JP2020134310A - 振動分析装置、振動分析方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】周期運動をする複数の部品それぞれの振動現象への寄与度を容易に分析できる振動分析装置、振動分析方法及びプログラムを提供する。【解決手段】騒音分析装置１は、周期運動をする複数の部品を備える機械によって発生する振動現象の時系列データ及び、複数の部品それぞれの振動数が入力される入力部２０と、入力部２０に入力された時系列データからパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算部３１と、入力部２０に入力された部品それぞれの振動数に基づいて部品毎の基本周波数を計算する基本周波数計算部３２と、パワースペクトルから、基本周波数計算部３２が計算した基本周波数に対する強度と基本周波数に２以上の整数を乗じて得た高調波周波数に対する強度を部品毎に求め、求めた基本周波数に対する強度に高調波周波数に対する強度を加算して、部品毎の加算強度を計算する加算強度計算部３３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は振動分析装置、振動分析方法及びプログラムに関する。

機械には、複数の部品が、それぞれの部品固有の周期運動、例えば、回転、振動をするものがある。そのような機械では、複数の部品が周期運動するため、機械それ自体が振動したり周辺の空気が振動したりすることがある。その結果、機械から騒音が発生することがある。

このような騒音を防止するには、どのような周波数の騒音が発生しているのかを分析する必要がある。そこで、騒音の周波数を分析する騒音分析プログラムが販売されている。

例えば、非特許文献１には、騒音の時系列データからパワースペクトルを計算するＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）機能と、騒音の時系列データをオクターブバンド分析するオクターブ機能と、をコンピュータに発揮させる騒音分析プログラムが開示されている。

株式会社エー・アンド・デイ著及び発行、「ＷＣＡ ＷＯＲＬＤ ＣＬＡＳＳ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ＡＤ３６００ＰＣシリーズ オフライン後処理解析ソフトウエア ＷＣＡＰＲＯ」、２０１４年４月、ｐ．２−３

騒音対策では、大きい音を発生させる部品を特定して、その部品が発生させる音を小さくする音源対策と呼ばれる方法が最も効果的である。このため、その音源対策を他の対策よりも優先して行うことが望ましい。しかし、非特許文献１に記載のプログラムが備えるオクターブ機能では、可聴帯域をオクターブ毎の周波数帯域に分け、周波数帯域毎に音の強度を計算するだけである。このため、どの部品の音が他の部品の音より大きいのか、すなわち、どの部品が騒音の主な音源であるのかを把握することが難しい。その結果、有効な音源対策をすることが困難である。

また、非特許文献１に記載のプログラムが備えるＦＦＴ機能を用いても、有効な音源対策をすることが困難となる場合が多い。一般に、周期運動をする部品によって発生する騒音のパワースペクトルでは、部品の基本周波数の整数倍となる周波数の箇所に音圧のピークが現れることが知られている。しかし、ＦＦＴ機能で算出したパワースペクトルでは、部品が複数個ある場合、そのパワースペクトルに多数のピークがあるため、それら多数のピークから、どの部品が騒音の主な音源であるかを把握することが難しい。このように、非特許文献１に記載のプログラムでは、どの部品が振動現象への寄与度が高いのかを把握することが難しい。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、周期運動をする複数の部品それぞれの振動現象への寄与度を容易に分析できる振動分析装置、振動分析方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る振動分析装置は、
周期運動をする複数の部品を備える機械によって発生する振動現象の時系列データ及び、前記複数の部品それぞれの振動数が入力される入力部と、
前記入力部に入力された前記時系列データからパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算部と、
前記入力部に入力された前記部品それぞれの振動数に基づいて前記部品毎の基本周波数を計算する基本周波数計算部と、
前記パワースペクトルから、前記基本周波数計算部が計算した前記基本周波数に対する強度と前記基本周波数に２以上の整数を乗じて得た高調波周波数に対する強度を前記部品毎に求め、求めた前記基本周波数に対する強度に前記高調波周波数に対する強度を加算して、前記部品毎の加算強度を計算する加算強度計算部と、
を備えることを特徴とする。

本発明の構成によれば、加算強度計算部が、部品毎に、基本周波数に対する強度に高調波周波数に対する強度を加算して加算強度を算出する。このため、部品毎の加算強度を比較することにより、部品それぞれの振動現象への寄与の度合いを容易に分析できる。

本発明の実施の形態に係る騒音分析装置のブロック図 回転部品が回転したときの騒音の時系列データとそのパワースペクトルの概念図 本発明の実施の形態に係る騒音分析装置が備える表示部に表示される画像の図である。 本発明の実施の形態に係る騒音分析装置が備える分析部の音源寄与度分析処理のフロー図 本発明の実施の形態に係る騒音分析装置が備える分析部の加算強度計算処理のフロー図 （Ａ）騒音分析装置で自動車のエンジンルームの騒音を分析したときの、表示部の音源寄与度表示領域の拡大図、（Ｂ）−（Ｄ）騒音分析装置が備える分析部でオクターブ分析をしたときの、表示部のオクターブ分析欄の拡大図

