JP7502988B2 - 音源探査方法 - Google Patents

Description

本発明は音源探査方法に関する。

多数のマイクロホンが平面上で縦横に並んだマイクロホンアレイが知られている。回転しているタイヤから発生する騒音の音圧を、上記のマイクロホンアレイを構成する多数のマイクロホンで測定し、測定されたデータに対して音響ホログラフィの処理を行い、タイヤの接地部分を含む面（音源面）における音圧分布を求める方法が知られている（例えば特許文献１参照）。求まった音圧分布における音圧の大きい位置が騒音の音源として特定される。

特許第５０８９２５３号公報

ところで、測定面及び音源面の近くには、タイヤ表面及び路面という音の反射面が存在する。しかし、マイクロホンアレイの場所（測定面）での測定結果に基づき、音響ホログラフィを用いて音源面における音圧分布を求める従来の方法は、音の反射面のない自由音場での音の伝達を前提とした方法であった。そのため、従来の方法で求まる音圧分布は、タイヤ表面及び路面での音の反射が反映されていないものであり、精度に改善の余地があった。

本発明は以上の実情に鑑みてなされたものであり、タイヤから発生する騒音の音源を精度良く特定することができる音源探査方法を提供することを課題とする。

実施形態の音源探査方法は、路面モデル、前記路面モデルに接地するタイヤモデル、前記タイヤモデルが転動したときに発生する音の複数の音源点、及び前記の音の複数の測定点を設定して音響解析を行い、前記音源点から前記測定点への音の周波数応答関数を求めるステップと、実際のタイヤの転動時の音を前記測定点の位置で実測するステップと、前記測定点の位置で実測された音と前記周波数応答関数とに基づき、複数の前記音源点での音についての分布を求めるステップと、を含むことを特徴とする。

本実施形態の音源探査方法によれば、タイヤから発生する騒音の音源を精度良く特定することができる。

音響試験の様子をタイヤ軸方向から見た図。 音響試験の様子を図１の矢印Ａ方向から見た図。 音源探査装置の構成を示す図。 マイクロホンによる測定位置を示す図。 音源探査方法のフローチャート。 音圧の測定のフローチャート。 音響解析のフローチャート。 音響解析用タイヤモデルの接地面を下から見た図。メッシュは図示省略されている。 音響解析用タイヤモデルと音響解析用ドラムモデルの接地部をマイクロホン側から見た図。メッシュは図示省略されている。 音源点での体積速度の分布を示す図。 変更例の音源探査装置の構成を示す図。 マイクロホンアレイを示す図。 変更例の音響試験の様子をタイヤ軸方向から見た図。

実施形態について図面に基づき説明する。なお、以下で説明する実施形態は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更されたものについては、本発明の範囲に含まれるものとする。

１．音源探査装置の構成
図１～図３に本実施形態の音源探査装置１０を示す。音源探査装置１０は、タイヤＴを転動させるためのドラムＤと、ドラムＤが接続されたドラム制御装置１２と、タイヤＴからの音の音圧を測定する２つのマイクロホン１７、１８と、マイクロホン１７、１８が接続された音響測定装置１３と、マイクロホン１７、１８の一方である移動マイクロホン１７を保持して移動させる移動制御装置１９と、音響測定装置１３に接続されたコンピュータ１４と、コンピュータ１４に接続された入力装置１５と、コンピュータ１４に接続された出力装置１６と、音響測定装置１３に接続されたレファレンス信号装置１１とを有している。

音源探査装置１０のうち少なくともドラムＤ及びマイクロホン１７、１８は、音の測定に適した環境、例えば無響室や半無響室に配置されている。その環境下で、ドラムＤ及びタイヤＴを回転させたときに発生する騒音をマイクロホン１７、１８で測定する音響試験が行われる。

図１及び図２に示すように、ドラムＤは円筒状であり、その外周面Ｄ１にタイヤＴが接触する。図示省略するが、タイヤＴをドラムＤの外周面Ｄ１に所定の大きさの力で押し付けるための荷重負荷装置が、タイヤＴの回転軸Ｓに対して設けられている。ドラムＤの外周面Ｄ１は滑らかであり、外周面Ｄ１に微小な多数の凹凸が存在する場合でも、凸部とその隣の凹部との高低差が１ｍｍ以下であることが好ましい。そのような外周面Ｄ１としてセーフティーウォーク又はスチール路面が挙げられる。

ドラムＤの回転の開始、回転の終了及び回転速度の変更は、ドラム制御装置１２によって行われる。ドラム制御装置１２はコンピュータ１４に接続されており、コンピュータ１４からの指示に基づきドラムＤの回転を制御する。図１及び図２では省略するがタイヤＴのトレッド部には多数の溝が形成されている。タイヤＴがドラムＤに接触（接地）している状態でドラムＤが回転すると、ドラムＤの回転方向と反対方向にタイヤＴが転動し、タイヤＴの接地部分Ｇから騒音が発生する。

タイヤＴの接地部分Ｇから発生した騒音の音圧を測定する機器として、移動可能な１つの移動マイクロホン１７と、位置が固定されている１つのレファレンスマイクロホン１８とが設けられている。これらのマイクロホン１７、１８の測定データは、音響測定装置１３によって収集されてコンピュータ１４へ送られる。

