JP2019074373A - Marine engine speed estimating device, marine engine speed estimation method, and marine engine speed estimating program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船舶の推進用エンジンの回転数を推定するための船舶エンジン回転数推定装置、船舶エンジン回転数推定方法および船舶エンジン回転数推定プログラムに関する。 The present invention relates to a ship engine rotation speed estimation device for estimating the rotation speed of a ship propulsion engine, a ship engine rotation speed estimation method, and a ship engine rotation speed estimation program.
従来、自動車の分野では、携帯端末で車内の音響信号を集音し,その音響信号の分析結果からエンジン回転数を抽出し、アクセル開度を推定する方法が開示されている(特許文献1)。 Conventionally, in the field of automobiles, there is disclosed a method of collecting an acoustic signal in a vehicle by a portable terminal, extracting an engine rotational speed from an analysis result of the acoustic signal, and estimating an accelerator opening (Patent Document 1) .
一方、船舶の分野では、大型船については通常、推進用エンジン(「主機エンジン」とも呼ばれる。)の回転数をモニタリングする装置が設けられている。これに対し、小型船(例えば19トン以下または24メートル未満の船舶)では、このようなモニタリング装置が設けられていない場合があり、推進用エンジンの回転数を把握することができない。 On the other hand, in the field of ships, for large ships, a device for monitoring the number of revolutions of a propulsion engine (also referred to as a "main engine") is generally provided. On the other hand, in a small vessel (for example, a vessel of 19 tons or less or less than 24 meters), such a monitoring device may not be provided, and the number of revolutions of the propulsion engine can not be grasped.
船舶についても自動車の場合と同様にして船内の音を集音し分析することにより、推進用エンジンの回転数を推定することが考えられる。しかしながら、船舶の場合、自動車の場合と異なり、推進用エンジンの動作音(以下、「エンジン音」ともいう。)以外に様々な騒音が存在する。例えば、船内の各種設備(舵板、無線通信等)が発する音や、発電機を駆動するための発電用エンジンの動作音、船外の音(波、風等)などの様々な音が含まれる。このため、集音したデータから推進用エンジンの動作音を抽出することは容易ではない。 It is conceivable to estimate the number of revolutions of the propulsion engine by collecting and analyzing the sound in the ship as in the case of a car. However, in the case of a ship, unlike the case of a car, various noises exist in addition to the operation noise of the propulsion engine (hereinafter also referred to as "engine noise"). For example, it includes various sounds such as sounds emitted by various facilities (a steering plate, wireless communication, etc.) on the ship, operation sounds of a power generation engine for driving a generator, sounds (waves, wind, etc.) of an overboard. Be For this reason, it is not easy to extract the operation sound of the propulsion engine from the collected data.
船内騒音から推進用エンジンの動作音を抽出できたとしても、エンジン音のスペクトル(パワースペクトル)には、複数のピークが含まれる。具体的には、図20に示すように、エンジン音のパワースペクトルは、1倍(基本周波数)、2倍、3倍・・・の整数倍のピークを有するのに加えて、1.5倍、2.5倍、3.5倍・・・の半整数倍のピークも有する。図20の例では1.5倍のピークが最大となっていることから分かるように、基本周波数のピークが最大であるとは限らない。また、パワースペクトルは、エンジンの種類によって異なる。さらに、同じエンジンであっても、船の種類(例えば船体の形状)、船の状態(例えば漁具等の船荷の積載量)によってパワースペクトルが異なる。したがって、エンジン音のパワースペクトルを取得できたとしても、直ちに推進用エンジンの回転数を推定することは容易ではない。 Even if the operation noise of the propulsion engine can be extracted from the inboard noise, the spectrum (power spectrum) of the engine noise includes a plurality of peaks. Specifically, as shown in FIG. 20, the power spectrum of the engine sound has 1.5 times the peak in addition to having 1 times (fundamental frequency), 2 times, 3 times. There are also peaks of half integer multiples of 2.5 times, 3.5 times and so on. As can be seen from the fact that the peak of 1.5 times is maximized in the example of FIG. 20, the peak of the fundamental frequency is not necessarily the maximum. Also, the power spectrum varies depending on the type of engine. Furthermore, even with the same engine, the power spectrum varies depending on the type of ship (for example, the shape of the hull) and the state of the ship (for example, the load of cargo such as fishing gear). Therefore, even if the power spectrum of the engine sound can be acquired, it is not easy to estimate the number of revolutions of the propulsion engine immediately.
本発明は、上記の技術的認識に基づいてなされたものであり、その目的は、船内騒音から推進用エンジンの回転数を高精度に推定することが可能な船舶エンジン回転数推定装置、船舶エンジン回転数推定方法および船舶エンジン回転数推定プログラムを提供することである。 The present invention has been made based on the above technical recognition, and an object thereof is a ship engine rotational speed estimating device capable of estimating the rotational speed of a propulsion engine from inboard noise with high accuracy, a ship engine A rotation speed estimation method and a ship engine rotation speed estimation program are provided.
本発明に係る船舶エンジン回転数推定装置は、
船舶の推進用エンジンの回転数を推定する船舶エンジン回転数推定装置であって、
前記推進用エンジンのエンジン音を含む船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得するデータ取得部と、
前記音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成するフーリエ変換部と、
連続する所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成する平均化処理部と、
前記推進用エンジンの回転数と前記船内騒音の音量との間の関係を示す音量プロフィールに基づいて作成された音量フィルタ、および前記平均音フレームスペクトルの音量に基づいて前記推進用エンジンの動作周波数帯を推定し、前記平均音フレームスペクトルのうち前記動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得する音量フィルタ処理部と、
前記通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出する第1のピーク抽出部と、
前記第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出する回転数算出部と、
を備えることを特徴とする。
The ship engine rotational speed estimation device according to the present invention is
A ship engine rotation speed estimation device for estimating the rotation speed of a ship propulsion engine, comprising:
A data acquisition unit for acquiring sound frame data having a predetermined time width for each predetermined data acquisition time from sound recording data obtained by recording inboard noise including the engine sound of the propulsion engine;
A Fourier transform unit that generates a sound frame spectrum by Fourier transforming the sound frame data;
An averaging processing unit that generates an average sound frame spectrum by taking an average of a predetermined number of consecutive sound frame spectra;
A volume filter created based on a volume profile indicating the relationship between the number of revolutions of the propulsion engine and the volume of the inboard noise, and the operating frequency band of the propulsion engine based on the volume of the average sound frame spectrum A volume filter processing unit for estimating a passing spectrum that passes through the operating frequency band in the average sound frame spectrum;
A first peak extraction unit that extracts one or more peaks included in the pass spectrum as a first peak group;
A number-of-rotations calculation unit that calculates the number of rotations of the propulsion engine based on the frequency of the peak when the number of peaks included in the first peak group is one;
And the like.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記推進用エンジンのシリンダ数、サイクル数および定格回転数に基づいて、前記推進用エンジンの定格回転数時の基本周波数を算出し、前記基本周波数に基づいて解析対象周波数の上限を設定する周波数上限設定部と、
前記所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取る前に、前記音フレームスペクトルの前記上限以上の周波数成分を除去するスペクトル除去部と、
をさらに備えてもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
Based on the number of cylinders of the propulsion engine, the number of cycles and the rated number of revolutions, the fundamental frequency at the rated rotational speed of the propulsion engine is calculated, and the upper limit of the frequency to be analyzed is set based on the fundamental frequency Setting section,
A spectrum removal unit that removes frequency components above the upper limit of the sound frame spectrum before taking an average of the predetermined number of sound frame spectra;
May further be provided.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記データ取得時間は、前記音フレームデータの前記時間幅よりも短いようにしてもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
The data acquisition time may be shorter than the time width of the sound frame data.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記音フレームスペクトルの前記所定個数は、3個以上であってもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
The predetermined number of sound frame spectra may be three or more.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記平均音フレームスペクトルの移動平均スペクトルを求め、前記平均音フレームスペクトルから前記移動平均スペクトルを差し引くことにより音フレーム差分スペクトルを生成する移動平均処理部と、
前記音フレーム差分スペクトルから複数のピークを第2のピーク群として抽出する第2のピーク抽出部と、
前記第1のピーク群に複数のピークが含まれる場合、前記第1のピーク群および前記第2のピーク群に基づいて、前記第1のピーク群から、前記推進用エンジンの基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出する倍周波処理部と、をさらに備え、
前記倍周波処理部により抽出されたピークの数が1つの場合、前記回転数算出部は、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出してもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
A moving average processing unit that generates a sound frame difference spectrum by obtaining a moving average spectrum of the average sound frame spectrum and subtracting the moving average spectrum from the average sound frame spectrum;
A second peak extraction unit that extracts a plurality of peaks as a second peak group from the sound frame difference spectrum;
When a plurality of peaks are included in the first peak group, an integer multiple of the fundamental frequency of the propulsion engine from the first peak group based on the first peak group and the second peak group And a multiple frequency processing unit that extracts half and half integer multiple peaks,
When the number of peaks extracted by the double frequency processing unit is one, the rotation speed calculation unit may calculate the rotation speed of the propulsion engine based on the frequency of the peak.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記移動平均処理部は、前記音フレーム差分スペクトルのうち、所定のバイアス線以下の部分を削除してもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
The moving average processing unit may delete a portion below the predetermined bias line in the sound frame difference spectrum.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記倍周波処理部は、
前記第1のピーク群に含まれる各ピークの周波数の逆数を要素とする第1の行列と、前記第2のピーク群に含まれる各ピークの周波数を要素とする第2の行列との積を計算し、
前記計算で得られた行列の各要素が前記基本周波数の整数倍および半整数倍の倍音バンドパスフィルタのバンド幅にあるか否かを判定することにより第3の行列が作成され、前記第3の行列に基づいて前記推進用エンジンの基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出するようにしてもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
The frequency doubler processing unit
A product of a first matrix whose element is the inverse of the frequency of each peak contained in the first peak group and a second matrix whose element is the frequency of each peak contained in the second peak group Calculate
A third matrix is created by determining whether each element of the matrix obtained by the calculation is within the bandwidth of the harmonic multiple band pass filter of integral multiple and half integral multiple of the fundamental frequency, the third matrix The peaks of integral multiples and half integral multiples of the fundamental frequency of the propulsion engine may be extracted based on the matrix of
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記倍周波処理部により複数のピークが抽出された場合、各ピークの周波数ごとに、前記所定個数の音フレームスペクトルのピークパワーの変動を示す変動係数を算出し、前記各ピークの周波数に対して算出された複数の変動係数に基づいて前記推進用エンジンの基本周波数を決定する変動係数フィルタ処理部をさらに備え、
前記回転数算出部は、前記変動係数フィルタ処理部により決定されたピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出するようにしてもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
When a plurality of peaks are extracted by the frequency doubler, a variation coefficient indicating variation of peak power of the predetermined number of sound frame spectra is calculated for each frequency of each peak, and the frequency of each peak is calculated. The apparatus further comprises a variation coefficient filter processing unit that determines the fundamental frequency of the propulsion engine based on the plurality of variation coefficients calculated.