以下、本発明の実施の形態に係る振動分析装置、振動分析方法及びプログラムについて図面を参照して詳細に説明する。なお、図中、同一又は同等の部分には同一の符号を付す。

本実施の形態に係る振動分析装置は、複数個の、軸の回りに回転する部品（以下、回転部品という）を備える機械によって発生する空気の振動を分析するための振動分析装置、すなわち、騒音を分析するための騒音分析装置である。この騒音分析装置では、各回転部品の基本周波数から、各回転部品の騒音への寄与の度合い（以下、寄与度という）の指標となる加算強度を算出する。

まず、図１及び図２を参照して、騒音分析装置の構成について説明する。次に、図３−図５を参照して、騒音分析装置での、加算強度を用いた騒音分析方法について説明する。なお、この騒音分析装置は、回転部品の音源としての寄与度を計測することから、回転部品音源寄与度計測装置ともいうが、以下の説明では、騒音分析装置というものとする。

図１は、本発明の実施の形態に係る騒音分析装置１のブロック図である。図２は、回転部品が回転したときの騒音の時系列データとそのパワースペクトルの概念図である。なお、図２では、基本周波数１／Ｔ（Ｔは周期）の回転部品によって発生する音の時系列データとパワースペクトルを示している。

図１に示すように、騒音分析装置１は、分析対象の騒音を発生させる機械の音を検出して時系列データを生成するセンサ部１０と、その機械が備える複数の回転部品それぞれの回転数が入力される入力部２０と、センサ部１０が生成した時系列データからパワースペクトルを求め、そのパワースペクトルと、入力部２０に入力された回転数と、に基づいて加算強度を計算する分析部３０と、分析部３０が計算した加算強度を表示する表示部４０と、を備えている。

センサ部１０は、騒音分析装置１の分析対象が騒音であることから、音を検出して記録するための部品で構成されている。詳細には、センサ部１０は、マイクロフォン１１、アンプ１２、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１３及び、記憶部１４で構成されている。図示しないが、Ａ／Ｄ変換器１３は計時部を有する。

センサ部１０では、マイクロフォン１１は音をアナログ信号に変換する。アンプ１２は、マイクロフォン１１のアナログ信号を増幅し、その増幅されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１３がデジタル信号に変換する。このとき、Ａ／Ｄ変換器１３は、計時部が計時した時刻から一定期間毎にデジタル信号に変換して音の時系列データを生成する。そして、記憶部１４は、Ａ／Ｄ変換器１３の出力データを順次記憶する。これにより、センサ部１０は、検出した音から音の時系列データを生成して記憶する。

一方、入力部２０は、キーボードを有する。入力部２０には、ユーザーがそのキーボードを使用することにより、各回転部品の上述した回転数のほか、回転部品の部品数及び、各回転部品の次数が入力される。そして、入力部２０は、入力された各データを図示しない記憶部に記憶させる。なお、本明細書では、入力部２０を入力装置ともいう。

ここで、回転数とは、１分間に回転部品が回転する回数のことである。
次数とは、回転部品が回転したときに発生する高調波の振動数を回転部品の回転数から算出される振動数、すなわち、回転部品の基本周波数で除算して得られる数のことである。騒音分析装置１では、回転部品の１回転を１周期として、その１周期の間に発生する振動現象の要因となる要素の数を、次数とする。例えば、回転部品がギアの場合、そのギアの歯数を次数とする。ボールベアリングの場合、転動体の球数を次数とする。回転翼の場合、翼の枚数を次数とする。

分析部３０は、騒音分析装置１が備える図示しない記憶部に格納された音源寄与度分析プログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行することで実現されている。分析部３０は、センサ部１０が生成した音の時系列データからパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算部３１と、入力部２０に入力された回転部品の各回転数から基本周波数を計算する基本周波数計算部３２と、パワースペクトル計算部３１が計算したパワースペクトルから各回転部品の加算強度を計算する加算強度計算部３３と、加算強度計算部３３が計算した加算強度から各回転部品の音への寄与度を計算する部品寄与度計算部３４と、を備える。

パワースペクトル計算部３１は、センサ部１０が生成した音の時系列データをＦＦＴ処理する。これにより、パワースペクトル計算部３１は、パワースペクトルを計算する。パワースペクトル計算部３１は、計算したパワースペクトルを表示部４０に表示させる。

