JP2816609B2 - 移動音源の音源探査装置 - Google Patents

移動音源の音源探査装置

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JP2816609B2
JP2816609B2 JP3128304A JP12830491A JP2816609B2 JP 2816609 B2 JP2816609 B2 JP 2816609B2 JP 3128304 A JP3128304 A JP 3128304A JP 12830491 A JP12830491 A JP 12830491A JP 2816609 B2 JP2816609 B2 JP 2816609B2
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博 竹田
嵩 岩城
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、音響ホログラフィ技
術を応用した自動車、電車、船舶等の移動する音源(移
動音源)の音源探査を行う移動音源の音源探査装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、生活の質の向上が求められるよう
になり、騒音環境の改善も急務になっている。このため
に動作時の音が小さく、静かな環境を維持できる機械を
製作することが求められているが、それには騒音の発生
位置や強度などを知ること、すなわち音源探査を行っ
て、その探査結果に基づいて対策をたてることが必要に
なる。
【0003】従来は、音源探査を行う方法として音響ホ
ログラフィ法、音響インテンシティ法、フェーズドアレ
イ法等がしられている。
【0004】音響ホログラフィ法は騒音源からの騒音を
多数の点で計測し、これらの計測音にホログラフィの原
理を適用することによって騒音の強度分布を等高線表示
するものである。等高線表示された図に基づいて、騒音
源の位置を推定することが出きる。
【0005】音響インテンシティ法は計測点における音
響強度(ベクトル量)を計測するもので、計測点におけ
る音響強度と方向を矢印で表示することによって、音の
流れを可視化することができる。可視化された図を基
に、音の流れを逆にたどることによって音源の位置を推
定することができる。また、これとは別に、計測点での
音響強度分布を等高線で表示することもでき、この等高
線図を基に、音源の位置を推定することも可能である。
【0006】フェーズドアレイ法は直線上に並べられた
マイクロホン列からの信号を音響強度を計測したい点に
応じて適当な遅延と振幅変化を与えて合成することによ
って計測点の音響強度を求め、表示するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、音響ホログ
ラフィ法は固定音源にしか適用できない。音響インテン
シティ法で移動音源の測定を行うには、マイクロホンを
固定したまま測定する方法と、マイクロホンの位置を変
えて計測点数分だけ移動音源を走行させて計測する方法
がある。しかし、前者はマイクロホンを音源に近接させ
なければならないので、危険である。
【0008】後者は測定時間がかかりすぎ、また常に同
一の状態で走行できない等の問題がある。すなわち、音
響インテンシティ法で計測する場合、計測点数分走行す
ることが必要であるが、一般的には全く同一の条件で移
動物体を走行させることは不可能である。例えば加速状
態を計測する場合、毎回同一の条件で走行するためには
走行毎の加速度を同一にする必要があるが、これは事実
上不可能である。ところが音響ホログラフィの場合は騒
音を同時に計測するので、1回の走行で計測が終了す
る。
【0009】フェーズドアレイ法はマイクロホン列方向
の分解能は高いが、これと直交する方向の分解能が低
く、音源位置が正確に求められない。例えば、マイク列
を鉛直に設置し、走行する自動車の音源探査を行うと
き、音源が上の方にあるか、下の方にあるかはわかる
が、前の方にあるか後ろの方にあるかは明瞭にできない
ために、実用的ではない。
【0010】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
もので、音響ホログラフィ法によって移動音源の音源を
探査する装置を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために第1の発明は 騒音を計測する手段と、その騒
音発生座標を測定する手段と、移動音源の速度を計測す
る手段と、ドップラ効果を補正する手段とを備えたもの
である。
【0012】第2の発明は第1の発明において騒音座標
を測定する手段を、騒音を計測する手段付近に設けられ
移動体に向けて空間波信号を発生する信号発生器と、そ
の空間波が移動体から反射してくる信号を検出する検出
器と、その検出された信号と移動速度の値によって座標
を求める座標演算手段とを備えたものである。
【0013】第3の発明は第1の発明において騒音座標
を測定する手段は、騒音を計測する手段より所定量だけ
