JP3958538B2 - コンクリート打音検査方法、及びコンクリート打音検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート部材の表面を打撃したときの音を分析することによりコンクリート部材の劣化を検査する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、鉄道や道路等において、建造物のコンクリート部材に生じる品質の劣化が問題となっている。例えば、トンネルの覆工コンクリートの裏面の空洞や強度低下箇所、あるいは、コンクリート製のラーメン高架橋の中性化によるコンクリート片の剥離・落下等の事象である。
【０００３】
これらのコンクリート構造物は、交通機関の車両の走行路を構成するものであり、走行の安全性の観点から、劣化や変状は早期に発見し、補修等の対処を適切に行う必要がある。
【０００４】
上記したようなコンクリート部材の劣化を検査する方法の一つとして、従来、コンクリート部材の表面を金槌（ハンマー）等で打撃し、発生した音（以下、「打音」という。）を聴取することにより判断を行う検査方法（以下、「打音検査法」という。）が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の打音検査法においては、検査は人間によって行われており、検査者には十分な経験が要求されること、診断結果は検査担当者の打音に対する感受性によるため個人差（結果のバラツキ）が生じること、診断結果として定性的な評価は可能だが定量的な評価は困難であること、などの問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、検査経験の少ない者にも容易に行うことができ、個人差が無く定量的な評価が可能なコンクリート打音検査方法、及びコンクリート打音検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るコンクリート打音検査方法は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価し、前記打音継続時間ｘの値が打音開始から２ｍｓｅｃまでの第１打音継続時間ｘ１以下となる第１領域での前記打音曲面であるＡゾーン曲面の重心位置となる前記打音周波数ｙであるＡゾーン重心周波数ｙ ga が１０００Ｈｚから４０００Ｈｚのうちから選択された判別周波数ｙ t よりも低い場合には、前記コンクリート部材の打撃点付近に強度劣化箇所が存在すると評価することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るコンクリート打音検査方法は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価し、前記打音周波数ｙの値が第１周波数ｙ１以下となる３４５Ｈｚから１．４ｋＨｚまでの第２領域での前記打音曲面であるＢゾーン曲面の重心位置となる前記打音継続時間ｘであるＢゾーン重心時間ｘgbが打音開始から１０ｍｓｅｃ乃至１５ｍｓｅｃのうちから選択された第１判別時間ｘt1よりも大きい場合には、前記打撃点付近の前記コンクリート部材に内部欠陥が存在すると評価することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るコンクリート打音検査方法は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するコンクリート打音検査方法において、前記打音周波数ｙの値が第２周波数ｙ２以下となる８６Ｈｚを中心とする第３領域での前記打音曲面であるＣゾーン曲面の上端となる前記打音継続時間ｘであるＣゾーン上端時間ｘecが打音開始から１５ｍｓｅｃ乃至５０ｍｓｅｃのうちから選択された第２判別時間ｘt2以上の場合には、前記コンクリート部材の背後の支持状態が不良な箇所が存在すると評価することを特徴とする。
【００１１】
また、上記のコンクリート打音検査方法において、好ましくは、前記打音分析データのうち、各周波数線上の打音強さデータのそれぞれに、前記打音継続時間値が大きくなるにつれて小さくなるように重み付けする時間方向重み付け係数を乗じた積の総和である時間方向和を演算し、各時間方向和のそれぞれに、前記周波数値が大きくなるにつれて大きくなるように重み付けする周波数方向重み付け係数を乗じた積の総和である総合評価値を演算し、前記総合評価値が総合評価判別値以下の場合には、前記コンクリート部材の品質に問題があると総合評価する。
【００１２】
また、本発明に係るコンクリート打音検査装置は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、前記打音継続時間ｘの値が打音開始から２ｍｓｅｃまでの第１打音継続時間ｘ１以下となる第１領域での前記打音曲面であるＡゾーン曲面の重心位置となる前記打音周波数ｙであるＡゾーン重心周波数ｙ ga が１０００Ｈｚから４０００Ｈｚのうちから選択された判別周波数ｙ t よりも低い場合には、前記コンクリート部材の打撃点付近に強度劣化箇所が存在すると評価する評価手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るコンクリート打音検査装置は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、前記打音周波数ｙの値が第１周波数ｙ１以下となる３４５Ｈｚから１．４ｋＨｚまでの第２領域での前記打音曲面であるＢゾーン曲面の重心位置となる前記打音継続時間ｘであるＢゾーン重心時間ｘ gb が打音開始から１０ｍｓｅｃ乃至１５ｍｓｅｃのうちから選択された第１判別時間ｘ t1 よりも大きい場合には、前記打撃点付近の前記コンクリート部材に内部欠陥が存在すると評価する評価手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るコンクリート打音検査装置は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、前記打音周波数ｙの値が第２周波数ｙ２以下となる８６Ｈｚを中心とする第３領域での前記打音曲面であるＣゾーン曲面の上端となる前記打音継続時間ｘであるＣゾーン上端時間ｘ ec が打音開始から１５ｍｓｅｃ乃至５０ｍｓｅｃのうちから選択された第２判別時間ｘ t2 以上の場合には、前記コンクリート部材の背後の支持状態が不良な箇所が存在すると評価する評価手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態であるコンクリート打音検査装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、このコンクリート打音検査装置１００は、コンデンサマイクロフォン１と、信号処理部２と、解析部３と、画像表示部４と、データ・指令入力部５を備えて構成されている。
【００１７】
コンデンサマイクロフォン１は、振動膜（図示せず）と、振動膜の背後に配置された背電極（図示せず）を有し、これらによりコンデンサ（キャパシタ）を構成しており、振動膜が音波により振動させられた場合に、振動膜と背電極との間の静電容量が変化し、この変化が出力電圧の変化となって現れることを検出することにより、音の強さ、例えば音圧を計測するものである。
【００１８】
このような構成により、コンクリート部材（図示せず）の表面を打撃した際に発生する音（以下、「打音」という。）は、コンデンサマイクロフォン１により検出され、電気信号に変換されて信号処理部２に出力される。ここに、コンデンサマイクロフォン１は、特許請求の範囲における音響検出手段に相当している。また、コンデンサマイクロフォン１により検出された電気信号は、特許請求の範囲におけるアナログ波形データに相当している。
【００１９】
なお、上記したコンクリート部材の打撃は、個人差が生じないように行う必要があり、例えば、コンクリート部材の上面の場合には、所定の質量（重量）の重錘を所定の高さから自由落下させて行うことが考えられる。また、コンクリート部材の側面や下面の場合には、所定の質量（重量）のハンマーを、所定の位置からコンクリート部材に向けて衝撃させることが考えられるが、この衝撃作業は、空気圧や電磁力等の各種アクチュエータ（図示せず）、あるいはバネ弾性力を利用した打撃機構（図示せず）等を用いるなどして、常に一定の運動エネルギーの条件で行うように調整する必要がある。
【００２０】
信号処理部２は、図示はしていないが、入力側に前置増幅器（プリアンプ）を有している。これは、コンデンサマイクロフォン１は、インピーダンスが高いため、インピーダンスを変換する必要があるからである。
【００２１】
また、信号処理部２は、図示はしていないが、前置増幅器（プリアンプ）の出力側に、アナログ・ディジタル変換器を有している。このアナログ・ディジタル変換器は、時間的に連続なアナログ波形データの振幅値を、ある周期でサンプリング（ある時間間隔ごとに波の振幅値を入力信号として取り込む操作）をすることにより、時間的に離散化された量子的なディジタル波形データに変換するものである。サンプリング周波数としては、適宜の値が採用可能であるが、図１に示すコンクリート打音検査装置１００においては、４４．１ｋＨｚ（キロヘルツ）を採用している。ここに、信号処理部２の図示しないアナログ・ディジタル変換器は、特許請求の範囲におけるデータ変換手段に相当している。
【００２２】
解析部３は、信号処理部２から送られてくるディジタル波形データを解析し、コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するデータを生成し後段に出力する部分である。この解析部３は、図示はしていないが、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）と、主記憶部と、一時記憶部と、入出力制御部等を有しており、後述するピーク値検出、及び時間・周波数分析を行うことができるように構成されている。
【００２３】
ＣＰＵは、図示はしていないが、ＣＰＵ内部での電流（信号）の授受を行うための信号線である内部バスを有しており、この内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部と、命令処理部等を有している。ＣＰＵ内の演算部は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタに格納されるのが一般的である。
【００２４】
レジスタは、一般に、１語のデータを記憶する部分である。通常、ＣＰＵ内には、複数のレジスタが設けられている。クロック生成部は、ＣＰＵの各部分の時間の同期をとるための刻時信号（クロック信号）を生成する部分である。ＣＰＵは、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する部分である。
【００２５】
主記憶部は、図示はしていないが、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）等を有しており、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。ハードディスク装置は、図示はしていないが、その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッドからの書込電流によって磁化することによりデータを記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出することにより記録データを読み出す装置である。また、ＲＯＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００２６】
上記した制御プログラムは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等のＣＰＵの基本ソフトウェアのほか、画像処理や分析演算等をＣＰＵに実行させるための命令等の処理手順が、所定のプログラム用言語で記述された文字や記号の集合である。
【００２７】
また、一時記憶部は、図示はしていないが、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）等を有しており、ＣＰＵにより演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００２８】
入出力制御部は、インタフェース（Ｉ／Ｏ）とも呼ばれ、信号線又はその集合であるバスと、各種コネクタ、各種ポート、ハードディスク装置の読取り・書込み制御機構などを有しており、ＣＰＵからの信号や各装置からの信号を授受するための部分である。
【００２９】
データ・指令入力部５は、キーボード、トラックボール又はタッチパッド若しくはスティックポインタ等を含むポインティングデバイス、タッチパネル装置等を有しており、ＣＰＵへの命令信号や、ＣＰＵが処理するデータ等を外部から入力するための部分である。
