JP5973102B1 - Propagation constant acquisition method, sound absorption coefficient calculation method, sound absorption coefficient evaluation device - Google Patents
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Abstract
【課題】容易かつ精度高く伝搬定数、吸音率を得ることが可能な伝搬定数の取得方法、吸音率の計算方法、及び吸音率評価装置を提供する。【解決手段】伝搬定数の取得方法は、軸線Acに沿って延びる測定チューブ3内の一端側に配置された音波発生源4から、他端側に配置された吸音材2に対して音波を照射し、吸音材2に当接するように軸線Ac方向に互いに離間して配置された複数のマイクロホン5を用いて、吸音材2の伝搬定数を取得する伝搬定数の取得方法であって、複数のマイクロホン5同士の間における音波の伝達関数を算出するステップと、伝達関数、及び複数のマイクロホン5同士の離間寸法の値に基づいて、(1)式により、吸音材2の伝搬定数を算出するステップと、を含む。[数1]なお、Lは前記マイクロホン同士の間の距離を表し、H12、H13は伝達関数をそれぞれ表す。【選択図】図1A method for obtaining a propagation constant, a method for calculating a sound absorption coefficient, and a sound absorption coefficient evaluation apparatus capable of obtaining a propagation constant and a sound absorption coefficient easily and accurately are provided. A propagation constant is obtained by irradiating a sound absorbing material 2 disposed on the other end side with a sound wave from a sound wave generating source 4 disposed on one end side in a measurement tube 3 extending along an axis Ac. And a propagation constant obtaining method for obtaining a propagation constant of the sound absorbing material 2 by using a plurality of microphones 5 that are spaced apart from each other in the axis Ac direction so as to contact the sound absorbing material 2. A step of calculating a transfer function of the sound wave between the five, a step of calculating a propagation constant of the sound absorbing material 2 by the equation (1) based on the transfer function and the value of the separation dimension between the plurality of microphones 5; ,including. [Expression 1] Note that L represents the distance between the microphones, and H12 and H13 represent transfer functions, respectively. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、伝搬定数の取得方法、吸音材の吸音率の計算方法、吸音率評価装置に関する。 The present invention relates to a method for obtaining a propagation constant, a method for calculating a sound absorption coefficient of a sound absorbing material, and a sound absorption coefficient evaluation apparatus.
例えばガスタービン建屋のように、内部に騒音発生源を収容する建物の壁面には、騒音の外部への漏洩を低減するために吸音材が設けられることが一般的である。このような吸音材としては、グラスウールやウレタン等、多孔質系の材料によって形成されたものが特に好適に用いられる。 For example, a sound absorbing material is generally provided on a wall surface of a building that houses a noise generation source, such as a gas turbine building, in order to reduce leakage of noise to the outside. As such a sound absorbing material, a material made of a porous material such as glass wool or urethane is particularly preferably used.
ここで、良好な騒音低減効果を得るためには、想定される騒音レベルに応じて吸音材の寸法(厚さ等)を適切に決定することはもとより、適切な性能を有する吸音材の種類を選定することが肝要となる。このような吸音材の性能を評価するための指標としては、吸音率が特に支配的である。 Here, in order to obtain a good noise reduction effect, not only the dimensions (thickness etc.) of the sound absorbing material are appropriately determined according to the assumed noise level, but also the type of sound absorbing material having an appropriate performance. It is important to select. As an index for evaluating the performance of such a sound absorbing material, the sound absorption rate is particularly dominant.
吸音材の吸音率を測定する方法としては、2マイクロホン法や、下記非特許文献1に記載されたBiot理論に基づく方法が広く知られている。
2マイクロホン法では、評価対象である吸音材を測定管の一端側に配置し、反対の他端側に音源を配置することで、これら吸音材及び音源の中途位置に設けられた2つのマイクロホンによって、入射される音波、及び反射される音波の間の減衰率が取得される。この減衰率に基づいて当該吸音材の吸音率が得られるとされている。
As a method for measuring the sound absorption coefficient of a sound absorbing material, a two-microphone method and a method based on Biot theory described in Non-Patent
In the two-microphone method, the sound absorbing material to be evaluated is placed on one end side of the measuring tube, and the sound source is placed on the other end side of the measuring tube, so that the sound absorbing material and the two microphones provided in the middle of the sound source are used. The attenuation rate between the incident sound wave and the reflected sound wave is obtained. It is said that the sound absorption coefficient of the sound absorbing material can be obtained based on this attenuation coefficient.
