JP3402711B2 - Sound intensity measurement device - Google Patents

Sound intensity measurement device

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JP3402711B2
JP3402711B2 JP33597293A JP33597293A JP3402711B2 JP 3402711 B2 JP3402711 B2 JP 3402711B2 JP 33597293 A JP33597293 A JP 33597293A JP 33597293 A JP33597293 A JP 33597293A JP 3402711 B2 JP3402711 B2 JP 3402711B2
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sound
microphones
sound intensity
intensity
cross
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英男 鈴木
瞬 小黒
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Ono Sokki Co Ltd
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Ono Sokki Co Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、騒音制御、音場の可視
化、音源探査、放射パワーの計測等の音響計測の分野で
使用される、音響インテンシティ計測装置に関する。 【0002】 【従来の技術】音響インテンシティは、音場中における
音の進行方向に垂直な単位面積を単位時間に通道する音
のエネルギーと定義される。音響インテンシティを計測
することによって、スカラ量である音圧を計測する従来
の手法では不可能であった音場をエネルギーの流れで可
視化することが可能となる。これにより、騒音制御の分
野では、音源探査が容易となり、騒音対策も立て易くな
る。また、実使用状態での放射パワーの計測において
も、周囲の反射や外部騒音にあまり影響されずに放射パ
ワーの計測が可能となる。 【0003】従来、音響インテンシティの計測手法とし
て、いわゆる2マイクロフォン法と呼ばれる手法が知ら
れている。この手法は音場中に2つのマイクロフォンを
所定距離dだけ互いに離して配置し、それら2つのマイ
クロフォンの間で音場が直線的に変化していると仮定し
て、それら2つのマイクロフォン中点の位置の音響イン
テンシティを計測するものである。ところが、この2マ
イクロフォン法では、上記の仮定、即ち一次近似による
誤差が含まれ、特に高周波帯域において2つのマイクロ
フォンそれぞれに入力される音の位相の相違が大きな誤
差要因となる。 【0004】この誤差を補正する手法として、 (a)音の波長λ、2つのマイクロフォン間の距離dと
いう、測定前にあらかじめ定められる量を用いて、求め
られた音響インテンシティに、kd/sin(kd),
(但しkは波数(2π/λ)を表わす)を乗算する。 (b)2つのマイクロフォンそれぞれで得られた音信号
どうしの位相差φを用いて、求められた音響インテンシ
ティに、φ/sinφを乗算する。という2つの手法が
ある。 【0005】これら2つの手法は、音のエネルギーの流
れの方向(以下単に「音の方向」と称することがある)
と2つのマイクロフォンを結ぶ線分の方向(以下「プロ
ーブの方向」と称することがある)とが一致しており、
しかも音の反射が無いという条件の下では、いずれを用
いても正確な補正が行なわれる。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】ところが、音の方向と
プローブの方向が不一致であるか、あるいは音の反射波
が存在していると正しく補正できない場合がある。図8
は、上述した(a),(b)の補正の効果を確認するシ
ミュレーション結果を表わしたグラフである。縦軸は音
響インテンシティ(dB)(相対値)であり、0dBが
誤差のない値であることを表わす。また横軸は、進行波
と反射波との位相差を表わしている。すなわち、このグ
ラフは、進行波と反射波との位相差の異なる各測定点に
プローブを配置したときの音響インテンシティの誤差を
表わしている。 【0007】この図8のグラフを得るときのシミュレー
ションの条件は、音の周波数f=1.2kHz、進行波
に対する反射波の相対強度r=0.0(反射がないこと
を示す)、2つのマイクロフォン間の距離d=0.05
m、プローブの方向と音の方向との成す角度θ=45°
である。何らの補正も行なわなかったときの、得られた
音響インテンシティは、図7に実線で示すように約−
0.5dBの誤差を有している。これに上述した
(a)、即ちkd/sin(kd)を乗算すると、図7
に破線で示すように、約0.5dBの誤差を生じる結果
となる。一方、上述した(b)、即ちφ/sinφを乗
算すると、図1に一点鎖線で示すように、正しく補正さ
れる。 【0008】すなわち、プローブの方向と音の方向が不
一致であり、音の反射が存在しないという条件のとき
は、φ/sinφを乗算することにより正しく補正さ
れ、kd/sin(kd)では正しい補正は行なわれな
い。図9は、進行波に対する反射波の強度比r=0.
