CN104471359A - 噪声识别装置及噪声识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种噪声识别装置及噪声识别方法，可通过简易系统其自动识别出被测噪声是否受到非对象噪声的影响。其具备了设有多个麦克风及/或粒子速度传感器的声音检测部(11)，根据声音检测部(11)的检测结果在每单位时间确定声源瞬时方向的声源方向特定部(12)，在长于单位时间而设定的规定期间对声源方向特定部(12)确定出的多个瞬时方向的散布度进行计算的散布度计算部(13)，根据散布度计算部(13)计算出的散布度判断是否存在对作为测量对象的噪声源发出的对象噪声的测量产生影响的非对象噪声的非对象噪声判断部(14)。

Description

噪声识别装置及噪声识别方法
技术领域
本发明涉及一种噪声识别装置及噪声识别方法，用于识别作为测量对象的噪声源发出的噪声。
背景技术
根据日本环境省发布的噪声相关环境标准评估手册，在测量作为测量对象的噪声源发出的噪声(以下称对象噪声)时，需将测量对象以外的噪声源发出的、对测量产生妨碍的噪声(以下称非对象噪声)排除在外。例如，根据《航空机噪声相关环境标准》(2007年12月17日环境省告示第114号)进行的部分修订，2013年4月1日以后，对航空机噪声，通过基于等效噪声级的评估标准即时段修正等效噪声级(Lden)而进行评估。为准确测量航空机的等效噪声级，需要确保作为测量对象的噪声源航空机以外的噪声不会对测量值产生影响。
在噪声测量现场，如果对象噪声的强度比非对象噪声高出10dB以上，对象噪声的测量将不会受到非对象噪声的影响，因此测量过程较为容易。然而，在实际的噪声测量现场，常常存在多个发出声音的噪声源。例如，在等效噪声级的测量过程中，如果除航空机噪声这一对象噪声外还存在其他非对象噪声且对测量值造成影响，即作为测量对象的航空机噪声以外的非对象噪声的噪声级比航空机噪声级大且差值在10dB以内，即S/N为10dB以下，则需将该非对象噪声消除。因此，通常在进行噪声测量及评估时，需要进行噪声识别，即需要测量员在现场对实际噪声进行监测或通过试听噪声录音来判断是否存在对测量值产生影响的非对象噪声，这样一来将十分费时费力。此外，噪声识别是基于噪声识别人员的主观判断的，因此有其不准确性。
因此，本申请人提出一种噪声识别技术，如参考专利文献1，其通过设有球形障板麦克风的声源探测装置对多个声源发出的声音的方向分别进行观测和确定，与此同时，通过声源解析装置对检测到的噪声与多个声源建立相关关系，来掌握检测到的噪声中所包含的来自每个声源的噪声。
先行技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利特开2004-269256号公报
发明内容
发明要解决的课题
根据现有的噪声识别技术，可掌握各个声源发出的噪声，因此可自动进行对象噪声与非对象噪声的识别。然而，存在该系统操作复杂且价格昂贵，同时还需要进行非常专业的维护工作的问题点。
本发明的目的在于，鉴于以上问题点，提供一种噪声识别装置及噪声识别方法，可通过简易系统自动识别出所测量的噪声是否受到非对象噪声的影响。
本发明中所述噪声识别装置的特征在于，具备了设有多个麦克风及/或粒子速度传感器的声音检测单元、根据该声音检测单元的检测结果每单位时间确定声源瞬时方向的声源方向测定单元、在长于所述单位时间的规定期间对所述声源方向测定单元检测出的多个所述瞬时方向的散布度进行计算的散布度计算单元，以及根据该散布度计算单元计算出的所述散布度来判断是否存在对作为测量对象的噪声源发出的对象噪声产生影响的非对象噪声的非对象噪声判定单元。
并且，在本发明所述噪声识别装置中，如果所述非对象噪声判定单元判断存在非对象噪声且对所述对象噪声的测量产生影响，那么可将所述散布度计算单元计算的所述散布度的所述规定期间作为非对象噪声检测期间进行输出。
并且，在本发明所述噪声识别装置中，所述声源方向测定单元可在确定所述瞬时方向的同时确定声压信息，所述散布度计算单元可将添加了所述声压信息的加权标准偏差作为所述散布度进行计算。