【００３０】
画像表示部４は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：陰極線管表示装置）モニタ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイ装置等を有しており、ＣＰＵの演算結果や処理したデータを、画像や文字等として画面に表示する部分であり、特許請求の範囲における表示手段に相当している。
【００３１】
また、このコンクリート打音検査装置１００は、出力部（図示せず）を備えている。出力部は、プリンタ、外部出力端子、モデムなどの通信装置、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート等を有しており、ＣＰＵの演算結果や処理したデータを、紙等に印字したり、あるいは電気信号として外部へ出力又は送信する部分である。なお、外部出力端子に、フレキシブル・ディスク（ＦＤ）装置、光磁気ディスク装置、ＰＣカード装置等の外部記録装置を接続すれば、録音した打撃音データや、ＣＰＵが処理した結果データ等をディスク等の記録媒体に記録して外部に取り出すことができる。
【００３２】
次に、解析部３の行う処理について、さらに詳細に説明する。まず、ピーク値検出は、以下のようにして行う。まず、解析部３の一時記憶部として、例えば、リング・バッファ・メモリ（図示せず）を装備する。リング・バッファ・メモリは、所定時間の間（例えば、２ミリ秒）のデータを蓄積して記憶し、所定時間経過後に出力することを順繰りに繰り返す記憶装置である。信号処理部２から出力されてくるディジタル波形データは、まずこのリング・バッファ・メモリに入力される。解析部３のＣＰＵ（図示せず）は、リング・バッファ・メモリからの出力を監視し、打音時（重錘やハンマーがコンクリート部材表面を打撃した瞬間）のピーク値を探す。
【００３３】
この場合には、前後のデータ値から打撃時のピークが突出している部分を探し、ピークの最大値に対し、ある値より大きくなる部分からデータを取り込む。本実施形態の場合は、ピーク最大値の２５％の値より大きくなるところから、データを取り込むようにしている。これは、データが周囲のノイズに埋もれた状態から取り込むと、後述する時間・周波数分析の誤差が大きくなるからである。
【００３４】
次に、時間・周波数分析について、さらに詳細に説明する。音波や振動などの波形データを分析する手法としては、一般に周波数分析が用いられる。周波数分析は、時間的に変化する波形データの特性のうち、周波数の特性を分析するための一手法である。周波数分析の手法としては、フーリエ変換が一般に用いられている。フーリエ変換は、波形データのような時間領域のデータを周波数領域（振動数領域）のデータ、例えば、周波数を横軸にとり、縦軸に各周波数における音の強さのレベル値又は振動レベル値をプロットしたグラフ（周波数スペクトル）等に変換する手法である。この周波数スペクトルを見ると、どの周波数で音や振動が卓越しているか等を分析することができる。離散化されたディジタル波形データを分析する手法としては、フーリエ変換をさらに高速化させた計算アルゴリズムであるＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられることが多い。
【００３５】
しかし、ＦＦＴによる周波数分析は、分析される波形データのスペクトル特性が定常状態であることを基本的な仮定としており、スペクトル特性が時間的に変化する場合には、利用することができない。そこで、周波数スペクトルの時間的な変化をとらえて分析するための手法（以下、「時間・周波数分析」という。）が必要となる。
【００３６】
本実施形態の解析部３において実行される時間・周波数分析は、「逆ウェーヴレット変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）」と呼ばれる。以下、この逆ウェーヴレット変換の内容について説明を行う。
【００３７】
ウェーヴレット（ｗａｖｅｌｅｔ）とは、図２に示すような関数であり、ｘを時間とした場合、時間的に局在する「小さい波」を意味している。このウェーヴレットを、以下、関数ψ（ｘ）で表現する。
【００３８】
このウェーヴレットを利用すると、例えば、図３（Ａ）に示すような関数ｆ（ｘ）、すなわち、振幅値と周波数が時間ｘとともに変化する波形（正弦波）の一部分Ｐ１を、図３（Ｂ）に示すようにウェーヴレットＷ１で切り出して対応させることができる。この場合、図２に示す元のウェーヴレットψ（ｘ）の変数ｘを、（ｘ−ｂ）／ａと置き換え、関数ｆ（ｘ）の部分Ｐ１における振幅値と周波数をうまく表現するように実数ａとｂを選んでやればよい。
【００３９】
このように、ウェーヴレットは、波形信号の一部を切り出すときの単位として利用することができる。この場合の元のウェーヴレットψ（ｘ）を、マザー・ウェーヴレット（ｍｏｔｈｅｒ ｗａｖｅｌｅｔ）、あるいは分析ウェーヴレット（ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｗａｖｅｌｅｔ）と呼ばれる。マザー・ウェーヴレットには、種々の関数形のものが提案されている。例えば、Ｈａａｒウェーヴレット、Ｇａｂｏｒウェーヴレット、Ｍａｌｖｅｒウェーヴレット、Ｍｏｒｌｅｔウェーヴレット、いわゆるメキシカンハット、いわゆるフレンチハット、Ｓｈａｎｎｏｎウェーヴレット、Ｍｅｙｅｒウェーヴレット、Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓウェーヴレット、Ｓｙｍｌｅｔ、Ｃｏｉｆｌｅｔ、スプライン・ウェーヴレット等である。本実施形態の解析部３においては、スプライン・ウェーヴレットの一種であるＢａｔｔｌｅ−Ｌｅｍａｒｉｅのマザー・ウェーヴレットと呼ばれる関数を採用した。
【００４０】
以下、同様にして、図３（Ａ）の関数ｆ（ｘ）の一部分Ｐ２を、図３（Ｃ）に示すようにウェーヴレットＷ２で対応させることができ、図３（Ａ）の関数ｆ（ｘ）の一部分Ｐ３を、図３（Ｄ）に示すようにウェーヴレットＷ３で対応させることができ、図３（Ａ）の関数ｆ（ｘ）の一部分Ｐ４を、図３（Ｅ）に示すようにウェーヴレットＷ４で対応させることができる。
【００４１】
このようにして、下式（１）により、ウェーヴレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を定義することができる。
【００４２】
【数１】
【００４３】
上式（１）において、積分項の関数ψの部分は、関数ψ（ｘ）の複素共役関数を示している。また、逆に、上式（１）から、元の波形信号ｆ（ｘ）を復元することができる。この場合には、上記したウェーヴレット変換の逆変換、すなわち逆ウェーヴレット変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行うことになる。逆ウェーヴレット変換は、下式（２）によって定義される。
【００４４】
【数２】
【００４５】
ウェーヴレット変換を行った後に、各次数（各周波数）ごとに逆ウェーヴレット変換を行えば、図４に示すように、時間ｘを横軸とし周波数ｙを縦軸とする平面上で、打音の強さｚを表す関数ｆ（ｘ）を、各周波数ごとに分解して復元することができる。例えば、図４において、周波数ｆ１における関数成分として関数ｇ１（ｘ）を、また周波数ｆ２における関数成分として関数ｇ２（ｘ）を、また周波数ｆ３における関数成分として関数ｇ３（ｘ）を、また周波数ｆ４における関数成分として関数ｇ４（ｘ）を、それぞれ得ることができる。
【００４６】
本実施形態の解析部３においては、上述したように、マザー・ウェーヴレットとして、Ｂａｔｔｌｅ−Ｌｅｍａｒｉｅのマザー・ウェーヴレットを採用しているが、これにより、各周波数ｆ１等での関数ｇ１（ｘ）等の波形は、最初は振幅値が増加していき、振幅値がピークに到達した後は、時間の経過とともに振幅値が概ね減衰していく正弦波形（減衰調和振動）、例えば、音の強さをｚとすると、下式（３）
ｚ＝Ａ・ｅｘｐ（−ｋｘ）・ｓｉｎ（ωｘ＋δ） ………（３）
に近い関数となる。ここに、ｅｘｐは、自然指数関数を表しており、Ａ、ｋ、ωは、ともに正の実数を表している。δは、実数である。
【００４７】
本実施形態の解析部３においては、コンクリート部材を打撃した場合に個人差が生じる場合（採取したマイクロフォンの音の強さに差がある場合）をも想定し、これを正規化して誤差を防止する処理課程を設けている。すなわち、逆ウェーヴレット変換後の各周波数における波形において振幅値が最大となるときの振幅値を所定値（本実施形態の場合は１００）とし、全体が相似な波形となるように処理している。
【００４８】
次に、本実施形態の解析部３は、逆ウェーヴレット変換後の各周波数における波形において、「実効値」と呼ばれる値を演算する。この実効値は、逆ウェーヴレット変換後の各周波数における波形において、波形振幅最大値Ａ１，Ａ２，…をすべて算出し、互いに連続（隣接）する３個の値、例えば、Ａ１とＡ２とＡ３、の平均値（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）／３を算出して、これらの各平均値を、３個の組の最初の振幅最大値の位置、例えば、Ａ１とＡ２とＡ３の組の場合はＡ１の位置、にプロットするのである。次に、このようにして得られた離散値の間を「３次スプライン補間」と呼ばれる手法により補間して滑らかな曲線とする。３次スプライン補間は、隣り合う点を、２次導関数によって連続的に結ぶ補間方法である。
【００４９】
上記のような処理により、逆ウェーヴレット変換後の各周波数の横線（以下、「周波数線」という。）の上には、多少の凹凸はあるものの、最初は増加し、ピークに到達した後は、時間ｘの経過とともに概ね減衰するような曲線が描かれる。以下、この曲線を「打音実効曲線」という。これらの打音実効曲線をもとに、縦軸方向（周波数方向）についても、上記のような３次スプライン補間等の補間を施すことにより、滑らかな曲面を得ることができる。この曲面は、打音の継続時間をｘ軸とし、打音の周波数をｙ軸とし、打音の強さをｚ軸とする３次元直交座標空間（以下、「打音解析空間」という。）の中に描かれるものであり、以下、「打音曲面」という。
【００５０】
図５は、図１に示すコンクリート打音検査装置１００の画像表示部４に表示される打音解析空間における打音曲面を示す概念図である。また、打音曲面は、ｘｙ平面（打音継続時間ｘ軸と打音周波数ｙ軸によって決定される平面。以下、「打音継続時間・周波数平面」という。）の上に、音の強さｚの値の等しい箇所を等高線で結んで表示してもよい。図６は、そのようにｘｙ平面にｚ値を等高線表示した図のうち、コンクリート部材の劣化を評価する場合の特徴的形状を説明する概念図である。
【００５１】
出願人らは、コンクリート部材（図示せず）の表面を打撃した際に発生する打音を、上記したコンデンサマイクロフォン１で検出し、信号処理部２で信号処理した後、解析部３で上記の時間・周波数分析を行い、打音曲面を画像表示部４に表示させる室内実験及び現場試験を多数行った結果、ｘｙ平面にｚ値を等高線表示するようにして打音曲面を表示した場合の形状と、コンクリート部材の劣化状態との間に一定の関連性があることを発見した。
【００５２】
すなわち、図６に示すように、コンクリート部材に劣化部分が存在する場合には、その劣化の種類や程度に応じて、打音曲面には、「Ａゾーン」、「Ｂゾーン」、「Ｃゾーン」として示される特徴的な領域が現れる。以下、これらについて説明を行う。
【００５３】
図６に示すＡゾーンは、ｘｙ平面のうち、打音の継続時間ｘが短く、かつ周波数ｙが高い領域、すなわち、ｘｙ平面の縦軸（周波数軸）付近の上方、換言すれば、ｘｙ平面の左上部付近に現れる。実験の結果、コンクリート部材の強度が高い場合には、Ａゾーンは、ｙ軸付近で、かつｘｙ平面のかなり上方に現れた。一方、コンクリート部材の強度が低い場合には、Ａゾーンは、ｙ軸付近だが、ｙ方向の位置は低くなる。そして、コンクリート部材の強度が非常に低くなると、Ａゾーンのｙ方向の高さ位置は、さらに低い位置となることが、実験によって明らかになった。このことから、このＡゾーンの位置の周波数（ｙ値）は、コンクリート部材の持っている強度の程度を示している、と考えられる。実験結果によれば、コンクリート部材の圧縮強度が約２０ＭＰａ（メガパスカル）の場合、Ａゾーンの周波数ｙは約１．４〜１１．０ｋＨｚ程度であった。また、打音の継続時間ｘについて見ると、例えば、周波数が２．８ｋＨｚのとき、打音データの取り込み開始時点から約１ｍｓｅｃで最大値に到達し、その後１ｍｓｅｃでピークは終了した。したがって、Ａゾーンの時間範囲は、ｘ＝０の時点（打音データ取り込み時点）から約２ｍｓｅｃ程度を考慮すればよいと考えられる。
【００５４】
