JP4086617B2 - 建具試験用低周波音発生装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建具などで形成する密閉空間内に音波を発生させる装置であって、特に100Hz以下の低周波音を発生させて建具に対する影響を試験するための建具試験用低周波音発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、人が聴取することができない周波数20Hz以下の音波を超低周波音と呼んでいる。また、およそ100Hz以下の低周波数の可聴音と超低周波音を含む音波を低周波音と呼んでいる。
低周波音は、工場内における送風機、圧縮機、真空ポンプ、ボイラーといった機械や航空機のジェットエンジン、大型車や船舶に使われるディーゼル機関、発破作業、鉄道トンネルなどにおいて多様な条件により発生しており、気分が悪くなる人体影響や建物の窓ががたつく物的影響など環境に多大な影響を与えている。
【0003】
この環境に対する影響の度合いを実験的に把握するためには実験室において低周波音を発生させることが不可欠である。従来の建具試験用低周波音発生装置としては、スピーカを用いて低周波音を発生させる装置が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スピーカを用いて低周波音を発生させる場合、周波数が低くなるほど音波の発生効率が悪くなるため、特に超低周波音において大音圧の低周波音を発生させることができない。また、スピーカの周波数特性が超低周波帯域では平坦でないことから圧力の振幅・位相を忠実に再生することが困難である。
【0005】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、周波数が低くても効率よく低周波音を発生することができ、再生したい低周波音の圧力波形に対して振幅・位相を忠実に再生できることができる建具試験用低周波音発生装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく請求項1に係る発明は、建具と共に密閉空間を形成する振動板を振動させることにより前記密閉空間内に低周波音を発生させる装置であって、前記振動板をサーボ機構を備えた油圧アクチュエータによって振動させるものである。
【0007】
請求項2に係る発明は、請求項1記載の建具試験用低周波音発生装置において、前記密閉空間内に発生した低周波音を検出手段により検出し、この検出手段により検出した信号を補正手段により補正処理して前記サーボ機構の基準入力信号とするようにした。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図1は本発明に係る建具試験用低周波音発生装置のブロック図、図2は同じく要部断面図、図3は同じく処理手順を示すフローチャート、図4は低周波音の時間波形を示す説明図である。
【0009】
本発明に係る建具試験用低周波音発生装置は、図1に示すように、加振機本体1、振動板2と建具3などで形成される密閉空間4、コンピュータ5、マイクロホン6などからなり、加振機本体1で振動板2を加振して密閉空間4内に低周波音を発生させる装置である。
【0010】
加振機本体1は、油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ11、サーボ弁12、サーボアンプ13、油圧シリンダ11の進退動作による変位を検出する変位センサ14、油圧ユニット(不図示)などからなり、油圧シリンダ11の変位がサーボアンプ13への入力信号(電圧信号)に追従するようにサーボ機構を構成している。
【0011】
コンピュータ5は、CPU(中央演算処理装置)とメモリとしてのROM・RAMとI/O(入出力インタフェース)などを備えた情報処理部51、D/A変換器52、A/D変換器53、入力装置54、出力装置55からなる。入力装置54は設定条件などの情報を入力するキーボードやマウスなどであり、出力装置55は低周波音の時間波形などを表示するディスプレイやプリンタなどである。
【0012】
振動板2と建具(窓ガラス)3は、図2に示すように、コンクリート製の壁部41と共に密閉空間(例えば、2m×2m×0.5m)4を形成している。振動板2の材質はアルミハニカムパネルのように剛性の高いものが望ましく、振動板2と壁部41の境界には密閉空間4の機密性を保つために軟質ゴム42が貼られている。振動板2の大きさは油圧シリンダ11の最大変位量と発生させたい最大圧力及び密閉空間4の体積により決定される。なお、43は建具3を壁部41に取り付けるための枠体である。
【0013】
