JP2010236944A - 音源・振動源の探査方法と音源・振動源探査システム - Google Patents

Abstract

【課題】音と振動とが同時に観測されたときに、観測された音が観測された振動源の発生する音かどうかを判別することのできる方法とそのシステムを提供する。
【解決手段】マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を備えた音圧レベル測定手段１１と、振動センサＧ１〜Ｇ４を備えた振動レベル測定手段１２とを用いて、音源から伝搬する音と振動源から伝搬する表面波の振動とを同時に測定して、上記音の音圧レベルのデータから得られた音源方向の水平角θと上記振動の振動レベルのデータから得られた振動源方向の水平角θ’の方向とを比較して、観測された音が、音の発生を伴う振動源からの音であるか、あるいは、振動を伴わない音源からの音であるかの判定や、振動源が音を伴わない振動源であるかどうかの判定を的確に行うができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の観測点に伝搬される音と振動とを採取して、音の音源が振動源から発生した音か否かを探査するための方法とそのシステムに関するものである。

従来、音の到来方向を推定する方法として、４つのマイクロフォンから互いに交わる直線状に配置された複数のマイクロフォン対を構成し、対となる２つのマイクロフォン間の位相差に相当する到達時間差と、他の対となる２つのマイクロフォン間の到達時間差との比から音源の方向を推定する音源探査システムが提案されている。具体的には、図６（ａ）に示すように、４個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ４を、互いに直交する２直線上にそれぞれ所定の間隔で配置された２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するように配置し、マイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）を構成するマイクロフォンＭ１，Ｍ３に入力する音圧信号の到達時間差と、マイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するマイクロフォンＭ２，Ｍ４に入力する音圧信号の到達時間差との比から、計測点と音源位置との水平角θを推定する。更に、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の作る平面上にない位置に第５のマイクロフォンＭ５を配置して４組のマイクロフォン対（Ｍ５, Ｍ１），（Ｍ５, Ｍ２），（Ｍ５, Ｍ３），（Ｍ５, Ｍ４）を構成し、各マイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の到達時間差から、計測点と音源位置との成す仰角φを推定する。このとき、ＣＣＤカメラ等の映像採取手段を設けて推定された音源方向の映像を撮影し、この映像中に推定した音源位置推定エリアと音圧レベルとを表示するようにすれば、騒音源を視覚的に把握することができる（例えば、特許文献１参照）。
また、地面もしくは床面に、４つの振動センサを互いに交わる直線状にそれぞれ配置して２組の振動センサ対を構成し、対となる２つの振動センサ間の位相差に相当する到達時間差と、他の対となる２つの振動センサ間の到達時間差との比から振動源の方向を推定する振動源探査システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１１１１８３号公報 特開２００４−０８５２０１号公報

ところで、工場の床などに発電機が設置されている場合などのように、振動が発生する状況では同時に音が発生する場合がある。このとき、振動と音とを同時に計測できるシステムがあれば、相互の結果を比較して、音が振動源から発せられたものか、振動を伴わない音源から発せられたものかを判別することができる。また、振動源が音を発生しない振動源であるか否かも判別できる。
しかしながら、音源や振動源から発せられる音や振動は、複数の周波数を含む音や振動を発生するだけでなく、例えば、大形のモータの振動がうなりを伴った振動である場合のように、音源や振動源から発せられる音や振動は時間的に一定の周波数でかつ一定の大きさではないので、音源探査システムを用いて推定した音源方向と振動源探査システムを用いて推定した振動方向が近いからといって、音が振動源から発せられた音であるか否かは断定できないといった問題点がある。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、観測点において、音と振動とが同時に観測されたときに、観測された音が観測された振動源の発生する音か否かを判別することのできる方法とそのシステムを提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の音源・振動源の探査方法は、音源から伝搬する音と振動源から伝搬する表面波の振動とを同時に測定して、上記音の音圧レベルのデータから得られた音源の方向と上記振動の振動レベルのデータから得られた振動源の方向とを比較し、上記音源からの音が音の発生を伴う振動源からの音か否かを判定することを特徴とする。
また、請求項２に記載の音源・振動源探査システムは、所定の観測点に設置されて音源から伝搬する音の音圧レベルを測定する音圧レベル測定手段と、上記観測点に設置されて振動源から伝搬する表面波の振動の振動レベルを上記音圧レベルと同時刻に測定する振動レベル測定手段と、上記音圧レベル測定手段で測定した音圧レベルの信号を用いて上記音源の方向を推定する音源方向推定手段と、上記振動レベル測定手段で測定した振動レベルの信号を用いて上記振動源の方向を推定する振動源推定手段と、上記音源方向推定手段で推定された上記音源の方向と上記振動源推定手段で推定された振動源の方向とを比較して、上記音源からの音が音の発生を伴う振動源からの音か否かを判定する判定手段とを備え、上記音圧レベル測定手段は、互いに交差する２つの直線上にそれぞれ配置された、２個のマイクロフォンが所定の間隔だけ離れて配置されたマイクロフォン対を２組備えており、上記振動レベル測定手段は、互いに交差する２つの直線上にそれぞれ配置された、２個の振動センサが所定の間隔だけ離れて配置された振動センサ対を２組備えており、上記音源方向推定手段は、予め設定した複数の周波数のそれぞれについて、上記各マイクロフォン対における音の位相差もしくは到達時間差をそれぞれ求めて、上記位相差の比もしくは到達時間差の比から音を発生する音源の方向を上記周波数毎に推定し、上記振動方向推定手段は、予め設定した複数の周波数のそれぞれについて、上記各振動センサ対における振動の位相差もしくは到達時間差をそれぞれ求めて、上記位相差の比もしくは到達時間差の比から振動を発生する振動源の方向を上記周波数毎に推定することを特徴とする。

