JP2005091272A - 音圧分布解析システム - Google Patents

Abstract

【課題】 測定対象物の凹凸に合わせて自動的にマイクロホンの位置を調整し、音圧分布の測定ができる音圧分布解析システムを提供すること。
【解決手段】 音源からの音圧を検知するセンサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホン２０を備えたマイクロホンアレイ２と、音源を有する測定対象物８を撮影する撮影手段であるカメラ対７と、カメラ対７により撮影された映像情報により、複数のマイクロホン２０のそれぞれについて、センサ部と測定対象物８との距離を調整する位置調整手段と、を備える音圧分布解析システム１。センサ部と測定対象物８との距離は、カメラ対７によりそれぞれ撮影された映像情報の差異に基づき、コントローラ９により算出された移動量により、複数のマイクロホン２０のそれぞれが自動的に調整される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、音圧分布解析システムに関し、より詳しくは、複数のマイクロホンを配列し、複数の位置で音を検知するマイクロホンアレイを用いた音圧分布解析システムに関する。

複数のマイクロホンを平面または曲面に沿って並べ、複数の位置で音圧を測定するマイクロホンアレイの技術は、多くの場面で用いられている。例えば、機器の騒音対策を行う場合に、複数の位置に音源を有する機器の音圧分布を特定する必要がある。マイクロホンアレイの技術は、このような機器の音圧分布の測定に特に有効である（例えば、非特許文献１参照）。

松下テクノトレーディング、電子計測、ＳＶソリューション、"ＢＫ社製品"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年０９月１２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｔｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｍｓｍ／ｓｖ／ｂｋ／ｓｔｓｆ／ｓｔｓｆ．ｈｔｍｌ＞

ところで、機器の音源は、３次元空間上に分布し、マイクロホンが並べられた面（以下、アレイ面と記すことがある。）迄の距離が異なる場合がある。このように、音源からマイクロホン迄の距離が不均一な状態で音圧を測定すると、音の伝搬経路に違いが生じ、音圧分布を正確に測定することができない場合がある。もっとも、伝搬経路が異なることにより、単に減衰量が変化するだけであれば、数学的にこれを補正することができる。しかし、伝搬経路に違いが生じると、音の拡散範囲の変化、干渉の問題等が起こり、音圧分布の推定が非常に難しくなる。

我々は、このような音源からマイクロホン迄の距離が不均一であることにより、音源とマイクロホンとの間の距離に生じる差を補正するために、予め、複数のスライド可能に取り付けたマイクロホンが並べられた面を、音圧分布を測定する対象物に押し当て、対象物の形状に応じてスライドさせたマイクロホンを固定し、その後、音圧測定を行う方法について報告した（特願２００２−３６９３７２号）。この方法においては、複数のマイクロホンを対象物の形状に応じてスライドさせた後、各マイクロホンの位置あわせを手動で行うことにより、音源とマイクロホンとの間の距離を調整している。

しかし、工業製品の品質評価部門等において製品の評価等を目的として音圧分布を測定する場合には、より高い精度が必要とされる。また、音圧分布の分解能を確保するために、多くのマイクロホンを用いる必要がある。さらに、個々のマイクロホンの位置合わせを、高い精度で管理しなければならない。このため、このような高い制度が必要とされる用途においては、個々のマイクロホンの位置あわせを手動で行うことは現実的ではなく、通常、信頼性を高めるために、自動で位置合わせを行うことが要求される。

マイクロホンの位置あわせを自動で行う方法としては、例えば、マイクロホンを移動させてマイクロホン自身またはそれと一体となった部材を直接接触させる方法、又は、何らかの非接触センサを用いてマイクロホンと音源との距離を計測し、その計測結果に従ってマイクロホンを移動させる方法等が挙げられる。

前者の方法は、音源である測定対象が、マイクロホンを押し当てることにより何らかの動作を起こしてしまう各種スイッチ又は開閉部等の部分を有する場合、あるいは、マイクロホンとの接触により機能が損なわれる薄いフィルム又は光学レンズ部分等を有する場合は、現実には使用できないため、汎用性の面で限界がある。

