JPH0421143B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、騒音発生源等の音源位置やその音圧
分布等を高速に探査・測定する音源探査装置に関
するものである。

［従来の技術］ 機械装置や工場等における騒音低減対策は、ま
ずその騒音発生源を正確に検出することが糸口と
なるものであつて、この騒音源の位置及びその音
圧分布を探査する方式として種々のものが開発さ
れ、実用化されているが、このうち最も代表的な
ものとして音響ホログラフイ法がある。この音響
ホログラフイ法は高精度で音源位置の探査・測定
を行うことができるが、大規模なマイクロホン掃
引装置や複雑な演算処理機器を必要とし、しかも
その演算処理に多大の時間を要する等の難点があ
つた。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、マイクロホンをマトリツクス状に配設
することによつてマイクアレイを形成し、このマ
イクアレイに騒音を発生する音源物体からの音を
入力することによつて、該マイクアレイでこの受
音音響信号に応じた電気信号に変換し、この信号
に基づいて各マイクロホンに対応するようにマト
リツクス状に配列した発光ダイオードアレイ等の
表示装置により各マイクロホンの受音音圧レベル
に応じた輝度で発光・表示させることによつて、
当該音源物体における騒音の位置及び分布を音像
化処理し、これとカメラ等によつて撮像した実際
の物体像とを重ね合わせて表示することによつて
音源探査を行う方式が本発明者等によつて提案さ
れている。

ところで、音像化処理したデータを前述した発
光ダイオードアレイで表示するような場合には、
アナログ値のままで処理することもできるが、こ
の音像形成用のデータを画像処理してテレビモニ
タ、CRT等の表示手段において、音源物体の物
体像を重ね合わせて可視化表示させるには、マイ
クアレイからのアナログ信号をデジタル信号に変
換する方が処理の簡略化等の観点から有利であ
る。このようにマイクアレイにおける受音音響信
号をデジタル信号に変換して音像形成するための
データ化を行い、このデータを画像処理して音源
物体の物体像と重ね合わせて表示する方式とし
て、マイクレイから出力される信号をAD変換器
でデジタル信号に変換し、このデジタル化された
信号をFFT処理等を行う周波数分析器で周波数
分析を行うことによつて達成するようにしたもの
が、本発明者等によつて開発されている。

前述のように、マイクアレイからの信号をデジ
タル変換した上でFFTによる演算処理を行うよ
うにすると、音像形成用データの画像処理を簡易
に行うことができるようになり、テレビモニタや
CRT等の表示手段において物体像と重ね合わせ
て可視化表示することができるようになる。しか
も、FFTによる周波数分析を行うことができる
ので、音源物体に複数の音源があり、これら各音
源から同時に騒音を発生している複合音源から、
各音源に相関する騒音を他から分離してデータ化
することができるようになるので、音源毎の音像
形成データを作成することができる。

ところで、前述した表示手段における音像の解
像度を向上させて、より精度のよい音像を形成す
るためには、マイクアレイを構成するマイクロホ
ンの数を多くする必要がある。ここで、各マイク
ロホンのチヤンネルから送られる周波数信号を
FFT処理するには、第７図に示したように、そ
れぞれ各マイクロホンにおける１周期の波長分の
信号を取込んで、この信号をFFT演算処理を行
い、この処理を全チヤンネルに渡つて行わなけれ
ばならない。従つて、このFFT処理時間は、 処理時間（ｔ）＝１周期の波長・チヤンネル数 ＋FFT処理時間・チヤンネル数 となり、チヤンネル数に応じて処理時間を多く必
要とするようになり、しかもFFT処理それ自体
がかなり長い時間を必要とする関係からしても、
音像形成データ化を行うには、極めて長い時間の
演算処理を要することになる。

本発明は叙上の点に鑑みてなされたもので、マ
イクアレイに入力された音響信号を極めて高速で
音像形成データ化することができるようにした音
源探査装置を提供することを目的とするものであ
る。

