JP4555696B2 - 集音器 - Google Patents

Description

本発明は、音を集音するセンサを、音を集音するフード内に備えた集音器に関する。

従来より、鉄鋼、自動車、石油、化学工場等の製造設備に使用されるポンプ、タービン、モーター、コンプレッサ等の機械設備の診断方法としてこれら機械設備から発せられる音を収集し分析することにより異常の有無を判断する音響法が広く知られている。

この音響法においては、マイクロフォンを診断対象の表面をなぞるように走査させる手法や、音響インテンシティを測定するための特殊なマイクロフォンと装置とで以って測定空間内の測定点のデータを採取する手法等が知られている。

しかし、前者には、大型対象物への適用が困難という欠点があり、また、後者には、測定に手間が掛かる上に装置が高価という欠点がある。

そこで、フードで囲まれたマイクロフォンによって検査対象から発せられる音を簡易にしかも安価な装置で集音する手法が提案されている（特許文献１参照）。

ところで、この提案による手法では、指向性が最大値の１／√２になるいわゆる実効指向角Φ（度）が、入射される音の波長（λ）と、フードの開口の直径（ｄ）とにより以下の数式１で表される。

Φ≒２９×λ/ｄ （数式１）
特許第３２２３２３７号公報

ところが、この手法においては、検査対象から発せられる音の波長、即ち周波数によっては、精密探査においては十分な空間的な分解能を確保するだけの指向性が得られる反面、粗探査では探査漏れが生じやすかったり、逆に、粗探査では探査漏れは発生しない反面、精密探査においては十分な空間的な分解能を確保するだけの指向性が得られない場合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、指向性を変化させることのできる集音器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の集音器は、
前端に開口を有しこの開口よりも後方に焦点を有する回転面形状の音反射内壁を少なくともこの開口側に有し内部空間が形成されたフードと、
上記フード内に、このフード内における前後方向の配置位置を変更自在に前方に向いて配置された振動面と、
外部からの入射音による上記振動面の振動を検出する受音回路と、
上記振動面の、上記フード内における前後方向の位置を変更する振動面位置変更部とを備えたことを特徴とする。

本発明の集音器には、振動面の、フード内における前後方向の配置位置を変更する振動面位置変更部が備えられている。したがって、本発明の集音器によれば、振動面を音反射内壁の焦点と一致させることによって指向性を鋭くすることができると共に、振動面を焦点からずらすことで指向性を鈍くすることもできる。

ここで、本発明の集音器が、上記開口の中心が向く方向に光ビームを出射する光ビーム出射部と、
上記光ビーム出射部が出射する光ビームの広がりを、上記振動面の、上記フード内における前後方向の位置に応じて調節する光ビーム調節部とを備えたものであることが好ましい。

このようにすると、指向性のレベルを知る目安とすることができて便利である。

また、上記振動面が、前方に凸の球面であることも好ましい態様である。

このようにすると、音反射内壁の焦点と球面の曲率中心とを合致させることで指向性をより鋭くすることができる。

また、本発明の集音器が、上記振動面の配置位置を変更することで範囲が変化する集音範囲を表す画像を取得する画像取得部と、
上記画像取得部で取得した画像を表示する画像表示部とを備えたものであることも好ましい態様である。

このようにすると、画像表示部に表示された画像から指向性のレベルを認識することができて便利である。

本発明の集音器によれば、指向性を変化させることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の集音器の第１実施形態の外観斜視図である。

本実施形態の集音器１は、開口１１１を有し、この開口よりも後方に焦点を有する回転面形状の音反射内壁を開口側に有するフード１１と、フード１１で集音した音を処理する音処理部などが備えられた本体部１２とで構成されている。

図１に示す本体部１２には、図１における左右方向に移動可能のレバー１２３と、移動させたレバー１２３を係留する係留部１２４とで構成されたレバー移動機構が備えられている。

図２は、図１に示す集音器の概略断面図である。

図２に示す本体部１２には、上述のレバー移動機構に加え、フード内に前方に向けて配置された振動面１２２１ａ、および、外部からの入射音による振動面１２２１ａの振動を検出する受音回路を有する音処理部１２２と、フード内から開口１１１側を見た画像の撮影および表示を行う撮像装置１２１とが備えられている。

撮像装置１２１は、撮像レンズ１２１ａと、ズームレンズ１２１ｂと、フォーカスレンズ１２１ｃと、ＣＣＤ１２１ｄと、液晶表示パネル１２１ｆと、これらズームレンズ１２１ｂおよびフォーカスレンズ１２１ｃの移動等を制御するＣＰＵ１２１ｅとで構成されている。

