JP5137609B2 - 集音器 - Google Patents

Description

本発明は、パラボラのフードにより集音する集音器に関する。

従来より、検査対象の表面などをハンマーなどの打撃具で打撃し、その打撃によって発生する音（以下では、これを打音と称す）をマイクロホンで集音し分析することで検査対象内部に存在する空洞などの欠陥の検出を行なう打音検査システムが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

上記非特許文献１に記載されている打音検査システムでは、打音の集音が、マイクロホンが中央部に配置されると共に周囲の音を遮断するための聴診器型の集音フードを備えた集音器によって行なわれている。

ところで、打音などのインパルス音は連続音ではないため、短時間での正確な音響信号を収集する必要がある。

しかし、インパルス音の音響診断においては、音響が反射（乱反射を含む）して一時に集音器に到達するので、精度の高い音響診断が困難になることがあった。

そこで、集音フードの奥側に吸音材を配置し、検査対象から発せられ集音フードの内壁面１１２で反射した音波を吸収することで音波どうしの干渉を生じさせ難くくした、本件発明者によって既に提案済みの集音器（特許文献１参照）の採用が考えられる。

図１は、本件発明者によって既に提案済みの集音器の断面図である。

図１には、集音フード１１の音反射壁１１１と内壁面１１２のうちの内壁面１１２に囲まれるように吸音材１３０が配置された集音器１００が示されている。

また、本件発明者は、図１に示す集音器１００を改良した、検査対象に対する打撃によって発生するインパルス音の集音についてさらなる集音性能の向上が図られた集音器を提案している（特許文献２参照）。

図２は、本件発明者によって既に提案済みの集音器の断面図である。

図２には、集音フード内に配置されたマイクロホン１２の受音面１２１への音の入射経路を取り巻く形状に形成された吸音材２３０を備えた集音器２００が示されている。

図２に示す集音器２００では、音反射壁１１１で反射して受音面１２１に届く音波を妨害することなく、集音フード１１の内壁面１１２で反射した音波を従来よりも多く吸音材２３０によって吸収できることから、図１に示す集音器１００よりもさらに音波どうしの干渉を生じにくくさせることができる。
‘検査技術’、２００２年７月号、第４１−４５頁（技術トピックス／建築・土木） 特許第３２２３２３７号公報 特開２００５−１２４０３２号公報

しかしながら、図２に示す集音器２００においても、吸音材２３０に入射した音波が吸音材２３０で吸収されないまま、図２において矢印Ａで示すように集音フード１１の内壁１１２で反射してマイクロホン１２の受音面１２１に入射することで、音波どうしの干渉が若干ながら生じるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、不要な反射波の影響がより一層抑制された、音響分析を高精度に行うのに好適な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状の音反射内壁を有し内部空間が形成された集音フードと、
上記集音フード内に、受音面を前方に向けて配置され、この集音フード内に入射した音波を受音するマイクロホンと、
前面が、上記音反射内壁の後端周囲から上記受音面前方にかけてこの受音面への音の入射通路が形成されるようにこの入射通路を取り巻く形状に形成されていると共に、上記内部空間後端側に向けて延在する、自身に入射してきた音波に作用する音波作用体とを備え、
上記音波作用体が、上記音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がってなるものであることを特徴とする。

ここで、上記音波作用体が、吸音性を有する吸音材からなるものであることが好ましく、あるいは、上記音波作用体が、吸音性を有する吸音材と、上記音反射内壁の後端の径よりも外側でこの吸音材の周囲を取り巻く、音反射性を有する音反射材とからなるものであることも好ましい態様である。

本発明の集音器では、音波作用体が音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がっていることから、音波作用体に入射してきた音波の音波作用体中の伝搬経路が従来よりも長くなる。これにより、音反射体が吸音材からなるものであれば、この音反射体に入射してきた音波を減衰させた上でマイクロホンの受音面の後ろ側に向かわせることができ、また、音波作用体が吸音材と音反射材とからなるものであれば、吸音材に入射してきた音波を音反射材において散乱させてマイクロホンの受音面の後ろ側に向かわせることができる。したがって、本発明の集音器によれば、反射波による影響をより一層抑制することができる。