［問題点を解決するための手段］ 前述の課題を解決するために、本発明は、複数
のマイクロホンをマトリツクス状に並設してな
り、音源物体から発生する音をそれぞれマイクロ
ホンで受けてその音響信号に対応した電気信号に
変換するマイクアレイと、該マイクアレイにおけ
る前記各マイクロホンに接続したデータ処理手段
とからなり、該データ処理手段を、前記各マイク
ロホンにおけるそれぞれのチヤンネルから送られ
る信号のうち任意の周波数成分のみを通過させる
瀘波器と、該各瀘波器に接続されて、その出力信
号の実効値に応じた電圧信号を出力する実効値回
路と、該各実効値回路に切換接続して、これら各
実効値回路からの信号を順次読み出す信号切換器
と、該信号切換器の出力側に設けたメモリとから
構成し、前記各実効値回路からは常時実効値信号
を出力させておき、前記信号切換器の切換によつ
て前記各実効値回路からの出力信号を順次選択し
て前記メモリの各チヤンネルに対応する番地に取
り込むことによつて、前記音源物体から発生する
音の音像形成用のデータを高速処理するように構
成したことをその特徴とするものである。

［作用］ 前述のように構成した音源探査装置を使用して
複合音源から発生する騒音のうち所定の周波数成
分の騒音を他の音から分離して音像化するには、
この音源物体に直接マイクアレイを対向配設する
か、または音源物体からの騒音を一度凹曲面形状
の反射面を有する反射器に反射させて、この反射
音を該マイクアレイに受けさせるように配設す
る。一方、瀘波器にはサンプリングすべき音の周
波数帯域のみを通過させるように瀘波帯域を設定
しておく。

この状態で、音源物体から騒音を発生させる
と、マイクアレイを構成する各マイクロホンによ
つてこの音響信号が受信されて、その音圧レベル
に応じた電気信号に変換せしめられる。そして、
該各マイクロホンのチヤンネルから出力される信
号はそれぞれ瀘波器に入力されて、該瀘波器に設
定された帯域の周波数のみが通過し、当該設定周
波数における音圧レベルに応じた波形信号が得ら
れることになる。そして、各瀘波器からの信号が
実効値回路に入力されるが、該実効値回路におい
ては、入力波形の実効値に応じた高さの電圧信号
が出力されることになる。

そこで、この実効値回路の出力信号をデータ処
理手段で取出してその電圧信号をデジタル値に変
換し、この作業を順次チヤンネル切換を行いなが
ら繰返すことによつて、当該周波数成分を有する
騒音を音像形成データ化することができるように
なる。この結果、処理時間は実効値回路への入力
信号の１周期の波長分の取込み時間とデータ処理
手段における信号切換時間との和となり、その処
理を高速化することができるようになる。しか
も、マイクロホンから信号が入力されている間は
実効値回路からは常時実効値に相当する電圧信号
が出力されており、この信号を読み出すだけで、
当該回路中においてFFT演算等の複雑な演算処
理を行う必要がないので、そのデータ化を極めて
高速に行うことができるようになる。

前述した音像形成データは、特定周波数成分の
もので、設定周波数を適宜変更することによつ
て、周波数毎、即ち複合音源における音源毎に音
像形成データを得ることができる。そして、この
音像形成データを画像処理手段によつて物体像の
信号と合成すれば、テレビモニタやCRT等の表
示手段でその物体像と音像とを重ね合わせて可視
化表示することができるようになる。このよう
な、音像形成データをデジタル化処理することに
よつて、例えば、マイクアレイの位置に基づく入
力音響周波数の減衰率の差異の補正、入力周波数
に基づく補正等音像形成用のデータの感度補正を
容易かつ微細に行うこともできるようになる等の
利点もある。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について
説明する。

而して、本実施例においては、マイクアレイを
直接音源物体に対面させず、集音器からの反射音
を該マイクアレイに受音させるように構成したも
のを示す。このように集音器を用いると、小型の
マイクアレイで大型の音源物体の音源を探査する
ことができるようになる。