5、プローブの方向と音の方向との成す角θ=0°(そ
れらの方向が一致していることを示す)の場合の、図8
と同様のシミュレーション結果を表わすグラフである。 【0009】補正を行なわなかったときは、実線で示す
ように約−0.5dBの誤差を有し、kd/sin(k
d)を乗算すると正しく補正され、φ/sinφを乗算
すると位相差に応じて誤差が大きく変動する。すなわ
ち、プローブの方向と音の方向が一致するという条件下
では、音の反射が存在していても、kd/sin(k
d)を乗算することにより正しく補正され、φ/sin
φでは正しい補正は行なわれない。 【0010】図10は、進行波に対する反射波の強度比
r=0.5、プローブの方向と音の方向との成す角θ=
45°の場合の、図8,図9と同様のシミュレーション
結果を表わすグラフである。図10に示すように、反射
波が存在し、かつプローブの方向と音の方向が不一致で
あるという条件下においては、kd/sin(kd)、
φ/sinφのいずれを用いても正しい補正は行なわれ
ない。 【0011】ここで、反射波が存在していてもプローブ
の方向と音の方向が一致している場合、kd/sin
(kd)を乗算することにより正しく補正が行なわれる
ことから、このkd/sin(kd)にプローブの方向
と音の方向との成す角θのファクタを付加し、その角度
に対応した分だけ2つのマイクロフォン間の等価的な距
離が縮まると考え、kdcosθ/sin(kdcos
θ)を補正に用いることが考えられる。 【0012】図11は、図10と同一の条件下における
シミュレーション結果を表わしたグラフであり、kd/
sin(kd)、φ/sinφによる補正とともに、k
dcosθ/sin(kdcosθ)による補正結果が
示されている。図11に示すように、kdcosθ/s
in(kdcosθ)を用いることにより、反射波が存
在し、かつプローブの方向と音の方向が不一致であって
も正しい補正が行なわれる。 【0013】しかし、kdcosθ/sin(kdco
sθ)を実際に適用しようとすると、プローブの方向と
音の方向との成す角をあらかじめ知る必要があるが、音
の方向は不明である場合が通常である。音の方向を知る
ために、プローブの方向をトライアンドエラーで種々変
えてみて、求められる音響インテンシティの値が最大に
なる方向を見つける方法も考えられるが、非常にやっか
いであり現実的ではない。 【0014】本発明は、上記事情に鑑み、トライアンド
エラーのような繰り返しを行なうことなく正しく補正さ
れた音響インテンシティを求めることのできる音響イン
テンシティ計測装置を提供することを目的とする。 【0015】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の音響インテンシティ計測装置は、 (1)各2個のマイクロフォンを結ぶ線分どうしが3次
元的に互いに異なる少なくとも3方向に延びるように測
定点に配置される少なくとも4個のマイクロフォン (2)上記マイクロフォンで得られた音信号どうしのク
ロススペクトルGmn(m,nは各マイクロフォンの番号
を表わす)を求めるクロススペクトル演算手段 (3)クロススペクトル演算手段で求められたクロスス
ペクトルGmnに基づいて、上記測定点における音のエネ
ルギーの流れの方向を求める音方向算出手段 (3)音方向算出手段で求められた音のエネルギーの流
れの方向と各2個のマイクロフォンm,nを結ぶ線分と
の成す角度をθmnとしたとき、上記クロススペクトルG
mnに代えて、式 G´mn=Gmn・{kdmncosθmn/sin(kdmncosθmn)}…(1) 但し、kは音の波数(2π/λ;λは音の波長)、dmn
は各2個のマイクロフォンm,n間の距離を表わす。で
求められる補正されたクロススペクトルG´mnを用いて
音響インテンシティを求める音響インテンシティ演算手
段を備えたことを特徴とする。 【0016】 【作用】上記の少なくとも4個のマイクロフォンのうち
の各2個(重複を許容する)のマイクロフォンで得られ
た音信号どうしのクロススペクトルGmnを演算し、それ
らのクロススペクトルGmnに基づいてx,y,z方向の
音響インテンシティ成分を求めることができる。 【0017】それらの音響インテンシティは、上述の誤
差を含んだものがあるが、x,y,z方向の音響インテ
ンシティの成分が求められることから、音の概略の方向
を定めることができる。このようにしてその方向を定
め、その音の方向と各ペアの方向との成す角をθ mnとし
たとき、上述した補正項kdmncosθmn/sin(k
mncosθmn)を用いてクロススペクトルGmnを補正
し、その補正されたクロススペクトルG´ mnを用いて音
響インテンシティを求める。これにより、トライアンド
エラーのような測定を繰り返すことなく、正しく補正さ
れた音響インテンシティを求めることができる。 【0018】 【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。こ
こでは、正四面体の各頂点の位置に配置された4個のマ
イクロフォンを有するプローブ(特開平5−28859
8号公報参照)を用いた例について説明する。 【0019】図1は、本実施例における4個のマイクロ
フォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 の配置図である。これら
4個のマイクロフォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 は1辺が
長さdの正四面体の各頂点に配置されている。X軸,Y
軸,Z軸の定め方は任意であるが、ここでは、この正四
面体の重心位置を原点0とし、3個のマイクロフォンP
1 ,P2,P3 がX−Y平面と平行に広がる平面上にあ
り、かつマイクロフォンP4 がZ軸上にあるように座標
軸を定め、さらにマイクロフォンP1 の位置からZ軸に
延びZ軸と直角に交わる線分の方向にY軸を定める。本
実施例においては、4個のマイクロフォンがこのような
配置となるように、Z軸方向に延びる軸に取り付けられ
る。 【0020】図2,図3は本発明の三次元音響強度計測
装置の一実施例における4個のマイクロフォンが取り付
けられた状態のプローブを示す正面図、および図2の左
方からみた側面図である。取付軸20の先端にマイクロ
フォンP4 が取り付けられ、また3個のマイクロフォン