移動マイクロホン１７としては、先端の測定部が小さなものが使用される。例えば、移動マイクロホン１７は、先端の測定部の直径が例えば０．８ｍｍ～１．２ｍｍのプローブマイクロホン、１／２、１／４もしくは１／８インチマイクロホン（すなわち先端の測定部の直径が１／２、１／４もしくは１／８インチのマイクロホン）、又はＭＥＭＳ（Micro-Electrical-Mechanical Systems）マイクロホンである。

移動マイクロホン１７は、その先端の測定部がタイヤＴのドラムＤへの接地部分Ｇに接近するように配置される。移動マイクロホン１７の先端の測定部の位置は、接地部分ＧにおけるタイヤＴの接線方向（図１の左右方向）へ、タイヤＴの接地部分Ｇから２５ｍｍ～１００ｍｍ離れた位置であることが好ましい。

移動マイクロホン１７は、タイヤＴの前又は後ろの場所に配置される。移動マイクロホン１７のさらに好ましい配置場所は、図１に示すようなタイヤＴの前又は後ろにおけるタイヤＴの下の場所（言い換えれば、タイヤＴの前又は後ろで、かつ、タイヤＴのトレッド面Ｔ１とドラムＤの外周面Ｄ１とに挟まれた場所）である。

移動マイクロホン１７は移動制御装置１９の保持部（不図示）によって保持されており、移動制御装置１９の制御によって移動させられる。移動制御装置１９は例えばロボットである。移動制御装置１９はコンピュータ１４に接続されており、コンピュータ１４からの指示に基づき移動マイクロホン１７の移動を制御する。

移動マイクロホン１７の先端の測定部は所定の面積を有する平面上を移動する。この平面が移動マイクロホン１７による音圧の測定面２０である（図２参照）。測定面２０は、例えば、タイヤＴの接地部分Ｇから発生する騒音の進行方向に対して垂直な平面であり、移動マイクロホン１７がタイヤＴの前又は後ろに配置される場合はタイヤＴの前後方向に垂直な平面である。

図４に移動マイクロホン１７による測定面２０を拡大して示す。図４には、移動マイクロホン１７の移動可能経路が破線の直線で、停止位置が実線の丸で示されている。移動可能経路は格子（好ましくは図４のように正方形を形成する格子）を描き、停止位置は上下左右に周期的に並んでいる。停止位置は上下方向にも左右方向にも複数ある。

移動マイクロホン１７は、図４に示されている全ての停止位置で停止するが、そのための移動の順路は限定されない。一例としては、図４に矢印で示すように、移動マイクロホン１７は１番上の列の移動経路を右に移動し、上から２番目の列の移動経路を左に移動し、上から３番目の列の移動経路を右に移動し、上から４番目の列の移動経路を左に移動し、それらの移動中に全ての停止位置で停止する。

移動マイクロホン１７は各停止位置で停止している間に音圧の測定を行う。つまり図４に実線の丸で示されている停止位置は、音圧の測定位置でもある。図４における一番外側の測定位置及び移動可能経路で囲まれている長方形の部分を測定面２０とする。

上下左右に隣り合う測定位置（すなわち移動マイクロホン１７の停止位置）の間の距離Ｌは、１ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましく、４ｍｍ～５ｍｍであることがさらに好ましい。以上のような移動マイクロホン１７の移動経路及び停止位置は音源探査装置１０においてあらかじめ設定されている。

レファレンスマイクロホン１８が固定される位置は、限定されないが、例えば測定面２０の上下方向の中央の位置である。また、レファレンスマイクロホン１８の左右方向の位置は、限定されないが、例えば測定面２０の範囲内、又は図４に示すように測定面２０の左右いずれかの端部から外側へ間隔Ｌの範囲内の位置である。

レファレンスマイクロホン１８としては様々なマイクロホンが適用可能だが、例えば１／２、１／４又は１／８インチマイクロホンが使用される。

前記のレファレンス信号装置１１は、例えば、図２に示すようにタイヤＴの回転軸Ｓに設けられたロータリーエンコーダである。タイヤＴ及びその回転軸Ｓが回転すると、回転軸Ｓの回転角度に応じたパルス信号がこのロータリーエンコーダから発生しコンピュータ１４へ送られる。例えば、タイヤＴ及びその回転軸Ｓが１周すなわち３６０°回転するたびにパルス信号が１回発生する。

このパルス信号は、移動マイクロホン１７による音圧の測定の開始と終了のためのレファレンス信号として使用される。そのために、移動マイクロホン１７による測定の開始とパルス信号との関係、及び移動マイクロホン１７による測定の終了とパルス信号との関係が、あらかじめ設定されている。例えば、移動マイクロホン１７が新しい測定位置に移動してから所定回目（例えば１回目）のパルス信号が測定開始のレファレンス信号として設定され、移動マイクロホン１７が新しい測定位置に移動してから別の所定回目（例えば２回目や３回目）のパルス信号が測定終了のレファレンス信号として設定されている。