音処理部１２２は、フード内で開口１２１側に向いた振動面１２２１ａを有するマイクロフォン１２２ａと、増幅器１２２ｂと、スピーカ１２２ｃとで構成されている。

この集音器１では、マイクロフォン１２２ａとズームレンズ１２１ｂが、図１に示すレバー１２３により、図２に示す状態、即ちマイクロフォン１２２ａの振動面１２２１ａを、フード１１の音反射内壁１１ａの焦点Ｆと一致した状態（レバー１２３を本体部１２の表面に記された「Ｎ」（ナロー）に合わせた状態）から３０ｍｍ前方の位置（レバー１２３を本体部１２の表面に記された「Ｗ」（ワイド）に合わせた状態）まで１０ｍｍ毎に移動させることが可能となっており、このレバー１２３の位置を「Ｗ」と「Ｎ」との間で変化させることで、振動面が焦点Ｆと固定的に合わせられていた従来とは異なり、集音する範囲、即ち指向性を調整することができるようになっている。

フード１１の開口１１１とは反対側の頂点Ａと焦点Ｆとの間の距離をＦ０、音処理部１２の振動面１２２１ａと頂点Ａとの間の距離をＬ０、この集音器１の振動面１２２１ａの直径に基づいた最も指向性の鋭い集音が可能なフード１１の音反射内壁１１ａの回転軸上の位置の頂点Ａからの距離をＬとすると、これらの関係は、以下の数式２で表される。

１/Ｆ０＝１/Ｌ０＋１/Ｌ （数式２）
ここで、音処理部１２の振動面１２２１ａが音反射内壁１１ａの焦点Ｆに一致すると、Ｆ０とＬ０とが等しくなり、これによりＬは、これらＦ０やＬ０とはオーダーの異なる無限大値となる。つまり、この集音器１では、振動面１２２１ａを焦点Ｆに合わせることで、この集音器１の振動面１２２１ａの直径に基づいた最も指向性の鋭い集音が可能なフード１１の音反射内壁１１ａの回転軸上の位置が無限遠に設定される。これにより、指向性の鋭い集音ができるようになり、前述した数式１における振動面１２２１ａの直径をフードの開口の直径とみなすことができる。また、振動面１２２１ａを焦点Ｆからずらすことにより指向性を鈍らせることもできる。

図３は、レバーを移動させることによる指向性の変化を示すグラフ図である。

図３（ａ）には、振動面１２２１ａが焦点Ｆと一致している場合の指向性が示されており、図３（ｂ）から図３（ｄ）には、振動面１２２１ａが焦点Ｆの前方１０ｍｍを含め１０ｍｍずつ、最終的には焦点Ｆから３０ｍｍ前方に移動した場合の指向性がそれぞれ示されている。

図３には、振動面１２２１ａが焦点Ｆから離れるに従って、即ちピンぼけ状態になるにしたがって指向性が鈍くなっていく様子が示されている。

この集音器１では、上述したように、振動面１２２１ａをフード内における前後方向の位置を変化させることで指向性を変えることができ、これにより、この集音器１によれば、検査対象から発せられる音の検出において、粗探査の際には指向性を鈍くして探査漏れを防ぎ、精密探査の際には指向性を鋭くして分解能を上げることができる。

さらに、この集音器１では、レバー１２３を移動させることで、液晶表示パネル１２１ｆにおける画像表示が指向性を反映したものとなる点について説明する。

図４は、本体部の構成ブロック図である。

図４には、図２にも示す部材の他、画像処理部１２１ｈ、ＬＣＤコントローラ１２１ｉが示されている。

また、図５は、本体部の背面に配備された液晶表示画面の画面表示を示す図である。

図５（ａ）には、振動面１２２１ａが焦点Ｆに位置している場合の画角に応じた画像が示されており、図５（ｂ）には、振動面１２２１ａが焦点Ｆから前方側に３０ｍｍ移動した場合の画角に応じた画像が示されている。

この集音器１では、前述したように、振動面１２２１ａと一緒にズームレンズ１２１１ｂが図１に示すレバー１２３によって移動するようになっており、レバー１２３を「Ｗ」に向けて移動させることで指向性が鈍くなれば、それに応じてズームレンズ１２１１はＣＣＤ１２１ｄにおいて撮像される画像の画角は広がることとなり、逆に指向性が鋭くなれば、それに応じて画角が狭くなるようになっている。したがって、図５（ｂ）には、被写体である人１０００、１００１、１００２が３人画角内に収まる程度の広角で撮影された様子が示され、図５（ａ）には、被写体のうちの中央の人１００１のみが１人画角内に収まる程度の望遠で撮影されている様子が示されている。このようにすることで、視覚的に指向性の変化を認識することができるようになっている。尚、この集音器１では、本発明にいう画像取得部の一例が、撮像レンズ１２１ａ、ズームレンズ１２１ｂ、フォーカスレンズ１２１ｃ、およびＣＣＤ１２１ｄに相当する。