1 ,P2 ,P3 が、取付軸20を取り囲むように、取
付軸20に固定された各アーム22,24,26に取り
付けられている。これら4個のマイクロフォンP1 ,P
2 ,P3 ,P4 はそれらのセンサ部が正四面体の各頂点
に位置する。4個のマイクロフォンP1 ,P2 ,P3
4 をこのように取り付けたプローブを構成し、ここで
は、取付軸20の延びる方向をZ軸、マイクロフォンP
1 を固定するためのアーム22の延びる方向をY軸とす
る。X軸方向は特に明示はないが、取付軸20とアーム
22との双方に直角な方向がX軸方向となる。したがっ
て音響強度を測定するにあたってこのプローブを正しい
向きに容易に配置することができる。また、これら4個
のマイクロフォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 で構成される
正四面体の重心位置(測定される音響強度の位置、座標
軸の原点)にはマイクロフォンP4 のZ軸方向に延びる
軸20aのみが存在し、したがって音場の乱れも最小限
に押さえることができる。 【0021】図4は、本発明の音響インテンシティ計測
装置の一実施例の全体構成を示したブロック図である。
マイクロフォンプローブ1には4個のマイクロフォンP
1 ,P2 ,P3 ,P4が備えられており、これらのマイ
クロフォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 は図2,図3に示す
ように配置され固定されている。これらのマイクロフォ
ンP1 ,P2 ,P3 ,P4 で得られた信号はマイクアン
プ2を経由してFFTアナライザ3に入力される。 【0022】FFTアナライザ3ではA/D変換部4に
おいてディジタル信号に変換され、そのディジタル信号
がクロススペクトル演算部5に入力される。クロススペ
クトル演算部5では、各マイクロフォンP1 ,P2 ,P
3 ,P4 で得られた信号がそれぞれフーリエ変換され、
かつ各2つのマイクロフォンの組合せに対応するクロス
パワースペクトルGmn(m,n=1,2,3,4)が求
められる。ここでGmnは2つのマイクロフォンPm ,P
n で得られた信号についてのクロスパワースペクトルで
ある。 【0023】クロススペクトル演算部5で求められたク
ロスパワースペクトルGmn(m,n=1,2,3,4)
は音方向算出部6に入力され、音方向算出部6では以下
に示す演算が行われ、音の方向が求められる。音方向算
出部6では、クロススペクトル演算部5で求められたク
ロスパワースペクトルGmn(m,n=1,2,3,4)
を用い、先ず音響インテンシティのX,Y,Z方向の各
成分が求められる。 【0024】音響インテンシティの方向i成分Ii は、
一般的には、 Ii =Im(ai12+bi13+ci14+di23
+ei24+fi34) 但し、Im(……)は……の片側スペクトルの虚数部、
i ,bi ,ci,di ,ei ,fi は各係数を表わ
す。 【0025】……(2) で表わされる。これを図1〜図3に示した座標系に適用
すると、音響インテンシティIのX,Y,Z方向の各成
分Ix ,Iy ,Iz は、 【0026】 【数1】 【0027】ここで、Im{G}:Gの片側クロススペ
クトルの虚数部 ω:角周波数 ρ:媒質の密度 d:マイクロフォン間の間隔 である。ここでX,Y,Zの各方向はいずれの方向を正
に選んでもよく、この場合、選び方によっては上記
(3)〜(5)式の演算結果の符号を正負逆にすればよ
い。 【0028】音方向算出部6では、(3)〜(5)式に
基づいて音響インテンシティのX,YZ軸方向の各成分
を求めた後、プローブが配置された測定点からみた音の
方向が求められる。測定点から見た音の方向の方向余弦
は、その音の方向とX,Y,Z軸との成す角をそれぞれ
α,β,γとしたとき、 cosα=Ix /I cosβ=Iy /I cosγ=Iz /I ……(6) で与えられる。ここでIは音響インテンシティの大きさ
であり、 I=(Ix 2+Iy 2+Iz 21/2 ……(7) で与えられる。 【0029】(6)式に示す3つの方向余弦を用いる
と、4個のマイクロフォンP1 ,P2,P3 ,P4 をそ
れぞれ2個ずつ組合わせたマイクロフォンm,n(m,
n=1,2,3,4)のペアの方向と音の方向との成す
角θmnが求められる。 【0030】 【数2】【0031】音方向算出部6において(8)式に基づい
て求められた角度θmn、および、クロススペクトル演算
部5で求められクロススペクトルGmnは、音響インテン
シティ演算部7に入力される。音響インテンシティ演算
部7では、入力された角度θmnとクロススペクトルGmn
とを用いて、式 G´mn=Gmn・{kdcosθmn/sin(kdcosθmn)}……(9) により補正されたクロススペクトルG´mnが求められ、
さらにこの補正されたクロススペクトルG´mnを用い
て、上述の(3)〜(5)式中のGmnをG´mnに変更し
た式:即ち、 【0032】 【数3】 【0033】に基づいて、補正された音響インテンシテ
ィのX,Y,Z方向の各成分Ix ´,Iy ´,Iz ´が
求められる。尚、音響インテンシティ演算部7において
求められた音響インテンシティ(I x ´,Iy ´,Iz
´)を再度音方向算出部6に戻し、(6)〜(8)式に
従って再度角度θmnを求め、その再度求めた角度θmn
音響インテンシティ演算部7に入力して再度音響インテ
ンシティを求め、このようにして何度か補正を繰り返し
た後の音響インテンシティを求めてもよい。 【0034】次に本発明のシミュレーション結果につい
て説明する。図5は、本発明による補正の効果確認のた
めのシミュレーション結果を表わしたグラフである。シ
ミュレーションの条件は、音の周波数f=1.2kH
z、進行波に対する反射波の相対強度r=0.5、各2
つのマイクロフォン間の距離d=0.06m、Z軸とX
軸を含む平面内における、音の方向とZ軸との成す角ξ
=0°、X軸とY軸を含む平面内における、音の方向と
X軸との成す角ζ=0°、すべてのマイクロフォン・ア
ンプ系の相互の位相差(チャンネル間位相差)がゼロの
場合である。すなわち、この図5に示すシミュレーショ
ンは、反射波は存在するが音の方向はZ軸と合致してい
る場合のものである。 【0035】この場合、補正前では約−1.0dBの誤
差が存在するが、反射波が存在していても本発明の手法