請求項３に記載の音源・振動源探査システムは、上記音圧レベル測定手段に、上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンを追加するとともに、音源方向推定手段では、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差と、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の方向を推定するようにしたものである。
請求項４に記載の音源・振動源探査システムは、上記推定された音源の方向と振動源の方向の映像とを採取する映像採取手段と、上記推定された音源及び振動源の位置を上記採取された映像上に表示する表示手段とを備えたものである。
請求項５に記載の音源・振動源探査システムは、上記映像採取手段が、上記観測点の周りの３６０°の映像を採取する映像採取手段であることを特徴とする。

請求項６に記載の音源・振動源探査システムは、上記推定された音源の方向の角度のバラツキが予め設定した第１の閾値以内にある音源を同一の音源とみなし、上記同一の音源とみなした音源の重心位置を算出する音源重心位置算出手段と、上記推定された振動源の方向の角度のバラツキが上記第１の閾値以下の第２の閾値内にある振動源を同一の振動源としてその重心位置を算出する振動源重心位置算出手段とを更に設けるとともに、上記判定手段は、上記算出された音源の重心位置と上記振動源の重心位置とを比較して、上記音源または上記振動源が、音のみを発生する音源か、振動のみを発生する振動源か、音の発生を伴う振動源かを判別することを特徴とする。
請求項７に記載の音源・振動源探査システムは、上記判定手段は、上記音源の方向の角度のバラツキと上記振動源の方向の角度のバラツキがそれぞれ上記第１及び第２の閾値以内にあり、かつ、上記音源の重心位置と上記振動源の重心位置との角度差が予め設定した判定角度以下である場合には、上記振動源は音の発生を伴う振動源であると判定し、上記角度差が上記判定角度を超えた場合には、上記音源からの音は上記振動源から発生していないと判定することを特徴とする。
請求項８に記載の音源・振動源探査システムは、上記音圧レベル測定手段と上記振動レベル測定手段とは、所定の時間間隔で上記音圧レベルと振動レベルとを同時に測定するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、音源から伝搬する音と振動源から伝搬する表面波の振動とを同時に測定して、音の音圧レベルのデータから得られた音源の方向と振動の振動レベルのデータから得られた振動源の方向とを比較するようにしたので、音源からの音が音の発生を伴う振動源からの音か、あるいは、振動を伴わない音源からの音か否かを判定や、振動源が音を伴わない振動源であるか否かの判定を的確に行うができる。これにより、音源及び振動源の性状を的確に把握することができるので、騒音対策や振動対策を有効に行うことができる。
このとき、請求項２に記載された構成の音源・振動源探査システムを用いれば、音源及び振動源の性状を精度良く判定することができる。
また、音圧レベル測定手段に、２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンを追加して、２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差と、第５のマイクロフォンと２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の方向を推定すれば、音源方向の水平角方向の分布に加えて仰角方向の分布もわかるので、音源の方向を更に精度良く推定できる。
また、推定された音源の方向と振動源の方向の映像とを採取するとともに、推定された音源及び振動源の位置を採取された映像上に表示するようにすれば、表示された画像から、音源及び振動源の位置を推定することができる。このとき、観測点の周りの３６０°の映像を採取する映像採取手段を用いれば、観測点の周りの全ての方向の音源及び振動源が表示できるので、観測点の周りの音源の分布及び振動源の分布を確実に把握することができる。

また、音源や振動源は複数の周波数の音もしくは振動を発生する場合が多いので、その場合には、推定された音源の方向及び振動源の方向の角度のバラツキが予め設定した閾値以内にある音源もしくは振動源を同一の音源もしくは振動源としてその重心位置を求め、上記算出された音源の重心位置と上記振動源の重心位置とを比較すれば、上記音源または上記振動源が、音のみを発生する音源か、振動のみを発生する振動源か、音の発生を伴う振動源かを判別することが可能となる。
また、上記音源の方向の角度のバラツキと上記振動源の方向の角度のバラツキがそれぞれ上記第１及び第２の閾値以内にあり、かつ、上記音源の重心位置と上記振動源の重心位置との角度差が予め設定した判定角度以下である場合には、上記振動源は音の発生を伴う振動源であると判定し、上記角度差が上記判定角度を超えた場合には、上記音源からの音は上記振動源から発生していないと判定するようにすれば、音源と振動源の性状を的確に探査できる。
また、所定の時間間隔で音圧レベルと振動レベルとを測定して、音源位置と振動源位置とを測定して比較すれば、音源もしくは振動源の時間的及び空間的な移動状況を精度よく把握することができる。

