JP4031587B2 - 音圧レベルの測定方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばオクターブ分析処理装置のように、採取した音圧信号から複数の周波数帯域毎の音圧レベルを検出する音圧レベルの測定方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
戸建て住宅や集合住宅における遮音性能を調べるために行う音圧レベルの測定には、通常、オクターブ分析処理装置といわれる音圧データの測定装置が用いられている。例えば、集合住宅の各部屋の遮音性能は、図３に示すように、音源室Ａにおいて、音源発生器２１と電力増幅器２２とスピーカ２３とを備えた音源装置２４により、予め設定された複数の周波数を中心周波数とする雑音を発生させ、上記音源室Ａ及び上記音源室Ａとは異なる受音室Ｂとにそれぞれ設置されたマイクロホン２５ａ，２５ｂにより上記雑音を採取し、受音装置２６により、上記周波数帯域毎に音源室Ａと受音室Ｂとの音圧レベルをそれぞれ検出し、その後、音源室Ａと受音室Ｂの室間音圧レベル差を算出して評価する。
音源発生器２１は、図４に示すように、125Hzを基本周波数とし、周波数が１オクターブずつ増加する６種類の周波数（ ｆ1＝125Hz，ｆ2＝250Hz, ｆ3＝500Hz, ｆ4＝1000Hz, ｆ5＝2000Hz，ｆ6＝4000Hz ）をそれぞれ中心周波数とした１オクターブの幅を持つ雑音を発生させるもので、音圧レベルの測定時には、上記６種類の雑音を１種類ずつ発生させる。
上記受音装置２６は、入力した音圧信号を帯域制限するオクターブ帯域フィルタ２８と、レベル表示器２９とを有する騒音計３０とから構成され、上記オクターブ帯域フィルタ２８により帯域制限された上記音圧信号の音圧レベル（ｄＢ）を検出し上記レベル表示器２９に上記音圧レベル（ｄＢ）をアナログ表示するもので、音源室Ａの５個所（Ａ１〜Ａ５）及び受音室Ｂの５個所（Ｂ１〜Ｂ５）において、測定の度毎に上記オクターブ帯域フィルタ２８の中心周波数をそれぞれ上記測定周波数に合わせ、各測定周波数帯域毎の音圧レベルを測定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各中心周波数帯域毎に音圧レベルを１個ずつ測定する作業は作業効率が著しく低く、特に、集合住宅において上記測定を行う場合には部屋数が多いために膨大な時間がかかってしまうという問題点があった。
そこで、例えば、図５に示すように、音圧レベルの測定に使用される複数の中心周波数を含んだ雑音を発生させる広帯域雑音発生器３１と電力増幅器３２とスピーカ３３とを備えた音源装置３４により、音源室Ａにおいて上記複数の中心周波数を全て含む雑音を発生させるようにするとともに、この雑音を受音手段で採取して上記複数の中心周波数帯域毎に帯域制限した音圧信号を抽出して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する音圧レベルの測定装置３５を作製し、各周波数帯域毎の音圧レベルを自動的に演算することにより、作業時間の短縮を図ることが考えられる。上記音圧レベルの測定装置３５としては、例えば、上記雑音を採取するマイクロフォン１と、マイクロホン１から入力された音圧信号を増幅する低雑音増幅器２と、低雑音増幅器２で増幅された音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３と、上記Ａ／Ｄ変換された音圧信号の量子化データを格納する音圧データ記憶手段３６と、上記量子化データを予め設定された各中心周波数（ｆ1〜ｆ6）毎にそれぞれ帯域制限するバンドパスフィルタ３７ａ〜３７ｆと、この帯域制限された量子化データから、各周波数帯域ごとの音圧レベルを算出する音圧レベル演算手段３８とにより構成する。このとき、低い中心周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、上記量子化データを抽出する際のサンプリング周波数を低くしてサンプリング数を少なくして計算時間の短縮を図るようにするのが一般的である。
しかしながら、サンプリング定理により、初期信号にナイキスト周波数（サンプリング周波数÷２）以上の周波数成分が存在すると、サンプリング列の中に別の周波数成分が存在するような現象（エイリアス現象）が発生する可能性があるので、単純にサンプリング数を少なくすることはできない。そこで、低い中心周波数帯域の音圧信号に対しては、初期信号に遮断周波数をナイキスト周波数以下にしたフィルタをかける必要があるため計算時間がかかってしまい、計算時間の短縮効果が十分ではなかった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、測定に必要な周波数帯域における音圧レベルを短時間で求めることのできるような音圧レベルの測定方法及びその装置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】