により正しく補正されている。図6は、本発明による補
正の効果確認のためのもう1つのシミュレーション結果
を表わしたグラフである。シミュレーション条件は図中
に記載されたとおりであり、図5のシミュレーションと
の相違点はξ=45°、即ちZ軸に対し、X方向(水平
方向)に45°振れた方向から音が入射することが想定
されている。 【0036】図6には、音響インテンシティのX方向の
成分とZ方向の成分が示されており、音響インテンシテ
ィの大きさ((7)式参照)を1.0としたとき、X方
向、Z方向の成分Ix ,Iz は、デシベル表示で、 Ix =Iz =10・log1.0/√2=−1.5(d
B) となる。したがって図6上−1.5dBの位置にあるこ
とが正しく補正されていることを意味し、本発明では、
このように、反射波が存在し、かつ音が斜めから入射し
ても正しい補正が行なわれる。 【0037】図7は、本発明による補正の効果確認のた
めのもう1つのシミュレーション結果を表わしたグラフ
であり、反射波が存在し、音が斜めから入射し、さらに
マイクロフォンP4 の、アンプを含めた他の3チャンネ
ルとの位相誤差eがe=kd/50≒1.5°存在する
ことを想定したものである。この場合、位相誤差eに起
因する誤差は残存するが、この場合であっても反射波、
音の斜め入射に起因する誤差は正しく補正されている。 【0038】尚、上記は4個のマイクロフォンを用いる
3次元インテンシティプローブについて説明したもので
あるが、6個のマイクロフォンを用いるプローブについ
ても全く同じ方法が適用できる。 【0039】 【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反射波に起因する誤差と音の斜め入射による誤差との双
方が正しく補正された音響インテンシティを求めること
ができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to noise control and sound field visualization.
In the field of acoustic measurement, such as computerization, sound source search, and radiation power measurement
The present invention relates to a sound intensity measuring device used. [0002] 2. Description of the Related Art Sound intensity is measured in a sound field.
A sound that passes through a unit area perpendicular to the direction of sound travel in a unit time
Energy. Measures sound intensity
To measure the sound pressure, which is the amount of scalar
The sound field that was impossible with the method of
It becomes possible to visualize. This allows noise control
In the field, it is easier to find sound sources and to take measures against noise.
You. Also, in the measurement of radiated power in actual use conditions
Is not affected by ambient reflections or external noise.
Measurement of power. [0003] Conventionally, as a sound intensity measurement method,
It is known that the so-called two-microphone method is
Have been. This technique places two microphones in the sound field.
Place them apart from each other by a predetermined distance d.
Assuming that the sound field varies linearly between the crophones
The sound input at the midpoint of the two microphones
It measures the strength. However, these two
In the icrophone method, the above assumption,
Including errors, especially in the high frequency band
The difference in the phase of the sound input to each phone is
It is a difference factor. As a method of correcting this error, (A) The sound wavelength λ, the distance d between two microphones and
Using a predetermined amount before measurement
Kd / sin (kd),
(Where k represents the wave number (2π / λ)). (B) Sound signal obtained by each of two microphones
The sound intensity calculated using the phase difference φ
The tee is multiplied by φ / sin φ. There are two methods
is there. [0005] These two approaches are based on the sound energy flow.