本発明の最良の形態に係る音源・振動源探査システムを示す図である。 映像採取手段で撮影した観測点の周りの３６０°撮影画像とその展開画像であるパノラマ画像の一例を示す図である。 観測点の平面図である。 音源情報が付加されたパノラマ画像と振動源情報とを表示した表示画面の一例を示す図である。 図４の時刻から所定時間経過した後の表示画面の一例を示す図である。 位相差の比を用いて音源もしくは振動源の方向を推定する際の、マイクロフォン及び振動センサの配置を示す図である。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は本発明の最良の形態に係る音源・振動源探査システムの概要を示す図で、１１は音圧レベル測定手段、１２は振動レベル検出手段、１３は映像採取手段、１４Ａ，１４Ｂはローパスフィルタ１４ｍ，１４ｎを備えた増幅器、１５はＡ／Ｄ変換器、１６Ａは音源方向推定手段、１６Ｂは振動源方向推定手段、１７は映像入出力手段、１８はデータ合成手段、１９は音源・振動源位置表示手段、２０は音源・振動源判定手段である。
音圧レベル測定手段１１は、図６（ａ）に示すように、５個のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５を備えている。これらのマイクロフォンＭ１〜Ｍ５のうち、マイクロフォンＭ１，Ｍ３と、マイクロフォンＭ２，Ｍ４とは、互いに直交する２直線（同図のｘ軸とｙ軸）上にそれぞれ所定の間隔Ｌで配置されて、２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３）及びマイクロフォン対（Ｍ２，Ｍ４）を構成するように配置されている。マイクロフォンＭ５は、マイクロフォンＭ１〜Ｍ４の中心を通る、上記平面に垂直な直線（ｚ軸）上に上記平面からの距離がＬ/２の位置に配置されている。
また、振動レベル測定手段１２は、図６（ｂ）に示すように、４個の振動ピックアップ、あるいは、加速度センサ等から成る振動センサＧ１〜Ｇ４を備えている。振動センサＧ１，Ｇ３と、振動センサＧ２，Ｇ４とは、互いに直交する２直線上にそれぞれ所定の間隔Ｌで配置されて、２組の振動センサ対（Ｇ１，Ｇ３）及び振動センサ対（Ｇ２，Ｇ４）を構成するように配置されている。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５は、三脚から成る支持部材３１上に設けられたマイクロフォンフレーム３２上に配置され、振動センサＧ１〜Ｍ４は支持部材３１の下部の地面(もしくは、床面)に配置される。
映像採取手段１３は、３６０°撮影用ミラー１３ａとＣＣＤカメラ１３ｂとを備え、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５と振動センサＧ１〜Ｇ４とが設置された位置（以下、観測点という）の周りの３６０°の映像を採取するもので、一般に、３６０°カメラと呼ばれている。この映像採取手段１３は、支持部材３１上に設けられた基台３３上で、マイクロフォンフレーム３２の下側に配置される。

増幅器１４Ａは、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５からの出力信号である音圧波形の信号を増幅した信号をローパスフィルタ１４ｍで帯域制限してからＡ／Ｄ変換器１５に送る音用増幅器で、増幅器１４Ｂは、振動センサＧ１〜Ｇ４からの出力信号である振動波形の信号を増幅した信号をローパスフィルタ１４ｎで帯域制限してからＡ／Ｄ変換器１５に送る振動用増幅器である。
Ａ／Ｄ変換器１５は、音圧波形の信号と振動波形の信号とをデジタル信号に変換するもので、音響用５ｃｈ、振動用４ｃｈを備えている。
音源方向推定手段１６Ａは、予め設定した複数の周波数ｆ_k（ｋ＝１〜ｎ）それぞれについて、２組のマイクロフォン対（Ｍ１，Ｍ３），（Ｍ２，Ｍ４）における音の到達時間差Ｄ₁₃及びＤ₂₄をそれぞれ求めて、到達時間差の比（Ｄ₁₃/Ｄ₂₄）から観測点と音源との成す水平角θを周波数ｆ_k毎に推定するとともに、到達時間差Ｄ₁₃及びＤ₂₄とマイクロフォンＭ１〜Ｍ４とマイクロフォンＭ５とのマイクロフォン間の到達時間差Ｄ_5j（ｊ＝１〜４）とから仰角φを推定し、水平角θと仰角φとを音源方向の座標データ（θ，φ）としてデータ合成手段に１８に送る。このとき、音源の音圧レベルのデータと周波数データも同時にデータ合成手段に１８に送る。なお、音圧データとしては、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５の出力電圧の平均値、もしくは、マイクロフォンＭ５の出力電圧を用いればよい。
水平角θと仰角φとは以下の式（１）及び式（２）で表わせる。