The rotation speed calculation unit may calculate the rotation speed of the propulsion engine based on the peak frequency determined by the variation coefficient filter processing unit.
また、前記船舶エンジン回転数推定装置において、
前記変動係数フィルタ処理部は、前記変動係数を算出する前に、前記所定個数の音フレームスペクトルのピークパワーの平均値を求め、前記平均値からの乖離幅に基づいて前記所定個数のピークパワーのうち一部を前記変動係数の計算対象から除去するようにしてもよい。
Further, in the ship engine rotation speed estimation device,
The variation coefficient filter processing unit obtains an average value of peak powers of the predetermined number of sound frame spectra before calculating the variation coefficient, and the predetermined number of peak powers are calculated based on a deviation width from the average value. A part of them may be removed from the calculation target of the variation coefficient.
本発明に係る船舶エンジン回転数推定方法は、
船舶の推進用エンジンの回転数を推定する船舶エンジン回転数推定方法であって、
前記推進用エンジンのエンジン音を含む船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得するステップと、
前記音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成するステップと、
連続する所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成するステップと、
前記推進用エンジンの回転数と前記船内騒音の音量との間の関係を示す音量プロフィールに基づいて作成された音量フィルタ、および前記平均音フレームスペクトルの音量に基づいて前記推進用エンジンの動作周波数帯を推定し、前記平均音フレームスペクトルのうち前記動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得するステップと、
前記通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出するステップと、
前記第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出するステップと、
を備えることを特徴とする。
The ship engine rotational speed estimation method according to the present invention is
A ship engine rotational speed estimation method for estimating the rotational speed of a ship propulsion engine, comprising:
Acquiring sound frame data having a predetermined time width from sound recording data obtained by recording inboard noise including the engine sound of the propulsion engine at predetermined data acquisition times;
Generating a sound frame spectrum by Fourier transforming the sound frame data;
Generating an average sound frame spectrum by averaging a predetermined number of successive sound frame spectra;
A volume filter created based on a volume profile indicating the relationship between the number of revolutions of the propulsion engine and the volume of the inboard noise, and the operating frequency band of the propulsion engine based on the volume of the average sound frame spectrum Estimating a passing spectrum that passes through the operating frequency band in the average sound frame spectrum;
Extracting one or more peaks included in the pass spectrum as a first peak group;
Calculating the number of revolutions of the propulsion engine based on the frequency of the peak if the number of peaks included in the first peak group is one;
And the like.
本発明に係る船舶エンジン回転数推定プログラムは、
船舶の推進用エンジンの回転数を推定するための船舶エンジン回転数推定プログラムであって、
前記推進用エンジンのエンジン音を含む船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得するステップと、
前記音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成するステップと、
連続する所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成するステップと、
前記推進用エンジンの回転数と前記船内騒音の音量との間の関係を示す音量プロフィールに基づいて作成された音量フィルタ、および前記平均音フレームスペクトルの音量に基づいて前記推進用エンジンの動作周波数帯を推定し、前記平均音フレームスペクトルのうち前記動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得するステップと、
前記通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出するステップと、
前記第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出するステップと、
をコンピュータに実行させる。
The ship engine rotational speed estimation program according to the present invention is
A ship engine rotational speed estimation program for estimating the rotational speed of a ship propulsion engine, comprising:
Acquiring sound frame data having a predetermined time width from sound recording data obtained by recording inboard noise including the engine sound of the propulsion engine at predetermined data acquisition times;
Generating a sound frame spectrum by Fourier transforming the sound frame data;
Generating an average sound frame spectrum by averaging a predetermined number of successive sound frame spectra;
A volume filter created based on a volume profile indicating the relationship between the number of revolutions of the propulsion engine and the volume of the inboard noise, and the operating frequency band of the propulsion engine based on the volume of the average sound frame spectrum Estimating a passing spectrum that passes through the operating frequency band in the average sound frame spectrum;
Extracting one or more peaks included in the pass spectrum as a first peak group;
Calculating the number of revolutions of the propulsion engine based on the frequency of the peak if the number of peaks included in the first peak group is one;
On a computer.
本発明によれば、船内騒音から推進用エンジンの回転数を高精度に推定することができる。 According to the present invention, the rotational speed of the propulsion engine can be estimated with high accuracy from the inboard noise.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、図1を参照して、一例に係る船舶100の概略的構成について説明する。図1に示すように、船舶100には、プロペラ140を回転させる推進用エンジン110、および発電機130を回転させる発電用エンジン120が設けられている。なお、発電用エンジン120および発電機130は必須の構成ではない。例えば、バッテリにより船内の電気設備(冷暖房、照明、ウィンチ等)を駆動する場合、発電用エンジン120および発電機130は船舶100に設けられなくてもよい。
First Embodiment
First, with reference to FIG. 1, a schematic configuration of a
図1に示すように、船舶100には、船舶エンジン回転数推定装置1が設けられている。この船舶エンジン回転数推定装置1は、後ほど詳しく説明するように、船舶100の推進用エンジン110の回転数を推定するように構成されている。船舶エンジン回転数推定装置1は、船舶100に設置された情報処理装置(パソコン等)であってもよいし、あるいは、船員が携帯する情報処理端末(スマートフォン、タブレット端末等)であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
船舶100は、本実施形態では、全長が24メートル未満、または総トン数が19トン以下の小型船である。なお、船舶エンジン回転数推定装置1は、小型船にのみ適用されるものではなく、中型船や大型船の推進用エンジンの回転数を推定するために用いられてもよい。
In the present embodiment, the
<船舶エンジン回転数推定装置>
次に、図2を参照して、船舶エンジン回転数推定装置1の概略的構成について説明する。
<Ship engine speed estimation device>
Next, with reference to FIG. 2, a schematic configuration of the ship engine rotation
図2に示すように、船舶エンジン回転数推定装置1は、音入力部10と、情報入力部20と、情報出力部30と、記憶部40と、制御部50とを有している。なお、船舶エンジン回転数推定装置1は、インターネット等の通信ネットワークを介して他の情報処理装置との間で情報を送受信するための通信部(図示せず)を有してもよい。また、船舶エンジン回転数推定装置1は、GPS(Global Positioning System)等の位置検出手段や、加速度センサを有してもよい。
As shown in FIG. 2, the ship engine rotation
以下、船舶エンジン回転数推定装置1の各構成について説明する。
Hereinafter, each configuration of the ship engine rotation
音入力部10は、船舶エンジン回転数推定装置1の周囲の音を入力する装置である。この音入力部10は、例えば、スマートフォン等の情報処理端末に搭載されたマイクから構成される。
The
音入力部10は、船舶エンジン回転数推定装置1の周囲の音として、船内騒音を入力する。「船内騒音」は、推進用エンジン110のエンジン音を含む、船舶100内の騒音である。船内騒音には、例えば、推進用エンジン110のエンジン音のほか、船内の各種設備(舵板、無線機器、航海計器等)の発する音、船外の音(風、波の音など)や、発電用エンジン120の動作音などが含まれる。
The
音入力部10が入力した船内騒音は、デジタル信号に変換された後、録音データとして記憶部40に保存される。なお、船内騒音の録音データは、船舶エンジン回転数推定装置1に通信接続された外部記憶装置(図示せず)に保存されてもよい。
The inboard noise inputted by the
エンジン音を詳細に解析するためには、船内騒音を録音する時の周波数分解能をできるだけ小さくすることが好ましい。一方、周波数分解能を小さくするほど、サンプリング時間が長くなり、リアルタイム性を損なうことになる。本実施形態では、サンプリング周波数Fsとして、オーディオ録音に使われる44.1kHzを用いる。この場合、サンプリング点数Nsを2バイトとすると、周波数分解能ΔFは、0.6729[Hz](=44,100/65,536)となる。したがって、船内騒音のサンプリング時間(1/ΔF)は、約1.5秒となる。本実施形態では、後述のように、録音データの取得間隔(データ取得時間)を音フレームデータの時間幅(約1.5秒)よりも短くすることで、リアルタイム性を確保している。 In order to analyze engine sound in detail, it is preferable to minimize frequency resolution when recording inboard noise. On the other hand, the smaller the frequency resolution, the longer the sampling time, which impairs real-time performance. In the present embodiment, 44.1 kHz used for audio recording is used as the sampling frequency Fs. In this case, assuming that the number of sampling points Ns is 2 bytes, the frequency resolution ΔF is 0.6729 [Hz] (= 44, 100/65, 536). Therefore, the sampling time (1 / ΔF) of the inboard noise is about 1.5 seconds. In the present embodiment, as described later, real-time property is secured by setting the recording data acquisition interval (data acquisition time) shorter than the time width (about 1.5 seconds) of the sound frame data.
