CN114487097B - 声学检查装置以及声学检查方法 - Google Patents

声学检查装置以及声学检查方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及声学检查装置以及声学检查方法，声学检查装置具有：激振声源，从扬声器向检查对象物放射激振音；麦克风组，具有：第1麦克风，配置于检查对象物的近旁，以及第2麦克风，在沿着激振音的放射方向的方向上相对于第1麦克风隔开间隔地配置；脉冲响应计算部，基于第1麦克风收集到的放射音的第1声压级和第2麦克风收集到的放射音的第2声压级计算第1与第2麦克风之间的第1脉冲响应；消除部，从第1脉冲响应中消除与激振音相当的分量；频率变换部，将从消除部输出的第2脉冲响应变换为频率特性；能量计算部，基于频率特性计算第1与第2麦克风之间的声能；以及异常判定部，基于声能判定检查对象物有无异常。

Description

声学检查装置以及声学检查方法
技术领域
实施方式涉及声学检查装置以及声学检查方法。
背景技术
已经提出了用于利用声波以非破坏方式对检查对象物的异常进行检查的技术。根据这种技术，通过向检查对象物放射激振音并收集来自检查对象物的放射音来对异常进行检查。
发明内容
实施方式提供能够用利用声波的简易结构来检查检查对象物的异常的声学检查装置以及声学检查方法。
实施方式的声学检查装置具有激振声源、麦克风组、脉冲响应计算部、消除部、频率变换部、能量计算部和异常判定部。激振声源从至少1个扬声器向检查对象物放射激振音。麦克风组具有：第1麦克风，配置于检查对象物的近旁并收集来自检查对象物的放射音；以及至少1个第2麦克风，在沿着激振音的放射方向的方向上相对于第1麦克风隔开间隔地配置并收集来自检查对象物的放射音。脉冲响应计算部基于经由第1麦克风收集到的放射音的第1声压级和经由第2麦克风收集到的放射音的第2声压级来计算第1麦克风与第2麦克风之间的第1脉冲响应。消除部从第1脉冲响应中消除与激振音相当的分量。频率变换部将从消除部输出的第2脉冲响应变换为频率特性。能量计算部基于频率特性计算第1麦克风与第2麦克风之间的声能。异常判定部基于声能判定检查对象物有无异常。
附图说明
图1为示出第1实施方式的声学检查装置的结构的一例的图。
图2为分别示出在消除激振音前后的脉冲响应和频率特性的图。
图3为用于说明声学检查装置的工作原理的图。
图4为示出第1实施方式的声学检查装置的工作的流程图。
图5为示出第2实施方式的声学检查装置的结构的一例的图。
图6A为示出振动放射音的产生定时的一例的图。
图6B为示出振动放射音的产生定时的其它例子的图。
图7为示出提取可靠区间的概念的图。
图8为示出第2实施方式的声学检查装置的工作的流程图。
图9为示出通过第2实施方式的声学检查装置对含有裂缝的检查对象物放射激振音并收集来自裂缝的放射音之后消除激振音前后的频率特性的实测结果的图。
图10A为示出基于收集到的放射音在某个时间范围消除了激振音时的频率特性的实测结果的图。
图10B为示出基于收集到的放射音在其它时间范围消除了激振音时的频率特性的实测结果的图。
图11为示出由于轴向力降低的实测结果的图。
图12为用于对消除时间范围的可靠区间进行说明的图。
图13为示出第3实施方式的声学检查装置的结构的一例的图。
图14为用于对空间干涉陷波进行说明的图。
图15为示出由于延迟处理而在传递函数显现的声压级之差的图。
图16为示出通过激振音的延迟处理而在传递函数的频率特性中表现由于麦克风间隔扩大而显现的空间干涉陷波的存在的结果的图。
图17为示出实际将两个扬声器隔开20cm、使激振音的放射定时延迟使激振音的相位在设置于距检查对象物2.5cm的位置的第1麦克风处为相同相位的距离的相应量的实测结果的图。
图18为示出第3实施方式的声学检查装置的工作的流程图。
附图标记
101：激振声源；102、102a、102b、102c：扬声器；103a：第1麦克风；103b、103c：第2麦克风；104：处理部；105：存储器；106：显示器；108a、108b：延迟部；1041、1041a、1041b：脉冲响应计算部；1042、1042a、1042b：消除部；1043：频率变换部；1044：平均能量计算部；1045：异常判定部；1046：可靠区间提取部；1047：陷波判别部；1048：校正部。
具体实施方式
[第1实施方式]
以下参照附图说明实施方式。图1为示出第1实施方式的声学检查装置的结构的一例的图。第1实施方式的声学检查装置具有激振声源101、扬声器102、麦克风组、处理部104、存储器105和显示器106。该声学检查装置通过向检查对象物O放射激振音并收集来自检查对象物O的放射音来检查检查对象物O中有无异常。检查对象物O中的异常为例如检查对象物O中产生的裂缝C。
激振声源101为生成用于产生对检查对象物O放射的激振音的声学激振信号的声源。激振音可以为例如单一的敲击声。声学激振信号可以用任意方法来生成。
扬声器102被配置为面对着检查对象物O，依照从激振声源101输入的声学激振信号对检查对象物O放射激振音。由于激振音，检查对象物O整体在D方向上振动，随着该振动从检查对象物O放射出放射音。