そこで、まずこの集音式の音源探査装置の原理
について説明する。

即ち、第６図に示した如く、位置Ｐに音源Ｓを
設け、この位置Ｐから距離Ｌだけ離間した位置に
回転放物面、凹球面等の凹曲面形状を有する反射
型集音器Ｄを音源Ｓに向けて配設すると、該音源
Ｓからの音はこの集音器Ｄの反射面ｒで反射して
P′の位置で音源S′が結像することになる。そこ
で、この音像結像位置P′に多数のマイクロホンを
マトリツクス状に並設したマイクアレイを反射面
ｒに対向配設すれば、大きな音源物体であつて
も、この音源をマイクアレイにおける音圧分布と
して取出すことができ、この音圧分布を適宜の手
段で可視化表示することによつて、音源の位置を
探査・測定することができるようになる。

而して、第１図に示したように回転放物面、凹
球面等の凹曲面形状を有する集音器１の内面には
反射面１ａが形成されており、この集音器１は枠
状のフレーム２に上下左右方向に回動可能に取り
付けられている。該フレーム２は高さ調整可能な
支持杆３に支持されており、該支持杆３は基台４
上に立設されている。また、５は集音器１の反射
面１ａの鏡軸上において、該反射面１ａに対向配
設したマイクアレイで、該マイクアレイ５は第２
図に示したように支持板６に多数のマイクロホン
５ａ，５ａ，…をマトリツクス状に並設してなる
もので、該各マイクロホン５ａ間には例えばグラ
スウール等からなる吸音材７が介装され、各マイ
クロホン５ａや支持板６の反射音の影響が伝達す
るのを防止している。そして、このマイクアレイ
５からの出力信号は、前述の各マイクロホン５ａ
に対応するように設けた電圧制御型の増幅器８に
入力されて、このマイクアレイ５における各マイ
クロホン５ａの受信信号を所望の増幅度に増幅す
ることができるようになつている。さらに、この
増幅器８の出力側にはデータ処理手段を構成する
データ処理装置９が接続されて、該増幅器８の出
力信号はこのデータ処理装置９によつて処理され
て音源の位置や分布等からなる所定の音像を形成
するように音像形成データ化の処理を行うことが
できるようになつている。

次に、１０は音源物体の物体像を撮像する撮像
手段としてのテレビカメラを示し、該テレビカメ
ラ１０は集音器１の反射面１ａの鏡軸上またはそ
の近傍における前記マイクアレイ５の音源物体側
に設置されている。このようにしてテレビカメラ
１０によつて得た物体像の影像信号に、前述のデ
ータ処理装置８で音源物体Ｓからの騒音を音像形
成データ化処理した信号を合成することによつ
て、テレビモニタ１１からなる表示手段において
音像を物体像に重ね合わせて可視化表示を行うこ
とができるようになつている。

ここで、前述のデータ処理装置９は、第３図に
示したように、増幅器８からの電気信号を瀘波
し、特定周波数成分の信号のみを通過させる瀘波
器１２と、該瀘波器１２からの出力波形を演算し
てその実効値に応じたレベルの電圧信号を出力す
る実効値回路１３と、該各実効値回路１３のうち
任意の信号を取出すための信号切換器１４と、該
信号切換器１４から入力されるアナログ信号をデ
ジタル信号に変換するAD変換器１５とからな
り、このデータ処理装置９によつて音源物体から
の騒音を設定周波数毎にサンプリングすることが
でき、このようにして得た音像形成データはメモ
リ１６に格納されるように構成されている。

さらに、前述の信号切換器１４の切換えや、メ
モリ１６の格納番地指定等の制御は制御部１７か
らの制御信号に基づいて行われるようになつてい
る。そして、これらデータ処理装置９を構成する
前述の各機能部材はそれぞれ別個の要素から構成
することもできるが、マイクロコンピユータ等に
よつても構成することができる。

