JP3918730B2 - マイクロホンアレイ及び音圧分布解析システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のマイクロホンを配列し、複数の位置で音を検知するマイクロホンアレイに関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のマイクロホンを平面または曲面に沿って並べて複数の位置で音圧を測定するマイクロホンアレイの技術は、多くの場面で用いられている。例えば、機器の騒音対策を行う場合に、機器は複数の位置に音源を有する場合があり、このような音源による音圧分布を特定する必要がある。マイクロホンアレイの技術は、このような機器の音圧分布の測定に特に有効である(例えば、非特許文献1)。
しかしながら、機器の音源は、3次元空間上に分布し、マイクロホンが並べられた面(以下、アレイ面)までの距離が異なる場合がある。このように、音源からマイクロホンまでの距離が不均一な状態で音圧を測定すると、音の距離減衰量に差が生じ、音圧分布を正確に測定することができない場合がある。
【0003】
【非特許文献1】
http://www.mitc.co.jp/msm/sv/bk/stsf.html
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した背景からなされたものであり、音源が3次元空間上に分布しても、正確に音圧分布を測定することができるマイクロホンアレイを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかるマクロホンアレイは、センサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンと、前記センサ部が向けられた方向に前記マイクロホンそれぞれを移動できるように、前記マクロホンを保持する保持部とを具備する。
【0006】
好適には、前記マイクロホンは、前記センサ部を先端に保持する棒状部材を有し、前記保持部は、前記棒状部材を摺動可能に保持する。
【0007】
好適には、複数の前記保持部は、アレイ面を形成するように配列され、前記保持部のそれぞれは、前記アレイ面に対して略垂直方向に前記棒状部材を摺動可能に保持する。
【0008】
好適には、摺動可能な前記棒状部材と当接して、前記複数の棒状部材を固定する固定手段をさらに具備する。
【0009】
好適には、前記音源と前記センサ部との間に配設され、前記センサ部を保護する保護手段をさらに具備する。
【0010】
好適には、前記棒状部材の表面に配設され、前記保持部と当接して前記棒状部材の摺動可能な範囲を制限する制限手段をさらに具備する。
【0011】
また、本発明にかかる音圧分布解析システムは、センサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンと、前記マイクロホンから測定対象物までの距離情報を取得し、取得された距離情報に応じて、前記マイクロホンにより検知された音圧の信号レベルそれぞれを調整する調整手段とを具備する。
【0013】
[用語の説明]
次に、上記発明にかかる用語を、具体例を挙げて説明する。なお、以下に示す例は、本発明を具体化して、その理解を助けることを意図したものであって、本発明の技術的範囲の限定を意図するものではない。
本発明にかかるマイクロホンアレイにおいて、調整手段とは、マイクロホンのセンサ部が検知する音圧の信号レベルを調整する手段であり、例えば、マイクロホンの位置を音源方向に前後移動させる手段、センサ部が検知した音圧の信号レベルを電気的に増幅する手段、および、センサ部が検知した音圧の数値データに重み付けを行う手段などが含まれる。
また、アレイ面とは、複数のマイクロホンを配列した場合の配列面のことであり、略平面および略曲面などが含まれる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明にかかるマイクロホンアレイ2を用いた音圧分布解析システム1の概略を説明する図である。
図1に示すように、音圧分布解析システムは、マイクロホンアレイ2、マイクロホンアレイ2から入力された音信号を増幅させるアンプ4、および、アンプ4で増幅された音信号に基づいて音圧分布を解析する解析端末6などから構成される。
マイクロホンアレイ2は、複数のマイクロホン20と、マイクロホン20を保持するフレーム30とを有し、音源である測定対象物8から発せられる音圧を検知して、電気的な信号(以下、音信号)としてアンプ4に対して出力する。
アンプ4は、多チャンネル信号の増幅が可能な増幅器であり、解析端末6により設定された増幅率で音信号を増幅し、解析端末6に対して出力する。
解析端末6は、音場解析ソフトウェアがインストールされたコンピュータであり、アンプ4から入力された音信号をA/D変換し、時間波形として記録する。さらに、解析端末6は、記録された時間波形に基づいて、時間的および空間的に変化する音圧分布を画像表示する。例えば、解析端末6は、利用者に指定された時点における音の分布、または、利用者に指定された期間における音の時間平均の分布を、等高線図で表示する。
なお、以下の説明において、マイクロホンアレイ2から見て、測定対象部8の方向を前方、測定対象物8から離れる方向を後方と呼ぶ。
【0015】
図2は、フレーム30の構成をより詳細に説明する図である。図2に示すように、フレーム30は、マイクロホン20を保持する保持フレーム310と、保持フレーム310を立てて保持するスタンドフレーム320とを有する。