麦克风组为以沿着激振音的放射方向具有间隔的方式配置的至少两个麦克风。第1麦克风103a为在如距检查对象物O 2.5cm这样的、检查对象物O的近旁配置的基准麦克风。第2麦克风103b为与第1麦克风103a隔开间隔地配置的麦克风。第1麦克风103a及第2麦克风103b分别收集来自检查对象物O的放射音，将收集到的放射音变换为电信号并输出至处理部104。
处理部104具有CPU、ASIC、FPGA或DSP等数字信号处理器，进行与声学检查装置相关的各种处理。处理部104可以由单个CPU等构成，或者可以由多个CPU等构成。处理部104通过执行例如存储器105中存储的声学检查程序，从而作为脉冲响应计算部1041、消除部1042、频率变换部1043、平均能量计算部1044和异常判定部1045而工作。
脉冲响应计算部1041依照采样频率对经由第1麦克风103a收集的声学信号和经由第2麦克风103b收集的声学信号的各个声学信号进行采样。然后，脉冲响应计算部1041根据基于经由第1麦克风103a收集的声学信号的第1声压级和基于经由第2麦克风103b收集的声学信号的第2声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应。例如，脉冲响应计算部1041通过使用卷积运算的自适应识别处理来计算脉冲响应。
消除部1042从由脉冲响应计算部1041计算出的脉冲响应中消除激振音N的分量，提取由检查对象物O的裂缝C的振动引起的振动放射音S的分量。图2分别示出消除激振音前后的脉冲响应和频率特性。如图2所示，由脉冲响应计算部1041收集的脉冲响应中包含以虚线示出的激振音分量和以实线示出的振动放射音分量。因此，基于脉冲响应计算的频率特性也包含激振音的频率特性和振动放射音的频率特性这两者。由检查对象物O的裂缝C的振动引起的振动放射音比激振音微弱。也就是说，激振音虽然是为了激发振动放射音而必需的，但为了判定检查对象物O的异常却是不需要的噪声。因此，消除部1042消除作为噪声的激振音N的分量。在此，由第1麦克风103a及第2麦克风103b收集的激振音N包括来自扬声器102的直达波Nd的分量和来自检查对象物O的反射波Nr的分量。直达波Nd的分量可以通过第1麦克风103a的设定或自适应识别处理来消除。另一方面，来自检查对象物O的反射波Nr的分量可以通过如下方式来消除：检测例如脉冲响应的最大峰值，消除脉冲响应中的包括最大峰值的预定时间范围的分量、即与时间范围相当的采样点数的量。消除部1042进行这样的消除脉冲响应中的包含最大峰值的预定时间范围的分量的处理。如图2的脉冲响应所示，振动放射音S的回响比激振音N(＝Nd+Nr)长。因此，通过消除脉冲响应中的预定时间范围的分量，从而基于从消除部1042输出的脉冲响应而计算的频率特性中仅包括振动放射音S的频率特性。如将在后面说明的那样，由于在有异常时和无异常时振动放射音的频率特性产生差别，可以利用该差别来判定有无异常。
频率变换部1043将从消除部1042输出的脉冲响应变换为频率特性。例如，频率变换部1043使用FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅立叶变换)将脉冲响应变换为频率特性。
平均能量计算部1044基于从频率变换部1043输出的频率特性中的整个区域的增益来计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的平均声能。
异常判定部1045基于由平均能量计算部1044计算出的平均声能判定检查对象物O中有无异常以及在有异常时该异常加重的程度。例如，异常判定部1045存储与检查对象物O同样的检查对象物中有异常时的平均声能的阈值。异常判定部1045通过将由平均能量计算部1044计算出的平均声能与阈值相比较来判定有无异常。同样地，异常判定部1045存储与检查对象物O同样的检查对象物中异常加重时的平均声能的阈值。异常判定部1045通过将由平均能量计算部1044计算出的平均声能与阈值相比较来判定异常加重的程度。
存储器105为ROM及RAM。ROM存储如声学检查装置的启动程序、由处理部104执行的声学检查程序这样的各种程序。RAM可以被用作处理部104中的各种运算等时的工作存储器。
显示器106为如液晶显示器及有机EL显示器这样的显示器，显示各种图像。例如，显示器106显示由异常判定部1045得到的有无异常及其加重程度的判定结果。
以下说明第1实施方式的声学检查装置的工作。首先说明声学检查装置的工作原理。图3为用于说明声学检查装置的工作原理的图。当向检查对象物O放射激振音时，检查对象物O整体在D方向上振动。此时，检查对象物O的无异常、例如无裂缝C的部位在D方向上均匀振动。另一方面，关于裂缝C的部位，如图3所示，裂缝C的部位及其周边与如其它部位那样的基于板共振的模态振动不同，具有局部性不连续且非对称的振动场。这样的裂缝C的振动通过如下模型来表示：如图3所示的几mm尺寸的大量振动元件Ei(i＝1，2，……，N)呈二维平板状分布，且各个振动元件Ei以不同的复振幅而振动。实施方式的声学检查装置探测基于这样的模型的振动的放射音。
为此，第1实施方式的声学检查装置通过两个麦克风即第1麦克风103a和第2麦克风103b来探测来自检查对象物O的放射音，其中这两个麦克风沿着激振音的放射方向、即放射音的放射方向隔开间隔地配置。
