JP2020041958A - 音響特性計測装置、音響特性計測方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の周囲で雑音が発生する環境においても、雑音成分を含まない測定対象音を抽出できる音響特性計測装置を提供する。【解決手段】測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号をステージに送信する計測制御部と、測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信する集音信号受信部と、集音信号を周波数スペクトルに変換するフーリエ変換処理部と、ステージが異なる向きに移動する際に受信される集音信号に基づいて生成された二つの周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、測定対象音に対応する測定対象信号を生成する雑音成分除去部と、測定対象信号を送信する信号送信部とを備える音響特性計測装置とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、測定対象物から発生する測定対象音の音響特性を計測する音響特性計測装置、音響特性計測方法、およびプログラムに関する。

生産現場において、製品から発生する音によってその製品の良否を判定する技術がある。測定対象物となる製品の周囲では、ベルトコンベアや、ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle）、電動ドライバ、設備ファンなどの駆動、作業者の会話などに起因して多数の雑音が発生する。それらの雑音が発生するタイミングや位置は一様ではないため、測定対象物の周囲で発生する騒音を除外して、測定対象物からの測定対象音を正確に測定することが求められる。

特許文献１には、測定対象物から発生する測定対象音を騒音下で測定する信号測定処理装置について開示されている。特許文献１の装置は、測定対象音を含まない騒音と、騒音が混入した測定対象音とを別々に収拾し、騒音が混入した測定対象音から騒音を除去することによって測定対象音を抽出する。

特許文献２には、環境雑音が存在する場合であっても、被検査体のノイズ異常を検出できる音声検査装置について開示されている。特許文献２の装置は、音声を収集するマイクロホンに対して相対的に移動する被検査体のスピーカから繰り返し再生される基準音と、基準音と基準音との間に設けられた無音区間に録音された検査音とをマイクロホンによって収集して録音する。そして、特許文献２の装置は、基準音および検査音の変動を算出し、基準音の変動と検査音の変動とを比較して被試験体が不良ノイズを出力しているか判定する。

特開２００２−０２２５３０号公報 特開２０１５−１９２３６４号公報

特許文献１の手法では、騒音が混入した測定対象音から騒音を除去するために、測定対象音を収拾する手段の近傍に騒音を収拾する手段を設置する必要がある。特許文献１の手法では、騒音を収拾する手段によって収拾される騒音に測定対象音が混入してしまうため、騒音が混入した測定対象音から測定対象音の一部も除去されてしまい、測定対象音を正確に測定できないという問題点があった。

特許文献２の手法によれば、基準音の変動と検査音の変動とを比較することによって、被検査体のノイズ異常を検出することができる。しかしながら、特許文献２の手法では、被試験体が不良ノイズを出力しているか否かを判定することはできるが、不良ノイズや環境雑音を含まない基準音を抽出することができないという問題点があった。

本発明の目的は、上述した課題を解決するために、測定対象物の周囲で雑音が発生する環境においても、雑音成分を含まない測定対象音を抽出できる音響特性計測装置を提供することにある。

本発明の一態様の音響特性計測装置は、測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号をステージに送信する計測制御部と、測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信する集音信号受信部と、集音信号を周波数スペクトルに変換するフーリエ変換処理部と、ステージが異なる向きに移動する際に受信される集音信号に基づいて生成された二つの周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、測定対象音に対応する測定対象信号を生成する雑音成分除去部と、測定対象信号を送信する信号送信部とを備える。

本発明の一態様の音響特性計測方法においては、情報処理装置が、測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号をステージに送信し、測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信し、集音信号を周波数スペクトルに変換し、ステージが異なる向きに移動する際に受信される集音信号に基づいて生成された二つの周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、測定対象音に対応する測定対象信号を生成する。

本発明の一態様のプログラムは、測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号をステージに送信する処理と、測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信する処理と、集音信号を周波数スペクトルに変換する処理と、ステージが異なる向きに移動する際に受信される集音信号に基づいて生成された二つの周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、測定対象音に対応する測定対象信号を生成する処理とをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、測定対象物の周囲で雑音が発生する環境においても、雑音成分を含まない測定対象音を抽出できる音響特性計測装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測システムの構成の一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性システムによる音波測定について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性システムによる音波測定について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性システムによる音波測定について説明するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性システムによって生成される周波数スペクトルを比較するための概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置が雑音成分を除去する際に生成される差スペクトルの一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置が雑音成分を除去する際に抽出される中間スペクトルの一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置が雑音成分を除去することによって生成される測定対象スペクトルの一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置に含まれる雑音成分除去部の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置の動作の概要について説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置による雑音除去処理について説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態の変形例に係る音響特性計測システムの構成の一例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお、以下の実施形態の説明に用いる全図においては、特に理由がない限り、同様箇所には同一符号を付す。また、以下の実施形態において、同様の構成・動作に関しては繰り返しの説明を省略する場合がある。また、図面中の矢印の向きは、一例を示すものであり、ブロック間の信号の向き等を限定するものではない。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る音響特性計測装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の音響特性計測システムは、生産現場などにおいて、測定対象物である製品から発生する測定対象音によって、その製品の良否判定する用途などに用いられる。

（構成）
図１は、本実施形態の音響特性計測システム１の構成の一例を示す概念図である。音響特性計測システム１は、測定対象物１００から発生する測定対象音を測定する。音響特性計測システム１は、音響特性計測装置１０、マイクロホン１１０、および移動ステージ１２０を備える。図１のように、音響特性計測システム１の設置環境には雑音源があるものとする。なお、図１に図示した雑音源は一例であって、音響特性計測システム１の設置環境に存在する雑音源を一つに限定するものではない。