また、上記音波作用体の、上記音反射内壁の後端に連続する周縁部分を覆ってこの音反射内壁の後端を延長する音反射リングを備えることが好ましい。

従来の集音フードの音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がった音波作用体の収容には、従来の集音フードの音反射内壁の後端の径を拡大した集音フードを用いるのが手っ取り早いが、この様にしたのでは、従来の音反射内壁での音反射プロファイルとは異なる音反射プロファイルとなってしまい、効果が判定しにくくなる。また、音反射内壁は従来の形状のままとすることで従来と同じ音反射プロファイルを確保した上で、集音フードの音反射壁の後端よりも後ろ側の径を音反射内壁の後端の径よりも大きくする、即ち音反射壁の後端でくびれた形状としてもよい。しかし、これでは型抜きが困難となり成形に時間が掛かる。そこで、この様に、上記音反射内壁の後端に連続する周縁部分を覆ってこの音反射内壁の後端を延長する音反射リングを備えることで、従来の集音フードの音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がった音波作用体を収容しながらも従来の音反射内壁と同じ形状を作り出したことにより、携帯性を落とすことなく簡易に本発明の集音器を具現化することができる。また、この様な音反射リングを備えることで、音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がった音波作用体の集音フード内部への収納を簡単に行うことができる。

さらには、上記音反射リングが、取り外し自在に配備されたものであり、
上記音波作用体が、上記内部空間の後側に、取外し自在に収容されてなるものであることも好ましい態様である。

この様にすると、音波作用体の交換を簡易に行うことができる。

ここで、上記音反射材は、横断面の形状が三角形の頂点どうしを繋いだ形状となっているものであることが好ましい。

音反射材をこの様な形状とすると、簡易な構造で音波を散乱させることができる。

また、上記受音面よりも前方に配置され上記内部空間のうちの上記受音面を含む少なくとも後方の領域をこの集音フード外部から隔絶する隔壁を備えることも好ましい態様である。

集音フード内に、マイクロホンの受音面への音の入射通路を形成する音波作用体を有しない集音器にこの様な隔壁を備えると、集音器１フードの内壁面と隔壁との間での音波の多重反射によって発生する定在波により集音性能が極端に低下するが、本発明の集音器では、音波作用体の存在により集音性能の低下は抑制されることから、このような隔壁を用いても、集音性能をさほど犠牲にすることなく、マイクロホンの受音面の防汚性を向上させることができる。

ここで、上記隔壁が、音透過性を有するシートからなる隔壁であることが好ましく、あるいは、上記隔壁が、空気透過性を有するシートからなる隔壁であることも好ましい態様である。

隔壁が、音透過性あるいは空気透過性を有するものであると、集音性能の低下を一層軽減することができる。

本発明によれば、反射波の影響がより一層抑制された、音響分析を高精度に行うのに好適な集音器を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図３は、本発明の集音器の第１実施形態の断面図である。尚、図３に示す部材のうち、図１および図２において示す部材と同じ種類の部材には、図１および図２に示す部材に付されている符号と同じ符号が付されている。

図３に示す本実施形態の集音器１は、音響を集音する集音フード１１、この集音フード１１の中央奥側に穿設された孔１１３に挿通されたマイクロホン１２、集音フード１１の吸音材収納壁１１２とマイクロホン１２との間に嵌め込まれている、前面がすり鉢形状の吸音性のあるグラスウール１３、および、グラスウール１３の周縁部分を覆っている、音反射性を有する音反射リング１４で構成されている。

集音フード１１は、開口１１４よりも後方に焦点を有する回転面形状の音反射内壁１１１と円筒形状の吸音材収納壁１１２とで構成されており、音反射リング１４は、グラスウール１３の、音反射内壁１１１の後端に連続する周縁部分を覆って、この音反射内壁１１１の後端を延長するものである。