次に、図６に示すＢゾーンは、ｘｙ平面のうち、打音の継続時間ｘがやや短く、かつ周波数ｙがほぼ中間の領域、すなわち、ｘｙ平面の縦軸（周波数軸）にやや近い中間の部分、換言すれば、ｘｙ平面の左半分の中央付近に現れる。実験の結果、コンクリート部材の内部のある箇所において、主として粗骨材が取り残され、細骨材やセメント分が他へ流出して空隙となったような状態となった部分、いわゆる「ジャンカ」と呼ばれる部分が存在する場合には、Ａゾーンの下方にＢゾーンが現れることが多かった。このＢゾーンの音は、実際に聴取すると、「グシャッ」というように聞こえる。このことから、このＢゾーンが現れた場合は、コンクリート部材の内部に、ジャンカ、コールドジョイントのような何らかの欠陥が存在していることを示している、と考えられる。実験結果によれば、コンクリート部材の圧縮強度が約２０ＭＰａで内部にジャンカが存在する場合、Ｂゾーンの周波数ｙは約３４５Ｈｚ〜１．４ｋＨｚ程度であり、打音の継続時間ｘは１５ｍｓｅｃ程度であった。
【００５５】
次に、図６に示すＣゾーンは、ｘｙ平面のうち、打音の継続時間ｘはほぼ全域に及んでおり、かつ周波数ｙが低い領域、すなわち、ｘｙ平面の横軸（打音継続時間軸）に沿った下方の部分、換言すれば、ｘｙ平面の下半分に現れる。実験の結果、コンクリート部材の支持条件、例えば、コンクリート部材の下部が支持されている場合、下面全体が支持されているのではなく、コンクリート部材の一部のみが支持されている場合、例えば、コンクリート部材の両端が単純支持されているような場合には、横方向（ｘ軸方向）に長く延びる顕著なＣゾーンが現れることが多かった。また、コンクリート部材の支持条件が良好となり、例えばコンクリート部材の下部の部分の支持箇所が増えると、Ｃゾーンのｘ軸方向の長さは短くなることがわかった。このことから、このＣゾーンは、コンクリート部材の背後の支持状態の程度を示している、と考えられる。実験結果によれば、コンクリート部材の圧縮強度が約２０ＭＰａで単純支持条件の場合、Ｃゾーンは周波数約８６Ｈｚ程度を中心とする領域であり、打音の継続時間ｘは５０ｍｓｅｃ程度まで残っていた。
【００５６】
上記のことを踏まえ、このコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、上記したＡ、Ｂ、Ｃゾーンの存在を検出し、その程度を判別し評価することとしている。以下、その内容について、詳細に説明する。
【００５７】
まず、Ａゾーンの検出とその評価について説明する。上記したＡゾーンの性質から、解析部３の解析においては、「Ａゾーンは、打音開始時（ｘ＝０の時点）から２ｍｓｅｃの時間範囲内に現れる。」と設定した。そして、下記のような計算や処理を行った。
【００５８】
最初に、各周波数の横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）上の打音実効曲線のそれぞれについて、打音開始時（ｘ＝０）からｘ＝２ｍｓｅｃまでの積分値（ｘが０と２ｍｓｅｃの間の打音実効曲線とｘｙ平面との間の略台形状の部分の面積）を算出する。これにより、例えば、周波数ｆ１の場合の面積がｓ１、周波数ｆ２の場合の面積がｓ２、周波数ｆ３の場合の面積がｓ３、…、周波数ｆｉの場合の面積がｓｉ、…、周波数ｆｎ−１の場合の面積がｓｎ−１、周波数ｆｎの場合の面積がｓｎ、というような値が求められる。
【００５９】
次に、これらの面積の総和ｖ１＝Σｓｉを求める。次に、各周波数の面積ｓｉに、その周波数ｆｉを乗じて得た積（ｓｉ×ｆｉ）の総和ｖ２＝Σ（ｓｉ×ｆｉ）を求める。そして、値ｖ２を値ｖ１で除した商ｖ３＝（ｖ２／ｖ１）を算出する。この値ｖ３は、仮想の周波数を表しており、これは、図７（Ａ）のＡゾーンの重心に相当する周波数ｙga（以下、「Ａゾーン重心周波数」という。）に等しいと考えられる。また、打音開始から２ｍｓｅｃの時間は、図７（Ａ）における第１打音継続時間ｘ１に相当している。また、打音開始から２ｍｓｅｃまでの時間領域は、特許請求の範囲における第１領域に相当している。
【００６０】
したがって、Ａゾーンの性質より、Ａゾーン重心周波数ｙgaが、ある周波数値ｙtよりも低い場合には、そのコンクリート部材の打撃点付近の強度は、所定値よりも低いと考えられる。この場合の所定値がコンクリートの設計強度と等しくなるようにある周波数値ｙtを設定すれば、コンクリート部材の打撃点付近は「強度が劣化している」と判断することができる。以下、このときのｙtを「判別周波数」という。判別周波数ｙtは、例えば、１０００〜４０００Ｈｚ（１〜４ｋＨｚ）といった範囲の値となると考えられる。
【００６１】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ａ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「Ａゾーン評価」として、赤色のバーＣ１と、黄色のバーＣ２と、緑色のバーＣ３がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ１は、危険な（劣化した）範囲を表現している。また、黄色バーＣ２は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ３は、良好な（劣化のおそれの無い）範囲を表現している。
【００６２】
ここで、赤色のバーＣ１と黄色のバーＣ２の境界の値は、例えば３０００（Ｈｚ）に設定されている。また、黄色のバーＣ２と緑色のバーＣ３の境界の値は、例えば６０００（Ｈｚ）に設定されている。これらのうち、値が３０００の境界線は、劣化の判別基準となる判別周波数を表している。そして、上記のようにして演算された値ｖ３（又はＡゾーン重心周波数ｙga）の値が、スコア欄Ｗ１に、例えば「５２４６」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ１の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ１が表示される。評価線Ｌ１は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ａ）の場合は、評価線Ｌ１が黄色バーＣ２の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の強度の劣化程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００６３】
次に、Ｂゾーンの検出とその評価について説明する。Ｂゾーンの評価にあたっては、下記のような計算や処理を行った。
【００６４】
各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上における打音実効曲線について、その最大値を検出する。例えば、周波数ｆ１の場合の打音実効曲線の最大値をｈ１とする。次に、打音実効曲線の上で、その値が、ｈ１に対して所定の比率（本実施形態の場合は５％）となる値まで減衰したときのｈ１からの経過時間を「有効減衰時間」と定義し、ｔd1で表すことにする。また、同様にして、周波数ｆ２の場合の有効減衰時間ｔd2を求め、以下、同様に、ｉ番目の周波数ｆｉにおける有効減衰時間ｔdiを求め、最後の（ｎ番目の）周波数ｆｎにおける有効減衰時間ｔdnまで求める。
【００６５】
次に、これらの有効減衰時間の加重平均値ｖ４＝（Σｔdi）／ｎを求める。この値は、仮想の時間を表しており、これは、図７（Ｂ）のＢゾーンの重心に相当する時間ｘgb（以下、「Ｂゾーン重心時間」という。）に等しいと考えられる。なお、Ｂゾーンは、第１周波数ｙ１以下の領域（第２領域）に現れるはずであるが、周波数の高い領域での有効減衰時間ｔdiの値は非常に小さいと考えられるため、周波数の高い領域の成分は、Ｂゾーン重心時間ｘgbにはほとんど寄与しないと考えられ、結果的に、有効減衰時間の加重平均値ｖ４は、第１周波数ｙ１以下の領域を対象とすることとなる、と考えられる。
【００６６】
したがって、Ｂゾーンの性質より、Ｂゾーン重心時間ｘgbが、ある時間値ｘt1よりも大きい場合には、そのコンクリート部材の打撃点付近の内部に欠陥が存在すると考えられる。この場合の所定値が、内部にジャンカが存在する場合、あるいは内部にコールドジョイントが存在する場合と等しくなるようにある時間値ｘt1を設定すれば、コンクリート部材の打撃点付近に「内部欠陥が存在する」と判断することができる。以下、このときのｘt1を「第１判別時間」という。第１判別時間ｘt1は、例えば、１０〜１５ｍｓｅｃといった範囲の値となると考えられる。
【００６７】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ｂ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「Ｂゾーン評価」として、緑色のバーＣ４と、黄色のバーＣ５と、赤色のバーＣ６がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ６は、危険な（内部欠陥のある）範囲を表現している。また、黄色バーＣ５は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ４は、良好な（内部欠陥のおそれの無い）範囲を表現している。
【００６８】
ここで、赤色のバーＣ６と黄色のバーＣ５の境界の値は、例えば８（ｍｓｅｃ）に設定されている。また、黄色のバーＣ５と緑色のバーＣ４の境界の値は、例えば３（ｍｓｅｃ）に設定されている。これらのうち、値が８の境界線は、内部欠陥の判別基準となる第１判別時間を表している。そして、上記のようにして演算された値ｖ４（又はＢゾーン重心時間ｘgb）の値が、スコア欄Ｗ２に、例えば「２．５」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ２の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ２が表示される。評価線Ｌ２は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ｂ）の場合は、評価線Ｌ２が緑色バーＣ４の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の内部欠陥の程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００６９】
次に、Ｃゾーンの検出とその評価について説明する。Ｃゾーンの評価にあたっては、下記のような計算や処理を行った。
【００７０】
各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上における打音実効曲線について、その最大値を検出する。例えば、周波数ｆ１の場合の打音実効曲線の最大値をｈ１とする。次に、打音実効曲線の上で、その値が、ｈ１に対して所定の比率（本実施形態の場合は５％）となる値まで減衰したときのｈ１からの経過時間を「有効減衰時間」と定義し、ｔd1で表すことにする。また、同様にして、周波数ｆ２の場合の有効減衰時間ｔd2を求め、以下、同様に、ｉ番目の周波数ｆｉにおける有効減衰時間ｔdiを求め、最後の（ｎ番目の）周波数ｆｎにおける有効減衰時間ｔdnまで求める。
【００７１】
次に、これらの有効減衰時間のうち、最大のものｔdmaxを検出する。この値は、仮想の時間を表しており、これは、図７（Ｃ）のＣゾーンの上端（右端）に相当する時間ｘec（以下、「Ｃゾーン上端時間」という。）に等しいと考えられる。なお、Ｃゾーンは、第２周波数ｙ２以下の領域（第３領域）に現れるはずであるが、周波数の高い領域での有効減衰時間ｔdiの値は非常に小さいと考えられるため、周波数の高い領域の成分は、Ｃゾーン上端時間ｘecにはほとんど寄与しないと考えられ、結果的に、第２周波数ｙ２以下の領域を対象とすることとなる、と考えられる。
【００７２】
したがって、Ｃゾーンの性質より、Ｃゾーン上端時間ｘecが、ある時間値ｘt2よりも大きい場合には、そのコンクリート部材の打撃点付近に背後の支持状態が不良な箇所が存在すると考えられる。この場合の所定値が、内部に空洞部が存在する場合などと等しくなるようにある時間値ｘt2を設定すれば、コンクリート部材の打撃点付近の「支持状態が不良である」と判断することができる。以下、このときのｘt2を「第２判別時間」という。第２判別時間ｘt2は、例えば、１５〜５０ｍｓｅｃといった範囲の値となると考えられる。
【００７３】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ｃ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「Ｃゾーン評価」として、緑色のバーＣ７と、黄色のバーＣ８と、赤色のバーＣ９がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ９は、危険な（支持状態の不良な）範囲を表現している。また、黄色バーＣ７は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ６は、良好な（支持不良のおそれの無い）範囲を表現している。
【００７４】
