JPH0682529U - 音響測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は，吸音材の吸音率や音響インピーダ
ンス等の吸音特性を測定する装置に係り，誤差原因を排
除して信頼性に優れた測定結果を得ることのできる測定
装置の提供を目的とする。 【構成】 吸音材５の表面５_a から第１マイクロフォン
６_a 及び第２マイクロフォン６_b の各中心までの距離を
それぞれｌ₁ 及びｌ₂ とし（ｌ₂ ＞ｌ₁ ），ホワイトノ
イズ発生用スピーカ２により発生されるホワイトノイズ
中の所定周波数領域における最高周波数のノイズの波長
をλmin とした場合， ｌ₁ ＜０．２５λmin ｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin とする。このようにｌ₁ ＜０．２５λmin とすることに
より，第１マイクロフォン６_aが筒状体１内の音圧の谷
部に設置されることが回避され，上記最高周波数に関連
した誤差を含む特異なデータの発生が排除される。また
ｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin とすることにより，音響
インピーダンスの計算結果と測定値との関連がなくなる
特殊な測定不能状態に陥る欠点が排除される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は，吸音材の吸音率や音響インピーダンス等の吸音特性を測定する装置 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

騒音を防止する上で音源の騒音レベルを下げることの他に，騒音を吸収する吸 音材の開発が極めて需要である。吸音材は一般に音源の周波数に応じて変化する 吸音特性（吸音率，音響インピーダンス等）を有しており，音源の種類に応じて 選択されねばならない。 このような吸音材の吸音特性を測定する装置として，既に本発明者等によって 公表されたものが知られている。例えば「日本騒音制御工学会技術発表会講演論 文集，昭和６１年９月，第１３２６号Ｐ１８９〜１９２」を参照されたい。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし上記従来の音響測定装置を用いて測定した場合，周波数によっては大き い誤差を含む測定値を得ることがあり，吸音特性の測定装置としていまだ未完成 の部分を含むものであった。 本考案は、上記の問題点を解決するために，測定誤差の出る原因を理論面及び 実験面から種々解明した結果，得られたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

即ち，上記問題解決のために本考案が採用する主たる手段は，筒状体と，上記 筒状体の一端部に設けられるホワイトノイズ発生用スピーカと，上記筒状体の他 端部に，上記ホワイトノイズ発生用スピーカに対向して設けられる吸音材取付部 と，上記吸音材取付部とホワイトノイズ発生用スピーカとの間の筒状体壁部に取 り付けられる第１マイクロフォン及び第２マイクロフォンとを具備し，上記ホワ イトノイズ発生用スピーカによるホワイトノイズの各周波数毎の音量を上記第１ マイクロフォンと第２マイクロフォンとにより測定することにより，上記吸音材 取付部に取り付けた吸音材の吸音特性を検出する音響測定装置において，上記吸 音材取付部を上記筒状体の軸方向へ摺動可能となして該吸音材取付部により支持 された上記吸音材の表面から第１マイクロフォン及び第２マイクロフォンの各中 心までの距離をそれぞれｌ₁ 及びｌ₂ とし（ｌ₂ ＞ｌ₁ ），上記ホワイトノイズ 発生用スピーカにより発生されるホワイトノイズ中の所定周波数領域における最 高周波数のノイズの波長をλmin とした場合， ｌ₁ ＜０．２５λmin ｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin とした点を要旨とする音響測定装置であ る。

【０００５】

【作用】

ｌ₁ ＜０．２５λmin とすることにより，第１マイクロフォンが筒状体内の音 圧の谷部に設置されることが回避され，上記最高周波数に関連した誤差を含む特 異なデータの発生が排除される。 またｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin とすることにより，音響インピーダンスの 計算結果と測定値との関連がなくなる特殊な測定不能状態に陥る欠点が排除され る。