走行方向前方位置および走行方向後方に設けられ、移動
体に向けて空間波信号を発生する信号発生器と、その空
間波が移動体から反射してくる信号を検出する検出器
と、その検出された信号と移動速度との値によって座標
を求める座標演算手段とを備えたものである。
【0014】第4の発明は第3の発明において、移動体
はその側面に所定間隔で反射板を設けているものであ
る。
【0015】第5の発明は、第1の発明から第4の発明
において、ドップラ効果を補正は位相と振幅の両方につ
いて補正するようにしたものである。
【0016】
【作用】移動体1から発生する騒音をマイク列2で収集
し、ビームスイッチ4によって移動体1の反射板5から
の反射波を検出する。ビームスイッチによって得られた
信号から移動体の速度および座標が演算され、その速度
情報から演算装置6によってドップラ効果の補正が行わ
れる。
【0017】
【実施例】図1は本装置の概念図であり、1は移動音源
(この例では自動車を使用している)、2は集音用マイ
クロホン列、3はマイクロホン支持具、4は移動速度計
測用拡散反射型ビームスイッチ、5は移動体に所定間隔
で取り付けられた反射板、6はパーソナルコンピュータ
をホストコンピュータとする処理装置である。
【0018】図2にデータ処理装置のブロック図を示
す。7はマイクロホン用の増幅器、8はA/D変換器、
9はドップラ効果補正回路、10は周波数分析回路、1
1は再生計算回路である。
【0019】図1に示す装置を用いて、次のように音源
探査計測を行う。最初に集音用マイクロホン列2を用い
て移動音源の移動時における騒音を計測する。同時にビ
ームスイッチ4から放射した信号が、反射板5からの反
射され、それをビームスイッチ4で受信して電気パルス
信号に変換し、移動速度の計測用パルス信号を計測す
る。
【0020】マイクロホンからの騒音信号は増幅器7で
増幅され、ビームスイッチ4で検出された速度計測用パ
ルス信号と同時にA/D変換器9でサンプリングされ
る。このとき計測される騒音信号は(1)式で示される。
【0021】
【数1】
【0022】ここで各緒元は次の通りである。 O:マイクロホンの位置 ρ:媒質の密度 q:音源の体積速度振幅 t:計測時刻 t0:時刻tにおいて計測された放射音が放射された時
刻 R:時刻t0における音源と受音点の距離 c:音速 M:マッハ数 θ:時刻t0において音源と受音点を結ぶ直線が図3の
X軸となす角 XS:音源の図3におけるX座標
【0023】O、XS、θの関係は図3に示しており、
ビームスイッチの出力信号から移動体の速度および座標
が計算できる。
【0024】第4図(a)に計測される騒音波形を示す
が、計測波形は音源が近づくにしたがって振幅が大きく
なるとともに、周波数が高くなり、音源が遠ざかるとそ
の反対になる、いわゆるドップラ効果が生ずる。このた
め、計測されたデータを用いて直接周波数分析をすると
真の音源のホログラムが得られない。
【0025】そこでドップラ効果補正回路9を用いてド
ップラ効果の補正を行い、真のホログラムを得ている。
ところで、シミュレーションの結果、時速百km程度ま
では(1)式の第2項は第1項と比較すると無視し得る
ことがわかったために、第2項を無視した補正方法を取
ることにする。計測時刻tにおいて受波された音波を音
源が放射した時の音源と計測位置の距離Rは(2)式で
示される。
【0026】
【数2】
【0027】この式(2)から各時刻において音源と計
測点の位置Rを算出すると、t−(R/c)によって各
時刻に対する騒音放射時刻が算出される。
【0028】(1)式によれば時刻t−(R/c)に放
射された音波は計測点においては振幅が1/{R(1−
Mcosθ)2}倍に振幅変調されている。そこで、各時刻
で計測音圧の振幅を{R(1−Mcosθ)2}倍する。
【0029】以上の補正により時刻tに計測点で計測さ
れた音圧は時刻t−(R/c)における音源点での音圧
に変換される。ただし、振幅は音源から1m離れた点で
の振幅に相当する。
【0030】次にこれまで算出された音原点における音
圧から音源が移動しない場合に計測されるであろう音圧
を算出する。このため、音源と計測点の距離をRSHとし
て時間に関してはtからt−(RSH/c)の遷移、振幅
に関しては1/RSHの補正を行う。
【0031】以上のように、位相および振幅を補正する
ことによってドップラ効果の補正が完了し、第4図(b)
に示す正弦波形が得られる。図4(a)はドップラ効果
によって左側の波形は記号「イ」に向かって周波数が高
くなりながら振幅が増え、右側の波形は周波数が低くな
りながら振幅が減少している。このため振幅と位相を補
正して(b)に示すように等振幅で等位相に補正してい
る。
【0032】ただし、実際に音源探査を行う場合は一般
に音源が広がりを有するため、音源の各点が計測点に与
えるドップラ効果は各々異なる。このため、異なる再生
点に対しては異なるドップラ効果の補正を行う必要があ
る。ここではこのことを勘案して設定された再生点にホ
ログラムを計算し、再生計算回路11によって再生計算
を行う。
【0033】次に、この装置で探査された実例の一部を