非特許文献1に記載された方法では、多孔質である吸音材が、弾性多孔質(固体部)、及びこの弾性多孔質中の空隙を流れる空気(流体部)の2つの要素を含むモデルとして定義される。Biot理論は、これら弾性多孔質と空気との相互作用によるエネルギー減衰に基づいて導出された弾性波伝搬理論に根差すものである。
In the method described in Non-Patent
しかしながら、上述の2マイクロホン法では、吸音材の厚さによって、得られる測定結果が異なるため、吸音材の寸法や形状が複数種類である場合、種類ごとに都度測定を行う必要がある。このため、寸法や形状等の影響を受けずに吸音率を測定することが可能な測定方法への要請が高まっていた。 However, in the above-described two-microphone method, the measurement results obtained differ depending on the thickness of the sound absorbing material. Therefore, when there are a plurality of types and sizes of the sound absorbing material, it is necessary to perform measurement for each type. For this reason, the request | requirement of the measuring method which can measure a sound absorption rate without being influenced by a dimension, a shape, etc. has increased.
一方で、上述のBiot理論に基づく吸音率の算出に際しては、特に多くの測定パラメータが必要とされる。測定パラメータの一例としては、流体部の実効密度、流体部の実効体積弾性率、固体部のヤング率、固体部のポアソン比、固体部及び流体部における気孔率が挙げられる。これらパラメータのうち、流体部の実効密度と実効体積弾性率は、直接測定することが特に難しいことが知られている。すなわち、これらパラメータの取得の困難さが、吸音率の正確な測定に対する障壁となっていた。 On the other hand, when calculating the sound absorption coefficient based on the above-mentioned Biot theory, many measurement parameters are particularly required. Examples of measurement parameters include the effective density of the fluid part, the effective bulk modulus of the fluid part, the Young's modulus of the solid part, the Poisson's ratio of the solid part, and the porosity of the solid part and the fluid part. Among these parameters, it is known that the effective density and effective bulk modulus of the fluid part are particularly difficult to directly measure. That is, the difficulty in obtaining these parameters has been a barrier to accurate measurement of the sound absorption coefficient.
さらに、このBiot理論を拡張したモデルとして、AllardらによるJohnson−Champoux−Allardモデルも提唱されている。この方法で必要とされるパラメータ(流体部の迷路度、粘性特性長、熱的特性長)の数は少ない一方で、その測定には、超音波やヘリウムガス等を用いた専用装置が必要となる点で、依然としてその測定には困難が伴う。 Furthermore, the Johnson-Champoux-Allard model by Allard et al. Has been proposed as a model that extends the Biot theory. While the number of parameters (maze degree of fluid part, viscosity characteristic length, thermal characteristic length) required by this method is small, a dedicated device using ultrasonic waves or helium gas is required for the measurement. In that respect, the measurement is still difficult.
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、容易かつ精度高く吸音率を測定することが可能な吸音率の測定方法、及び吸音率評価装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a sound absorption coefficient measurement method and a sound absorption coefficient evaluation apparatus that can easily and accurately measure the sound absorption coefficient.
本発明の第一の態様によれば、伝搬定数の取得方法は、軸線に沿って延びる測定チューブ内の一端側に配置された音波発生源から、他端側に配置された吸音材に対して音波を照射し、前記吸音材に当接するように軸線方向に互いに離間して配置された複数のマイクロホンを用いて、前記吸音材の伝搬定数を取得する伝搬定数の取得方法であって、前記複数のマイクロホン同士の間における音波の伝達関数を算出するステップと、前記伝達関数、及び前記複数のマイクロホン同士の離間寸法の値に基づいて、(1)式により、前記吸音材の伝搬定数を算出するステップと、を含む。なお、Lは前記マイクロホン同士の間の距離を表し、H12、H13は伝達関数をそれぞれ表す。
この方法によれば、マイクロホン同士の間における音波の伝達関数を求めることにより、吸音材の伝搬定数を容易に算出することができる。さらに、測定チューブ内における音波の伝達関数は、実際に吸音材の物性等を測定することなく、測定チューブ内における空気の圧力変動を記述する式に基づいて求めることができる。この圧力変動を記述する式は、マイクロホンへの音波の入力成分のみに基づいて得られる。すなわち、この方法によれば、測定チューブ、音波発生源、及びマイクロホンを用いるのみで、吸音材の内部における音波の伝搬定数を容易かつ正確に求めることができる。 According to this method, the propagation constant of the sound absorbing material can be easily calculated by obtaining the transfer function of the sound wave between the microphones. Furthermore, the transfer function of the sound wave in the measurement tube can be obtained based on an equation describing the pressure fluctuation of the air in the measurement tube without actually measuring the physical properties of the sound absorbing material. The expression describing this pressure fluctuation is obtained based only on the sound wave input component to the microphone. That is, according to this method, the propagation constant of the sound wave inside the sound absorbing material can be obtained easily and accurately only by using the measurement tube, the sound wave generation source, and the microphone.