一方、後者の方法において、マイクロホンと音源との距離を計測する方法として、各マイクロホンにセンサを付けて計測する方法、又は、例えば、レーザを用いて遠隔から距離を計測する方法が挙げられる。しかし、各マイクロホンにセンサを付けると、マイクロホン部分の容積が増大し、測定すべき音場を乱すため、望ましくない。また、レーザーによる計測方法は、測定対象の表面反射条件に関して制約があるため、複雑な部品構成からなる工業製品を対象に測定する場合には適していない。

本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、測定対象の凹凸に合わせて自動的にマイクロホンの位置を調整し、音圧分布の測定ができる音圧分布解析システムを提供することにある。

かかる課題を解決するために、本発明においては、複数の撮影装置による映像情報に基づいて、マイクロホンの位置を自動的に調整している。即ち、本発明が適用される音圧分布解析システムは、音源からの音圧を検知するセンサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレイと、音源を有する測定対象物を撮影する複数の撮影手段と、複数の撮影手段により撮影された映像情報により、複数のマイクロホンのそれぞれについて、センサ部と測定対象物との距離を調整する位置調整手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明が適用される音圧分布解析システムにおいては、複数の撮影手段として、測定対象物の全体像が撮影範囲に収まるように、測定対象物との所定の距離及び角度を設定した一対の撮影装置であることが好ましい。

また、本発明が適用される音圧分布解析システムにおいては、位置調整手段は、センサ部を前後方向に移動させる棒状部材と、棒状部材を駆動する駆動部と、映像情報により駆動部を駆動する駆動信号を算出するコントローラと、このコントローラにより算出された駆動信号を駆動部へ伝送する駆動ケーブルと、を備えることを特徴とするものである。

さらに、本発明が適用される音圧分布解析システムにおいては、コントローラは、一対の撮影装置によりそれぞれ撮影された映像情報の差異により、複数のマイクロホンのそれぞれの移動量を算出することを特徴としている。

本発明によれば、測定対象の凹凸に合わせて自動的にマイクロホンの位置を調整し、音圧分布の測定ができる音圧分布解析システムを得ることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態（以下、発明の実施の形態という。）について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される音圧分布解析システムを説明する図である。図１に示した音圧分布解析システム１は、フレーム３０に複数のマイクロホン２０を保持したマイクロホンアレイ２と、マイクロホンアレイ２から入力された音信号を増幅させるアンプ４と、アンプ４により増幅された音信号に基づいて音圧分布を解析する解析端末６と、音圧分布を測定するための測定対象物８と、測定対象物８の表面形状を撮影するカメラ対７と、カメラ対７から得られた映像情報を解析し、マイクロホンアレイ２を制御するコントローラ９と、が配置されている。

マイクロホンアレイ２は、複数のマイクロホン２０と、マイクロホン２０を保持するフレーム３０とを有し、音源である測定対象物８から発せられる音圧を検知して、電気的な信号（以下、音信号という場合がある。）としてアンプ４に対して出力する。

アンプ４は、多チャンネル信号の増幅が可能な増幅器であり、解析端末６により設定された増幅率で音信号を増幅し、解析端末６に対して出力する。

解析端末６は、音場解析ソフトウェアがインストールされたコンピュータであり、アンプ４から入力された音信号をＡ／Ｄ変換し、時間波形として記録する。さらに、解析端末６は、記録された時間波形に基づいて、時間的および空間的に変化する音圧分布を画像表示する。例えば、解析端末６は、利用者に指定された時点における音の分布、または、利用者に指定された期間における音の時間平均の分布を、等高線図で表示する。

カメラ対７は、それぞれ、測定対象物８から十分に離れた位置（例えば、１ｍ）に設置され、それぞれ測定対象物８の全体が撮影範囲に収まるように位置と角度を調整してある。カメラ対７により撮影された映像情報は、ともにコントローラ９に送られる。

コントローラ９は、カメラ対７からの映像情報に基づき、測定対象物８の各部分の凹凸量を算出し、この算出した凹凸量に応じて、各マイクロホン２０の移動量を決定し、それに従ってマイクロホン２０に対する駆動信号が送られる。コントローラ９による測定対象物８の凹凸量の算出方法は後述する。

