JP2020153935A - 音響特性計測装置及び音響特性計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】雑音を精度よく除去して音響特性計測を行う音響特性計測装置を提供する。【解決手段】音響特性計測装置は、計測対象音音源オン／オフ制御手段と、集音手段と、音響特性抽出手段とを有する。計測対象音音源オン／オフ制御手段は、計測対象音音源から生じる計測対象音の出力をオン／オフする制御を行う。集音手段は、計測対象音を集音して集音信号を生成する。音響特性抽出手段は、計測対象音の出力がオンしている時の集音信号を第１の集音信号とし、計測対象音の出力がオフしている時の前記集音信号を第２の集音信号とする。そして、第１の集音信号と第２の集音信号とに基づいて、集音信号から計測対象音以外の雑音信号を除去して、音響特性を抽出する。【選択図】 図１

Description

本発明は、音響特性計測装置及び音響特性計測方法に関する。

一般的に、電気製品は電子部品や機構部品・筐体など複数のモジュールによって構成されている。このような電気製品の製造では、モジュールを順に組み立てた後、機能検査及び外観検査によって問題ないことを確認して組立完了となる。

前記機能検査の１つに、音の検査がある。これは、機器の操作音や警告音が正しく鳴るか・音声の品質に問題がないか等を確認するものである。このような音の検査では、周辺環境から雑音が混入して誤判定が起こりやすくなる場合がある。このため、製品を遮音箱と呼ばれる防音性の高い箱に収納するなどの防音対策を施した状態で検査を行うことが一般的である。

しかし、上記の遮音箱を用いる方法では、検査のたびに、検査を終了した製品を遮音箱から取り出し、次に検査する製品を遮音箱へ収納するといった作業が必要となり、生産性が低下する。そこで、遮音箱などの防音対策を施さずに集音し、信号処理によって雑音を除去して検査しようとする取組が行われている。この場合、集音した音が対象物からの音か、周辺環境からの雑音かの区別かを区別し、雑音を除去する技術が必要になる。

上記のような遮音箱を用いずに、雑音を除去して音響特性計測を行う技術が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、単一指向性マイクロホンと無指向性マイクロホンを用いて集音し、指向特性の差を利用した信号処理により雑音を除去して、計測対象音のみを抽出している。具体的には、まず単一指向性マイクロホンで騒音(計測対象音)のみを集音して第１の集音信号を取得し、無指向性マイクロホンでは騒音および周辺環境音を集音して第２の集音信号を取得する。次に、第１、第２の集音信号についてフーリエ変換を行い、第１のフーリエ変換信号と第２のフーリエ変換信号を算出する。次に第１のフーリエ変換信号を共役化したものと第２のフーリエ変換信号とを乗算し、これを第１のフーリエ変換信号の２乗で除算し、その計算結果を平均化する。この計算により、雑音成分を取り除き騒音信号を得ることができる。すなわち、遮音箱のような防音手段を不要とし、作業性を低下させることなく音響検査を実施することを可能としている。

特公平０５−０４３９７９号公報

しかし、特許文献１では、単一指向性マイクロホンで集音した音が、計測対象音であるものとしているが、実際には計測対象物の近傍からも雑音が発生することがある。この場合、単一指向性マイクロホンにも雑音が混入するため、計測対象音を正確に抽出することが難しくなる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、雑音を精度よく除去して音響特性計測を行う音響特性計測装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の音響特性計測装置は、計測対象音音源オン／オフ制御手段と、集音手段と、音響特性抽出手段とを有する。計測対象音音源オン／オフ制御手段は、計測対象音音源から生じる計測対象音の出力をオン／オフする制御を行う。集音手段は、計測対象音を集音して集音信号を生成する。音響特性抽出手段は、計測対象音の出力がオンしている時の集音信号を第１の集音信号とし、計測対象音の出力がオフしている時の前記集音信号を第２の集音信号とする。そして、第１の集音信号と第２の集音信号とに基づいて、集音信号から計測対象音以外の雑音を除去して、音響特性を抽出する。