本発明の第二の態様によれば、吸音材の吸音率の計算方法は、上記第一の態様に係る伝搬定数の取得方法に基づいて得られた前記伝搬定数に基づいて、(2)式により、前記吸音材の音響インピーダンスを算出するステップと、前記音響インピーダンスに基づいて、(3)式により、前記吸音材の吸音率を算出するステップと、を含む。
なお、Zは音響インピーダンス、ρは空気の密度、cは音速、σは吸音材の空隙率、λは伝搬定数、kは前記測定チューブ内の前記吸音材の存在しない領域における音波の波数、L0は前記吸音材の軸線方向における寸法、αは吸音率をそれぞれ表す。
Z is acoustic impedance, ρ is the density of air, c is the speed of sound, σ is the porosity of the sound absorbing material, λ is the propagation constant, k is the wave number of the sound wave in the region where the sound absorbing material is not present in the measurement tube, L 0 represents the dimension of the sound absorbing material in the axial direction, and α represents the sound absorption coefficient.
この方法によれば、上記第一の態様に係る方法によって得られた吸音材内部の伝搬定数に基づいて、(2)式により吸音材の音響インピーダンスを得ることができる。さらに、音響インピーダンスが求められたことで、空気の密度ρ、及び音速cに基づいて、吸音材の吸音率を(3)式のように算出することができる。 According to this method, the acoustic impedance of the sound absorbing material can be obtained from the equation (2) based on the propagation constant inside the sound absorbing material obtained by the method according to the first aspect. Furthermore, since the acoustic impedance has been obtained, the sound absorption coefficient of the sound absorbing material can be calculated as in equation (3) based on the air density ρ and the sound velocity c.
本発明の第三の態様によれば、吸音率評価装置は、軸線を中心とする管状の測定チューブと、前記測定チューブにおける軸線方向一方側に設けられ、該軸線方向の他方側に向けて音波を照射する音波発生源と、前記測定チューブにおける軸線方向他方側に設けられた吸音材と、前記吸音材に当接するとともに、軸線方向に間隔をあけて配列された複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンによって検出された音波に基づいて、請求項1に記載された伝搬定数の取得方法を実行することにより、前記吸音材の伝搬定数を算出する演算装置と、を備える。
According to the third aspect of the present invention, the sound absorption coefficient evaluation apparatus is provided on the tubular measurement tube centered on the axis and on one side in the axial direction of the measurement tube, and the sound wave is directed toward the other side in the axial direction. , A sound absorbing material provided on the other side in the axial direction of the measurement tube, a plurality of microphones that are in contact with the sound absorbing material and arranged at intervals in the axial direction, and the plurality of microphones An arithmetic device that calculates the propagation constant of the sound absorbing material by executing the propagation constant obtaining method according to
この構成によれば、測定チューブ、音波発生源、及びマイクロホンを用いるのみで、吸音材の内部における音波の伝搬定数を容易かつ正確に求めることができる。 According to this configuration, the propagation constant of the sound wave inside the sound absorbing material can be easily and accurately obtained by using only the measurement tube, the sound wave generation source, and the microphone.
本発明の第四の態様によれば、上記吸音率評価装置では、前記演算装置は、上記第二の態様に係る吸音材の吸音率の計算方法を実行することにより、前記吸音材の吸音率を算出してもよい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the sound absorption coefficient evaluation device, the computing device executes the calculation method of the sound absorption coefficient of the sound absorbing material according to the second embodiment, the sound absorption of the sound absorbing material The rate may be calculated.
この構成によれば、上記第三の態様に係る演算装置によって得られた伝搬定数に基づいて、吸音材の音響インピーダンスが算出される。この音響インピーダンスと、空気の密度ρ、及び音速cに基づいて、吸音材の吸音率を容易に算出することができる。 According to this configuration, the acoustic impedance of the sound absorbing material is calculated based on the propagation constant obtained by the arithmetic device according to the third aspect. Based on the acoustic impedance, the air density ρ, and the sound velocity c, the sound absorption coefficient of the sound absorbing material can be easily calculated.
