JPH06109528A - 音源探索方式 - Google Patents

音源探索方式

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JPH06109528A
JPH06109528A JP25603992A JP25603992A JPH06109528A JP H06109528 A JPH06109528 A JP H06109528A JP 25603992 A JP25603992 A JP 25603992A JP 25603992 A JP25603992 A JP 25603992A JP H06109528 A JPH06109528 A JP H06109528A
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microphone
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microphones
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Mitsuo Nakano
光雄 中野
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 音響ホログラフィ法を改良することにより、
より検出精度の高い音源探索方式を実現する。 【構成】 少なくとも2本の走査マイクを音源に対して
前後に配列して同時に平行移動させることにより、一方
の走査マイクの音圧データを再生点方向から来たと仮定
して他方の走査マイクの位置における音圧データに換算
することにより両者の差分に重み付けを行って合成音圧
データを得ることにより、これを計測面全体に対して行
って音源の位置を探索する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は音源探索方式に関し、特
に車両のエンジン等における騒音発生源の位置及び大き
さを探索するための装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より音源を探索する方式としては種
々提案されているが、その内の一つとして、音源方向に
対して前後に2本の走査マイクを6〜50mm程度の固定
間隔を置いて音源の近接音場に設け且つ両走査マイクを
平行移動させて行く間のマイク出力を得ることにより、
その音源の音響インテンシティを求める方式(『音響イ
ンテンシティ方式』)がある。
【0003】この方式では、単位面積を単位時間に流れ
る音響エネルギーとして音源を捕らえ、両走査マイクの
計測音圧の平均値をp(t) 、粒子速度(音速に比例した
値であり単位距離当たりの位相の変化を示す)をu(t)
とすると、両者の積の時間的平均値として次の式(1) に
示されるベクトル量を計測することにより、このベクト
ル量が最大となる両走査マイクの延長線上に音源が位置
することを探索するものである。
【0004】
【数1】
【0005】尚、粒子速度u(t) は位相の変化を表して
いる。
【0006】この様な音響インテンシティ法による音源
探索方式は各走査マイク計測点での計測結果が互いに独
立しているので相関関係がなく、従って音源の指向がマ
イクの延長線方向と平行でない時には正しい探索ができ
なくなってしまうという問題がある。
【0007】また、上記の音響インテンシティ法より以
前から『音響ホログラフィ法』による音源探索方式が研
究されており、音源から一定距離だけ離れた計測面内を
走査する1本のマイクと、もう一つ適当な位置に固定さ
れている参照マイクとの2本のマイク出力信号の音圧強
度及び位相を求めて音源を探索しようとするものであ
る。
【0008】これをもう少し詳しく説明すると、この方
式では図5に概略的に示すようにマイクM1を計測面M
F上において水平及びに垂直方向に走査することにより
それぞれの位置でのマイク出力を得ることが出来るが、
これらのマイク出力と参照マイクの音圧出力とを考慮す
ると共にこれらのマイク出力を得るための基礎となる音
波の伝播式の逆伝播式を示す下記の再生式(2) 、
【0009】
【数2】
【0010】により、マイクM1から再生された再生面
(音源面)RF上の一点R(x,y,0)の複素体積速
度振幅Q(x,y,0)が求められる。但し、上記の式
(2) におけるrは計測面MF上の一点P(x,y,zo
)と再生面RF上の一点R(x,y,0)との距離を
示している。尚、式(2) におけるP(x,y,zo )は
マクM1から出力される複素音圧を示している。
【0011】そして、マイクM1が計測面MF上を水平
・垂直方向に走査された時に各マイク位置の出力によっ
て得られる再生面RF上の一点Rの複素体積速度振幅Q
(x,y,0)は全て加算され、この再生面RF上の点
Rを再生面RF上の全ての点に取り且つ同様に計測面M
Fからの全ての複素体積速度振幅Q(x,y,0)を加
算することにより、最も振幅Qが大きい点が音源として
探索されることになる。
【0012】この点を更に具体的に説明したものが図6
及び図7であり、まず図6(a)においては、再生面R
F上の再生点Rを音源Sとして再生した場合には、この
図の様にマイクM1のマイク位置M1−1で拾われた音
を再生したものとマイク位置M1−2で拾われた音を再