在此，当将分别由第1麦克风103a、第2麦克风103b探测的从振动元件Ei放射出的放射音的声压级(最大声压级)设为P1、P2时，第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的传递函数G用以下的(式1)来表示。另外，当将从振动元件Ei至第1麦克风103a的距离设为r1i、将从振动元件Ei至第2麦克风103b的距离设为r2i、将振动元件Ei的体积速度(volumevelocity)(＝振动元件Ei的振动速度vi×振动元件Ei的面积si)设为qi时，声压级P1、P2分别用以下的(式2)、(式3)来表示。在此，(式1)的*(星号)为表示复共轭的符号。
Figure BDA0003237744150000061
Figure BDA0003237744150000062
Figure BDA0003237744150000063
在此，整理(式1)、(式2)、(式3)的关系，则传递函数G能够用以下的(式4)来表示。(式4)的αi为振动元件Ei的复振幅。当将作为振动元件的一端的振动元件E1的体积速度设为q1时，qi、αi、q1具有qi＝αi×q1的关系。另外，β1i为基于距离r1i所关联的传播路径比的系数。β2i为基于距离r2i所关联的传播路径比的系数。β1i及β2i分别具有以下(式5)、(式6)的关系。另外，(式4)的Δr为Δr＝r21－r11。(式5)的Δr1i为Δr1i＝r1i－r11。(式6)的Δr2i为Δr2i＝r2i－r21。
Figure BDA0003237744150000071
Figure BDA0003237744150000072
Figure BDA0003237744150000073
在此，如果取决于有无裂缝及深度的差别等而振动元件Ei变得容易振动，则体积速度qi增加与之相应的量。因此，αi增加。进而，取决于裂缝的尺寸、加重，其放射位置也变化，β1i和β2i变化。
像这样，隔开间隔地配置的两个麦克风之间的传递函数G可根据基于有无裂缝及其加重程度的振动放射音而变化。因此，通过测定传递函数G，可以判定有无裂缝及其加重程度。也就是说，实施方式的声学检查装置以如下方式构成：由于由间隔不同的两个麦克风收集来自振动元件的放射音，有无裂缝及其加重显现为麦克风之间的传递函数的变化，利用该现象判定有无裂缝及其加重程度。进而，实施方式的声学检查装置以如下方式构成：测定传递函数作为脉冲响应，在该脉冲响应中消除激振音分量，从而提取掩埋于激振音的微弱的放射音的分量。
在此，在图3中，检查对象物O中有裂缝C。实施方式的声学检查装置也可以基于与裂缝C同样的原理来探测螺钉等的轴向力降低。
另外，在实施方式中，来自检查对象物O的放射音由间隔不同的两个麦克风来收集。在此，麦克风间隔越扩大，则传递函数G的变化越大。因此，麦克风间隔被扩大至适当间隔即可。进而，可以配置间隔不同的多个第2麦克风。
图4为示出第1实施方式的声学检查装置的工作的流程图。图4的处理主要通过处理部104来进行。
在步骤S1中，激振声源101对检查对象物O放射激振音。
在步骤S2中，第1麦克风103a及第2麦克风103b收集声音。
在步骤S3中，处理部104基于由第1麦克风103a及第2麦克风103b分别收集的声学信号的声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应。
在步骤S4中，处理部104消除计算出的脉冲响应中的激振音分量。
在步骤S5中，处理部104利用例如FFT将消除了激振音分量的脉冲响应变换为频率特性。
在步骤S6中，处理部104根据频率特性计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的平均声能。
在步骤S7中，处理部104通过将例如计算出的平均声能与阈值相比较来判定检查对象物O中有无异常及其加重程度。
在步骤S8中，处理部104将有无异常及其加重程度的判定结果作为异常的诊断结果输出至例如显示器106。
根据以上说明的实施方式，在对检查对象物的异常进行检查的声学检查装置中，使用沿着激振音的放射方向隔开间隔地配置的两个麦克风来收集来自检查对象物的放射音。据此，由于有无裂缝及其加重显现为麦克风之间的传递函数的变化，因此可以通过仅使用两个麦克风这样的简易结构来判定有无裂缝及其加重程度。
[第2实施方式]
接下来说明第2实施方式。图5为示出第2实施方式的声学检查装置的结构的一例的图。第2实施方式的声学检查装置与第1实施方式同样地，具有激振声源101、扬声器102、麦克风组、处理部104、存储器105和显示器106。在此，在第2实施方式中，主要对与第1实施方式不同的部分进行说明。对第2实施方式中与第1实施方式同样的部分省略或简化说明。
在第2实施方式中，麦克风组具有第1麦克风103a和两个第2麦克风103b、103c。第1麦克风103a为在如距检查对象物O 2.5cm这样的、检查对象物O的近旁配置的基准麦克风。第2麦克风103b、103c为沿着激振音的放射方向、即放射音的放射方向与第1麦克风103a隔开不同间隔地配置的麦克风。也就是说，第2麦克风103c为相比于第2麦克风103b而与第1麦克风103a隔开更宽间隔地配置的麦克风。如前所述，麦克风间隔越扩大，则传递函数的变化越大。因此，第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的传递函数的变化大于第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的传递函数的变化。