ここで、時間遅れＤ_ijは、マイクロフォンＭ_iに到達する音圧信号と、このマイクロフォンＭ_iに対して対となるマイクロフォンＭ_jに到達する音圧信号との時間差であり、この対となる２つのマイクロフォンＭ_i及びＭ_jに入力される信号のクロススペクトルＰ_ij（ｆ）を求め、更に、対象とする周波数ｆの位相角情報Ψ（rad）を用いて、以下の式（３）により算出される。

水平角θ及び仰角φは、予め設定した複数の周波数ｆ_k毎に算出する。
なお、本例では、位相差に代えて、位相差に比例する物理量である到達時間差を用いて水平角θ及び仰角φを求めているが、位相差そのものを用いてもよい。
振動源方向推定手段１６Ｂは、複数の周波数ｆ_k（ｋ＝１〜ｎ）のそれぞれについて、式（３）を用いて、２組の振動センサ対（Ｇ１，Ｇ３），（Ｇ２，Ｇ４）における表面波の振動の到達時間差Ｄ’₁₃及びＤ’₂₄をそれぞれ求め、式（１）を用いて、到達時間差の比（Ｄ’₁₃/Ｄ’₂₄）から観測点と振動源との成す水平角θ’を推定する。
水平角θ’は、予め設定した複数の周波数ｆ_k毎に算出し、水平角θ’を振動源方向の座標データθ’としてデータ合成手段に１８に送る。このとき、振動源の振動レベルのデータと周波数データも同時にデータ合成手段に１８に送る。振動レベルのデータとしては、振動センサＧ１〜Ｍ４の出力電圧の平均値、もしくは、振動センサＧ１の出力電圧を用いればよい。

映像入出力手段１７は、図２の模式図に示すように、映像採取手段（３６０°カメラ）１３で撮影された観測点の周りの３６０°撮影画像１７ａを展開して、横軸が水平角θ（−１８０°〜＋１８０°）縦軸が仰角φ（０°〜９０°）のパノラマ画像１７ｂに変換し、この変換されたパノラマ画像１７ｂのデータをデータ合成手段に１８に送る。
なお、本例では、映像入出力手段１７をマイクロフォンフレーム３２の下側に配置しているので、撮影される仰角φはその上限値が７０°程度に制限されるが、音源や振動源の推定に支障をきたすことはない。
データ合成手段１８は、映像入出力手段１７から送られてきたパノラマ画像１７ｂの画像データに推定された音源方向の座標（θ，φ）と音圧レベルと周波数とから成る音源情報を示す画像データを付加した画像データと、振動源方向の座標θ’と振動レベルと周波数とから成る振動源情報が表示された画像データとを生成し、音源・振動源位置表示手段１９に送る。
音源・振動源位置表示手段１９は、送られてきた画像データをディスプレイ（図示せず）に表示する。
音源・振動源判定手段２０は、推定された音源のうち、水平角θがθ_２−θ₁≦Ｋ₁である２つの角度θ₁，θ_２の間にあり、かつ、仰角φがφ_２−φ₁≦Ｓである２つの角度θ₁，θ_２の間にある複数の音源を同一の音源と見做して、その重心位置（θ_1２，φ_1２）を算出する音源重心位置算出部２１と、推定された振動源のうち、水平角θ’がθ’_２−θ’₁≦Ｋ₂である２つの角度θ’₁，θ’_２の間にある複数の振動源を同一の振動源と見做して、その重心位置θ’_1２を算出する振動源重心位置算出部２２と、算出された音源の水平角θの重心位置θ_1２と振動源の重心位置θ’_1２との角度差Δ＝θ_1２−θ’_1２を算出する角度差算出部２３と、角度差Δに基づいて、音源または振動源が、音のみを発生する音源か、振動のみを発生する振動源か、音の発生を伴う振動源かを判別する判別部２４とを備え、推定された音源方向の座標（θ，φ）と周波数、及び、振動源方向の座標θ’と周波数とから、音源からの音が音の発生を伴う振動源からの音か否かを判定する。以下、Ｋ₁を第１の閾値、Ｋ₂を第２の閾値という。