一方、基本周波数計算部３２は、入力部２０に入力された各回転部品の回転数から、１秒間あたりの回転の回数を求め、さらに各回転部品の次数を乗じて基本周波数を計算する。

加算強度計算部３３は、パワースペクトル計算部３１が計算したパワースペクトルと、基本周波数計算部３２が求めた基本周波数から、各回転部品の騒音への寄与度の指標となる加算強度を計算する。
一般に、回転部品が回転して振動、例えば、騒音が発生すると、図２に示すように、そのパワースペクトルに、基本周波数成分と、その整数倍の周波数成分とにピークが出現することが知られている。このため、回転部品に起因した音が発生しているか否かは、これらピークが出現する周波数と基本周波数を比較することにより判定することができる。しかし、回転部品が多いと多数のピークが出現して、どの回転部品に起因した音かの判定が困難であることが多い。
そこで、加算強度計算部３３は、回転部品起因の音の判定を容易にするため、回転部品毎にこれらピークでの強度を加算して、上記の指標の加算強度を計算する。

詳細には、加算強度計算部３３は、パワースペクトル計算部３１が計算したパワースペクトルから、各回転部品の基本周波数成分の強度を求める。また、加算強度計算部３３は、基本周波数を整数倍にすることにより（すなわち整数Ｎ＝２、３、４・・を乗ずることにより）高調波周波数を計算し、パワースペクトルから計算した高調波成分それぞれでの強度を求める。一方、加算強度計算部３３は、基本周波数と高調波周波数のそれぞれが回転部品の間で重複するか否かをチェックし、重複する回転部品の個数（以下、重複度という）をカウントする。加算強度計算部３３は、基本周波数成分と高調波成分の強度それぞれを重複度で除算して、各回転部品に起因する基本周波数成分と高調波成分の強度それぞれを求める。そして、加算強度計算部３３は、回転部品毎に、求めた基本周波数成分の強度に高調波成分それぞれの強度を加算して、回転音成分の強度である加算強度を算出する。加算強度計算部３３は、求めた加算強度を表示部４０に表示する。なお、加算強度の詳細な算出方法は後述する。
なお、本明細書では、各回転部品に起因する基本周波数成分の強度のことを、基本周波数に対する強度ともいい、各回転部品に起因する高調波成分の強度のことを高調波周波数に対する強度ともいう。

部品寄与度計算部３４は、パワースペクトルでの各周波数の強度を加算して全周波数加算強度を計算する。そして、部品寄与度計算部３４は、回転部品毎に、上記加算強度を全周波数加算強度で除算して各回転部品の騒音への寄与度、すなわち、音源寄与度を算出する。部品寄与度計算部３４は、算出した音源寄与度を表示部４０に出力する。なお、本明細書では、音源寄与度を単に、寄与度、部品寄与度ともいう。

表示部４０は、液晶ディスプレイ装置で構成されている。表示部４０は、パワースペクトル計算部３１が計算したパワースペクトルを表示する。また、表示部４０は、加算強度計算部３３が計算した加算強度と部品寄与度計算部３４が計算した音源寄与度を、各回転部品に対応付けて表示する。これにより、各回転部品の騒音への寄与情報が提供される。その結果、ユーザーは、どの回転部品が騒音の主要な要因であるのかを認識して音源対策をすることができる。

次に、図３−図５を参照して、騒音分析装置１の騒音分析方法について説明する。また、騒音分析方法の説明とあわせて、加算強度と音源寄与度の算出方法について詳細に説明する。なお、以下の説明では、一定の回転数でそれぞれ回転する複数の回転部品を備える機械が騒音を発生させ、その騒音を騒音分析装置１で分析することを前提とする。また、加算強度と音源寄与度による騒音分析のことを音源寄与度分析と呼ぶものとする。

図３は、騒音分析装置１が備える表示部４０に表示される画像の図である。図４は、騒音分析装置１が備える分析部３０の音源寄与度分析処理のフロー図である。図５は、分析部３０の加算強度計算処理のフロー図である。なお、図３では、理解を容易にするため、部品寄与度計算部３４が算出した音源寄与度の表示を省略している。

まず、機械の回転部材が回転したときの騒音を検出するため、センサ部１０を音源寄与度分析対象となる機械の近傍に設置する。次に、機械を起動して回転部材を一定の回転数で回転させる。その後、騒音分析装置１を起動し、センサ部１０にある図示しない録音ボタンを押す。これにより、センサ部１０が、機械が発生させる騒音を検出して記憶する。

一方、起動した騒音分析装置１の表示部４０には、図３に示すように、コマンドボタン欄４１が表示されている。ユーザーは、入力部２０のマウス又はキーボードを用いてコマンドボタン欄４１にある波形読込ボタンを選択する。これにより、騒音分析装置１は、センサ部１０の記憶部１４に記憶された騒音の時系列データを読み取り、その時系列データを図示しない記憶部に記憶する。さらに、騒音分析装置１は、その時系列データから生成した音の波形を波形欄４２に表示する。なお、騒音分析装置１は、音の時系列データを読み取る、図示しない読取部を備えるところ、この読取部のことを入力部ともいう。