移動ステージ１２０は、測定対象物１００の位置を雑音源に対して移動させるためのステージである。測定対象物１００は、移動ステージ１２０に配置される。移動ステージ１２０は、音響特性計測装置１０からの制御信号に応じて移動する。移動ステージ１２０は、マイクロホン１１０に近づく向き（第１の向きとも呼ぶ）と、マイクロホン１１０から遠ざかる向き（第２の向きとも呼ぶ）とを含む少なくとも二つの向きに向けて移動するように構成される。以下においては、マイクロホン１１０に近づく向きと、マイクロホン１１０から遠ざかる向きとを同じ直線上の反対の向きに設定する例について説明する。しかし、マイクロホン１１０に近づく向きと、マイクロホン１１０から遠ざかる向きとは、マイクロホン１１０に到来する測定対象音の周波数がドップラー効果によって変化しさえすれば、必ずしも同一直線上に設定しなくてもよい。

例えば、移動ステージ１２０は、土台部分と、土台部分に対する相対位置を移動可能に設置された台とを組み合わせた構成の装置によって実現される。例えば、台は、水平面に対して平行方向に移動するように構成する。また、移動ステージ１２０は、移動ステージ１２０を移動可能に支持する軌道上に設置してもよい。ただし、移動ステージ１２０の形態は、雑音源に対するマイクロホン１１０の位置関係を変更できさえすれば、特に限定を加えない。

例えば、測定対象物１００は、移動ステージ１２０の上面に載置される。なお、測定対象物１００は、移動ステージ１２０の上面ではなく、移動ステージ１２０の任意の面上に配置されてもよい。また、測定対象物１００は、移動ステージ１２０の内部に収容させてもよい。

測定対象物１００は、移動ステージ１２０の移動に伴って、マイクロホン１１０との位置関係が変更される。測定対象物１００は、移動ステージ１２０の移動に伴って、測定対象音を発しながらマイクロホン１１０に近づけられたり、遠ざけられたりする。

マイクロホン１１０は、測定対象物１００から発生する測定対象音を集音できる位置に配置される。本実施形態において、マイクロホン１１０は、雑音源との位置関係が固定された状態で設置されるものとする。マイクロホン１１０は、音響特性計測装置１０に併設させてもよいし、音響特性計測装置１０に含まれない構成としてもよい。マイクロホン１１０は、雑音源からの雑音が混在した状態で、測定対象物１００からの測定対象音を集音する集音装置である。マイクロホン１１０は、集音した音波を電気信号（以下、集音信号と呼ぶ）に変換して音響特性計測装置１０に送信する。

マイクロホン１１０は、雑音源からの雑音と、測定対象物１００からの測定対象音とが混在した音波を集音する。以下においては、移動ステージ１２０の移動に伴って、測定対象物１００からの測定対象音のレベルや周波数は変化するが、雑音源からの雑音のレベルや周波数は一定であると仮定する。

音響特性計測装置１０は、マイクロホン１１０と移動ステージ１２０とに接続される。移動ステージ１２０の移動に伴って、移動ステージ１２０と音響特性計測装置１０との距離が変化する場合がある。そのため、移動ステージ１２０と音響特性計測装置１０とは、変形可能なケーブルで有線接続させたり、無線接続させたりすることが好ましい。なお、マイクロホン１１０と音響特性計測装置１０との接続形態については特に限定を加えない。

音響特性計測装置１０は、マイクロホン１１０が送信した集音信号を受信する。音響特性計測装置１０は、受信した集音信号をフーリエ変換することによって周波数スペクトルを生成する。音響特性計測装置１０は、生成した周波数スペクトルから雑音成分を除去し、測定対象音に対応するスペクトル（以下、測定対象スペクトルと呼ぶ）を生成する。周波数スペクトルから雑音成分を除去する方法の詳細については後述する。音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０の移動する向きを変更する際に、移動ステージ１２０の移動する向きを変更する制御をするための制御信号を移動ステージ１２０に送信する。また、音響特性計測装置１０は、測定を停止させる際に、移動ステージ１２０を停止させるための制御信号を移動ステージ１２０に送信する。

音響特性計測装置１０は、生成した測定対象信号を外部に出力する。例えば、音響特性計測装置１０から出力される計測信号は、上位システムや別のシステム、表示装置などに送信される。

〔音響特性計測装置〕
次に、音響特性計測装置１０の詳細構成について図面を参照しながら説明する。図２は、音響特性計測装置１０の詳細構成の一例を示すブロック図である。図２のように、音響特性計測装置１０は、計測制御部１１、集音信号受信部１３、フーリエ変換処理部１４、雑音成分除去部１５、および信号送信部１６を備える。

計測制御部１１は、移動ステージ１２０の移動を制御する制御信号Ｓ_Cを生成する。計測制御部１１は、生成した制御信号Ｓ_Cを移動ステージ１２０に送信する。測定開始時において、計測制御部１１は、移動ステージ１２０を第１の向きに移動させるための制御信号Ｓ_Cを送信する。計測制御部１１は、移動ステージ１２０の移動する向きを第１の向きから第２の向きに変更させる際に、移動ステージ１２０の移動する向きを変更させるための制御信号Ｓ_Cを送信する。計測制御部１１は、測定を停止する際に、移動ステージ１２０の移動を停止させる制御信号Ｓ_Cを送信する。例えば、計測制御部１１は、移動ステージ１２０の移動する向きを変更させる際や、移動ステージ１２０を停止させる際に、所定のタイミングで制御信号Ｓ_Cを送信する。計測制御部１１が移動ステージ１２０の移動する方向を変更させる際や、移動ステージ１２０を停止させる際に制御信号Ｓ_Cを送信するタイミングは任意に設定できる。