本発明の効果は、雑音を精度よく除去して音響特性計測を行う音響特性計測装置を提供できることである。

第１の実施形態の音響特性計測装置を示すブロック図である。 第２の実施形態の音響特性計測装置を示すブロック図である。 第２の実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。 第２の実施形態の動作の一部を示すフローチャートである。 第２の実施形態の動作の次の一部を示すフローチャートである。 第２の実施形態の動作のさらに次の一部を示すフローチャートである。 第２の実施形態の音響特性計測の具体例を示すブロック図である。 第３の実施形態の音響特性検査装置を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、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。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態の音響特性計測装置のブロック図を示す。音響特性計測装置は、計測対象音音源オン／オフ制御手段１と、集音手段２と、音響特性抽出手段３とを有する。

計測対象音音源オン／オフ制御手段１は、計測対象音音源１０から生じる計測対象音の出力をオン／オフする制御を行う。

集音手段２は、計測対象の音を集音して集音信号を生成する。

音響特性抽出手段３は、計測対象音の出力がオンしている時の集音信号を第１の集音信号とし、計測対象音の出力がオフしている時の前記集音信号を第２の集音信号とする。そして、第１の集音信号と第２の集音信号とに基づいて、集音信号から雑音を除去して計測対象の音響特性を抽出する。

以上の構成とすることにより、計測対象音から精度よく雑音を除去することができる。

（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態の音響特性計測装置１０００を示すブロック図である。音響特性計測装置１０００は、マイクロホン１００と、制御部２００とを有している。制御部２００は、計測対象音音源オン／オフ制御部２１０と、ＦＦＴ処理部２２０と、音響特性算出部２３０とを有している。ここでＦＦＴとは、Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ（高速フーリエ変換）の略である。制御部２００のハードウェアには、例えば、プロセッサ、メモリ、ストレージを備えたコンピュータを用いることができる。

マイクロホン１００は、計測対象音音源から発生する音を集音する。マイクロホン１００は、計測対象音音源から出力された音の他に、周辺環境からの雑音も集音する。このため、マイクロホン１００は、計測対象音音源２０００からの音を強調して集音する特性を有していることが好ましい。そして、マイクロホン１００は、集音した音から集音信号を生成して、ＦＦＴ処理部２２０へ出力する。

計測対象音音源オン／オフ制御部２１０は、計測対象音音源２０００に対して、音を出力（オン）するか、音を停止（オフ）するか指令を出力して、計測対象音音源２０００の音の出力をオン／オフする制御を行う。また同じ指令を、ＦＦＴ処理部２２０へ出力する。

ＦＦＴ処理部２２０は、計測対象音音源オン／オフ制御部２１０から入力されたオン／オフ制御信号に基づいて、マイクロホン１００から入力された集音信号を、計測対象音音源２０００が音を出力している時の信号と、停止している時の信号とに分割する。さらに、前記分割した信号ごとにＦＦＴ処理を実施して、音響特性算出部２３０へ出力する。このＦＦＴの算出結果を音情報とする。

音響特性算出部２３０は、ＦＦＴ処理部２２０から入力された、音を出力している時の音情報と前記音を停止している時の音情報を用いて、前記計測対象音源２０００から出力されている音を抽出する。

次に動作について説明する。

図３に、マイクロホン１００が出力する集音信号（図２（ａ））と、計測対象音音源オン／オフ制御部２１０が出力するオン／オフ制御信号（図２（ｂ））の出力例を示す。計測対象音音源オン／オフ制御部２１０から計測対象音音源２０００へ、音を出力するように指令するオン信号が送られると、計測対象音音源２０００は音の出力を開始する。音の出力がオンしている時は、マイクロホン１００が集音してＦＦＴ処理部２２０へ出力する集音信号は、計測対象音音源２０００から出力される音と、周辺環境からの雑音となる。同様に、計測対象音音源オン／オフ制御部２１０から計測対象へ音を停止するように指令するオフ信号が送信されると、計測対象音音源２０００は音の出力を停止する。音の出力がオフしている間は、マイクロホン１００からＦＦＴ処理部２２０へ出力する集音信号は、周辺環境からの雑音のみとなる。

このため、計測対象音音源２０００がオンしている時の集音信号から、計測対象音音源２０００がオフしている時の信号を除去することにより、計測対象音音源２０００が出力している音のみを得ることが可能と考えられる。ＦＦＴ処理部２２０は、計測対象音音源２０００がオンした時と、オフした時とを、別々にＦＦＴ処理して音情報を算出する。