【０００６】

【実施例】

続いて添付した図面を参照しつつ，本考案を具体化した実施例につき説明し， 本考案の理解に供する。ここに図１は本考案の一実施例に係る音響測定装置全体 の縦断面図，図２は同測定装置におけるマイクロフォン取付部の拡大縦断面図， 図３は音圧の谷が出来る原理の説明図，図４及び図５はそれぞれ最高周波数２０ ００Hzでｌ₁ を２００mm及び３０mmとした場合の周波数に対する吸音率の一実験 例を示すグラフ，図６及び図７はそれぞれ最高周波数２０００Hzでｌ₂ −ｌ₁ を ４００mm及び３００mmとした場合の周波数に対する吸音率の一実験例を示すグラ フ，図８は吸音材及び実験条件を変化させた場合の図５の相当図，図９は吸音率 ０の材質の一例について得られた音響インピーダンスを示すグラフである。 尚，以下の実施例は本考案を具体化した一例に過ぎず，本考案の技術的範囲を 限定する性格のものではない。 図１に示すように，この実施例にかかる音響測定装置Ａは，外部からのノイズ の侵入を遮断するに十分な遮音性を有する筒状体１を装置本体として備えている 。 上記筒状体１の一端１_a はホワイトノイズ発生用スピーカ（以下スピーカ）２ により閉塞されている。また他の一端１_b には吸音材取付筒３が接続されている 。 上記吸音材取付筒３の内部には，吸音材取付部４に着脱自在に取り付けられる 吸音材５が摺動自在に装着されている。実験状態では，吸音材取付部４と吸音材 ５とが破線で示す位置にセットされ，吸音材５の表面５_a が筒状体１の一端１_b を閉塞する。

【０００７】 上記筒状体１のスピーカ２と吸音材取付部４との間の壁面には，吸音材取付部 ４に近い側から順に垂直入射の音圧を測る第１マイクロフォン６_a と第２マイク ロフォン６_b とをその測定部を筒状体１の内面に一致させて取り付けるための装 着孔８，８が形成されている。 上記第１マイクロフォン６_a 及び第２マイクロフォン６_b の各中心から筒状体 １の一端１_b （即ち吸音材５の表面５_a ）までの距離をそれぞれｌ₁ ，ｌ₂ とす る。 実際に測定する吸音材５の吸音率は，吸音材５の厚さに依存する。従って吸音 材５の表面５_a を実験に適するように筒状体１の一端１_b に一致させるために， 吸音材取付部４を筒状体１の軸方向に摺動させる吸音材移動装置７が吸音材取付 筒３に付加されている。吸音材移動装置７の詳細については後述する。 また第１及び第２マイクロフォン６_a 及び６_b は，同一音圧に対して同一測定 値を検出するように実験に先立って校正されねばならない。そのため上記第１マ イクロフォン６_a 取り付け用の装着孔８に隣接して一端１_b からｌ₁ の距離の位 置に第２マイクロフォン６_b を装着することのできる装着孔８_a が余分に形成さ れている。但しこの装着孔８_a は，実験中は遮蔽される。上記第１，第２マイク ロフォン６_a ，６_b の取付部の構造についても後述する。

【０００８】 通常，スピーカ２や第１，第２マイクロフォン６_a ，６_b は発生させうるホワ イトノイズの周波数や，検出しうる周波数に主として機械的な面から限界がある 。そのため測定したい周波数が広い場合には，例えば３０Hz〜２ＫHz用と，５０ ０Hz〜５ＫHz用のように，区切って測定する。 今，使用するスピーカ２が発生させることのできるホワイトノイズ中の予め定 められた所定範囲（領域）内の最高周波数（上記２ＫHzや５ＫHz）のノイズの波 長をλmin とすると，上記ｌ₁ はλmin によって制限を受け， ｌ₁ ＜（１／４）λmin に設定されねばならない。その理由は以下の通りである。 第２マイクロフォンの出力をＷ₂ とし，第１マイクロフォンの出力をＷ₁ とし た場合，本考案に係る音響測定装置Ａにおいて吸音率を測定するには， Ｗ₂ ／Ｗ₁ の計算を行う。従って分母である第１マイクロフォン６_a の出力値Ｗ₁ が零に 近づくと測定誤差が激増する。第１マイクロフォン６_a の出力値Ｗ₁ が零に近づ くのは，第１マイクロフォン６_a が音圧の谷に位置する時である。 即ち，スピーカからホワイトノイズを発生させると，筒状体１内には広帯域な 周波数（例えばｆ₁ ＜ｆ₂ ＜ｆ₃ ）特性を持つ音が存在することになるが，各音 は図３に示すように，各周波数に応じて定在波（ cos（２π／λ）ｘ）を形成す る。図中矢印の部分は音圧の谷と呼ばれ，入射波と反射波が干渉し合って音圧が 非常に小さくなる位置である。この位置は周波数が高くなるにつれて次第に吸音 材５の表面５_a に漸近する。この音圧の谷がちょうど第１マイクロフォン６_a に 重なる位置ｘは上記定在波の式より， ｘ＝λ／４ 即ち１／４波長の位置であり，その時の周波数 ｆ＝ｃ／４ｘ となる。