本発明の第五の態様によれば、上記吸音率評価装置では、前記吸音材は、軸線方向に隣接する複数種類の吸音要素を有し、前記マイクロホンは、前記吸音要素ごとに複数個ずつ設けられ、前記演算装置は、前記吸音要素ごとに算出された前記伝搬定数を含む伝達マトリクスを互いに積算することで、前記吸音材としての前記伝搬定数を算出してもよい。 According to a fifth aspect of the present invention, in the sound absorption coefficient evaluation apparatus, the sound absorbing material has a plurality of types of sound absorbing elements adjacent in the axial direction, and a plurality of microphones are provided for each of the sound absorbing elements. The arithmetic unit may calculate the propagation constant as the sound absorbing material by integrating the transmission matrices including the propagation constant calculated for each of the sound absorbing elements.
この構成によれば、異なる種類の複数の吸音要素を有する吸音材について、容易にその伝搬定数を算出することができる。 According to this configuration, the propagation constant can be easily calculated for a sound absorbing material having a plurality of different types of sound absorbing elements.
本発明によれば、容易かつ精度高く伝搬定数、吸音率を得ることが可能な伝搬定数の取得方法、吸音率の計算方法、及び吸音率評価装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the acquisition method of the propagation constant which can obtain a propagation constant and a sound absorption factor easily and with high precision, the calculation method of a sound absorption factor, and a sound absorption coefficient evaluation apparatus can be provided.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態に係る吸音率評価装置1は、供試体としての吸音材2の吸音率を測定するための装置である。具体的には図1に示すように、この吸音率評価装置1は、測定チューブ3と、音波発生源4と、吸音材2と、複数のマイクロホン5と、演算装置6と、を備えている。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The sound absorption
測定チューブ3は、軸線Acに沿って延びるとともに、当該軸線Acを中心とする円管状をなしている。測定チューブ3の内径寸法は、軸線Ac方向にわたって同一とされている。すなわち、この測定チューブ3は直管状に形成されている。
The
音波発生源4は、測定チューブ3における軸線Ac方向の一端側に設けられることで、当該測定チューブ3内で軸線Ac方向他端側に向けて音波を発生する。音波発生源4と対向するようにして、測定チューブ3内の軸線Ac方向他端側には、吸音材2が設けられている。吸音材2は、測定チューブ3の軸線Ac方向他端側の面全体を埋めるようにして配置されている。
The sound
この吸音材2には、軸線Ac方向に等間隔をあけて配列された複数(3つ)のマイクロホン5が設けられている。より詳細には、これらのマイクロホン5は、吸音材2に当接するように設けられている。すなわち、吸音材2の内部を通過する音波が、これらマイクロホン5によって捕捉される。
The
演算装置6は、上記のマイクロホン5によって捕捉された音波の波形に基づいて、圧力変動に関する数式を生成した後、後述する演算を行うことで、吸音材2の伝搬定数、及び吸音率を算出する。
The
以下では、演算装置6が実行する計算について説明する。概略として図3に示すように、演算装置6では、複数のマイクロホン5にそれぞれ入力された波形に基づいて、各マイクロホン同士の間の伝達関数がはじめに算出される(ステップS1)。次いで、伝達関数から吸音材の伝搬定数が算出される(ステップS2)。続いて、演算装置6は音響インピーダンスを算出する(ステップS3)。最後に、この音響インピーダンスに基づいて、吸音率が算出される(ステップS4)。
Below, the calculation which the
まず、伝達関数を導出する過程について説明する。
図2に示すように、音波発生源4から音波が照射されている場合、測定チューブ3内部では内部に存在する空気の圧力変動が生じる。この圧力変動p(x、t)には、軸線Ac方向一方側から他方側(すなわち、音波発生源4から吸音材2)に向かう入射波p+(x、t)と、軸線Ac方向他方側から一方側(すなわち、吸音材2から音波発生源4)に向かう反射波p―(x、t)とが存在する(下記(1)式参照)。これら入射波、及び反射波は、吸音材2の内部では減衰しながら伝播する。なお、上記のxは、測定チューブ3内における軸線Ac方向の位置を表し、tは時間を表す。
