JP2005134207A - Sound absorption characteristic measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は吸音材の吸音特性を測定するための吸音特性測定法に関するものである。 The present invention relates to a sound absorption characteristic measuring method for measuring a sound absorption characteristic of a sound absorbing material.
不要な音を低減する騒音対策を行うためや、ステレオ装置から出力される音を良好な状態にするために、一般的に吸音性の材料である吸音材が使用されている。このような吸音材を適正に使用するには、吸音率等の音響特性を把握しておく必要がある。従来、垂直入射や斜入射等の吸音率を測定する方法が幾つかあり、例えば、垂直入射吸音率を測定する一般的な方法として音響管法がある。 A sound absorbing material, which is a sound absorbing material, is generally used in order to take measures against noise that reduces unnecessary sound and to make sound output from a stereo device in a good state. In order to properly use such a sound absorbing material, it is necessary to grasp acoustic characteristics such as a sound absorption coefficient. Conventionally, there are several methods for measuring the sound absorption coefficient such as normal incidence and oblique incidence. For example, there is an acoustic tube method as a general method for measuring the normal incidence sound absorption coefficient.
図5は非特許文献1に規定されている従来の音響管法による吸音特性測定法の構成を示す図である。この吸音特性測定法は、円形の音響管20の一端に評価対象の試料21を円形に切り出して取り付け、他端から音源22を駆動して吸音率を測定するものである。この方法は、2マイクロフォン法といって、音響管20内に音源22からホワイトノイズを発生させて管軸方向に並んだ2本のマイクロホン23,24で管内の音圧レベルを測り、その伝達関数の分析を行い、入射波、反射波の位相差を利用して吸音率や音響インピーダンスを算出する。この方法により、音が垂直に入射した試料21の吸音率を求めることができる。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a sound absorption characteristic measurement method by a conventional acoustic tube method defined in Non-Patent
図6は非特許文献2に規定されている従来の残響室法による吸音特性測定法の構成を示す図である。内面が完全に反射に近い壁を持つ残響室30内に、評価対象の試料31、音源32、マイクロホン33〜36を設置し、音源32から音を出して複数本のマイクロホン33〜36で収音できる状態にする。音源32からの音を止めて残響時間を測定するが、残響室30内の試料31のあり、なしの各条件で測定された残響時間の差から試料31の斜入射吸音率を算出する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a sound absorption characteristic measuring method by a conventional reverberation chamber method defined in Non-Patent
図7は残響室法により求められる吸音率の例を示す図である。横軸は対数目盛りの周波数を示し、縦軸は吸音率を示しており、吸音率は一般に1/1又は1/3オクターブ毎の周波数でプロットされ、その値は0から1となる。一般的な吸音材、例えば、グラスウールのような均一な多孔質吸音材では、図7の特性40に示すように、低音域で吸音率が低く、高音域では吸音率が高くなる。 FIG. 7 is a diagram showing an example of the sound absorption coefficient obtained by the reverberation chamber method. The horizontal axis indicates the logarithmic scale frequency, and the vertical axis indicates the sound absorption rate. The sound absorption rate is generally plotted at a frequency of 1/1 or 1/3 octave, and the value is 0 to 1. A general sound-absorbing material, for example, a uniform porous sound-absorbing material such as glass wool, has a low sound absorption rate in the low sound range and a high sound absorption rate in the high sound range, as shown by the characteristic 40 in FIG.
従来の吸音特性測定法は以上のように行われていたので、音響管法では試料を精確な円形に切り出す手間が必要だったり、精密な音響管や性能評価処理用の処理ソフトやパソコン等の高価なシステムが必要になるという課題があった。
また、残響室法では、規模が大きな残響室が必要になり、高価な専用の設備を用意しなければならないという課題があった。
The conventional method for measuring sound absorption characteristics has been carried out as described above, so the acoustic tube method requires time and effort to cut the sample into a precise circle, or a precision acoustic tube, processing software for performance evaluation processing, a personal computer, etc. There was a problem that an expensive system was required.
In addition, the reverberation room method requires a large reverberation room, and there is a problem that expensive dedicated equipment must be prepared.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高価なシステムや高価な専用の設備を必要とせずに、吸音材の吸音特性を容易に測定することができる吸音特性測定法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to easily measure the sound absorption characteristics of the sound absorbing material without requiring an expensive system or expensive dedicated equipment. The purpose is to obtain.
