JP7147404B2 - 計測装置、計測方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
まず、本発明の第1の実施形態に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の計測装置は、騒音測定対象物(測定対象物とも呼ぶ)の方向から集音される音波をサンプリングし、サンプリングしたデータの分析結果に基づいて特定周波数の音波を生成する(波形生成段階とも呼ぶ)。本実施形態の計測装置は、生成した特定周波数の音波を測定対象物に向けて出力し、測定対象物の方向から集音される特定周波数の音波を集音し、特定周波数の音波の減衰率に基づいて測定対象物との距離を計測する(距離計算段階とも呼ぶ)。
図1は、本実施形態の計測装置1の構成の一例を示すブロック図である。図1のように、計測装置1は、マイクロホン11、音量計測部12、FFT分析部13、第1周波数抽出部14、波形生成部15、距離算出部16、スピーカ17、および表示部18を備える。FFT分析部13、第1周波数抽出部14、波形生成部15、および距離算出部16は、距離計測装置10(計測装置とも呼ぶ)を構成する。距離計測装置10は、マイクロホン11、音量計測部12、スピーカ17、および表示部18と接続されてさえいれば、それらの構成とは独立した構成としてもよい。
Lp=10×log10(p2/p0 2)=20×log10(p/p0)・・・(1)
FFT分析部13は、可聴周波数帯域の音波をマイクロホン11から一定時間サンプリングする。FFT分析部13は、サンプリングした音波を高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier transform)分析する。FFT分析部13は、サンプリングした音波をFFT分析することによって周波数スペクトルの時系列データを生成する。FFT分析部13は、生成した周波数スペクトルの時系列データをFFT分析結果として第1周波数抽出部14に出力する。
(所定値)=0.10×(出力値)・・・(2)
図3は、第1周波数抽出部14が抽出する第1周波数f1について説明するための概念図である。図3の例では、第1周波数抽出部14は、周波数fと分散VLとの相関関係を用いて、分散VLが最小となる第1周波数f1を抽出する。
次に、計測装置1の動作について図面を参照しながら説明する。以下においては、計測装置1の動作の概略について説明してから、いくつかの動作の詳細について説明する。
図7は、距離計測に用いる音波を生成する波形生成処理(図6のステップS12)について説明するためのフローチャートである。
図8は、測定対象物との距離を計測する距離計測処理(図6のステップS13)について説明するためのフローチャートである。
図9は、騒音値を計測する騒音値計測処理(図6のステップS16)について説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の第2の実施形態に係る計測装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態の計測装置は、設備が発する騒音環境下で一定時間あたりの音圧レベルの最大値が所定値より小さい周波数(第2周波数とも呼ぶ)を抽出する。本実施形態の計測装置は、抽出した第2周波数の音波を騒音測定対象物に向けて出力し、戻ってきた同周波数の音波を集音する。本実施形態の計測装置は、同周波数音波の出力時刻と検出時刻との差分から遅延時間を求め、その遅延時間から測定対象物と計測装置との距離を算出する。
図10は、本実施形態の計測装置2の構成の一例を示すブロック図である。図10のように、計測装置2は、マイクロホン21、音量計測部22、FFT分析部23、第2周波数抽出部24、波形生成部25、距離算出部26、スピーカ27、および表示部28を備える。FFT分析部23、第2周波数抽出部24、波形生成部25、および距離算出部26は、距離計測装置20(計測装置とも呼ぶ)を構成する。距離計測装置20は、マイクロホン21、音量計測部22、スピーカ27、および表示部28と接続されてさえいれば、それらの構成とは独立した構成としてもよい。マイクロホン21、音量計測部22、FFT分析部23、スピーカ27、および表示部28は、第1の実施形態の計測装置1の対応する構成と同様である。そのため、以下においては、第1の実施形態の計測装置1とは異なる第2周波数抽出部24、波形生成部25、および距離算出部26について主に説明する。