情報入力部20は、ユーザが船舶エンジン回転数推定装置1に情報を入力するためのインターフェースであり、例えば、タッチパネル、キーボード、マウス、ボタン等である。なお、音入力部10が情報入力部として機能してもよい。ユーザは、情報入力部20を介して、推進用エンジン110の定格回転数、シリンダ数およびサイクル数等、推進用エンジン110の回転数の推定に必要となる値を入力する。
The
情報出力部30は、ユーザへ各種情報(例えば推定された回転数)を出力するインターフェースであり、例えば映像を表示するディスプレイ(液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等)である。
The
なお、情報出力部30は、情報を音声で出力するスピーカであってもよい。また、情報入力部20がタッチパネルの場合には、情報入力部20が情報出力部30を兼ねてもよい。
The
また、情報出力部30は、船舶エンジン回転数推定装置1の外部に接続される映像表示手段や音声出力手段に、映像信号や音声信号を出力するものであってもよいし、外部に接続される印刷装置(プリンタ)にデータを出力するものであってもよいし、あるいは、船舶エンジン回転数推定装置1の内部もしくは外部の記憶装置にデータを出力して記憶させるものであってもよい。
In addition, the
記憶部40は、ハードディスクまたは半導体メモリなどから構成される記憶装置である。この記憶部40は、制御部50による情報処理に必要なデータが記憶されるとともに、制御部50が生成する情報を記憶する。
The
制御部50は、船舶エンジン回転数推定装置1の動作を制御するものであり、ハードウェアとしてはCPU(中央処理装置)等のプロセッサにより構成される。
The
次に、図3を参照して、制御部50について詳しく説明する。
Next, the
制御部50は、周波数上限設定部51と、音量フィルタ作成部52と、データ取得部53と、フーリエ変換部54と、スペクトル除去部55と、平均化処理部56と、音量フィルタ処理部57と、ピーク抽出部(第1のピーク抽出部)58と、回転数算出部59とを有している。制御部50の各部は、船舶エンジン回転数推定装置1内のプロセッサが所定のプログラム(例えば、スマートフォンのアプリ)を実行することにより実現される。なお、これらの機能部のうち、少なくともいずれか1つが船舶エンジン回転数推定装置1内のハードウェアによって実現されてもよい。
The
以下、制御部50の各部について詳しく説明する。
Hereinafter, each part of the
周波数上限設定部51は、情報入力部20を介して、推進用エンジン110の定格回転数、シリンダ数およびサイクル数の値を取得する。なお、周波数上限設定部51は、記憶部40に予め記憶されたパラメータ値(定格回転数、シリンダ数およびサイクル数のうち少なくともいずれか一つの値)を記憶部40から読み出してもよい。
The frequency upper
周波数上限設定部51は、推進用エンジン110のシリンダ数、サイクル数および定格回転数に基づいて、推進用エンジン110の定格回転数時の基本周波数を算出する。具体的には、式(1)を用いて、定格回転数時のエンジン音の基本周波数を算出する。
ここで、Frated:定格回転数時のエンジン音の基本周波数、Nrated:定格回転数[rpm]、C:推進用エンジン110のシリンダ数、S:推進用エンジン110のサイクル数(ストローク)である。
Here, F rated : basic frequency of engine noise at rated speed, N rated : rated speed [rpm], C: number of cylinders of
周波数上限設定部51は、算出された定格回転時の基本周波数に基づいて、解析対象周波数の上限(「カットオフ周波数」ともいう。)を設定する。定格回転時の基本周波数のρk倍の値までを解析対象とする場合、周波数上限設定部51は、式(2)および式(3)を用いてカットオフ周波数を算出し設定する。設定されたカットオフ周波数は、スペクトル除去部55により利用される(詳しくは後述する)。
ここで、Flim:カットオフ周波数、α:マージンである。 Here, F lim is a cutoff frequency, and α is a margin.
例えば、k=3,ρ3=2とした場合、定格回転数時の基本周波数の2倍にマージンαを加えた周波数までを解析対象とすることになる。なお、マージンαは、予め規定された値であってもよいし、ユーザが情報入力部20を介して設定した値であってもよい。
For example, in the case of k = 3 and = 2 3 = 2, analysis is performed up to a frequency obtained by adding a margin α to twice the fundamental frequency at the rated rotation speed. The margin α may be a value defined in advance or may be a value set by the user via the
音量フィルタ作成部52は、音量プロフィールに基づいて音量フィルタ(Sound Volume Filter:SVF)を作成する。音量プロフィールは、推進用エンジンおよび船舶に固有のものであり、推進用エンジン110の回転数と、船内騒音の音量との間の関係を示す。ここで、「音量」とは、船内騒音のパワースペクトルに対し、カットオフ周波数以下のパワー(周波数成分)を周波数方向に積算した値(積分値)のことである。なお、カットオフ周波数が設定されない場合、音量は全周波数についてパワースペクトルの値を積分した値である。
The volume
ここで、音量プロフィールの取得方法について説明する。まず、推進用エンジン110のアイドリング運転状態から定格速度運転状態まで、複数の回転数について船内騒音を録音する。この際、一つの回転数につき、船内騒音を複数回録音する。そして、各録音データをフーリエ変換してパワースペクトルを生成する。そして、各パワースペクトルについて音量を算出する。図4Aのグラフ中の縦棒は、音量のばらつきを示している。なお、図4Aにおいて、グラフの横軸は、推進用エンジン110の回転数を示しており、“100%”の回転数が定格回転数を示している(後述の図4Bおよび図5(a),(b)についても同様。)。
Here, the method of acquiring the volume profile will be described. First, inboard noises are recorded at a plurality of rotational speeds from the idling operation state of the
次に、各回転数の音量データに基づいて、近似曲線を求める。この近似曲線が音量プロフィールを示している。図4A中の実線の曲線は、音量プロフィールの一例を示している。多くの船舶では、自動車のトランスミッションのような可変速機構を有しないため(つまり、1速のみ)、このような音量プロフィールを取得することが可能である。 Next, an approximate curve is determined based on the volume data of each number of revolutions. This approximate curve shows the volume profile. The solid curve in FIG. 4A shows an example of the volume profile. In many vessels, it is possible to obtain such a volume profile, as it does not have a variable speed mechanism like the transmission of a car (ie only one gear).