また、表示部４０には、音の分析方法が選択可能な選択ボックス４３が表示されている。ユーザーは、その選択ボックス４３の矢印ボタンを、入力部２０のマウスで押して「音源寄与度」を選択する。これにより、表示部４０には、音源寄与度分析に必要なパラメータを入力するための入力欄４４が表示される。その入力欄４４には、回転成分数、回転数、次数等の回転部品に関する分析条件を入力する欄が表示される。

ここで、回転成分数とは、回転部品の個数のことである。騒音分析装置１はこの数に基づいて各回転部品に番号（以下、回転成分番号という）を付与する。

表示部４０には、入力欄４４に回転成分番号を選択するための矢印ボタンを表示されている。表示部４０には、この矢印ボタンで回転成分番号を選択することにより、選択した回転成分番号の回転部品の回転数、次数等が入力できる欄が表示される。

ユーザーは、予め回転部品の個数、各回転部品の回転数、次数を求めておき、上述した入力欄４４にキーボードを用いてその個数を入力する。続いて、上述した矢印ボタンで回転成分番号を選択しながら、回転部品毎に、求めた回転数、次数を入力部２０に入力する。各パラメータが入力されると、騒音分析装置１は、図示しない記憶部にこれらパラメータのデータを記憶させる。

また、上述したコマンドボタン欄４１には分析ボタンが表示されている。ユーザーは、入力部２０に各パラメータを入力した後、その分析ボタンを、入力部２０のマウス又はキーボードを用いて押す。これにより、騒音分析装置１のＣＰＵによって音源寄与度分析プログラムが実行される。その結果、音源寄与度分析処理のフローが開始される。

音源寄与度分析処理のフローが開始されると、まず、分析部３０は、図示しない記憶部から、音の時系列データを読み出す。また、各パラメータを読み出す。これにより、図４に示すように、分析部３０は、音の時系列データ、回転成分数、回転成分番号それぞれの回転部品の回転数及び次数を取得する（ステップＳ１）。なお、本明細書では、この工程を、取得工程又は取得ステップという。また、分析部３０を、取得部ともいう。

次に、分析部３０は、読み出した時系列データをＦＦＴ処理することにより、スペクトルの計算をする（ステップＳ２）。このとき、強度用配列Ｓ（配列の要素数はパワースペクトルの区分数）を生成して、強度用配列Ｓにパワースペクトルの強度値を割り当てる。続いて、スペクトルの計算で得られたパワースペクトルを表示部４０の図３に示すパワースペクトル表示欄４５に表示させる。また、そのパワースペクトルを図示しない記憶部に記憶させる。なお、本明細書では、この工程を、パワースペクトル計算工程又はパワースペクトル計算ステップという。

分析部３０は、パワースペクトルを計算した後、各回転部品の基本周波数と高調波周波数を計算する（ステップＳ３）。基本周波数は、まず各回転部品の回転数から１秒間あたりの回転回数を求め、その求めた１秒間あたりの回転回数に各回転部品の次数を乗じることにより計算する。これに対して、高調波周波数は、計算した基本周波数に整数Ｎ（なお、Ｎ＝２、３、４・・）を乗じることにより計算する。そして、分析部３０は、計算した基本周波数と高調波周波数を回転成分番号と関連付けて記憶部に記憶させる。なお、本明細書では、この工程を、基本周波数計算工程又は基本周波数計算ステップという。

基本周波数を計算した後、分析部３０は、計算した基本周波数及び高調波周波数が回転部品間で重複するか否かをチェックする（ステップＳ４）。詳細には、まず、分析部３０は、ステップＳ２で計算したパワースペクトルの周波数成分を周波数分解能で除算して、ステップＳ２で計算した区分数の、各要素の初期値が０である重複度用配列Ｄ（配列の要素数は区分数）を生成する。続いて、計算した基本周波数を、周波数分解能で除算して、小数点第一位以下を四捨五入することにより、基本周波数に対応する、重複度用配列Ｄの要素番号ｎ１を求める。そして、分析部３０は、その要素番号ｎ１の配列要素Ｄ［ｎ１］の数値に１を加算する。次に、分析部３０は、計算した高調波周波数それぞれを、周波数分解能で除算して、小数点第一位以下を四捨五入することにより、高調波周波数に対応する、重複度用配列Ｄの要素番号ｎ２、ｎ３・・を求める。そして、求めた要素番号ｎ２、ｎ３・・の配列要素Ｄ［ｎ２］、Ｄ［ｎ３］・・の数値に１を加算する。分析部３０は、回転部品毎にこの処理を繰り返す。すなわち、回転部品毎に要素番号ｎ１、ｎ２、ｎ３・・に対応する配列要素Ｄ［ｎ２］、Ｄ［ｎ３］・・の数値に１を加算していく処理を繰り返す。これにより、基本周波数と高調波周波数の回転部品間の重複を、配列要素Ｄ（ｘ）の数値に置き換えてカウントし、配列要素Ｄ（ｘ）の数値を重複度とする。分析部３０は、その重複度を上述した、図示しない記憶部に記憶させる。