保持フレーム310は、例えば、格子状の金属フレームであり、格子点の位置に複数の保持部312を有する。保持部312は、格子平面に対して略垂直な方向に、マイクロホン20のスライド部240(後述)の径とほぼ同径の開口を有する。保持部312の開口は、筒状であり、開口の内壁面は、スライド部240がなめらかに摺動可能なように処理されている。
なお、本実施形態において、互いに隣接する保持部312の間の距離は、約100mmである。互いに近接する保持部312の間の距離は、音圧測定時におけるマイクロホン20の先端から測定対象部8までの測定距離のほぼ3倍であることが望ましい。従って、本実施形態における測定距離は、30mmから40mmの間であることが望ましい。
【0016】
図3は、マイクロホン20をより詳細に説明する図である。図3に示されるように、マイクロホン20は、音圧を検知するセンサ210、センサ210から入力された音信号を増幅するプリアンプ部220、プリアンプ部220を着脱可能に保持する着脱部230、着脱部230と前端部で接合されたスライド部240(棒状部材)、着脱部230に接合された保護網保持部260、センサ210の前方を保護する保護網270(保護手段)、スライド部240の後端部に着脱可能に装着されたストッパ280(制限手段)、および、プリアンプ部220から入力された音信号をアンプ4(図1)に伝送する信号ケーブル290を有する。
【0017】
センサ210は、例えば、音圧を電気的な信号(音信号)に変換し、プリアンプ部220に対して出力する。プリアンプ部220は、音信号を信号ケーブル290に流すことができるレベルに増幅し、信号ケーブル290を介してアンプ4に出力する。なお、信号ケーブル290は、スライド部240の内部を貫通してプリアンプ部220に接続されている。
保護網保持部260は、着脱部230に接合され、センサ210の前方で保護網270を保持する。保護網270は、測定音域の音波を妨げない程度の大きさの網目を有し、前方からの衝突に対してセンサ210を保護する。
センサ210は、衝突の振動に弱く、センサ210の前方に保護網270を設けることは、マイクロホン20と測定対象物8との間で直接接触がある本実施形態では特に好適である。
【0018】
スライド部240は、保持部312の開口径とほぼ同径の棒状部材であり、保持部312内を滑らかに摺動する。なお、本例のスライド部240は、円筒形状を有するが、これに限定される訳ではなく、柱体などのように、摺動方向にほぼ均一な形状を有する棒状部材であればよい。ストッパ280は、保持部312の開口径よりも大きな径を有し、保持部312に当接して、スライド部240の摺動可能な範囲を制限する。本例の場合、ストッパ280は、スライド部240の後方端近傍に配設されており、マイクロホン20が保持フレーム310から脱落することを防止する。
なお、ストッパ280は着脱可能であり、スライド部240からストッパ280を外すことにより、マイクロホン20は保持フレーム280から取外し可能となる。
このように、マイクロホン20は、保持フレーム280に摺動可能に保持される。
【0019】
図4は、マイクロホンアレイ2を測定対象物8の形状に応じて変形させる場面を説明する図である。図4(A)は、マイクロホンアレイ2を変形させる前の状態を説明し、図4(B)は、マイクロホンアレイ2を変形させた後の状態を説明する。
まず、図4(A)に示すように、全てのマイクロホン20(20a,20bおよび20c)を前方に押し出すと、スライド部240(240a,240bおよび240c)は、保持部312を摺動して、ストッパ280が保持部312に当接する位置で止まる。次いで、マイクロホンアレイ2(保持フレーム310およびマイクロホン20)を測定対象物8の方向(矢印方向)に移動させる。
移動の結果、保護網270が測定対象物8に当接すると、図4(B)に示すように、スライド部240が保持部312の開口内を摺動する。各マイクロホン20の摺動距離は、図中の両矢印で示すように、測定対象物8の凹凸形状に応じて異なる。
このように、マイクロホンアレイ2は、直接対象物8の表面に当接することにより、測定対象物8の凹凸形状に応じた位置に各マイクロホン20を調整することができる。
【0020】
この後、マイクロホンアレイ2を測定対象物8から30mm程度離れた位置に後退させて、音圧測定を開始する。
このようにマイクロホンアレイ2を変形させると、測定対象物8の凹凸に関係なく、各マイクロホン20から測定対象物8までの距離をほぼ均一にすることができる。
【0021】
以上説明したように、本発明にかかるマイクロホンアレイ2を用いることにより、測定対象物8の凹凸形状に関わらず、各マイクロホン20から測定対象物8の表面までの距離をほぼ均一にすることできる。したがって、本マイクロホンアレイ2を用いた音圧分布解析システムは、凹凸形状を有する測定対象物8であっても、正確に音圧分布を解析することができる。
特に、多数のマイクロホン20で構成されるマイクロホンアレイ2で音圧を測定する場合には、直接マイクロホンアレイ2を測定対象物8に押圧するだけで、容易に各マイクロホン20の位置を一度に調整することができるので好適である。
【0022】
[変形例]
なお、上記実施形態におけるマイクロホンアレイ2の各マイクロホン20は、開口部310との適度な摩擦力またはグリース等による粘性抵抗力により、マイクロホンアレイ20の変形後は、各マイクロホンは調整位置で固定される。しかしながら、マイクロホンアレイ2の変形をより確実に保持したいという場合もある。例えば、マイクロホンアレイ2を測定対象物8の上方または下方から近づけて、マイクロホン20の位置を調整する場合などである。このような場合に、マイクロホン20の自重により、マイクロホン20の位置を調整した後にさらに摺動する可能性がある。
そこで、このような場合には、マイクロホンアレイ2の調整位置を保持するための機構をさらに設けると効果的である。