本願の請求項１に記載の発明は、受音手段で採取された音圧信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換された量子化データを、デジタルローパスフィルタを通過させてからデジタルハイパスフィルタを通過させて、上記量子化データを予め設定された複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する音圧レベルの測定方法において、上記音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順次行うとともに、中心周波数の低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、中心周波数の高い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に帯域制限したデジタルローパスフィルタを通過した音圧信号の量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを用いるようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、受音手段により採取した音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換された量子化データを記憶する初期データ記憶手段と、上記量子化データを帯域制限するデジタルローパスフィルタ及びデジタルハイパスフィルタと、上記デジタルローパスフィルタを通過した量子化データを記憶する通過データ記憶手段と、上記デジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記初期データ記憶手段に記憶されている量子化データから上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換える切り換え手段と、処理する周波数帯域の中心周波数を設定するとともに、上記量子化データの抽出及び遮断周波数の設定を指示する中心周波数設定手段と、上記初期データ記憶手段もしくは上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データを帯域制限したデータから上記各周波数帯域毎の音圧レベルを、上記中心周波数の高い周波数帯域から順次演算する音圧レベル演算手段とを備えるとともに、上記切り換え手段がデジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換えた時には、上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを上記デジタルローパスフィルタに送るようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる音圧レベルの測定装置の構成を示す図である。同図において、１は測定する音圧信号を採取する受音手段であるマイクロホン、２はマイクロホン１から入力された音圧信号を増幅する低雑音増幅器、３は低雑音増幅器２で増幅された音圧信号を所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、４はＡ／Ｄ変換器３でＡ／Ｄ変換された音圧信号の量子化データ（以下、初期音圧データという）を格納する初期データ記憶手段、５は後述するデジタルローパスフィルタ６を通過した量子化データを格納する通過データ記憶手段、６は上記初期音圧データまたは通過音圧データに対して、予め設定された複数の周波数f1〜f6のいずれかを中心周波数とし、上記中心周波数の１オクターブ帯域の上限を遮断周波数ｆc1とするデジタルローパスフィルタ、７は上記デジタルローパスフィルタ６に入力する量子化データを初期音圧データから通過音圧データに切換える切換え手段、８は上記初期音圧データまたは通過音圧データに対して、当該中心周波数の１オクターブ帯域の下限を遮断周波数ｆc2とするデジタルハイパスフィルタ、９は処理する中心周波数を設定しこれを通過データ記憶手段５やデジタルローパスフィルタ６及びデジタルハイパスフィルタ８に通知し、量子化データの抽出や遮断周波数ｆc1，ｆc2の設定を指示する中心周波数設定手段、１０は２乗手段１１と、動特性Ｆａｓｔデジタルフィルタ１２と、上記デジタルフィルタ１２から出力される量子化データから当該周波数帯域での音圧レベルと平均音圧レベルとを演算する音圧レベル演算部１３とを備えた音圧レベル演算手段である。
なお、上記初期データ記憶手段４及び通過データ記憶手段５はＲＡＭを用いて構成され、通過データ記憶手段４に格納されるデータを順次書き換え可能としている。
また、上記音圧レベルの測定装置は、入力された音圧信号に対し、125Hzを基本周波数とし、周波数が１オクターブずつ増加する６種類の周波数（ ｆ1＝125Hz，ｆ2＝250Hz, ｆ3＝500Hz, ｆ4＝1000Hz, ｆ5＝2000Hz，ｆ6＝4000Hz ）をそれぞれ中心周波数とした周波数帯域の音圧レベルを測定するものとする。
【００１０】
次に、上記音圧レベルの測定装置の動作について、図１のブロック図と図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、音圧レベルの測定は、複数の測定点（例えば、Ａ１〜Ａ５）で行いその平均を取るものとする。また、測定の前に装置のキャリブレーションを行い、校正信号をＡ／Ｄ変換した時の量子化最大値が予め設定された電圧値Ｖ0となっていることを確認し、上記Ｖ0を基準値とする。測定点がＡiで中心周波数がｆkの音圧レベルＬik（ｄＢ）は、後述するように、測定された音圧信号Ｖikと、上述した校正音圧信号の基準値Ｖ0の実効値ＶCとから、計算式Ｌik＝２０log10（Ｖik／ＶC）によって求める。