ところで、音量は、推進用エンジン110の回転数が高くなるにつれて増大する。推進用エンジン110単体であれば、音量と回転数の関係は、比較的単純な数式で表現することができる。しかし、推進用エンジンが船舶に搭載された状態では、音量は船舶100の流体抵抗等の影響も受けるため、回転数に対して複雑に変化することになる。例えば、図4Aに示す音量プロフィールの近似曲線は、符号Hで示すコブを有するが、このコブは当該回転数(船速)において船体の流体抵抗が大きいことに起因して現れている。小型船の場合、船速(エンジン回転数)を上げていくと、数回のハンプ(船体抵抗の増減)を経た後に滑走状態となる。
By the way, the volume increases as the rotation speed of the
音量フィルタ作成部52は、取得した音量プロフィールに基づいて、以下のようにして音量フィルタを作成する。
The volume
まず、音量フィルタ作成部52は、図4Aに示すように、乖離幅ΔVratedを求める。この乖離幅ΔVratedは、所定の回転数における平均音量の値から最も乖離した音量値の乖離幅のことである。図4Aの例では、所定の回転数は定格回転数である。定格回転数における乖離幅は他の回転数における乖離幅よりも大きくなることが多い。このため、定格回転数における乖離幅を用いることで、回転数の推定精度を高めることができる。なお、音量フィルタ作成部52は、定格回転数以外の回転数における乖離幅を求めてもよい。
First, as shown in FIG. 4A, the volume
次に、音量フィルタ作成部52は、図4Bに示すように、音量プロフィールに±ΔVrated分の幅を上下に持たせたリミッタ線UL,LLを設定する。図4Bにおいて、リミッタ線ULは上側のリミッタ線であり、リミッタ線LLは、下側のリミッタ線である。
Next, as shown in FIG. 4B, the volume
その後、音量フィルタ作成部52は、図4Cに示すように、リミッタ線UL,LLを示すグラフの横軸(X軸)を周波数に変換することにより音量フィルタを作成する。このようにして作成された音量フィルタは、記憶部40に記憶される。
Thereafter, as shown in FIG. 4C, the volume
なお、音量フィルタの作成方法は上記に限られず、より簡易な方法を採ることも可能である。変形例に係る音量フィルタの作成方法について、図5を参照して説明する。この変形例では、アイドリング速度Nidle時の平均音量Va−idleと、定格速度Nrated運転時の平均音量Va−ratedの2点の情報から、音量プロフィールの近似概略線を作成する。音量プロフィールを示す線は、曲線であってもよいし、直線であってもよい。
In addition, the production method of a volume filter is not restricted above, It is also possible to adopt a simpler method. A method of creating a volume filter according to a modification will be described with reference to FIG. In this modification, creates a average volume V a-idle idling speed N idle, the
具体的には、まず、図5(a)に示すように、音量フィルタ作成部52は、アイドリング速度Nidle時の平均音量Va−idleを示す点Aと、定格速度Nrated運転時の平均音量Va−ratedを示す点Bとの2点を通る曲線C(音量プロフィール)を求める。曲線Cは、例えば、指数曲線または二次曲線である。
Specifically, first, as shown in FIG. 5A, the volume
次に、図5(b)に示すように、音量フィルタ作成部52は、乖離幅ΔVratedを求める。この乖離幅ΔVratedは、所定の回転数における平均音量の値から最も乖離した音量値の乖離幅である。ここでは、所定の回転数を定格回転数としている。その後、音量フィルタ作成部52は、図5(b)に示すように、音量プロフィールに±ΔVrated分の幅を上下に持たせたリミッタ線UL,LLを設定する。そして、図5(c)に示すように、音量フィルタ作成部52は、リミッタ線UL,LLのグラフの横軸(X軸)を周波数に変換することにより音量フィルタを作成する。
Next, as shown in FIG. 5B, the volume
本変形例によれば、アイドリング運転時と定格運転時の2点の情報のみから音量フィルタを作成するため、回転数の推定精度は低下するものの、簡易に音量フィルタを得ることができる。 According to this modification, since the volume filter is created from only the information of the two points at the idling operation and at the rated operation, the estimation accuracy of the rotational speed is lowered, but the volume filter can be easily obtained.
データ取得部53は、船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得する。データ取得部53は、録音データから切り出した音フレームデータを記憶部40に記憶させる。
The
データ取得時間は、音フレームデータの時間幅よりも短いことが好ましい。換言すれば、データ取得部53は、図6に示すように、互いに重複するように音フレームデータを取得してもよい。これにより、音フレームデータの時間幅(すなわち、周波数分解能)を確保しつつ、リアルタイム性を確保することができる。
The data acquisition time is preferably shorter than the time width of the sound frame data. In other words, as shown in FIG. 6, the
本実施形態では、データ取得部53は、図6に示すように、録音データSRDから、0.7〜0.8秒ごとに、長さが約1.5秒の音フレームデータSF1〜SF7を取得する。図6において、直近に取得された音フレームデータがSF7であり、その一つ前に取得されたデータがSF6である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
フーリエ変換部54は、音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成する。より詳しくは、フーリエ変換部54は、データ取得部53によって音フレームデータが取得されるたびに、高速フーリエ変換により当該音フレームデータの音フレームスペクトルを生成する。
The
なお、フーリエ変換部54は、生成された音フレームスペクトルのデータを記憶部40に記憶させてもよい。記憶された音フレームスペクトルは、例えば、第2の実施形態で説明する変動係数フィルタ処理において使用される。
The
スペクトル除去部55は、後述の平均化処理部56が複数の音フレームスペクトルの平均を取る前に、データ取得部53により取得された音フレームスペクトルのカットオフ周波数(Flim)以上の周波数成分を除去する。これにより、これ以降のデータ処理に伴う計算量を低減することができる。さらに、エンジン音に関係の無い周波数成分が除去されるので、推進用エンジン110の回転数の推定精度を向上させることができる。ただし、スペクトル除去部55は必須の構成ではない。
The
なお、スペクトル除去部55は、カットオフ周波数以上の周波数成分が除去された音フレームスペクトルのデータを記憶部40に記憶させてもよい。記憶された音フレームスペクトルは、例えば、第2の実施形態で説明する変動係数フィルタ処理において使用される。また、スペクトル除去部55は、発電用エンジン120の動作周波数を除去してもよい。発電用エンジン120は一定の回転数で回転するため、動作周波数も一定であり既知である。
The
平均化処理部56は、連続する所定個数の音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成する。本実施形態では、平均化処理部56は、直近から5個の音フレームスペクトルを用いて平均化処理を行う。図7は、算術平均をとった場合の平均音フレームスペクトルの一例を示している。図7に示すように、平均音フレームスペクトルには、基本周波数のピークを含む複数のピークが含まれる。なお、本実施形態では、平均音フレームスペクトルはカットオフ周波数以上の周波数成分を有しない。
The averaging
推進用エンジン110の回転数の推定精度を向上させる観点から、平均をとる音フレームスペクトルの数(所定個数)は多いほど好ましいが、少なくとも2個であればよい。なお、後述の変動係数フィルタ処理を行う観点からは、所定個数は3個以上であることが好ましい。本実施形態では、5個の音フレームスペクトルの平均を取ることにより平均音フレームスペクトルを生成する。したがって、図6からも分かるように、平均音フレームスペクトルは、約4.5秒前から現在までの録音データを利用して生成される。
From the viewpoint of improving the estimation accuracy of the rotation speed of the
なお、スペクトル除去部55が設けられていない場合、平均化処理部56は、フーリエ変換部54により生成された音フレームスペクトルをそのまま平均化する。また、平均化処理部56は、算術平均に限らず、幾何平均などの他の平均化処理により平均音フレームスペクトルを生成してもよい。
When the
音量フィルタ処理部57は、音量フィルタ作成部52により作成された音量フィルタと、平均音フレームスペクトルの音量とに基づいて、推進用エンジン110の動作周波数帯を推定する。図8において、「通過帯」と表記された帯域は動作周波数帯を示し、実測音量線SLは平均化処理部56により生成された平均音フレームスペクトルの音量(すなわち、パワースペクトルの積分値)を示している。図8に示すように、通過帯の下限周波数は実測音量線SLと上側のリミッタ線ULとの交点の周波数であり、通過帯の上限周波数は実測音量線SLと下側のリミッタ線LLとの交点の周波数である。
The volume
なお、平均音フレームスペクトルの音量は、音量フィルタ処理部57が、平均化処理部56により生成された平均音フレームスペクトルに基づいて算出する。これに限らず、平均化処理部56など、制御部50の他の機能部が平均音フレームスペクトルの音量を算出してもよい。
The volume of the average sound frame spectrum is calculated by the volume
動作周波数帯を推定した後、音量フィルタ処理部57は、平均音フレームスペクトルのうち、推定された動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得する。この通過スペクトルは、1つまたは複数のピークを有し、推進用エンジン110の基本周波数のピークを含む。
After estimating the operating frequency band, the volume
ピーク抽出部58は、通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出する。通過スペクトルは、動作周波数帯において、周波数方向に等間隔に並ぶ数値(パワーレベル)の集合である。ピーク抽出部58は、この集合からピーク(局所的な最大値)の周波数を抽出する。すなわち、第1のピーク群のデータは、各ピークの周波数値の集合である。
The
回転数算出部59は、ピーク抽出部58により抽出された第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、推進用エンジン110の回転数を算出する。具体的には、式(4)を用いて、推進用エンジン110の回転数を算出する。
ここで、N:推進用エンジン110の回転数[rpm]、C:シリンダ数、S:サイクル数(ストローク)、F:抽出されたピークの周波数である。
Here, N: rotational speed [rpm] of
<船舶エンジン回転数推定方法>
第1の実施形態に係る船舶エンジン回転数推定装置1の処理動作を、図9および図10のフローチャートに沿って説明する。図9は、事前準備に係る処理フローを示し、図10は、推進用エンジン110の回転数推定に係る処理フローを示している。
<Ship engine speed estimation method>
The processing operation of the marine engine rotational
まず、図9を参照して、事前準備に係る処理フローについて説明する。 First, with reference to FIG. 9, the process flow concerning prior preparation will be described.