このような関係が設定されているため、各測定位置において、測定開始のレファレンス信号（パルス信号）が発せられてから測定終了のレファレンス信号（パルス信号）が発せられるまでの間、移動マイクロホン１７が測定を行うこととなる。そのため、全ての測定位置においてタイヤＴの同じ回転数の間、音圧の測定を行うことができ、各測定位置での移動マイクロホン１７による測定条件を合わせることができる。

音響測定装置１３は、移動マイクロホン１７による測定データ及びレファレンスマイクロホン１８による測定データを収集し、コンピュータ１４へ送る。音響測定装置１３では、移動マイクロホン１７による各測定位置での測定データと、移動マイクロホン１７による各測定位置での測定と同時にレファレンスマイクロホン１８により測定された測定データとが紐付けされる。そして、その紐付けされたデータがコンピュータ１４へ送られる。

コンピュータ１４は、処理装置及び記憶装置を有しており、記憶装置に記憶されているプログラムを処理装置が読み込んで実行することにより、音圧データ取得部３１、装置制御部３２、体積速度分布作成部３３及び音響解析部４０を有する装置として機能する。

装置制御部３２は、移動制御装置１９及びドラム制御装置１２の制御を行う。

また、音圧データ取得部３１は、音響測定装置１３から、移動マイクロホン１７による各測定位置での測定データ及びそれと紐付けされたレファレンスマイクロホン１８による測定データを取得する。

また、音響解析部４０は、上記の音響試験を再現するモデルを用いて音響解析を行う。音響解析部４０は、要素分割され節点を有するモデルを用いた数値解析手法、具体例としては有限要素解析又は境界要素解析により、モデルに設定された音源点からモデルに設定された測定点までの音に関する伝達を解析する。

図３に示すように、音響解析部４０は、接地解析部４１、音響解析モデル取得部４２、音源設定部４３、測定点設定部４４、周波数応答関数算出部４５を有している。

接地解析部４１は、上記のタイヤＴ及びドラムＤについての有限要素モデルを用いて、タイヤＴがドラムＤに押し付けられたときの接地面の形状やタイヤＴの変形形状を求める。

音響解析モデル取得部４２は、上記のタイヤＴ及びドラムＤについての音響解析用のモデル（例えば、有限要素解析を行う場合は有限要素モデル）を取得する。また、音源設定部４３により、上記のタイヤＴの接地部分Ｇ近傍に相当する位置に、音響解析における複数の音源点が設定される。また、測定点設定部４４により、上記の音響試験における移動マイクロホン１７の測定位置に相当する位置に、音響解析における複数の測定点が設定される。

周波数応答関数算出部４５は、音響解析モデル取得部４２の取得したモデルを用いて、音源設定部４３により設定された音源点から、測定点設定部４４により設定された測定点までの音の伝達について解析し、周波数応答関数を算出する。

体積速度分布作成部３３は、音圧データ取得部３１が取得した測定面２０での測定データと、音響解析部４０の周波数応答関数算出部４５が算出した周波数応答関数とに基づき、上記音響試験のときの上記音源点に相当する位置での音についての分布、本実施形態においては体積速度の分布を作成する。

入力装置１５は人がコンピュータ１４に対して入力を行うためのキーボード等であり、出力装置１６はコンピュータ１４での計算結果を出力するディスプレイ等である。

２．音源探査方法
本実施形態の音源探査方法の流れを図５に示す。まず、タイヤＴを転動させて騒音を測定する音響試験が行われる（Ｓ１）。

音響試験では、まず、図１に示すようにタイヤＴがドラムＤに接地するよう配置される。次に、ドラムＤの回転が始まり、ドラムＤに接地しているタイヤＴの回転が始まる。タイヤＴの回転が始まると騒音が発生し始める。また、タイヤＴ及び回転軸Ｓの回転角度に応じてレファレンス信号としてのパルス信号が発生する。

次に、マイクロホン１７、１８による音圧の測定が行われる。音圧の測定について、図６に基づき説明する。

まず、移動マイクロホン１７が最初の測定位置に移動し（Ｓ１－１）、その測定位置で待機する（Ｓ１－２）。そして、待機中に測定開始のレファレンス信号が発せられると（Ｓ１－３のＹＥＳ）、移動マイクロホン１７が音圧の測定を開始する（Ｓ１－４）。次に、音圧の測定中に測定終了のレファレンス信号が発せられると（Ｓ１－５のＹＥＳ）、移動マイクロホン１７が音圧の測定を終了する（Ｓ１－６）。これにより、測定開始のレファレンス信号が発せられてから測定終了のレファレンス信号が発せられるまでの間、移動マイクロホン１７が測定を行うことになる。

その後、全ての測定位置での測定が終了していなければ（Ｓ１－７のＮＯ）、移動マイクロホン１７が次の測定位置に移動し（Ｓ１－１）、Ｓ１－２からＳ１－６までのステップが再度実施される。全ての測定位置での測定が終了していれば（Ｓ１－７のＹＥＳ）、音圧測定が終了する。