図６は、液晶表示画面における表示形式の別態様を示す図である。

図６（ａ）には、振動面１２２１ａが焦点Ｆと一致している場合の指向性を表す点線２０００が示されており、図６（ｂ）には、振動面１２２１ａが焦点Ｆから前方側に３０ｍｍ移動した場合の点線２０００が示されている。

このような態様によって、指向性の変化を画面上に表示するものであってもよい。尚、この態様においては、本発明にいう画像取得部の一例が、撮像レンズ１２１ａ、ズームレンズ１２１ｂ、フォーカスレンズ１２１ｃ、ＣＣＤ１２１ｄ、および画像処理部１２１ｈに相当する。

次に、本発明の集音器の第２実施形態について説明する。

本実施形態と図２に示す第１実施形態の相違点は、本実施形態では振動面が前方に凸の球面である点だけであるので、以下ではこの点についてのみ説明する。

図７は、本発明の集音器の第２実施形態の概略断面図である。尚、図７において示す部材で、図２において示されている部材と同じ種類の部材には図２において付されている符号と同じ符号を付している。

図７に示す集音器２には、振動面２２２１ａが前方に凸の球面形状であるマイクロフォン２２２ａが備えられており、焦点Ｆをこの球面の曲率中心に置くことで指向性をより鋭くすることができる。

最後に、本発明の集音器の第３実施形態について説明する。

本実施形態と第１実施形態との相違点は、第１実施形態では振動面１２２１ａの移動によって液晶画面に表示される画角が変化するのに対し、本実施形態では、振動面の周囲に配備された光源からの光束が、指向性の変化に応じて拡大したり縮小したりする点が異なるだけであるので、以下ではその点についてのみ説明する。

図８は、本発明の集音器の第３実施形態の集音器の概略断面図である。

図８に示す集音器３には、マイクロフォン１２２ａを取り囲むように光源３２１ａを配置した光源装置３２１が備えられており、この光源装置３２１は、光源３２１ａとスイッチ３２１ｂと電源３２１ｃとで構成されている。

この集音器３では、レバー１２３によりマイクロフォン１２２ａと共に光源３２１ａも移動するようになっており、このため、指向性が鈍くなればそれに応じて光束が広がり、指向性が鋭くなればそれに応じて光束が狭くなるようになっている。このようにすることでも、視覚的に指向性の変化を認識することができる。尚、この集音器３では、図１に示すレバー移動機構が、本発明の光ビーム調節部の一例と振動面位置変更部の一例とを兼ねている。

ここで、図９は、図１に示す実施形態の別態様の外観斜視図である。

図９には、余裕を持ってフード１１の開口１１１を覆うことができる程度の大きさに裁断された塩化ビニールシート４００によって、開口１１１が覆われている様子が示されている。この塩化ビニールシート４００は、フード１１の開口周縁に嵌め込み可能な、開口の直径よりも多少長い直径を有する枠４０１によって張りつめた状態でフード１１の開口を覆うように取り付けられている。尚、ここでは、この塩化ビニールシート４００を用いた例を挙げて説明したが、この塩化ビニールシート４００が、振動面１２２１ａ（図１０参照）よりも前方に配置されフード内の空間のうちのこの振動面１２２１ａを含む少なくとも後方の領域をこのフード外部から隔絶する、音透過性を有する隔壁であってもよい。

また、この態様では、振動面１２２１ａの周囲を取り巻く吸音材２０２（図１０参照）が備えられている。塩化ビニールシート４００だけが備えられ、この吸音材４０２が備えられていない場合にフード１１の音反射内壁面１１ａ（図１０参照）と塩化ビニールシート４００あるいは隔壁との間に音波の多重反射によって発生する定在波は、この態様のように吸音材４０２を備えることで抑制することができる。尚、上述の吸音材４０２の配備がなされていない従来の集音器などでは、上述した定在波の発生を抑えるためにフードの開口を覆うものとして、張りつめたシート状物や隔壁を採用することはできなかったのに対し、本態様によれば、吸音材４０２を備えていることで、これら張りつめたシート状物や隔壁を用いることができ、このため、ビニールシートなどが風ではためくことによる集音性能の低下が防止できると共に振動面１２２１ａの汚損も防止することができる。

