JP4527123B2 - 音を発する表面の表面要素からもたらされる音圧を算出する方法 - Google Patents
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Description
表面要素から発せられる音からもたらされる、聴取位置における音圧は、発せられた体積速度に、表面要素から聴取位置までの音響伝達関数(音響伝達インピーダンスとも呼ばれる)を掛けることによって計算されることが可能である。一般に、音響伝達関数は、音圧pを生み出す音源の体積速度qに対する、所与のポイントにおける有効音圧pの(複素)比として定義される。
I.「実効測定」が、調査されるべき条件下で機能している騒音源に対して行われる。3次元マイク・アレイを使用して、音を発する表面の表面要素上方の3次元の音場が測定され、表面要素において、表面要素に直角な空気粒子速度の成分が、例えば、近距離場音響ホログラフィ(NAH)、[2]で説明される統計的最適NAH(SONAH)、または逆BEM(境界要素モデリング)を使用して計算される。次に、表面要素によって発せられる体積速度が、その要素の面積にわたって空気粒子速度を積分することによって、または、近似的に、表面要素に直角な空気粒子速度に、表面要素の面積を掛けた値として算出される。いくつかの表面要素が、同時に対象として含まれ、測定されてもよく、各要素のサイズは、波長と比べて小さくなければならない。
II.「伝達関数測定」が、調査対象の騒音源が非アクティブにされて行われる。この測定は、通常、前述した実効測定と同一の位置にある同一のマイク・アレイを使用して行われるが、この場合、表面要素自体は、剛性であり、かつ無振動でなければならない。体積速度音源が、聴取位置で体積速度を発するのに使用され、マイク・アレイを使用して、表面要素の上方の、もたらされる3次元音場が算出される。体積速度音源から発せられた音が、好ましくは、唯一の音でなければならないか、または、少なくとも、他の可能な音より優勢でなければならない。例えば、近距離場音響ホログラフィを使用して、表面要素における、もたらされる音圧が算出される。表面要素と聴取位置の間の音響伝達関数は、相反であるものと想定され、体積速度音源によって発せられた体積速度に対する、表面要素における、もたらされる音圧の比として算出される。
マイク・アレイ10の各位置に関して、以上すべての工程が繰り返され、例えば、自動車室内空間、または自動車室内空間の重要な諸部分の内部表面全体の騒音源「マップ」が作成されることが可能である。そのようなマップは、減衰させるべき最も著しい騒音源を明らかにするために使用されることが可能である。
また、より一般的な方法は、体積速度音源によって生み出された「実効」音圧および粒子速度も利用し、剛性の表面要素群の要件が回避される。
図1および図2で、複数のマイクMの3次元アレイ10が示されている。「マイク」という用語は、ここでは、トランスデューサを取り囲む流体(空気、水、その他)の圧力変化に応答して、(電気)出力信号を生成するトランスデューサを表す、一般に認められている用語として使用される。アレイは、垂直距離dvだけ離隔された2つの全く同じ並列レイヤのマイクMを含む。各レイヤ内で、複数のマイクが、行が、水平距離dhxおよび水平距離dhyだけそれぞれ離隔された正方形グリッドを形成する2つの平行行セットで配置される。図示した好ましい実施形態では、垂直距離dvと、水平距離dhxおよび水平距離dhyとは、同一であり、複数のマイクは、一様に分布し、立方格子を形成する。また、マイクの、擬似ランダム分布などの、周期的でない、または一様でない分布も使用することができる。複数のマイクは、明確に定義された、好ましくは、全く同じ電気音響特性を有する。マイク・アレイは、好ましくは、マイクを測定機器に接続するための多極プラグ(図示せず)を有し、このプラグは、本発明の一部ではない。アレイの各レイヤは、例えば、6×6または8×8の、あるいは他の任意の適切なマイク構成を有することが可能である。垂直間隔と水平間隔により、アレイを使用することができる上限周波数が決まる。5cmの垂直間隔と水平間隔により、約3kHzの上限周波数がもたらされる。
以上のセットアップで、以下の測定が行われる。
実際上は、表面要素ΔSにわたる音圧および粒子速度の変化が小さく、一定であると見なすことができる場合、上記の数式(1)における面積分は、以下のより単純な数式を使用して計算されることが可能である。
Claims (11)
- 事前定義された目標位置において、音を発する表面(S)の表面要素(ΔS)から発せられた音からもたらされる音圧(Δp)を算出する方法であって、
前記表面要素(ΔS)に対して第1の事前定義された測定位置に配置された複数のマイクの3次元アレイを使用して、音圧の第1の3次元分布を測定すること、
音圧の前記第1の3次元分布に基づき、前記表面(S)から発せられた前記音からもたらされる、前記表面要素(ΔS)上の、前記表面要素(ΔS)に直角な空気粒子速度(un)を計算すること、
体積速度(Qv)を発することができる音源を前記目標位置に配置すること、