ここで、赤色のバーＣ９と黄色のバーＣ８の境界の値は、例えば２０（ｍｓｅｃ）に設定されている。また、黄色のバーＣ７と緑色のバーＣ６の境界の値は、例えば１０（ｍｓｅｃ）に設定されている。これらのうち、値が２０の境界線は、支持不良の判別基準となる第２判別時間を表している。そして、上記のようにして演算されたＣゾーン上端時間ｘecの値が、スコア欄Ｗ３に、例えば「２３．１」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ３の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ３が表示される。評価線Ｌ３は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ｃ）の場合は、評価線Ｌ３が赤色バーＣ９の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の支持不良の程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００７５】
次に、打音検査の総合評価について説明する。総合評価にあたっては、下記のような計算や処理を行った。
【００７６】
まず、各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上における打音実効曲線について、スプライン補間を行う前の離散値を読み出す。次に、打音開始時点（ｘ＝０）から４０ｍｓｅｃの期間の全部の離散値を、ある周波数について総和する。次に、この総和を、すべての（ｎ個の）周波数について、総和する。この総和値をＳf,40とする。次に、スプライン補間前の各離散値を、この総和値Ｓf,40で除することにより正規化を行う。
【００７７】
次に、時間軸（ｘ軸）方向に、打音開始時点（ｘ＝０）では、値が「＋１」となり、打音開始時点（ｘ＝０）から４０ｍｓｅｃ後の時点では、値が「−１」となるような１次直線（以下、「時間方向重み係数直線」という。）を求める。すなわち、時間方向の重み付け係数は、時間値が大きくなるほど小さくなり、最後は負の値となる。
【００７８】
各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上において、離散値に、その値に対応する位置の時間方向重み係数直線の値を乗じて、「重み付け離散値」を求める。そして、各周波数における周波数線ごとに、重み付け離散値の総和を計算する。すなわち、周波数が小さい順に、周波数ｆ１の場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσ１とし、周波数ｆ２の場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσ２とし、…、以下同様にして周波数ｆｉの場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσｉとし、…、周波数ｆｎ−１の場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσｎ−１とし、周波数ｆｎの場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσｎとする。
【００７９】
次に、周波数が最も高い周波数ｆｎの場合の周波数方向重み付け係数ｋｎを１とし、次に高い周波数ｆｎ−１の場合の周波数方向重み付け係数ｋｎ−１を１／２とし、次に高い周波数ｆｎ−２の場合の周波数方向重み付け係数ｋｎ−２を１／４とし、…、周波数ｆｉの場合の周波数方向重み付け係数ｋｉを１／（２n-i）とし、…、周波数ｆ３の場合の周波数方向重み付け係数ｋ３を１／（２n-3）とし、周波数ｆ２の場合の周波数方向重み付け係数ｋ２を１／（２n-2）とし、最も低い周波数ｆ１の場合の周波数方向重み付け係数ｋ１を１／（２n-1）とする。すなわち、周波数方向の重み付け係数ｋｉは、周波数が高くなるほど正の値で大きくなる。
【００８０】
次に、上記した周波数ｆｉの場合の時間方向和σｉに、周波数方向の重み付け係数ｋｉを乗じ、すべての（ｎ個の）周波数について、これらの積の総和を求め、これを総合評価値とする。そして、総合評価値が大きいほど、コンクリート部材は良好な状態であると評価する。すなわち、総合評価においては、打音継続時間が長いものほど評価が小さくなるように重み付けを大きくし、かつ、周波数が高いものほど評価が大きくなるように重み付けを大きくしている。
【００８１】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ｄ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「総合評価」として、赤色のバーＣ１０と、黄色のバーＣ１１と、緑色のバーＣ１２がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ１０は、危険な（コンクリート部材の品質に問題がある）範囲を表現している。また、黄色バーＣ１１は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ１２は、良好な（コンクリート部材の品質に問題の無い）範囲を表現している。
【００８２】
ここで、赤色のバーＣ１０と黄色のバーＣ１１の境界の値、あるいは、黄色のバーＣ１１と緑色のバーＣ１２の境界の値は、適宜の値に設定されている。例えば、赤色のバーＣ１０と黄色のバーＣ１１の境界の値は、負の値となる場合もある。そして、上記のようにして演算された総合評価値が、スコア欄Ｗ４に、例えば「３２」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ４の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ４が表示される。評価線Ｌ４は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ｄ）の場合は、評価線Ｌ４が緑色バーＣ１２の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の総合評価の程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００８３】
上記のように構成することにより、本実施形態のコンクリート打音検査装置１００は、以下のような利点を有している。
【００８４】
一定の条件でコンクリート部材を打撃し、その際に発生する打音を所定の論理で処理し、評価値を算出して強度劣化等の評価を行うため、検査者には特に経験等は不要であり、診断結果に検査担当者の個人差（結果のバラツキ）が生じることがなく、診断結果として定量的な評価を容易に下すことができる、といった利点がある。
【００８５】
上記の実施形態において、解析部３の図示しないＣＰＵは、特許請求の範囲における時間・周波数分析手段、及び評価手段に相当している。
【００８６】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００８７】
例えば、上記実施形態においては、音響検出手段としてコンデンサマイクロフォンを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の音響検出手段、例えば、エレクトレットマイクロフォン等であってもよい。
【００８８】
また、上記実施形態においては、時間・周波数分析の手法としてウェーヴレット逆変換を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の時間・周波数分析手法、例えば、短時間フーリエ逆変換（ＳＴＦＴ：Ｓｈｏｒｔ Ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ウィグナー分布（ＷＤ：Ｗｉｇｎｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）等を採用してもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンクリート部材の打音を音響検出手段により検出し、データをデータ変換手段によりディジタル波形データに変換し、時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより、打音継続時間ｘと打音周波数ｙと打音強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、打音分析データを３次元の打音解析空間にプロットして得られる打音曲面の形状を判別することによりコンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するように構成したので、一定の条件でコンクリート部材を打撃し、その際に発生する打音を所定の論理で処理し、評価値を算出して強度劣化等の評価を行うため、検査者には特に経験等は不要であり、診断結果に検査担当者の個人差（結果のバラツキ）が生じることがなく、診断結果として定量的な評価を容易に下すことができる、といった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるコンクリート打音検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すコンクリート打音検査装置の解析部におけるウェーヴレット逆変換に用いられるウェーヴレットの一例を示す図である。
【図３】打音の波形データとウェーヴレットとの関係を説明する概念図である。
【図４】打音の波形データと逆ウェーヴレット変換との関係を説明する概念図である。
【図５】図１に示すコンクリート打音検査装置の画像表示部に表示される打音解析空間における打音曲面を示す概念図である。
【図６】図１に示すコンクリート打音検査装置の画像表示部に表示される打音曲面を打音継続時間・周波数平面の上に等高線表示した図のうち、コンクリート部材の劣化を評価する場合の特徴的形状を説明する概念図である。
【図７】図１に示すコンクリート打音検査装置におけるＡ〜Ｃゾーンの評価方法を説明する概念図である。
【図８】図１に示すコンクリート打音検査装置の画像表示部に表示される打音検査結果の評価画面の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ コンデンサマイクロフォン
２ 信号処理部
３ 解析部
４ 画像表示部
５ データ・指令入力部
１００ コンクリート打音検査装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート部材の表面を打撃したときの音を分析することによりコンクリート部材の劣化を検査する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、鉄道や道路等において、建造物のコンクリート部材に生じる品質の劣化が問題となっている。例えば、トンネルの覆工コンクリートの裏面の空洞や強度低下箇所、あるいは、コンクリート製のラーメン高架橋の中性化によるコンクリート片の剥離・落下等の事象である。
【０００３】
これらのコンクリート構造物は、交通機関の車両の走行路を構成するものであり、走行の安全性の観点から、劣化や変状は早期に発見し、補修等の対処を適切に行う必要がある。
【０００４】
上記したようなコンクリート部材の劣化を検査する方法の一つとして、従来、コンクリート部材の表面を金槌（ハンマー）等で打撃し、発生した音（以下、「打音」という。）を聴取することにより判断を行う検査方法（以下、「打音検査法」という。）が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の打音検査法においては、検査は人間によって行われており、検査者には十分な経験が要求されること、診断結果は検査担当者の打音に対する感受性によるため個人差（結果のバラツキ）が生じること、診断結果として定性的な評価は可能だが定量的な評価は困難であること、などの問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、検査経験の少ない者にも容易に行うことができ、個人差が無く定量的な評価が可能なコンクリート打音検査方法、及びコンクリート打音検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るコンクリート打音検査方法は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価し、前記打音継続時間ｘの値が打音開始から２ｍｓｅｃまでの第１打音継続時間ｘ１以下となる第１領域での前記打音曲面であるＡゾーン曲面の重心位置となる前記打音周波数ｙであるＡゾーン重心周波数ｙ ga が１０００Ｈｚから４０００Ｈｚのうちから選択された判別周波数ｙ t よりも低い場合には、前記コンクリート部材の打撃点付近に強度劣化箇所が存在すると評価することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るコンクリート打音検査方法は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価し、前記打音周波数ｙの値が第１周波数ｙ１以下となる３４５Ｈｚから１．４ｋＨｚまでの第２領域での前記打音曲面であるＢゾーン曲面の重心位置となる前記打音継続時間ｘであるＢゾーン重心時間ｘgbが打音開始から１０ｍｓｅｃ乃至１５ｍｓｅｃのうちから選択された第１判別時間ｘt1よりも大きい場合には、前記打撃点付近の前記コンクリート部材に内部欠陥が存在すると評価することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るコンクリート打音検査方法は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するコンクリート打音検査方法において、前記打音周波数ｙの値が第２周波数ｙ２以下となる８６Ｈｚを中心とする第３領域での前記打音曲面であるＣゾーン曲面の上端となる前記打音継続時間ｘであるＣゾーン上端時間ｘecが打音開始から１５ｍｓｅｃ乃至５０ｍｓｅｃのうちから選択された第２判別時間ｘt2以上の場合には、前記コンクリート部材の背後の支持状態が不良な箇所が存在すると評価することを特徴とする。