これに対し、レファレンスマイクロホン１８による音圧の測定は、少なくとも移動マイクロホン１７による音圧の測定と同期して行われていれば良い。従って、移動マイクロホン１７による最初の測定位置での測定の開始時から最後の測定位置での測定の終了時までの間、レファレンスマイクロホン１８が継続して音圧を測定し続けても良い。また、移動マイクロホン１７がレファレンス信号に基づき測定を開始したり終了したりするたびに、レファレンスマイクロホン１８も測定を開始したり終了したりしても良い。

このようにして移動マイクロホン１７による測定とレファレンスマイクロホン１８による測定とが同期して行われるので、移動マイクロホン１７による各測定位置での測定データと、それに対応するレファレンスマイクロホン１８による測定データとが紐付けされる。つまり、移動マイクロホン１７によるある測定位置での測定データと、移動マイクロホン１７がその測定位置で測定しているときのレファレンスマイクロホン１８による測定データとが紐付けされる。

なお、各測定位置での音圧の測定は所定時間かけて行われるので、各測定位置での測定データは時系列データである。

このようにして音圧の測定が終わると、次に、音響解析が行われる（図５のＳ２）。音響解析について、図７に基づき説明する。

まず、接地解析部４１によって、タイヤＴの有限要素モデル（以下「タイヤＦＥモデル」とする）及びドラムＤの有限要素モデル（以下「ドラムＦＥモデル」とする）が取得される（Ｓ２－１）。これらの有限要素モデルは、音響試験で用いられたタイヤＴの３次元ＣＡＤモデル及び音響試験で用いられたドラムＤの３次元ＣＡＤモデルから作成されたものである。これらの有限要素モデルは、コンピュータ１４の記憶装置にあらかじめ記憶されていても良いし、入力装置１５からの入力等によって取得されても良いし、不図示のネットワーク等を介して取得されても良い。有限要素モデルには、実際のタイヤＴ及びドラムＤの物性値や、有限要素解析に必要な条件が設定されている。

次に、接地解析部４１が接地解析を行う（Ｓ２－２）。具体的には、接地解析部４１が、タイヤＦＥモデルをドラムＦＥモデルに接触させ、タイヤＦＥモデルに対して音響試験のときと同じ荷重を負荷して、タイヤＦＥモデルを変形させる計算を行う。そして、変形後のタイヤＦＥモデルの形状、並びに、タイヤＦＥモデルとドラムＦＥモデルとの接地面の形状及び接地面積を取得する。

次に、音響解析モデル取得部４２により、タイヤＴの音響解析用のモデル（以下「音響解析用タイヤモデル」とする）及びドラムＤの音響解析用のモデル（以下「音響解析用ドラムモデル」とする）が取得される（Ｓ２－３）。なお、音響解析用ドラムモデルは、タイヤＴが接触する路面をモデル化した路面モデルの１種である。

これらの音響解析用モデルは、要素分割され節点を有するモデルであり、有限要素解析や境界要素解析等の数値解析が可能なモデルである。これらの数値解析用モデルは、３次元ＣＡＤモデルから作成される。これらの数値解析用モデルは、コンピュータ１４の記憶装置にあらかじめ記憶されていても良いし、入力装置１５からの入力等によって取得されても良いし、不図示のネットワーク等を介して取得されても良い。

音響解析用タイヤモデルは、音響試験で用いられたタイヤＴを３次元モデル化したもので、かつ、接地解析により取得された変形後のタイヤＦＥモデルと同じ変形形状のモデルである。音響解析用タイヤモデルには、タイヤ周方向に延びる複数の主溝２２と、それらの主溝２２によって区画形成された陸部２３とが形成されている（図８及び図９参照）。また、音響解析用ドラムモデルは、音響試験で用いられたドラムＤを３次元モデル化したものである。

音響解析用タイヤモデルは音響解析用ドラムモデルに押し付けられた姿勢で配置される。音響解析用タイヤモデルと音響解析用ドラムモデルとの接地面の形状及び接地面積は、接地解析で取得された接地面の形状及び接地面積と同じとされる。

また、音響解析用モデルのメッシュサイズは、タイヤＴの変形の形状や、タイヤＴとドラムＤとの接地形状を再現できるサイズである。

音響解析用タイヤモデル及び音響解析用ドラムモデルには必要な境界条件が設定される。例えば、音響解析用タイヤモデル及び音響解析用ドラムモデルは、音を吸収せず１００％反射させる完全反射体として設定される。また、音響解析用タイヤモデル及び音響解析用ドラムモデルは、変形しない剛体モデルとして設定される。

なお、音響解析が有限要素解析により行われる場合は、接地解析のときに用いられたタイヤＦＥモデル及びドラムＦＥモデルが、そのまま音響解析用モデルとして利用されても良い。

さらに、音響解析モデル取得部４２により、音響解析用タイヤモデルや音響解析用ドラムモデルの存在しない音響空間が、要素分割されて節点が設けられる（Ｓ２－４）。音響空間のメッシュサイズは、音響解析により評価しようとする周波数の上限値の波長の１／６以下とされる。例えば、周波数の上限値を２０００Ｈｚとしようとする場合、周波数が２０００Ｈｚのときの波長は３４０（音速）／２０００＝０．１７ｍなので、メッシュサイズは０．１７／６＝０．０２８ｍ以下とされる。

