterized by comprising an inner groove (20) that is accommodated in the capacity and an internal pressure adjusting hole (21) that is provided at the bottom of the inner groove (20) and communicates with the outside of the acoustic pipe (11). measuring device.
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