次に、分析部３０は、加算強度計算処理を行う（ステップＳ５）。加算強度計算処理では、図５に示すように、まず、分析部３０は、記憶部から回転成分数、回転成分番号とこの番号に関連付けられた基本周波数及び高調波周波数、重複度並びにパワースペクトルを読み出す（ステップＳ５１）。

続いて、分析部３０は、読み出したパワースペクトルでの各周波数の強度を加算して全周波数加算強度を計算する（ステップＳ５２）。詳細には、分析部３０は、強度用配列Ｓの各要素の数値を加算することにより、全周波数加算強度を計算する。

次に、分析部３０は、回転成分番号の最も小さい回転部品（回転成分番号ｉ＝１）の基本周波数成分の強度を算出する（ステップＳ５３）。詳細には、分析部３０は、読み出した、その回転部品の基本周波数を周波数分解能で除算して、小数点第一位以下を四捨五入することにより、基本周波数に対応する、強度用配列Ｓの要素番号ｎ１を求める。続いて、分析部３０は、その要素番号ｎ１の配列要素Ｓ［ｎ１］の数値を、基本周波数成分で発生している音の強度とする。次に、分析部３０は、読み出した要素番号ｎ１の配列要素Ｄ［ｎ１］の数値を基本周波数成分での重複度とする。続いて、分析部３０は、他の回転部品による影響を除くため、求めた音の強度を、上記の重複度の逆数で重み付けして、その回転部品に起因する基本周波数成分の強度を算出する。すなわち、重複度の逆数で除算して基本周波数成分の強度を算出する。そして、分析部３０は、この強度を加算強度とする。

次に、分析部３０は、回転成分番号ｉの回転部品の高調波成分の強度を算出する（ステップＳ５４）。詳細には、分析部３０は、ステップＳ３で求めた全高調波成分のうち、最も小さい高調波成分（整数Ｎ＝２）の周波数を周波数分解能で除算して、小数点第一位以下を四捨五入することにより、高調波成分に対応する、強度用配列Ｓの要素番号ｎ２を求める。続いて、分析部３０は、その要素番号ｎ２の配列要素Ｓ［ｎ２］の数値を、その高調波成分で発生している音の強度とする。また、その要素番号ｎ２の配列要素Ｄ［ｎ２］の数値を重複度とする。さらに、分析部３０は、高調波成分の強度を、重複度の逆数で重み付けして、その回転部品に起因する高調波成分（整数Ｎ＝２）の強度を算出する。

次に、分析部３０は、ステップＳ５４の高調波周波数が加算上限周波数よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５５）。

ここで、加算上限周波数とは、加算に使用する高調波成分の上限を決める周波数のことである。一般に回転部品の次数が１の場合、その回転部品は、それほど高次までの音を発生させないこともある。このため、極めて高次の音まで加算して加算強度を求めると、回転部品に起因する音を正確に分析できないことがある。加算上限周波数は、このような背景から、より高精度な分析を行うために設定される周波数のことである。なお、本明細書では、加算上限周波数のことを、高調波制限ともいう。

上述した、図示しない記憶部には、予め加算上限周波数が記憶されている。ステップＳ５５では、分析部３０が、その加算上限周波数を記憶部から読み出して、その加算上限周波数と高調波周波数とを比較する。

分析部３０は、高調波成分が加算上限周波数よりも大きくないと判定した場合（ステップＳ５５のＮｏ）、ステップＳ５４で求めた高調波成分の強度をステップＳ５３で求めた基本周波数成分の強度に加算する（ステップＳ５８）。そして、ステップＳ５４に戻る。このとき、上記整数Ｎを１だけ大きくする（すなわち整数ＮをＮ＋１とする）。これにより、高調波周波数が加算上限周波数よりも大きくなるまで、ステップＳ５４、Ｓ５８を繰り返して、基本周波数成分の強度への高調波成分の強度の加算を繰り返す。

一方、分析部３０は、高調波周波数が加算上限周波数よりも大きいと判定した場合（ステップＳ５５のＹｅｓ）、高調波成分が音源寄与度分析をするときの上限を超えたとして、加算強度の加算の繰り返しを終了させる。