第2实施方式的处理部104通过执行例如存储器105中存储的声学检查程序，从而作为脉冲响应计算部1041a、1041b、消除部1042a、1042b、频率变换部1043、可靠区间提取部1046、平均能量计算部1044和异常判定部1045而工作。
脉冲响应计算部1041a根据基于经由第1麦克风103a收集的声学信号的第1声压级和基于经由第2麦克风103b收集的声学信号的第2声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应。脉冲响应计算部1041b根据基于经由第1麦克风103a收集的声学信号的第1声压级和基于经由第2麦克风103c收集的声学信号的第2声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的脉冲响应。
消除部1042a从由脉冲响应计算部1041a计算出的脉冲响应中消除激振音分量，提取由检查对象物O的裂缝C的振动引起的振动放射音分量。消除部1042b从由脉冲响应计算部1041b计算出的脉冲响应中消除激振音分量，提取由检查对象物O的裂缝C的振动引起的振动放射音分量。即，消除部1042a在和第1麦克风103a与第2麦克风103b的间隔相对应的消除时间范围消除激振音分量。另外，消除部1042b在和第1麦克风103a与第2麦克风103c的间隔相对应的消除时间范围消除激振音分量。关于消除的方法，与消除部1042相同即可。
如在第1实施方式也说明过的那样，由麦克风收集的激振音N包括来自扬声器102的直达波Nd的分量和来自检查对象物O的反射波Nr的分量。在此，激振音的反射波Nr从与振动放射音相同的方向且在大体相同的定时进入各个麦克风。也就是说，振动放射音和激振音的反射波在相同时段混在一起。因此，当单纯消除激振音的反射波时，有可能振动放射音的一部分也被消除。由于振动放射音的一部分被消除，结果是异常判定的精度也降低。
进而，如图6A及图6B所示，振动放射音的产生定时可能在每次激振音放射时变化。因此，不期望一概地决定消除时间范围。于是，在实施方式中，利用与麦克风间隔相对应的消除时间范围不同的两个消除部来消除激振音。
在此，在第2实施方式中，预先准备了麦克风间隔不同的多个第2麦克风。与此相对，也可以仅准备1个第2麦克风，改变第1麦克风与这1个第2麦克风的间隔来实施多次检查。在该情况下，消除部根据第1麦克风与第2麦克风的麦克风间隔来设定消除时间范围。
频率变换部1043将从消除部1042a及消除部1042b的各个消除部输出的脉冲响应变换为频率特性。另外，在第2实施方式中，频率变换部1043还将由脉冲响应计算部1041a计算出的脉冲响应及由脉冲响应计算部1041b计算出的脉冲响应变换为频率特性。
可靠区间提取部1046提取由频率变换部1043变换得到的频率特性的可靠区间。可靠区间为高可靠性地进行消除部1042a及消除部1042b的消除的频带。换言之，可靠区间为在进行消除部1042a及消除部1042b的消除时振动放射音分量不被消除的频带。
图7为示出可靠区间的提取的概念的图。在实施方式中，可靠区间可以通过比较由消除部消除激振音前后的频率特性来判定。在此，图7的虚线示出消除前的频率特性。另外，图7的实线示出消除后的频率特性。如前所述，消除前的频率特性包括激振音(直达波Nd+反射波Nr)的特性和振动放射音S的特性这两者。与此相对，消除后的频率特性仅包括振动放射音S的特性。因此可以说，消除后的增益相对于消除前的降低量大的频带是消除前的频率特性中振动放射音的贡献少的频带。换言之可以说，关于这样的频带，消除前的频率特性实质上仅包括激振音(直达波Nd+反射波Nr)分量。因此，在这样的频带中，即使在消除激振音后，振动放射音分量也几乎未被消除。在实施方式中，消除前后的增益之差为10dB以上的频带为可靠区间。可靠区间提取部1046分别提取由频率变换部1043变换得到的消除部1042a消除前后的频率特性中增益之差为10dB以上的频带和由频率变换部1043变换得到的消除部1042b消除前后的频率特性中增益之差为10dB以上的频带作为可靠区间。此外，增益之差的阈值不限于10dB。
平均能量计算部1044基于由可靠区间提取部1046提取的频率响应的可靠区间的增益，分别计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的平均声能及第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的平均声能。
异常判定部1045基于由平均能量计算部1044计算出的平均声能来判定检查对象物O中有无异常以及在有异常时该异常的加重程度。异常判定部1045可以使用第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的平均声能及第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的平均声能这两者来进行判定，或者可以仅使用一者来进行判定。在仅使用一者的情况下，异常判定部1045可以使用例如可靠区间较宽者或平均声能较高者来进行判定。
图8为示出第2实施方式的声学检查装置的工作的流程图。图8的处理主要通过处理部104来进行。