周波数上限設定部51は、前述したようにして、推進用エンジン110の定格回転数時の基本周波数を算出し、算出した基本周波数に基づいてカットオフ周波数(Flim)を設定する(ステップS1)。
The frequency upper
次に、音量フィルタ作成部52は、前述したようにして、音量プロフィールに基づいて音量フィルタを作成する(ステップS2)。
Next, the volume
なお、ステップS1とステップS2の順番を入れ替えてもよい。 The order of step S1 and step S2 may be switched.
次に、図10を参照して推進用エンジン110の回転数推定に係る処理フローについて説明する。
Next, referring to FIG. 10, a process flow relating to the estimation of the number of revolutions of the
まず、データ取得部53は、船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得する(ステップS11)。
First, the
次に、フーリエ変換部54は、ステップS11で取得された音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成する(ステップS12)。
Next, the
次に、スペクトル除去部55は、ステップS12で取得された音フレームスペクトルのカットオフ周波数(Flim)以上の周波数成分を除去する(ステップS13)。
Next, the
次に、平均化処理部56は、連続する所定個数の音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成する(ステップS14)。
Next, the averaging
次に、音量フィルタ処理部57は、ステップS2で作成された音量フィルタと、ステップS14で生成された平均音フレームスペクトルの音量とに基づいて、推進用エンジン110の動作周波数帯を推定し、平均音フレームスペクトルのうち、推定された動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得する(ステップS15)。
Next, the volume
次に、ピーク抽出部58は、ステップS15で取得された通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出する(ステップS16)。
Next, the
次に、制御部50は、ステップS16で抽出された第1のピーク群に含まれるピークの数が1つであるか否かを判定する(ステップS17)。そして、第1のピーク群に含まれるピークの数が1つである場合(S17:Yes)、回転数算出部59は、当該ピーク(特定されたピーク)の周波数に基づいて、推進用エンジン110の回転数を算出する(ステップS18)。特定されたピークの周波数がエンジン音の基本周波数であるため、推進用エンジン110の回転数を算出することができる。
Next, the
一方、第1のピーク群に含まれるピークの数が複数である場合(S17:No)、絞り込み処理を行う(ステップS20)。この処理内容は、第2の実施形態で説明する。 On the other hand, when the number of peaks included in the first peak group is plural (S17: No), narrowing-down processing is performed (step S20). The contents of this process will be described in the second embodiment.
以上説明したように、第1の実施形態では、音量フィルタ処理部57が、予め作成された音量フィルタと、平均音フレームスペクトルの音量とに基づいて、推進用エンジン110の動作周波数帯を推定し、音量フィルタ処理部57が、平均音フレームスペクトルのうち、推定された動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得し、回転数算出部59が、通過スペクトルのピークの周波数に基づいて推進用エンジン110の回転数を算出する。このように、第1の実施形態によれば、事前学習された船舶に固有の音量フィルタを用いることで、船内騒音から推進用エンジン110の回転数を高精度に推定することができる。
As described above, in the first embodiment, the volume
(第2の実施形態)
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。本実施形態では、図11に示すように、通過スペクトルから抽出された第1のピーク群が複数のピークを含む場合に、ピークの絞り込み処理を行い、基本周波数のピークを特定する。以下、第1の実施形態との相違点を中心に第2の実施形態について説明する。船舶エンジン回転数推定装置1のうち制御部50以外の構成要素については、第1の実施形態と同様であるので詳しい説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, when the first peak group extracted from the pass spectrum includes a plurality of peaks, the peaks are narrowed down to identify the peak of the fundamental frequency. Hereinafter, the second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment. About components other than control
図12を参照して、第2の実施形態に係る制御部50Aについて説明する。
The
制御部50Aは、制御部50の各部(周波数上限設定部51ないし回転数算出部59)に加えて、移動平均処理部61と、ピーク抽出部(第2のピーク抽出部)62と、倍周波処理部63と、変動係数フィルタ処理部64とを有している。なお、図12において、制御部50と共通する構成は図示していない。制御部50Aの各部は、船舶エンジン回転数推定装置1内のプロセッサが所定のプログラム(例えば、スマートフォンのアプリ)を実行することにより実現される。なお、これらの機能部のうち、少なくともいずれか1つが船舶エンジン回転数推定装置1内のハードウェアによって実現されてもよい。
以下、制御部50Aで新たに追加された各部について詳細に説明する。
Hereinafter, each unit newly added by the
移動平均処理部61は、平均化処理部56により生成された平均音フレームスペクトルの移動平均スペクトルを求める。そして、移動平均処理部61は、平均音フレームスペクトルから、求めた移動平均スペクトルを差し引くことにより音フレーム差分スペクトルを生成する。図13は、平均音フレームスペクトル(算術平均)を破線で示し、移動平均スペクトルを実線で示している。図14は、音フレーム差分スペクトルを実線で示している。
The moving
さらに、移動平均処理部61は、音フレーム差分スペクトルのうち、所定のバイアス線以下の部分を除去する。図14では、バイアス線を一点鎖線で示している。本実施形態では、バイアス線は、推進用エンジン110のアイドリング運転時の音量に基づいて設定される。このように、バイアス線で音フレーム差分スペクトルの足切りを行うことにより、図15に示すように、比較的高い複数のピークを有するパワースペクトルを得ることができる。なお、バイアス線による音フレーム差分スペクトルの一部除去は必須ではない。また、他の方法によりバイアス線を設定してもよい。
Furthermore, the moving
ピーク抽出部62は、移動平均処理部61により生成された音フレーム差分スペクトルから、複数のピークを第2のピーク群として抽出する。音フレーム差分スペクトルは、周波数方向に等間隔に並ぶ数値(パワーレベル)の集合である。ピーク抽出部62は、この集合からピーク(局所的な最大値)の周波数を抽出する。
The
ピーク抽出部62により抽出された第2のピーク群は、推進用エンジン110の基本周波数の整数倍および半整数倍(すなわち、1.0倍,1.5倍,2.0倍・・・)の周波数のピークを含む。
The second peak group extracted by the
倍周波処理部63は、第1の実施形態で説明したピーク抽出部58により抽出された第1のピーク群に複数のピークが含まれる場合、第1のピーク群および第2のピーク群に基づいて、第1のピーク群から、推進用エンジン110の基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出する。
In the case where the first peak group extracted by the
すなわち、倍周波処理部63は、第1のピーク群に含まれる複数のピーク(基本周波数の候補)と、第2のピーク群に含まれる複数のピーク(基本周波数とその整数倍および半整数倍のピークを含む。)とを比較して、第1のピーク群に含まれる複数のピークを基本周波数の整数倍および半整数倍の周波数を有するピーク群に絞り込む。
That is, the
ここで、倍周波処理部63による倍周波処理について詳しく説明する。
Here, the frequency doubling processing by the frequency doubling
まず、第1のピーク群のデータ(各ピークの周波数値の集合)から行列Fを作成する。この行列Fは、1行n列の行列であり、式(5)で表される。
ここで、f1,f2,・・・,fnは、第1のピーク群に含まれるピークの周波数値であり、nは第1のピーク群に含まれるピークの数である。 Here, f 1 , f 2 ,..., F n are frequency values of peaks included in the first peak group, and n is the number of peaks included in the first peak group.
例えば、行列Fは、F=(72.7, 76.0, 78.7, 81.4, 82.8, 86.8, 88.8)である。 For example, the matrix F is F = (72.7, 76.0, 78.7, 81.4, 82.8, 86.8, 88.8).
次に、行列Fの要素の逆数の要素を有する行列Aを作成する。この行列Aは、n行1列の行列であり、式(6)で表される。
次に、第2のピーク群のデータ(各ピークの周波数値の集合)から行列Bを作成する。この行列Bは、1行m列の行列であり、式(7)で表される。
ここで、b1,b2,・・・,bmは、第2のピーク群に含まれるピークの周波数値であり、mは第2のピーク群に含まれるピークの数である。 Here, b 1 , b 2 ,..., B m are frequency values of peaks included in the second peak group, and m is the number of peaks included in the second peak group.
例えば、行列Bは、B=(57.9, 61.2, 72.7, 86.8, 88.8, 101.6, 103.0, 115.7, 129.9, 131.9, 135.9, 144.7, 159.5, 173.6, 175.6, 188.4)である。 For example, the matrix B is B = (57.9, 61.2, 72.7, 86.8, 88.8, 101.6, 103.0, 115.9, 129.9, 135.9, 144.7, 159.5, 173.6, 175.6, 188.4).
次に、行列Aと行列Bの積を計算し、行列Xとする。この行列Xは、式(8)に示すように、n行m列の行列である。
次に、行列Xに対して、ρk倍音フィルタ(倍音バンドパスフィルタ)を用意する。許容誤差±e%とした場合における、ρk倍音フィルタのバンド幅(通過帯)は、式(9)で表される。
ρk倍音フィルタとして、k(=2ρk−1)個のバンドパスフィルタが用意される。例えば、定格回転数時の基本周波数の2倍の周波数までを解析対象としていた場合(すなわち、ρ3=2の場合)、3個の倍音バンドパスフィルタ(1.0倍、1,5倍、2.0倍のフィルタ)を用意する。なお、式(9)の中辺は行列Xの(n,m)成分を示しているが、これは一例であり、後述のように中辺には行列Xの各成分が入り、ρk倍音フィルタを通過するか否かが判定される。 As a k k harmonics filter, k (= 2 用意k -1) number of band pass filters are prepared. For example, when the analysis target is up to twice the fundamental frequency at the rated rotation speed (ie, in the case of 3 3 = 2), three overtone band pass filters (1.0 times, 1, 5 times, etc.) Prepare a 2.0x filter). Although the middle side of equation (9) indicates the (n, m) component of matrix X, this is an example, and each component of matrix X enters the middle side as described later, and ρ k harmonics It is determined whether to pass the filter.