加振機本体1を構成する油圧シリンダ11は、コンクリート台15に設置され、油圧シリンダ11のシリンダロッド11aの先端が振動板2の中央部に固定されている。振動板2は、矢印に示す油圧シリンダ11の進退動作により密閉空間4の外側から加振される。
また、サーボ弁12は油圧シリンダ11の上面に、変位センサ14はシリンダロッド11aの変位量を検出するため油圧シリンダ11の近傍に取り付けられている。
【0014】
マイクロホン6は、密閉空間4内に設置され、密閉空間4内に発生する低周波音を計測するための圧力センサであり、再生される低周波音の波形を確認する場合や密閉空間4に多少の隙間があって密閉空間4内に発生する圧力の時間変化を計測してコンピュータ5にそのデータを送る場合に必要とされる。ここで、密閉空間4内の多少の隙間とは、例えば窓ガラスやサッシを壁部41に取り付けた場合に生じる隙間などが考えられる。
【0015】
再生したい低周波音の時間波形データは、情報処理部51に格納されており、D/A変換器52によりデジタル信号からアナログ信号に変換してからサーボアンプ13に電圧信号(基準入力信号)として入力される。
【0016】
また、密閉空間4に多少の隙間がある場合には、密閉空間4内に一度再生された圧力変動をマイクロホン6で計測し、A/D変換器53によりアナログ信号からデジタル信号に変換して情報処理部51に格納する。そして、マイクロホン6で得た低周波音と再生したい低周波音との差分を情報処理部51で求める。この差分による補正処理を再生したい低周波音に施し、再びD/A変換器52によりデジタル信号からアナログ信号に変換してからサーボアンプ13に電圧信号(基準入力信号)として入力される。
【0017】
以上のように構成した本発明に係る低周波音発生装置の動作について、図3に示すフローチャートより説明する。
先ず、ステップSP1において、コンピュータ5の情報処理部51に格納されている再生したい低周波音の時間波形x(t)が、D/A変換器52によりデジタル信号からアナログ信号(電圧信号)に変換され、サーボ機構の基準入力信号としてサーボアンプ13に入力される。
【0018】
次いで、ステップSP2において、サーボアンプ13に入力された電圧信号によりサーボ弁12が作動し、油圧シリンダ11を進退動作させて振動板2を加振する。油圧シリンダ11のシリンダロッド11aの変位量は変位センサ14によりサーボアンプ13にフィードバックされるので、コンピュータ5からサーボアンプ13に出力される電圧信号に対応する変位の通りに振動板2を加振することができる。
【0019】
すると、ステップSP3において、振動板2の振動により密閉空間4内に圧力変化が生じ、低周波音が発生する。即ち、密閉空間4の壁面の一部として設置した振動板2を加振すると、密閉空間4内の体積変化に伴い圧力が変化する(ボイルの法則)ので、密閉空間4内に非常に大きな低周波音を発生させることが可能になる。
【0020】
また、サーボ機構を備えた油圧シリンダ11により振動板2の変位は、サーボアンプ13に与えた電圧信号に対応する変位を忠実に再現するため、再生したい低周波音の圧力波形を電圧信号としてサーボアンプ13に与えるだけで密閉空間4内に所望の低周波音を忠実に再生することができる。
【0021】
次いで、ステップSP4において、密閉空間4内に発生した低周波音は、密閉空間4内に設置したマイクロホン6により計測され、更にコンピュータ5のA/D変換器53によりアナログ信号からデジタル信号に変換されて情報処理部51へ送られる。
【0022】
ステップSP5において、マイクロホン6により計測された低周波音の時間波形y(t)を可視化して出力する。この出力は、ディスプレイやプリンタなどの出力装置55により行われる。例えば、密閉空間4に多少の隙間があって波形が歪んでいる低周波音の時間波形を図4(B)に示す。この図は圧力の時間変化を表しており、図4(A)に示す再生したい低周波音の時間波形x(t)に比べて歪んでいることが分かる。
【0023】
ステップSP6では、密閉空間4に多少の隙間がある場合などサーボアンプ13に入力される電圧信号に補正処理が必要であるか否かを判断する。ステップSP5で確認した低周波音が再生したい低周波音と比較して歪んでいない、即ち再生したい低周波音が忠実に再生できた場合には、補正処理が必要でないと判断して処理は終了する。一方、再生したい低周波音が忠実に再生できていない場合には、補正処理が必要であると判断し、ステップSP7へ進む。
【0024】
密閉空間4に多少の隙間がある場合には、密閉空間4内でボイルの法則が成り立たなくなり低周波音の波形を忠実に再生できない。その場合には密閉空間4内の圧力の時間変化をマイクロホン6で計測し、後述する補正処理(ステップSP7からステップSP10)を情報処理部51で行って再生したい低周波音を忠実に再生することができる。