生したものはそれぞれ音波の伝播路と逆伝播路が等距離
になり位相が同じになるので、図7(a)に示す様に再
生されたベクトル(例えばQ1〜Q3)の合成ベクトル
の絶対値は、再生面RF上の再生点Rを音源Sにとった
場合、即ち音源Sの位置において最大となる。
【0013】一方、図6(b)に示すように音源Sから
少しずれた再生面RF上の位置に再生点Rを再生した場
合には、図示のようにマイク位置M1−1では伝播路よ
り再生時の逆伝播路の方が長くなり、またマイク位置M
1−2では伝播路より再生時の逆伝播路の方が短くな
る。
【0014】従って、マイク位置M1−1で拾われた音
を再生したものと、マイク位置M1−2で拾われた音を
再生したものとは位相にずれが生じるので、図7(b)
に示すようにこの再生点Rにおける合成ベクトル(Q1
〜Q3)は図7(a)に示す合成ベクトルより小さいも
のとなる。
【0015】この様にして再生点Rを再生面RF上で多
数設定することより、再生点が音源位置に相当するとき
には図7(a)に示すように最大の合成ベクトルとり、
それ以外の位置では同図(b)に示すように小さい合成
ベクトルとなるので、前者において音源探索が得られた
ことになる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】上記の様な音響ホログ
ラフィ方式を用いた音源探索の場合には、図7に示した
ように、同図(a)に示す場合と、同図(b)に示す場
合との差が小さく、音源探索の検出精度が低いという問
題があった。
【0017】また、最近では『近距離音響ホログラフィ
法』による音源探索方式も研究されており、これは音波
が音源から直線的に拡散するモードと音源から横方向に
も伝播して近距離で減衰してしまうモードがあることに
着目して後者の音波も探索の対象に含めるものである
が、この場合には音源と測定面との距離を1λから2λ
以内に収めなければならず、音源が発熱装置(例えばエ
ンジンのマニホールド)の場合には近接した距離にマイ
クを設置することが出来ず計測に適さない。
【0018】更には、音響インテンシティ法の応用例と
して、2本の走査マイクに加えて1本の参照マイクを用
い、計測面より後方に伝播して行く音波の振動モードや
放射される音波の指向性及び音圧レベルを予測する『近
接粒子速度法』が在るが、これは音源探索を行うもので
はなく利用することはできない。
【0019】従って本発明は上記のような音響ホログラ
フィ法を改良することにより、より検出精度の高い音源
探索方式を実現する事を目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る音源探索方式では、音源に対して前後
に配列された少なくとも2本の走査マイクと、両走査マ
イクを同時に平行移動させる手段と、少なくとも1本の
参照マイクと、各マイクからの音源の音圧データを入力
して第1の走査マイクの音圧データを再生点方向から来
たと仮定して第2の走査マイクの位置における音圧デー
タに変換すると共にこの変換した音圧データと該第2の
走査マイクの音圧データとの差分に重み付けを行って該
第2の走査マイクの音圧データと合成し、これを該第1
の走査マイクの計測面全体に対して行うことにより音源
の位置を探索する演算手段と、を備えている。
【0021】
【作用】図1及び図2は本発明に係る音源探索方式を分
かり易く説明するための概念図であり、音源Sが属する
面、即ち再生面に対して少なくとも2本の走査マイクM
1及びM2を前後方向に配列し、これらの走査マイクM
1及びM2を同時に平行移動させ、各点におけるマイク
出力を演算手段に与える。
【0022】演算手段では、例えば後方計測面MR上の
マイクM2の出力である複素音圧P2を再生面RFの方
向から来たと仮定して前方計測面MF上のマイクM1位
置における複素音圧P2’を例えば下記の式(3) に従っ
て換算する。
【0023】
【数3】
【0024】尚、r1及びr2はそれぞれマイクM1及
びマイクM2から再生面RF上の再生点R迄の距離を示
しており、これらは予め分かっている前方計測面MFと
再生面RFとの距離Zoと両計測面間距離ΔZとから求
めることができる。また、前方計測面MFと後方計測面
MRは上記と逆の関係でもよい。
【0025】この様にして換算された複素音圧P2’に
ついては、再生点Rが音源点でない場合は、実際のマイ
クM1で計測される複素音圧P1とは一致しないことと
なる。
【0026】そこで、次の式(3) に示す様に二つの音圧
P1,P2’は複素数であるので、図3の如く表せると
ころから、この複素音圧P1とP2’よりマイクM1と
M2の合成複素音圧P3を例えば次の式(4) により計算
する。
【0027】
【数4】
【0028】この様にして得られた複素音圧P3を上記
の再生式(2) のP(x,y,zo)に適用することによ
り従来の音響ホログラフィ法と同様にして、図7(a)
及び(b)に示す様な合成ベクトルが得られ、最も大き
な合成ベクトルの再生点が音源点となる。
【0029】この時、上記の式(4) において係数α(例
えば6〜60)を計測データの差分(P1−P2’)に
対して掛けることにより重み付けを行っているので、複
素音圧P1とP2’が一致していないときには、複素音
圧P3は図7(c)に示すように位相のずれが一層大き