次に、本例の音源・振動源探査システムを用いて音源及び振動源の位置を推定するとともに、音源及び振動源の性状を判定する方法について説明する。
まず、音圧レベル測定手段１１のマイクロフォンＭ１〜Ｍ５と振動レベル測定手段１２の振動センサＧ１〜Ｇ４により、観測点に伝搬される音の音圧レベルの信号と表面波の振動の振動レベルを同時に測定するとともに、映像採取手段１３により、観測点周りの３６０°の映像を採取する。
マイクロフォンＭ１〜Ｍ５からの出力信号は、増幅器１４Ａで増幅され、更に、ローパスフィルタ１４ｍで雑音となる高周波成分が取り除かれた後、Ａ／Ｄ変換器１５に送られてデジタル信号に変換される。
一方、振動センサＧ１〜Ｇ４からの出力信号は、増幅器１４Ｂで増幅され、ローパスフィルタ１４ｎで雑音となる高周波成分が取り除かれた後、Ａ／Ｄ変換器１５に送られてデジタル信号に変換される。
映像入出力手段１７で撮影された撮影画像１７は、パノラマ画像１７ｂに変換されて、データ合成手段に１８に送られる。
Ａ／Ｄ変換器１５でデジタル信号に変換された音圧レベルの信号は、音源方向推定手段１６Ａと振動源方向推定手段１６Ｂとにそれぞれ送られる。
音源方向推定手段１６Ａでは、予め設定した複数の周波数ｆ_k（ｋ＝１〜ｎ）それぞれについて、音源方向の水平角θと仰角φとを推定するとともに、音源の音圧レベルを検出し、音源方向の座標（θ，φ）と音圧レベルと周波数とから成る音源情報をデータ合成手段１８に送る。
振動源方向推定手段１６Ｂでは、複数の周波数ｆ_k（ｋ＝１〜ｎ）それぞれについて、振動源方向の水平角θ’を推定するとともに、振動源の振動レベルを検出し、振動源の座標θ’と振動レベルと周波数とから成る振動源情報をデータ合成手段１８に送る。
パノラマ画像１７ｂと音源情報と振動源情報とは、データ合成手段１８により合成され、推定された音源方向の座標（θ，φ）と音圧レベルと周波数とを示す画像データを付加した画像データと、振動源方向の座標θ’と振動レベルと周波数とが表示された画像データとが生成される。これらの画像データは、音源・振動源位置表示手段１９のディスプレイ（図示せず）上に表示される。

図３は観測点Ｐ近傍の平面図で、観測点Ｐの上方向を正面（水平角０°）、右側を水平角９０°、左側を水平角−９０°、下方向を後ろ（水平角±１８０°）とする。
観測点Ｐの正面には工場５１があり、この工場５１の室外には大型の空調室外機５２が設置されている。また、工場５１の右側には２階建ての住居５３があり、そのベランダには小型の空調室外機５４が設置されている。また、工場５１の左側には倉庫５５がある。一方、観測点Ｐの後方には、左右方向に沿った歩道５６があり、この歩道の後方は広場５７になっていている。この広場５７には、観測点Ｐから見て右後方に間欠的に水を噴出する噴水５８が設けられている。
図４は観測点Ｐに設置したマイクロフォンＭ１〜Ｍ５で測定した音圧レベルと振動センサＧ１〜Ｇ４で測定した振動レベルとに基づいて推定した音源と振動源の位置を示す表示画面の一例を示す図である。上側の画像がパノラマ画像Ａで、下側が振動源画像Ｂである。パノラマ画像Ａの横軸は水平角θで、縦軸は仰角φである。また、振動源画像Ｂの横軸は水平角θ’である。
本例では、音源データ及び振動源データをカラーの「円」で表示している。円の中心点が座標、半径が音圧レベル、色（図では円の模様）が周波数を示す。
パノラマ画像Ａには、音源や振動源となる工場５１の室外に設置された大型の空調室外機５２、工場５１の右側にある住居５３の２階建のベランダに設置された小型の空調室外機５４、倉庫５５の壁５５Ｆ、及び、広場５７の噴水５８の位置に音源位置を示す大小のカラーの円が表示されている。また、振動源画像Ｂには、振動源方向を示す大小のカラーの円が表示されている。