本実施例は前述のように構成されるもので、以
下において、第４図を参照してその作動について
説明する。

まず、瀘波器１２の周波数設定を行う（ステツ
プ）。この周波数設定は、音源物体から発生す
る騒音が単一種類の騒音発生源から発生している
場合には、この騒音発生源から発生する騒音の周
波数を設定し、また騒音発生源が複数あり、これ
ら各騒音発生源からの音を他から分離して個別的
にサンプリングする場合には、それぞれ各騒音発
生源から発生する騒音の周波数を逐次サンプリン
グすることができるように設定しておけばよい。

そこで、探査対象音源物体から騒音を発生させ
ると、この騒音が集音器１の反射面１ａに反射さ
れて、該マイクアレイ５に受音されるようにな
る。そして、該マイクアレイ５を構成する各マイ
クロホン５ａに入力された音響信号は電気信号に
変換されて、この電気信号が増幅器８で増幅され
て、データ処理装置９に入力される。

前述のようにしてデータ処理装置９に入力され
たマイクアレイ５の音響周波数信号における信号
波形は瀘波器１２によつて瀘波されて、この入力
信号のうち該瀘波器１２で設定された所定の周波
数帯域だけが通過する（ステツプ）。

このようにして瀘波器１２で瀘波された信号は
実効値回路１３に入力され、該実効値回路１３に
よつてその実効値が演算されて、この入力周波数
信号における音圧レベルに応じた高さの電圧信号
からなる実効値波形の信号が出力されることにな
る（ステツプ）。この信号は、第５図ａに示し
た如く、１周期分の波長の信号がマイクアレイ５
を構成する各マイクロホン５ａにおけるそれぞれ
のチヤンネルから出力されると、この入力波形信
号が読み取られて、第５図ｂに示したように、各
チヤンネルにおけるそれぞれの実効値回路１３か
ら同時に実効値波形の信号が出力される。

そこで、制御部１７において、信号切換器１４
のチヤンネル設定が行われると共に、読み込まれ
たデータを格納するメモリ１６の番地設定が行わ
れる（ステツプ）。そして、該制御部１７から
の制御信号によつて信号切換器１４が作動し、設
定されたチヤンネルにおける実効値回路１３から
出力されている実効値波形に関する電圧信号のレ
ベルを読み出し、この信号をデジタル値に変換す
ることによつてデータの取り込みを行う（ステツ
プ）。さらに、このようにして取り込まれたデ
ジタル信号は制御部１７から出力される番地指定
信号に基づいてメモリ１６における所定の番地に
格納される（ステツプ）。

前述のようにしてマイクロホン５ａで受けた音
響信号のうちの設定周波数帯域における音圧レベ
ルをデジタル化処理したデータが得られるように
なり、このデータの取り込みが全チヤンネルに渡
つて行われたか否かの判別が行われて（ステツプ
）、順次信号切換器１４の切換えを行うことに
よつて、実効値回路１３からの出力信号を逐次読
み出されて、デジタルデータ化され、このデータ
をメモリ１６における各指定番地に格納されるこ
とによつて、当該周波数帯域における音の発生位
置とその音圧分布とからなる音像形成データが得
られることになる。ここで、実効値回路１３にお
いては、１波形分だけ取り込まれると、唯ちに実
効値波形が出力されるようになつており、従つて
この実効値の演算処理時間は 処理時間（Ｔ）＝１周期分の波形＋信号切換器
の切換時間（Δt）・チヤンネル数 となり、チヤンネル数を多くしても極めて高速に
実効値の演算を行うことができるようになる。

さらに、このようにして所定周波数帯域の音像
形成データを得た後に、瀘波器１２の設定周波数
を変えるか否かの判別が行われて（ステツプ）、
複数の騒音発生源から発生するそれぞれ種類の異
なる騒音を各別にサンプリングするように設定さ
れている場合においては、該瀘波器１２の設定周
波数の切換えが行われて、設定周波数毎に前述と
同様の手順で当該設定周波数帯域の音像形成用の
データのサンプリングを行うことができる。

