JP5642000B2 - 音響特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、音響管を用いて試験体の音響特性を測定する音響特性測定装置に関する。

従来、この種の音響特性測定装置は、例えば図５に示すように構成されている（特許文献１参照）。図５において、１は定在波を発生させるための音響管で、この音響管１内に測定対象の試験体（吸音材）２が収容されている。音響管１の一端側には音源としてのスピーカ３が設けられており、他端側には剛壁４に接続されたピストン５が設けられている。剛壁４は、試験体２との間に背後空気層６を形成するためのもので、ピストン５を音響管１の長手方向に移動させ、試験体２と剛壁４を規定した距離に調整可能になっている。

上記音響管１におけるスピーカ３と試験体２との間には、音響管１内の音圧を測定するための測定用マイクロホン７−１、７−２が設けられている。これらの測定用マイクロホン７−１、７−２は、音響管１の長手方向に離れた２カ所に設置されており、それぞれの位置での音圧の測定を行う。

そして、上記スピーカ３から定常のランダム音波、例えばホワイトノイズ（入射波）を発生させ、音響管１内を平面波として伝搬させて試験体２に当てる。入射波は試験体２を透過して剛壁４で反射し、音響管１内部に入射波（前進波）と反射波（後進波）の重ね合わせによって定在波干渉パターンが発生する。上記測定用マイクロホン７−１、７−２で音響管１の２点の音圧を計測し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザに入力して複素音圧伝達関数を計算する。この伝達関数から２点マイク法による音響インピーダンスの式を用いて、試験体２前面の音響インピーダンスを求める。また、試験体２後面の音響インピーダンスは解析的に算出できる。これらにより、試験体２の特性インピーダンスと伝播定数を算出する。

一般的に、上記音響管１の内径φ１は２９ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、音源には管径と必要出力から直径が８０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の動電型のスピーカ３を使用している。また、音響管１の内径φ１が１００ｍｍの場合、安定した平面波を得るためには、音源であるスピーカ３から試験体２までの距離が３００ｍｍ程度は必要となるので、音響管１の全長Ｌ１としては５００ｍｍ以上となることがある。

上記構成でなる音響特性測定装置の測定可能な上限周波数は、音響管１の内径φ１とマイクロホン間距離ΔＭ１の関係に依存する。音響管１の内径φ１が太いと径方向に波ができ、平面波が崩れて高い周波数まで計測できず、マイクロホン間距離ΔＭ１が大きいとやはり高い周波数まで測定できない。例えば、音響管１の内径φ１が１００ｍｍでは約２ＫＨｚまで、内径φ１が２９ｍｍで約６．８ＫＨｚまでである。また、マイクロホン間距離ΔＭ１が３０ｍｍで約５．１ＫＨｚまで測定できる。このため、上述した一般的な従来の音響管１では、１０ＫＨｚを超えるような高域までの音響特性測定は難しい。

特開平０８−２３３６４９号公報

ところで、人間の可聴範囲の上限は２０ＫＨｚ程度の高域まであるため、１０ＫＨｚを超える高い周波数の音響特性の測定が要求されることがある。この場合には、音響管１の内径φ１を１４ｍｍ以下にするとともに、マイクロホン間距離ΔＭ１を１３ｍｍ以下にまで狭くする必要がある。しかしながら、例えば音響測定用に広く用いられているブリュエル・ケアー（Ｂ＆Ｋ）社製の１／４インチマイクロホンをこのような至近距離で配置するのは困難である。

本発明は、上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、一般的な音響管では測定不可能な高域まで音響特性の測定が可能な音響特性測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の音響特性測定装置は、測定対象の試験体１８を収容した音響管１１の一端に音源スピーカ１３を設け、前記音源スピーカ１３によって前記音響管１１内に平面波を励起し、２つの測定用マイクロホン１６−１、１６−２によって前記音源スピーカ１３と前記試験体１８との間の２点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この複素音圧伝達関数から音響特性を算出することが可能な音響特性測定装置であって、前記２つの測定用マイクロホン１６−１、１６−２の設置位置を前記音響管１１の周方向にずらして角度を付けて配置することで、前記音響管１１の長手方向のマイクロホン間距離ΔＭ２を近接させることを特徴とする。

また、請求項２に係る本発明は、請求項１記載の音響特性測定装置において、前記音源スピーカ１３は、コンデンサマイクロホンであることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る本発明は、請求項１または２記載の音響特性測定装置において、前記音響管１１の好ましい内径φ２は１４ｍｍから５ｍｍの範囲、前記音響管１１の好ましい長手方向のマイクロホン間距離ΔＭ２は１３ｍｍから３ｍｍの範囲であることを特徴とする。