集音信号受信部１３は、マイクロホン１１０から集音信号Ｓ_Tを受信する。集音信号受信部１３は、マイクロホン１１０から受信した集音信号Ｓ_Tをフーリエ変換処理部１４に出力する。

より具体的には、集音信号受信部１３は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０に近づくときに集音される音波の集音信号Ｓ_T（以下、第１集音信号Ｓ_T1）をマイクロホン１１０から受信する。また、フーリエ変換処理部１４は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０から遠ざかるときに集音される音波の集音信号Ｓ_T（以下、第２集音信号Ｓ_T2）をマイクロホン１１０から受信する。例えば、測定対象物１００とマイクロホン１１０との距離が同一になるタイミングで取得される集音信号Ｓ_Tを第１集音信号Ｓ_T1および第２集音信号Ｓ_T2として取得すれば、第１集音信号Ｓ_T1と第２集音信号Ｓ_T2の信号レベルが同じになる。また、移動ステージ１２０が一定速度で移動中に一定区間で取得される集音信号Ｓ_Tの信号レベルの平均値を用いれば、第１集音信号Ｓ_T1と第２集音信号Ｓ_T2とを取得する際の測定対象物１００とマイクロホン１１０との距離を同一としなくてもよい。

フーリエ変換処理部１４は、集音信号受信部１３から集音信号Ｓ_Tを取得する。フーリエ変換処理部１４は、取得した集音信号Ｓ_Tをフーリエ変換することによって周波数スペクトルＳ_fを生成する。例えば、フーリエ変換処理部１４は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）によって集音信号Ｓ_Tから周波数スペクトルＳ_fを生成する。フーリエ変換処理部１４は、生成した周波数スペクトルＳ_fを雑音成分除去部１５に出力する。

より具体的には、フーリエ変換処理部１４は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０に近づくときに集音される音波の第１集音信号Ｓ_T1をフーリエ変換することによって第１周波数スペクトルＳ_f1を生成する。また、フーリエ変換処理部１４は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０から遠ざかるときに集音される音波の第２集音信号Ｓ_T2をフーリエ変換することによって第２周波数スペクトルＳ_f2を生成する。フーリエ変換処理部１４は、生成した第１周波数スペクトルＳ_f1および第２周波数スペクトルＳ_f2を雑音成分除去部１５に出力する。

雑音成分除去部１５は、フーリエ変換処理部１４から周波数スペクトルＳ_fを取得する。雑音成分除去部１５は、周波数スペクトルＳ_fから雑音の周波数成分Ｐ_Nを除去して測定対象スペクトルＳ_mを生成する。移動ステージ１２０の移動に伴って、測定対象物１００からの測定対象音Ｔ_Mに起因する周波数成分は変動するのに対し、雑音源からの雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分は変動しない。雑音成分除去部１５は、変動していない雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分を周波数スペクトルＳ_fから除去することによって、測定対象物１００からの測定対象音に対応するスペクトル（測定対象スペクトルＳ_mとも呼ぶ）を生成する。雑音成分除去部１５は、生成した測定対象スペクトルＳ_mを測定対象信号Ｓ_Mとして信号送信部１６に出力する。

より具体的には、雑音成分除去部１５は、第１周波数スペクトルＳ_f1および第２周波数スペクトルＳ_f2をフーリエ変換処理部１４から取得する。雑音成分除去部１５は、第１周波数スペクトルＳ_f1と第２周波数スペクトルＳ_f2とを比較し、周波数が変動していない成分を除去することによって測定対象スペクトルＳ_mを生成する。なお、雑音成分除去部１５による雑音除去の詳細な方法については後述する。

信号送信部１６は、雑音成分除去部１５から測定対象信号Ｓ_Mを取得する。信号送信部１６は、取得した測定対象信号Ｓ_Mを送信する。例えば、信号送信部１６は、測定対象信号Ｓ_Mを用いる上位システムや別のシステム、表示装置などに測定対象信号Ｓ_Mを送信する。

以上が音響特性計測装置１０の構成についての説明である。なお、図２の音響特性計測装置１０の構成は一例であって、本実施形態の音響特性計測装置１０の構成を限定するものではない。

〔雑音除去方法〕
次に、音響特性計測装置１０による雑音除去方法について図面を参照しながら説明する。図３〜図５は、マイクロホン１１０によって集音される音波から生成される集音信号Ｓ_Tに基づいて生成される周波数スペクトルＳ_fについて説明するための概念図である。移動ステージ１２０は、レール１２５の上に移動可能に設置されているものとする。図３〜図５の音響特性計測装置１０を示す枠内には、周波数スペクトルＳ_fの一例を図示している。図３〜図５に図示した周波数スペクトルＳ_fは、横軸が周波数ｆであり、縦軸が音声レベルＬである。なお、図３〜図５に示す周波数スペクトルＳ_fは概念的なものであり、実際に取得されるスペクトルを正確に示すものではない。

以下において、移動ステージ１２０の移動速度をｖ、音速をＶとする。ただし、移動ステージ１２０からマイクロホン１１０に向かう向きを正とする。また、測定対象物から発生する測定対象音Ｔ_Mに対応する周波数成分の周波数（計測周波数とも呼ぶ）をｆ₀とする。