この集音器１では、吸音材１３は集音フード内の奥側に取り外し自在に収容されており、この音反射リング１４についても、機構の図示は省略しているものの、集音フード１１の音反射内壁１１１に対して取外し自在に配備されている。

マイクロホン１２は、受音面１２１と本体１２２とで構成されている。

グラスウール１３は、中心部分にマイクロホン１２の本体１２２を挿通するための挿通孔１３ａを有するものであり、音反射リング１４の後端の径よりも外側にまで広がった、吸音性を有するものである。尚、このグラスウール１３が、本発明にいう吸音材の一例に相当する。

この集音器１では、音反射リング１４の後端の径よりも外側にまで広がったグラスウール１３が劣化した場合の交換に備え、前述したようにこの音反射リング１４は取外し自在になっている。図２に示す従来の集音フードの音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がったグラスウール１３の収容には、従来の集音フードの音反射内壁の後端の径を拡大した集音フードを用いるのが手っ取り早いが、この様にしたのでは、従来の音反射内壁での音反射プロファイルとは異なる音反射プロファイルとなってしまい、効果が判定しにくくなる。また、音反射内壁は従来の形状のままとすることで従来と同じ音反射プロファイルを確保した上で、集音フードの音反射壁の後端よりも後ろ側の径を音反射内壁の後端の径よりも大きくする、即ち音反射壁の後端でくびれた形状とすることが考えられるが、これでは型抜きが困難となり成形に時間が掛かる。そこで、この集音器１では、音反射内壁１１１の後端に連続する周縁部分を覆ってこの音反射内壁１１１の後端を延長する音反射リング１４を備えることで、従来の集音フードの音反射内壁の後端の径よりも外側にまで広がったグラスウール１３を収容しながらも従来の音反射内壁と同じ形状を作り出したことにより、携帯性を落とすことなく簡易にこの集音器１を具現化することができる。また、この様な音反射リング１４を備えることで、音反射内壁１１１の後端の径よりも外側にまで広がったグラスウール１３の集音フード内部への収納を簡単に行うことができる。

図４および図５は、本実施形態の集音器で集音可能な範囲を表す図である。

図４および図５には、本実施形態の集音器１の、周波数（１ｋＨｚから１６ｋＨｚまで）ごとの指向性が示されている。

ここで、図６および図７は、従来の集音器で集音可能な範囲を表す図である。

図６および図７には、図２に示す従来の集音器２００の、周波数（１ｋＨｚから１６ｋＨｚまで）ごとの指向性が示されている。

図４、図５、図６、および図７からは、本実施形態の集音器１では、従来の集音器２００において９ｋＨｚおよび１０ｋＨｚで認められたサイドローブが、本発明の効果として良好に抑制されていることが確認できる。

また、図８は、本実施形態の集音器および従来タイプの集音器の周波数特性を表すグラフ図である。

図８には、本実施形態の集音器１における周波数ごとの相対感度が‘ダイヤマーク’で示され、図２に示す従来の集音器２００における周波数ごとの相対感度が‘白丸’で示されている。図８からは、グラスウール１３を、音反射リング１４の後端の径よりも外側にまで広がった形状とすることで、マイクロホン１２の感度が従来と比べて平準化すると共に周波数特性も平坦化している様子が示されている。

以上に説明したように、本実施形態の集音器１では、グラスウール１３を、音反射リング１４の後端の径よりも外側にまで広げたことで、グラスウール１３に入射してきた音波のこのグラスウール中での伝搬経路が長くなることから、入射音波をより減衰させることができると共に、図２にも示す矢印Ａが表すように、マイクロホン１２の受音面１２１よりも後方を通過させることができる。したがって、本実施形態の集音器１によれば、集音フード１１の吸音材収納壁１１２で反射した反射波による影響を抑制し、高精度な音響分析に寄与することができる。