この発明に係る吸音特性測定法は、強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で非線形相互作用により可聴帯域の音波を得るためのパラメトリックスピーカーから、試験信号を変調した超指向性ビームの音波を剛性を有する壁に放射し、上記壁に吸音材を取り付けた場合と上記吸音材がない場合の上記壁により反射された音波をマイクロホンで収音し分析することにより、上記吸音材の吸音特性を測定するものである。 The sound absorption characteristic measuring method according to the present invention is a super-directive that modulates a test signal from a parametric speaker for obtaining sound waves in the audible band by nonlinear interaction in the process of propagation into the air as finite amplitude sound waves that are powerful ultrasonic waves. The sound absorption of the sound beam is radiated to a rigid wall, and the sound wave reflected by the wall when the sound absorbing material is attached to the wall and without the sound absorbing material is collected and analyzed by a microphone. The sound absorption characteristics of the material are measured.
この発明は、パラメトリックスピーカーを吸音特性測定に使用することにより、高価なシステムや高価な専用の設備を必要とせずに、吸音材の吸音特性を容易に測定することができるという効果がある。 The present invention has an effect that by using a parametric speaker for sound absorption characteristic measurement, it is possible to easily measure the sound absorption characteristic of the sound absorbing material without requiring an expensive system or expensive dedicated equipment.
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による吸音特性測定法の構成を示すブロック図である。図1において、吸音特性の評価対象試料としての吸音材11は剛性を有する壁12に取り付けられており、吸音材11の吸音特性を測定するために、信号発生器1、振幅変調器2、増幅器3、電気音響変換器4、マイクロホン6及び分析器7を備えている。なお、振幅変調器2、増幅器3及び電気音響変換器4によりパラメトリックスピーカー5を構成し、剛性を有する壁12はほとんど吸音性がなく音波をほぼ完全に反射するものとする。
An embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a sound absorption characteristic measuring method according to
図2は図1に示す吸音特性測定法の構成を示す上面図であり、図3は図1に示す吸音特性測定法の構成の鳥瞰図であり、図1に示すものと同一符号はそれぞれ同一である。電気音響変換器4から放射された音波は壁12に向かって放射され、壁12に取り付けられた吸音材11から反射した音波はマイクロホン6に向かって伝搬してマイクロホン6により収音される。
2 is a top view showing the structure of the sound absorption characteristic measuring method shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a bird's eye view of the structure of the sound absorption characteristic measuring method shown in FIG. 1, and the same reference numerals as those shown in FIG. is there. The sound wave emitted from the electroacoustic transducer 4 is emitted toward the
次に動作について説明する。
信号発生器1は可聴帯域の試験信号を生成し、振幅変調器2は、内蔵する高周波生成器(図示せず)からの超音波キャリア信号と、信号発生器1からの試験信号とを乗算して振幅変調を行い変調信号を出力する。増幅器3は振幅変調器2からの変調信号を増幅して電気音響変換器4に供給する。電気音響変換器4は増幅器3からの変調信号を音波に変換して壁12に取り付けられた吸音材11に向かって放射する。
Next, the operation will be described.
The
吸音材11に入射された音波(入射波)は、吸音材11により一部は吸収され、残りは反射する。吸音材11により反射された音波(反射波)はマイクロホン6に向かって伝搬する。マイクロホン6は伝搬された反射波を収音して電気信号に変換し、分析器7はマイクロホン6からの電気信号を分析して吸音材3の吸音特性を測定する。
A part of the sound wave (incident wave) incident on the
振幅変調器2、増幅器3及び電気音響変換器4により構成されたパラメトリックスピーカー5から放射される音波は、強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で、非線形相互作用を起こして自己復調され可聴帯域の音波として再現される。このように放射される超音波及び自己復調される可聴帯域の音波は、電気音響変換器4の中心軸である音軸上に集中するようになり、極めて狭い指向性、即ち、超指向性を有することになる。
A sound wave radiated from a parametric speaker 5 constituted by the