まず、マイクロホン１により、測定点Ａ１〜Ａ５において、それぞれ音圧信号を採取する。採取された音圧信号は、順次低雑音増幅器２で増幅された後Ａ／Ｄ変換器３に出力される。Ａ／Ｄ変換器３では、上記増幅された音圧信号を、例えば、サンプリング周波数ＦS0＝44.1kHzでサンプリングし、量子化ビット数16bitの量子化データ（初期音圧データ）に変換する（ステップＳ１）。上記量子化データは、各測定点Ａ1〜Ａ5毎のデータに分類され、初期データ記憶手段４に記憶される。次に、中心周波数設定手段９により中心周波数をｆ6＝4kHzに設定する（ステップＳ２）。その後、上記量子化データを上記初期データ記憶手段４から読み出し、デジタルローパスフィルタ６に送るとともに、上記デジタルローパスフィルタ６の遮断周波数を上記中心周波数ｆ6＝4kHzの１オクターブ帯域の上限値ｆc1とする指示を行う。なお、上記デジタルローパスフィルタ６のサンプリング周波数ＦSは、当該中心周波数ｆkの11.025倍とするが、ｆ6＝4kHzの場合には上記ＦSはＡ／Ｄ変換器３でのサンプリング周波数ＦS0と等しいので、上記初期データ記憶手段のデータを用いてフィルタリングを行うことになる（ステップＳ３）。上記フィルタリングされた量子化データは通過データ記憶手段５に送られ格納されるとともに、上記中心周波数ｆ6の１オクターブ帯域の下限を遮断周波数ｆc2とするデジタルハイパスフィルタ８に送られる。デジタルハイパスフィルタ８では、上記ＦSと等しいサンプリング周波数ＦSでフィルタリングを行い、上記量子化データから中心周波数ｆ6＝4kHzで１オクターブ帯域の量子化データを抽出し（ステップＳ４）、このデータを音圧レベル演算手段１０に送る。
【００１１】
音圧レベル演算手段１０では、２乗手段１１により、上記帯域制限された量子化データを２乗化処理した（ステップＳ５）後、動特性Ｆａｓｔデジタルハイパスフィルタ１２による時間補正をかけ（ステップＳ６）、そのデータを音圧レベル演算部１３に送る。音圧レベル演算部１３では、上述したように、測定点Ａiで中心周波数がｆk＝4kHzの音圧信号Ｖikと、基準値Ｖ0の実効値ＶC＝Ｖ0／√2とから、計算式Ｌik ＝２０log10（Ｖik／ＶC）よって音圧レベルＬikを求める（ステップＳ７）。なお、ここでは、ｉ＝１，ｋ＝６である。また、中心周波数ｆkの、測定点Ａ1〜Ａ5での平均音圧レベルＬkは、上記Ｌikを用いて、下記の式により算出する（ステップＳ８）。
Ｌk＝１０log10（Σ１０（ Lik ／ 10 ））
中心周波数ｆ6における平均音圧レベルＬ6の測定が終了すると、上記中心周波数ｆ6が、音圧測定に使用される周波数の内最も低い周波数であるｆ1＝125Hzであるかどうかを判定する（ステップＳ９）。ここでは、上記中心周波数がｆ6＝4kHzであるので、通過データ記憶手段５に送られたデータから１データおきに間引きしたデータを量子化データとしてローパスフィルタ６に送る（ステップＳ１０）とともに、中心周波数ｆkを（１／２）ｆ6であるｆ5＝2kHzとし（ステップＳ１１）、その後ステップＳ３に戻り、上記量子化データを用いて中心周波数ｆ5＝2kHzでの平均音圧レベルＬ5を演算する。
このように、中心周波数ｆkを１オクターブずつ減じて、ｆ6＝4kHzからｆ1＝125Hzまでの平均音圧レベルＬ6〜Ｌ1を順次演算する。したがって、上記ステップＳ９で中心周波数ｆkがｆ1＝125Hzである場合には、音圧測定に使用される６種類の周波数帯域での平均音圧レベルＬk（ｋ＝１〜６）が求められたことになるので処理を完了する。
【００１２】
このように、本実施の形態によれば、音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順に行うとともに、中心周波数（１／２）ｆkでの平均音圧レベルを演算する際に使用する量子化データとして、初期データ記憶手段４に記憶されたデータを再度使用せず、上記ステップＳ３で求められ通過データ記憶手段５に格納されたデジタルローパスフィルタ６でフィルタリングされた中心周波数がｆkのデータを１個おきに間引きしたデータを使用することにより、処理するデータ数が少なくなり、計算時間を短縮することができる。また、デジタルローパスフィルタ６及びデジタルハイパスフィルタ８のサンプリング周波数ＦSが当該中心周波数ｆkの11.025倍としているので、上記間引きされたデータをすべて用いてフィルタリングを行えば、上記データはサンプリング定理を満足しているので、エイリアス現象が発生することがない。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、室間音圧レベル差を算出する際の各測定点の音圧レベルを測定する場合について説明したが、本発明の音圧レベルの測定装置は、特定場所間音圧レベル差の測定や床衝撃音レベルの測定など、複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを測定する場合にも有効であることは言うまでもない。
また、初期データ記憶手段４及び通過データ記憶手段５とを別個のＲＡＭを用いて構成したが、データ記憶手段を１つのＲＡＭで構成し、格納されるデータを順次書き換えるようにしてもよい。
【００１４】
上記例では、周波数が１オクターブずつ増加する複数の周波数をそれぞれ中心周波数とした周波数帯域の音圧レベルを測定する場合について説明したが、音圧レベルを測定すべき複数の中心周波数の比がある程度大きい（例えば、１．５倍以上）であれば、上記中心周波数の比に基づき、かつサンプリング定理を満足するように、低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に用いる量子化データを選択すれば、エイリアス雑音の発生することなく、音圧レベルを正確に求めることできる。