移動ステージ１２０の移動に伴って、測定対象物１００がマイクロホン１１０に移動速度ｖで近づくときの測定対象音Ｔ_Mの検出周波数（第１検出周波数とも呼ぶ）をｆ₁とする。また、移動ステージ１２０の移動に伴って、測定対象物１００がマイクロホン１１０から移動速度ｖで遠ざかるときの測定対象音Ｔ_Mの検出周波数（第２検出周波数とも呼ぶ）をｆ₂とする。第１検出周波数ｆ₁および第２検出周波数ｆ₂は、ドップラー効果によって計測周波数ｆ₀から変動する。

マイクロホン１１０が集音する集音信号Ｓ_Tには、測定対象音Ｔ_Mと雑音Ｔ_Nとに起因する信号が含まれている。そのため、集音信号Ｓ_Tをフーリエ変換した周波数スペクトルＳ_fにも測定対象音Ｔ_Mと雑音Ｔ_Nとに起因する周波数成分が含まれる。

図３は、移動ステージ１２０が停止しているときに、マイクロホン１１０によって集音される測定対象音Ｔ_Mおよび雑音Ｔ_Nから生成される集音信号Ｓ_T0に基づいて生成される周波数スペクトルＳ_f0について説明するための図である。

マイクロホン１１０は、停止している状態の移動ステージ１２０に設置された測定対象物１００からの測定対象音Ｔ_Mを集音するとともに、雑音源からの雑音Ｔ_Nを集音する。マイクロホン１１０は、集音した測定対象音Ｔ_Mと雑音Ｔ_Nとを用いて周波数スペクトルＳ_f0を生成する。マイクロホン１１０は、生成した周波数スペクトルＳ_f0を音響特性計測装置１０に送信する。

音響特性計測装置１０は、マイクロホン１１０から集音信号Ｓ_T0を受信する。音響特性計測装置１０は、受信した集音信号Ｓ_T0をフーリエ変換することによって周波数スペクトルＳ_f0を生成する。図３には、音響特性計測装置１０が生成する周波数スペクトルＳ_f0の一例を図示している。周波数スペクトルＳ_f0には、測定対象音Ｔ_Mに起因する周波数成分Ｐ_M0と、雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分Ｐ_Nとが含まれる。

図４は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０に近づくときに、マイクロホン１１０によって集音される測定対象音Ｔ_Mおよび雑音Ｔ_Nから生成される第１集音信号Ｓ_T1に基づいて生成される第１周波数スペクトルＳ_f1について説明するための図である。

マイクロホン１１０は、マイクロホン１１０に移動速度ｖで近づいてくる移動ステージ１２０に設置された測定対象物１００からの測定対象音Ｔ_Mを集音するとともに、雑音源からの雑音Ｔ_Nを集音する。マイクロホン１１０は、集音した測定対象音Ｔ_Mと雑音Ｔ_Nとを用いて第１集音信号Ｓ_T1を生成する。マイクロホン１１０は、生成した第１集音信号Ｓ_T1を音響特性計測装置１０に送信する。

音響特性計測装置１０は、マイクロホン１１０から第１集音信号Ｓ_T1を受信する。音響特性計測装置１０は、受信した第１集音信号Ｓ_T1をフーリエ変換することによって第１周波数スペクトルＳ_f1を生成する。図４には、音響特性計測装置１０が生成する第１周波数スペクトルＳ_f1の一例を図示している。第１周波数スペクトルＳ_f1には、測定対象音Ｔ_Mに起因する第１周波数成分Ｐ_M1と、雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分Ｐ_Nとが含まれる。

移動ステージ１２０がマイクロホン１１０に近づくときに集音される測定対象音Ｔ_Mおよび雑音Ｔ_Nから生成される第１集音信号Ｓ_T1に基づいて生成される第１周波数スペクトルＳ_f1の第１検出周波数ｆ₁は、以下の式１によって算出される。第１検出周波数ｆ₁は、ドップラー効果によって計測周波数ｆ₀よりも大きくなる。
ｆ₁＝Ｖ／（Ｖ−｜ｖ｜）×ｆ₀・・・（１）
図５は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０から遠ざかるときに、マイクロホン１１０によって集音される測定対象音Ｔ_Mおよび雑音Ｔ_Nから生成される第２集音信号Ｓ_T2に基づいて生成される第２周波数スペクトルＳ_f2について説明するための図である。

マイクロホン１１０は、マイクロホン１１０から移動速度ｖで遠ざかる移動ステージ１２０に設置された測定対象物１００からの測定対象音Ｔ_Mを集音するとともに、雑音源からの雑音Ｔ_Nを集音する。マイクロホン１１０は、集音した測定対象音Ｔ_Mと雑音Ｔ_Nとを含む音波から第２集音信号Ｓ_T2を生成する。マイクロホン１１０は、生成した第２集音信号Ｓ_T2を音響特性計測装置１０に送信する。

音響特性計測装置１０は、マイクロホン１１０から第２集音信号Ｓ_T2を受信する。音響特性計測装置１０は、受信した第２集音信号Ｓ_T2をフーリエ変換することによって第２周波数スペクトルＳ_f2を生成する。図５には、音響特性計測装置１０が生成する第２周波数スペクトルＳ_f2の一例を図示している。第２周波数スペクトルＳ_f2には、測定対象音Ｔ_Mに起因する第２周波数成分Ｐ_M2と、雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分Ｐ_Nとが含まれる。