【００１１】
また、上記のコンクリート打音検査方法において、好ましくは、前記打音分析データのうち、各周波数線上の打音強さデータのそれぞれに、前記打音継続時間値が大きくなるにつれて小さくなるように重み付けする時間方向重み付け係数を乗じた積の総和である時間方向和を演算し、各時間方向和のそれぞれに、前記周波数値が大きくなるにつれて大きくなるように重み付けする周波数方向重み付け係数を乗じた積の総和である総合評価値を演算し、前記総合評価値が総合評価判別値以下の場合には、前記コンクリート部材の品質に問題があると総合評価する。
【００１２】
また、本発明に係るコンクリート打音検査装置は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、前記打音継続時間ｘの値が打音開始から２ｍｓｅｃまでの第１打音継続時間ｘ１以下となる第１領域での前記打音曲面であるＡゾーン曲面の重心位置となる前記打音周波数ｙであるＡゾーン重心周波数ｙ ga が１０００Ｈｚから４０００Ｈｚのうちから選択された判別周波数ｙ t よりも低い場合には、前記コンクリート部材の打撃点付近に強度劣化箇所が存在すると評価する評価手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るコンクリート打音検査装置は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、前記打音周波数ｙの値が第１周波数ｙ１以下となる３４５Ｈｚから１．４ｋＨｚまでの第２領域での前記打音曲面であるＢゾーン曲面の重心位置となる前記打音継続時間ｘであるＢゾーン重心時間ｘ gb が打音開始から１０ｍｓｅｃ乃至１５ｍｓｅｃのうちから選択された第１判別時間ｘ t1 よりも大きい場合には、前記打撃点付近の前記コンクリート部材に内部欠陥が存在すると評価する評価手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係るコンクリート打音検査装置は、コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、前記打音周波数ｙの値が第２周波数ｙ２以下となる８６Ｈｚを中心とする第３領域での前記打音曲面であるＣゾーン曲面の上端となる前記打音継続時間ｘであるＣゾーン上端時間ｘ ec が打音開始から１５ｍｓｅｃ乃至５０ｍｓｅｃのうちから選択された第２判別時間ｘ t2 以上の場合には、前記コンクリート部材の背後の支持状態が不良な箇所が存在すると評価する評価手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態であるコンクリート打音検査装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、このコンクリート打音検査装置１００は、コンデンサマイクロフォン１と、信号処理部２と、解析部３と、画像表示部４と、データ・指令入力部５を備えて構成されている。
【００１７】
コンデンサマイクロフォン１は、振動膜（図示せず）と、振動膜の背後に配置された背電極（図示せず）を有し、これらによりコンデンサ（キャパシタ）を構成しており、振動膜が音波により振動させられた場合に、振動膜と背電極との間の静電容量が変化し、この変化が出力電圧の変化となって現れることを検出することにより、音の強さ、例えば音圧を計測するものである。
【００１８】
このような構成により、コンクリート部材（図示せず）の表面を打撃した際に発生する音（以下、「打音」という。）は、コンデンサマイクロフォン１により検出され、電気信号に変換されて信号処理部２に出力される。ここに、コンデンサマイクロフォン１は、特許請求の範囲における音響検出手段に相当している。また、コンデンサマイクロフォン１により検出された電気信号は、特許請求の範囲におけるアナログ波形データに相当している。
【００１９】
なお、上記したコンクリート部材の打撃は、個人差が生じないように行う必要があり、例えば、コンクリート部材の上面の場合には、所定の質量（重量）の重錘を所定の高さから自由落下させて行うことが考えられる。また、コンクリート部材の側面や下面の場合には、所定の質量（重量）のハンマーを、所定の位置からコンクリート部材に向けて衝撃させることが考えられるが、この衝撃作業は、空気圧や電磁力等の各種アクチュエータ（図示せず）、あるいはバネ弾性力を利用した打撃機構（図示せず）等を用いるなどして、常に一定の運動エネルギーの条件で行うように調整する必要がある。
【００２０】
信号処理部２は、図示はしていないが、入力側に前置増幅器（プリアンプ）を有している。これは、コンデンサマイクロフォン１は、インピーダンスが高いため、インピーダンスを変換する必要があるからである。
【００２１】
また、信号処理部２は、図示はしていないが、前置増幅器（プリアンプ）の出力側に、アナログ・ディジタル変換器を有している。このアナログ・ディジタル変換器は、時間的に連続なアナログ波形データの振幅値を、ある周期でサンプリング（ある時間間隔ごとに波の振幅値を入力信号として取り込む操作）をすることにより、時間的に離散化された量子的なディジタル波形データに変換するものである。サンプリング周波数としては、適宜の値が採用可能であるが、図１に示すコンクリート打音検査装置１００においては、４４．１ｋＨｚ（キロヘルツ）を採用している。ここに、信号処理部２の図示しないアナログ・ディジタル変換器は、特許請求の範囲におけるデータ変換手段に相当している。
【００２２】
解析部３は、信号処理部２から送られてくるディジタル波形データを解析し、コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するデータを生成し後段に出力する部分である。この解析部３は、図示はしていないが、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）と、主記憶部と、一時記憶部と、入出力制御部等を有しており、後述するピーク値検出、及び時間・周波数分析を行うことができるように構成されている。
【００２３】
ＣＰＵは、図示はしていないが、ＣＰＵ内部での電流（信号）の授受を行うための信号線である内部バスを有しており、この内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部と、命令処理部等を有している。ＣＰＵ内の演算部は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタに格納されるのが一般的である。
【００２４】
レジスタは、一般に、１語のデータを記憶する部分である。通常、ＣＰＵ内には、複数のレジスタが設けられている。クロック生成部は、ＣＰＵの各部分の時間の同期をとるための刻時信号（クロック信号）を生成する部分である。ＣＰＵは、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する部分である。
【００２５】
主記憶部は、図示はしていないが、ハードディスク装置（ＨＤＤ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）等を有しており、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。ハードディスク装置は、図示はしていないが、その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッドからの書込電流によって磁化することによりデータを記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出することにより記録データを読み出す装置である。また、ＲＯＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００２６】
上記した制御プログラムは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等のＣＰＵの基本ソフトウェアのほか、画像処理や分析演算等をＣＰＵに実行させるための命令等の処理手順が、所定のプログラム用言語で記述された文字や記号の集合である。
【００２７】
また、一時記憶部は、図示はしていないが、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）等を有しており、ＣＰＵにより演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、一般に、半導体チップ等により構成される。
【００２８】
入出力制御部は、インタフェース（Ｉ／Ｏ）とも呼ばれ、信号線又はその集合であるバスと、各種コネクタ、各種ポート、ハードディスク装置の読取り・書込み制御機構などを有しており、ＣＰＵからの信号や各装置からの信号を授受するための部分である。
【００２９】
データ・指令入力部５は、キーボード、トラックボール又はタッチパッド若しくはスティックポインタ等を含むポインティングデバイス、タッチパネル装置等を有しており、ＣＰＵへの命令信号や、ＣＰＵが処理するデータ等を外部から入力するための部分である。
【００３０】
画像表示部４は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ：陰極線管表示装置）モニタ、液晶表示パネル、プラズマディスプレイ装置等を有しており、ＣＰＵの演算結果や処理したデータを、画像や文字等として画面に表示する部分であり、特許請求の範囲における表示手段に相当している。
【００３１】
また、このコンクリート打音検査装置１００は、出力部（図示せず）を備えている。出力部は、プリンタ、外部出力端子、モデムなどの通信装置、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）ポート等を有しており、ＣＰＵの演算結果や処理したデータを、紙等に印字したり、あるいは電気信号として外部へ出力又は送信する部分である。なお、外部出力端子に、フレキシブル・ディスク（ＦＤ）装置、光磁気ディスク装置、ＰＣカード装置等の外部記録装置を接続すれば、録音した打撃音データや、ＣＰＵが処理した結果データ等をディスク等の記録媒体に記録して外部に取り出すことができる。
【００３２】
次に、解析部３の行う処理について、さらに詳細に説明する。まず、ピーク値検出は、以下のようにして行う。まず、解析部３の一時記憶部として、例えば、リング・バッファ・メモリ（図示せず）を装備する。リング・バッファ・メモリは、所定時間の間（例えば、２ミリ秒）のデータを蓄積して記憶し、所定時間経過後に出力することを順繰りに繰り返す記憶装置である。信号処理部２から出力されてくるディジタル波形データは、まずこのリング・バッファ・メモリに入力される。解析部３のＣＰＵ（図示せず）は、リング・バッファ・メモリからの出力を監視し、打音時（重錘やハンマーがコンクリート部材表面を打撃した瞬間）のピーク値を探す。
【００３３】
この場合には、前後のデータ値から打撃時のピークが突出している部分を探し、ピークの最大値に対し、ある値より大きくなる部分からデータを取り込む。本実施形態の場合は、ピーク最大値の２５％の値より大きくなるところから、データを取り込むようにしている。これは、データが周囲のノイズに埋もれた状態から取り込むと、後述する時間・周波数分析の誤差が大きくなるからである。
【００３４】