次に、音源設定部４３により、音響解析用タイヤモデル及び音響解析用ドラムモデルとの接地部分Ｇ近傍に、複数の音源点が設定される（Ｓ２－５）。本実施形態の音響試験では、タイヤＴの前後方向（進行方向及びその反対方向）においてマイクロホン１７、１８で音圧を測定する。この場合、タイヤＴの前後方向のうちマイクロホン１７、１８による測定位置側の接地端（タイヤＴとドラムＤの接地面の端部）近傍に騒音の音源があると仮定できる。そこで、音響解析においては、音源設定部４３により、音響解析用タイヤモデルの前後方向の一方の接地端近傍に、音源点が設定される。音源設定部４３によるモデルへの音源点の設定は、入力装置１５からの操作を介して行われる。

設定された音源点を図８及び図９に黒い点で示す。なお、図示省略するが、図８及び図９における音響解析用タイヤモデルｔ、音響解析用ドラムモデルｄ、及び音響空間は要素分割され節点が設定されている。

音源点は音響解析における体積速度（ｍ^３／秒）の入力点である。音源点の体積速度の変動の周波数は変化させることができる。

音源点は、１つの陸部２３に対して１点以上設定され、１つの主溝２２に対して１点以上設定される。また、音源点は、全ての陸部２３及び全ての主溝２２に対して設定される。

陸部２３に対して設定される音源点は、音響空間の節点のうち、陸部２３の接地端に一番近い節点に設定される。複数の陸部２３に対して設定される複数の音源点は、全て、接地端からの前後方向（タイヤＴの進行方向及びその反対方向）の距離が同じであることが好ましい。また、複数の陸部２３に対して設定される複数の音源点は、全て、音響解析用タイヤモデルｔの外周面（トレッド面）からの高さ（トレッド面に対して垂直方向への距離）が同じであることが好ましい。

また、図８及び図９に示すように、主溝２２に対して設定される音源点は、音響空間の節点のうち、音響解析用タイヤモデルｔの接地端の位置における、主溝２２の開口端に設定される。ここで、主溝２２の開口端とは、音響解析用ドラムモデルｄの外周面と音響解析用タイヤモデルｔの主溝２２とで形成する１本の中空の管２４（図９参照）の開口端のことである。音源点はその開口端の中心に設定されることが好ましい。

次に、測定点設定部４４により、音響解析における音圧の測定点が設定される（Ｓ２－６）。測定点は、音響試験のときの移動マイクロホン１７による全ての測定位置と同じ位置に設定される。図示省略するが、図８の上の方に測定点が設定される。測定点設定部４４によるモデルへの測定点の設定は、入力装置１５からの操作を介して行われる。

次に、周波数応答関数算出部４５により、周知の手法で音響解析が実行される（Ｓ２－７）。音響解析では、音源設定部４３により設定された複数の音源点に体積速度（ｍ^３／秒）が入力され、測定点設定部４４により設定された複数の測定点での音圧（Ｐａ）が計算される。計算により求まる測定点での音圧の変動の周波数は、音源点での体積速度の変動の周波数と同じである。

ｎ個の音源点での体積速度をｑ_１、ｑ_２、・・・ｑ_ｎ（ｍ^３／秒）、ｍ個の測定点での音圧をｐ_１、ｐ_２、・・・ｐ_ｍ（Ｐａ）とすると、音響解析により次の関係が求まる。

ここで、

は、ｎ個の音源点からｍ個の測定点への周波数応答関数である。周波数応答関数Ｈにおいて、ｈ_ｍｎはｎ番目の音源点からｍ番目の測定点への伝達を表す。このように、音響解析の結果として、周波数応答関数Ｈが求まる（Ｓ２－８）。

周波数応答関数Ｈは、音源点での体積速度の変動の周波数毎に求まる。従って、評価しようとする周波数の下限値から上限値までの所定周波数おきの各周波数について、周波数応答関数Ｈが求まる。周波数応答関数Ｈが求まったところで、音響解析が終了する。

次に、体積速度分布作成部３３が、音圧データ取得部３１が取得した測定面２０での測定データと、音響解析部４０の周波数応答関数算出部４５が求めた周波数応答関数Ｈとに基づき、上記の音響試験のときのタイヤＴの接地部分Ｇ近傍における体積速度分布を作成する（Ｓ３）。

具体的には、まず、音響試験のときに測定されたｍ個の測定点での音圧の時系列データ（音響試験のとき、各測定点において音圧が所定時間かけて測定されるので、音圧の時系列データが取得される）がフーリエ変換され、周波数ごとの音圧Ｐ_１、Ｐ_２、・・・Ｐ_ｍ（Ｐａ）のデータが取得される。次に、周波数ごとに、音圧Ｐ_１、Ｐ_２、・・・Ｐ_ｍ（Ｐａ）と、周波数応答関数算出部４５が求めた周波数応答関数Ｈの逆関数Ｈ^－１とに基づき、次の式により、ｎ個の音源点での体積速度Ｑ_１、Ｑ_２、・・・Ｑ_ｎ（ｍ^３／秒）が計算される。