このようにしてメモリ１６に格納された音像形
成データは、マイクアレイ５を構成する各マイク
ロホン５ａで受けた音響信号のうち、所定の周波
数帯域の音圧レベルに関するデジタル信号のデー
タである。そこで、このデータを画像処理手段
（図示せず）に送り、該画像処理手段でテレビカ
メラ１０から送られる物体像の信号と合成してテ
レビモニタ１１に出力することによつて、該テレ
ビモニタ１１において物体像と音像とを重ね合わ
せて可視化表示することができるようになる。こ
こで、この音像の表示方法としては、例えば所定
の音圧レベル毎の等高線の形態の表示や、音圧ピ
ーク値のドツト等のマーク表示等によることがで
きる。そして、前述のAD変換器１５に感度補正
を行う演算処理部を接続しておけば、入力周波数
に基づく感度補正、マイクアレイ５を構成する各
マイクロホン５ａの位置に関する感度補正、温度
等の探査・測定環境の変化による感度補正等を行
つた状態でデータ化することができるので、音源
探査を極めて精度よく行うことができるようにな
る。

なお、前述の実施例においては、マイクアレイ
５を集音器１に対向配設するようにしたものを示
したが、マイクアレイを直接音源物体に向けて配
設し、このマイクアレイで騒音を直接受信させる
ようにしてもよい。また、物体像を撮像する撮像
手段としてテレビカメラ１０を示したが、これに
代えて、カメラ、電子写真装置等他の撮像手段を
用いることもできる。さらに、音像を物体像に重
ね合わせて可視化表示する表示手段としては、前
述のテレビモニタ１１以外にも、CRTを用いた
り、発光ダイオード、液晶等をマトリツクス状に
並設するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明に係る音源
探査装置は、音源物体から発生する音響信号をマ
イクアレイにおける各マイクロホンで電気信号に
変換し、この信号を瀘波器で瀘波すると共に、実
効値回路によつて入力波形の実効値を求め、この
実効値に基づいて音像形成データを得るように構
成したから、入力波形の演算処理を迅速に行い、
極めて高速に音像形成データ処理することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成説明図、
第２図はマイクアレイの正面図、第３図はデータ
処理装置の構成説明図、第４図はデータ処理装置
における音像化データを得るための工程を示すフ
ローチヤート図、第５図ａ及びｂは実効値回路の
入力波形と出力波形とを示す線図、第６図は集音
式音源探査方式の原理説明図、第７図はFFT処
理の処理時間を示す説明図である。 ５……マイクアレイ、５ａ……マイクロホン、
９……データ処理装置、１２……瀘波器、１３…
…実効値回路、１４……信号切換器、１５……
AD変換器、１６……メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数のマイクロホンをマトリツクス状に並設
   してなり、音源物体から発生する音をそれぞれマ
   イクロホンで受けてその音響信号に対応した電気
   信号に変換するマイクアレイと、該マイクアレイ
   における前記各マイクロホンに接続したデータ処
   理手段とからなり、該データ処理手段を、前記各
   マイクロホンにおけるそれぞれのチヤンネルから
   送られる信号のうち任意の周波数成分のみを通過
   させる瀘波器と、該各瀘波器に接続されて、その
   出力信号の実効値に応じた電圧信号を出力する実
   効値回路と、該各実効値回路に切換接続して、こ
   れら各実効値回路からの信号を順次読み出す信号
   切換器と、該信号切換器の出力側に設けたメモリ
   とから構成し、前記各実効値回路からは常時実効
   値信号を出力させておき、前記信号切換器の切換
   によつて前記各実効値回路からの出力信号を順次
   選択して前記メモリの各チヤンネルに対応する番
   地に取り込むことによつて、前記音源物体から発
   生する音の音像形成用のデータを高速処理する構
   成としたことを特徴とする音源探査装置。