移動ステージ１２０がマイクロホン１１０から遠ざかるときに集音される測定対象音Ｔ_Mおよび雑音Ｔ_Nから生成される第２集音信号Ｓ_T2に基づいて生成される第２周波数スペクトルＳ_f2の第２検出周波数ｆ₂は、以下の式２によって算出される。第２検出周波数ｆ₂は、ドップラー効果によって計測周波数ｆ₀よりも小さくなる。
ｆ₂＝Ｖ／（Ｖ＋｜ｖ｜）×ｆ₀・・・（２）
図６は、図３〜図５の場面で生成される周波数スペクトルＳ_fを比較するための図である。測定対象物１００が移動していても、マイクロホン１１０と雑音源との位置関係は変動しないので、雑音源から発生する雑音Ｔ_Nの周波数は変動しない。そのため、測定対象物１００がマイクロホン１１０に近づくときの第１周波数スペクトルＳ_f1と、測定対象物がマイクから遠ざかるときの第２周波数スペクトルＳ_f2とを比較し、周波数が変動していない成分を雑音Ｔ_Nとみなして除去すればよい。

図７は、第１周波数スペクトルＳ_f1から第２周波数スペクトルＳ_f2を減算することによって得られるスペクトル（以下、差スペクトルＳ_dとよぶ）である。差スペクトルＳ_dは、第１周波数スペクトルＳ_f1に含まれる第１周波数成分Ｐ_M1と、第２周波数スペクトルＳ_f2に含まれる第２周波数成分Ｐ_M2に−１を乗算した周波数成分Ｐ_M2’とを含む。差スペクトルＳ_dからは、雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分Ｐ_Nが除去されている。

図８は、第１周波数スペクトルＳ_f1から第２周波数スペクトルＳ_f2を減算することによって得られた差スペクトルＳ_dに含まれるマイナス成分を除去したスペクトル（以下、中間スペクトルＳ_tと呼ぶ）である。図８の中間スペクトルＳ_tに含まれる周波数成分は、第１周波数スペクトルＳ_f1に含まれる第１周波数成分Ｐ_M1に相当する。

図９は、中間スペクトルに含まれる第１周波数成分Ｐ_M1を測定対象音Ｔ_Mの周波数帯にシフトさせた測定対象スペクトルＳ_mを生成する。第１周波数成分Ｐ_M1は、移動ステージ１２０が移動速度ｖでマイクロホン１１０に近づいている状況で検出される測定対象音Ｔ_Mに起因する周波数成分である。そのため、第１周波数成分Ｐ_M1のピーク位置を第１検出周波数ｆ₁から計測周波数ｆ₀にシフトすれば、測定対象音Ｔ_Mに起因する周波数成分を得ることができる。すなわち、以下の式３を用いて、第１周波数成分Ｐ_M1を周波数成分Ｐ_M0に変換することによって測定対象スペクトルＳ_mを得ることができる。
ｆ₀＝（Ｖ−｜ｖ｜）／Ｖ×ｆ₁・・・（３）
以上が、本実施形態の音響特性計測装置１０による雑音除去方法に関する説明である。なお、上記の雑音除去方法は一例であって、音響特性計測装置１０による雑音除去方法を限定するものではない。

〔雑音成分除去部〕
次に、雑音成分除去部１５の回路構成について図面を参照しながら説明する。図１０は、雑音成分除去部１５の回路構成を示すブロック図である。図１０のように、雑音成分除去部１５は、減算回路１５１、負成分除去回路１５２、および乗算回路１５３を有する。

減算回路１５１には、フーリエ変換処理部１４から第１周波数スペクトルＳ_f1と第２周波数スペクトルＳ_f2とが入力される。減算回路１５１は、第１周波数スペクトルＳ_f1から第２周波数スペクトルＳ_f2を減算することによって差スペクトルＳ_dを生成する。減算回路１５１は、生成した差スペクトルＳ_dを負成分除去回路１５２に出力する。

負成分除去回路１５２には、減算回路１５１から差スペクトルＳ_dが入力される。負成分除去回路１５２は、差スペクトルＳ_dに含まれる負成分を０に変換することによって中間スペクトルＳ_tを生成する。負成分除去回路１５２は、生成した中間スペクトルＳ_tを乗算回路１５３に出力する。

乗算回路１５３には、負成分除去回路１５２から中間スペクトルＳ_tが入力される。乗算回路１５３は、移動ステージ１２０が移動する移動速度ｖの絶対値を音速Ｖから減算した値（Ｖ−｜ｖ｜）を音速Ｖで除算した値を、中間スペクトルＳ_tに乗算することによって測定対象スペクトルＳ_mを生成する。乗算回路１５３は、生成した測定対象スペクトルＳ_mを測定対象信号Ｓ_Mとして信号送信部１６に出力する。

以上が、雑音成分除去部１５の回路構成についての説明である。差スペクトルＳ_dに含まれる負成分を０に変換した中間スペクトルＳ_tを用いれば、第１集音信号Ｓ_T1と第２集音信号Ｓ_T2の信号レベルが異なっていても、雑音Ｔ_Nに起因する周波数成分Ｐ_Nを除去できる。なお、図１０に示す雑音成分除去部１５の回路構成は一例であって、雑音成分除去部１５の回路構成を限定するものではない。

以上が、本実施形態の音響特性計測システム１の構成についての説明である。なお、図１〜図１０を用いて説明した音響特性計測システム１の構成は一例であって、本実施形態の音響特性計測システム１の構成を限定するものではない。