式(9)より、1.0倍のフィルタのバンド幅は、0.95≦bm/fn≦1.05である。同様に、1.5倍のフィルタのバンド幅は、1.425≦bm/fn≦1.575であり、2.0倍のフィルタのバンド幅は、1.90≦bm/fn≦2.10である。 From equation (9), the bandwidth of the 1.0-fold filter is 0.95 ≦ b m / f n ≦ 1.05. Similarly, the bandwidth of the 1.5 × filter is 1.425 ≦ b m / f n ≦ 1.575, and the bandwidth of the 2.0 × filter is 1.90 ≦ b m / f n It is ≦ 2.10.
次に、用意した倍音バンドパスフィルタの各々に行列Xを通す。具体的には、行列Xの各要素の値が、各倍音バンドパスフィルタのバンド幅に入るか否かをそれぞれ判定する。そして、いずれかの倍音バンドパスフィルタを通過した要素の数値はそのままにし、一方、いずれの倍音バンドパスフィルタのバンド幅も通過しない要素は0とすることにより、行列Yを作成する。図16(a)は行列Xの各要素を示し、図16(b)は行列Yの各要素の一例を示している。図16(b)において、いずれの倍音バンドパスフィルタのバンド幅も通過しない要素が0になっている。 Next, the matrix X is passed through each of the prepared overtone band pass filters. Specifically, it is determined whether the value of each element of the matrix X falls within the bandwidth of each overtone band pass filter. Then, the matrix Y is created by leaving the numerical values of the elements that have passed through any overtone band pass filter unchanged, while setting the elements that do not pass through the bandwidth of any overtone band pass filter to be 0. FIG. 16A shows each element of the matrix X, and FIG. 16B shows an example of each element of the matrix Y. In FIG. 16 (b), the element which does not pass the bandwidth of any harmonic over band pass filter is zero.
次に、行列Yを行ごとにn個の行列Y1,Y2,・・・,Ynに分解する。分解された各行列は、1行m列の行列である。図16(b)の例では、行列Y2=(b1/f2,0,0,・・・,0)である
次に、行列Yp(p=1,2,・・・n)において、第1列から第m列までの各要素を合計し、その合計値が所定の閾値tを下回った場合、その行列Ypを廃棄する(すなわち、計算処理対象の処理外とする)。
Next, the matrix Y is decomposed into n matrices Y 1 , Y 2 ,..., Y n row by row. Each of the decomposed matrices is a 1-by-m matrix. In the example of FIG. 16B, the matrix Y 2 = (b 1 / f 2 , 0, 0, ..., 0) Next, the matrix Y p (p = 1, 2, ... n) The elements from the first column to the m-th column are summed up, and the matrix Y p is discarded (that is, outside the process subject to calculation processing) when the total value falls below a predetermined threshold t.
なお、閾値tは、例えば、次の式(10)および式(11)で与えられる。これらの式を用いることにより、計算処理の軽量化と精度の向上を図ることができる。
例えば、ρ3=2,e=5の場合、t=2.375である。 For example, in the case of 3 3 = 2, e = 5, t = 2.375.
一方、第1列から第m列までの各要素の合計値が閾値t以上になった場合は、式(12)に示すように、その行列Ypに対して行列Fの要素fp(スカラー値)を乗じる。式(12)の例では、2つの要素b1とbmが基本周波数の候補として抽出されている。
行列Y1から行列Ynについて上記の計算処理を行い、0ではない要素が1つだけに絞られた場合、その値が推進用エンジン110の基本周波数として特定される。
Perform the above calculation processing for the matrix Y n from the matrix Y 1, if not
上記の倍周波処理により、第1のピーク群に含まれる複数のピークから、基本周波数の整数倍および半整数倍のピークが抽出される。例えば、定格回転数時における基本周波数の2倍の周波数までを解析対象とした場合(すなわち、k=3,ρ3=2の場合)、第1のピーク群に含まれる複数のピークのうち、基本周波数の1.0倍、1.5倍または2.0倍のピークに相当するものが抽出される。 By the above-mentioned double frequency processing, peaks of integral multiples and half integral multiples of the fundamental frequency are extracted from the plurality of peaks included in the first peak group. For example, in the case where up to a frequency twice as high as the fundamental frequency at the rated rotation speed is set as the analysis target (that is, in the case of k = 3, 3 3 = 2), among the plurality of peaks included in the first peak group A peak corresponding to a peak 1.0 times, 1.5 times or 2.0 times the fundamental frequency is extracted.
上記のように、倍周波処理部63は、第1のピーク群に含まれる各ピークの周波数の逆数を要素とする第1の行列ATと、第2のピーク群に含まれる各ピークの周波数を要素とする第2の行列Bとの積を計算し、この計算で得られた行列Xの各要素bm/fnが、倍音バンドパスフィルタごとに設定された所定の数値範囲(通過帯)内にあるか否かを判定することにより、1行m列の行列Yp(p=1,2,・・・,n)を作成する。そして、要素の和が閾値t以上となる行列Ypに対してスカラー値fpを乗じる。これにより、推進用エンジン110の基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出する。倍周波処理により、ただ一つのピークが抽出された場合には、そのピークが推進用エンジン110の基本周波数として特定される。
As described above, the
すなわち、上記の倍周波処理により第1のピーク群に含まれるピークの数が1つに絞れた場合、回転数算出部59は、第1の実施形態で説明したように式(4)を用いて、当該ピークの周波数に基づいて、推進用エンジン110の回転数を算出する。
That is, when the number of peaks included in the first peak group is narrowed to one by the above-described frequency doubler processing, the rotation
次に、変動係数フィルタ処理部64について説明する。
Next, the variation coefficient
変動係数フィルタ処理部64は、倍周波処理により一つのピークに絞れなかった場合に変動係数フィルタ処理を行って基本周波数を特定する。変動係数フィルタ処理では、記憶部40に記憶された所定個数の音フレームスペクトルを参照し、ピークのパワー(レベル)変動が大きいものを基本周波数の候補から除外する。
The variation coefficient
より詳しくは、変動係数フィルタ処理部64は、倍周波処理部63により複数のピークが抽出された場合、各ピークの周波数ごとに、所定個数(本実施形態では5個)の音フレームスペクトルのピークパワーの変動を示す変動係数(後述のCVfp)を算出する。そして、各ピークの周波数に対して算出された複数の変動係数に基づいて、推進用エンジン110の基本周波数を決定する。
More specifically, when the multiple
変動係数フィルタ処理について、以下に詳しく説明する。 The variation coefficient filter process will be described in detail below.
変動係数フィルタ処理部64は、倍周波処理部63により作成された行列Ypに残った0以外の要素(基本周波数候補の周波数)を、音フレームスペクトルに含まれるピーク周波数の参照値とする。そして、所定個数の音フレームスペクトルの各々から、参照値に合致する周波数のパワーを抽出する。図17は、5個の音フレームスペクトルについて、参照値(周波数fp)に合致する周波数のパワー値Pfp j(j=1,2,3,4,5)を示している。なお、ここで使用される音フレームスペクトルは、例えば、フーリエ変換部54またはスペクトル除去部55により記憶部40に記憶されたものである。
The variation coefficient
変動係数フィルタ処理部64は、前述の参照値と、音フレームスペクトルから抽出したパワー値を用いて、変動係数CVfpを算出する。この変動係数CVfpは、周波数fpにおけるパワーの変動を表す。
The variation coefficient
まず、変動係数フィルタ処理部64は、式(13)を用いて、周波数fpのパワーの平均値を算出する。
ここで、J:音フレームスペクトルの所定個数、Pfp j:j個目(j=1,2,・・・,J)の周波数fpにおけるパワーである。なお、本実施形態ではJ=5である。 Here, J is a predetermined number of sound frame spectra, P fp j is the power at the frequency f p of the j-th (j = 1, 2,..., J). In the present embodiment, J = 5.
次に、変動係数フィルタ処理部64は、周波数fpにおけるパワーの変動を表す変動係数CVfpを式(14)により算出する。
そして、変動係数フィルタ処理部64は、最終的な評価尺度CVpを式(15)により算出する。
ここで、CVρfpは、基本周波数候補fpのρ倍の周波数の変動係数を表している。例えば、fpより1/2オクターブ高い周波数(すなわちfpの1.5倍の周波数)の変動係数をCV1.5fpと表し、fpより1オクターブ高い周波数(すなわちfpの2.0倍の周波数)の変動係数をCV2.0fpと表す。関数minは引数のうち最も小さい値を返す関数である。 Here, CV fp fp represents a coefficient of variation of ρ times the fundamental frequency candidate f p . For example, a variation coefficient of 1/2 octave higher frequency than f p (i.e. 1.5 times the frequency of f p) represents the CV 1.5fp, 1 octave higher frequency than f p (i.e. 2.0 times the f p The variation coefficient of the frequency of f) is expressed as CV 2.0 fp . The function min is a function that returns the smallest value among the arguments.