Direction (hereinafter sometimes simply referred to as "sound direction")
And the direction of the line connecting the two microphones
Direction).
In addition, under the condition that there is no sound reflection,
However, accurate correction is performed. [0006] However, the sound direction and
Probe orientation mismatch or sound reflection
Correction may not be possible if is present. FIG.
Is a system for confirming the effects of the above-described corrections (a) and (b).
It is a graph showing a simulation result. The vertical axis is sound
Is the sound intensity (dB) (relative value), where 0 dB is
Indicates that there is no error. The horizontal axis is the traveling wave
And the phase difference between the reflected wave and the reflected wave. That is, this group
Roughness is measured at each measurement point where the phase difference between the traveling wave and the reflected wave is different.
Error of sound intensity when probe is placed
It represents. Simulation for obtaining the graph of FIG.
The condition of the sound is f = 1.2kHz, traveling wave
Relative intensity r = 0.0 (no reflection)
The distance d between two microphones d = 0.05
m, the angle θ = 45 ° between the direction of the probe and the direction of the sound
It is. Obtained without any correction
The sound intensity was about-as shown by the solid line in FIG.
It has an error of 0.5 dB. This was mentioned above
(A), that is, by multiplying kd / sin (kd), FIG.
Results in an error of about 0.5 dB as shown by the broken line
Becomes On the other hand, the above (b), that is, φ / sin φ is raised to the power
By calculation, as shown by the dashed line in FIG.
It is. That is, the direction of the probe and the direction of the sound are not
When there is a match and there is no sound reflection
Is correctly corrected by multiplying by φ / sinφ.
In kd / sin (kd), correct correction is not performed.
No. FIG. 9 shows the intensity ratio of the reflected wave to the traveling wave, r = 0.
5. The angle θ = 0 ° between the direction of the probe and the direction of the sound
FIG. 8 shows the case where the directions match.
It is a graph showing a simulation result similar to. When no correction has been made, it is indicated by a solid line.
Has an error of about -0.5 dB, and kd / sin (k
multiplying by d) corrects correctly and multiplies by φ / sin φ
Then, the error greatly fluctuates according to the phase difference. Sand
That is, the condition that the direction of the probe and the direction of the sound match
Then, even if sound reflection exists, kd / sin (k
d) is correctly corrected by multiplying by
Correct correction is not performed for φ. FIG. 10 shows the intensity ratio of the reflected wave to the traveling wave.
r = 0.5, the angle θ between the direction of the probe and the direction of the sound =
Simulation similar to FIGS. 8 and 9 at 45 °
It is a graph showing a result. As shown in FIG.
There is a wave and the direction of the probe and the direction of the sound do not match.
Under certain conditions, kd / sin (kd),
Correct correction is performed using either φ / sin φ.
Absent. Here, even if a reflected wave exists, the probe
Kd / sin when the direction of
Correction is correctly performed by multiplying (kd)
Therefore, this kd / sin (kd) indicates the direction of the probe.
The angle θ between the sound and the direction of the sound
Equivalent distance between the two microphones by an amount corresponding to
Considering that the separation is reduced, kdcos θ / sin (kdcos
θ) may be used for correction. FIG. 11 shows a state under the same conditions as in FIG.
It is a graph showing a simulation result, and kd /
sin (kd), with correction by φ / sinφ, k
The correction result by dcosθ / sin (kdcosθ) is
It is shown. As shown in FIG. 11, kdcos θ / s
By using in (kdcosθ), the reflected wave
And the direction of the probe and the direction of the sound do not match,
Correction is also made. However, kdcos θ / sin (kdco
sθ), the probe direction and
It is necessary to know in advance the angle between the sound and the direction.
Is usually unknown. Know the direction of the sound
Change the probe direction by trial and error.
Attempt to maximize the required sound intensity value
There is a way to find the direction, but it is very troublesome
It is not realistic. In view of the above circumstances, the present invention
Corrected correctly without repeating errors
Sound in which the required sound intensity can be obtained
An object of the present invention is to provide a strength measuring device. [0015] [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS]
Ming's sound intensity measurement device (1) The line connecting the two microphones is tertiary
To extend in at least three different directions
At least four microphones located at fixed points (2) The sound signals obtained by the microphone
Loss spectrum Gmn(M and n are the numbers of each microphone
Means for calculating the cross spectrum (3) Crosss calculated by the cross spectrum calculation means
Vector GmnThe sound energy at the measurement point
Sound direction calculation means for determining the direction of the flow of lugie (3) Flow of sound energy obtained by sound direction calculation means
And the line segment connecting each of the two microphones m and n
Angle θmn, The cross spectrum G
mnInstead of the expression   G 'mn= Gmn・ {Kdmncos θmn/ Sin (kdmncos θmn)}… (1) Here, k is the wave number of the sound (2π / λ; λ is the wavelength of the sound), dmn
Represents the distance between the two microphones m and n. so
The required corrected cross spectrum G 'mnUsing
Sound intensity operator who seeks sound intensity
It is characterized by having a step. [0016] According to the above-mentioned at least four microphones,
Of each of the two microphones (allowing overlap)
Cross spectrum G of different sound signalsmnAnd calculate it
Cross spectrum GmnIn the x, y, and z directions
A sound intensity component can be determined. These sound intensities are related to the errors described above.