As shown in FIG. 2, when a sound wave is irradiated from the sound
上記の(1)式に対して、時間tについてのフーリエ変換を施すことで、下記(2)式、及び(3)式が得られる。なお、ωは角周波数、iは虚数単位をそれぞれ表す。また、(1)式と(3)式において、右辺の各項は互いに対応している。すなわち、(3)式における右辺第一項は、入射波を表し、右辺第二項は、反射波をそれぞれ表している。
ここで、吸音材2の内部では、音波は減衰しながら伝播するため、音波の波数に相当する上記のλは、一般的に複素数となる。以下では、このλを複素波数と呼ぶが、より一般的にはλを音波の伝搬定数と呼ぶことがある。複素波数λの実数部は、音波の伝播速度に関連し、虚数部は、音波の減衰特性に関連する。また、(3)式におけるa(ω)、b(ω)は、いずれも音波の振幅に相当する。
Here, since the sound wave propagates while being attenuated inside the
次いで、上記(3)式について二階偏微分を行うことにより、下記の(4)式が得られる。
さらに、上記(4)式と、下記(5)式との関係から、下記(6)式が得られる。より具体的には、(4)式を(5)式で因数分解することによって、(6)式を得ることができる。ここで、(5)式は、流体の連続の式に基づいて得られるものであって、音波に関する質量保存則を意味している。特性が未知の吸音材2であっても、音波の挙動を考察する上で質量保存則は少なくとも成立すると考えられることから、測定チューブ3内においては(5)式が成立する。
Furthermore, from the relationship between the above equation (4) and the following equation (5), the following equation (6) is obtained. More specifically, equation (6) can be obtained by factoring equation (4) with equation (5). Here, the equation (5) is obtained based on the fluid continuity equation, and means the law of conservation of mass regarding sound waves. Even if the
この(5)式により、音波による空気の圧力変動と、粒子速度変動との関係が記述される。(6)式を、吸音材2が存在しない領域に適用する場合、理論的にはλ=kと仮定することができる。この場合、(6)式は、音波に関する運動量保存則を表す。
This equation (5) describes the relationship between air pressure fluctuations caused by sound waves and particle velocity fluctuations. When the expression (6) is applied to a region where the
なお、u^(x,ω)は、空気を粒子の集合体とみなした上で、その粒子速度変動を時間についてフーリエ変換することで得られる。ρは測定チューブ3内部を満たしている流体(空気)の密度、cは音速、kは吸音材2が存在しない領域を伝播する音波の波数k(=ω/c)を表す。
以上のようにして導出された(6)式と、上述の(3)式とに基づいて、下記(7)式が得られる。すなわち、上記の(5)式で示される関係を導入したことにより、(3)式から逆解法的に(7)式を導くことができる。言い換えれば、マイクロホン5に対する入力を表す(3)式から、吸音材2に関する物性パラメータの測定を何ら行うことなく、(7)式を導くことができる。
続いて、上記(7)式に基づいて、吸音材2の吸音率を算出・評価する方法について説明する。なお、ここでは、図2に示すようなモデルを前提とする。具体的には、吸音材2における軸線Ac方向一方側の端面(上流側端面7)と、軸線Ac方向他方側の端面(下流側端面8)とを定義し、これら上流側端面7と下流側端面8との間の距離をL0とする。
ここで、圧力変動を表す上記(3)式、及び粒子速度変動を表す上記(7)式から、係数a(ω)、b(ω)をそれぞれ消去することで、上流側端面7と下流側端面8とにおける圧力変動、及び粒子速度変動の関係式(伝達マトリクス)が導かれる(下記(8)式)。
Here, by eliminating the coefficients a (ω) and b (ω) from the equation (3) representing the pressure fluctuation and the equation (7) representing the particle velocity fluctuation, respectively, the
この(8)式に示される関係から、吸音材2の上流側端面7における音響インピーダンスZuが、下記(9)式として表される。
上記(9)式に示すように、上流側端面7における音響インピーダンスZUを求めるためには、吸音材2の下流側端面8における音響インピーダンスZDと、吸音材2の複素波数λとが必要となる。
ここで、下流側端面8の剛性が十分に高い場合には、その音響インピーダンスZDは無限大となる。したがって、上流側端面7における音響インピーダンスZUは、下記(10)式のように記述される。
Here, if the rigidity of the downstream end face 8 is sufficiently high, the acoustic impedance Z D is infinite. Thus, the acoustic impedance Z U at the upstream