続いて、分析部３０は、回転成分番号ｉの回転部品の騒音への寄与度、すなわち音源寄与度を算出する（ステップＳ５６）。詳細には、分析部３０は、計算した加算強度をステップＳ５２で計算した全周波数加算強度で除算して、その回転部品の音源寄与度を算出する。本明細書では、この工程を、部品寄与度計算工程又は部品寄与度計算ステップという。

次に、分析部３０は、回転部品の回転成分番号ｉが回転成分数ｊと一致するか否かを判定する（ステップＳ５７）。分析部３０は、回転成分番号ｉが回転成分数ｊと一致しないと判定した場合（ステップＳ５７のＮｏ）、ステップＳ５３に戻る。そのステップＳ５３では、回転成分番号ｉが１つだけ大きい回転部品（回転成分番号ｉがｉ＋１の回転部品）について基本周波数成分の強度を算出する。これにより、回転成分番号ｉが回転成分数ｊと一致するまで、ステップＳ５３−Ｓ５６、Ｓ５８の加算強度と音源寄与度の算出を繰り返す。そして、全回転部品について加算強度と音源寄与度を算出する。

一方、分析部３０は、回転成分番号ｉが回転成分数ｊと一致すると判定した場合（ステップＳ５７のＹｅｓ）、分析部３０は、全ての回転部品について加算強度と音源寄与度の算出が完了したとして、加算強度計算処理から図４に示す音源寄与度分析処理に戻り、ステップＳ６へ進む。なお、本明細書では、加算強度計算処理を、加算強度計算工程又は加算強度計算ステップという。

分析部３０は、表示部４０の図３に示す音源寄与度表示領域４６に加算強度計算処理で求めた加算強度と音源寄与度を表示する（ステップＳ６）。その後、分析部３０は、音源寄与度分析処理を終了させる。

なお、音源寄与度分析処理では、ステップＳ５５で、高調波周波数が加算上限周波数よりも大きいか否かを判定しているが、ステップＳ５５の処理は省略しても良い。この場合、パワースペクトル内全ての高調波成分について、加算強度の加算を繰り返しても良い。

また、ステップＳ５５では、加算上限周波数をユーザーが指定しても良い。例えば、分析対象の騒音で高い周波数の高調波が観測されないことがある。その場合、分析精度の低下を防ぐため、騒音分析装置１に、基本周波数成分に所定の整数を乗じて得た周波数を加算上限周波数とする加算限定モードを設け、その加算限定モードをユーザーが指定可能にしても良い。騒音分析装置１に、パワースペクトルから分析可能な最大周波数、オクターブバンドの上限周波数等の周波数を加算上限周波数とする他のモードを設け、他のモードをユーザーが指定可能にしても良い。また、加算上限周波数が、これらの周波数に予め設定されていても良い。全周波数加算強度として、目的によっては、指定周波数範囲内の加算としても良いし、全周波数にわたる加算としても良い。前者はパーシャルオーバーオール値で、後者はオーバーオール値である。オーバーオール値の場合は、スペクトル成分を加算する代わりに、時系列の強度の平均値を計算しても良い。また、加算強度計算時の加算上限周波数は全周波数加算強度計算時の上限周波数に一致させても良い。

また、ステップＳ５２は、ステップＳ５４、Ｓ５８の加算強度の計算の前に行っているが、全周波数加算強度は、ステップＳ５６の音源寄与度の計算で使用するため、ステップＳ５２は、ステップＳ５６の前で実施されると良い。このため、ステップＳ５２は、ステップＳ５４、Ｓ５８の後であっても良い。

また、ステップＳ５６は、ステップＳ５７の判定の前に実施しているが、ステップＳ５７の後に実施しても良い。この場合、ステップＳ５２をステップＳ５７の後に実施し、その後、ステップＳ５６を実施しても良い。

次に、騒音分析装置１を用いた自動車のエンジンルームの音源寄与度分析の例について説明する。以下の例では、騒音分析装置１を用いて、回転部品であるエンジンが回転したときに自動車から発生する騒音を分析した。センサ部１０には、フィルタ特性をＡ、時定数をｆａｓｔに設定された精密騒音計を使用した。そして、精密騒音計を自動車の近傍に設置して、エンジンをアイドリング状態にしたときの騒音を録音した。その録音データをメモリーカードに記憶させ、騒音分析装置１の分析部３０に読み取らせ、加算強度を算出させた。その結果を図６に示す。なお、回転部品の個数と回転成分数は９つである。

図６（Ａ）は、騒音分析装置１で自動車のエンジンルームの騒音を分析したときの、表示部４０の音源寄与度表示領域４６の拡大図である。図６（Ｂ）−図６（Ｄ）は、騒音分析装置１が備える分析部３０でオクターブ分析をしたときの、表示部４０のオクターブ分析欄４７の拡大図である。