なお、以下の説明において、マイクロホンアレイ２から見て、測定対象物８の方向を前方、測定対象物８から離れる方向を後方と呼ぶ。

図２は、フレーム３０を説明する図である。図２に示したフレーム３０は、マイクロホン２０を保持する保持フレーム３１０と、保持フレーム３１０を立てて保持するスタンドフレーム３２０とを有する。保持フレーム３１０は格子状の形状を有し、各マイクロホン２０は、保持フレーム３１０にハメ込み等によって着脱可能に保持されている。各マイクロホン２０を着脱可能に保持フレーム３１０に保持することにより、例えば、マイクロホン２０に不具合が生じた場合には、これを取り外して修理・交換を行うことができる。

なお、本実施の形態において、保持フレーム３１０の格子間隔は、約１００ｍｍである。互いに近接する保持フレーム３１０の距離は、音圧測定時におけるマイクロホン２０の先端から測定対象物８までの測定距離のほぼ３倍であることが望ましいことから、本実施の形態における音圧測定時におけるマイクロホン２０の先端から測定対象物８までの測定距離は、３０ｍｍから４０ｍｍの間であることが望ましい。

図３は、マイクロホン２０を説明する図である。図３に示すマイクロホン２０は、音圧を検知するセンサ２１０と、センサ２１０から入力された音信号を増幅するプリアンプ２２０と、プリアンプ２２０を着脱可能に保持する着脱部２３０と、着脱部２３０と前端部で接合され、１列に連なった歯列を有するスライド部２４０（棒状部材）と、プリアンプ２２０から入力された音信号をアンプ４に伝送する信号ケーブル２５０と、スライド部２４０に接続され、信号ケーブル２５０を把持するケーブルクリップ２６０と、スライド部２４０を内部に貫通させる保持部２７０と、保持部２７０に接続され、スライド部２４０の歯列と噛み合うことで動力を伝える駆動部２８０と、駆動部２８０に電力および駆動信号の供給を行う駆動ケーブル２９０と、を有する。

センサ２１０は、例えば、音圧を電気的な信号（音信号）に変換し、プリアンプ２２０に対して出力する。センサ２１０の中心は、スライド部２４０の回転による位置ズレを回避するため、スライド部２４０における摺動部分の中心が通る軌跡の延長線（摺動線）上に来るように配置する。プリアンプ２２０は、音信号を信号ケーブル２５０に流すことができるレベルに増幅し、信号ケーブル２５０を介してアンプ４に出力する。

保持部２７０には、フレーム３０（図２参照）に取り付けるために、保持部２７０の一方の側面及び下側にフレーム取り付け溝（図示せず）が形成されている。保持部２７０をフレーム３０（図２参照）に固定する場合は、このフレーム取り付け溝を保持フレーム３１０（図２参照）にはめ込み、保持部２７０が固定される。尚、保持部２７０のフレーム３０（図２参照）への固定を補強するために、例えば、板バネ等を併用してもよい。

図４は、駆動部２８０を説明する図である。図４（ａ）は、駆動部２８０の側面図であり、図４（ｂ）は、駆動部２８０の正面図である。図４（ａ）に示す駆動部２８０は、スライド部２４０の歯列と噛み合う歯車２８２と、歯車２８２を駆動するモータ２８１とを有する。

図４に示すように、駆動部２８０は、駆動ケーブル２９０（図３参照）から電力を受け、モータ２８１を回転させる。モータ２８１は歯車２８２に接続されており、歯車２８２はマイクロホン２０（図３参照）におけるスライド部２４０の歯列と噛み合っている。これによりスライド部２４０が摺動しながら移動し、マイクロホン２０（図３参照）を前後に移動させることができる。

次に、カメラ対７からの映像情報に基づき、コントローラ９により測定対象物８の凹凸を読み取る方法について説明する。
図５は、コントローラ９（図１参照）がカメラ対７（図１参照）の撮影情報に基づき、測定対象物８の凹凸を読みとる方法を説明する図である。図５（ａ）は、第１の例であり、図５（ｂ）は、第２の例である。図５には、測定対象物８（図１参照）の２個の被撮影体（Ａ及びＢ）と、カメラ対７による左カメラ映像及び右カメラ映像とが示されている。図５（ａ）の第１の例の場合、２個の被撮影体（Ａ及びＢ）は距離ｄ_１だけ離れて存在し、図５（ｂ）の第２の例の場合、２個の被撮影体（Ａ及びＢ）は距離ｄ_２だけ離れて存在している（ｄ_１＞ｄ_２）。