There are some that include the difference, but the sound in the x, y, and z directions
The sound component, the approximate direction of the sound
Can be determined. The direction is determined in this way.
The angle between the direction of the sound and the direction of each pair is θ mnage
The correction term kdmncos θmn/ Sin (k
dmncos θmn) Using the cross spectrum GmnCorrect
And the corrected cross spectrum G ' mnSound using
Find the sound intensity. This allows you to try and
Correct correction without repeated measurement like error
The calculated sound intensity can be obtained. [0018] Embodiments of the present invention will be described below. This
Here, four matrices are placed at each vertex position of the regular tetrahedron.
Probe having an microphone (Japanese Patent Laid-Open No. 5-28859)
No. 8) will be described. FIG. 1 shows four micro-cells in this embodiment.
Phone P1 , PTwo , PThree , PFour FIG. these
4 microphones P1 , PTwo , PThree , PFour Is one side
It is arranged at each vertex of a regular tetrahedron of length d. X axis, Y
The axis and Z axis may be determined in any manner, but here,
The position of the center of gravity of the plane is set to origin 0, and three microphones P
1 , PTwo, PThree Is on a plane that extends parallel to the XY plane.
And microphone PFour Coordinates so that is on the Z axis
Set the axis and the microphone P1 From position to Z axis
The Y axis is defined in the direction of a line segment that intersects at right angles with the extending Z axis. Book
In an embodiment, four microphones are
Attached to an axis extending in the Z-axis direction so that
You. FIGS. 2 and 3 show three-dimensional sound intensity measurement of the present invention.
Four microphones mounted in one embodiment of the device
Front view showing the probe in a deflected state, and the left side of FIG.
It is a side view seen from the side. Micro at the tip of mounting shaft 20
Phone PFour With three microphones
P1 , PTwo , PThree Is attached so as to surround the mounting shaft 20.
Each arm 22, 24, 26 fixed to the shaft 20
It is attached. These four microphones P1 , P
Two , PThree , PFour Are the vertices of the regular tetrahedron
Located in. 4 microphones P1 , PTwo , PThree ,
PFour Configure the probe with this attached, where
Indicates the direction in which the mounting shaft 20 extends, the Z axis, and the microphone P
1 Let the direction in which the arm 22 for fixing the
You. The X-axis direction is not particularly specified, but the mounting shaft 20 and the arm
The direction perpendicular to both directions is the X-axis direction. Accordingly
The probe in measuring the sound intensity
It can be easily arranged in the direction. Also, these four
Microphone P1 , PTwo , PThree , PFour Composed of
The position of the center of gravity of the tetrahedron (the position and coordinates of the measured sound intensity)
Microphone P at the origin of the axis)Four Extends in the Z-axis direction of
Only the axis 20a is present, so the disturbance of the sound field is minimized
Can be held down. FIG. 4 shows the sound intensity measurement of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the device.
The microphone probe 1 has four microphones P
1 , PTwo , PThree , PFourAre provided and these
Crophon P1 , PTwo , PThree , PFour Is shown in FIGS. 2 and 3.
Is arranged and fixed. These microphones
P1 , PTwo , PThree , PFour The signal obtained at
The signal is input to the FFT analyzer 3 via the loop 2. In the FFT analyzer 3, the A / D converter 4
Is converted to a digital signal in the
Is input to the cross spectrum calculator 5. Cross spec
In the vector calculation unit 5, each microphone P1 , PTwo , P
Three , PFour Are Fourier-transformed respectively,
And a cross corresponding to each combination of two microphones
Power spectrum Gmn(M, n = 1, 2, 3, 4)
Can be Where GmnIs two microphones Pm , P
n In the cross power spectrum of the signal obtained in
is there. The cross spectrum calculated by the cross spectrum calculator 5
Loss power spectrum Gmn(M, n = 1, 2, 3, 4)
Is input to the sound direction calculation unit 6, and the sound direction calculation unit 6
Is performed, and the direction of the sound is obtained. Sound direction calculation
In the output section 6, the noise calculated by the cross spectrum calculation section 5 is obtained.
Loss power spectrum Gmn(M, n = 1, 2, 3, 4)
First, the sound intensity in each of the X, Y, and Z directions is used.
Ingredients are required. The direction i component I of the sound intensityi Is
In general, Ii = Im (ai G12+ Bi G13+ Ci G14+ Di Gtwenty three
+ Ei Gtwenty four+ Fi G34) Here, Im (...) is an imaginary part of one-sided spectrum of ...,
ai , Bi , Ci, Di , Ei , Fi Represents each coefficient
You. ... (2) Is represented by This is applied to the coordinate system shown in Figs.