次に、時間・周波数分析について、さらに詳細に説明する。音波や振動などの波形データを分析する手法としては、一般に周波数分析が用いられる。周波数分析は、時間的に変化する波形データの特性のうち、周波数の特性を分析するための一手法である。周波数分析の手法としては、フーリエ変換が一般に用いられている。フーリエ変換は、波形データのような時間領域のデータを周波数領域（振動数領域）のデータ、例えば、周波数を横軸にとり、縦軸に各周波数における音の強さのレベル値又は振動レベル値をプロットしたグラフ（周波数スペクトル）等に変換する手法である。この周波数スペクトルを見ると、どの周波数で音や振動が卓越しているか等を分析することができる。離散化されたディジタル波形データを分析する手法としては、フーリエ変換をさらに高速化させた計算アルゴリズムであるＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が用いられることが多い。
【００３５】
しかし、ＦＦＴによる周波数分析は、分析される波形データのスペクトル特性が定常状態であることを基本的な仮定としており、スペクトル特性が時間的に変化する場合には、利用することができない。そこで、周波数スペクトルの時間的な変化をとらえて分析するための手法（以下、「時間・周波数分析」という。）が必要となる。
【００３６】
本実施形態の解析部３において実行される時間・周波数分析は、「逆ウェーヴレット変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）」と呼ばれる。以下、この逆ウェーヴレット変換の内容について説明を行う。
【００３７】
ウェーヴレット（ｗａｖｅｌｅｔ）とは、図２に示すような関数であり、ｘを時間とした場合、時間的に局在する「小さい波」を意味している。このウェーヴレットを、以下、関数ψ（ｘ）で表現する。
【００３８】
このウェーヴレットを利用すると、例えば、図３（Ａ）に示すような関数ｆ（ｘ）、すなわち、振幅値と周波数が時間ｘとともに変化する波形（正弦波）の一部分Ｐ１を、図３（Ｂ）に示すようにウェーヴレットＷ１で切り出して対応させることができる。この場合、図２に示す元のウェーヴレットψ（ｘ）の変数ｘを、（ｘ−ｂ）／ａと置き換え、関数ｆ（ｘ）の部分Ｐ１における振幅値と周波数をうまく表現するように実数ａとｂを選んでやればよい。
【００３９】
このように、ウェーヴレットは、波形信号の一部を切り出すときの単位として利用することができる。この場合の元のウェーヴレットψ（ｘ）を、マザー・ウェーヴレット（ｍｏｔｈｅｒ ｗａｖｅｌｅｔ）、あるいは分析ウェーヴレット（ａｎａｌｙｓｉｎｇ ｗａｖｅｌｅｔ）と呼ばれる。マザー・ウェーヴレットには、種々の関数形のものが提案されている。例えば、Ｈａａｒウェーヴレット、Ｇａｂｏｒウェーヴレット、Ｍａｌｖｅｒウェーヴレット、Ｍｏｒｌｅｔウェーヴレット、いわゆるメキシカンハット、いわゆるフレンチハット、Ｓｈａｎｎｏｎウェーヴレット、Ｍｅｙｅｒウェーヴレット、Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓウェーヴレット、Ｓｙｍｌｅｔ、Ｃｏｉｆｌｅｔ、スプライン・ウェーヴレット等である。本実施形態の解析部３においては、スプライン・ウェーヴレットの一種であるＢａｔｔｌｅ−Ｌｅｍａｒｉｅのマザー・ウェーヴレットと呼ばれる関数を採用した。
【００４０】
以下、同様にして、図３（Ａ）の関数ｆ（ｘ）の一部分Ｐ２を、図３（Ｃ）に示すようにウェーヴレットＷ２で対応させることができ、図３（Ａ）の関数ｆ（ｘ）の一部分Ｐ３を、図３（Ｄ）に示すようにウェーヴレットＷ３で対応させることができ、図３（Ａ）の関数ｆ（ｘ）の一部分Ｐ４を、図３（Ｅ）に示すようにウェーヴレットＷ４で対応させることができる。
【００４１】
このようにして、下式（１）により、ウェーヴレット変換（Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を定義することができる。
【００４２】
【数１】
上式（１）において、積分項の関数ψの部分は、関数ψ（ｘ）の複素共役関数を示している。また、逆に、上式（１）から、元の波形信号ｆ（ｘ）を復元することができる。この場合には、上記したウェーヴレット変換の逆変換、すなわち逆ウェーヴレット変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行うことになる。逆ウェーヴレット変換は、下式（２）によって定義される。
【００４４】
【数２】
ウェーヴレット変換を行った後に、各次数（各周波数）ごとに逆ウェーヴレット変換を行えば、図４に示すように、時間ｘを横軸とし周波数ｙを縦軸とする平面上で、打音の強さｚを表す関数ｆ（ｘ）を、各周波数ごとに分解して復元することができる。例えば、図４において、周波数ｆ１における関数成分として関数ｇ１（ｘ）を、また周波数ｆ２における関数成分として関数ｇ２（ｘ）を、また周波数ｆ３における関数成分として関数ｇ３（ｘ）を、また周波数ｆ４における関数成分として関数ｇ４（ｘ）を、それぞれ得ることができる。
【００４６】
本実施形態の解析部３においては、上述したように、マザー・ウェーヴレットとして、Ｂａｔｔｌｅ−Ｌｅｍａｒｉｅのマザー・ウェーヴレットを採用しているが、これにより、各周波数ｆ１等での関数ｇ１（ｘ）等の波形は、最初は振幅値が増加していき、振幅値がピークに到達した後は、時間の経過とともに振幅値が概ね減衰していく正弦波形（減衰調和振動）、例えば、音の強さをｚとすると、下式（３）
ｚ＝Ａ・ｅｘｐ（−ｋｘ）・ｓｉｎ（ωｘ＋δ） ………（３）
に近い関数となる。ここに、ｅｘｐは、自然指数関数を表しており、Ａ、ｋ、ωは、ともに正の実数を表している。δは、実数である。
【００４７】
本実施形態の解析部３においては、コンクリート部材を打撃した場合に個人差が生じる場合（採取したマイクロフォンの音の強さに差がある場合）をも想定し、これを正規化して誤差を防止する処理課程を設けている。すなわち、逆ウェーヴレット変換後の各周波数における波形において振幅値が最大となるときの振幅値を所定値（本実施形態の場合は１００）とし、全体が相似な波形となるように処理している。
【００４８】
次に、本実施形態の解析部３は、逆ウェーヴレット変換後の各周波数における波形において、「実効値」と呼ばれる値を演算する。この実効値は、逆ウェーヴレット変換後の各周波数における波形において、波形振幅最大値Ａ１，Ａ２，…をすべて算出し、互いに連続（隣接）する３個の値、例えば、Ａ１とＡ２とＡ３、の平均値（Ａ１＋Ａ２＋Ａ３）／３を算出して、これらの各平均値を、３個の組の最初の振幅最大値の位置、例えば、Ａ１とＡ２とＡ３の組の場合はＡ１の位置、にプロットするのである。次に、このようにして得られた離散値の間を「３次スプライン補間」と呼ばれる手法により補間して滑らかな曲線とする。３次スプライン補間は、隣り合う点を、２次導関数によって連続的に結ぶ補間方法である。
【００４９】
上記のような処理により、逆ウェーヴレット変換後の各周波数の横線（以下、「周波数線」という。）の上には、多少の凹凸はあるものの、最初は増加し、ピークに到達した後は、時間ｘの経過とともに概ね減衰するような曲線が描かれる。以下、この曲線を「打音実効曲線」という。これらの打音実効曲線をもとに、縦軸方向（周波数方向）についても、上記のような３次スプライン補間等の補間を施すことにより、滑らかな曲面を得ることができる。この曲面は、打音の継続時間をｘ軸とし、打音の周波数をｙ軸とし、打音の強さをｚ軸とする３次元直交座標空間（以下、「打音解析空間」という。）の中に描かれるものであり、以下、「打音曲面」という。
【００５０】
図５は、図１に示すコンクリート打音検査装置１００の画像表示部４に表示される打音解析空間における打音曲面を示す概念図である。また、打音曲面は、ｘｙ平面（打音継続時間ｘ軸と打音周波数ｙ軸によって決定される平面。以下、「打音継続時間・周波数平面」という。）の上に、音の強さｚの値の等しい箇所を等高線で結んで表示してもよい。図６は、そのようにｘｙ平面にｚ値を等高線表示した図のうち、コンクリート部材の劣化を評価する場合の特徴的形状を説明する概念図である。
【００５１】
出願人らは、コンクリート部材（図示せず）の表面を打撃した際に発生する打音を、上記したコンデンサマイクロフォン１で検出し、信号処理部２で信号処理した後、解析部３で上記の時間・周波数分析を行い、打音曲面を画像表示部４に表示させる室内実験及び現場試験を多数行った結果、ｘｙ平面にｚ値を等高線表示するようにして打音曲面を表示した場合の形状と、コンクリート部材の劣化状態との間に一定の関連性があることを発見した。
【００５２】
すなわち、図６に示すように、コンクリート部材に劣化部分が存在する場合には、その劣化の種類や程度に応じて、打音曲面には、「Ａゾーン」、「Ｂゾーン」、「Ｃゾーン」として示される特徴的な領域が現れる。以下、これらについて説明を行う。
【００５３】
図６に示すＡゾーンは、ｘｙ平面のうち、打音の継続時間ｘが短く、かつ周波数ｙが高い領域、すなわち、ｘｙ平面の縦軸（周波数軸）付近の上方、換言すれば、ｘｙ平面の左上部付近に現れる。実験の結果、コンクリート部材の強度が高い場合には、Ａゾーンは、ｙ軸付近で、かつｘｙ平面のかなり上方に現れた。一方、コンクリート部材の強度が低い場合には、Ａゾーンは、ｙ軸付近だが、ｙ方向の位置は低くなる。そして、コンクリート部材の強度が非常に低くなると、Ａゾーンのｙ方向の高さ位置は、さらに低い位置となることが、実験によって明らかになった。このことから、このＡゾーンの位置の周波数（ｙ値）は、コンクリート部材の持っている強度の程度を示している、と考えられる。実験結果によれば、コンクリート部材の圧縮強度が約２０ＭＰａ（メガパスカル）の場合、Ａゾーンの周波数ｙは約１．４〜１１．０ｋＨｚ程度であった。また、打音の継続時間ｘについて見ると、例えば、周波数が２．８ｋＨｚのとき、打音データの取り込み開始時点から約１ｍｓｅｃで最大値に到達し、その後１ｍｓｅｃでピークは終了した。したがって、Ａゾーンの時間範囲は、ｘ＝０の時点（打音データ取り込み時点）から約２ｍｓｅｃ程度を考慮すればよいと考えられる。
【００５４】
次に、図６に示すＢゾーンは、ｘｙ平面のうち、打音の継続時間ｘがやや短く、かつ周波数ｙがほぼ中間の領域、すなわち、ｘｙ平面の縦軸（周波数軸）にやや近い中間の部分、換言すれば、ｘｙ平面の左半分の中央付近に現れる。実験の結果、コンクリート部材の内部のある箇所において、主として粗骨材が取り残され、細骨材やセメント分が他へ流出して空隙となったような状態となった部分、いわゆる「ジャンカ」と呼ばれる部分が存在する場合には、Ａゾーンの下方にＢゾーンが現れることが多かった。このＢゾーンの音は、実際に聴取すると、「グシャッ」というように聞こえる。このことから、このＢゾーンが現れた場合は、コンクリート部材の内部に、ジャンカ、コールドジョイントのような何らかの欠陥が存在していることを示している、と考えられる。実験結果によれば、コンクリート部材の圧縮強度が約２０ＭＰａで内部にジャンカが存在する場合、Ｂゾーンの周波数ｙは約３４５Ｈｚ〜１．４ｋＨｚ程度であり、打音の継続時間ｘは１５ｍｓｅｃ程度であった。
【００５５】
次に、図６に示すＣゾーンは、ｘｙ平面のうち、打音の継続時間ｘはほぼ全域に及んでおり、かつ周波数ｙが低い領域、すなわち、ｘｙ平面の横軸（打音継続時間軸）に沿った下方の部分、換言すれば、ｘｙ平面の下半分に現れる。実験の結果、コンクリート部材の支持条件、例えば、コンクリート部材の下部が支持されている場合、下面全体が支持されているのではなく、コンクリート部材の一部のみが支持されている場合、例えば、コンクリート部材の両端が単純支持されているような場合には、横方向（ｘ軸方向）に長く延びる顕著なＣゾーンが現れることが多かった。また、コンクリート部材の支持条件が良好となり、例えばコンクリート部材の下部の部分の支持箇所が増えると、Ｃゾーンのｘ軸方向の長さは短くなることがわかった。このことから、このＣゾーンは、コンクリート部材の背後の支持状態の程度を示している、と考えられる。実験結果によれば、コンクリート部材の圧縮強度が約２０ＭＰａで単純支持条件の場合、Ｃゾーンは周波数約８６Ｈｚ程度を中心とする領域であり、打音の継続時間ｘは５０ｍｓｅｃ程度まで残っていた。
【００５６】
上記のことを踏まえ、このコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、上記したＡ、Ｂ、Ｃゾーンの存在を検出し、その程度を判別し評価することとしている。以下、その内容について、詳細に説明する。
【００５７】
まず、Ａゾーンの検出とその評価について説明する。上記したＡゾーンの性質から、解析部３の解析においては、「Ａゾーンは、打音開始時（ｘ＝０の時点）から２ｍｓｅｃの時間範囲内に現れる。」と設定した。そして、下記のような計算や処理を行った。
【００５８】