【０００９】 従ってスピーカ２が発生させるホワイトノイズの所定領域における最高周波数 に対する波長λmin に対して， ｌ₁ ＜１／４λmin の位置に第１マイクロフォン６_a を設ければよいことになる。 例えば３０Hz≦ｆ≦２ＫHzの周波数帯域のノイズをスピーカにより発生させる 場合は ｌ₁ ＜ｃ／４ｆ＝３４０／４×２０００＝４２．５mm ５００≦ｆ≦５ＫHzの場合は， ｌ₁ ＜１７mm となる。 図４はｆmax ＝２ＫHzのホワイトノイズに対してｌ₁ ＝２００mm（＞４２．５ mm）にセットした場合、図５はｌ₁ ＝３０mm（＜４２．５mm）にセットした場合 の各周波数毎の吸音率を示す実験値のグラフである。但し共通して吸音材は厚さ ５mmのウレタンフォームとし，ｌ₂ ＝７０mmである。 図４の実験条件では ｆ＝３４０／（４×０．２）＝４２５Hzとその３倍（１２７５Ｈｚ）の位置 に卓越ピークが見られるが，図３ではこれらのピークは現れない。 このように理論面と実験面とで一致してｌ₁ ＜１／４λmin とすることにより 音圧の谷による実験誤差が回避できることが立証された。 次に上記第１及び第２マイクロフォン６_a 及び６_b の距離Ｄ＝ｌ₂ −ｌ₁ につ いて検討する。

【００１０】 吸音材表面の音響インピーダンスは

【数１】 で計算される。 ここに Ｐ₁ ：第１マイクロフォンで測定される音圧 Ｐ₂ ：第２マイクロフォンで測定される音圧 Ｓ：管の断面積 ρ：空気の密度 Ｃ：空気の音速 ｊ＝（−１）^1/2 ｋ＝２πｆ／Ｃ ｋ（ｌ₁ ＋Ｄ）にＤ＝λ／２を代入してみる。 ｋ（ｌ₁ ＋Ｄ）＝２πｆ（ｌ₁ ＋λ／２）／Ｃ ＝２πｆ（ｌ₁ ＋Ｃ／２ｆ）／Ｃ ＝２πｆ（ｌ₁ ＋π）／Ｃ ＝ｋｌ₁ ＋π sin ｋ（ｌ₁ ＋Ｄ）＝sin （ｋｌ₁ ＋π） ＝sin ｋｌ₁ cos π＋cos ｋｌ₁ sin π ＝−sin ｋｌ₁ cos ｋ（ｌ₁ ＋Ｄ）＝cos （ｋｌ₁ ＋π） ＝cso ｋｌ₁ cos π−sin ｋｌ₁ sin π ＝−cos ｋｌ₁ この結果を（１）式に代入すると

【数２】

【００１１】 よって測定した項Ｐ₁ ／Ｐ₂ が約されてしまう。このため，測定結果が計算に 反映されなくなり，正しい音響インピーダンスＺが計算されないことになる。 実例として図６にＤ＝４００mm（λ＝２Ｄ＝０．８，ｆ＝３４０÷０．８＝４ ２５Hz）としてｆ＝５００Hz迄を測定した例を示す。また図７にＤ＝３００mm（ λ＝２Ｄ＝０．６，ｆ＝３４０÷０．６＝５６６．７Hz）の場合を示す。Ｄ＝４ ００m とした場合，４３５Hzで特異な測定データとなっていることが理解される 。尚，この時のｌ₁ は３０mm（一定）であった。 Ｄ＝λ／２となる周波数は，４００mmで４２５Hzであるが，この場合は図６か らも理解されるように４２５Hzだけでなく，その近傍にも影響を与えている。 影響の出はじめる周波数を図６のグラフから推定すると３６０Hz程度である。 これは理論上特異データとなる４２５Hzに対して約８５％の位置である。従って Ｄ＝（λ／２）×０．８５＝０．４２５λ となる周波数まで測定できることになる。 λの最小値は前記所定周波数領域における最高周波数音に対応する波長λmin であるから Ｄ≦０．４２５λmin の範囲にＤを設定しておけば上記特異データによる誤差を回避することが理解 される。

【００１２】 ちなみに ｌ₁ ＜１／４λmin Ｄ＝ｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin とした実験例を図８に示す。この場合，吸音材は幅４０mmのウレタンフォーム で，最高周波数２ＫHz，ｌ₁ ＝３０mm，Ｄ＝７０mmである。 また図９に，吸音性のない材質に対して最高周波数５ＫHz, ｌ₁ ＝１７mm，Ｄ ＝２８mmとした場合の音響インピーダンス（Ｏ：理論値の実数部，＊：理論値の 虚数部，破線：実験値の実数部，実線：実験値の虚数部）を示す。 続いて吸音材移動装置７の構造について説明する。 図７に示すように吸音材取付筒３の端部壁３_a に設けた雌ネジ部９に螺合する ネジロッド１０は，その一端がボールジョイント１１を介して剛体に近い吸音材 取付部４に揺動自在に接続されている。 上記ネジロッド１０の両端部に回転自在に取り付けた支持部材１２_a ，１２_b に固着された目盛りロッド１３は，前記端部壁３_a に形成した穴１４を貫通して いる。従って目盛りロッド１３は穴１４内をその長手方向に摺動可能であるが， ネジロッド１０のまわりには回転できない。