尚、本実施形態では、集音フード１１内にグラスウール１３を収容した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、吸音性を有する材料であれば他の材料を用いてもよい。

次に、本発明の集音器の第２実施形態について説明する。

図９は、第２実施形態である集音器の断面図である。尚、図９に示されている部材のうち、図３に示されている部材と同じ種類の部材については、図３において付されている符号と同じ符号が付されている。

図９に示す、第２実施形態である集音器２と、図３に示す、第１実施形態である集音器１との間の相違点は、第１実施形態の集音器１では、集音フード１１内に収容されているのがグラスウール１３のみであるのに対し、第２実施形態の集音器２では、吸音材であるグラスウール１３と、このグラスウール１３の周囲を取り巻く、音反射性を有するアルミウール２３とが集音フード１１内に収容されている点である。また、第２実施形態の集音器２では、アルミウール２３は音反射リング１４の後端の径よりも外側でグラスウール１３の周囲を取り巻いており、この様にすることで、いわば、音反射リング１４の後端の径よりも内側にグラスウール１３を備えているだけの、図２に示す集音器２００に比べ、反射波の影響を一層抑制することができる。尚、アルミウール２３が、本発明にいう反射材の一例に相当する。

図１０は、図９に示す集音器のＸ−Ｘ’断面を示す図である。

図１０には、吸音性を有するグラスウール１３を、音反射性を有するアルミウール２３が取り巻いている様子が示されている。また、図１０には、アルミウール２３の横断面の形状がほぼ正三角形の頂点どうしを繋いだ形状となっている様子が示されている。

本実施形態の集音器２では、断面が正三角形の頂点どうしを繋いだものとなっているアルミウール２３でグラスウール１３を取り巻くことで、グラスウール１３の前面から入射してきた音波を簡易な構造でより確実に散乱させ、マイクロホン１２の受音面１２２の後ろ側に向かわせることができる。

図１１および図１２は、本実施形態の集音器で集音可能な範囲を表す図である。

図１１および図１２には、本実施形態の集音器２の、周波数（１ｋＨｚから１６ｋＨｚまで）ごとの指向性が示されており、従来の集音器２００と比してもさほど遜色のない指向性が確保されていることが確認できる。

また、図１３は、本実施形態の集音器および従来タイプの集音器の周波数特性を表すグラフ図である。

図１３には、本実施形態の集音器２における周波数ごとの相対感度が‘ダイヤマーク’で示され、図２に示す従来の集音器２００における周波数ごとの相対感度が‘白丸’で示されている。図１３からは、グラスウール１３に加え、音反射リング１４の後端の径よりも外側でグラスウール１３の周囲を取り巻く、音反射性を有するアルミウール２３を備えたことで、マイクロホンの感度が従来と比べて平準化すると共に周波数特性も平坦化している様子が示されている。

以上に説明したように、本実施形態の集音器２では、グラスウール１３と、音反射リング１４の後端の径よりも外側でグラスウール１３の周囲を取り巻く、音反射性を有するアルミウール２３とを備えたことで、グラスウール１３に前面から入射してきた音波をアルミウール２３においてより確実に散乱させてマイクロホン１２の受音面１２２の後方に向かわせることができる。これにより、本実施形態の集音器２によれば、反射波による影響を抑制することができることから、高精度な音響分析が可能となる。

また、本実施形態では、音反射性を有するアルミウール２３を使用した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、音反射性を有する材料であれば、樹脂、木材、コルク、ゴム等であってもよく、また、断面が正三角形に限るものではなく、これが、断面が２等辺三角形であって、底角をなす頂点どうしを繋げたものであってよく、さらには、断面が半円のものであって、弦の端点どうしを繋げたものであってよい。

尚、本発明の集音器の第１実施形態である集音器１および本発明の第２実施形態である集音器２では、音反射内壁１１１を延長する音反射リング１４を備えた場合を例に挙げて説明したが、本発明の集音器はこの態様に限るものではない。