最初に、各周波数の横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）上の打音実効曲線のそれぞれについて、打音開始時（ｘ＝０）からｘ＝２ｍｓｅｃまでの積分値（ｘが０と２ｍｓｅｃの間の打音実効曲線とｘｙ平面との間の略台形状の部分の面積）を算出する。これにより、例えば、周波数ｆ１の場合の面積がｓ１、周波数ｆ２の場合の面積がｓ２、周波数ｆ３の場合の面積がｓ３、…、周波数ｆｉの場合の面積がｓｉ、…、周波数ｆｎ−１の場合の面積がｓｎ−１、周波数ｆｎの場合の面積がｓｎ、というような値が求められる。
【００５９】
次に、これらの面積の総和ｖ１＝Σｓｉを求める。次に、各周波数の面積ｓｉに、その周波数ｆｉを乗じて得た積（ｓｉ×ｆｉ）の総和ｖ２＝Σ（ｓｉ×ｆｉ）を求める。そして、値ｖ２を値ｖ１で除した商ｖ３＝（ｖ２／ｖ１）を算出する。この値ｖ３は、仮想の周波数を表しており、これは、図７（Ａ）のＡゾーンの重心に相当する周波数ｙga（以下、「Ａゾーン重心周波数」という。）に等しいと考えられる。また、打音開始から２ｍｓｅｃの時間は、図７（Ａ）における第１打音継続時間ｘ１に相当している。また、打音開始から２ｍｓｅｃまでの時間領域は、特許請求の範囲における第１領域に相当している。
【００６０】
したがって、Ａゾーンの性質より、Ａゾーン重心周波数ｙgaが、ある周波数値ｙtよりも低い場合には、そのコンクリート部材の打撃点付近の強度は、所定値よりも低いと考えられる。この場合の所定値がコンクリートの設計強度と等しくなるようにある周波数値ｙtを設定すれば、コンクリート部材の打撃点付近は「強度が劣化している」と判断することができる。以下、このときのｙtを「判別周波数」という。判別周波数ｙtは、例えば、１０００〜４０００Ｈｚ（１〜４ｋＨｚ）といった範囲の値となると考えられる。
【００６１】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ａ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「Ａゾーン評価」として、赤色のバーＣ１と、黄色のバーＣ２と、緑色のバーＣ３がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ１は、危険な（劣化した）範囲を表現している。また、黄色バーＣ２は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ３は、良好な（劣化のおそれの無い）範囲を表現している。
【００６２】
ここで、赤色のバーＣ１と黄色のバーＣ２の境界の値は、例えば３０００（Ｈｚ）に設定されている。また、黄色のバーＣ２と緑色のバーＣ３の境界の値は、例えば６０００（Ｈｚ）に設定されている。これらのうち、値が３０００の境界線は、劣化の判別基準となる判別周波数を表している。そして、上記のようにして演算された値ｖ３（又はＡゾーン重心周波数ｙga）の値が、スコア欄Ｗ１に、例えば「５２４６」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ１の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ１が表示される。評価線Ｌ１は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ａ）の場合は、評価線Ｌ１が黄色バーＣ２の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の強度の劣化程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００６３】
次に、Ｂゾーンの検出とその評価について説明する。Ｂゾーンの評価にあたっては、下記のような計算や処理を行った。
【００６４】
各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上における打音実効曲線について、その最大値を検出する。例えば、周波数ｆ１の場合の打音実効曲線の最大値をｈ１とする。次に、打音実効曲線の上で、その値が、ｈ１に対して所定の比率（本実施形態の場合は５％）となる値まで減衰したときのｈ１からの経過時間を「有効減衰時間」と定義し、ｔd1で表すことにする。また、同様にして、周波数ｆ２の場合の有効減衰時間ｔd2を求め、以下、同様に、ｉ番目の周波数ｆｉにおける有効減衰時間ｔdiを求め、最後の（ｎ番目の）周波数ｆｎにおける有効減衰時間ｔdnまで求める。
【００６５】
次に、これらの有効減衰時間の加重平均値ｖ４＝（Σｔdi）／ｎを求める。この値は、仮想の時間を表しており、これは、図７（Ｂ）のＢゾーンの重心に相当する時間ｘgb（以下、「Ｂゾーン重心時間」という。）に等しいと考えられる。なお、Ｂゾーンは、第１周波数ｙ１以下の領域（第２領域）に現れるはずであるが、周波数の高い領域での有効減衰時間ｔdiの値は非常に小さいと考えられるため、周波数の高い領域の成分は、Ｂゾーン重心時間ｘgbにはほとんど寄与しないと考えられ、結果的に、有効減衰時間の加重平均値ｖ４は、第１周波数ｙ１以下の領域を対象とすることとなる、と考えられる。
【００６６】
したがって、Ｂゾーンの性質より、Ｂゾーン重心時間ｘgbが、ある時間値ｘt1よりも大きい場合には、そのコンクリート部材の打撃点付近の内部に欠陥が存在すると考えられる。この場合の所定値が、内部にジャンカが存在する場合、あるいは内部にコールドジョイントが存在する場合と等しくなるようにある時間値ｘt1を設定すれば、コンクリート部材の打撃点付近に「内部欠陥が存在する」と判断することができる。以下、このときのｘt1を「第１判別時間」という。第１判別時間ｘt1は、例えば、１０〜１５ｍｓｅｃといった範囲の値となると考えられる。
【００６７】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ｂ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「Ｂゾーン評価」として、緑色のバーＣ４と、黄色のバーＣ５と、赤色のバーＣ６がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ６は、危険な（内部欠陥のある）範囲を表現している。また、黄色バーＣ５は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ４は、良好な（内部欠陥のおそれの無い）範囲を表現している。
【００６８】
ここで、赤色のバーＣ６と黄色のバーＣ５の境界の値は、例えば８（ｍｓｅｃ）に設定されている。また、黄色のバーＣ５と緑色のバーＣ４の境界の値は、例えば３（ｍｓｅｃ）に設定されている。これらのうち、値が８の境界線は、内部欠陥の判別基準となる第１判別時間を表している。そして、上記のようにして演算された値ｖ４（又はＢゾーン重心時間ｘgb）の値が、スコア欄Ｗ２に、例えば「２．５」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ２の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ２が表示される。評価線Ｌ２は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ｂ）の場合は、評価線Ｌ２が緑色バーＣ４の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の内部欠陥の程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００６９】
次に、Ｃゾーンの検出とその評価について説明する。Ｃゾーンの評価にあたっては、下記のような計算や処理を行った。
【００７０】
各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上における打音実効曲線について、その最大値を検出する。例えば、周波数ｆ１の場合の打音実効曲線の最大値をｈ１とする。次に、打音実効曲線の上で、その値が、ｈ１に対して所定の比率（本実施形態の場合は５％）となる値まで減衰したときのｈ１からの経過時間を「有効減衰時間」と定義し、ｔd1で表すことにする。また、同様にして、周波数ｆ２の場合の有効減衰時間ｔd2を求め、以下、同様に、ｉ番目の周波数ｆｉにおける有効減衰時間ｔdiを求め、最後の（ｎ番目の）周波数ｆｎにおける有効減衰時間ｔdnまで求める。
【００７１】
次に、これらの有効減衰時間のうち、最大のものｔdmaxを検出する。この値は、仮想の時間を表しており、これは、図７（Ｃ）のＣゾーンの上端（右端）に相当する時間ｘec（以下、「Ｃゾーン上端時間」という。）に等しいと考えられる。なお、Ｃゾーンは、第２周波数ｙ２以下の領域（第３領域）に現れるはずであるが、周波数の高い領域での有効減衰時間ｔdiの値は非常に小さいと考えられるため、周波数の高い領域の成分は、Ｃゾーン上端時間ｘecにはほとんど寄与しないと考えられ、結果的に、第２周波数ｙ２以下の領域を対象とすることとなる、と考えられる。
【００７２】
したがって、Ｃゾーンの性質より、Ｃゾーン上端時間ｘecが、ある時間値ｘt2よりも大きい場合には、そのコンクリート部材の打撃点付近に背後の支持状態が不良な箇所が存在すると考えられる。この場合の所定値が、内部に空洞部が存在する場合などと等しくなるようにある時間値ｘt2を設定すれば、コンクリート部材の打撃点付近の「支持状態が不良である」と判断することができる。以下、このときのｘt2を「第２判別時間」という。第２判別時間ｘt2は、例えば、１５〜５０ｍｓｅｃといった範囲の値となると考えられる。
【００７３】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ｃ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「Ｃゾーン評価」として、緑色のバーＣ７と、黄色のバーＣ８と、赤色のバーＣ９がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ９は、危険な（支持状態の不良な）範囲を表現している。また、黄色バーＣ７は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ６は、良好な（支持不良のおそれの無い）範囲を表現している。
【００７４】
ここで、赤色のバーＣ９と黄色のバーＣ８の境界の値は、例えば２０（ｍｓｅｃ）に設定されている。また、黄色のバーＣ７と緑色のバーＣ６の境界の値は、例えば１０（ｍｓｅｃ）に設定されている。これらのうち、値が２０の境界線は、支持不良の判別基準となる第２判別時間を表している。そして、上記のようにして演算されたＣゾーン上端時間ｘecの値が、スコア欄Ｗ３に、例えば「２３．１」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ３の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ３が表示される。評価線Ｌ３は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ｃ）の場合は、評価線Ｌ３が赤色バーＣ９の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の支持不良の程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００７５】
次に、打音検査の総合評価について説明する。総合評価にあたっては、下記のような計算や処理を行った。
【００７６】
まず、各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上における打音実効曲線について、スプライン補間を行う前の離散値を読み出す。次に、打音開始時点（ｘ＝０）から４０ｍｓｅｃの期間の全部の離散値を、ある周波数について総和する。次に、この総和を、すべての（ｎ個の）周波数について、総和する。この総和値をＳf,40とする。次に、スプライン補間前の各離散値を、この総和値Ｓf,40で除することにより正規化を行う。
【００７７】
次に、時間軸（ｘ軸）方向に、打音開始時点（ｘ＝０）では、値が「＋１」となり、打音開始時点（ｘ＝０）から４０ｍｓｅｃ後の時点では、値が「−１」となるような１次直線（以下、「時間方向重み係数直線」という。）を求める。すなわち、時間方向の重み付け係数は、時間値が大きくなるほど小さくなり、最後は負の値となる。
【００７８】
各周波数における横線である周波数線（ｘ軸に平行な線）の上において、離散値に、その値に対応する位置の時間方向重み係数直線の値を乗じて、「重み付け離散値」を求める。そして、各周波数における周波数線ごとに、重み付け離散値の総和を計算する。すなわち、周波数が小さい順に、周波数ｆ１の場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσ１とし、周波数ｆ２の場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσ２とし、…、以下同様にして周波数ｆｉの場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσｉとし、…、周波数ｆｎ−１の場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσｎ−１とし、周波数ｆｎの場合の重み付け離散値の総和である時間方向和をσｎとする。