在步骤S101中，激振声源101对检查对象物O放射激振音。
在步骤S102中，第1麦克风103a及第2麦克风103b、103c收集声音。
在步骤S103中，处理部104基于由第1麦克风103a及第2麦克风103b分别收集的声学信号的声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应。另外，处理部104基于由第1麦克风103a及第2麦克风103c分别收集的声学信号的声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的脉冲响应。
在步骤S104中，处理部104消除计算出的各个脉冲响应中的激振音分量。
在步骤S105中，处理部104利用例如FFT，将消除了激振音分量的各个脉冲响应变换为频率特性。另外，处理部104将消除激振音分量之前的各个脉冲响应变换为频率特性。
在步骤S106中，处理部104通过比较消除前后的频率特性来提取可靠区间。
在步骤S107中，处理部104使用第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应的频率特性的可靠区间的增益来计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的平均声能。另外，处理部104使用第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的脉冲响应的频率特性的可靠区间的增益来计算第1麦克风103a与第2麦克风103c之间的平均声能。
在步骤S108中，处理部104通过将例如计算出的平均声能与阈值相比较来判定检查对象物O中有无异常及其加重程度。
在步骤S109中，处理部104将有无异常及其加重程度的判定结果作为异常的诊断结果输出至例如显示器106。
根据以上说明的第2实施方式，通过预先准备麦克风间隔被扩大的麦克风，能够获取更多振动放射音的信息。另外，通过在与麦克风间隔相对应的消除时间范围进行激振音的消除，从而即使在振动放射音的产生定时不同的情况下也可以选择性地仅消除激振音。结果是消除的精度提高，异常判定的精度也提高。进而，通过比较消除前后的频率特性来提取可靠区间。据此，还可以确认是否可靠性高地进行了消除。结果是消除的精度提高，异常判定的精度也提高。
图9为示出通过第2实施方式的声学检查装置对包含裂缝的检查对象物放射激振音并收集来自裂缝的放射音之后激振音消除前后的频率特性的实测结果的图。关于消除前的频率特性，正常、裂缝、裂缝加重都呈现大体相同的特性。消除前的频率特性与激振音的特性相当。另一方面，在消除后的频率特性中，由于激振音被消除从而显现出振动放射音的特性。图9的7kHz至9kHz附近的频带中存在10dB的级差。该7kHz至9kHz附近的频带为可靠区间。另一方面，虚线框的频带为没有10dB级差的频带。在这样的频带中，随着激振音的消除，振动放射音也被消除。期望这样的频带在异常判定中不被使用。
另外，图10A及图10B示出基于收集到的放射音在不同的消除时间范围消除了激振音时的频率特性的实测结果。图10A的频带A为存在10dB级差的频带。因此能够用于异常判定。然而，在图10A的频带A中，正常与裂缝的差异没有显现。也就是说，图10A的例子示出了在消除时间范围所包含的时间中几乎不含振动放射音分量的情况。另一方面，图10B的频带B也是存在10dB级差的频带。因此能够用于异常判定。然后，可知在图10B的频带B中显现出正常与裂缝的差异。像这样，通过根据麦克风间隔来调节消除时间范围，可以适当地仅提取振动放射音分量。
图11示出并非由于裂缝而是由于轴向力降低的实测结果。可知根据振动放射音的变化，在虚线框C所示的频带中显现出由于轴向力的差别导致的频率特性的差异。
在此，在第2实施方式中，可靠区间被设为频域上的可靠区间。除此之外，可靠区间也可以包括消除时间范围上的可靠区间。图12为用于对消除时间范围的可靠区间进行说明的图。图12的横轴表示消除时间范围，图12的纵轴表示在横轴的范围进行过消除后整个区域的平均声能。另外，图12的细线示出消除前每个时间范围的平均声能，图12的粗线示出消除后每个时间范围的平均声能。此外，关于消除前每个时间范围的平均声能，由于未进行消除所以为恒定值。另外，如前所述，消除时间范围越短，则越是仅脉冲响应中初始的脉冲峰值的周边被消除。另一方面，消除时间范围越长，则越是连脉冲响应中后续的回响波的分量也被消除。此时，对于消除前后的平均声能之差为10dB以下的消除时间范围，除了激振音之外，振动放射音也很可能被消除。因此，也可以如图12所示，将消除前后的平均声能之差为10dB以上的时间范围作为可靠区间。在该情况下，可靠区间提取部1046可以构成为仅将在可靠区间的消除时间范围进行消除的频率特性输出至平均能量计算部1044。
可靠区间提取部1046可以在判定了频域的可靠区间之后进一步判定消除时间范围的可靠区间。另外，可靠区间提取部1046也可以不判定频域的可靠区间而判定消除时间范围的可靠区间。
另外，在第2实施方式中，第2麦克风为两个麦克风。第2麦克风也可以为具有不同间隔而配置的3个以上的麦克风。脉冲响应计算部及消除部也可以随之而为3个以上。另外，频率变换部、可靠区间提取部及平均能量计算部也可以具有第2麦克风的数量。
[第3实施方式]