并且，在本发明所述噪声识别装置中，所述散布度计算单元可生成所述瞬时方向分布图，将其与预先设定好的标准分布图的相关系数作为所述散布度进行计算。
此外，本发明中所述噪声识别方法的特征在于，其具备通过设有多个麦克风及/或粒子速度传感器的声音检测单元进行声音检测的声音检测步骤，以及通过信息处理装置根据所述声音检测步骤的检测结果确定每单位时间内的声源瞬时方向、在长于所述单位时间的规定期间对通过所述声源方向特定单元确定出的多个所述瞬时方向的散布度进行计算、再根据计算出的所述散布度判断是否存在对作为测量对象的噪声源发出的对象噪声产生影响的非对象噪声的判定步骤。
发明效果
通过本发明，无需进行声源识别人员试听的声源识别或区别对象噪声声源与非对象噪声声源之间的声源识别，即可判断出是否存在对对象噪声的测量产生影响的非对象噪声，因此，可以起到通过简易系统自动识别出所测到的噪声是否受到非对象噪声影响的效果。
附图说明
[图1]表示本发明所涉及的噪声识别装置的实施方式的结构的框图。
[图2]用于说明本发明所涉及的噪声识别装置的实施方式的噪声识别操作流程图。
[图3]该图表示对图1所示的散布度计算部计算出的散布度的性质进行验证的验证实验例。
[图4]该图表所示为图3所示的验证实验中的瞬时方向的不均匀。
[图5]该图表所示为图3所示验证实验中的瞬时方向的不均匀。
[图6]该图表所示为图3所示的验证实验中计算得出的散布度即加权标准偏差与S/N比的关系。
[图7]该图表所示为图3所示验证性实验中计算得出的散布度即加权标准偏差与S/N比的关系。
[图8]该图表所示为通过图1所示的非对象噪声判断部与散布度进行比较的阈值示例。
[图9]该图表所示为图3所示的验证实验中计算得出的散布度即标准偏差与S/N比的关系。
[图10]该图表所示为图3所示的验证实验中计算得出的散布度即标准偏差与S/N比的关系。
具体实施方式
接下来参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。
本实施方式中的噪声识别装置10配合测量噪声的噪声测量装置20共同使用，用于向噪声测量装置20通知存在非对象噪声的非对象噪声检测期间，其中，非对象噪声是指测量对象以外的噪声源发出的、将对测量产生妨碍的非对象噪声。参考图1，噪声识别装置10具有声音检测部11、声源方向特定部12、散布度计算部13及非对象噪声判断部14。
声音检测部11为声压检测单元，设有多个麦克风及/或粒子速度传感器，用于将麦克风及/或粒子速度传感器分别输出的检测信号快速，如48kHz等来进行AD转换后分别输出，麦克风检测到的声压及粒子速度传感器检测到的粒子速度被输出。声音检测部11可以使用例如并列接近设有2个麦克风的P-P式或C-C式声强探头。该样式的声强探头单个即可计算1个方向的声强，在计算3维方向上的声强时，可以采用在同一中心(连接2个麦克风的线路的中心)的xyz方向上设有3个声强探头的3轴声强探头。此外，声音检测部11还可以采用位于不同平面的多个点上分别设置了麦克风的声强探头，例如，在正四方体的各个顶点分别设置麦克风的声强探头，或者也可以在正交坐标轴的接近的4个点(0,x,y,z)上设置麦克风的声强探头。此外，声音检测部11还可以采用组合麦克风和粒子速度传感器的声强探头，比如将麦克风和粒子速度传感器放在几乎同一位置上的P-U声强探头等。
声源方向特定部12、散布度计算部13及非对象噪声判断部14由通过程序控制而运作的电脑等信息处理装置构成。声源方向特定部12根据声音检测部11的输出内容，在每单位时间确定由声源瞬时方向和声压信息构成的向量信息。声源瞬时方向是指单位时间内声音检测部11检测出的声源方向，声源方向特定部12将声音检测部11检测出的声压及粒子速度视作由同一声源发出，仅确定1个方向作为声源瞬时方向。此外，声压信息是指表示声音大小的声压(p)、声压级(LP)、作为A特性声压级的噪声级等标量(Scala量)。因此，在具有声强探头的声音检测部11的情况下，声源方向特定部12确定声强，在多点上分别设有麦克风的声音检测部11的情况下，声源方向特定部12将通过相邻四点法或正四方体顶点法，根据声音到达多个麦克风的时间差确定出声源瞬时方向。