この実施の形態1では、このようなパラメトリックスピーカー5から放射される音波の「超指向性」の性質を利用する。図2に示すように、電気音響変換器4から放射されるほとんどの音波は細いビーム状のエリアを伝搬し、壁12のような平坦な面に到達しても光のように反射し、その後も同様に伝搬するので測定に応用できることになる。即ち、マイクロホン6で収音される音波は、電気音響変換器4からの直接音はほとんど到達せずに、壁12からの反射音が主体となる。このとき、壁12に吸音材11がないときとあるときの反射音の音圧レベルを評価することにより、吸音材11の吸音特性を測定することができる。
In the first embodiment, the “superdirectivity” property of sound waves emitted from the parametric speaker 5 is used. As shown in FIG. 2, most of the sound waves radiated from the electroacoustic transducer 4 propagate through a thin beam-like area and are reflected like light even after reaching a flat surface such as the
パラメトリックスピーカー5の代わりに、従来のスピーカーを使用した場合には、マイクロホン6には大きなレベルの直接波が収音されると共に、放射された音波はあらゆる方向に伝搬し、壁12により反射された反射波も収音されるので、吸音材3からの反射波のみを収音することが難しくなる。また、この状態では、連続的な定常正弦波やノイズを試験信号に使用することはできなくなり、図1〜図3の構成で反射波を使用して吸音特性を測定することは不可能となる。
When a conventional speaker is used instead of the parametric speaker 5, a high-level direct wave is picked up by the
ここで、吸音特性を測定する場合の音圧レベルの測定について説明する。
図4は吸音特性測定法における音圧レベルの測定を説明する図であり、図4(a)は音圧レベルを測定する際の配置を示し、図4(b)は音源である電気音響変換器4からの距離に対する音圧レベル特性を示している。一般に、反射波によって評価する吸音材11の吸音特性は、図4(a)に示すように、反射面への入射波の音圧レベルpi と反射波の音圧レベルpr が既知となれば求めることができる。図4(a)に示す音圧レベル測定の配置では、マイクロホン6の位置において反射波のみが測定され、吸音材11があるときの音圧レベルpmrと、吸音材11がないときの音圧レベルpmhが得られる。
Here, the measurement of the sound pressure level when measuring the sound absorption characteristics will be described.
FIG. 4 is a diagram for explaining the measurement of the sound pressure level in the sound absorption characteristic measurement method, FIG. 4 (a) shows the arrangement for measuring the sound pressure level, and FIG. 4 (b) is the electroacoustic conversion that is the sound source. The sound pressure level characteristic with respect to the distance from the device 4 is shown. In general, sound-absorbing characteristics of the
また、図4(b)に示すように、電気音響変換器4(距離=0)からdh の距離に壁12の反射面が存在し、そこから折り返して電気音響変換器4からの総距離dm にマイクロホン6が存在する。吸音材11がないときは壁12で音波は反射するが、図4(b)の特性51の点線で示すように、反射波の音圧レベルは入射波の音圧レベルに連続した特性となる。一方、吸音材11がある場合には、反射面のdh の距離で吸音が起こるので、図4(b)の特性52の実線で示すように、入射波の音圧レベルpi から反射波の音圧レベルpr に減衰する。ここで、マイクロホン6で観測される音圧レベル差(pmh−pmr)は、壁12の反射面での音圧レベル差(pi −pr )にほぼ等しいので、マイクロホン6により測定された吸音材11がないときの音圧レベルpmhと、吸音材11があるときの音圧レベルpmrを測定することにより、吸音材11の吸音特性を測定することが可能となる。
Further, as shown in FIG. 4B, the reflection surface of the
評価対象試料としての吸音材11の面積はある程度の大きさが必要であるが、その面積(寸法)は、電気音響変換器4が形成する超指向性ビームの円錐状の音波がほとんど到達する大きさが望ましい。例えば、電気音響変換器4と壁12との距離は2m位であり、吸音材11の寸法は、電気音響変換器4の中心軸上の垂直方向の音圧レベルが半減する円形範囲(−6dB)の直径以上であれば良い。また、吸音材11の外周形状は、角形、円形等、任意であって良く、さらには、建物に既設の吸音材や吸音性の天井・壁・床や外壁・戸外の壁等の性能も測定可能となる。
The area of the sound-absorbing
信号発生器1により生成された試験信号による試験音は、連続的な定常音や単発的な過渡音を使用することができる。定常音としては正弦波やノイズであり、正弦波であれば例えば1kHz単音のスポット音や周波数が連続的に変化するスイープ音、ノイズであればホワイトノイズ・ピンクノイズ・1/1又は1/3オクターブ等の帯域ノイズ等である。過渡音としてはインパルスやトーンバースト音であり、過渡音を使用することにより、測定個所の周辺から反射のある通常の部屋でも測定できる。即ち、電気音響変換器4から発せられる超指向性ビームは伝搬経路が限定されているために、壁12又は吸音材11から反射してきた音波が周辺の障害物や壁等から反射してきた音波より速く到達していれば、吸音特性を測定できる。発展的に考えれば、連続音を使用する場合であっても、測定用反射経路以外からの反射音を影響のない程度に周囲を設定できれば、限定された超指向性ビームを利用するために測定が可能となる。一方、音波の反射のない無響室や広大な空間で測定していいことは言うまでもない。
The test sound generated by the test signal generated by the