接下来说明第3实施方式。图13为示出第3实施方式的声学检查装置的结构的一例的图。第3实施方式的声学检查装置具有激振声源101、扬声器组、延迟部108a、108b、麦克风组、处理部104、存储器105和显示器106。在此，在第3实施方式中，主要对与第2实施方式不同的部分进行说明。对第3实施方式中第2实施方式同样的部分省略或简化说明。
在第3实施方式中，代替1个扬声器102而配置有3个扬声器102a、102b、102c。3个扬声器102a、102b、102c为沿着激振音的放射方向隔开间隔地配置的扬声器。在图13中，按照扬声器102c、102b、102a的顺序配置于距检查对象物O近的位置。期望由于配置3个扬声器而振动放射音的激发力变高。此外，虽然在图13中扬声器的数量为3个，但是扬声器的数量可以为两个，或者可以为4个以上。
延迟部108a使扬声器102b的激振音的放射定时延迟。延迟部108b使扬声器102c的激振音的放射定时延迟。延迟部108a及108b为例如使来自激振声源101的声学激振信号延迟的延迟电路即可。
在第3实施方式中，麦克风组具有第1麦克风103a和第2麦克风103b。与第2实施方式同样地，麦克风组可以具有第1麦克风103a和第2麦克风103b、103c。
第3实施方式的处理部104通过执行例如存储器105中存储的声学检查程序，从而作为脉冲响应计算部1041、消除部1042、频率变换部1043、可靠区间提取部1046、陷波判别部1047、校正部1048、平均能量计算部1044和异常判定部1045而工作。
脉冲响应计算部1041根据基于经由第1麦克风103a收集的声学信号的第1声压级和基于经由第2麦克风103b收集的声学信号的第2声压级来计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应。
消除部1042从由脉冲响应计算部1041计算出的脉冲响应中消除激振音分量，提取由检查对象物O的振动引起的振动放射音分量。
频率变换部1043将从消除部1042输出的脉冲响应变换为频率特性。另外，频率变换部1043还将由脉冲响应计算部1041计算出的脉冲响应变换为频率特性。
可靠区间提取部1046提取由频率变换部1043变换得到的频率特性中的可靠区间。
陷波判别部1047基于由麦克风收集的声学信号，判别激振音中产生空间干涉陷波的频带即盲区。
图14为用于对空间干涉陷波进行说明的图。在此，图14的(a)示出预定麦克风间隔下的第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的传递函数的特性。图14的(b)示出在图14的(a)的麦克风间隔下由第1麦克风103a及第2麦克风103b收集的声学信号所表示的声压的频率特性。P11示出由第1麦克风103a收集的激振音N的声压级。P12示出由第2麦克风103b收集的激振音N的声压级。P21示出由第1麦克风103a收集的振动放射音S的声压级。P22示出由第2麦克风103b收集的振动放射音S的声压级。图14的(c)示出比(a)扩大的麦克风间隔下的第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的传递函数的频率特性。图14的(d)示出在图14的(c)的麦克风间隔下由第1麦克风103a及第2麦克风103b收集的声学信号所表示的声压的频率特性。
根据图14的(a)与图14的(c)的比较明确可知，通过扩大麦克风间隔，传递函数的变化变大。在此，激振音中的部分频带的声压级由于由两个麦克风之间的干涉导致的空间干涉陷波的影响而降低。在激振音的声压级降低的频带中，激振音消除前后的增益之差无法达到10dB以上的可能性变大。在此，根据图14的(b)与(d)的比较也明确可知，通过扩大麦克风间隔，由空间干涉陷波导致的激振音的声压级的降低更加变大。
在此，在第3实施方式中，通过使用多个扬声器102a、102b、102c来提高振动放射音的激发力。此时，延迟部108a及108b使激振音的放射定时延迟，以使从各个扬声器到达第1麦克风103a的激振音的振幅及相位一致。此时，在第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的激振音的传递函数的频率特性的特定频带，如图15的(a)的圆框所示，显现出两个麦克风的声压级之差。产生该圆框所示的声压级之差的频带与产生激振音的空间干涉陷波的频带一致。陷波判别部1047从脉冲响应计算部1041接受在进行过延迟部108a及108b的延迟处理的状态下由第1麦克风103a和第2麦克风103b收集的声学信号，根据该接受到的声学信号计算激振音的传递函数，通过检测传递函数中的峰值来判别作为产生空间干涉陷波的频带的盲区。