ここで、図１４は、本発明の集音器の第３実施形態および第４実施形態の断面図である。

図１４（ａ）には、第３実施形態の集音器３が示されており、図３に示す第１実施形態では音反射リング１４による延長部分が、第３実施形態の集音器３では、集音フード１１の一部として一体成形されている様子が示されている。また、図１４（ｂ）には、第４実施形態の集音器４が示されており、図９に示す第２実施形態では音反射リング１４による延長部分が、第４実施形態の集音器４では、集音フード１１の一部として一体成形されている様子が示されている。この様に、音反射リング１４に相当する部分を集音フード１１の一部として一体成形したとしても、本発明の基本的効果は減却されるものではない。

ここで、図１５は、集音フードの開口面にシートが被せられた状態の集音器の外観斜視図である。尚、図１５に示されるもので図１に示されるものと同じ種類のものには、図１において付されている符号と同じ符号が付されている。

図１５には、第１実施形態の集音器１の集音フード１１の開口面に塩化ビニールシート１５を被せた、本発明の集音器の第５実施形態である集音器５が示されている。

この塩化ビニールシート１５は、余裕を持って集音フード１１の開口面を覆うことができる程度の大きさに裁断された、厚みが０．１ｍｍのものであり、この塩化ビニールシート１５の端部を巻き込みながら集音フード１１の開口周縁に嵌め込み可能な、集音器１フード１１の開口の直径よりも多少長い直径を有する枠１６よって集音フード１１に取り付けられている。このため、本実施形態の集音器５では、この塩化ビニールシート１５の交換が簡単に行なえるようになっている。

ここで、図１６は、第１実施形態の集音器の集音性能を周波数別に示す図である。

図１６には、継続時間が２ｍｓのトーンバーストを第１実施形態の集音器である集音器１で集音した時に集音器１から出力された電圧波形が示されている。

図１７は、第５実施形態の集音器の集音性能を周波数別に示す図である。

図１７には、図１６の電圧波形を得る際に使用したトーンバーストと同じトーンバーストを集音器５で集音した時に集音器５から出力された電圧波形が示されている。

図１７に示される、集音器５から出力された電圧波形は、図１６に示される、集音器１から出力された電圧波形とを比べて、多少、尾がついているものの、遜色のない音圧波形が得られていることがわかる。したがって、本実施形態の集音器５によれば、高精度な音響分析をさほど犠牲にすることなく、集音フード内に配置されたマイクロホンの汚損を防止することができる。

図１８は、本発明の集音器の第６実施形態の集音器の集音性能を周波数別に示す図である。尚、ここでも、図１６に示す結果を得る際に使用したのと同じトーンバーストを使用している。

図１８では、塩化ビニールシート１５の代わりに、空気透過性のある、厚みが０．１ｍｍのポリスチレンシートで集音フード１１の開口面が覆われた集音器で得られた集音性能が周波数別に示されており、ここには、図１７に示される電圧波形よりも良好な波形が示されている。

したがって、第６実施形態の集音器によれば、第５実施形態の集音器よりも高精度な音響分析を確保することができる。

尚、本実施形態では、空気透過性のある隔壁として、ポリスチレンシートを使用した例を挙げて説明したが、本発明は空気透過性のあるものであればこれに限るものではなく、集音フード内における隔壁の位置もマイクロホンの受音面よりも前面側であれば開口面に限るものではない。また、隔壁が集音フードに着脱自在である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、隔壁が集音フードに固定されているものであっても本発明の効果を減却するものではない、さらには、吸音材としてグラスウールを採用している例を挙げて説明したが、吸音機能があるものであればこれに限るものではない。また、この隔壁が、平面に限らず曲面等であってもよい。