【0023】
図5は、各マイクロホン20の調整位置の保持機構を有するマイクロホンアレイ2の構成を説明する図である。本例のマイクロホンアレイ2は、調整位置の保持機構として、固定部材70(固定手段)、固定フレーム80および固定フレーム支持部90をさらに有する。
なお、本例のマイクロホンアレイ2の各構成要素の内、図1〜図4に示したものと実質的に同一な部分には同一の符号が付してある。
【0024】
固定部材70は、スライド部240と接触したときの摩擦力が大きい材料で周囲が覆われており、スライド部240に当接することによりスライド部240を固定する。
固定フレーム80は、全てのマイクロホン20に対応する固定部材70を、各マイクロホン20の下方で保持する。固定フレーム80は、上下動可能であり、上方に移動させることにより、各固定部材70をマイクロホン20のスライド部240に接触させる。
固定フレーム支持部90は、スタンドフレーム320に固定されており、固定フレーム80を支持する。固定フレーム支持部90は、固定フレーム80の上下動をガイドする開口を有する。また、固定フレーム支持部90は、固定フレーム80を固定するねじ止め部92を有する。ねじ止め部92のねじを調整することにより、固定フレーム80の上下動を許可/禁止することができる。
【0025】
図6は、図5に示した固定部材70がスライド部240を固定する場面を説明する図である。図6に示すように、固定フレーム80を上方(矢印方向)に移動させると、固定部材70がスライド部240に当接して、スライド部240の摺動を禁止する。この状態で、図5に示したねじ止め部92のねじを締めることにより、固定部材70および固定フレーム80の位置は固定され、スライド部240の調整位置が保持される。
なお、複数の固定部材70が固定フレーム80に接合されているので、本例のマイクロホンアレイ2は、一度の操作で、複数のスライド部240を固定することができる。これは、マイクロホン20が多数用いられている場合に特に好適である。
【0026】
また、音圧分布解析システム1は、光学センサなどで測定対象物8の各部分までの距離情報を取得し、取得された距離情報に応じて、アンプ4による音信号の増幅率の調整、または、解析端末6における数値データの重み付け処理などを行い、音信号の信号レベルを調整してもよい。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるマイクロホンアレイによれば、音源が3次元空間上に分布しても、正確に音圧分布を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかるマイクロホンアレイ2を用いた音圧分布解析システムの概略を説明する図である。
【図2】 フレーム30の構成をより詳細に説明する図である。
【図3】 マイクロホン20をより詳細に説明する図である。
【図4】 マイクロホンアレイ2を測定対象部8の形状に応じて変形させる場面を説明する図である。
【図5】 各マイクロホン20の調整位置の保持機構を有するマイクロホンアレイ2の構成を説明する図である。
【図6】 図5に示した固定部材70がスライド部240を固定する場面を説明する図である。
【符号の説明】
1・・・音圧分布解析システム
2・・・マイクロホンアレイ
20・・・マイクロホン
210・・・センサ
220・・・プリアンプ
230・・・着脱部
240・・・スライド部
260・・・保護網保持部
270・・・保護網
280・・・ストッパ
290・・・信号ケーブル
30・・・フレーム
310・・・保持フレーム
312・・・保持部
320・・・スタンドフレーム
70・・・固定部材
80・・・固定フレーム
90・・・固定フレーム支持部
92・・・ねじ止め部
4・・・アンプ
6・・・解析端末
Claims (7)
- センサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンと、
前記センサ部が向けられた方向に前記マイクロホンそれぞれを移動できるように、前記マクロホンを保持する保持部と
を具備するマイクロホンアレイ。 - 前記マイクロホンは、前記センサ部を先端に保持する棒状部材を有し、
前記保持部は、前記棒状部材を摺動可能に保持する
請求項1に記載のマイクロホンアレイ。 - 複数の前記保持部は、アレイ面を形成するように配列され、
前記保持部のそれぞれは、前記アレイ面に対して略垂直方向に前記棒状部材を摺動可能に保持する
請求項2に記載のマイクロホンアレイ。 - 摺動可能な前記棒状部材と当接して、前記複数の棒状部材を固定する固定手段
をさらに具備する請求項2または3に記載のマイクロホンアレイ。 - 前記音源と前記センサ部との間に配設され、前記センサ部を保護する保護手段
をさらに具備する請求項2〜4のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。 - 前記棒状部材の表面に配設され、前記保持部と当接して前記棒状部材の摺動可能な範囲を制限する制限手段
をさらに具備する請求項2〜5のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。 - センサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンと、
前記マイクロホンから測定対象物までの距離情報を取得し、取得された距離情報に応じて、前記マイクロホンにより検知された音圧の信号レベルそれぞれを調整する調整手段と
を具備する音圧分布解析システム。
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