さらに、請求項４に係る本発明は、請求項１または３記載の音響特性測定装置において、前記音響管１１は、透明な材料からなることを特徴とする。

請求項１記載の本発明では、音源スピーカから試験体までの距離を近づけることができるので高い周波数まで測定が可能になり、かつ低出力の音源スピーカでも測定に必要な音圧が得られる。これにより一般的な音響管では測定不可能な高域まで安定した計測ができ、かつ超小型の音響特性測定装置が実現できる。

また、請求項２記載のように、コンデンサマイクロホンを音源スピーカとして用いることで、音響特性測定装置の小型化が図れる。

さらに、請求項３記載の本発明では、音響管が細いので径方向に波の分布が出なくなり、入力波が理想的な平面波に近くなるので高い周波数まで高精度に測定できる。また、マイクロホン間距離が狭いのでこの点からも高い周波数の測定が容易になる。

さらにまた、請求項４記載の本発明のように、音響管を透明な材料で形成することで、試験体のセット後に試験体の状態（変形や位置等）や、マイクロホンの位置が正しい状態にあるのか容易に確認できる。

本発明の実施例に係る音響特性測定装置を示す断面図である。 本発明の実施例に係る音響特性測定装置の一部を切り欠いて内部構造を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る音響特性測定装置の外観を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る音響特性測定装置の外観を示す上面図である。 従来の音響特性測定装置の断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例に係る音響特性測定装置を示す断面図、図２は音響特性測定装置の一部を切り欠いて内部構造を示す斜視図である。また、図３は上記図１および図２に示した音響特性測定装置の外観を示す斜視図、図４はその上面図である。図１および図２に示す如く、この音響特性測定装置は、定在波を発生させるための音響管１１の一端側に、アダプタ１２により音源スピーカ１３が保持されて設置されている。

本例では、音響管１１を透明なアクリル製パイプで形成しており、内径φ２を１４ｍｍ、全長Ｌ２を約１５０ｍｍにしている。音響管１１を透明な材料で形成することで、試験体のセット後に試験体の状態（変形や位置等）や、マイクロホンの位置が正しい状態にあるのか容易に確認できる。また、上記音源スピーカ１３は音響管１１内に平面波を励起するもので、例えば１／４インチサイズのコンデンサマイクロホン（例：Ｇ．Ｒ．Ａ．Ｓ社のＴｙｐｅ４０ＢＰ）が用いられる。

上記音響管１１における音源スピーカ１３と測定対象の試験体（吸音材）１８との間の側面には、図３および図４に示すようにマイクロホンホルダ１５−１、１５−２に装着された測定用マイクロホン１６−１、１６−２が、音響管１１の中心軸ＡＸに実質的に直交する方向にＶ字型に設置されている。そして、２つの測定用マイクロホン１６−１、１６−２によって２点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この伝達関数から音響特性を算出することが可能になっている。

このように、測定用マイクロホン１６−１、１６−２の設置位置を、音響管１１の周方向にずらして角度を付けて配置することで、マイクロホンホルダ１５−１、１５−２や測定用マイクロホン１６−１、１６−２を干渉させることなく接近して設置することができる。これによって、音響測定用に広く用いられているブリュエル・ケアー（Ｂ＆Ｋ）社製の１／４インチマイクロホンを用いても、音響管１１の長手方向のマイクロホン間距離ΔＭ２を狭小化でき、本例ではマイクロホン間距離ΔＭ２を１３ｍｍにしている。この場合、測定用マイクロホン１６−２から試験体１８までの距離は１４ｍｍ程度、音源スピーカ１３から測定用マイクロホン１６−２までの距離は６０ｍｍ程度になる。

上記音響管１１の両側面には、留め具１７−１、１７−２が設けられており、音響管１１から試験体１８を出し入れする際に、音響管１１を試験体１８の収容部（サンプルホルダ）近傍で分離可能に構成されている。

図１および図２に示したように、上記音響管１１における音源スピーカ１３近傍の内面１１ａは、音源スピーカ１３からの平面波を伝えるために滑らかに径を変化させた、例えばエクスポーネンシャルカーブになっている。また、試験体１８の背面には背後空気層１９を形成するための中空円筒状のスペーサリング２０が設けられ、このスペーサリング２０の背後に剛壁として働くスペーサ２１−１、２１−２が設けられている。上記スペーサリング２０とスペーサ２１−１、２１−２には種々の幅が用意されており、スペーサリング２０とスペーサ２１−１、２１−２をそれぞれ入れ換えたり、増減したりすることで上記試験体１８から剛壁（スペーサ２１−１）までの距離を調整可能になっている。

上記のような構成において、音源スピーカ１３から定常のランダム音波、例えばホワイトノイズを発生させ、音響管１１内を平面波として伝搬させて試験体１８に当てると、入射波は試験体１８を透過して剛壁２１−１で反射し、音響管１１内部に入射波と反射波の重ね合わせによって定在波干渉パターンが生ずる。