(最大値)≦(検出レベル)/(安全率)=(出力値)/6・・・(3)
第2周波数抽出部24は、少なくとも波形生成段階において、抽出した第2周波数f2を波形生成部25に出力する。なお、第2周波数抽出部24は、必要であれば、距離計算段階において第2周波数f2を波形生成部25に出力してもよい。
L=(T2-T1)×v・・・(4)
以上が、本実施形態の計測装置2の構成についての説明である。なお、図10に示す計測装置2は一例であって、本実施形態の計測装置2の構成を限定するものではない。
次に、計測装置2の動作について図面を参照しながら説明する。計測装置2の動作の概略は、第1の実施形態の計測装置1の動作の概略(図6)と同様である。計測装置2の動作は、波形生成処理(図6のステップS12)距離計測処理(図6のステップS13)の内容が第1の実施形態の計測装置1とは異なり、その他の動作については第1の実施形態と同様である。そのため、以下においては、波形生成処理および距離計測処理についての詳細を説明する。
図11は、距離計測に用いる音波を生成する波形生成処理(図6のステップS12)について説明するためのフローチャートである。
図12は、測定対象物との距離を計測する処理(図6のステップS13に対応)について説明するためのフローチャートである。
次に、本発明の第3の実施形態に係る距離計測装置(計測装置とも呼ぶ)について図面を参照しながら説明する。本実施形態の距離計測装置は、第1および第2の実施形態の計測装置が有する距離計測装置を上位概念化したものである。
ここで、本発明の各実施形態に係る距離計測装置の処理を実行するハードウェア構成について、図14の情報処理装置90を一例として挙げて説明する。なお、図14の情報処理装置90は、各実施形態の距離計測装置の処理を実行するための構成例であって、本発明の範囲を限定するものではない。
10、20、30 距離計測装置
11、21、31 マイクロホン
12、22 音量計測部
13、23 FFT分析部
14 第1周波数抽出部
15、25、35 波形生成部
16、26、36 距離算出部
17、27、37 スピーカ
18、28、38 表示部
24 第2周波数抽出部
33 分析部
34 周波数抽出部
Claims (10)
- 測定対象物に向けてスピーカから出力される音波の反射波をマイクロホンで集音して前記測定対象物との距離を計測する距離計測装置であって、
前記マイクロホンによって集音される可聴周波数帯域の音波を一定時間サンプリングし、サンプリングした音波を高速フーリエ変換処理を用いて分析することによって周波数スペクトルの時系列データを生成する分析手段と、
前記分析手段によって生成される前記周波数スペクトルの時系列データを用いて各周波数の音圧レベルの代表値を計算し、算出した前記代表値の値に基づいて計測周波数を抽出する周波数抽出手段と、
前記周波数抽出手段によって抽出される前記計測周波数の音波の音波情報を生成し、生成した前記計測周波数の音波の音波情報を前記スピーカに出力する波形生成手段と、
前記波形生成手段によって生成される前記計測周波数の音波の音波情報を取得するとともに、前記スピーカから出力された前記計測周波数の音波の反射波の音波情報を取得し、取得した前記計測周波数の音波の反射波の音波情報と前記計測周波数の音波の音波情報とを用いて前記測定対象物との距離を算出する距離算出手段とを備える計測装置。 - 前記周波数抽出手段は、
前記分析手段によって生成される前記周波数スペクトルの時系列データを用いて各周波数の音圧レベルの分散を前記代表値として計算し、距離計測の測定精度と前記スピーカの出力値とによって定まる所定値よりも分散が小さい第1周波数を前記計測周波数として抽出し、抽出した前記第1周波数を前記波形生成手段に出力し、
前記波形生成手段は、
前記周波数抽出手段によって抽出される前記第1周波数の音波の音圧レベルを含む音波情報を生成し、生成した前記第1周波数の音波の音波情報を前記スピーカに出力するとともに、前記スピーカから出力される前記第1周波数の音波の音圧レベルを前記距離算出手段に出力し、
前記距離算出手段は、