而且，声源方向特定部12按照特定周期对声音检测部11输出的信号进行取样，并根据取样数据确定出声源瞬时方向和声压信息。因此，特定声源瞬时方向和声压信息的单位时间设为取样周期的整数倍。例如，如果单位时间及取样周期为0.01(s)时，1秒钟内将确定出100组声源瞬时方向和声压信息。
散布度计算部13将规定组数的由声源方向特定部12确定出的声源瞬时方向和声压信息累积起来，并根据累积的多组声源瞬时方向和声压信息，计算声源方向的散布度。声源方向的散布度是在被设定的规定期间，每单位时间内检测并确定的声源瞬时方向具有何种程度的散布度的数值。在本实施方式中其结构为，如下文所述，散布度时计算还添加了声压信息的加权标准偏差所得，但亦可不进行加权，例如也可以仅根据声源瞬时方向计算标准偏差。此外，还可以生成声源瞬时方向分布图，将其与预先设定好的标准分布图的相关系数作为散布度进行计算。
非对象噪声判断部14用于判断由散布度计算部13计算出的散布度是否大于设定好的阈值，如果散布度大于阈值，则将计算该散布度的规定期间作为存在非对象噪声的非对象噪声检测期间向噪声测量装置20发出通知。
噪声测量装置20作为噪声计，根据由无指向性的麦克风21检测到的声压计算出表示声音大小的声压信息(声压(p)、声压级(LP)、作为A特性声压级的噪声级等)的瞬时值，与此同时，噪声测量装置20还具有计算等效噪声级(LAeq)等积分量的积分式噪声计功能。此外，噪声测定装置20的构成为，还可将噪声识别装置10提示的非对象噪声检测期间排除后，计算等效噪声级(LAeq)等的积分量。
接下来，参照图2至图8对本实施方式中噪声识别装置10中的判断操作进行详细说明。
参照图2可知，散布度计算部13首先将变量n设为「0」(步骤A1)，等待来自声源方向特定部12的数据输入。声源方向特定部12按照特定周期对作为模拟信号从声音检测部11输出的信号进行取样，并根据取样获得的规定频带数据，检测出声源瞬时方向和声压信息即步骤A2，输出给散布度计算部13。
接下来，散布度计算部13将输入有数据的声源瞬时方向和声压信息累积起来，即步骤A3，同时，增加变量的n，即步骤A4，判断变量n是否达到设定好的规定组数N，即步骤A5。
在步骤A5中，当变量n未达到设定好的规定组数N时，散布度计算部13将继续等待声源方向特定部12的数据输入，回到步骤A2。由于声源方向特定部12确定每单位时间内的声源瞬时方向和声压信息，因此，在声源方向特定部12确定出规定组数N的声源瞬时方向和声压信息并累积至散布度计算部13之前，将重复进行步骤A2至A5。
在步骤A5中，当变量n达到设定好的规定组数N时，散布度计算部13根据规定组数N的声源瞬时方向和声压信息，计算出声源方向的散布度，即步骤A6。
在此，对散布度计算部13计算出的散布度的特性进行验证。
将声音识别装置10的声音检测部11、发出对象噪声(粉红噪声)的对象声源30、发出非对象噪声(粉红噪声)的非对象声源40设置在无響室内，在500Hz频带下进行步骤A2的瞬时方向和声压信息的以及步骤A3的瞬时方向和声压信息的累积。并且，图3(a)中所示为对象声源30及非对象声源40相对声音检测部11在水平方向上的设置，图3(b)中所示为对象声源30及非对象声源40相对声音检测部11在垂直方向上的设置。在垂直方向上，如图3(b)所示，对象声源30及非对象声源40所设位置与声音检测部11成90°水平仰角。此外，在水平方向上，对象声源30固定在A点方位角90°的位置，非对象声源40分别设置在B点方位角120°至G点方位角270°之间每隔30°的位置，并且以0.01(s)为单位时间，测量10秒钟，分别测量并累积1000个瞬时方向和声压信息。
图4(a)所示为在水平方向上A点方位角90°处仅设置对象声源30时的测量示例。根据该测量示例可知，在仅设置对象声源30的情况下，基本可以准确测量出对象声源30的瞬时方向。