一般に、１つの音源からの音が単一の周波数である場合は稀である。したがって、推定された周波数の異なる音源の数はＮ個（ここでは、１１個）であるが、実際の音源の数はＮよりも少ない、すなわち、いくつかの音源は同一の音源である可能性が高い。そこで、第１の閾値をＫ₁＝２０°とし、第２の閾値をＫ₂＝１０°とするとともに、パノラマ画像Ａを参照して実際の音源の位置と振動源の位置とを推定する。
具体的には、大型の空調室外機５２の近傍の３つの音源位置を示す円の中心は、水平角θの範囲が第１の閾値Ｋ₁＝２０°以下である。したがって、３つの音源位置を示す円はいずれも実際には同一の音源、すなわち、大型の空調室外機５２であると推定される。同様に、小型の空調室外機５２の近傍の３つの音源位置を示す円は実際にはいずれも同一の音源（小型の空調室外機５４）であり、広場５７の噴水５８の近傍の音源位置を示す２つの円は実際にはどちらも同一の音源（噴水５８）であると推定される。また、倉庫５５の壁５５Ｆの近傍の３つの音源位置を示す円も実際にはいずれも同一の音源であると推定される。
そこで、本例では、実際の音源の推定位置を、同一の音源と見做された複数の音源の重心位置とした。音源重心位置算出部２１では、重心位置ｐ_m（θ_m，φ_m）は、同一の音源と見做された音源ｊ（ｊ＝１〜ｋ）の座標を（θ_j，φ_j）とし、音源ｊの音圧レベルをＰ_jとして、以下の式（４），（５）を用いて算出する。
θ_m＝（Ｐ₁・θ₁＋Ｐ₂・θ₂＋……＋Ｐ_k・θ_k）/（Ｐ₁＋Ｐ₂＋……＋Ｐ_k）……（４）
φ_m＝（Ｐ₁・φ₁＋Ｐ₂・φ₂＋……＋Ｐ_k・φ_p）/（Ｐ₁＋Ｐ₂＋……＋Ｐ_k）……（５）
これにより、４個の重心位置ｐ１，ｐ２，ｐ４が求まる。パノラマ画像Ａを参照すると、算出された重心位置ｐ１，ｐ２，ｐ４は、それぞれ、実際の音源が大型の空調室外機５２、小型の空調室外機５２、及び、噴水５８が発生する音の中心位置であることがわかる。なお、重心位置ｐ３については、後述する音源及び振動源の判定方法の中で説明する。
また、振動源画像Ｂでも、大型の空調室外機５２の水平角θと同じ水平角θ’の近傍に３つの振動源位置を示す円がある。３つの振動源位置を示す円の中心は、水平角θ’の範囲が第２の閾値Ｋ₂＝１０°以下である。したがって、３つの振動源位置を示す円はいずれも実際には同一の振動源、すなわち、大型の空調室外機５２であると推定される。振動源重心位置算出部２２では、振動源の重心位置ｑ＝θ’_mを、同一の振動源と見做された振動源ｊ（ｊ＝１〜ｋ‘；ここでは、ｋ’＝３）の座標をθ’_jとし、振動源ｊの音圧レベルをＱ_jとし、以下の式（６）を用いて算出する。
θ’_m＝（Ｑ₁・θ’₁＋Ｑ₂・θ’₂＋……＋Ｑ_k’・θ’_k’）/（Ｑ₁＋Ｑ₂＋……＋Ｑ_k’）……（６）
パノラマ画像Ａを参照すると、大型の空調室外機５２が発生する振動の中心位置が算出された重心位置ｑであることがわかる。

次に、音源重心位置ｐ１〜ｐ４、及び、振動源重心位置ｑを用いて、推定された音源または振動源が、音のみを発生する音源か、振動のみを発生する振動源か、音の発生を伴う振動源かを判別する。
まず、図４に示すように、音源重心位置ｐ１〜ｐ４の水平角θ_mと振動源重心位置ｑとの角度差Δ＝θ_m−ｑを算出する。そして、角度差Δが判定角度δ（例えば、δ＝１０°）以下である場合には、振動源は音の発生を伴う振動源であると判定し、角度差Δが判定角度δを超えた場合には、音源からの音は振動源から発生していないと判定する。
例えば、音源中心位置のうち、大型の空調室外機５２が発生すると推定される音の音源重心位置ｐ１の水平角θ₁と、大型の空調室外機５２が発生すると推定される振動の振動源重心位置ｑとの角度差Δ₁₁は判定角度δよりも小さいので、大型の空調室外機５２は音の発生を伴う振動源であると判定する。
これに対して、小型の空調室外機５４が発生すると推定される音の音源重心位置ｐ２の水平角θ₂と振動源重心位置ｑとの角度差Δ₂₁や、噴水５８が発生すると推定される音源重心位置ｐ４の水平角θ₄と振動源重心位置ｑとの角度差Δ₄₁は、いずれも判定角度δよりも大きいので、小型の空調室外機５４や噴水５８は、音のみを発生し、振動を発生しない音源であると判定する。
また、倉庫５５の壁５５に重心位置ｑ３を有する音源の水平角θ₃と振動源重心位置ｑとの角度差Δ₃₁は判定角度δよりも大きい。したがって、倉庫５５の壁５５に重心位置ｑ３を発生する音の中心位置とする音源は、音のみを発生し振動を発生しない音源であると判定する。パノラマ画像Ａには、重心位置ｐ３に位置する音源に相当する機器はないが、３つの音源位置を示す円の周波数と大きさとは、大型の空調室外機５２近傍の３つの音源位置を示す円の周波数と大きさとが類似していること、及び、大型の空調室外機５２と倉庫５５の壁５５Ｆとの位置関係、及び、この音源が音のみを発生し振動を発生しない音源であることから、重心位置ｐ３は大型の空調室外機５２の発生する音が倉庫５５の壁５５Ｆにより反射されて当該観測点に伝搬された反射音の重心位置であることが推定される。

このように、本実施の形態では、マイクロフォンＭ１〜Ｍ５を備えた音圧レベル測定手段１１と、振動センサＧ１〜Ｇ４を備えた振動レベル測定手段１２とを用いて、音源から伝搬する音と振動源から伝搬する表面波の振動とを同時に測定して、上記音の音圧データから得られた音源方向の水平角θと上記振動の振動レベルのデータから得られた振動源方向の水平角θ’の方向とを比較して、観測された音が、音の発生を伴う振動源からの音であるか、あるいは、振動を伴わない音源からの音であるかの判定や、振動源が音を伴わない振動源であるか否かの判定を行うができるようにしたので、上記音源及び振動源の性状を的確に把握することができ、騒音対策や振動対策を有効に行うことができる。
このとき、上記水平角θ及び仰角φのバラつきがＫ₁＝２０°以内である音源を同一の音源と見做して音源重心位置（θ_m，φ_m）を算出するとともに、上記水平角θ’のバラつきがＫ₂＝１０°以内である振動源を同一の振動源と見做して、振動源重心位置ｑとを算出し、上記水平角θ_mと上記振動源重心位置ｑとの角度差Δ＝θ_m−ｑを求め、この角度差Δが判定角度δ以下である場合には、上記振動源は音の発生を伴う振動源であると判定し、上記角度差Δが上記判定角度δを超えた場合には、上記音源からの音は上記振動源から発生していないと判定するようにすれば、観測された音もしくは振動の判定を更に精度良く行うことができる。