图16示出通过激振音的延迟处理而在传递函数的频率特性中表现由于麦克风间隔扩大而显现的空间干涉陷波的存在的结果。图16的TS1示出麦克风间隔被设为第1麦克风间隔时的振动放射音S的传递函数的频率特性。图16的TN1示出麦克风间隔被设为第1麦克风间隔时的激振音N的传递函数的频率特性。图16的P111示出麦克风间隔被设为第1麦克风间隔时由第1麦克风103a收集的激振音N的声压级。P121示出麦克风间隔被设为第1麦克风间隔时由第2麦克风103b收集的激振音N的声压级。P211示出麦克风间隔被设为第1麦克风间隔时由第1麦克风103a收集的振动放射音S的声压级。P221示出麦克风间隔被设为第1麦克风间隔时的由第2麦克风103b收集的振动放射音S的声压级。另外，图16的TS2示出麦克风间隔被设为宽于第1麦克风间隔的第2麦克风间隔时的振动放射音S的传递函数的频率特性。图16的TN2示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔时的激振音N的传递函数的频率特性。图16的P112示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔时由第1麦克风103a收集的激振音N的声压级。P122示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔时由第2麦克风103b收集的激振音N的声压级。P212示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔时由第1麦克风103a收集的振动放射音S的声压级。P222示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔时由第2麦克风103b收集的振动放射音S的声压级。另外，图16的TS3示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔并且进行了延迟处理时的振动放射音S的传递函数的频率特性。图16的TN3示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔并且进行了延迟处理时的激振音N的传递函数的频率特性。图16的P113示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔并且进行了延迟处理时由第1麦克风103a收集的激振音N的声压级。P123示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔并且进行了延迟处理时由第2麦克风103b收集的激振音N的声压级。P213示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔并且进行了延迟处理时由第1麦克风103a收集的振动放射音S的声压级。P223示出麦克风间隔被设为第2麦克风间隔并且进行了延迟处理时由第2麦克风103b收集的振动放射音S的声压级。根据传递函数TS2与传递函数TS3的比较明确可知，关于振动放射音，特性不因有无延迟处理而变化。另一方面，根据传递函数TN2与传递函数TN3的比较可知，关于激振音，由于延迟处理而在空间干涉陷波的频带产生峰值。
图17为示出实际将两个扬声器隔开20cm、使激振音的放射定时延迟使激振音的相位在设置于距检查对象物2.5cm的位置的第1麦克风处为相同相位的距离的量的实测结果的图。图17的(a)示出将麦克风之间的距离扩大10cm时的激振音的传递函数的特性。如图17的(a)所示，峰值取决于有无延迟而很明显。另外，图17的(b)示出消除激振音后的脉冲响应的频率特性。与激振音的传递函数中的峰值相当的频带为声压级由于空间干涉而显著降低的盲区。已知在这样的盲区中，在消除激振音后，振动放射音的特性也发生恶化。因此，通过在计算平均声能时排除这样的盲区的特性，异常的判定精度提高。
校正部1048校正在由平均能量计算部1044计算平均声能中被使用的频率特性。例如，校正部1048消除产生空间干涉陷波的频带。
平均能量计算部1044基于由可靠区间提取部1046提取并由校正部1048校正后的频率特性计算平均声能。
图18为示出第3实施方式的声学检查装置的工作的流程图。图18的处理主要通过处理部104来进行。
在步骤S201中，激振声源101对检查对象物O放射激振音。此时，延迟部108a及108b使扬声器102b及102c的放射定时延迟，以使从扬声器102a、102b、102c放射的激振音在第1麦克风103a处以相同相位被收集。
在步骤S202中，第1麦克风103a及第2麦克风103b收集声音。
在步骤S203中，处理部104基于由第1麦克风103a及第2麦克风103b分别收集的声学信号的声压级，计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的脉冲响应。
在步骤S204中，处理部104通过计算激振音的传递函数来检测盲区。
在步骤S205中，处理部104消除计算出的脉冲响应中的激振音分量。
在步骤S206中，处理部104利用例如FFT，将消除了激振音分量的各个脉冲响应变换为频率特性。另外，处理部104将激振音分量被消除之前的各个脉冲响应变换为频率特性。
在步骤S207中，处理部104通过比较消除前后的频率特性来提取可靠区间。
在步骤S208中，处理部104进行消除频率特性中的盲区频带的校正。
在步骤S209中，处理部104使用校正后的频带的增益来计算第1麦克风103a与第2麦克风103b之间的平均声能。
在步骤S210中，处理部104通过将例如计算出的平均声能与阈值相比较来判定检查对象物O中有无异常及其加重程度。
在步骤S211中，处理部104将有无异常及其加重程度的判定结果作为异常的诊断结果输出至例如显示器106。