なお、上記の音響インピーダンスZUは、吸音材2を内部から評価した場合の音響インピーダンスを表す。一方で、吸音率を吸音材2の外側から評価する場合には、吸音材2の空隙率σ(吸音材2内部で流体が占める体積比率)を考慮する必要がある。この空隙率σを用いることで、吸音材2の外部から評価した場合の音響インピーダンスZは、下記(11)式のように記述される。
続いて、吸音材2中における音波の複素波数λを求める方法について説明する。ここでは、図1に示すように、吸音材2に複数(3つ)のマイクロホン5が等間隔をあけて離間するように設けられた吸音率評価装置1が用いられる。なお、以降の説明では、3つのマイクロホン5のうち、中央に位置するマイクロホン5を第一マイクロホン51と呼び、この第一マイクロホン51よりも軸線Ac方向一方側(上流側)に位置するマイクロホン5を第二マイクロホン52と呼ぶ。さらに、第一マイクロホン51よりも軸線Ac方向他方側(下流側)に位置するマイクロホン5を第三マイクロホン53と呼ぶ。
Next, a method for obtaining the complex wave number λ of the sound wave in the
これらマイクロホン5は、互いに等間隔L(離間寸法L)ごとに配置されている。また、第一マイクロホン51の位置を基準として、第二マイクロホン52の軸線Ac方向位置を−Lとし、第三マイクロホン53の軸線Ac方向位置を+Lとする。
These microphones 5 are arranged at equal intervals L (separation dimension L). Further, with the position of the
吸音材2内部における圧力変動は、上述の(3)式のように記述されることから、上記3つのマイクロホン5(第一マイクロホン51、第二マイクロホン52、第三マイクロホン53)によって得られる圧力変動p^1、p^2、p^3は、下記(13)式のようにそれぞれ表すことができる。
さらに、第一マイクロホン51を基準とした場合の第二マイクロホン52の伝達関数をH12(=p2/p1)と表し、第一マイクロホン51を基準とした場合の第三マイクロホン53の伝達関数をH13(=p3/p1)と表す。この場合、これら伝達関数H12とH13との関係は、下記(14)式のように記述される。
この(14)式により、複素波数λ(伝搬定数)は、下記(15)式のように求められる。
以上により、上記(9)式における吸音材2の複素波数λと、吸音材2の下流側端面8における音響インピーダンスZDとが求められた。ここで、物質の音響インピーダンスと吸音率との関係は、一般的に下記(16)式によって与えられる。すなわち、上記の音響インピーダンスZの値に基づいて、吸音材2の吸音率αを求めることができる。
以上説明したように、本実施形態に係る方法、及び装置によれば、マイクロホン5同士の間における音波の伝達関数を求めることにより、吸音材2の伝搬定数を容易に算出することができる。さらに、測定チューブ3内における音波の伝達関数は、実際に吸音材2の物性等を測定することなく、測定チューブ3内における空気の圧力変動を記述する式に基づいて求めることができる。この圧力変動を記述する式は、マイクロホン5への音波の入力成分のみに基づいて得られる。すなわち、この方法によれば、測定チューブ3、音波発生源4、及びマイクロホン5を用いるのみで、吸音材2の内部における音波の伝搬定数を容易かつ正確に求めることができる。
As described above, according to the method and apparatus according to the present embodiment, the propagation constant of the
さらに、本実施形態に係る方法によれば、音波の伝達関数同士の関係に基づいて得られた伝搬定数に基づいて、上記(2)式により吸音材2の音響インピーダンスを得ることができる。さらに、音響インピーダンスが求められたことで、空気の密度ρ、及び音速cに基づいて、吸音材2の吸音率を(3)式を用いて容易に算出することができる。
Furthermore, according to the method according to the present embodiment, the acoustic impedance of the
一方で、従来提唱されている2マイクロホン法では、吸音材2の厚さによって、得られる測定結果が異なるため、吸音材2の寸法や形状が複数種類である場合、種類ごとに都度測定を行う必要がある。また、この他Biot理論に基づく吸音率の算出では、特に多くの測定パラメータが必要とされる。測定パラメータの一例としては、流体部の実効密度、流体部の実効体積弾性率、固体部のヤング率、固体部のポアソン比、固体部及び流体部における気孔率が挙げられる。これらパラメータのうち、流体部の実効密度と実効体積弾性率は、直接測定することが特に難しいことが知られている。
On the other hand, in the conventionally proposed two-microphone method, the measurement results obtained differ depending on the thickness of the
しかしながら、本実施形態に係る方法、及び装置によれば、上記のような複数のパラメータをそれぞれ計測することなく、容易かつ正確に伝搬定数、及び吸音率を得ることができる。 However, according to the method and apparatus according to the present embodiment, the propagation constant and the sound absorption coefficient can be obtained easily and accurately without measuring the plurality of parameters as described above.
