JP2017175577A - 音響校正器 - Google Patents
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Abstract
Description
前記(3)の音響校正器には、気圧計と気圧補正用の表が付属しており、大気圧が変化した場合の補正を人手ですることとなり、面倒であった。前記(2)の音響校正器は、大気圧を検出し、検出した大気圧に応じた振幅の校正音用信号波形により音圧を発生させるものであるが、発生した音圧が予定された音圧となっていることは確認していない。前記(1)の音響校正器は、音圧を検出しているので、発生した音圧が予定された音圧となっていることが確実であり、且つ大気圧補正も不要であった。
本発明は、センサとして感度の低いセンサを使用しても、センサの自己雑音の影響を受けず、校正精度が下がらない音響校正器を提供することを目的とする。
(1)マイクロホンを挿入するためのカプラを有する音響校正器であって、
前記カプラ内に音響を出力する音響出力手段と、
カプラの前室と背室の圧力の差を計測する差圧計測手段と、
前記差圧計測手段によって計測された差圧が、前室の音圧が予め設定された音圧であった時の差圧になるように、前記音響出力手段を制御する制御手段と、
を備える音響校正器。
前記制御手段は、前記演算手段によって演算された値を用いて、前記音響出力手段を制御する、(1)に記載の音響校正器。
なお、FFT演算に対する(2)のRMS演算のメリットを説明すれば、以下のようになる。
RMS演算でもFFT演算でも、カプラ内音圧は、[発生音圧]+[ベント経由でカプラに入り込む周囲騒音の圧力]になる。例えば、発生音圧の周波数に近い周波数の周囲騒音が存在する場合には、FFT演算の場合、分解能をより高く(サンプル点数を増やす)し、発生音圧のみを抽出する必要があり平均化に時間がかかる。しかし、RMS演算の場合には時定数を演算に含むことが容易なため、周囲騒音を含んだ音の平均化がリアルタイムで求められるので、カプラ内の音圧をより正確に抽出できる。
前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて、前記差圧計測手段によって計測された音圧を補正する温度補正手段と、
をさらに備える、(1)から(3)のいずれかに記載の音響校正器。
また、従来の前室の音圧を検出する方式と同じ程度のセンサ出力を得ようとするならば、従来よりも感度が低いセンサを使用することができる。
スピーカの後方の背室を密閉した場合、スピーカ11から発生する音圧は、スピーカ前方と位相が180°違う音圧波形が発生する。そのときの音圧波形の振幅は前室と背室の容積に関係し、容積が異なる場合には前室と背室の音圧波形の振幅は一致しない。
しかし、前室容積と背室容積は同じであることが好ましく、更には前室容積とカプラの前室内面の表面積との比と、背室容積とカプラの背室内面の表面積との比が同じであることが好ましいことから、前室と背室の容積をほぼ同じにする。これにより、前室と背室では、ほぼ同じ音圧波形の振幅を得ることができる。
前室音圧と背室音圧の差 = (前室のセンサポートに印加された圧力 + 大気圧)
− (背室のセンサポートに印加された圧力 + 大気圧)
となり、前室のセンサポートに印加された圧力 ≒ (−背室のセンサポートに印加された圧力)なので、大気圧の影響が打ち消された差分の音圧のみとなり振幅が約2倍の正弦波となる。
よって、カプラ内にスピーカを配置し、スピーカ前方と後方に差圧センサの2つの圧力導入ポートを配置して、前室音圧−背室音圧を計測すれば、その差圧センサの出力は、図7のゲージ圧センサ12の出力の約2倍となる。
しかし、図2は、スピーカ11を駆動する電流を一定波形の電流値とした場合であり、スピーカ11を駆動する電流値を制御することにより、大気圧に対する発生音圧の偏差を一定にすることは可能である。
以下、本発明の一実施形態について図を参照しながら説明する。図3は、本発明の一実施形態に係るカプラの構造を表す図である。差圧センサ71の一端をカプラの前室51に通じさせ、差圧センサ71の他端をカプラの背室52に通じさせている。
前室51の音圧をAsin(ωt)+P0とおくと、背室52の音圧は、−A´sin(ωt)+P0となる。但し、P0はカプラ内大気圧であり、前室と背室で同じである。したがって、差圧は、Asin(ωt)+P0−{−A´sin(ωt)+P0}=(A+A´)sin(ωt)となる。
ここで前室51の容積と背室52の容積が同じならば、
(A+A´)sin(ωt)=2Asin(ωt)
となって、振幅が従来の2倍となる。
したがって、前室の音圧を直接測定しなくても、ある大気圧の下で、前室51の音圧が予め設定された音圧になった時の差圧x[Pa]を求め、異なる大気圧においても、差圧をx[Pa]にすることにより、前室51の音圧を予め設定された音圧にすることができる。
図4に、本発明の一実施形態に係る音響校正器60のブロック図を示す。
スピーカ11は、カプラ21内に音響を出力する。
また、温度センサはアナログ出力又はデジタル出力のどちらを用いてもよい。デジタル出力の場合は、制御手段13へ直接データが取り込まれる。
温度補正には、差圧センサデジタルデータの補正を行う方法と、差圧センサデジタルデータはそのままで、センサ補正値を正弦波テーブルの振幅に係数としてかけて補正する方法とがある。本実施形態では、前者の場合を説明する。
スピーカ11に出力される値Vは、V=正弦波値×k×β(すなわち、k×β×sin(ωt))となり、kの範囲は1≧k>0で、kのデフォルトは適宜選択されてよい。βは、k=1のとき、発生する音圧の歪が初期に設定した値を満足する最大音圧となる係数である。