くなるため、その合成ベクトルは同図(b)に示した従
来の音響ホログラフィ法による合成ベクトルより小さな
値を示すこととなるので、音源点の検出精度が向上する
こととなる。またこの係数αは例えば再生点Rの位置に
応じた変数となることも考えられる。
【0030】尚、第1及び第2の走査マイクはそれぞれ
前方又は後方計測面のいずれに対応してもよい。
【0031】
【実施例】図4は本発明に係る音源探索方式の実施例を
示したもので、この実施例では二つの走査マイクM1,
M2と、固定の参照マイクM3とが用いられ、これらの
走査マイクM1,M2は音源Sに対して前後に配列され
ており、それぞれ前方計測面MF及び後方計測面MR上
をマイクロホントラバース装置TVSにより水平移動さ
れる様に支持棒B1,B2に取り付けられている。尚、
この支持棒B1は支持棒B2上を移動出来るようになっ
ている為、結局、走査マイクM1,M2はそれぞれ前方
計測面MF及び後方計測面MR上を水平及び垂直方向に
おいて走査されることとなる。
【0032】走査マイクM1,M2及び参照マイクM3
の各音圧出力はそれぞれアンプA1〜A3で増幅された
後、フロントプロセッサーFPにおけるA/Dコンバー
タC1〜C3でデータに変換されたのち、同じくフロン
トプロセッサFP内の高速フーリエ変換器FFT1〜F
FT3によって周波数領域に変換(これは相関を求める
ため)されたのち、パソコン又はワークステーション等
のコンピュータPCにおけるホログラフィ演算部HCで
上記のような音響ホログラフィ演算を行ってCRTまた
はプロッター等の表示器Dにその音源分布図を表示する
こととなる。
【0033】尚、マイクロホントラバース装置TVSを
制御するコントローラCNTはやはりコンピュータPC
内に設けた制御ソフト部CSによって制御されるように
なっており、このコントローラCNTにより制御される
マイクロホントラバース装置TVSの移動速度は、マイ
クM1〜M3の出力をサンプリングする速度と予め調整
されている。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る音源探
索方式によれば、少なくとも2本の走査マイクを音源に
対して前後に配列して同時に平行移動させることによ
り、一方の走査マイクの音圧データを再生点方向から来
たと仮定して他方の走査マイクの位置における音圧デー
タに換算することにより両者の差分に重み付けを行って
合成音圧データを得ることにより、これを計測面全体に
対して行って音源の位置を探索するように構成したの
で、計測面の大きさや計測面と音源面との距離の制約を
受けずに精度の高い音源位置の検出を行うことが出来
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る音源探索方式の作用原理を説明す
るため図である。
【図2】本発明に係る音源探索方式の音源と計測面とを
示した斜視図である。
【図3】本発明に係る音源探索方式により計算される複
素音圧を示したベクトル図である。
【図4】本発明に係る音源探索方式の一実施例を示した
図である。
【図5】従来の音響ホログラフィ法による音圧再生を説
明するための図である。
【図6】従来の音響ホログラフィ法により音源を再生す
る状態を示した図である。
【図7】本発明及び従来例によって得られる再生面上の
合成ベクトルを示した図である。
【符号の説明】
M1,M2 走査マイク M3 参照マイク S 音源 MF 前方計測面 MR 後方計測面 TVS マイクロホントラバース装置 FP フロントプロセッサー PC コンピュータ 図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音源に対して前後に配列された少なくと
    も2本の走査マイクと、両走査マイクを同時に平行移動
    させる手段と、少なくとも1本の参照マイクと、各マイ
    クからの音源の音圧データを入力して第1の走査マイク
    の音圧データを再生点方向から来たと仮定して第2の走
    査マイクの位置における音圧データに変換すると共にこ
    の変換した音圧データと該第2の走査マイクの音圧デー
    タとの差分に重み付けを行って該第2の走査マイクの音
    圧データと合成し、これを該第1の走査マイクの計測面
    全体に対して行うことにより音源の位置を探索する演算
    手段と、を備えたことを特徴とする音源探索方式。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08233931A (ja) * 1995-02-24 1996-09-13 Isuzu Motors Ltd 音源探索方式
JP2004240698A (ja) * 2003-02-06 2004-08-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd ロボット移動経路教示方法と移動経路教示機能付きロボット
JP2007093251A (ja) * 2005-09-27 2007-04-12 Chubu Electric Power Co Inc 騒音対策のシミュレーション方法

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