図４〜６は、計測対象音音源２０００がオンしている時の集音信号から、雑音成分を除去して、計測対象音音源２０００の音響特性を抽出する手順を示すフローチャートである。ここで、ｉ回目のオン指令時に集音した音をＦＦＴ処理した信号をＦ_ＯＮｉ（ｆ）、ｉ回目のオフ指令時に集音した音をＦＦＴ処理した信号をＦ_ＯＦＦｉ（ｆ）、オン／オフ指令を繰り返した回数をＣ_Ｔとする。また、Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ）を用いて算出したｉ回目のオフ指令時における雑音信号をＦ_Ｎｉ（ｆ）、Ｆ_ＯＮｉ（ｆ）から雑音を除去したｉ回目のオン指令時における計測対象音の信号をＦ_Ｓｉ（ｆ）、全てのオン指令時に集音した計測対象音の信号をＦ_Ｓ（ｆ）とする。加えて、雑音除去を実施する周波数の値が、配列Ｐ_Ｆ［ｎ］（ｎ＝１，２、・・・）へ、順に格納されており、格納数はＣ_Ｆであるものとする。

次に図４〜６の動作のフローチャートについて説明する。まずオン／オフ制御の回数ｉをｉ＝１に設定する（Ｓ１）。次にＦ_ＯＮｉ（ｆ）を算出し（Ｓ２）、Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ）を算出する（Ｓ３）。なおＳ２、Ｓ３の順番は順不同で良い。ｉ＝Ｃ_Ｔであるかどうかを判定する（Ｓ４）。ｉ＜Ｃ_Ｔである場合（Ｓ４＿Ｎｏ）、集音信号のＦＦＴ処理が終了していないことになるため、ｉ＝ｉ＋１として（Ｓ５）、Ｓ２に戻り、次の区間の処理を行う。一方、ｉ＝Ｃ_Ｔの場合は（Ｓ４＿Ｙｅｓ）、全集音信号のＦＦＴ処理が終了したことになるので、Ａに進む。

図５はＡ以降の動作を示すフローチャートである。ここでは、まず制御の回数ｉをｉ＝２に設定する（Ｓ６）次に、ＦＦＴ処理した信号で雑音除去を行う周波数の配列順を表すｊをｊ＝１に設定する（Ｓ７）。次に、Ｓ４の算出結果を用いて、Ｆ_{ＯＦＦｉ−１}（Ｐ_Ｆ［ｊ］）、Ｆ_ＯＦＦｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（Ｐ_Ｆ［ｊ］）の中央値を算出する（Ｓ８）。次に、算出した中央値をＦ_Ｎｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）に代入する（Ｓ９）。次に、Ｓ２で算出したＦ_ＯＮｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）と、Ｓ９で決定したＦ_Ｎｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）とを用いて、雑音を除去した計測対象音の音情報Ｆ_Ｓｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）＝Ｆ_ＯＮｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）−Ｆ_Ｎｉ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）を算出する（Ｓ１０）。次に、ｊ＝Ｃ_Ｆであるかどうかを判定する（Ｓ１１）。ｊ＜Ｃ_Ｆである場合（Ｓ１１＿Ｎｏ）、全周波数での処理が終了していないことになるため、ｊ＝ｊ＋１として（Ｓ１２）、Ｓ８に戻る。一方、ｊ＝Ｃ_Ｆである場合（Ｓ１１＿Ｙｅｓ）、全周波数での処理が終了したことになるため、更にｉ＝Ｃ_Ｔ−１であるかどうかを判定する（Ｓ１３）。ｉ＜Ｃ_Ｔである場合（Ｓ１３＿Ｎｏ）、全集音区間の処理が終了していないことになるため、ｉ＝ｉ＋１として（Ｓ１４）、Ｓ７に戻り、次の区間の処理を行う。一方、ｉ＝Ｃ_Ｔ−１である場合（Ｓ１３＿Ｙｅｓ）、全集音区間の処理が終了したことになるため、Ｂに進む。