根据以上说明的第3实施方式，通过从多个扬声器向检查对象物O放射激振音，振动放射音的激发力提高。另外，通过进行延迟处理以使从多个扬声器放射的激振音以相同相位到达第1麦克风103a，从而可以根据激振音的传递函数判别产生空间干涉陷波的盲区。通过消除盲区频带，异常判定的精度也提高。
在此，在第3实施方式中，陷波判别部1047可以对延迟部108a及108b执行的延迟处理进行控制，以使发生空间干涉的频带为特定频带。
另外，在第3实施方式中也可以与第2实施方式同样地配置麦克风间隔不同的多个第2麦克风。
虽然对本发明一些实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意在限制发明的范围。这些实施方式能够通过其它各种形态来实施，在不脱离发明主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨内，也同样包含在权利要求中记载的发明的范围及其等同范围内。

Claims (9)

1.一种声学检查装置，具备：
激振声源，从至少1个扬声器向检查对象物放射激振音；
麦克风组，具有：第1麦克风，配置于所述检查对象物的近旁并收集来自所述检查对象物的放射音，以及至少1个第2麦克风，在沿着所述激振音的放射方向的方向上相对于所述第1麦克风隔开间隔地配置并收集来自所述检查对象物的放射音；
至少1个脉冲响应计算部，基于经由所述第1麦克风收集到的放射音的第1声压级和经由所述第2麦克风收集到的放射音的第2声压级来计算所述第1麦克风与所述第2麦克风之间的第1脉冲响应；
至少1个消除部，从所述第1脉冲响应中消除与所述激振音相当的分量；
频率变换部，将从所述消除部输出的第2脉冲响应变换为频率特性；
能量计算部，基于所述频率特性计算所述第1麦克风与所述第2麦克风之间的声能；以及
异常判定部，基于所述声能判定所述检查对象物有无异常。
2.根据权利要求1所述的声学检查装置，其中，
所述消除部消除与和所述第1麦克风与所述第2麦克风的间隔相对应的时间范围相当的脉冲响应的分量。
3.根据权利要求2所述的声学检查装置，其中，
所述第2麦克风具有至少两个第2麦克风，该至少两个第2麦克风各自相对于所述第1麦克风具有不同的间隔，
所述脉冲响应计算部具有至少两个脉冲响应计算部，该至少两个脉冲响应计算部基于经由所述第1麦克风收集到的放射音的第1声压级和经由各个所述第2麦克风收集到的放射音的第2声压级分别计算所述第1麦克风与各个所述第2麦克风之间的多个第1脉冲响应，
所述消除部具有至少两个消除部，该至少两个消除部消除与和所述第1麦克风与各个所述第2麦克风的间隔相对应的时间范围相当的所述脉冲响应的分量。
4.根据权利要求2或3所述的声学检查装置，其中，
还具备第1可靠区间提取部，该第1可靠区间提取部基于从所述第1脉冲响应变换得到的频率特性即第1频率特性与从所述第2脉冲响应变换得到的频率特性即第2频率特性的增益之差，提取第1可靠区间，该第1可靠区间是高可靠性地进行所述消除部的消除的频带，
所述能量计算部在所述第2频率特性中的所述第1可靠区间的频带计算所述声能。
5.根据权利要求4所述的声学检查装置，其中，
所述第1可靠区间提取部提取所述第1频率特性与所述第2频率特性的所述增益之差为10dB以上的频带作为所述第1可靠区间。
6.根据权利要求2所述的声学检查装置，其中，
还具备第2可靠区间提取部，该第2可靠区间提取部根据基于进行所述消除部的消除之前的频率特性计算出的第1声能与基于进行过所述消除部的消除之后的频率特性计算出的第2声能的增益之差，提取第2可靠区间，该第2可靠区间是高可靠性地进行所述消除部的消除的时间范围，
所述能量计算部基于在所述第2可靠区间进行所述消除的所述频率特性计算所述声能。
7.根据权利要求6所述的声学检查装置，其中，
所述第2可靠区间提取部提取所述第1声能与所述第2声能的增益之差为10dB以上的时间范围作为所述第2可靠区间。
8.根据权利要求1所述的声学检查装置，其中，
所述激振声源从在沿着所述激振音的放射方向的方向上隔开间隔地配置的至少两个扬声器放射所述激振音，
该声学检查装置还具备：
至少1个延迟部，使来自各个扬声器的所述激振音的放射定时延迟，以使来自各个所述扬声器的所述激振音同步；
陷波判别部，探测在基于经由所述第1麦克风收集到的放射音的第1声压级和经由所述第2麦克风收集到的放射音的第2声压级而计算的传递函数中由于所述延迟而显出的峰值；以及
校正部，基于所述峰值校正在所述声能的计算中被使用的所述频率特性。
9.一种声学检查方法，具备如下步骤：
从至少1个扬声器向检查对象物放射激振音；
基于经由第1麦克风收集到的放射音的第1声压级和经由第2麦克风收集到的放射音的第2声压级计算所述第1麦克风与所述第2麦克风之间的第1脉冲响应，其中，所述第1麦克风被配置于所述检查对象物的近旁并收集来自所述检查对象物的放射音，所述第2麦克风在沿着所述激振音的放射方向的方向上相对于所述第1麦克风隔开间隔地配置并收集来自所述检查对象物的放射音；
从所述第1脉冲响应中消除与所述激振音相当的分量；
将进行过所述消除之后的第2脉冲响应变换为频率特性；
基于所述频率特性计算所述第1麦克风与所述第2麦克风之间的声能；以及
基于所述声能判定所述检查对象物有无异常。
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