また、隔壁の表面又は隔壁の前側に、隔壁の破損を防止する、網状又は格子状のガードを設けてもよい。

本件発明者によって既に提案済みの集音器の断面図である。 本件発明者によって既に提案済みの集音器の断面図である。 本発明の集音器の第１実施形態の断面図である。 本実施形態の集音器で集音可能な範囲を表す図である。 本実施形態の集音器で集音可能な範囲を表す図である。 従来の集音器で集音可能な範囲を表す図である。 従来の集音器で集音可能な範囲を表す図である。 本実施形態の集音器および従来タイプの集音器の周波数特性を表すグラフ図である。 第２実施形態である集音器の断面図である。 図９に示す集音器のＸ−Ｘ’断面を示す図である。 第２実施形態の集音器で集音可能な範囲を表す図である。 第２実施形態の集音器で集音可能な範囲を表す図である。 第２実施形態の集音器および従来タイプの集音器の周波数特性を表すグラフ図である。 本発明の集音器の第３実施形態および第４実施形態の断面図である。 集音フードの開口面にシートが被せられた状態の集音器の外観斜視図である。 第１実施形態の集音器の集音性能を周波数別に示す図である。 第５実施形態の集音器の集音性能を周波数別に示す図である。 第６実施形態の集音器の集音性能を周波数別に示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５ 集音器
１１ 集音フード
１１１ 音反射内壁
１１２ 吸音材収納壁
１１３ 孔
１１４ 開口
１２ マイクロホン
１２１ 受音面
１２２ 本体
１３ グラスウール
１４ 音反射リング
１５ 塩化ビニールシート
１６ 枠
２３ アルミウール
Ａ 矢印

Claims (9)

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状の音反射内壁を有し内部空間が形成された集音フードと、
   前記集音フード内に、受音面を前方に向けて配置され、該集音フード内に入射した音波を受音するマイクロホンと、
   前面が、前記音反射内壁の後端周囲から前記受音面前方にかけて該受音面への音の入射通路が形成されるように該入射通路を取り巻く形状に形成されていると共に、前記内部空間後端側に向けて延在する、自身に入射してきた音波に作用する音波作用体とを備え、
   前記音波作用体が、前記音反射内壁の後端の径よりも外側にまで、かつ該音反射内壁の後方に広がってなるものである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状の音反射内壁を有し内部空間が形成された集音フードと、
   前記集音フード内に、受音面を前方に向けて配置され、該集音フード内に入射した音波を受音するマイクロホンと、
   前面が、前記音反射内壁の後端周囲から前記受音面前方にかけて該受音面への音の入射通路が形成されるように該入射通路を取り巻く形状に形成されていると共に、前記内部空間後端側に向けて延在する、自身に入射してきた音波に作用する音波作用体と、
   前記音波作用体の、前記音反射内壁の後端に連続する周縁部分を覆って該音反射内壁の後端を延長する音反射リングとを備え、
   前記音波作用体が、前記音反射リングの後端の径よりも外側にまで、かつ該音反射内壁の後方に広がってなるものであることを特徴とする集音器。
3. 前記音波作用体が、吸音性を有する吸音材からなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の集音器。
4. 前記音波作用体が、吸音性を有する吸音材と、前記音反射内壁の後端の径よりも外側で該吸音材の周囲を取り巻く、音反射性を有する音反射材とからなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の集音器。
5. 前記音反射材は、横断面の形状が三角形の頂点どうしを繋いだ形状となっているものであることを特徴とする請求項４記載の集音器。
6. 前記音反射リングが、取外し自在に配備されたものであり、
   前記音波作用体が、前記内部空間の後側に、取外し自在に収容されてなるものであることを特徴とする請求項２記載の集音器。
7. 前記受音面よりも前方に配置され前記内部空間のうちの前記受音面を含む少なくとも後方の領域を該集音フード外部から隔絶する隔壁を備えたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項記載の集音器。
8. 前記隔壁が、音透過性を有するシートからなる隔壁であることを特徴とする請求項７記載の集音器。
9. 前記隔壁が、空気透過性を有するシートからなる隔壁であることを特徴とする請求項７記載の集音器。
   

Images