ここで、

は、周波数応答関数Ｈの逆関数である。なお、周波数応答関数Ｈは周波数応答関数算出部４５が求めたものである。また、この計算において、音圧Ｐ_１、Ｐ_２、・・・Ｐ_ｍ（Ｐａ）と同じ周波数についての周波数応答関数Ｈが使用される。また、体積速度Ｑ_１、Ｑ_２、・・・Ｑ_ｎ（ｍ^３／秒）の周波数は音圧Ｐ_１、Ｐ_２、・・・Ｐ_ｍ（Ｐａ）の周波数と同じである。

数３による計算は、評価しようとする周波数の下限値から上限値までの所定周波数おきの各周波数について、行われても良い。また、数３による計算は、注目している特定の周波数についてのみ行われても良い。

数３により求まった体積速度Ｑ_１、Ｑ_２、・・・Ｑ_ｎは、音響試験のときに、それぞれの音源点の位置で発生した音の体積速度とみなすことができる。このようにして、複数の音源点の位置での体積速度の分布が、周波数毎に求まる。そして、体積速度の大きな音源点が、その周波数の騒音の発生源であると特定される（Ｓ４）。なお、騒音の発生源の特定は、人が行っても良いし、コンピュータ１４が体積速度の分布に基づき行っても良い。

図１０に、数３により求まった、ある周波数の体積速度Ｑ_１、Ｑ_２、・・・Ｑ_ｎの分布を図示する。黒い丸が音源点であり、丸が大きいほど体積速度が大きいことを意味する。タイヤ軸方向両側のショルダー陸部において丸が大きいことから、この周波数の音源がショルダー陸部であることがわかる。

騒音の発生源の特定の結果をもとに、タイヤから発生する騒音が低減するように、トレッドパターンの設計変更を行うことができる。

３．実施形態の効果
本実施形態では、路面モデルである音響解析用ドラムモデル、音響解析用ドラムモデルに接地する音響解析用タイヤモデル、前記音響解析用タイヤモデルが転動したときに発生する音の複数の音源点、及び前記の音を測定するための複数の測定点を設定して音響解析を行い、音源点から測定点への音の周波数応答関数Ｈを求める。さらに、実際のタイヤＴの転動時の音を前記の測定点の位置で実測する音響試験を行い、音響試験において測定点の位置で実測された音と周波数応答関数Ｈとに基づき、複数の音源点での音（体積速度）についての分布を求める。

このように、音響解析用ドラムモデル及び音響解析用タイヤモデルを用いて音響解析を行うので、これらのモデルでの音の反射の影響を受けた形の、音源点から測定点への周波数応答関数Ｈを求めることができる。また、音響試験における測定点での測定データは、タイヤＴ及びドラムＤで音が反射した影響を受けたデータである。その測定データと、音響解析で求まった周波数応答関数Ｈとから複数の音源点での音（体積速度）についての分布を求めるので、求まる分布はタイヤＴ及びドラムＤでの音の反射が反映されたものであり精度が高い。その求まった分布に基づき、タイヤから発生する騒音の音源が特定されるので、音源特定の精度が良い。

また、音響解析における音源点が音響解析用タイヤモデルの主溝２２及び陸部２３に対してそれぞれ１つ以上設定されるので、主溝２２から発生する騒音も陸部２３から発生する騒音も考慮して音響解析をすることができる。

また、陸部２３に対して設定される音源点は、音響空間の節点のうち陸部２３の接地端に一番近い節点に設定される。そのため、騒音が陸部２３から発生するものとみなして音響解析することができる。それでいて、音源点が物体ではなく音響空間にあるという設定で音響解析できるので、計算コストがかからない。

ここで、陸部２３に対して設定される複数の前記音源点は、陸部２３の接地端からのタイヤ前後方向への距離が同じであり、音響解析用タイヤモデルの外周面からの高さも同じであるため、全ての音源点からの体積速度が平等に扱われて音響解析が行われ、解析結果の精度が良くなる。

また、音響解析用ドラムモデルの外周面と音響解析用タイヤモデルの主溝２２とで形成する１本の中空の管２４の開口端に音源点が設定されるため、菅内での共鳴を想定して音響解析をすることができる。

４．変更例
ア．変更例１
音響試験のときにタイヤＴを回転させるための装置として、ドラムＤの代わりに、フラットベルト式タイヤ試験機が使用されても良い。フラットベルト式タイヤ試験機では、タイヤＴが接触する部分が回転ベルトの平面部分なので、タイヤＴが平面で転動したときの騒音の音源を特定することができる。

回転ベルトの表面は滑らかであり、微小な多数の凹凸が存在する場合でも、凸部とその隣の凹部との高低差が１ｍｍ以下であることが好ましい。

音響試験のときにフラットベルト式タイヤ試験機が使用される場合は、接地解析及び音響解析において回転ベルトのモデルが路面モデルとして使用される。

イ．変更例２
音響解析用タイヤモデルは、上記実施形態のような完全反射体ではなく、ある程度音を吸収するものとして設定されても良い。そのような設定は、境界条件として、音響解析用タイヤモデルの表面に０％より大きく１００％より小さい吸音率を設定することにより実現される。吸音率としては、音響試験で使用されるタイヤＴの表面のゴムの吸音率が使用されることが好ましい。