なお、騒音分析装置１の分析部３０には、音源対策をした場合に期待される減衰量から音源対策後の騒音の強度を試算する試算機能が設けられている。詳細には、分析部３０は、計算したパワースペクトルに基づいてオクターブ分析をする機能を有する。このオクターブ分析には、図３に示す表示部４０の減衰量入力ボックス４８に入力された、音源対策をした場合に期待される、各周波数での強度の減衰量に基づいて、音源対策後の各周波数での強度を試算する試算機能が設けられている。図６（Ａ）に示す音源寄与度表示領域４６の上部の表は、上記の試算機能で減衰量が０ｄＢと入力されたときの、すなわち音源対策で減衰量が期待できないと仮定したときの、対策前の各周波数での音の強度、各周波数での減衰量及び、対策後の各周波数での音の強度を示している。従って、対策前の各周波数での加算強度と対策後の各周波数での加算強度は同じである。なお、対策前の各周波数での音の強度は、表の左に「積算値」と表示された欄に表示されている。対策後の各周波数での音の強度は、表の左に「対策後」と表示された欄に表示されている。表右上の「積算値」は上述した全周波数加算強度のことである。

この表を参照すると、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４Ｋｚの周波数成分が他の周波数成分よりも大きいことがわかる。しかし、この表では、９つの回転部品のうち、どの回転部品が騒音の主な音源であるのかを分析することが難しい。

これに対して、図６（Ａ）の音源寄与度表示領域４６内の左下には、グラフが表示されている。このグラフは、分析部３０の加算強度計算処理で求めた、回転部品毎の加算強度を示している。ここで、グラフ下の数値は、各回転部品の回転成分番号を示している。また、グラフ下の「他」は、全体の音の強度から回転部品全ての音の強度を減じたときの音の強度を示している。

このグラフを参照すると、回転成分番号が１−３の回転部品が他の番号の回転部品よりも、高い加算強度であることがわかる。その結果、回転成分番号が１−３である回転部品が騒音に大きく寄与していることがわかる。

一方、分析部３０には、上述した周波数毎の試算機能のほか、回転部品毎に音源対策後の加算強度を試算する試算機能を有している。詳細には、図６（Ａ）の音源寄与度表示領域４６の右下には、回転部品の回転成分番号毎に上述した音源対策による減衰量を入力するための入力ボックス４９が設けられている。分析部３０は、入力ボックス４９に入力された回転部品毎の減衰量と、加算強度計算処理で求めた加算強度と、に基づいて音源対策後の回転部品毎の加算強度を試算する。さらに、分析部３０は、音源対策前と音源対策後の回転部品毎の加算強度に基づいてオクターブ分析をする。分析部３０は、オクターブ分析結果を図３に示すオクターブ分析欄４７に表示させる。

図６（Ｂ）は、入力ボックス４９に、回転成分番号が２である回転部品の減衰量を５ｄＢ、他の回転成分番号である回転部品の減衰量を０ｄＢと入力して、分析部３０の上記試算機能で回転部品毎に加算強度を試算すると共に、オクターブ分析をした結果を示している。図６（Ｃ）は、入力ボックス４９に、回転成分番号が２と３である回転部品の減衰量を５ｄＢ、他の回転成分番号である回転部品の減衰量を０ｄＢと入力した場合の結果を示している。図６（Ｄ）は、入力ボックス４９に、回転成分番号が１から３である回転部品の減衰量を５ｄＢ、他の回転成分番号である回転部品の減衰量を０ｄＢと入力した場合の結果を示している。

図６（Ｂ）−（Ｄ）を参照すると、音源対策後に、全周波数での音の強度を積算した積算値が低減していることがわかる。詳細には、音源対策前の積算値が８２．３ｄＢであったところ、図６（Ｂ）では、音源対策後の積算値が８１．６ｄＢに低下している。また、図６（Ｃ）では、その積算値が８０．９ｄＢに低下している。図６（Ｄ）では、その積算値が８０．４ｄＢに低下している。エンジンルームの騒音で１ｄＢだけ騒音を低減させることは非常に難しいことから、騒音分析装置１が、回転部品それぞれの騒音への寄与の度合いを容易に判断できる情報を提供していることがわかる。その結果、有効な音源対策が可能であることがわかる。

以上のように、本実施の形態に係る騒音分析装置１では、分析部３０が回転部品毎に、基本周波数成分の音の強度に高調波成分の音の強度を加算して加算強度を算出する。この加算強度は、回転音成分の強度であるため、各回転部品の音の発生への寄与の度合いを示す指標となる。このため、騒音分析装置１では、この加算強度から主要な音源を容易に特定することができる。これにより、音源対策が必要な部品がどの部品であるか、またその部品の騒音をどの程度減らせば所望の騒音レベルになるのかを確認できる。その結果、有効な音源対策が可能である。