また、上記音圧レベルの測定装置を、サウンドボードを内蔵したパソコンと騒音計を用いることにより、容易に作製することができる。すなわち、騒音計の交流出力を、マイクロフォンから入力するオーディオ帯域の信号をサンプリング周波数ＦS0＝44.1kHzでＡ／Ｄ変換するサウンドボードに接続することにより、マイクロフォンで採取した音圧信号を容易にＡ／Ｄ変換し、この音圧データをパソコン上のソフトウエアにて処理する。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、受音手段で採取された音圧信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換された量子化データを、デジタルローパスフィルタを通過させてからデジタルハイパスフィルタを通過させて、上記量子化データを予め設定された複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する際に、上記音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順次行うとともに、中心周波数の低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、中心周波数の高い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に帯域制限したデジタルローパスフィルタを通過した音圧信号の量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを用いるようにしたので、処理するデータ数が少なくなり、計算時間を短縮することができるとともに、エイリアス雑音の発生を防ぐことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、受音手段により採取した音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換された量子化データを記憶する初期データ記憶手段と、上記量子化データを帯域制限するデジタルローパスフィルタ及びデジタルハイパスフィルタと、上記デジタルローパスフィルタを通過した量子化データを記憶する通過データ記憶手段と、上記デジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記初期データ記憶手段に記憶されている量子化データから上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換える切り換え手段と、処理する周波数帯域の中心周波数を設定するとともに、上記量子化データの抽出及び遮断周波数の設定を指示する中心周波数設定手段と、上記初期データ記憶手段もしくは上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データを帯域制限したデータから上記各周波数帯域毎の音圧レベルを、上記中心周波数の高い周波数帯域から順次演算する音圧レベル演算手段とを備えるとともに、上記切り換え手段がデジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換えた時には、上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを上記デジタルローパスフィルタに送るようにしたので、音圧レベルの測定装置における計算時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係わる音圧レベルの測定方法と測定装置を示すブロック図である。
【図２】 本実施の形態における音圧データの処理方法を示すフローチャートである。
【図３】 従来の室間音圧レベル差の測定方法と測定装置を示す図である。
【図４】 従来の発生雑音の周波数分布を示す図である。
【図５】 音圧レベルの測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ マイクロホン、２ 低雑音増幅器、３ Ａ／Ｄ変換器、４ 初期データ記憶手段、５ 通過データ記憶手段、６ デジタルローパスフィルタ、７ 切換え手段、８ デジタルハイパスフィルタ、９ 中心周波数設定手段、１０ 音圧レベル演算手段、１１ ２乗手段、１２ 動特性Ｆａｓｔデジタルフィルタ、
１３ 音圧レベル演算部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばオクターブ分析処理装置のように、採取した音圧信号から複数の周波数帯域毎の音圧レベルを検出する音圧レベルの測定方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
戸建て住宅や集合住宅における遮音性能を調べるために行う音圧レベルの測定には、通常、オクターブ分析処理装置といわれる音圧データの測定装置が用いられている。例えば、集合住宅の各部屋の遮音性能は、図３に示すように、音源室Ａにおいて、音源発生器２１と電力増幅器２２とスピーカ２３とを備えた音源装置２４により、予め設定された複数の周波数を中心周波数とする雑音を発生させ、上記音源室Ａ及び上記音源室Ａとは異なる受音室Ｂとにそれぞれ設置されたマイクロホン２５ａ，２５ｂにより上記雑音を採取し、受音装置２６により、上記周波数帯域毎に音源室Ａと受音室Ｂとの音圧レベルをそれぞれ検出し、その後、音源室Ａと受音室Ｂの室間音圧レベル差を算出して評価する。
音源発生器２１は、図４に示すように、125Hzを基本周波数とし、周波数が１オクターブずつ増加する６種類の周波数（ ｆ1＝125Hz，ｆ2＝250Hz, ｆ3＝500Hz, ｆ4＝1000Hz, ｆ5＝2000Hz，ｆ6＝4000Hz ）をそれぞれ中心周波数とした１オクターブの幅を持つ雑音を発生させるもので、音圧レベルの測定時には、上記６種類の雑音を１種類ずつ発生させる。