（動作）
次に、本実施形態の音響特性計測システム１が備える音響特性計測装置１０の動作について図面を参照しながら説明する。図１１は、音響特性計測装置１０の動作の概要について説明するためのフローチャートである。以下の図１１のフローチャートに沿った説明においては、音響特性計測装置１０を動作の主体として説明する。

図１１において、まず、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０を第１の向きに移動させるための制御信号を移動ステージ１２０に送信する（ステップＳ１１）。

次に、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０が移動する状況でマイクロホン１１０が集音した測定対象音から生成される集音信号をマイクロホン１１０から受信する（ステップＳ１２）。第１段階において、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０に近づいている状況でマイクロホン１１０が集音した測定対象音から生成される第１集音信号をマイクロホン１１０から受信する。第２段階において、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０がマイクロホン１１０から遠ざかる状況でマイクロホン１１０が集音した測定対象音から生成される集音信号をマイクロホン１１０から受信する。

次に、音響特性計測装置１０は、受信した集音信号をフーリエ変換し、周波数スペクトルを生成する（ステップＳ１３）。第１段階において、音響特性計測装置１０は、第１集音信号をフーリエ変換して第１周波数スペクトルを生成する。第２段階において、音響特性計測装置１０は、第２集音信号をフーリエ変換して第２周波数スペクトルを生成する。

ここで、移動ステージ１２０の移動する向きを変更する場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０の移動する向きを第２の向きに変更するための制御信号を移動ステージ１２０に送信する（ステップＳ１５）。例えば、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０の移動する向きをマイクロホン１１０に近づける方向から遠ざかる方向に切り替える際に、移動ステージ１２０を移動する向きを変更させるための制御信号を移動ステージ１２０に送信する。

一方、移動ステージ１２０の移動する向きを変更しない場合（ステップＳ１４でＮｏ）、音響特性計測装置１０は、移動ステージ１２０を停止させるための制御信号を移動ステージ１２０に送信する（ステップＳ１６）。

次に、音響特性計測装置１０は、二つの周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去し、測定対象スペクトルを生成する（ステップＳ１７）。

そして、音響特性計測装置１０は、生成した測定対象スペクトルを測定対象信号として送信する（ステップＳ１８）。

以上が、図１１にフローチャートに沿った音響特性計測装置１０の動作の概要についての説明である。なお、図１１のフローチャートに沿った処理は、音響特性計測装置１０の動作の概要の一例であって、音響特性計測装置１０の動作を限定するものではない。

〔雑音除去処理〕
次に、音響特性計測装置１０の雑音成分除去部１５の動作の一例について図面を参照しながら説明する。図１２は、音響特性計測装置１０の雑音成分除去部１５の動作の一例について説明するためのフローチャートである。図１２のフローチャートの処理は、図１１のフローチャートのステップＳ１７の処理の詳細を示す。

図１２において、まず、雑音成分除去部１５は、第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルとをフーリエ変換処理部１４から取得する（ステップＳ１７１）。

次に、雑音成分除去部１５は、第１周波数スペクトルから第２周波数スペクトルを減算して差スペクトルを生成する（ステップＳ１７２）。

次に、雑音成分除去部１５は、差スペクトルに含まれる負成分を０に変換して中間スペクトルを生成する（ステップＳ１７３）。

次に、雑音成分除去部１５は、中間スペクトルを測定対象スペクトルに変換する（ステップＳ１７４）。

そして、雑音成分除去部１５は、測定対象スペクトルを測定対象信号として出力する（ステップＳ１７５）。

以上が、図１２のフローチャートに沿った雑音成分除去部１５の動作の一例についての説明である。なお、図１２のフローチャートに沿った処理は一例であって、雑音成分除去部１５の動作を限定するものではない。

以上のように、本実施形態の音響特性計測システムは、計測制御部、集音信号受信部、フーリエ変換処理部、雑音成分除去部、および信号送信部を有する音響特性計測装置を備える。計測制御部は、測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号をステージに送信する。集音信号受信部は、測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信する。フーリエ変換処理部は、集音信号を周波数スペクトルに変換する。雑音成分除去部は、ステージが異なる向きに移動する際に受信される集音信号に基づいて生成された二つの周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、測定対象音に対応する測定対象信号を生成する。信号送信部は、測定対象信号を送信する。

計測制御部は、マイクロホンに近づける第１の向きと、マイクロホンから遠ざかる第２の向きとを含む二つの向きにステージを移動させる制御信号をステージに送信する。雑音成分除去部は、ステージが第１の向きに移動している際に受信される集音信号から生成される第１周波数スペクトルと、ステージが第２の向きに移動している際に受信される集音信号から生成される第２周波数スペクトルとを受信。雑音成分除去部は、第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルとを比較して雑音成分を除去することによって測定対象スペクトルを生成する。信号送信部は、測定対象スペクトルに基づいた信号を測定対象信号として送信する。

雑音成分除去部は、減算回路、負成分除去回路、および乗算回路を有する。減算回路は、第１周波数スペクトルから第２周波数スペクトルを減算することによって差スペクトルを生成する。負成分除去回路は、差スペクトルに含まれる負成分を０に変換することによって中間スペクトルを生成する。乗算回路は、第１周波数成分を測定対象音の周波数帯にシフトさせて測定対象スペクトルを生成する。

雑音成分除去部は、ステージの移動する向きの変更に伴ってマイクロホンに集音される測定対象音の周波数がドップラー効果によって変化した分だけ、中間スペクトルに含まれる周波数成分を測定対象音の周波数帯にシフトさせる。より具体的には、雑音成分除去部は、移動ステージが第１の向きに向けて移動する速度の絶対値を音速から減算した値を音速で除算した値を中間スペクトルに含まれる周波数成分に乗算して測定対象スペクトルを生成する。