さらに、この態様では、吸音材４０２が、フード内の振動面１２２１ａへの音の入射経路を取り巻く形状に形成されていると共に吸音材４０２の表面形状が凸凹状とされているので、直接振動面１２２１ａに届く音波を妨害することなく、また、吸音材４０２に吸収されたにも拘わらず減衰せず、フード１１の音反射内壁１１ａで反射して再び振動面１２２１ａに向かおうとする音波を吸収材４０２によって吸収することができる。このため、音波どうしの干渉を生じにくくさせることができる。したがって、本態様によれば、高精度な音響分析に寄与することもできる。

図１０は、図１に示す実施形態の、図９に示す態様とは異なる態様の概略断面図である。

図１０には、図１に示す音源位置検出装置１の、図９に示す態様に対し、さらにフード１１の開口１１１の周縁部に沿って吸音材４０３が配置されている態様が示されている。

このような態様にすると、フード１１の側方もしくは後方から到来してフードの開口の縁で回折されてフード内に侵入してくる音波を減衰したものとすることができ、高精度な音響分析にさらに寄与することができる。

以上に説明した実施形態では、振動面の移動を手動で行う例を挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、また、指向性のレベルの目安として光ビームの出射あるいは画像表示を行う例を挙げて説明したが、これらを備えていないものであっても本発明の基本的な効果が減却されるものではない。

本発明の集音器の第１実施形態の外観斜視図である。 図１に示す集音器の概略断面図である。 レバーを移動させたことによる指向性の変化を示す図である。 本体部の構成ブロック図である。 本体部の背面に配備された液晶表示画面の画面表示を示す図である。 液晶表示画面における表示形式の別態様を示す図である。 本発明の集音器の第２実施形態の概略断面図である。 本発明の集音器の第３実施形態の集音器の概略断面図である。 図１に示す実施形態の別態様の外観斜視図である。 図１に示す実施形態の、図９に示す態様とは異なる態様の概略断面図である。

符号の説明

１、２、３ 集音器
１１ フード
１１ａ 音反射内壁
１１１ 開口
１２、２２、３２ 本体部
１２１ 撮像装置
１２１ａ 撮像レンズ
１２１ｂ ズームレンズ
１２１ｃ フォーカスレンズ
１２１ｄ ＣＣＤ
１２１ｆ 液晶表示パネル
１２１ｅ ＣＰＵ
１２２、２２２ 音処理部
１２２ａ、２２２ａ マイクロフォン
１２２１ａ、２２２１ａ 振動面
１２２ｂ 増幅器
１２２ｃ スピーカ
１２３ レバー
１２４ 係留部
３２１ 光源装置
３２１ａ 光源
３２１ｂ スイッチ
４００ 塩化ビニールシート
４０１ 枠
４０２、４０３ 吸音材

Claims (4)

1. 前端に開口を有し該開口よりも後方に焦点を有する回転面形状の音反射内壁を少なくとも該開口側に有し内部空間が形成されたフード、
   前記フード内に、該フード内における前後方向の配置位置を変更自在に前方を向いて配置された振動面、
   外部からの入射音による前記振動面の振動を検出する受音回路、
   前記振動面の、前記フード内における前後方向の位置を変更する振動面位置変更部、
   前記開口から入射する被写体光を集光する撮影光学系を有し、該撮影光学系の撮影画角を前記振動面の位置に応じて変更する画角変更部、
   前記該撮影光学系によって結像された画像であって、前記画角変更部により画角が変更された画像を取得する画像取得部、および
   前記画像取得部で取得した画像を表示する画像表示部を備えたことを特徴とする集音器。
2. 前端に開口を有し該開口よりも後方に焦点を有する回転面形状の音反射内壁を少なくとも該開口側に有し内部空間が形成されたフード、
   前記フード内に、該フード内における前後方向の配置位置を変更自在に前方を向いて配置された振動面、
   外部からの入射音による前記振動面の振動を検出する受音回路、
   前記振動面の、前記フード内における前後方向の位置を変更する振動面位置変更部、
   前記開口から入射する被写体光を集光する撮影光学系を有し、該撮影光学系によって結像された画像を取得する画像取得部、および
   前記画像取得部で取得した画像上に、前記振動面位置変更部による前記振動面の配置位置の変更に伴い範囲が変化する集音範囲を重畳して表示する画像表示部を備えたことを特徴とする集音器。
3. 前記開口の中心が向く方向に光ビームを出射する光ビーム出射部と、
   前記光ビーム出射部が出射する光ビームの広がりを、前記振動面の、前記フード内における前後方向の位置に応じて調節する光ビーム調節部とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の集音器。
4. 前記振動面が、前方に凸の球面であることを特徴とする請求項１又は２記載の集音器。

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