上記受音装置２６は、入力した音圧信号を帯域制限するオクターブ帯域フィルタ２８と、レベル表示器２９とを有する騒音計３０とから構成され、上記オクターブ帯域フィルタ２８により帯域制限された上記音圧信号の音圧レベル（ｄＢ）を検出し上記レベル表示器２９に上記音圧レベル（ｄＢ）をアナログ表示するもので、音源室Ａの５個所（Ａ１〜Ａ５）及び受音室Ｂの５個所（Ｂ１〜Ｂ５）において、測定の度毎に上記オクターブ帯域フィルタ２８の中心周波数をそれぞれ上記測定周波数に合わせ、各測定周波数帯域毎の音圧レベルを測定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、各中心周波数帯域毎に音圧レベルを１個ずつ測定する作業は作業効率が著しく低く、特に、集合住宅において上記測定を行う場合には部屋数が多いために膨大な時間がかかってしまうという問題点があった。
そこで、例えば、図５に示すように、音圧レベルの測定に使用される複数の中心周波数を含んだ雑音を発生させる広帯域雑音発生器３１と電力増幅器３２とスピーカ３３とを備えた音源装置３４により、音源室Ａにおいて上記複数の中心周波数を全て含む雑音を発生させるようにするとともに、この雑音を受音手段で採取して上記複数の中心周波数帯域毎に帯域制限した音圧信号を抽出して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する音圧レベルの測定装置３５を作製し、各周波数帯域毎の音圧レベルを自動的に演算することにより、作業時間の短縮を図ることが考えられる。上記音圧レベルの測定装置３５としては、例えば、上記雑音を採取するマイクロフォン１と、マイクロホン１から入力された音圧信号を増幅する低雑音増幅器２と、低雑音増幅器２で増幅された音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３と、上記Ａ／Ｄ変換された音圧信号の量子化データを格納する音圧データ記憶手段３６と、上記量子化データを予め設定された各中心周波数（ｆ1〜ｆ6）毎にそれぞれ帯域制限するバンドパスフィルタ３７ａ〜３７ｆと、この帯域制限された量子化データから、各周波数帯域ごとの音圧レベルを算出する音圧レベル演算手段３８とにより構成する。このとき、低い中心周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、上記量子化データを抽出する際のサンプリング周波数を低くしてサンプリング数を少なくして計算時間の短縮を図るようにするのが一般的である。
しかしながら、サンプリング定理により、初期信号にナイキスト周波数（サンプリング周波数÷２）以上の周波数成分が存在すると、サンプリング列の中に別の周波数成分が存在するような現象（エイリアス現象）が発生する可能性があるので、単純にサンプリング数を少なくすることはできない。そこで、低い中心周波数帯域の音圧信号に対しては、初期信号に遮断周波数をナイキスト周波数以下にしたフィルタをかける必要があるため計算時間がかかってしまい、計算時間の短縮効果が十分ではなかった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、測定に必要な周波数帯域における音圧レベルを短時間で求めることのできるような音圧レベルの測定方法及びその装置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】
本願の請求項１に記載の発明は、受音手段で採取された音圧信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換された量子化データを、デジタルローパスフィルタを通過させてからデジタルハイパスフィルタを通過させて、上記量子化データを予め設定された複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する音圧レベルの測定方法において、上記音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順次行うとともに、中心周波数の低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、中心周波数の高い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に帯域制限したデジタルローパスフィルタを通過した音圧信号の量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを用いるようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、受音手段により採取した音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換された量子化データを記憶する初期データ記憶手段と、上記量子化データを帯域制限するデジタルローパスフィルタ及びデジタルハイパスフィルタと、上記デジタルローパスフィルタを通過した量子化データを記憶する通過データ記憶手段と、上記デジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記初期データ記憶手段に記憶されている量子化データから上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