示す。第5図は自動車の屋根に積載された左側のスピー
カだけから周波数2KHzの純音を放射させ、100k
m/hで自動車を走行させてスピーカの音源探査を行っ
た例である。図に示されるように騒音を放射している左
側のスピーカだけに等高線が集中しており、右側のスピ
ーカには等高線が描かれておらず、この方法が正しいこ
とを証明している。
【0034】図6は自動車の音源探査結果の一例であ
る。この図は自動車を1速20km/h等速で走行さ
せ、周波数603Hzに対して再生した結果である。自
動車の足回りから騒音が放射されていることがよくわか
る。
【0035】図2においてA/D変換器8とドップラ効
果補正回路9の間に時間積分器を挿入すると次式で表さ
れる速度ポテンシャルが得られる。
【0036】
【数3】
【0037】このようにすれば項が一つになるため、移
動体が亜音速で移動する限り、原理的には正確にドップ
ラ効果の補正ができる。
【0038】なお、以上の実施例はビームスイッチを複
数使用しているが、これは非等速運動を想定しているた
めであり、非等速運動では瞬時の速度変化を詳細に捕捉
する必要がある。このためにはマイク列から進行方向前
方および後方に等間隔にビームスイッチを配設し、マイ
ク列に対して対称な信号を得るようにした方が精度の良
い測定が行える。
【0039】また、移動体に反射板を取り付けたのもで
きるだけ細かな情報を得たいために施した工夫であり、
等速運動を行っているものについてはマイク列の付近に
ビームスイッチを1個設ければ良く、移動体に取り付け
た反射板は必ずしも必要なものではない。要は移動体の
長さに対応した反射波が取り出せれば良い。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数地点
の騒音情報を収集して音響ホログラフィ法を使用可能に
し、かつドップラ効果の補正を行ったので、移動音源を
捕捉できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】音源探査装置の概念図
【図2】処理装置のブロック図
【図3】ドップラ効果の説明図
【図4】計測波形とドップラ効果補正後の波形を示す図
【図5】スピーカの音源探査結果を示す図
【図6】自動車の音源探査結果を示す図
【符号の説明】
1 移動音源 2 集音用マイクロホン列 3 マイクロホン支持具 4 拡散反射型ビームスイッチ 5 反射板 6 処理装置 7 増幅器 8 A/D変換器 9 ドップラ効果補正回路 10 周波数分析回路 11 再生計算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−23870(JP,A) 特開 昭57−16321(JP,A) 特開 昭57−179675(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 5/18 - 5/30 G01S 15/52

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動音源の放射する騒音を計測し音響ホ
    ログラフィ法により騒音源の探査を行う移動音源の音源
    探査装置において、騒音を計測する手段と、その騒音発
    生座標を測定する手段と、移動音源の速度を計測する手
    段と、ドップラ効果を補正する手段とを備えたことを特
    徴とする移動音源の音源探査装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において騒音座標を測定する手
    段は、騒音を計測する手段付近に設けられ、移動体に向
    けて空間波信号を発生する信号発生器と、その空間波が
    移動体から反射してくる信号を検出しする信号検出器
    と、信号検出器によって検出された信号と移動速度との
    値によって座標を求める座標演算手段とを備えたことを
    特徴とする移動音源の音原探査装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において騒音座標を測定する手
    段は、騒音を計測する手段より所定量だけ走行方向前方
    位置および走行方向後方に設けられ、移動体に向けて空
    間波信号を発生する信号発生器と、その空間波が移動体
    から反射してくる信号を検出しする信号検出器と、信号
    検出器によって検出された信号と移動速度との値によっ
    て座標を求める座標演算手段とを備えたことを特徴とす
    る移動音源の音原探査装置。
  4. 【請求項4】 請求項3において移動体はその側面に所
    定間隔で反射板を設けていることを特徴とする移動音源
    の音源探査装置。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4においてドップラ
    効果を補正は位相と振幅の両方について補正することを
    特徴とする移動音源の音源探査装置。
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