Then, each component in the X, Y, and Z directions of the sound intensity I is obtained.
Minute Ix , Iy , Iz Is [0026] (Equation 1) Here, Im {G}: One-sided cross spec of G
The imaginary part of Khutor ω: angular frequency ρ: density of the medium d: spacing between microphones It is. Here, each direction of X, Y, Z is positive.
May be selected, in this case, depending on how to select
What is necessary is to reverse the sign of the operation result of the equations (3) to (5).
No. The sound direction calculator 6 calculates the sound direction in accordance with the equations (3) to (5).
Each component of X, YZ axis direction of sound intensity based on sound
Of the sound from the measurement point where the probe is located
A direction is required. Direction cosine of the direction of the sound as seen from the measurement point
Is the angle between the direction of the sound and the X, Y, and Z axes.
α, β, γ, cosα = Ix / I cosβ = Iy / I cosγ = Iz / I (6) Given by Where I is the magnitude of the sound intensity
And I = (Ix Two+ Iy Two+ Iz Two)1/2           …… (7) Given by Using the three directional cosines shown in equation (6)
And four microphones P1 , PTwo, PThree , PFour To
Microphones m, n (m, m,
n = 1,2,3,4) and the direction of the sound
Angle θmnIs required. [0030] (Equation 2)In the sound direction calculation section 6, based on equation (8)
Angle θmn, And cross spectrum calculation
Cross spectrum G obtained by part 5mnIs the sound intensity
It is input to the city calculation unit 7. Sound intensity calculation
In the unit 7, the input angle θmnAnd cross spectrum Gmn
And the expression   G 'mn= Gmn・ {Kdcosθmn/ Sin (kdcosθmn)}… (9) Cross spectrum G 'corrected bymnIs required,
Further, the corrected cross spectrum G 'mnUsing
And G in the above equations (3) to (5)mnTo G 'mnChanged to
Equation: [0032] (Equation 3) The sound intensity corrected based on the
Each component I in the X, Y, and Z directionsx ', Iy ', Iz But
Desired. In the sound intensity calculation unit 7,
The calculated sound intensity (I x ', Iy ', Iz
′) Is returned to the sound direction calculation unit 6 again, and the equations (6) to (8) are used.
Therefore, the angle θ againmnAnd the angle θ obtained againmnTo
The sound intensity is input to the sound intensity calculation unit 7 and the sound intensity is calculated again.
And correct several times in this way
After that, the sound intensity may be obtained. Next, the simulation results of the present invention will be described.
Will be explained. FIG. 5 shows the effect of the correction according to the present invention.
6 is a graph showing a simulation result for the second embodiment. Shi
The condition of the simulation is that the sound frequency f = 1.2 kHz.
z, relative intensity of the reflected wave with respect to the traveling wave r = 0.5, 2 for each
Distance between two microphones d = 0.06 m, Z axis and X
The angle 方向 between the sound direction and the Z axis in a plane including the axis
= 0 °, the direction of sound in a plane including the X axis and the Y axis
Angle ζ = 0 ° with X axis, all microphones
The phase difference between the pump systems (phase difference between channels) is zero.
Is the case. That is, the simulation shown in FIG.
Indicates that the reflected wave exists but the sound direction matches the Z axis.
Is the case. In this case, an error of about -1.0 dB before correction.
Although there is a difference, even if a reflected wave exists, the method of the present invention is used.
Has been corrected correctly. FIG. 6 shows a supplement according to the present invention.
Another simulation result to confirm the positive effect
FIG. Simulation conditions are shown in the figure.
And the simulation of FIG.
Is ξ = 45 °, that is, in the X direction (horizontal) with respect to the Z axis.
It is assumed that sound is incident from a direction that is 45 °
Have been. FIG. 6 shows the sound intensity in the X direction.
Component and the component in the Z direction are shown.
When the size of the key (see equation (7)) is 1.0,
Component I in the Z directionx , Iz Is in decibels, Ix = Iz = 10 · log1.0 / √2 = -1.5 (d
B) Becomes Therefore, the position at -1.5 dB in FIG.
Means that is correctly corrected, in the present invention,
In this way, there is a reflected wave, and the sound enters obliquely.
However, correct correction is performed. FIG. 7 shows the effect of the correction according to the present invention.
A graph showing another simulation result
And there is a reflected wave, the sound enters obliquely, and
Microphone PFour The other three channels including the amplifier
E = kd / 50 ≒ 1.5 °
It is assumed that. In this case, the phase error e
The error caused by this remains, but even in this case, the reflected wave,
The error due to the oblique incidence of the sound is correctly corrected. The above uses four microphones.
A description of the 3D intensity probe
There is a probe with six microphones.