換える切り換え手段と、処理する周波数帯域の中心周波数を設定するとともに、上記量子化データの抽出及び遮断周波数の設定を指示する中心周波数設定手段と、上記初期データ記憶手段もしくは上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データを帯域制限したデータから上記各周波数帯域毎の音圧レベルを、上記中心周波数の高い周波数帯域から順次演算する音圧レベル演算手段とを備えるとともに、上記切り換え手段がデジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換えた時には、上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを上記デジタルローパスフィルタに送るようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる音圧レベルの測定装置の構成を示す図である。同図において、１は測定する音圧信号を採取する受音手段であるマイクロホン、２はマイクロホン１から入力された音圧信号を増幅する低雑音増幅器、３は低雑音増幅器２で増幅された音圧信号を所定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、４はＡ／Ｄ変換器３でＡ／Ｄ変換された音圧信号の量子化データ（以下、初期音圧データという）を格納する初期データ記憶手段、５は後述するデジタルローパスフィルタ６を通過した量子化データを格納する通過データ記憶手段、６は上記初期音圧データまたは通過音圧データに対して、予め設定された複数の周波数f1〜f6のいずれかを中心周波数とし、上記中心周波数の１オクターブ帯域の上限を遮断周波数ｆc1とするデジタルローパスフィルタ、７は上記デジタルローパスフィルタ６に入力する量子化データを初期音圧データから通過音圧データに切換える切換え手段、８は上記初期音圧データまたは通過音圧データに対して、当該中心周波数の１オクターブ帯域の下限を遮断周波数ｆc2とするデジタルハイパスフィルタ、９は処理する中心周波数を設定しこれを通過データ記憶手段５やデジタルローパスフィルタ６及びデジタルハイパスフィルタ８に通知し、量子化データの抽出や遮断周波数ｆc1，ｆc2の設定を指示する中心周波数設定手段、１０は２乗手段１１と、動特性Ｆａｓｔデジタルフィルタ１２と、上記デジタルフィルタ１２から出力される量子化データから当該周波数帯域での音圧レベルと平均音圧レベルとを演算する音圧レベル演算部１３とを備えた音圧レベル演算手段である。
なお、上記初期データ記憶手段４及び通過データ記憶手段５はＲＡＭを用いて構成され、通過データ記憶手段４に格納されるデータを順次書き換え可能としている。
また、上記音圧レベルの測定装置は、入力された音圧信号に対し、125Hzを基本周波数とし、周波数が１オクターブずつ増加する６種類の周波数（ ｆ1＝125Hz，ｆ2＝250Hz, ｆ3＝500Hz, ｆ4＝1000Hz, ｆ5＝2000Hz，ｆ6＝4000Hz ）をそれぞれ中心周波数とした周波数帯域の音圧レベルを測定するものとする。
【００１０】
次に、上記音圧レベルの測定装置の動作について、図１のブロック図と図２のフローチャートに基づいて説明する。なお、音圧レベルの測定は、複数の測定点（例えば、Ａ１〜Ａ５）で行いその平均を取るものとする。また、測定の前に装置のキャリブレーションを行い、校正信号をＡ／Ｄ変換した時の量子化最大値が予め設定された電圧値Ｖ0となっていることを確認し、上記Ｖ0を基準値とする。測定点がＡiで中心周波数がｆkの音圧レベルＬik（ｄＢ）は、後述するように、測定された音圧信号Ｖikと、上述した校正音圧信号の基準値Ｖ0の実効値ＶCとから、計算式Ｌik＝２０log10（Ｖik／ＶC）によって求める。
まず、マイクロホン１により、測定点Ａ１〜Ａ５において、それぞれ音圧信号を採取する。採取された音圧信号は、順次低雑音増幅器２で増幅された後Ａ／Ｄ変換器３に出力される。Ａ／Ｄ変換器３では、上記増幅された音圧信号を、例えば、サンプリング周波数ＦS0＝44.1kHzでサンプリングし、量子化ビット数16bitの量子化データ（初期音圧データ）に変換する（ステップＳ１）。上記量子化データは、各測定点Ａ1〜Ａ5毎のデータに分類され、初期データ記憶手段４に記憶される。次に、中心周波数設定手段９により中心周波数をｆ6＝4kHzに設定する（ステップＳ２）。その後、上記量子化データを上記初期データ記憶手段４から読み出し、デジタルローパスフィルタ６に送るとともに、上記デジタルローパスフィルタ６の遮断周波数を上記中心周波数ｆ6＝4kHzの１オクターブ帯域の上限値ｆc1とする指示を行う。なお、上記デジタルローパスフィルタ６のサンプリング周波数ＦSは、当該中心周波数ｆkの11.025倍とするが、ｆ6＝4kHzの場合には上記ＦSはＡ／Ｄ変換器３でのサンプリング周波数ＦS0と等しいので、上記初期データ記憶手段のデータを用いてフィルタリングを行うことになる（ステップＳ３）。上記フィルタリングされた量子化データは通過データ記憶手段５に送られ格納されるとともに、上記中心周波数ｆ6の１オクターブ帯域の下限を遮断周波数ｆc2とするデジタルハイパスフィルタ８に送られる。デジタルハイパスフィルタ８では、上記ＦSと等しいサンプリング周波数ＦSでフィルタリングを行い、上記量子化データから中心周波数ｆ6＝4kHzで１オクターブ帯域の量子化データを抽出し（ステップＳ４）、このデータを音圧レベル演算手段１０に送る。
【００１１】