このように音響解析用タイヤモデルに所定の吸音率が設定されることにより、音響解析が実際の音響試験をより精度良く再現したものとなり、音響解析により算出される周波数応答関数が実際の音響試験における音の周波数応答関数により近くなり、音源の特定がより正確になる。

なお、音響解析用タイヤモデルに所定の吸音率が設定される場合でも、音響解析用ドラムモデルは完全反射体として設定されて良い。実際のドラムＤの表面は音の反射率が高いので、音響解析用ドラムモデルが完全反射体として設定されても、音源の特定の精度に大きな影響は生じない。

ウ．変更例３
この変更例では、移動マイクロホン１７による測定の開始及び終了の基準となるレファレンス信号として、上記実施形態のパルス信号の代わりに、タイヤＴの回転速度が利用される。そのために、レファレンス信号装置１１として、タイヤＴの回転速度を測定する回転速度計が設けられている。

そして、タイヤＴの異なる２つの回転速度である第１回転速度と第２回転速度とがレファレンス信号としてあらかじめ設定されている。そして、各測定位置において、タイヤＴの回転速度が第１回転速度の時から第２回転速度の時までの間、移動マイクロホン１７が測定を行う。

具体例としては、測定開始のレファレンス信号として第１回転速度が設定され、測定終了のレファレンス信号として第１回転速度よりも遅い第２回転速度が設定される。そして、タイヤＴがドラムＤ上で第１回転速度よりも速い高速で回転させられ、その状態でドラムＤを回転させるためのモーターの電源が切られる。すると、ドラムＤ及びタイヤＴの回転速度が徐々に落ちていく。そして、タイヤＴの回転速度が第１回転速度まで落ちた時に移動マイクロホン１７による測定が開始され、タイヤＴの回転速度がさらに第２回転速度まで落ちた時に移動マイクロホン１７による測定が終了する。これにより、モーターの音が消された状態で、タイヤＴの回転速度が第１回転速度と第２回転速度との平均速度のときの騒音の音源を特定することができる。

別の具体例としては、測定開始のレファレンス信号として第１回転速度が設定され、測定終了のレファレンス信号として第１回転速度よりも速い第２回転速度が設定される。そして、タイヤＴの回転速度が徐々に上げられ、タイヤＴの回転速度が第１回転速度まで上がった時に移動マイクロホン１７による測定が開始され、タイヤＴの回転速度がさらに第２回転速度まで上がった時に移動マイクロホン１７による測定が終了する。これにより、タイヤＴの回転速度が第１回転速度から第２回転速度まで加速されたときの騒音の音源を特定することができる。

この変更例において、タイヤＴの回転速度の代わりに、ドラムＤの回転速度がレファレンス信号として利用されても良い。

エ．変更例４
この変更例では、移動マイクロホン１７による測定の開始及び終了の基準となるレファレンス信号として、上記実施形態のパルス信号の代わりに、タイヤＴの回転軸Ｓに働く軸力が利用される。そのために、レファレンス信号装置１１として、タイヤＴの回転軸Ｓに働く軸力を測定する軸力計が設けられている。

そして、所定の大きさの軸力がレファレンス信号としてあらかじめ設定されている。そして、各測定位置において、測定される軸力が前記の所定の大きさ以上の間、移動マイクロホン１７が測定を行う。つまり、軸力が徐々に大きくなって前記の所定の大きさを超えた時に移動マイクロホン１７の測定が開始され、その後軸力が徐々に小さくなって前記の所定の大きさを切った時に移動マイクロホン１７の測定が終了する。軸力の大きさは制駆動力に対応しているため、この方法により、所定以上の大きさの制動力や駆動力が生じているときの騒音の音源を特定することができる。

オ．変更例５
この変更例では、移動マイクロホン１７の代わりに、複数の測定位置にそれぞれマイクロホンが固定されたマイクロホンアレイ１１１が使用される。

図１１に、この変更例の音源探査方法の実施に用いられる音源探査装置１１０を示す。この変更例の音源探査装置１１０が上記実施形態の音源探査装置１０と異なる点は、音圧を測定する機器として、移動マイクロホン１７及びレファレンスマイクロホン１８ではなく、複数の計測マイクロホン１１２と、１つのレファレンスマイクロホン１１４とが設けられている点である。複数の計測マイクロホン１１２及びレファレンスマイクロホン１１４は音圧データ取得部３１に接続されている。

図１２に示すように、マイクロホンアレイ１１１は、複数の計測マイクロホン１１２（図１２に実線の一重丸で示す）と、１つのレファレンスマイクロホン１１４（図１２に実線の二重丸で示す）とにより構成されている。マイクロホンアレイ１１１では、マイクロホン１１２、１１４が格子状（好ましくは図１２のような正方形を形成する格子状）に配置され、上下左右に周期的に並んでいる。各マイクロホン１１２、１１４の位置が、音圧を測定する測定位置である。測定位置は上下方向に２つ以上、左右方向に４つ以上あることが好ましい。上下左右に隣り合う測定位置の間の距離Ｌは、例えば１５ｍｍ～３５ｍｍである。