そして、上記測定用マイクロホン１６−１、１６−２で音響管１１の２点の音圧を計測し、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザに入力して複素音圧伝達関数を計算する。この伝達関数から周知の２点マイク法による音響インピーダンスの式を用いて、試験体１８前面の音響インピーダンスを求める。また、試験体１８後面の音響インピーダンスは解析的に算出できる。これらにより、試験体１８の特性インピーダンスと伝播定数を算出する。

上記のような構成によれば、音源スピーカ１３としてコンデンサマイクロホンを用い、音響管１１の内径φ２を細くしたうえで、マイクロホン間距離ΔＭ２を狭小化したので、一般的な音響管では測定不可能な高域まで音響特性の測定が可能となる。

また、音響管１１の内径φ２を細くすることで、径方向に波の分布が出なくなり、綺麗な平面波に近づくので、波長が短い高い周波数まで安定した計測が可能になる。しかも、音源スピーカ１３から試験体１８までの距離を近づけることができるので、低出力の音源でも測定に必要な音圧が得られる。これらにより一般的な音響管では測定不可能な１０ＫＨｚを超える高域まで安定した計測ができ、かつ超小型の音響特性測定装置を実現できる。上述した例では、音響管１１の内径φ２を１４ｍｍ、音響管１１の長手方向のマイクロホン間距離ΔＭ２を１３ｍｍとしているので、測定可能な周波数は約１２ＫＨｚとなる。

なお、上記実施例では音源スピーカ１３として１／４インチサイズのコンデンサマイクロホンを用いる場合を例に取って説明したが、１／２インチサイズのコンデンサマイクロホンを用いることもでき、ヘッドホン用等の他の小型スピーカを利用しても良い。

また、測定用マイクロホン１６−１、１６−２をＶ字型に配置する例を示したが、２つの測定用マイクロホン１６−１、１６−２の設置位置を音響管１１の周方向にずらして角度を付けて配置することで、測定用マイクロホンとマイクロホンホルダが互いに干渉しない角度であれば自由に設定できる。

さらに、音響管１１の内径φ２が１４ｍｍ、長手方向のマイクロホン間距離が１３ｍｍで、周波数が１２ＫＨｚ程度まで測定する装置を例に取って説明したが、音響管１１の内径φ２を１０ｍｍ、長手方向のマイクロホン間距離を７．６ｍｍにすることで、人間の可聴範囲の上限である２０ＫＨｚ程度の周波数まで測定可能である。本発明の作用効果が得られる好ましい音響管１１の内径φ２は１４ｍｍから５ｍｍ程度、好ましいマイクロホン間距離ΔＭ２は１３ｍｍから３ｍｍ程度である。音響管１１の内径φ２が５ｍｍ以下になると管の抵抗が大きくなってしまい、マイクロホン間距離ΔＭ２が３ｍｍ以下になると音圧差が小さく測定が困難になる。

さらにまた、試験体１８の背後に背後空気層１９を形成するために、スペーサリング２０とスペーサ２１−１、２１−２を用いる場合を例に取って説明したが、ピストンと剛壁で背後空気層を生成しても良いのはもちろんである。

以上実施例を用いて本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１ 音響管
２ 試験体
３ スピーカ
４ 剛壁
５ ピストン
６ 背後空気層
７−１、７−２ 測定用マイクロホン
１１ 音響管
１２ アダプタ
１３ 音源スピーカ
１５−１、１５−２ マイクロホンホルダ
１６−１、１６−２ 測定用マイクロホン
１７−１、１７−２ 留め具
１８ 試験体
１９ 背後空気層
２０ スペーサリング
２１−１、２１−２ スペーサ
ΔＭ１、ΔＭ２ マイクロホン間距離
φ１、φ２ 音響管の内径
Ｌ１、Ｌ２ 音響管の全長
ＡＸ 音響管の中心軸

Claims (4)

1. 測定対象の試験体（１８）を収容した音響管（１１）の一端に音源スピーカ（１３）を設け、前記音源スピーカ（１３）によって前記音響管（１１）内に平面波を励起し、２つの測定用マイクロホン（１６−１、１６−２）によって前記音源スピーカ（１３）と前記試験体（１８）との間の２点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この複素音圧伝達関数から音響特性を算出することが可能な音響特性測定装置であって、
   前記２つの測定用マイクロホン（１６−１、１６−２）の設置位置を前記音響管（１１）の周方向にずらして角度を付けて配置することで、前記音響管（１１）の長手方向のマイクロホン間距離（ΔＭ２）を近接させることを特徴とする音響特性測定装置。
2. 前記音源スピーカ（１３）は、コンデンサマイクロホンであることを特徴とする請求項１記載の音響特性測定装置。
3. 前記音響管（１１）の好ましい内径（φ２）は１４ｍｍから５ｍｍの範囲、前記音響管（１１）の好ましい長手方向のマイクロホン間距離（ΔＭ２）は１３ｍｍから３ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２記載の音響特性測定装置。
4. 前記音響管（１１）は、透明な材料からなることを特徴とする請求項１または３記載の音響特性測定装置。

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