JP2001124621A

JP2001124621A - 風雑音低減可能な騒音計測装置

Info

Publication number: JP2001124621A
Application number: JP30755299A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwasaki; 洋岩崎; Shinichi Minamizawa; 真一南澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロホンが集音した音の中から風雑音だ
けを効果的に除くことができる騒音計測装置を提供す
る。【解決手段】近接して設置した一対のマイクロホン
１、２と、一対のマイクロホンの出力の相互相関を利用
して風雑音を低減する第１の風雑音低減手段９と、一対
のマイクロホンの各々の出力の自己相関を利用して風雑
音を低減する第２の風雑音低減手段７、８、13と、第１
の風雑音低減手段及び第２の風雑音低減手段の各出力を
組み合わせて騒音レベルを算出する騒音レベル算出手段
10とを設けている。第１の風雑音低減手段から、低い周
波数帯域に集中する風雑音を低減した出力が得られ、第
２の風雑音低減手段から、測定対象信号の高帯域成分を
損なうことなく風雑音を低減した出力が得られ、これら
の出力を組み合わて、風雑音成分だけを低減させた騒音
レベルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、騒音を計測する
騒音計測装置に関し、特に、マイクロホンが集音した騒
音の中から風雑音成分を低減できるようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】マイクロホンは、音波の音圧の変化を振
動板の機械的な振動に変換し、この振動を電気信号に変
換し動作させる構造のものが多い。従って、屋外など風
のある場所でマイクロホン装置を使用すると、マイクロ
ホンの膜面付近で発生する気流の乱れによって生ずる風
雑音が音声信号に混入して、集音品質が劣化する。

【０００３】風雑音を低減する従来技術としては、例え
ば、以下の技術が挙げられる。（１）風防の使用（２）風雑音のエネルギーが低音域に集中しているこ
とに着目して、１個のマイクロホンを用いて、その低音
域エネルギーを除去する方法図６は、風防31を使用してマイクロホン２に入る風雑音
を減らす場合の構成を示している。風防31により低い周
波数帯域に集中する風雑音が除去されたマイクロホン２
の出力は、Ａ／Ｄ変換器３でデジタル信号に変換され、
レベル算出部34でレベルが算出され、出力部35から出力
される。

【０００４】また、図７は、ハイパスフィルタ30を用い
て、マイクロホン１から入力する騒音の低音域エネルギ
ーを除去する場合を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、風雑音
を除去する従来技術では、（１）の場合、風速が大きく
なると風防のみでは風雑音を十分に低減することはでき
ない。また、風防が劣化してしまうためメンテナンスが
必要となる。また、（２）の場合、計測対象となり得る
低音域の音も、風雑音とともに除去されてしまう、とい
う問題点が挙げられる。

【０００６】本発明は、こうした従来の問題点を解決す
るものであり、マイクロホンが集音した音の中から風雑
音だけを効果的に除くことができる騒音計測装置を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の騒音計
測装置では、近接して設置した一対のマイクロホンと、
一対のマイクロホンの出力の相互相関を利用して風雑音
を低減する第１の風雑音低減手段と、一対のマイクロホ
ンの各々の出力の自己相関を利用して風雑音を低減する
第２の風雑音低減手段と、第１の風雑音低減手段及び第
２の風雑音低減手段の各出力を組み合わせて騒音レベル
を算出する騒音レベル算出手段とを設けている。

【０００８】この装置では、第１の風雑音低減手段か
ら、低い周波数帯域に集中する風雑音を低減した出力が
得られ、また、第２の風雑音低減手段から、測定対象信
号の高帯域成分を損なうことなく風雑音を低減した出力
が得られ、これらの出力を組み合わせることにより、風
雑音成分だけを低減させた騒音レベルを得ることができ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１〜図５を用いて説明する。

【００１０】（第１の実施形態）第１の実施形態の騒音
計測装置は、図１に示すように、近接して配置した一対
のマイクロホン１、２と、電気信号をディジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器３、４と、時間領域のデータを周
波数領域のデータに変換するＦＦＴ演算処理部５、６
と、パワースペクトルを算出するパワースペクトル演算
処理部７、８と、クロススペクトルを算出するクロスス
ペクトル演算処理部９と、パワースペクトル演算処理部
７、８の出力を平均化する加算器13と、周波数の閾値に
よって加算器13からの入力とクロススペクトル演算処理
部９からの入力とを組み合わせる組み合わせ演算部10
と、組み合わせ演算部10の出力の総パワーを演算する総
パワー演算処理部11と、演算された総パワーを出力する
出力部12とを備えている。