图4(b)至(c)、图5(a)至(d)分别所示为将对象声源30固定在水平方向上A点方位角90°处，将非对象声源40分别设置在B点方位角120°至G点方位角270°之间每隔30°的位置上时的测量示例。而且，在测量时将对象声源30与非对象噪声的输出设为同一声级，即对象噪声与非对象噪声的S/N比为0。根据该设有多个噪声源的测量示例可知，瞬时方向不仅限于对象声源30或非对象声源40的方向，还可以是对象声源30与非对象声源40间的任意位置。而且，在图5(d)中，虽然测出的瞬时方向中大部分为对象声源30或非对象声源40的方向，但其散布度也较大。
接下来，在图3所示各种配置中，通过改变对象声源30与非对象声源40的输出比即S/N比和频带，分别进行瞬时方向和声压信息的识别与累积，再通过步骤A6将添加了声压信息的瞬时方向的加权标准偏差作为散布度分别进行计算。图6及图7所示为该计算结果。根据这些计算示例可知，当S/N比较小时，对象声源30与非对象声源40之间的夹角(方位角之差)越大，加权标准偏差的值也越大；当S/N比较大时，即便对象声源30与非对象声源40的角度(方位角之差)增大，加权标准偏差的值也将有到达顶峰而不再增大的倾向。此外，频带越高，在较小的S/N比下的加权标准偏差也将到达顶峰。因此，通过选择合适的频带，将计算出的加权标准偏差与合适的阈值进行比较，就可以判断出是否存在对对象噪声产生影响且S/N比不足10的非对象噪声。例如，图6(d)中所示500Hz频带的情况下，如图8所示，将阈值设为15，与计算出的加权标准偏差进行比较。在此情况下，如果计算出的加权标准偏差为阈值以上，则必然存在对对象噪声产生影响且S/N比不足10的非对象噪声，与非对象声源40相对于对象声源30的角度无关。另一方面，如果计算出的加权标准偏差小于阈值，则仅在非对象声源40存在于相对对象声源30为45°角范围内的情况下，才可能存在对对象噪声产生影响且S/N比不足10的非对象噪声。换言之，当相对于对象声源30的45°角度范围内不存在非对象声源40时，如果计算出的加权标准偏差小于阈值，则不存在对对象噪声产生影响且S/N比小于10的非对象噪声。因此，在实际测量对象噪声时，通过将测量位置设置在预期的非对象噪声的发出方向相对于对象噪声的发出方向的角度超过45°的位置，则可准确识别出非对象噪声的存在。而且，理所当然的，即便预期非对象噪声的发出方向相对于对象噪声的发出方向的夹角度数小于45°，也可以一定概率识别出非对象噪声的存在。
图9及图10所示为步骤A6中不考虑声压信息而将瞬时方向的标准偏差作为散布度进行计算的示例。根据这些计算示例可知，频带在2000Hz以上时，计算出的标准偏差表现出了与添加了声压信息的瞬时方向的加权标准偏差同样的倾向。即，当S/N比较小时，对象声源30与非对象声源40之间夹角度数即方位角之差越大，则标准偏差的值越大；当S/N比较大时，即便对象声源30与非对象声源40之间夹角度数即方位角之差增大，标准偏差也将有到达顶峰而不再增大的倾向。因此，即便是在不添加声压信息的情况下计算出的标准偏差，通过选择2000Hz以上的合适的频带，将计算出的标准偏差与合适的阈值进行比较，从而可判断出是否存在对对象噪声造成影响且S/N比不足10的非对象噪声。
再回到图2，非对象噪声判断部14用于判断步骤A6中计算出的散布度是否大于设定好的阈值，即步骤A7。在步骤A7中，在散布度小于预先设定好的阈值时，非对象噪声判断部14将判断在计算散布度的规定期间不存在非对象噪声，重新回到步骤A1，进行下一规定期间的判断操作。而且，步骤A7中与散布度进行比较的阈值最好设为可随意更改。例如，由于在实际测量中存在地面反射，因此，步骤A6中计算出的散布度有可能上升，步骤A2中识别声源瞬时方向和声压信息时的动态特性(时间常数)或步骤A6中计算散布度时的数据量或时间也可能导致散布度发生变化。因此，如果能够以根据地面反射的程度等情况对阈值进行更改，将更为适宜。
在步骤A7中，如果散布度大于预先设定好的阈值，非对象噪声判断部14将判断在计算该散布度的规定期间存在非对象噪声，并将计算该散布度的规定期间作为存在非对象噪声的非对象噪声检测期间，向噪声监测装置20发出通知，即步骤A8，之后返回步骤A1，进行下一规定期间的判断操作。
据此，噪声检测装置20可以识别出存在对对象噪声的测量产生影响的非对象噪声的非对象噪声检测期间，并将如非对象噪声判断部14提示的非对象噪声检测期间排除后，计算出等效噪声级(LAeq)等的积分量。