However, exactly the same method can be applied. [0039] As described above, according to the present invention,
The difference between the error due to the reflected wave and the error due to the oblique incidence of sound
To find correct corrected sound intensity
Can be.

【図面の簡単な説明】 【図1】本実施例における4個のマイクロフォンP1
2 ,P3 ,P4 の配置図である。 【図2】本発明の三次元音響強度計測装置の一実施例に
係る4個のマイクロフォンが取り付けられた状態のプロ
ーブを示す正面図である。 【図3】図2に示す三次元音響強度計測装置を図2の左
方からみた側面図である。 【図4】本発明の音響インテンシティ計測装置の一実施
例の全体構成を示したブロック図である。 【図5】本発明による補正の効果確認のためのシミュレ
ーション結果を表わしたグラフである。 【図6】本発明による補正の効果確認のためのもう1つ
のシミュレーション結果を表わしたグラフである。 【図7】本発明による補正の効果確認のためのもう1つ
のシミュレーション結果を表わしたグラフである。 【図8】補正の効果を確認するシミュレーション結果を
表わしたグラフである。 【図9】補正の効果を確認するシミュレーション結果を
表わしたグラフである。 【図10】補正の効果を確認するシミュレーション結果
を表わしたグラフである。 【図11】補正の効果を確認するシミュレーション結果
を表わしたグラフである。 【符号の説明】 1 マイクロフォンプローブ 2 マイクアンプ 3 FFTアナライザ 4 A−D変換器 5 クロススペクトル演算部 6 音方向算出部 7 音響インテンシティ演算部
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows four microphones P 1 ,
P 2, P 3, is a schematic representation of a P 4. FIG. 2 is a front view showing a probe with four microphones attached thereto according to one embodiment of the three-dimensional sound intensity measuring apparatus of the present invention. FIG. 3 is a side view of the three-dimensional sound intensity measuring device shown in FIG. 2 as viewed from the left side of FIG. 2; FIG. 4 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the sound intensity measuring device according to the present invention. FIG. 5 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction according to the present invention. FIG. 6 is a graph showing another simulation result for confirming the effect of correction according to the present invention. FIG. 7 is a graph showing another simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention. FIG. 8 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction. FIG. 9 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction. FIG. 10 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction. FIG. 11 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction. [Description of Signs] 1 Microphone probe 2 Microphone amplifier 3 FFT analyzer 4 A / D converter 5 Cross spectrum calculator 6 Sound direction calculator 7 Sound intensity calculator

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安斎 正三 神奈川県横浜市緑区白山1丁目16番1号 株式会社小野測器テクニカルセンター 内 (56)参考文献 特開 平5−288598(JP,A) 特開 平5−79899(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01H 3/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Shozo Anzai 1-16-1 Hakusan, Midori-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside Ono Sokki Technical Center (56) References JP-A-5-288598 (JP, A JP, 5-79899 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01H 3/10

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 各2個のマイクロフォンを結ぶ線分どう
しが3次元的に互いに異なる少なくとも3方向に延びる
ように測定点に配置される少なくとも4個のマイクロフ
ォンと、 前記マイクロフォンで得られた音信号どうしのクロスス
ペクトルGmn(m,nは各マイクロフォンの番号を表わ
す)を求めるクロススペクトル演算手段と、 前記クロススペクトル演算手段で求められたクロススペ
クトルGmnに基づいて、前記測定点における音のエネル
ギーの流れの方向を求める音方向算出手段と、 前記音方向算出手段で求められた音のエネルギーの流れ
の方向と各2個のマイクロフォンm,nを結ぶ線分との
成す角度をθmnとしたとき、前記クロススペクトルGmn
に代えて、式 G´mn=Gmn・{kdmncosθmn/sin(kdmncosθmn)} 但し、kは音の波数(2π/λ;λは音の波長)、dmn
は各2個のマイクロフォンm,n間の距離を表わす。で
求められる補正されたクロススペクトルG´mnを用いて
音響インテンシティを求める音響インテンシティ演算手
段とを備えたことを特徴とする音響インテンシティ計測
装置。
(57) [Claim 1] At least four microphones arranged at measurement points such that line segments connecting each two microphones extend in at least three directions different from each other three-dimensionally. , cross-spectral G mn of the sound signals to each other obtained by said microphone (m, n represents the number of the microphones) based and cross-spectral calculation means for determining, in cross spectrum G mn obtained in the cross-spectral calculation means A sound direction calculating means for determining the direction of the flow of sound energy at the measurement point; and a line segment connecting the direction of the flow of sound energy obtained by the sound direction calculating means and each of the two microphones m and n. And θ mn , the cross spectrum G mn
Instead of the formula G ′ mn = G mn · {kd mn cos θ mn / sin (kd mn cos θ mn )} where k is the sound wave number (2π / λ; λ is the sound wavelength), d mn
Represents the distance between the two microphones m and n. And a sound intensity calculating means for obtaining sound intensity using the corrected cross spectrum G ′ mn obtained in step (a).
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