ここで、FFT演算又はDFT演算によれば、スピーカ11から発生している発生音圧信号の周波数のみ抽出し圧力(レベル)を計算するので、センサの自己ノイズ、オフセットの影響を少なくすることができ、発生している周波数の音圧精度を上げることが可能となる。また、歪まで検出できるので、歪の補正も可能となる。
RMS演算でもFFT演算でも、カプラ内音圧は、[発生音圧]+[ベント経由でカプラに入り込む周囲騒音の圧力]になる。例えば、発生音圧の周波数に近い周波数の周囲騒音が存在する場合には、FFT演算の場合、分解能をより高く(サンプル点数を増やす)し、発生音圧のみを抽出する必要があり平均化に時間がかかる。しかし、RMS演算の場合には時定数を演算に含むことが容易なため、周囲騒音を含んだ音の平均化がリアルタイムで求められるので、カプラ内の音圧をより正確に抽出できる。
温度補正手段16は、温度センサ15によって計測された温度に基づいて、差圧センサ71によって計測された音圧を補正する。例えば、差圧センサ71の温度特性が、0度から50度までは一定だが、0度以下の場合、又は50度以上の場合に変化するものとする。このような差圧センサ71の温度特性に基づいて、温度補正手段16は、温度センサ15によって計測された温度に基づいて、計測された音圧を補正する。
図5、図6は、本発明の一実施形態に係る音響校正器60の処理内容を示すフローチャートである。音響校正器60は、コンピュータ及びその周辺装置を備えるハードウェア並びに該ハードウェアを制御するソフトウェアによって構成され、音響校正器60のCPU又はDSPを所定のソフトウェアに従って実行させることで、前記CPU又はDSPを、特に制御手段13、演算手段14、及び温度補正手段16として機能させる。
その後、制御手段13は、処理をステップS102に移す。ステップS102において、制御手段13は、サンプルクロックを設定する。
本実施形態によれば、音響校正器60は、スピーカ11によりカプラ21内に音響を出力し、音響が出力されたカプラ21内の前室の音圧と背室の音圧との差を差圧センサ71によって計測し、計測された音圧が一定の音圧になるようにスピーカ11を制御する。
したがって、従来の前室の音圧を検出する方式で使用したセンサと同じ感度のセンサを使用すれば、前室の音圧のみを検出するより、より大きな出力が得られることで、センサの自己雑音の影響を低減することができる。よって、従来のように前室の音圧を検出する場合よりも精度を上げて前室の音圧を制御することが可能となる。
また、従来の前室の音圧を検出する方式と同じ程度のセンサ出力を得ようとするならば、従来よりも感度が低いセンサを使用することができる。
第1実施形態においては、発生音圧の信号波形として正弦波を用いているが、発生音圧の信号波形は、正弦波に限らない。正弦波以外の変動する信号波形を発生音圧の信号波形として使用しても、差圧計測手段の出力が、従来の前室の音圧を検出する場合のセンサ出力以上となることは同じである。
また、補正された差圧に対する許容範囲αの値は、適宜設定できる設計的事項である。
11 スピーカ
12 ゲージ圧センサ
13 制御手段
14 演算手段
15 温度センサ
16 温度補正手段
21 カプラ
31 マイクロホン
51 前室
52 背室
53 前室ベント
54 背室ベント
60 音響校正器
71 差圧センサ
711 差圧センサの一端
712 差圧センサの他端
Claims (4)
- マイクロホンを挿入するためのカプラを有する音響校正器であって、
前記カプラ内に音響を出力する音響出力手段と、
カプラの前室と背室の圧力の差を計測する差圧計測手段と、
前記差圧計測手段によって計測された差圧が、前室の音圧が予め設定された音圧であった時の差圧になるように、前記音響出力手段を制御する制御手段と、
を備える音響校正器。 - 前記差圧計測手段によって計測された音圧から、発生音圧信号の周波数の音圧レベルを抽出するための演算機能、及び/又は、カプラ内の音圧レベルを算出するRMS演算機能を備えた演算手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記演算手段によって演算された値を用いて、前記音響出力手段を制御する、請求項1に記載の音響校正器。 - 前記発生音圧信号の周波数の音圧レベルを抽出するための演算機能が、FFT演算機能又はDFT演算機能である、請求項2に記載の音響校正器。
- 前記差圧計測手段に沿って配置され、気体の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて、前記差圧計測手段によって計測された音圧を補正する温度補正手段と、
をさらに備える、請求項1から3のいずれかに記載の音響校正器。
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JP2016062793A JP6612667B2 (ja) | 2016-03-25 | 2016-03-25 | 音響校正器 |
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CN110708653A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 海鹰企业集团有限责任公司 | 一种水声换能器声压校准装置 |
JP7431686B2 (ja) | 2020-07-20 | 2024-02-15 | リオン株式会社 | 音響カプラ装置 |
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2016
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