【００１１】この騒音計測装置の動作について説明す
る。

【００１２】周囲の計測対象騒音は、風雑音と共にマイ
クロホン１、２で収音され、電気信号に変換される。

【００１３】図３は、周囲の計測対象騒音がない場合の
マイクロホン１または２の出力に含まれる風雑音成分の
周波数スペクトラムを示している。図３から、風雑音は
低域の周波数成分が主体であることが分かる。また、図
４には、一対のマイクロホン１、２で生ずる風雑音成分
の相関を示している。図４に示されるように、一般的に
２つのマイクロホンに生ずる風雑音成分は相関性が低い
ことが知られている。

【００１４】マイクロホン１から出力された電気信号は
Ａ／Ｄ変換回路３に供給され、マイクロホン２から出力
された電気信号はＡ／Ｄ変換回路４に供給される。Ａ／
Ｄ変換回路３、４は、マイクロホン１、２から供給され
た電気信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換回
路３、４から出力されるディジタル信号は、ＦＦＴ演算
処理部５、６に供給され、ＦＦＴ演算処理部５、６は高
速フーリエ変換処理により時間領域のデータを周波数領
域のデータに変換する。

【００１５】ＦＦＴ演算処理部５、６からの出力は、ク
ロススペクトル演算処理部９に供給され、風雑音の無相
関性から主に低域に集中する風雑音成分が除去されたク
ロススペクトルが出力される。

【００１６】クロススペクトルは、マイクロホン１及び
マイクロホン２から入力する信号の相互相関関数をフー
リエ変換した値である。

【００１７】ここで、マイクロホン１の入力信号ｘ
₁（ｔ）、マイクロホン２の入力信号ｘ₂（ｔ）を、測定
対象信号成分ｓ（ｔ）、風雑音成分ｎ₁（ｔ）、ｎ
₂（ｔ）を用いて以下のように定義する。

【００１８】マイクロホン１：ｘ₁（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋ｎ₁（ｔ）マイクロホン２：ｘ₂（ｔ）＝ｓ（ｔ）＋ｎ₂（ｔ）この２つの入力信号の相互相関は（数１）により表され
る。

【数１】このφx₁x₂（τ）をフーリエ変換すると、（数２）とな
る。

【数２】このΦx₁x₂（ｆ）をクロススペクトルという。

【００１９】ｘ₁（ｔ）、ｘ₂（ｔ）の相互相関を計算す
ると、 φx₁x₂（τ）＝φss（τ）＋φn₁s（τ）＋φsn₂（τ）
＋φn₁n₂（τ）となる。風雑音は測定対象信号に対して無相関であるの
で、第２項から第４項は、ほぼ０となる。従って、上記
式は（数３）となる。

【数３】よって、φx₁x₂（τ）のクロススペクトルを計算する
と、（数４）となる。

【数４】このように、クロススペクトルを計算することにより風
雑音を除くことができる。しかし、クロススペクトルで
は、測定対象信号の高域成分が除去される場合が考えら
れるため、測定対象信号の高域成分については、パワー
スペクトルを用いる。

【００２０】そのために、ＦＦＴ演算処理部５、６の出
力は、それぞれパワースペクトル演算処理部７、８に供
給され、各々のパワースペクトルが算出される。

【００２１】パワースペクトルは、自己相関関数をフー
リエ変換したものである。マイクロホン１に対する入力
信号ｘ₁（ｔ）において、一定時間τだけ離れた信号を
ｘ₁（ｔ＋τ）とすると、自己相関関数は（数５）で表
される。

【数５】このφx₁x₁（τ）をフーリエ変換すると、（数６）とな
る。

【数６】このΦx₁x₁（ｆ）をパワースペクトルという。

【００２２】マイクロホン１の入力信号の自己相関を計
算すると、 φx₁x₁（τ）＝φss（τ）＋２φsn₁（τ）＋φn₁n
₁（τ）となる。風雑音は測定対象信号に対して無相関であるの
で、上記第２項は、ほぼ０となる。従って、この式は
（数７）となる。

【数７】上記手順と同様に、マイクロホン２の入力信号の自己相
関は（数８）となる。

【数８】パワースペクトル演算処理部７からは、φx₁x₁（τ）を
フーリエ変換したパワースペクトルΦx₁x₁（ｆ）が出力
され、パワースペクトル演算処理部８からは、φx₂x
₂（τ）をフーリエ変換したパワースペクトルΦx₂x
₂（ｆ）が出力され、それらの平均が加算器13から出力
される。このパワースペクトルの平均は（数９）とな
る。

【数９】クロススペクトルと平均化されたパワースペクトルと
は、組み合わせ演算処理部10に供給される。

【００２３】組み合わせ演算処理部10では、予め設定さ
れた周波数の閾値より下の周波数ではクロススペクトル
の値の重みを高くし、閾値以上ではパワースペクトルの
値の重みを高くして組み合わせ演算を行う。この組み合
わせ演算の結果は、総パワー演算処理部11に出力され
る。総パワー演算処理部11では、入力に対する総パワー
演算処理が施され、総パワーは出力部12から取り出され
る。