【００７９】
次に、周波数が最も高い周波数ｆｎの場合の周波数方向重み付け係数ｋｎを１とし、次に高い周波数ｆｎ−１の場合の周波数方向重み付け係数ｋｎ−１を１／２とし、次に高い周波数ｆｎ−２の場合の周波数方向重み付け係数ｋｎ−２を１／４とし、…、周波数ｆｉの場合の周波数方向重み付け係数ｋｉを１／（２n-i）とし、…、周波数ｆ３の場合の周波数方向重み付け係数ｋ３を１／（２n-3）とし、周波数ｆ２の場合の周波数方向重み付け係数ｋ２を１／（２n-2）とし、最も低い周波数ｆ１の場合の周波数方向重み付け係数ｋ１を１／（２n-1）とする。すなわち、周波数方向の重み付け係数ｋｉは、周波数が高くなるほど正の値で大きくなる。
【００８０】
次に、上記した周波数ｆｉの場合の時間方向和σｉに、周波数方向の重み付け係数ｋｉを乗じ、すべての（ｎ個の）周波数について、これらの積の総和を求め、これを総合評価値とする。そして、総合評価値が大きいほど、コンクリート部材は良好な状態であると評価する。すなわち、総合評価においては、打音継続時間が長いものほど評価が小さくなるように重み付けを大きくし、かつ、周波数が高いものほど評価が大きくなるように重み付けを大きくしている。
【００８１】
本実施形態のコンクリート打音検査装置１００の解析部３では、図８（Ｄ）に示すような評価画面の画像データを作成し、画像表示部４に出力して表示させるようにしている。すなわち、「総合評価」として、赤色のバーＣ１０と、黄色のバーＣ１１と、緑色のバーＣ１２がそれぞれ隣接して表示される。ここに、赤色バーＣ１０は、危険な（コンクリート部材の品質に問題がある）範囲を表現している。また、黄色バーＣ１１は、注意（警戒）すべき範囲を表現している。また、緑色バーＣ１２は、良好な（コンクリート部材の品質に問題の無い）範囲を表現している。
【００８２】
ここで、赤色のバーＣ１０と黄色のバーＣ１１の境界の値、あるいは、黄色のバーＣ１１と緑色のバーＣ１２の境界の値は、適宜の値に設定されている。例えば、赤色のバーＣ１０と黄色のバーＣ１１の境界の値は、負の値となる場合もある。そして、上記のようにして演算された総合評価値が、スコア欄Ｗ４に、例えば「３２」などと表示される。また、このスコア欄Ｗ４の数値に相当する位置に、黒色の評価線Ｌ４が表示される。評価線Ｌ４は、目立つように、点滅表示させてもよい。図８（Ｄ）の場合は、評価線Ｌ４が緑色バーＣ１２の範囲にあることを示している。このような画像表示により、このコンクリート打音検査装置１００の使用者は、コンクリート部材の総合評価の程度を数値的又は感覚的に判断することができる。
【００８３】
上記のように構成することにより、本実施形態のコンクリート打音検査装置１００は、以下のような利点を有している。
【００８４】
一定の条件でコンクリート部材を打撃し、その際に発生する打音を所定の論理で処理し、評価値を算出して強度劣化等の評価を行うため、検査者には特に経験等は不要であり、診断結果に検査担当者の個人差（結果のバラツキ）が生じることがなく、診断結果として定量的な評価を容易に下すことができる、といった利点がある。
【００８５】
上記の実施形態において、解析部３の図示しないＣＰＵは、特許請求の範囲における時間・周波数分析手段、及び評価手段に相当している。
【００８６】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００８７】
例えば、上記実施形態においては、音響検出手段としてコンデンサマイクロフォンを例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成の音響検出手段、例えば、エレクトレットマイクロフォン等であってもよい。
【００８８】
また、上記実施形態においては、時間・周波数分析の手法としてウェーヴレット逆変換を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の時間・周波数分析手法、例えば、短時間フーリエ逆変換（ＳＴＦＴ：Ｓｈｏｒｔ Ｔｉｍｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ウィグナー分布（ＷＤ：Ｗｉｇｎｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）等を採用してもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コンクリート部材の打音を音響検出手段により検出し、データをデータ変換手段によりディジタル波形データに変換し、時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより、打音継続時間ｘと打音周波数ｙと打音強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、打音分析データを３次元の打音解析空間にプロットして得られる打音曲面の形状を判別することによりコンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するように構成したので、一定の条件でコンクリート部材を打撃し、その際に発生する打音を所定の論理で処理し、評価値を算出して強度劣化等の評価を行うため、検査者には特に経験等は不要であり、診断結果に検査担当者の個人差（結果のバラツキ）が生じることがなく、診断結果として定量的な評価を容易に下すことができる、といった利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるコンクリート打音検査装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すコンクリート打音検査装置の解析部におけるウェーヴレット逆変換に用いられるウェーヴレットの一例を示す図である。
【図３】打音の波形データとウェーヴレットとの関係を説明する概念図である。
【図４】打音の波形データと逆ウェーヴレット変換との関係を説明する概念図である。
【図５】図１に示すコンクリート打音検査装置の画像表示部に表示される打音解析空間における打音曲面を示す概念図である。
【図６】図１に示すコンクリート打音検査装置の画像表示部に表示される打音曲面を打音継続時間・周波数平面の上に等高線表示した図のうち、コンクリート部材の劣化を評価する場合の特徴的形状を説明する概念図である。
【図７】図１に示すコンクリート打音検査装置におけるＡ〜Ｃゾーンの評価方法を説明する概念図である。
【図８】図１に示すコンクリート打音検査装置の画像表示部に表示される打音検査結果の評価画面の例を示す概念図である。
【符号の説明】
１ コンデンサマイクロフォン
２ 信号処理部
３ 解析部
４ 画像表示部
５ データ・指令入力部
１００ コンクリート打音検査装置
Claims (7)
- コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するコンクリート打音検査方法において、
前記打音継続時間ｘの値が打音開始から２ｍｓｅｃまでの第１打音継続時間ｘ１以下となる第１領域での前記打音曲面であるＡゾーン曲面の重心位置となる前記打音周波数ｙであるＡゾーン重心周波数ｙ ga が１０００Ｈｚから４０００Ｈｚのうちから選択された判別周波数ｙ t よりも低い場合には、前記コンクリート部材の打撃点付近に強度劣化箇所が存在すると評価することを特徴とするコンクリート打音検査方法。 - コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するコンクリート打音検査方法において、
前記打音周波数ｙの値が第１周波数ｙ１以下となる３４５Ｈｚから１．４ｋＨｚまでの第２領域での前記打音曲面であるＢゾーン曲面の重心位置となる前記打音継続時間ｘであるＢゾーン重心時間ｘ gb が打音開始から１０ｍｓｅｃ乃至１５ｍｓｅｃのうちから選択された第１判別時間ｘ t1 よりも大きい場合には、前記打撃点付近の前記コンクリート部材に内部欠陥が存在すると評価することを特徴とするコンクリート打音検査方法。 - コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を音響検出手段により検出し、検出された打音のアナログ波形データをデータ変換手段によって時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換し、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析手段によって時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出し、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を判別することにより前記コンクリート部材の劣化の有無及び程度を評価するコンクリート打音検査方法において、
前記打音周波数ｙの値が第２周波数ｙ２以下となる８６Ｈｚを中心とする第３領域での前記打音曲面であるＣゾーン曲面の上端となる前記打音継続時間ｘであるＣゾーン上端時間ｘ ec が打音開始から１５ｍｓｅｃ乃至５０ｍｓｅｃのうちから選択された第２判別時間ｘ t2 以上の場合には、前記コンクリート部材の背後の支持状態が不良な箇所が存在すると評価することを特徴とするコンクリート打音検査方法。 - 請求項１乃至３のうち１つに記載のコンクリート打音検査方法において、前記打音分析データのうち、各周波数線上の打音強さデータのそれぞれに、前記打音継続時間値が大きくなるにつれて小さくなるように重み付けする時間方向重み付け係数を乗じた積の総和で ある時間方向和を演算し、各時間方向和のそれぞれに、前記周波数値が大きくなるにつれて大きくなるように重み付けする周波数方向重み付け係数を乗じた積の総和である総合評価値を演算し、前記総合評価値が総合評価判別値以下の場合には、前記コンクリート部材の品質に問題があると総合評価することを特徴とするコンクリート打音検査方法。
- コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、
前記打音継続時間ｘの値が打音開始から２ｍｓｅｃまでの第１打音継続時間ｘ１以下となる第１領域での前記打音曲面であるＡゾーン曲面の重心位置となる前記打音周波数ｙであるＡゾーン重心周波数ｙ ga が１０００Ｈｚから４０００Ｈｚのうちから選択された判別周波数ｙ t よりも低い場合には、前記コンクリート部材の打撃点付近に強度劣化箇所が存在すると評価する評価手段とを備えたことを特徴とするコンクリート打音検査装置。 - コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、
前記打音周波数ｙの値が第１周波数ｙ１以下となる３４５Ｈｚから１．４ｋＨｚまでの第２領域での前記打音曲面であるＢゾーン曲面の重心位置となる前記打音継続時間ｘであるＢゾーン重心時間ｘ gb が打音開始から１０ｍｓｅｃ乃至１５ｍｓｅｃのうちから選択された第１判別時間ｘ t1 よりも大きい場合には、前記打撃点付近の前記コンクリート部材に内部欠陥が存在すると評価する評価手段とを備えることを特徴とするコンクリート打音検査装置。 - コンクリート部材の表面を打撃した際に発生する打音を検出する音響検出手段と、検出された打音のアナログ波形データを時間間隔Δｔでサンプリングするとともに打音波形振幅値を離散化することによりディジタル波形データに変換するデータ変換手段と、変換されたディジタル波形データを時間・周波数分析することにより前記打音の継続時間ｘと前記打音の周波数ｙと前記打音の強さｚからなる打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を算出する時間・周波数分析手段と、前記打音分析データ（ｘ，ｙ，ｚ）を互いに直交するｘ軸とｙ軸とｚ軸からなる３次元座標空間である打音解析空間にプロットすることにより得られる打音曲面の形状を視覚的に表示する表示手段と、
前記打音周波数ｙの値が第２周波数ｙ２以下となる８６Ｈｚを中心とする第３領域での前記打音曲面であるＣゾーン曲面の上端となる前記打音継続時間ｘであるＣゾーン上端時間ｘ ec が打音開始から１５ｍｓｅｃ乃至５０ｍｓｅｃのうちから選択された第２判別時間ｘ t2 以上の場合には、前記コンクリート部材の背後の支持状態が不良な箇所が存在すると評価する評価手段とを備えることを特徴とするコンクリート打音検査方法。
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