前記スピーカから出力される前記第1周波数の音波の音圧レベルを記録し、前記スピーカから出力された前記第1周波数の音波の反射波の音圧レベルを取得し、前記第1周波数の音波の反射波の音圧レベルを前記第1周波数の音波の音圧レベルで除算することによって減衰率を計算し、予め求めておいた前記減衰率と距離との相関関係を用いて前記測定対象物との距離を算出する請求項1に記載の計測装置。 - 前記周波数抽出手段は、
前記分析手段によって生成される前記周波数スペクトルの時系列データを用いて各周波数の音圧レベルの最大値を前記代表値として計算し、算出した最大値が所定値よりも小さい第2周波数を前記計測周波数として抽出し、抽出した前記第2周波数を前記波形生成手段に出力し、
前記波形生成手段は、
前記周波数抽出手段によって抽出される前記第2周波数の音波の音圧レベルを含む音波情報を生成し、生成した前記第2周波数の音波の音波情報を前記スピーカに出力するとともに、前記スピーカから前記第2周波数の音波の音圧レベルが出力された出力時刻を前記距離算出手段に出力し、
前記距離算出手段は、
前記スピーカから前記第2周波数の音波の音圧レベルが出力された前記出力時刻を記録し、前記スピーカから出力された前記第2周波数の音波の反射波が前記マイクロホンによって検出された検出時刻を取得し、前記検出時刻から前記出力時刻を減算した値と音速とを積算することによって前記測定対象物との距離を算出する請求項1に記載の計測装置。 - 前記周波数抽出手段は、
前記スピーカの出力値と、前記マイクロホンが検出する音波の音圧レベルと、安全率とによって定まる値を前記所定値として用いる請求項3に記載の計測装置。 - 前記距離算出手段によって算出される距離を表示する表示手段を備える請求項1乃至4のいずれか一項に記載の計測装置。
- 前記マイクロホンによって集音される音波の音量を計測する音量計測手段を備える請求項1乃至5のいずれか一項に記載の計測装置。
- 前記マイクロホンによって集音される音波の音量を計測する音量計測手段と、
前記距離算出手段によって算出される距離と、前記音量計測手段によって計測される音量とを表示する表示手段を備える請求項1乃至4のいずれか一項に記載の計測装置。 - 可聴周波数帯域の音波を集音する前記マイクロホンと、
前記波形生成手段によって出力される前記計測周波数の音波の音波情報に基づいた音波を出力する前記スピーカとを備える請求項1乃至7のいずれか一項に記載の計測装置。 - 測定対象物に向けてスピーカから出力される音波の反射波をマイクロホンで集音して前記測定対象物との距離を計測する計測方法であって、
情報処理装置が、
前記マイクロホンによって集音される可聴周波数帯域の音波を一定時間サンプリングし、
サンプリングした音波を高速フーリエ変換処理を用いて分析することによって周波数スペクトルの時系列データを生成し、
生成した前記周波数スペクトルの時系列データを用いて各周波数の音圧レベルの代表値を計算し、
算出した前記代表値の値に基づいて計測周波数を抽出し、
抽出した前記計測周波数の音波の音波情報を生成し、
生成した前記計測周波数の音波の音波情報を前記スピーカに出力し、
前記スピーカから出力された前記計測周波数の音波の反射波の音波情報を取得し、
取得した前記計測周波数の音波の反射波の音波情報と前記計測周波数の音波の音波情報とを用いて測定対象物との距離を算出する計測方法。 - 測定対象物に向けてスピーカから出力される音波の反射波をマイクロホンで集音して前記測定対象物との距離を計測するプログラムであって、
前記マイクロホンによって集音される可聴周波数帯域の音波を一定時間サンプリングする処理と、
サンプリングした音波を高速フーリエ変換処理を用いて分析することによって周波数スペクトルの時系列データを生成する処理と、
生成した前記周波数スペクトルの時系列データを用いて各周波数の音圧レベルの代表値を計算する処理と、
算出した前記代表値の値に基づいて計測周波数を抽出する処理と、
抽出した前記計測周波数の音波の音波情報を生成する処理と、
生成した前記計測周波数の音波の音波情報を前記スピーカに出力する処理と、
前記スピーカから出力された前記計測周波数の音波の反射波の音波情報を取得する処理と、
取得した前記計測周波数の音波の反射波の音波情報と前記計測周波数の音波の音波情報とを用いて測定対象物との距離を算出する処理とをコンピュータに実行させるプログラム。
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