【００２４】図５は、風雑音除去の処理を行った場合の
出力部12からの出力と、風雑音除去の処理を行わなかっ
た場合の出力とを対比して示している。ここでは、組み
合わせ演算の周波数閾値を約１５０Ｈｚに設定してい
る。

【００２５】このように、風雑音の無相関性を利用し
て、一対のマイクロホン出力間でクロススペクトルを算
出することにより、低い周波数帯域に集中する風雑音を
低減させた出力を得ることができ、また、一対のマイク
ロホン出力の各々でパワースペクトルを算出し、各パワ
ースペクトルの平均化を行うことによって、雑音成分を
低減することができる。そして、周波数の閾値を設定
し、パワースペクトルの平均化による出力と、一対のマ
イクロホン間出力のクロススペクトルの出力とを組み合
わせて算出することにより、風雑音が低減された騒音レ
ベルを出力することが可能になる。

【００２６】（第２の実施形態）第２の実施形態の騒音
計測装置は、図２に示すように、風速を計測する風速計
測部11を具備し、組み合わせ演算処理部10は、風速デー
タに応じて、組み合わせ演算の閾値を可変する。その他
の構成は第１の実施形態と変わりがない。

【００２７】一般的に風雑音は、風速の増加に伴い風雑
音全体のレベルが増大する。これにより風雑音の高帯域
成分は相対的にレベルが増大し、そのレベルが無視でき
なくなる。従って、この相対的にレベルが増大した高帯
域成分の風雑音を効果的に低減するには、風速に１対１
に対応した最適の周波数の閾値を設定することが必要と
なってくる。

【００２８】この装置では、組み合わせ演算処理部10が
風速計11の出力を参照して、風速計11の出力に対応した
周波数の閾値を設定し、パワースペクトルの平均化によ
る出力と、クロススペクトルの出力とを組み合わせて算
出する。

【００２９】こうすることにより、どのような速度の風
が吹く場合でも、効果的に風雑音が低減された騒音レベ
ルを出力することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の騒音計測装置では、混入する風雑音成分を低減するこ
とができる。

【００３１】また、一対のマイクロホン出力のクロスス
ペクトルと、一対のマイクロホン出力の各々のパワース
ペクトルの平均出力とを組み合わせているため、測定対
象信号の高帯域成分を除去することなく、風雑音成分を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における騒音計測装置
の構成を示すブロック図、

【図２】本発明の第２の実施形態における騒音計測装置
の構成を示すブロック図、

【図３】風雑音成分の周波数スペクトラムを示す図、

【図４】一対のマイクロホンによって収音された風雑音
成分の相関度を示す図、

【図５】本発明による風雑音低減効果を示す波形図、

【図６】風防により風雑音を除去する従来例を示す図、

【図７】風雑音除去のために低音域エネルギを除去する
従来例を示す図である。

【符号の説明】

１、２マイクロホン３、４Ａ／Ｄ変換器５、６ＦＦＴ演算処理部７、８パワースペクトル演算処理部９クロススペクトル演算処理部 10 組み合わせ演算部 11 総パワー演算処理部 12、35 出力部 13 加算器 30 ハイパスフィルタ 31 風防 34 レベル算出部

フロントページの続きＦターム(参考） 2G064 AB15 BD02 CC13 CC43 CC47 DD29 5D015 EE04 5D020 BB07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】近接して設置された一対のマイクロホン
と、前記一対のマイクロホンの出力の相互相関を利用して風
雑音を低減する第１の風雑音低減手段と、前記一対のマイクロホンの各々の出力の自己相関を利用
して風雑音を低減する第２の風雑音低減手段と、前記第１の風雑音低減手段及び第２の風雑音低減手段の
各出力を組み合わせて騒音レベルを算出する騒音レベル
算出手段とを備えたことを特徴とする風雑音低減可能な
騒音計測装置。
【請求項２】前記第１の風雑音低減手段が、前記一対
のマイクロホンの出力のクロススペクトルを算出して出
力し、前記第２の風雑音低減手段が、前記一対のマイク
ロホンの各出力のパワースペクトルを平均化して出力す
ることを特徴とする請求項１に記載の騒音計測装置。
【請求項３】前記騒音レベル算出手段が、閾値より低
い周波数帯では前記第１の風雑音低減手段の出力を重視
し、前記閾値より高い周波数帯では前記第２の風雑音低
減手段の出力を重視することを特徴とする請求項１また
は２に記載の騒音計測装置。
【請求項４】前記騒音レベル算出手段が、風速計の出
力に応じて、前記閾値を設定することを特徴とする請求
項３に記載の騒音計測装置。