[第二実施形態]
続いて、本発明の第二実施形態について、図4を参照して説明する。同図に示すように、本実施形態に係る吸音率評価装置9では、吸音材10が、軸線Ac方向に隣接する複数の吸音要素11によって形成されている。これら複数の吸音要素11は互いに種類(特性)が異なっている。これら複数の吸音要素11に対して、それぞれ複数(3つずつ)のマイクロホン5が設けられる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in the sound absorption
このような構成のもと、本実施形態に係る伝搬定数の取得方法、及び吸音率の計算方法では、図5に示す各ステップが実行される。まず、各吸音要素11における伝達マトリクスがそれぞれ導かれる(ステップS21)。これら各吸音要素11の伝達マトリクスを上記(17)式のように互いに積算する(ステップS22)。次いで、伝達関数から吸音材10の伝搬定数が算出される(ステップS23)。続いて、演算装置12は音響インピーダンスを算出する(ステップS24)。最後に、この音響インピーダンスに基づいて、吸音率が算出される(ステップS25)。
Under such a configuration, the steps shown in FIG. 5 are executed in the propagation constant acquisition method and the sound absorption coefficient calculation method according to the present embodiment. First, the transfer matrix in each
より具体的には、演算装置12では、以下のような計算が実行される。まず、上述の第一実施形態において説明した方法により、各吸音要素11に対応する伝達マトリクス(上記(8)式に相当)が導かれる。その後、演算装置12では、これら複数の吸音要素11ごとにおける伝達マトリクスの積算が行われる(下記(17)式)。
すなわち、各吸音要素11における伝達マトリクスを個別に評価し、これらの伝達マトリクスを互いに積算した後、上記の(15)式に相当する演算を行うことで、吸音材10全体としての伝搬定数を得ることができる。この伝搬定数に基づいて、上記(16)式により、吸音材10全体としての吸音率が導かれる。
That is, the transmission matrix in each
この構成によれば、異なる種類の複数の吸音要素11を有する吸音材10についても、容易にその伝搬定数を算出することができる。また、この伝搬定数に基づいて、吸音材10全体としての吸音率を容易かつ正確に算出することができる。
According to this configuration, the propagation constant can be easily calculated for the
以上、本発明の各実施形態について説明した。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいては、上記の各構成に種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の各実施形態では、1つの吸音材(又は1つの吸音要素)に対して、3つのマイクロホン5を設けた例について説明した。しかしながら、マイクロホン5の数は上記に限定されず、4つ、又は5つ以上であってもよい。マイクロホン5の数を増やすほど、取得される伝搬定数、及びこれに基づく吸音率の値の精度を高めることができる。
The embodiments of the present invention have been described above. However, various modifications can be made to each of the above configurations without departing from the gist of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, an example in which three microphones 5 are provided for one sound absorbing material (or one sound absorbing element) has been described. However, the number of microphones 5 is not limited to the above, and may be four or five or more. As the number of microphones 5 is increased, the accuracy of the acquired propagation constant and the value of the sound absorption rate based on the propagation constant can be increased.
1…吸音率評価装置
2…吸音材
3…測定チューブ
4…音波発生源
5…マイクロホン
6…演算装置
7…上流側端面
8…下流側端面
9…吸音率評価装置
10…吸音材
11…吸音要素
12…演算装置
51…第一マイクロホン
52…第二マイクロホン
53…第三マイクロホン
Ac…軸線
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記複数のマイクロホン同士の間における音波の伝達関数を算出するステップと、
前記伝達関数、及び前記複数のマイクロホン同士の離間寸法の値に基づいて、(1)式により、前記吸音材の伝搬定数を算出するステップと、
を含む伝搬定数の取得方法。
なお、Lは前記マイクロホン同士の間の距離を表し、H12、H13は伝達関数をそれぞれ表す。
Calculating a sound wave transfer function between the plurality of microphones;
Calculating a propagation constant of the sound-absorbing material according to the equation (1) based on the transfer function and the value of the spacing between the plurality of microphones;
To obtain a propagation constant containing.
Note that L represents the distance between the microphones, and H12 and H13 represent transfer functions, respectively.
前記音響インピーダンスに基づいて、(3)式により、前記吸音材の吸音率を算出するステップと、
を含む吸音材の吸音率の計算方法。
なお、Zは音響インピーダンス、ρは空気の密度、cは音速、σは吸音材の空隙率、λは伝搬定数、kは前記測定チューブ内の前記吸音材の存在しない領域における音波の波数、L0は前記吸音材の軸線方向における寸法、αは吸音率をそれぞれ表す。
A step of calculating a sound absorption rate of the sound absorbing material according to the equation (3) based on the acoustic impedance;
Of calculating sound absorption coefficient of sound absorbing material including
Here, Z is acoustic impedance, ρ is the density of air, c is the speed of sound, σ is the porosity of the sound absorbing material, λ is the propagation constant, k is the wave number of the sound wave in the region where the sound absorbing material is not present in the measurement tube, L0 Represents the dimension of the sound absorbing material in the axial direction, and α represents the sound absorption coefficient.