なお、上記最良の形態では、ある時刻の音圧レベルと振動レベルとを測定して、音源位置と振動源位置と推定し、観測された音が音の発生を伴う振動源からの音である否かを判定したが、所定の時間間隔で音圧レベルと振動レベルとを測定し、所定時間毎の音源位置と振動源位置とを推定して比較すれば、音源もしくは振動源の時間的及び空間的な移動状況を精度よく把握することができるとともに、反射音の同定も確実に行うことができる。
図５は、上記図４の時刻ｔ＝ｔ₁から所定時間Δｔだけ経過した時刻ｔ₂＝ｔ₁＋Δｔにおいて測定した音圧レベルと振動レベルから推定した音源位置と振動源位置とを表示した表示画面の一例を示す図である。パノラマ画像Ａをみると、大型の空調室外機５２の近傍には時刻ｔ＝ｔ₁の時と同じく、３つの音源位置を示す円がある。これらの３つの円の大きさは変化しているが周波数は同じで、かつ、その中心は水平角θの範囲が上記第１の閾値Ｋ₁＝２０°以下である。また、振動源画像Ｂでも、上記大型の空調室外機５２の水平角θと同じ水平角θ’の近傍にある３つの振動源位置を示す円は、大きさは変化しているが周波数は同じで、かつ、その中心は水平角θ’の範囲が上記第２の閾値Ｋ₂＝１０°以下である。また、３つの円の大きさの変化の様子が同じであるので、これによっても、上記音源重心位置ｐ１の音源もしくは振動源（大型の空調室外機５２）は、音の発生を伴う振動源であることがわかる。更に、上記音源重心位置ｐ１と上記振動源中心位置ｑとは移動していないので、上記音源重心位置ｐ１の音源もしくは振動源（大型の空調室外機５２）は、移動しない振動源であることがわる。
また、小型の空調室外機５３と推定された重心位置ｑ２を有する音源も、反射音と推定された重心位置ｑ３を有する音源も、上記と同様にして、音のみを発生する移動しない音源であることわかる。

一方、噴水５８の近傍には音源位置を示す円がない。しかし、噴水５８が移動することはないので、所定時間Δｔ毎に測定を継続すれば、音源位置を示す円が再び現れる。これにより、上記噴水５８は、間欠的に音を発生する音源であることがわかる。
また、倉庫５５の壁５５Ｆによる反射音と推定された重心位置がｑ３である音源の３つの円は、周波数が時刻ｔ＝ｔ₁の時と同じで、かつ、その大きさの変化が上記音源重心位置ｐ１の周りの３つの円の大きさの変化と上記振動源中心位置ｑの周りの３つの円大きさの変化と一致していることからも、上記重心位置がｑ３である音源は、大型の空調室外機５２からの音の反射音であることがわかる。
このように、所定の時間間隔で音圧レベルと振動レベルとを測定し、所定時間毎の音源位置と振動源位置とを推定して比較すれば、音源が間欠的に音を発生する音源は否かや、音源が反射音であるか否かの同定も確実に行うことができる。
また、所定時間毎の音源位置と振動源位置とを推定して比較すれば、音源もしくは振動源の時間的な移動状況を精度よく把握することができる。
また、上記例では、表示画面をパノラマ画像Ａと振動源画像Ｂとしたが、パノラマ画像Ａに代えて、横軸を推定音源位置の水平角θとし、縦軸を仰角φとした音源画像Ｃを用いても、音源重心位置ｐ１〜ｐ４や振動源重心位置ｑは算出できるので、観測された音が観測された振動源の発生する音か否かを判別することが可能である。この場合には、映像採取手段１３や映像入出力手段１７が不要となり、データ合成手段１８も大幅に簡素化できるので、装置を安価にできるが、パノラマ画像Ａを用いた方が、音源位置や振動源位置を特定できるので、音源位置や振動源位置の推定精度や音源・振動源の判定精度を上げるためには、本例のように、パノラマ画像Ａを用いる方が好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、観測点において、音と振動とが同時に観測されたときに、観測された音が観測された振動源の発生する音か否かを判別することができるので、騒音対策や振動対策を有効に行うことができる。