図６は、Ｂ以降の動作を示すフローチャートである。ここでは、まず雑音除去を行う周波数の配列順を表すｊをｊ＝１とおく（Ｓ１５）。次に、周波数がＰ_Ｆ［ｊ］である場合の各オン／オフ制御回におけるＦ_Ｓ２（Ｐ_Ｆ［ｊ］）、Ｆ_Ｓ３（Ｐ_Ｆ［ｊ］）、・・・、Ｆ_{ＳＣＴ−１}（ＰＦ［ｊ］）の平均値を算出する（Ｓ１６）。そして、この平均値をＦ_Ｓ（Ｐ_Ｆ［ｊ］）に代入する（Ｓ１７）。次に、ｊ＝Ｃ_Ｆであるかどうかを判定する（Ｓ１８）。ｊ＜Ｃ_Ｆである場合（Ｓ１８＿Ｎｏ）、全周波数での処理が終了していないことになるため、ｊ＝ｊ＋１として（Ｓ１９）、Ｓ１６に戻る。一方、ｊ＝Ｃ_Ｆである場合（Ｓ１８＿Ｙｅｓ）、全周波数での処理が終了したことになるため、終了となる。以上のようにして、採用した周波数毎に雑音を除去した音圧が求まる。すなわち、雑音を除去した計測対象音音源の音響特性を求めることができる。

上記の処理の根拠を以下に説明する。ｉ回目の計測対象音音源オン時における周辺環境からの雑音に近いのは、ｉ回目あるいはｉ−１回目のオフ時に集音した音と考えられる。しかし、周辺環境からの音にはばらつきが存在する可能性が高いため、複数回の音停止時に集音した音を用いて、ばらつきを抑制することが好ましい。例えば、中央値や、平均値や、外れ値を除去した値、などを用いることで、突発的に発生した音の影響を低減することができる。以下では、一例として、３つの値の中央値を用いることで、周辺環境からの音のばらつきや、突発的に発生した音の影響を低減する方法について説明する。なお、中央値の算出に用いるデータは３区間に限られることはなく、例えば５区間や、７区間であっても良い。

次に、上記の処理の具体例について説明する。図７は、計測対象音の抽出例を示すグラフである。図７（ａ）は、オン時の音情報Ｆ_ＯＮｉ（ｆ）である。周波数ｆ＝ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６に、音圧のピークが存在する。

次に計測対象音音源オフ時の音情報Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ）を用いて、雑音の音情報Ｆ_Ｎｉ（ｆ）を求める。計測結果として、図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような、Ｆ_{ＯＦＦｉ−１}（ｆ）、Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ）、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ）の音情報が得られた。３つのグラフを比較すると、ｆ＝ｆ１、ｆ４、ｆ６に、ほぼ同じ音圧のピークが存在していることが分かる。一方で、ｆ＝ｆ７のピークは、図７（ｃ）のＦ_ＯＦＦｉ（ｆ）にだけ出現し、ｆ７におけるＦ_{ＯＦＦｉ−１}（ｆ）、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ）は同じ値となっている。このことから、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ）の集音時には、周辺環境からＦ_{ＯＦＦｉ−１}（ｆ）、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ）の集音時にはなかった音が集音されたと推定される。

本実施形態では、中央値を採用するため、ｆ＝ｆ７ではＦ_{ＯＦＦｉ−１}（ｆ７）、Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ７）、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ７）の中央値であるＦ_{ＯＦＦｉ−１}（ｆ７）もしくはＦ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ７）を、雑音の音情報Ｆ_Ｎｉ（ｆ７）とする。また、ｆ＝ｆ７以外では、Ｆ_{ＯＦＦｉ−１}（ｆ）、Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ）、Ｆ_{ＯＦＦｉ＋１}（ｆ）の値が同一のため、Ｆ_Ｎｉ（ｆ）＝Ｆ_ＯＦＦｉ（ｆ）となる。

上記のような処理により、Ｆ_Ｎｉ（ｆ）は図７（ｅ）のように設定される。すなわち、この例では、周波数ｆ＝ｆ１、ｆ４、ｆ６の音が周辺環境からの音であることが求められる。

次に、図７（ａ）のＦ_ＯＮｉ（ｆ）から、図７（ｅ）のＦ_Ｎｉ（ｆ）を減じて、図７（ｆ）の、Ｆ_Ｓｉ（ｆ）を得る。この処理により、ｆ１、ｆ４、ｆ６の雑音成分が除去され、Ｆ_ＯＮｉ（ｆ）のｆ＝ｆ２，ｆ３，ｆ５の成分が、計測対象音音源からの音響特性の成分として抽出される。

最後に、Ｆ_Ｓｉ（ｆ）よりＦ_Ｓ（ｆ）を算出する。各周波数においてＦ_Ｓｉ（ｆ）（ここでｉ＝２，３，・・・，Ｃ_Ｔ−１）の平均を算出することにより、Ｆ_Ｓ（ｆ）を得ることが出来る。