また、本実施形態の音響特性計測装置は、測定対象物が発生する測定対象音を集音する位置に配置され、測定対象音を集音して集音信号を生成するマイクロホンを備えていてもよい。さらに、本実施形態の音響特性計測装置は、制御信号に応じて、測定対象物が設置された状態で少なくとも二つの向きに移動するステージを備える。例えば、ステージは、ステージを移動可能に支持する軌道上に設置される。例えば、ステージは、ステージを移動可能に支持する車輪を有する。

本実施形態においては、測定対象物をマイクロホンに対して近づける方向および遠ざける方向に移動させることで、ドップラー効果によってマイクロホンに集音される測定対象音の周波数が変動する現象を利用する。マイクロホンに集音される測定対象音の周波数は、測定対象物がマイクロホンに近づくときは高くなり、遠ざかるときは周波数が低くなる。一方、雑音源とマイクとの位置関係は変わらないため、雑音の周波数は変動しない。本実施形態では、マイクロホンからの出力信号をフーリエ変換し、周波数の変動していない部分を雑音として除去することによって測定対象音を抽出する。

以上のように、本実施形態によれば、測定対象物の周囲に多数の雑音源が存在する生産工程においても、雑音源からの雑音が除去された測定対象音を容易に取り出すことができ、製品の良否判定を高精度化することができる。

（変形例）
ここで、本発明の第１の実施形態の変形例の音響特性計測システムについて図面を参照しながら説明する。本変形例の音響特性計測システムは、軌道上に移動可能に支持されるステージではなく、軌道上ではなくても移動可能な車輪によって支持されたステージを有する点で、第１の実施形態の音響特性計測システム１（図１）の構成とは異なる。

図１３は、本変形例の音響特性計測システム１−２の構成の一例を示す概念図である。音響特性計測システム１−２は、測定対象物１００から発生する測定対象音を測定する。音響特性計測システム１−２は、音響特性計測装置１０、マイクロホン１１０、および移動ステージ１２０−２を備える。移動ステージ１２０−２は、自走するための車輪１２３を有する。音響特性計測システム１−２は、車輪１２３を有する移動ステージ１２０−２を備える点以外は、第１の実施形態の音響特性計測システム１（図１）の構成と同じである。本変形例の音響特性計測システム１−２の動作については、第１の実施形態の音響特性計測システム１と同様であるので、詳細な説明は省略する。

以上のように、本変形例の音響特性計測システムが備える移動ステージは、移動ステージを移動可能に支持する車輪を有する。なお、本変形例の移動ステージは、車輪を介して移動ステージを移動可能に支持する軌道上に設置されてもよい。本変形例によれば、軌道を設置しなくても移動ステージを移動させることができるので、システム構成を簡略化できるとともに、設置場所の自由度が向上する。

（ハードウェア）
ここで、本発明の各実施形態に係る音響特性計測装置の処理を実行するハードウェア構成について、図１４の情報処理装置９０を一例として挙げて説明する。なお、図１４の情報処理装置９０は、各実施形態の音響特性計測装置の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。

図１４のように、情報処理装置９０は、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６を備える。図１４においては、インターフェースをＩ／Ｆ（Interface）と略して表記する。プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、入出力インターフェース９５、および通信インターフェース９６は、バス９９を介して互いにデータ通信可能に接続される。また、プロセッサ９１、主記憶装置９２、補助記憶装置９３、および入出力インターフェース９５は、通信インターフェース９６を介して、インターネットやイントラネットなどのネットワークに接続される。

プロセッサ９１は、補助記憶装置９３等に格納されたプログラムを主記憶装置９２に展開し、展開されたプログラムを実行する。本実施形態においては、情報処理装置９０にインストールされたソフトウェアプログラムを用いる構成とすればよい。プロセッサ９１は、本実施形態に係る音響特性計測装置による処理を実行する。

主記憶装置９２は、プログラムが展開される領域を有する。主記憶装置９２は、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリとすればよい。また、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）などの不揮発性メモリを主記憶装置９２として構成・追加してもよい。

補助記憶装置９３は、種々のデータを記憶する。補助記憶装置９３は、ハードディスクやフラッシュメモリなどのローカルディスクによって構成される。なお、種々のデータを主記憶装置９２に記憶させる構成とし、補助記憶装置９３を省略することも可能である。

入出力インターフェース９５は、情報処理装置９０と周辺機器とを接続するためのインターフェースである。通信インターフェース９６は、規格や仕様に基づいて、インターネットやイントラネットなどのネットワークを通じて、外部のシステムや装置に接続するためのインターフェースである。入出力インターフェース９５および通信インターフェース９６は、外部機器と接続するインターフェースとして共通化してもよい。

情報処理装置９０には、必要に応じて、キーボードやマウス、タッチパネルなどの入力機器を接続するように構成してもよい。それらの入力機器は、情報や設定の入力に使用される。なお、タッチパネルを入力機器として用いる場合は、表示機器の表示画面が入力機器のインターフェースを兼ねる構成とすればよい。プロセッサ９１と入力機器との間のデータ通信は、入出力インターフェース９５に仲介させればよい。

また、情報処理装置９０には、情報を表示するための表示機器を備え付けてもよい。表示機器を備え付ける場合、情報処理装置９０には、表示機器の表示を制御するための表示制御装置（図示しない）が備えられていることが好ましい。表示機器は、入出力インターフェース９５を介して情報処理装置９０に接続すればよい。