音圧レベル演算手段１０では、２乗手段１１により、上記帯域制限された量子化データを２乗化処理した（ステップＳ５）後、動特性Ｆａｓｔデジタルハイパスフィルタ１２による時間補正をかけ（ステップＳ６）、そのデータを音圧レベル演算部１３に送る。音圧レベル演算部１３では、上述したように、測定点Ａiで中心周波数がｆk＝4kHzの音圧信号Ｖikと、基準値Ｖ0の実効値ＶC＝Ｖ0／√2とから、計算式Ｌik ＝２０log10（Ｖik／ＶC）よって音圧レベルＬikを求める（ステップＳ７）。なお、ここでは、ｉ＝１，ｋ＝６である。また、中心周波数ｆkの、測定点Ａ1〜Ａ5での平均音圧レベルＬkは、上記Ｌikを用いて、下記の式により算出する（ステップＳ８）。
Ｌk＝１０log10（Σ１０（ Lik ／ 10 ））
中心周波数ｆ6における平均音圧レベルＬ6の測定が終了すると、上記中心周波数ｆ6が、音圧測定に使用される周波数の内最も低い周波数であるｆ1＝125Hzであるかどうかを判定する（ステップＳ９）。ここでは、上記中心周波数がｆ6＝4kHzであるので、通過データ記憶手段５に送られたデータから１データおきに間引きしたデータを量子化データとしてローパスフィルタ６に送る（ステップＳ１０）とともに、中心周波数ｆkを（１／２）ｆ6であるｆ5＝2kHzとし（ステップＳ１１）、その後ステップＳ３に戻り、上記量子化データを用いて中心周波数ｆ5＝2kHzでの平均音圧レベルＬ5を演算する。
このように、中心周波数ｆkを１オクターブずつ減じて、ｆ6＝4kHzからｆ1＝125Hzまでの平均音圧レベルＬ6〜Ｌ1を順次演算する。したがって、上記ステップＳ９で中心周波数ｆkがｆ1＝125Hzである場合には、音圧測定に使用される６種類の周波数帯域での平均音圧レベルＬk（ｋ＝１〜６）が求められたことになるので処理を完了する。
【００１２】
このように、本実施の形態によれば、音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順に行うとともに、中心周波数（１／２）ｆkでの平均音圧レベルを演算する際に使用する量子化データとして、初期データ記憶手段４に記憶されたデータを再度使用せず、上記ステップＳ３で求められ通過データ記憶手段５に格納されたデジタルローパスフィルタ６でフィルタリングされた中心周波数がｆkのデータを１個おきに間引きしたデータを使用することにより、処理するデータ数が少なくなり、計算時間を短縮することができる。また、デジタルローパスフィルタ６及びデジタルハイパスフィルタ８のサンプリング周波数ＦSが当該中心周波数ｆkの11.025倍としているので、上記間引きされたデータをすべて用いてフィルタリングを行えば、上記データはサンプリング定理を満足しているので、エイリアス現象が発生することがない。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、室間音圧レベル差を算出する際の各測定点の音圧レベルを測定する場合について説明したが、本発明の音圧レベルの測定装置は、特定場所間音圧レベル差の測定や床衝撃音レベルの測定など、複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを測定する場合にも有効であることは言うまでもない。
また、初期データ記憶手段４及び通過データ記憶手段５とを別個のＲＡＭを用いて構成したが、データ記憶手段を１つのＲＡＭで構成し、格納されるデータを順次書き換えるようにしてもよい。
【００１４】
上記例では、周波数が１オクターブずつ増加する複数の周波数をそれぞれ中心周波数とした周波数帯域の音圧レベルを測定する場合について説明したが、音圧レベルを測定すべき複数の中心周波数の比がある程度大きい（例えば、１．５倍以上）であれば、上記中心周波数の比に基づき、かつサンプリング定理を満足するように、低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に用いる量子化データを選択すれば、エイリアス雑音の発生することなく、音圧レベルを正確に求めることできる。
また、上記音圧レベルの測定装置を、サウンドボードを内蔵したパソコンと騒音計を用いることにより、容易に作製することができる。すなわち、騒音計の交流出力を、マイクロフォンから入力するオーディオ帯域の信号をサンプリング周波数ＦS0＝44.1kHzでＡ／Ｄ変換するサウンドボードに接続することにより、マイクロフォンで採取した音圧信号を容易にＡ／Ｄ変換し、この音圧データをパソコン上のソフトウエアにて処理する。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、受音手段で採取された音圧信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換された量子化データを、デジタルローパスフィルタを通過させてからデジタルハイパスフィルタを通過させて、上記量子化データを予め設定された複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する際に、上記音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順次行うとともに、中心周波数の低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、中心周波数の高い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に帯域制限したデジタルローパスフィルタを通過した音圧信号の量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを用いるようにしたので、処理するデータ数が少なくなり、計算時間を短縮することができるとともに、エイリアス雑音の発生を防ぐことができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、受音手段により採取した音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換された量子化データを記憶する初期データ記憶手段と、上記量子化データを帯域制限するデジタルローパスフィルタ及びデジタルハイパスフィルタと、上記デジタルローパスフィルタを通過した量子化データを記憶する通過データ記憶手段と、上記デジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記初期データ記憶手段に記憶されている量子化データから上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換える切り換え手段と、処理する周波数帯域の中心周波数を設定するとともに、上記量子化データの抽出及び遮断周波数の設定を指示する中心周波数設定手段と、上記初期データ記憶手段もしくは上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データを帯域制限したデータから上記各周波数帯域毎の音圧レベルを、上記中心周波数の高い周波数帯域から順次演算する音圧レベル演算手段とを備えるとともに、上記切り換え手段がデジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換えた時には、上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを上記デジタルローパスフィルタに送るようにしたので、音圧レベルの測定装置における計算時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係わる音圧レベルの測定方法と測定装置を示すブロック図である。
【図２】 本実施の形態における音圧データの処理方法を示すフローチャートである。
【図３】 従来の室間音圧レベル差の測定方法と測定装置を示す図である。
【図４】 従来の発生雑音の周波数分布を示す図である。
【図５】 音圧レベルの測定装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ マイクロホン、２ 低雑音増幅器、３ Ａ／Ｄ変換器、４ 初期データ記憶手段、５ 通過データ記憶手段、６ デジタルローパスフィルタ、７ 切換え手段、８ デジタルハイパスフィルタ、９ 中心周波数設定手段、１０ 音圧レベル演算手段、１１ ２乗手段、１２ 動特性Ｆａｓｔデジタルフィルタ、
１３ 音圧レベル演算部。
Claims (2)
- 受音手段で採取された音圧信号をＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換された量子化データを、デジタルローパスフィルタを通過させてからデジタルハイパスフィルタを通過させて、上記量子化データを予め設定された複数の中心周波数毎に帯域制限して各周波数帯域毎の音圧レベルを演算する音圧レベルの測定方法において、上記音圧レベルの演算を中心周波数の高い周波数帯域から順次行うとともに、中心周波数の低い周波数帯域の音圧レベルを演算する際には、中心周波数の高い周波数帯域の音圧レベルを演算する際に帯域制限したデジタルローパスフィルタを通過した音圧信号の量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを用いるようにしたことを特徴とする音圧レベルの測定方法。
- 受音手段により採取した音圧信号から複数の周波数帯域の音圧レベルを検出する音圧レベルの測定装置であって、上記採取された音圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換された量子化データを記憶する初期データ記憶手段と、量子化データを帯域制限するデジタルローパスフィルタ及びデジタルハイパスフィルタと、上記デジタルローパスフィルタを通過した量子化データを記憶する通過データ記憶手段と、上記デジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記初期データ記憶手段に記憶されている量子化データから上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換える切り換え手段と、処理する周波数帯域の中心周波数を設定するとともに、上記量子化データの抽出及び遮断周波数の設定を指示する中心周波数設定手段と、上記初期データ記憶手段もしくは上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データを帯域制限したデータから上記各周波数帯域毎の音圧レベルを、上記中心周波数の高い周波数帯域から順次演算する音圧レベル演算手段とを備えるとともに、上記切り換え手段がデジタルローパスフィルタに入力する量子化データを上記通過データ記憶手段に記憶されている量子化データに切換えた時には、上記通過データ記憶手段に記憶された量子化データの中から、上記高い周波数帯域の中心周波数と上記低い周波数帯域の中心周波数との比に基づいて選択された量子化データを上記デジタルローパスフィルタに送るようにしたことを特徴とする音圧レベルの測定装置。
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