計測マイクロホン１１２及びレファレンスマイクロホン１１４としては例えば、先端の測定部の直径が０．８ｍｍ～１．２ｍｍのプローブマイクロホン、１／２、１／４もしくは１／８インチマイクロホン、又はＭＥＭＳ（Micro-Electrical-Mechanical Systems）マイクロホン等が使用可能である。

マイクロホンアレイ１１１の一番外側の計測マイクロホン１１２に囲まれた面が音圧の測定面１３０である。この測定面１３０が、例えば、タイヤＴの接地部分Ｇから発生する騒音の進行方向に対して垂直に配置される。

図１３に示すように、マイクロホンアレイ１１１はタイヤＴのドラムＤへの接地部分Ｇに接近するように配置される。マイクロホンアレイ１１１による音圧の測定位置（すなわちマイクロホンアレイ１１１を構成する各マイクロホン１１２、１１４の先端の測定部の位置）は、接地部分ＧにおけるタイヤＴの接線方向（図１３の左右方向）へ、タイヤＴの接地部分Ｇから２５ｍｍ～２００ｍｍ離れた位置であることが好ましい。

マイクロホンアレイ１１１は、タイヤＴの前又は後ろの場所に配置される。マイクロホンアレイ１１１のさらに好ましい配置場所は、図１３に示すようなタイヤＴの前又は後ろにおけるタイヤＴの下の場所（言い換えれば、タイヤＴの前又は後ろで、かつ、タイヤＴのトレッド面Ｔ１とドラムＤの外周面Ｄ１とに挟まれた場所）である。マイクロホンアレイ１１１は、その測定面１３０がタイヤＴの前後方向に垂直になるように配置されることが好ましい。

このようなマイクロホンアレイ１１１においては、全ての計測マイクロホン１１２及びレファレンスマイクロホン１１４が同時に音圧の測定を行う。そのため、音響試験における音圧の測定を短時間で終わらせることができる。測定された音圧のデータは音圧データ取得部３１に取り込まれる。

その後、上記実施形態と同様に、体積速度分布作成部３３が、音圧データ取得部３１が取得した測定面１３０での測定データと、音響解析部４０の周波数応答関数算出部４５が算出した周波数応答関数とに基づき、音響試験のときのタイヤＴの接地部分Ｇ近傍における体積速度分布を作成する。

Ｄ…ドラム、ｄ…音響解析用ドラムモデル、Ｄ１…外周面、Ｇ…接地部分、Ｓ…回転軸、Ｔ…タイヤ、ｔ…音響解析用タイヤモデル、Ｔ１…トレッド面、１０…音源探査装置、１１…レファレンス信号装置、１２…ドラム制御装置、１３…音響測定装置、１４…コンピュータ、１５…入力装置、１６…出力装置、１７…移動マイクロホン、１８…レファレンスマイクロホン、１９…移動制御装置、２０…測定面、２２…主溝、２３…陸部、２４…管、３１…音圧データ取得部、３２…装置制御部、３３…体積速度分布作成部、４０…音響解析部、４１…接地解析部、４２…音響解析モデル取得部、４３…音源設定部、４４…測定点設定部、４５…周波数応答関数算出部、１１０…音源探査装置、１１１…マイクロホンアレイ、１１２…計測マイクロホン、１１４…レファレンスマイクロホン、１３０…測定面

Claims (5)

1. 路面モデル、前記路面モデルに接地するタイヤモデル、前記タイヤモデルが転動したときに発生する音の複数の音源点、及び前記の音の複数の測定点を設定して音響解析を行い、前記音源点から前記測定点への音の周波数応答関数を求めるステップと、
   実際のタイヤの転動時の音を前記測定点の位置で実測するステップと、
   前記測定点の位置で実測された音と前記周波数応答関数とに基づき、複数の前記音源点での音についての分布を求めるステップと、
   を含む、音源探査方法。
2. 前記タイヤモデルは、タイヤ周方向に延びる主溝と、前記主溝によって区画された陸部とを有し、
   前記音響解析における前記音源点は、前記主溝及び前記陸部に対してそれぞれ１つ以上設定される、請求項１に記載の音源探査方法。
3. 前記音響解析は、前記路面モデル、前記タイヤモデル、前記音源点及び前記測定点を含む空間に複数の節点を設けて行われ、
   前記陸部に対して設定される前記音源点は、前記路面モデルへの前記タイヤモデルの接地端に最も近い節点に設けられる、請求項２に記載の音源探査方法。
4. 前記陸部に対して設定される複数の前記音源点は、前記接地端からのタイヤ前後方向への距離が同じであり、前記タイヤモデルの外周面からの高さも同じである、請求項３に記載の音源探査方法。
5. 前記タイヤモデルの前記路面モデルへの接地部分において、前記路面モデルと前記主溝とによって管が形成され、
   前記主溝に対して設定される前記音源点が前記管の開口端に設けられる、請求項２に記載の音源探査方法。