変動係数フィルタ処理部64は、評価尺度CVpが最小である基本周波数候補fpを推進用エンジン110の基本周波数として決定する。
Variation coefficient
上記のようにして変動係数フィルタ処理により基本周波数が決定されると、回転数算出部59は、第1の実施形態で説明した式(4)を用いて、変動係数フィルタ処理部64により決定されたピークの周波数(基本周波数)に基づいて、推進用エンジン110の回転数を算出する。
When the fundamental frequency is determined by the variation coefficient filtering process as described above, the rotation
なお、基本周波数候補の周波数fpが発電用エンジン120の基本周波数に近い場合は、うなり現象が生じることにより、上記の変動係数フィルタ処理に悪影響を及ぼすおそれがある。すなわち、発電用エンジン120の基本周波数の周辺の周波数領域において、抽出されるパワー値が大きく変動し、その結果、変動係数の値が大きくなり、推進用エンジン110の基本周波数を正確に決定することが困難になる。
Incidentally, when the frequency f p of the fundamental frequency candidate is close to the fundamental frequency of the generator engine 120, by beat phenomenon occurs, it may adversely affect the above variation coefficient filtering. That is, in the frequency region around the fundamental frequency of the power generation engine 120, the extracted power value largely fluctuates, as a result, the value of the variation coefficient becomes large, and the fundamental frequency of the
そこで、参照値に合致する周波数のパワーのうち、当該周波数のパワー平均値からの乖離幅が大きいものは、変動係数CVfpの計算対象から除外し、その後に変動係数CVfpを計算することが好ましい。例えば、変動係数CVfpを計算する前に、抽出されたパワー値のうち最大のものと最小のものを計算対象から除外してもよい。この場合、式(14)中のJは、2個のパワー値が除外されるため、J−2となる。図18(a)は音フレームスペクトルから抽出された5個のパワー値を示し、図18(b)は最大のパワー値(j=2)と最小のパワー値(j=3)を除外した3個のパワー値を示している。この例では、j=1,4,5のパワー値を用いて変動係数を算出する。 Therefore, among the power in the frequency matching the reference value, that divergence from the power average value of the frequency is large, that excluded from the calculation target of the coefficient of variation CV fp, to calculate the coefficient of variation CV fp subsequently preferable. For example, before calculating the variation coefficient CV fp , the maximum and the minimum of the extracted power values may be excluded from the calculation target. In this case, J in equation (14) is J-2 because two power values are excluded. FIG. 18 (a) shows five power values extracted from the sound frame spectrum, and FIG. 18 (b) shows three power values excluding the maximum power value (j = 2) and the minimum power value (j = 3). Power values are shown. In this example, the coefficient of variation is calculated using power values of j = 1, 4, 5.
上記のように、変動係数フィルタ処理部64は、変動係数CVfpを算出する前に、所定個数の音フレームスペクトルのピークパワーの平均値を求め、この平均値からの乖離幅に基づいて所定個数のピークパワーのうち一部を変動係数CVfpの計算対象から除去する。平均値からの乖離幅が大きいパワー値(最大値、最小値など)を除外してから変動係数CVfpを計算することで、推進用エンジン110と発電用エンジン120の騒音間でうなりが生じている場合であっても、発電用エンジン120の騒音の影響を抑制し、推進用エンジン110の基本周波数を精度良く決定することができる。
As described above, before calculating the variation coefficient CV fp , the variation coefficient
<船舶エンジン回転数推定方法>
第2の実施形態に係る船舶エンジン回転数推定装置1の処理動作(絞り込み処理)を、図19のフローチャートに沿って説明する。
<Ship engine speed estimation method>
The processing operation (stop-down processing) of the marine engine rotational
まず、移動平均処理部61は、平均音フレームスペクトルの移動平均スペクトルを求め、平均音フレームスペクトルから移動平均スペクトルを差し引くことにより音フレーム差分スペクトルを生成する(ステップS21)。
First, the moving
次に、ピーク抽出部62は、ステップS21で生成された音フレーム差分スペクトルから、複数のピークを第2のピーク群として抽出する(ステップS22)。
Next, the
次に、倍周波処理部63は、ステップS16で抽出された第1のピーク群、およびステップS22で抽出された第2のピーク群に基づいて、第1のピーク群から、推進用エンジン110の基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出する(ステップS23)。
Next, based on the first peak group extracted in step S16 and the second peak group extracted in step S22, the frequency
次に、次に、制御部50Aは、ステップS23で抽出されたピークの数が1つであるか否かを判定する(ステップS24)。そして、ピーク数が1つである場合(S24:Yes)、ステップS18に戻り、回転数算出部59は、当該ピーク(特定されたピーク)の周波数に基づいて、推進用エンジン110の回転数を算出する。
Next, the
一方、ピーク数が複数である場合(S24:No)、変動係数フィルタ処理部64が変動係数フィルタ処理を行う(ステップS25)。変動係数フィルタ処理により、基本周波数が特定される。ステップS25の後、ステップS18に戻り、変動係数フィルタ処理により特定された基本周波数に基づいて推進用エンジン110の回転数が算出される。
On the other hand, when the number of peaks is more than one (S24: No), the variation coefficient
以上説明したように、第2の実施形態では、倍周波処理や変動係数フィルタ処理を行うことにより、第1の実施形態で説明した通過スペクトルに含まれる複数の周波数成分から基本周波数を特定する。倍周波処理では、推進用エンジンのエンジン音のパワースペクトルが基本周波数の整数倍および半整数倍の周波数成分を有するという知見を利用して基本周波数の候補を絞り込む。変動係数フィルタ処理では、基本周波数の音は定常的に発生しているのに対し、それ以外の音(波、風、船内設備の発生音など)は発生したり止んだりするという特性を利用して基本周波数の候補を絞り込む。また、発電用エンジン120の動作周波数が推進用エンジン110のそれに近く、うなりが発生している状況であっても、うなりの周波数成分はレベル変動が比較的大きいため、変動係数フィルタ処理によって除去することが可能である。
As described above, in the second embodiment, the fundamental frequency is specified from the plurality of frequency components included in the pass spectrum described in the first embodiment by performing the frequency doubling process and the variation coefficient filtering process. In the double frequency processing, the candidate of the fundamental frequency is narrowed down using the knowledge that the power spectrum of the engine sound of the propulsion engine has integral multiples and half integral multiples of the fundamental frequency. In the variation coefficient filtering process, while the sound of the fundamental frequency is constantly generated, the other sounds (waves, wind, sounds generated by inboard equipment, etc.) are generated or stopped. Narrow down the candidates for the fundamental frequency. Further, even if the operating frequency of the power generation engine 120 is close to that of the
よって、第2の実施形態によれば、第1のピーク群に複数のピークが含まれる場合であっても、基本周波数のピークを特定し、推進用エンジン110の回転数を高精度に推定することができる。
Therefore, according to the second embodiment, even if the first peak group includes a plurality of peaks, the peak of the fundamental frequency is specified, and the number of revolutions of the
以上説明したように、本発明によれば、船内騒音から推進用エンジンの回転数を精度良く推定することができる。これにより、例えば、船舶の速度と推定された回転数とに基づいて推進用エンジンの異常を検知することが可能になる。 As described above, according to the present invention, the rotational speed of the propulsion engine can be accurately estimated from the inboard noise. This makes it possible, for example, to detect an abnormality in the propulsion engine based on the speed of the ship and the estimated number of revolutions.
上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。 Although one skilled in the art may conceive of additional effects and various modifications of the present invention based on the above description, aspects of the present invention are not limited to the embodiments described above. Various additions, modifications and partial deletions are possible without departing from the conceptual idea and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and the equivalents thereof.