以上のようにして、遮音箱を用いることなく、雑音を除去して、精度良く計測対象音音源の音響特性を計測することができる。

（第３の実施形態）
第２の実施形態の音響特性計測装置を用いて、計測対象音音源の検査を行うことができる。図８は、このようにして構成した音響特性検査装置１００１を示すブロック図である。音響特性検査装置１００１は、第２の実施形態の音響特性計測装置１０００の構成に加えて、制御部２０１が、良否判定部２４０を有している。良否判定部２４０は、例えば、周波数成分ごとに定められた音圧の規格値を保持し、この規格値に基づいて、雑音を除去したＦ_Ｓ（ｆ）を評価し、良否を判定する。

以上説明したように、本実施形態によれば、防音手段を用いることなく計測対象音音源の良否判定を行うことができる。

上述した第１乃至第３の実施形態の処理を、コンピュータに実行させるプログラムおよび該プログラムを格納した記録媒体も本発明の範囲に含む。記録媒体としては、例えば、磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、などを用いることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

１ 計測対象音音源オン／オフ制御手段
２ 集音手段
３ 音響特性抽出手段
１０、２０００ 計測対象音音源
１００ マイクロホン
２００ 制御部
２１０ 計測対象音音源オン／オフ制御部
２２０ ＦＦＴ処理部
２３０ 音響特性算出部
２４０ 良否判定部
１０００ 音響特性計測装置
１００１ 音響特性検査装置

Claims (10)

1. 計測対象音音源の計測対象音の出力をオン／オフする制御を行う計測対象音音源オン／オフ制御手段と、
   前記計測対象音を集音して集音信号を生成する集音手段と、
   前記計測対象音の出力がオンしている時の前記集音信号を第１の集音信号とし、前記計測対象音の出力がオフしている時の前記集音信号を第２の集音信号とし、前記第１の集音信号と前記第２の集音信号とに基づいて前記集音信号から前記計測対象音音源の音響特性を抽出する音響特性抽出手段と
   を有することを特徴とする音響特性計測装置。
2. 前記音響特性の抽出を
   前記第１の集音信号から前記第２の集音信号を減じることで行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の音響特性計測装置。
3. 前記第２の集音信号として、
   前記第１の集音信号に同期する前記第２の集音信号と、前記同期する期間の１つ前の期間の第２の集音信号と、前記同期する期間の１つ後の期間の第２の集音信号との３つの中央値を用いる
   ことを特徴とする請求項２に記載の音響特性計測装置。
4. 前記第１の集音信号と前記第２の集音信号として、前記計測対象音をＦＦＴ処理した信号を用いる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の音響特性計測装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の音響特性計測装置と、
   前記音響特性と前記音響特性の基準値とを比較して前記音響特性の良否を判定する良否判定手段と
   を有することを特徴とする音響特性検査装置。
6. 計測対象音音源の計測対象音の出力をオン／オフを制御し、
   前記計測対象音を集音して集音信号を生成し、
   前記計測対象音の出力がオンしている時の前記集音信号を第１の集音信号とし、前記計測対象音の出力がオフしている時の前記集音信号を第２の集音信号とし、前記第１の集音信号と前記第２の集音信号とに基づいて前記集音信号から前記計測対象音音源の音響特性を抽出する
   ことを特徴とする音響特性計測方法。
7. 前記音響特性の抽出を
   前記第１の集音信号から前記第２の集音信号を減じることで行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の音響特性計測方法。
8. 前記第２の集音信号として、
   前記第１の集音信号に同期する前記第２の集音信号と、前記同期する期間の１つ前の期間の第２の集音信号と、前記同期する期間の１つ後の期間の第２の集音信号との３つの中央値を用いる
   ことを特徴とする請求項７に記載の音響特性計測方法。
9. 前記第１の集音信号と前記第２の集音信号として、前記計測対象音をＦＦＴ処理した信号を用いる
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の音響特性計測方法。
10. 計測対象音音源の計測対象音の出力のオン／オフを制御するステップと、
    前記計測対象音を集音手段に集音させるステップと、
    集音した前記計測対象音から集音信号を生成するステップと、
    前記計測対象音の出力がオンしている時の前記集音信号を第１の集音信号とし、前記計測対象音の出力がオフしている時の前記集音信号を第２の集音信号とし、前記第１の集音信号と前記第２の集音信号とに基づいて前記集音信号から前記計測対象音音源の音響特性を抽出するステップと
    を有することを特徴とする音響特性計測プログラム。

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