前記音源に、前記体積速度(Qv)を発するようにさせること、
前記表面要素(ΔS)に対して第2の事前定義された測定位置に配置された複数のマイクの3次元アレイを使用し、前記体積速度(Qv)が、優勢な音を生み出す、前記目標位置における前記音源から発せられて、音圧の第2の3次元分布を測定すること、
音圧の前記第2の3次元分布に基づき、前記目標位置における前記音源から発せられた前記体積速度(Qv)からもたらされる、前記表面要素(ΔS)における音圧(pv)を計算すること、
伝達関数H=pv/Qvを、前記目標位置における前記音源から発せられた前記体積速度(Qv)に対する、前記表面要素(ΔS)における前記音圧(pv)の比として算出すること、および
前記目標位置における前記音圧(Δp)をΔp=H・(un・ΔS)として算出することを含む方法。 - 事前定義された目標位置において、音を発する表面(S)の表面要素(ΔS)から発せられた音からもたらされる音圧(Δp)を算出する方法であって、
前記表面要素(ΔS)に対して第1の事前定義された測定位置に配置された複数のマイクの3次元アレイを使用して、音圧の第1の3次元分布を測定すること、
音圧の前記第1の3次元分布に基づき、前記表面(S)から発せられた前記音からもたらされる、前記表面要素(ΔS)に直角な、前記表面要素(ΔS)上の空気粒子速度(un)、および前記表面要素(ΔS)上の音圧(p)を計算すること、
体積速度(Qv)を発することができる音源を前記目標位置に配置すること、
前記音源に、前記体積速度(Qv)を発するようにさせること、
前記表面要素(ΔS)に対して第2の事前定義された測定位置に配置された複数のマイクの3次元アレイを使用し、前記体積速度(Qv)が、優勢な音を生み出す、前記目標位置における前記音源から発せられて、音圧の第2の3次元分布を測定すること、
音圧の前記第2の3次元分布に基づき、前記目標位置における前記音源から発せられた前記体積速度(Qv)からもたらされる、前記表面要素(ΔS)における音圧(pv)、および前記表面要素(ΔS)に直角な粒子速度(uV,n)の成分を計算すること、および
前記目標位置における前記音圧(Δp)を、数式
- 前記目標位置は、人間によって占有されるのに適した聴取位置であることを特徴とする請求項1乃至2のいずれか1項に記載の方法。
- 前記表面(S)から発せられた前記音からもたらされる、前記表面要素(ΔS)に直角な前記空気粒子速度(un)は、近距離場音響ホログラフィ(NAH)法を使用して、音圧の前記第1の3次元分布に基づいて計算されること、および
前記目標位置における前記音源から発せられた前記体積速度(Qv)からもたらされる、前記表面要素(ΔS)における前記音圧(pV)は、近距離場音響ホログラフィ(NAH)法を使用して、音圧の前記第2の3次元分布に基づいて計算されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記表面(S)から発せられた前記音からもたらされる、前記表面要素(ΔS)に直角な前記空気粒子速度(un)、および前記音圧(p)は、近距離場音響ホログラフィ(NAH)法を使用して、音圧の前記第1の3次元分布に基づいて計算されること、および
前記目標位置における前記音源から発せられた前記体積速度(Qv)からもたらされる、前記表面要素(ΔS)における前記音圧(pV)、および前記表面要素(ΔS)に垂直な前記空気粒子速度(uV,n)は、近距離場音響ホログラフィ(NAH)法を使用して、音圧の前記第2の3次元分布に基づいて計算されることを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 前記体積速度音源として、人間の少なくとも頭部の音響特性をシミュレートする、オリフィスを有するシミュレートされた耳と、前記シミュレートされた耳の前記オリフィスを通して音響信号を出力するための音源とを有するシミュレータを使用することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記シミュレータは、人間の前記頭部および胴の前記音響特性をシミュレートすることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 複数のマイクの前記3次元アレイとして、2次元グリッドに構成された複数のマイクをそれぞれが含む2つの並列なマイク・レイヤを有するアレイを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 複数のマイクの前記3次元アレイとして、感圧マイク群と粒子速度センサ群の組み合わせを含むアレイを使用することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- 複数のマイクの前記3次元アレイおよび速度センサ群として、前記音圧と、前記アレイ平面に直角な前記粒子速度成分とをともにそれぞれが測定することができる複数の結合センサの平面アレイを使用することを特徴とする請求項9に記載の方法。
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