上述した実施形態で説明した船舶エンジン回転数推定装置1の制御部50,50Aの少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、制御部50,50Aの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
At least a part of the
また、制御部50,50Aの少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
Further, a program for realizing at least a part of the functions of the
また、互いに通信接続された複数の情報処理装置によって、船舶エンジン回転数推定装置1を構成してもよい。例えば、船舶エンジン回転数推定装置1と通信接続された情報処理装置が、船舶エンジン回転数推定装置1のデータ処理機能の少なくとも一部を有するようにしてもよい。
Moreover, you may comprise the ship engine rotation
1 船舶エンジン回転数推定装置
10 音入力部
20 情報入力部
30 情報出力部
40 記憶部
50 制御部
51 周波数上限設定部
52 音量フィルタ作成部
53 データ取得部
54 フーリエ変換部
55 スペクトル除去部
56 平均化処理部
57 音量フィルタ処理部
58 ピーク抽出部
59 回転数算出部
61 移動平均処理部
62 ピーク抽出部
63 倍周波処理部
64 変動係数フィルタ処理部
100 船舶
110 推進用エンジン
120 発電用エンジン
130 発電機
140 プロペラ
Flim カットオフ周波数
LL,UL リミッタ線
SL 実測音量線
SF1〜SF7 音フレームデータ
1 ship engine rotation
Claims (11)
前記推進用エンジンのエンジン音を含む船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得するデータ取得部と、
前記音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成するフーリエ変換部と、
連続する所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成する平均化処理部と、
前記推進用エンジンの回転数と前記船内騒音の音量との間の関係を示す音量プロフィールに基づいて作成された音量フィルタ、および前記平均音フレームスペクトルの音量に基づいて前記推進用エンジンの動作周波数帯を推定し、前記平均音フレームスペクトルのうち前記動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得する音量フィルタ処理部と、
前記通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出する第1のピーク抽出部と、
前記第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出する回転数算出部と、
を備えることを特徴とする船舶エンジン回転数推定装置。 A ship engine rotation speed estimation device for estimating the rotation speed of a ship propulsion engine, comprising:
A data acquisition unit for acquiring sound frame data having a predetermined time width for each predetermined data acquisition time from sound recording data obtained by recording inboard noise including the engine sound of the propulsion engine;
A Fourier transform unit that generates a sound frame spectrum by Fourier transforming the sound frame data;
An averaging processing unit that generates an average sound frame spectrum by taking an average of a predetermined number of consecutive sound frame spectra;
A volume filter created based on a volume profile indicating the relationship between the number of revolutions of the propulsion engine and the volume of the inboard noise, and the operating frequency band of the propulsion engine based on the volume of the average sound frame spectrum A volume filter processing unit for estimating a passing spectrum that passes through the operating frequency band in the average sound frame spectrum;
A first peak extraction unit that extracts one or more peaks included in the pass spectrum as a first peak group;
A number-of-rotations calculation unit that calculates the number of rotations of the propulsion engine based on the frequency of the peak when the number of peaks included in the first peak group is one;
A ship engine rotational speed estimation device comprising:
前記所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取る前に、前記音フレームスペクトルの前記上限以上の周波数成分を除去するスペクトル除去部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の船舶エンジン回転数推定装置。 Based on the number of cylinders of the propulsion engine, the number of cycles and the rated number of revolutions, the fundamental frequency at the rated rotational speed of the propulsion engine is calculated, and the upper limit of the frequency to be analyzed is set based on the fundamental frequency Setting section,
A spectrum removal unit that removes frequency components above the upper limit of the sound frame spectrum before taking an average of the predetermined number of sound frame spectra;
The ship engine rotational speed estimation device according to claim 1, further comprising:
前記音フレーム差分スペクトルから複数のピークを第2のピーク群として抽出する第2のピーク抽出部と、
前記第1のピーク群に複数のピークが含まれる場合、前記第1のピーク群および前記第2のピーク群に基づいて、前記第1のピーク群から、前記推進用エンジンの基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出する倍周波処理部と、をさらに備え、
前記倍周波処理部により抽出されたピークの数が1つの場合、前記回転数算出部は、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の船舶エンジン回転数推定装置。 A moving average processing unit that generates a sound frame difference spectrum by obtaining a moving average spectrum of the average sound frame spectrum and subtracting the moving average spectrum from the average sound frame spectrum;
A second peak extraction unit that extracts a plurality of peaks as a second peak group from the sound frame difference spectrum;
When a plurality of peaks are included in the first peak group, an integer multiple of the fundamental frequency of the propulsion engine from the first peak group based on the first peak group and the second peak group And a multiple frequency processing unit that extracts half and half integer multiple peaks,
When the number of peaks extracted by the double frequency processing unit is one, the rotation speed calculation unit calculates the rotation speed of the propulsion engine based on the frequency of the peak. The ship engine rotational speed estimation apparatus in any one of -4.
前記第1のピーク群に含まれる各ピークの周波数の逆数を要素とする第1の行列と、前記第2のピーク群に含まれる各ピークの周波数を要素とする第2の行列との積を計算し、
前記計算で得られた行列の各要素が前記基本周波数の整数倍および半整数倍の倍音バンドパスフィルタのバンド幅にあるか否かを判定することにより第3の行列が作成され、前記第3の行列に基づいて前記推進用エンジンの基本周波数の整数倍および半整数倍のピークを抽出することを特徴とする請求項5または6に記載の船舶エンジン回転数推定装置。 The frequency doubler processing unit
A product of a first matrix whose element is the inverse of the frequency of each peak contained in the first peak group and a second matrix whose element is the frequency of each peak contained in the second peak group Calculate
A third matrix is created by determining whether each element of the matrix obtained by the calculation is within the bandwidth of the harmonic multiple band pass filter of integral multiple and half integral multiple of the fundamental frequency, the third matrix The ship engine rotation speed estimation device according to claim 5 or 6, wherein peaks of integral multiples and half integral multiples of the fundamental frequency of the propulsion engine are extracted based on the matrix of.
前記回転数算出部は、前記変動係数フィルタ処理部により決定されたピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出することを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の船舶エンジン回転数推定装置。 When a plurality of peaks are extracted by the frequency doubler, a variation coefficient indicating variation of peak power of the predetermined number of sound frame spectra is calculated for each frequency of each peak, and the frequency of each peak is calculated. The apparatus further comprises a variation coefficient filter processing unit that determines the fundamental frequency of the propulsion engine based on the plurality of variation coefficients calculated.
The said rotation speed calculation part calculates the rotation speed of the said engine for propulsion based on the frequency of the peak determined by the said variation coefficient filter process part, It is characterized by the above-mentioned. Ship engine speed estimation device.
前記推進用エンジンのエンジン音を含む船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得するステップと、
前記音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成するステップと、
連続する所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成するステップと、
前記推進用エンジンの回転数と前記船内騒音の音量との間の関係を示す音量プロフィールに基づいて作成された音量フィルタ、および前記平均音フレームスペクトルの音量に基づいて前記推進用エンジンの動作周波数帯を推定し、前記平均音フレームスペクトルのうち前記動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得するステップと、
前記通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出するステップと、
前記第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出するステップと、
を備えることを特徴とする船舶エンジン回転数推定方法。 A ship engine rotational speed estimation method for estimating the rotational speed of a ship propulsion engine, comprising:
Acquiring sound frame data having a predetermined time width from sound recording data obtained by recording inboard noise including the engine sound of the propulsion engine at predetermined data acquisition times;
Generating a sound frame spectrum by Fourier transforming the sound frame data;
Generating an average sound frame spectrum by averaging a predetermined number of successive sound frame spectra;
A volume filter created based on a volume profile indicating the relationship between the number of revolutions of the propulsion engine and the volume of the inboard noise, and the operating frequency band of the propulsion engine based on the volume of the average sound frame spectrum Estimating a passing spectrum that passes through the operating frequency band in the average sound frame spectrum;
Extracting one or more peaks included in the pass spectrum as a first peak group;
Calculating the number of revolutions of the propulsion engine based on the frequency of the peak if the number of peaks included in the first peak group is one;
A ship engine rotational speed estimation method comprising:
前記推進用エンジンのエンジン音を含む船内騒音を録音した録音データから、所定のデータ取得時間ごとに、所定の時間幅を有する音フレームデータを取得するステップと、
前記音フレームデータをフーリエ変換することにより、音フレームスペクトルを生成するステップと、
連続する所定個数の前記音フレームスペクトルの平均を取ることにより、平均音フレームスペクトルを生成するステップと、
前記推進用エンジンの回転数と前記船内騒音の音量との間の関係を示す音量プロフィールに基づいて作成された音量フィルタ、および前記平均音フレームスペクトルの音量に基づいて前記推進用エンジンの動作周波数帯を推定し、前記平均音フレームスペクトルのうち前記動作周波数帯を通過する通過スペクトルを取得するステップと、
前記通過スペクトルに含まれる1つまたは複数のピークを第1のピーク群として抽出するステップと、
前記第1のピーク群に含まれるピークの数が1つの場合、当該ピークの周波数に基づいて、前記推進用エンジンの回転数を算出するステップと、
をコンピュータに実行させる船舶エンジン回転数推定プログラム。 A ship engine rotational speed estimation program for estimating the rotational speed of a ship propulsion engine, comprising:
Acquiring sound frame data having a predetermined time width from sound recording data obtained by recording inboard noise including the engine sound of the propulsion engine at predetermined data acquisition times;
Generating a sound frame spectrum by Fourier transforming the sound frame data;
Generating an average sound frame spectrum by averaging a predetermined number of successive sound frame spectra;
A volume filter created based on a volume profile indicating the relationship between the number of revolutions of the propulsion engine and the volume of the inboard noise, and the operating frequency band of the propulsion engine based on the volume of the average sound frame spectrum Estimating a passing spectrum that passes through the operating frequency band in the average sound frame spectrum;
Extracting one or more peaks included in the pass spectrum as a first peak group;
Calculating the number of revolutions of the propulsion engine based on the frequency of the peak if the number of peaks included in the first peak group is one;
Ship engine speed estimation program that causes a computer to execute.
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