吸音特性の測定指標としては、例えば、吸音材11なし(壁12のみ)に対する吸音材11ありの反射音の音圧レベル差である減衰量(pmh−pmr)がある。これは、上記で説明したように、壁12の反射面での入射波と反射波の音圧レベル差(pi −pr )に等しい。一方、マイクロホン6により測定した音圧レベルpmhとpmrから、入射波の音圧レベルpi と反射波の音圧レベルpr の関係が既知となるので、吸音率Aは次式で求めることができる。
A=1−(Ir /Ii )
ここで、Ii は入射波の強さを示し、Ir は反射波の強さを示す。入射波の強さIi 、反射波の強さIr は次式で求めることができる。
Ii =pi 2 /ρc
Ir =pr 2 /ρc
ここで、ρは空気の密度を示し、cは音速を示す。測定指標をグラフとして表す場合の周波数軸は、例えば、1/1若しくは1/3オクターブの離散値、又は連続値を取ることができる。
As an index for measuring the sound absorption characteristic, for example, there is an attenuation amount (p mh −p mr ) which is a difference in sound pressure level of reflected sound with the
A = 1- (I r / I i )
Here, I i indicates the intensity of the incident wave, and I r indicates the intensity of the reflected wave. The intensity I i of the incident wave and the intensity I r of the reflected wave can be obtained by the following equations.
I i = p i 2 / ρc
I r = p r 2 / ρc
Here, ρ represents the density of air, and c represents the speed of sound. The frequency axis when the measurement index is represented as a graph can take, for example, a discrete value of 1/1 or 1/3 octave, or a continuous value.
図1〜図3の構成において、超指向性ビームの入射角と反射角が比較的小さい角度の例を示しているが、角度は大きくなっても良く、さらには、試験信号に過渡音を使用すれば、電気音響変換器4とマイクロホン6が一直線となる配置(入射角度が90度=垂直入射)でも良い。これから、入射角度をパラメータにする吸音材11の評価が可能となり、例えば、入射角度に依存した吸音率を簡単に求めることができる。
In the configuration of FIGS. 1 to 3, an example in which the incident angle and the reflection angle of the superdirective beam are relatively small is shown, but the angle may be large, and furthermore, a transient sound is used for the test signal. In this case, the electroacoustic transducer 4 and the
以上のように、この実施の形態1によれば、強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で非線形相互作用により可聴帯域の音波を得るためのパラメトリックスピーカー5から、試験信号を変調した超指向性ビームの音波を剛性を有する壁12に放射し、壁12に吸音材11を取り付けた場合と吸音材11がない場合の壁12により反射された音波をマイクロホンで収音し分析することにより、高価なシステムや高価な専用の設備を必要とせずに、吸音材11の吸音特性を容易に測定することができるという効果が得られる。
As described above, according to the first embodiment, the test signal is obtained from the parametric speaker 5 for obtaining the sound wave in the audible band by the non-linear interaction in the process of propagating in the air as the finite amplitude sound wave that is a strong ultrasonic wave. The sound wave of the super-directional beam modulated with the sound wave is radiated to the
また、この実施の形態1によれば、従来の音響管法による吸音特性測定方法に比べ、広い面積の試料を評価することができ、実態に即した吸音特性を測定することができるという効果が得られる。 In addition, according to the first embodiment, it is possible to evaluate a sample having a large area as compared with the sound absorption characteristic measurement method using the conventional acoustic tube method, and to measure the sound absorption characteristic in accordance with the actual situation. can get.
1 信号発生器、2 振幅変調器、3 増幅器、4 電気音響変換器、5 パラメトリックスピーカー、6 マイクロホン、7 分析器、11 吸音材、12 壁。 1 signal generator, 2 amplitude modulator, 3 amplifier, 4 electroacoustic transducer, 5 parametric speaker, 6 microphone, 7 analyzer, 11 sound absorbing material, 12 walls.
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