如上所述，本实施方式中具备了设有多个麦克风及/或粒子速度传感器的声音检测部11、根据声音检测部11的检测结果对各单位时间内的声源瞬时方向确定进行声源方向的特定部12、在设置长于单位时间的规定期间根据声源方向特定部12确定出的多个瞬时方向的散布度进行计算的散布度计算部13、根据散布度计算部13计算出的散布度判断是否存在对作为测量对象的噪声源发出的对象噪声产生影响的非对象噪声的非对象噪声判断部14。根据该结构，无需进行声源识别人员试听的声源识别或区别对象噪声声源与非对象噪声声源之间的声源识别，即可判断是否存在对对象噪声的测量产生影响的非对象噪声，因此，可通过简易系统自动识别出所测噪声是否受到非对象噪声的影响。
而且，在本实施方式中，如果非对象噪声判断部14判断存在对对象噪声的测量产生影响的非对象噪声，则将散布度计算部13计算散布度的规定期间作为非对象噪声检测期间进行输出。根据以上构造，噪声测量装置20可识别出存在对对象噪声的测量产生影响的非对象噪声的非对象噪声检测期间，并将例如提示的非对象噪声检测期间排除后，计算出等效噪声级(LAeq)等的积分量。
而且，在本实施方式中，声源方向特定部12可以在测量瞬时方向的同时测量出声压信息，散布度计算部13可将添加了声压信息的加权标准偏差作为散布度进行计算。此外，散布度计算部13还可以生成瞬时方向分布图，将与预先设定好的标准分布图的相关系数作为散布度进行计算。根据以上构造，可通过简单计算求出散布度。
而且，本发明具体实施方式不限于以上内容，在本发明技术构思范围内，可通过适当变更获得各种实施方式。此外，上述组成部件的数量、位置和形状等不仅限于以上实施方式，在实施本发明时可采用合适的数量、位置和形状等。而且，在各图中同一构成要素均采用同一符号进行标示。
工业应用可行性
本发明中所涉及的噪声识别装置10与电子设备、家电产品、各种交通工具、工厂、设施等一样，在一切发出声音的物体及场所等，均可采用噪声测量装置20进行声压信息的自动测量。
符号说明
10 噪声识别装置
11 声音检测部
12 声源方向特定部
13 散布度计算部
14 非对象噪声判断部
20 噪声测量装置
30 对象声源
40 非对象声源

Claims (5)

1.一种噪声识别装置，其特征在于，该噪声识别装置具备：
设有多个麦克风及/或粒子速度传感器的声音检测单元；
根据该声音检测单元的检测结果，按照每单位时间确定声源瞬时方向的声源方向特定单元；
在长于所述单位时间而设定的规定期间，对所述声源方向特定单元确定出的多个所述瞬时方向的散布度进行计算的散布度计算单元；以及
根据该散布度计算单元计算出的所述散布度，判断是否存在对作为测试对象的噪声源发出的对象噪声的测量带来影响的非对象噪声的非对象噪声判定单元。
2.如权利要求1所述的噪声识别装置，其特征在于：在所述非对象噪声判定单元判断为存在对所述对象噪声的测量带来影响的所述非对象噪声时，将通过所述散布度计算单元计算出所述散布度的所述规定期间作为非对象噪声检测期间进行输出。
3.如权利要求1或2所述的噪声识别装置，其特征在于：
所述声源方向测定单元与所述瞬时方向一同确定声压信息，
所述散布度计算单元将添加了所述声压信息的加权标准偏差作为所述散布度进行计算。
4.如权利要求1或2所述的噪声识别装置，其特征在于：所述散布度计算单元生成所述瞬时方向分布图，并将其与预先设定好的标准分布图之间的相关系数作为所述散布度进行计算。
5.一种噪声识别方法，其特征在于，具备：
声音检测步骤，在该步骤中，通过设有多个麦克风及/或粒子速度传感器的声音检测单元进行声音检测；以及
非对象噪声的判定步骤，在该步骤中，通过信息处理装置，根据所述声音检测步骤的检测结果按照每单位时间确定声源瞬时方向，
在长于所述单位时间而设定的规定期间，对所述声源方向特定单元确定出的多个所述瞬时方向的散布度进行计算，
并根据计算出的所述散布度，判断是否存在对作为测量对象的噪声源发出的对象噪声的测量带来影响。
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