また、騒音分析装置１では、分析部３０が加算強度から各回転部品の音源寄与度を計算するので、どの回転部品が音源として寄与の度合いが高いのかを容易に判別できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、騒音分析装置１が騒音、すなわち音の振動を分析している。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明では、振動現象を分析する装置であれば良い。このため、分析対象の振動現象は、空気の振動に限定されない。例えば、機械それ自体の位置の振動、機械から発生する電磁波の振動であっても良い。

また、上記実施の形態では、上記振動現象を発生させる物は回転部品である。しかし、本発明は、上記振動現象を発生させる物は、周期運動をする部品、その部品を備える機械、装置又はこれらの組み合わせた機器であっても良い。例えば、部品は、ピストン、カムであっても良い。これらの場合、入力部２０には、回転数に換えて、これらの部品の振動数が入力されると良い。そして、分析部３０でその振動現象の時系列データから加算強度を求めると良い。これにより、例えば、複数の機械が組み合わされた機器のどの部品が主な音源であるかを特定することができる。

上記実施の形態では、部品寄与度計算部３４が各回転部品の音源寄与度を算出する。しかし、本発明では、部品寄与度計算部３４の有無は任意である。このため、騒音分析装置１は、各回転部品の加算強度を計算し、音源寄与度の計算を省略しても良い。

上記実施の形態では、表示部４０に分析部３０が計算した回転部品毎の加算強度が表示され、ユーザーがその表示部４０に表示される加算強度から、どの回転部品が音の発生に寄与しているかを判断する。しかし、本発明では、ユーザーではなく、騒音分析装置１が、各回転部品の加算強度を比較することにより、音の発生への寄与度が高い回転部品を特定しても良い。そして、その回転部品の回転成分番号を表示部４０に表示しても良い。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上記の実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

１ 騒音分析装置、１０ センサ部、１１ マイクロフォン、１２ アンプ、１３ Ａ／Ｄ変換器、１４ 記憶部、２０ 入力部、３０ 分析部、３１ パワースペクトル計算部、３２ 基本周波数計算部、３３ 加算強度計算部、３４ 部品寄与度計算部、４０ 表示部、４１ コマンドボタン欄、４２ 波形欄、４３ 選択ボックス、４４ 入力欄、４５ パワースペクトル表示欄、４６ 音源寄与度表示領域、４７ オクターブ分析欄、４８ 減衰量入力ボックス、４９ 入力ボックス

Claims (4)

1. 周期運動をする複数の部品を備える機械によって発生する振動現象の時系列データ及び、前記複数の部品それぞれの振動数が入力される入力部と、
   前記入力部に入力された前記時系列データからパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算部と、
   前記入力部に入力された前記部品それぞれの振動数に基づいて前記部品毎の基本周波数を計算する基本周波数計算部と、
   前記パワースペクトルから、前記基本周波数計算部が計算した前記基本周波数に対する強度と前記基本周波数に２以上の整数を乗じて得た高調波周波数に対する強度を前記部品毎に求め、求めた前記基本周波数に対する強度に前記高調波周波数に対する強度を加算して、前記部品毎の加算強度を計算する加算強度計算部と、
   を備える振動分析装置。
2. 前記加算強度計算部が計算した、前記部品毎の前記加算強度に基づいて、前記部品毎の前記パワースペクトルの強度への寄与度を計算する部品寄与度計算部を備える請求項１に記載の振動分析装置。
3. 周期運動をする複数の部品を備える機械によって発生する振動現象の時系列データからパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算工程と、
   前記複数の部品それぞれの振動数に基づいて前記部品毎の基本周波数を計算する基本周波数計算工程と、
   前記パワースペクトル計算工程で計算した前記パワースペクトルから、前記基本周波数計算工程で計算した前記基本周波数に対する強度と前記基本周波数に２以上の整数を乗じて得た高調波周波数に対する強度を前記部品毎に求め、求めた前記基本周波数に対する強度に前記高調波周波数に対する強度を加算して、前記部品毎の加算強度を計算する加算強度計算工程と、
   を備える振動分析方法。
4. コンピュータに、
   周期運動をする複数の部品を備える機械によって発生する振動現象の時系列データからパワースペクトルを計算するパワースペクトル計算ステップと、
   前記複数の部品それぞれの振動数に基づいて前記部品毎の基本周波数を計算する基本周波数計算ステップと、
   前記パワースペクトル計算ステップで計算した前記パワースペクトルから、前記基本周波数計算ステップで計算した前記基本周波数に対する強度と前記基本周波数に２以上の整数を乗じて得た高調波周波数に対する強度を前記部品毎に求め、求めた前記基本周波数に対する強度に前記高調波周波数に対する強度を加算して、前記部品毎の加算強度を計算する加算強度計算ステップと、
   を実行させるためのプログラム。

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