また、情報処理装置９０には、必要に応じて、ディスクドライブを備え付けてもよい。ディスクドライブは、バス９９に接続される。ディスクドライブは、プロセッサ９１と図示しない記録媒体（プログラム記録媒体）との間で、記録媒体からのデータ・プログラムの読み出し、情報処理装置９０の処理結果の記録媒体への書き込みなどを仲介する。記録媒体は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体で実現できる。また、記録媒体は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤ（Secure Digital）カードなどの半導体記録媒体や、フレキシブルディスクなどの磁気記録媒体、その他の記録媒体によって実現してもよい。

以上が、本発明の各実施形態に係る音響特性計測装置を可能とするためのハードウェア構成の一例である。なお、図１４のハードウェア構成は、各実施形態に係る音響特性計測装置の演算処理を実行するためのハードウェア構成の一例であって、本発明の範囲を限定するものではない。また、各実施形態に係る音響特性計測装置に関する処理をコンピュータに実行させるプログラムも本発明の範囲に含まれる。さらに、各実施形態に係るプログラムを記録したプログラム記録媒体も本発明の範囲に含まれる。

各実施形態の音響特性計測装置の構成要素は、任意に組み合わせることができる。また、各実施形態の音響特性計測装置の構成要素は、ソフトウェアによって実現してもよいし、回路によって実現してもよい。

以上、実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１ 音響特性計測システム
１０ 音響特性計測装置
１１ 計測制御部
１３ 集音信号受信部
１４ フーリエ変換処理部
１５ 雑音成分除去部
１６ 信号送信部
１１０ マイクロホン
１２０ 移動ステージ
１５１ 減算回路
１５２ 負成分除去回路
１５３ 乗算回路

Claims (10)

1. 測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号を前記ステージに送信する計測制御手段と、
   前記測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信する集音信号受信手段と、
   前記集音信号を周波数スペクトルに変換するフーリエ変換処理手段と、
   前記ステージが異なる向きに移動する際に受信される前記集音信号に基づいて生成された二つの前記周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、前記測定対象音に対応する測定対象信号を生成する雑音成分除去手段と、
   前記測定対象信号を送信する信号送信手段とを備える音響特性計測装置。
2. 前記計測制御手段は、
   前記マイクロホンに近づける第１の向きと、前記マイクロホンから遠ざかる第２の向きとを含む二つの向きに前記ステージを移動させる前記制御信号を前記ステージに送信し、
   前記雑音成分除去手段は、
   前記ステージが前記第１の向きに移動している際に受信される前記集音信号から生成される第１周波数スペクトルと、前記ステージが前記第２の向きに移動している際に受信される前記集音信号から生成される第２周波数スペクトルとを比較して測定対象スペクトルを生成し、
   前記信号送信手段は、
   前記測定対象スペクトルに相当する信号を前記測定対象信号として送信する請求項１に記載の音響特性計測装置。
3. 前記雑音成分除去手段は、
   前記第１周波数スペクトルから前記第２周波数スペクトルを減算することによって差スペクトルを生成し、
   前記差スペクトルに含まれる負成分を０に変換することによって中間スペクトルを生成し、
   前記中間スペクトルに含まれる周波数成分を前記測定対象音の周波数帯にシフトさせて前記測定対象スペクトルを生成する請求項２に記載の音響特性計測装置。
4. 前記雑音成分除去手段は、
   前記ステージの移動する向きの変更に伴って前記マイクロホンに集音される前記測定対象音の周波数がドップラー効果によって変動した分だけ、前記中間スペクトルに含まれる周波数成分を前記測定対象音の周波数帯にシフトさせる請求項３に記載の音響特性計測装置。
5. 前記雑音成分除去手段は、
   前記ステージが前記第１の向きに向けて移動する速度の絶対値を音速から減算した値を前記音速で除算した値を前記中間スペクトルに含まれる周波数成分に乗算して前記測定対象スペクトルを生成する請求項４に記載の音響特性計測装置。
6. 前記測定対象物が発生する前記測定対象音を集音する位置に配置され、前記測定対象音を集音して前記集音信号を生成する前記マイクロホンと、
   前記制御信号に応じて、前記測定対象物が設置された状態で少なくとも二つの向きに移動する前記ステージを備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の音響特性計測装置。
7. 前記ステージは、
   前記ステージを移動可能に支持する軌道上に設置される請求項６に記載の音響特性計測装置。
8. 前記ステージは、
   前記ステージを移動可能に支持する車輪を有する請求項６または７に記載の音響特性計測装置。
9. 情報処理装置が、
   測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号を前記ステージに送信し、
   前記測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信し、
   前記集音信号を周波数スペクトルに変換し、
   前記ステージが異なる向きに移動する際に受信される前記集音信号に基づいて生成された二つの前記周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、前記測定対象音に対応する測定対象信号を生成する音響特性計測方法。
10. 測定対象物が設置される移動可能なステージを少なくとも二つの向きに向けて移動させる制御信号を前記ステージに送信する処理と、
    前記測定対象物から発生する測定対象音を集音するマイクロホンから出力される集音信号を受信する処理と、
    前記集音信号を周波数スペクトルに変換する処理と、
    前記ステージが異なる向きに移動する際に受信される前記集音信号に基づいて生成された二つの前記周波数スペクトルを比較して雑音成分を除去することによって、前記測定対象音に対応する測定対象信号を生成する処理とをコンピュータに実行させるプログラム。

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