【0025】
ステップSP7では、再生したい低周波音の時間波形x(t)と密閉空間4内で歪んだ状態でマイクロホン6により計測された低周波音の時間波形y(t)を、夫々フーリエ変換して時間領域から周波数領域のデータ、周波数特性X(f)、Y(f)に変換する。
【0026】
次いで、ステップSP8において、周波数特性X(f)と周波数特性Y(f)の差分を求める。周波数領域では、周波数特性X(f)と周波数特性Y(f)の差分は、X(f)/Y(f)と表せる。そして、この差分X(f)/Y(f)をサーボアンプ13への入力信号(周波数特性X(f))に対して補正処理することにより、補正処理後の周波数特性X’(f)=(X(f))/Y(f)を算出する。
【0027】
ステップSP9では、補正処理後の周波数特性X’(f) を時間波形に戻すためにフーリエ逆変換を行い、入力波形x’(t)を求める。そして、ステップSP10では、補正処理された入力波形x’(t)がD/A変換器52を介してサーボアンプ13に新たな基準入力信号として入力される。入力波形x’(t)の一例を、図4(C)に示す。
【0028】
こうして補正処理された入力波形x’(t)が再びサーボアンプ13に送られてステップSP2からステップSP6の処理が行われる。図4(D)に示すように、補正後に再生された低周波音の時間波形は、再生したい低周波音の時間波形x(t)(図4(A))を忠実に再現しており、密閉空間4内に隙間がある場合においても低周波音を忠実に再現することができる。以上のことから、密閉空間4内の隙間の有無に拘らず低周波音を忠実に再生できることが分かる。
【0029】
本発明の実施の形態では、動力源に油圧を用いることで従来のスピーカでは再生することができなかった大音圧でより低い周波数までの音波を再生することができる。また、磁力ではなく油圧を用いて振動板2を加振するために振動板2を大きくしたり、振動変位量を大きくすることが可能であり、密閉空間4を広くした場合でも大きな低周波音を発生させることができる。
【0030】
更に、密閉空間4が崩れて隙間がある場合にも補正処理により低周波音を振幅・位相ともに忠実に再生することが可能であり、低周波音が与える環境影響を調査するための実験範囲が大幅に広がる。特に、衝撃性をもつ超低周波音について再生が可能となり、衝撃性低周波音の建具3への影響を調べることができる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1に係る発明によれば、サーボ機構を備えた油圧アクチュエータによって振動板を振動させることにより、油圧アクチュエータの変位に対応した圧力変化を密閉空間内に再現して所望の低周波音を忠実に発生させることができる。
また、油圧アクチュエータを用いることにより、大音圧でより低い周波数までの音波を再生することができる。
更に、油圧を用いて振動板を加振するため振動板を大きくしたり、振動変位量を大きくすることが可能となり、密閉空間を広くした場合でも大きな低周波音を発生させることができる。
【0032】
請求項2に係る発明によれば、密閉空間内に発生した低周波音を検出手段により検出し、この検出した信号を補正手段により補正処理してサーボ機構の基準入力信号とすることにより、密閉空間内の隙間の有無に拘らず発生させたい低周波音を忠実に再生することができる。
特に、衝撃性をもつ超低周波音について再生が可能となり、衝撃性低周波音の建具への影響を調べることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る建具試験用低周波音発生装置のブロック図
【図2】本発明に係る建具試験用低周波音発生装置の要部断面図
【図3】本発明に係る建具試験用低周波音発生装置の処理手順を示すフローチャート
【図4】低周波音の時間波形を示す説明図
【符号の説明】
1…加振機本体、2…振動板、3…建具、4…密閉空間、5…コンピュータ、6…マイクロホン、11…油圧シリンダ、13…サーボアンプ、14…変位センサ、51…情報処理部。

Claims (2)

  1. 建具と共に密閉空間を形成する振動板を振動させることにより前記密閉空間内に低周波音を発生させる装置であって、前記振動板をサーボ機構を備えた油圧アクチュエータによって振動させることを特徴とする建具試験用低周波音発生装置。
  2. 前記密閉空間内に発生した低周波音を検出手段により検出し、この検出手段により検出した信号を補正手段により補正処理して前記サーボ機構の基準入力信号とする請求項1記載の建具試験用低周波音発生装置。
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