Ｍ１〜Ｍ５ マイクロフォン、Ｇ１〜Ｇ４ 振動センサ、
１１ 音圧レベル測定手段、１２ 振動レベル検出手段、１３ 映像採取手段、
１３ａ 撮影用ミラー、１３ｂ ＣＣＤカメラ、１４Ａ，１４Ｂ 増幅器、
１４ｍ，１４ｎ ローパスフィルタ、１５ Ａ／Ｄ変換器、１６Ａ 音源方向推定手段、１６Ｂ 振動源方向推定手段、１７ 映像入出力手段、１８ データ合成手段、
１９ 音源・振動源位置表示手段、２０ 音源・振動源判定手段、
２１ 音源重心位置算出部、２２ 振動源重心位置算出部、２３ 角度差算出部、
２４ 判別部、３１ 支持部材、３２ マイクロフォンフレーム、３３ 基台。

Claims (8)

1. 音源から伝搬する音と振動源から伝搬する表面波の振動とを同時に測定して、上記音の音圧レベルのデータから得られた音源の方向と上記振動の振動レベルのデータから得られた振動源の方向とを比較し、上記音源からの音が音の発生を伴う振動源からの音かどうかを判定することを特徴とする音源・振動源の探査方法。
2. 所定の観測点に設置されて音源から伝搬する音の音圧レベルを測定する音圧レベル測定手段と、上記観測点に設置されて振動源から伝搬する表面波の振動の振動レベルを上記音圧レベルと同時刻に測定する振動レベル測定手段と、上記音圧レベル測定手段で測定した音圧レベルの信号を用いて上記音源の方向を推定する音源方向推定手段と、上記振動レベル測定手段で測定した振動レベルの信号を用いて上記振動源の方向を推定する振動源推定手段と、上記音源方向推定手段で推定された上記音源の方向と上記振動源推定手段で推定された振動源の方向とを比較して、上記音源からの音が音の発生を伴う振動源からの音かどうかを判定する判定手段とを備え、上記音圧レベル測定手段は、互いに交差する２つの直線上にそれぞれ配置された、２個のマイクロフォンが所定の間隔だけ離れて配置されたマイクロフォン対を２組備えており、上記振動レベル測定手段は、互いに交差する２つの直線上にそれぞれ配置された、２個の振動センサが所定の間隔だけ離れて配置された振動センサ対を２組備えており、上記音源方向推定手段は、予め設定した複数の周波数のそれぞれについて、上記各マイクロフォン対における音の位相差もしくは到達時間差をそれぞれ求めて、上記位相差の比もしくは到達時間差の比から音を発生する音源の方向を上記周波数毎に推定し、上記振動源推定手段は、予め設定した複数の周波数のそれぞれについて、上記各振動センサ対における振動の位相差もしくは到達時間差をそれぞれ求めて、上記位相差の比もしくは到達時間差の比から振動を発生する振動源の方向を上記周波数毎に推定することを特徴とする音源・振動源探査システム。
3. 上記音圧レベル測定手段に、上記２組のマイクロフォン対の作る平面上にない第５のマイクロフォンを追加するとともに、音源方向推定手段では、上記２組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差と、上記第５のマイクロフォンと上記２組のマイクロフォン対を構成する４個のマイクロフォンのそれぞれとで構成される４組のマイクロフォン対を構成するマイクロフォン間の位相差とを用いて音源の方向を推定することを特徴とする請求項２に記載の音源・振動源探査システム。
4. 上記推定された音源の方向と振動源の方向の映像とを採取する映像採取手段と、上記推定された音源及び振動源の位置を上記採取された映像上に表示する表示手段とを備えたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の音源・振動源探査システム。
5. 上記映像採取手段は、上記観測点の周りの３６０°の映像を採取することを特徴とする請求項４に記載の音源・振動源探査システム。
6. 上記推定された音源の方向の角度のバラツキが予め設定した第１の閾値以内にある音源を同一の音源とみなし、上記同一の音源とみなした音源の重心位置を算出する音源重心位置算出手段と、上記推定された振動源の方向の角度のバラツキが上記第１の閾値以下の第２の閾値内にある振動源を同一の振動源としてその重心位置を算出する振動源重心位置算出手段とを設けるとともに、上記判定手段は、上記算出された音源の重心位置と上記振動源の重心位置とを比較して、上記音源または上記振動源が、音のみを発生する音源か、振動のみを発生する振動源か、音の発生を伴う振動源かを判別することを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれかに記載の音源・振動源探査システム。
7. 上記判定手段は、上記音源の方向の角度のバラツキと上記振動源の方向の角度のバラツキがそれぞれ上記第１及び第２の閾値以内にあり、かつ、上記音源の重心位置と上記振動源の重心位置との角度差が予め設定した判定角度以下である場合には、上記振動源は音の発生を伴う振動源であると判定し、上記角度差が上記判定角度を超えた場合には、上記音源からの音は上記振動源から発生していないと判定することを特徴とする請求項６に記載の音源・振動源探査システム。
8. 上記音圧レベル測定手段と上記振動レベル測定手段とは、所定の時間間隔で上記音圧レベルと振動レベルとを同時に測定することを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれかに記載の音源・振動源探査システム。

Images