図５（ａ）に示すように、カメラ対７が測定対象物８から等距離にあるとすると、カメラ対７により撮影された２個の被撮影体（Ａ及びＢ）の映像上の位置関係は、被撮影体（Ａ及びＢ）とカメラ対７迄の距離によって異なる。例えば、被撮影体Ｂを基準に考えると、２個の被撮影体（Ａ及びＢ）が距離ｄ_１だけ離れて存在している場合は、被撮影体Ａの映像は、左カメラ映像と右カメラ映像とでΔ１だけずれることになる。同様に、図５（ｂ）に示した第２の例の場合は、２個の被撮影体（Ａ及びＢ）が距離ｄ_２だけ離れて存在している場合に、被撮影体Ａの映像は、左カメラ映像と右カメラ映像とでΔ２だけずれることになる。

このような、左カメラ映像と右カメラ映像とで生じるずれ量（Δ１又はΔ２）は、被撮影体（Ａ及びＢ）とカメラ対７との距離に、１対１に対応しているから、ずれ量（Δ１又はΔ２）を用いて、被撮影体（Ａ及びＢ）とカメラ対７との距離を測定することができる。左カメラ映像と右カメラ映像とで生じるずれ量（Δ１又はΔ２）を調べるには、左カメラの映像と右カメラの映像とを少しずつずらし、その都度、相関が高い場所を探ればよい。相関が高くなる部分が、そのずれ量に対応する距離を持つ部分であると判断できる。

この方法に従い、コントローラ９により測定対象物８の凹凸に応じてマイクロホン２０の移動距離を算出し、その算出結果に基づいて、マイクロホン２０の駆動部２８０に送る電力量等の調整が行われる。尚、マイクロホンアレイ２の各部品が相対的に大きく、撮影の妨げとなる場合には、マイクロホンアレイ２を手動または自動で撮影範囲外へと移動すればよい。

本発明の活用例としては、例えば、複数の振動源及び騒音発生源を有する画像形成装置の音圧分布の測定に適用することができる。

音圧分布解析システムを説明する図である。 フレームを説明する図である。 マイクロホンを説明する図である。 駆動部を説明する図である。図４（ａ）は、駆動部の側面図であり、図４（ｂ）は、駆動部の正面図である。 コントローラがカメラ対の撮影情報に基づき、測定対象物の凹凸を読みとる方法を説明する図である。図５（ａ）は、第１の例であり、図５（ｂ）は、第２の例である。

符号の説明

１…音圧分布解析システム、２…マイクロホンアレイ、４…アンプ、６…解析端末、７…カメラ対、８…測定対象物、９…コントローラ、２０…マイクロホン、３０…フレーム、２１０…センサ、２２０…プリアンプ、２３０…着脱部、２４０…スライド部、２５０…信号ケーブル、２６０…ケーブルクリップ、２７０…保持部、２８０…駆動部、２８１…モータ、２８２…歯車、２９０…駆動ケーブル、３１０…保持フレーム、３２０…スタンドフレーム

Claims (4)

1. 音源からの音圧を検知するセンサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンを備えたマイクロホンアレイと、
   前記音源を有する測定対象物を撮影する複数の撮影手段と、
   前記複数の撮影手段により撮影された映像情報により、前記複数のマイクロホンのそれぞれについて、前記センサ部と前記測定対象物との距離を調整する位置調整手段と、
   を備えることを特徴とする音圧分布解析システム。
2. 前記複数の撮影手段は、前記測定対象物の全体像が撮影範囲に収まるように、当該測定対象物との所定の距離及び角度を設定した一対の撮影装置であることを特徴とする請求項１に記載の音圧分布解析システム。
3. 前記位置調整手段は、
   前記センサ部を前後方向に移動させる棒状部材と、
   前記棒状部材を駆動する駆動部と、
   前記映像情報により前記駆動部を駆動する駆動信号を算出するコントローラと、
   前記コントローラにより算出された前記駆動信号を前記駆動部へ伝送する駆動ケーブルと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の音圧分布解析システム。
4. 前記コントローラは、前記一対の撮影装置によりそれぞれ撮影された前記映像情報の差異により、前記複数のマイクロホンのそれぞれの移動量を算出することを特徴とする請求項３に記載の音圧分布解析システム。

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