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

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)）^２／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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