前記測定チューブにおける軸線方向一方側に設けられ、該軸線方向の他方側に向けて音波を照射する音波発生源と、
前記測定チューブにおける軸線方向他方側に設けられた吸音材と、
前記吸音材に当接するとともに、軸線方向に間隔をあけて配列された複数のマイクロホンと、
前記複数のマイクロホンによって検出された音波に基づいて、請求項1に記載された伝搬定数の取得方法を実行することにより、前記吸音材の伝搬定数を算出する演算装置と、を備える吸音率評価装置。 A tubular measuring tube centered on the axis;
A sound wave source that is provided on one side in the axial direction of the measurement tube and that emits sound waves toward the other side in the axial direction;
A sound absorbing material provided on the other side in the axial direction of the measurement tube;
A plurality of microphones that are in contact with the sound absorbing material and are arranged at intervals in the axial direction;
A sound absorption coefficient evaluation apparatus comprising: an arithmetic unit that calculates a propagation constant of the sound absorbing material by executing the propagation constant acquisition method according to claim 1 based on sound waves detected by the plurality of microphones. .
前記マイクロホンは、前記吸音要素ごとに複数個ずつ設けられ、
前記演算装置は、前記吸音要素ごとに算出された前記伝搬定数を含む伝達マトリクスを互いに積算することで、前記吸音材としての前記伝搬定数を算出する請求項3又は4に記載の吸音率評価装置。 The sound absorbing material has a plurality of types of sound absorbing elements adjacent in the axial direction,
A plurality of the microphones are provided for each of the sound absorbing elements,
5. The sound absorption coefficient evaluation device according to claim 3, wherein the arithmetic device calculates the propagation constant as the sound absorbing material by mutually integrating a transmission matrix including the propagation constant calculated for each of the sound absorbing elements. .
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107907595A (en) * | 2017-12-28 | 2018-04-13 | 吉林大学 | Sound wave oblique incidence material acoustic absorptivity and sound insulation measuring device and its measuring method |
CN113418985A (en) * | 2021-06-04 | 2021-09-21 | 中国科学院声学研究所 | On-site sound absorption coefficient measuring device and method based on vector microphone |
CN113740438A (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 比亚迪股份有限公司 | Acoustic coefficient testing device and method |
CN114894905A (en) * | 2022-07-15 | 2022-08-12 | 镇江贝斯特新材料股份有限公司 | Method, system, storage medium and device for testing acoustic performance of material |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7169577B2 (en) * | 2018-02-28 | 2022-11-11 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | LEAK DETECTION METHOD AND LEAK DETECTION DEVICE |
JP7403754B2 (en) | 2019-02-15 | 2023-12-25 | 岡山県 | Vertical incidence sound absorption coefficient measurement device and vertical incidence sound absorption coefficient measurement method |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07333053A (en) * | 1994-06-14 | 1995-12-22 | Ono Sokki Co Ltd | Method and apparatus for measuring sound absorption performance |
JP2008064042A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Kyoto Univ | Noise reducing structure and method |
JP2010091399A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Yamaha Corp | Acoustic characteristic measuring device and method of measuring acoustic characteristic |
JP2015152583A (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | 東洋ゴム工業株式会社 | System and method for evaluating noise reduction device performance |
-
2016
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07333053A (en) * | 1994-06-14 | 1995-12-22 | Ono Sokki Co Ltd | Method and apparatus for measuring sound absorption performance |
JP2008064042A (en) * | 2006-09-08 | 2008-03-21 | Kyoto Univ | Noise reducing structure and method |
JP2010091399A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Yamaha Corp | Acoustic characteristic measuring device and method of measuring acoustic characteristic |
JP2015152583A (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-24 | 東洋ゴム工業株式会社 | System and method for evaluating noise reduction device performance |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107907595A (en) * | 2017-12-28 | 2018-04-13 | 吉林大学 | Sound wave oblique incidence material acoustic absorptivity and sound insulation measuring device and its measuring method |
CN113740438A (en) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 比亚迪股份有限公司 | Acoustic coefficient testing device and method |
CN113740438B (en) * | 2020-05-27 | 2022-08-09 | 比亚迪股份有限公司 | Acoustic coefficient testing device and method |
CN113418985A (en) * | 2021-06-04 | 2021-09-21 | 中国科学院声学研究所 | On-site sound absorption coefficient measuring device and method based on vector microphone |
CN114894905A (en) * | 2022-07-15 | 2022-08-12 | 镇江贝斯特新材料股份有限公司 | Method, system, storage medium and device for testing acoustic performance of material |
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