【００１３】 上記構造において，ハンドル１５の把手１６を回すことによりネジロッド１０ を回転させると，ネジロッド１０が雌ネジ部９との螺合によりその長手方向に進 退駆動され，ネジロッド１０と共に目盛りロッド１３が進退する。 従って，目盛りロッド１３に形成された目盛りの進行程度を見ながら，ネジロ ッド１０の回転量を加減することにより，吸音材取付部４の位置調整を行い，吸 音材５の厚さに合わせて，吸音材５の表面５_a を筒状体１の一端１_b に一致させ ることができる。 また第１，第２マイクロフォン６_a ，６_b の筒状体１に対する取付構造の一例 が図２に示されている。この場合，筒状体１に中空筒１５を溶接する。中空筒１ ５の中空部が装着孔８を構成する。 装着孔８にスリーブ１６が密に嵌入され，ナット１７によりスリーブ１６の抜 け防止が図られる。 第１又は第２マイクロフォン６_a 又は６_b は，上記スリーブ１６の内径部１６ _a に筒状体１の内側から差し込まれセットされる。上記内径部１６_a に形成され たＯリング溝１８にＯリング２０_a が装着されており，スリーブ１６の端部とナ ット１９との間にもＯリング２０_b が装着され，これらのＯリング２０_a ，２０ _b によってマイクロフォンとスリーブ１６との間の隙間からの漏音が防止される 。

【００１４】

【考案の効果】

本考案は以上述べた如く，筒状体と，上記筒状体の一端部に設けられるホワイ トノイズ発生用スピーカと，上記筒状体の他端部に，上記ホワイトノイズ発生用 スピーカに対向して設けられる吸音材取付部と，上記吸音材取付部とホワイトノ イズ発生用スピーカとの間の筒状体壁部に取り付けられる第１マイクロフォン及 び第２マイクロフォンとを具備し，上記ホワイトノイズ発生用スピーカによるホ ワイトノイズの各周波数毎の音量を上記第１マイクロフォンと第２マイクロフォ ンとにより測定することにより，上記吸音材取付部に取り付けた吸音材の吸音特 性を検出する音響測定装置において，上記吸音材取付部を上記筒状体の軸方向へ 摺動可能となして該吸音材取付部により支持された上記吸音材の表面から第１マ イクロフォン及び第２マイクロフォンの各中心までの距離をそれぞれｌ₁ 及びｌ ₂ とし（ｌ₂ ＞ｌ₁ ），上記ホワイトノイズ発生用スピーカにより発生されるホ ワイトノイズ中の所定周波数領域における最高周波数のノイズの波長をλmin と した場合， ｌ₁ ＜０．２５λmin ｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin であることを特徴とする音響測定装置であるから，使用するホワイトノイズ発 生用スピーカの発生周波数の範囲において，音圧の谷による誤差原因や，音響イ ンピーダンスの計算結果が測定値と無縁化することによる誤差原因を排除するこ とができ，信頼度の高い音響測定装置を得ることに成功したものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例に係る音響測定装置全体の
縦断面図。

【図２】 同測定装置におけるマイクロフォン取付部の
拡大縦断面図。

【図３】 音圧の谷が出来る原理の説明図。

【図４】 最高周波数２０００Hzでｌ₁ を２００mmとし
た場合の周波数に対する吸音率の一実験例を示すグラ
フ。

【図５】 最高周波数２０００Hzでｌ₁ を３０mmとした
場合の周波数に対する吸音率の一実験例を示すグラフ。

【図６】 最高周波数２０００Hzでｌ₂ −ｌ₁ を４００
mmとした場合の周波数に対する吸音率の一実験例を示す
グラフ。

【図７】 最高周波数２０００Hzでｌ₂ −ｌ₁ を３００
mmとした場合の周波数に対する吸音率の一実験例を示す
グラフ。

【図８】 吸音材及び実験条件を変化させた場合の図５
の相当図。

【図９】 吸音率０の材質の一例について得られた音響
インピーダンスを示すグラフ。

【符号の説明】

１…筒状体 ２…ホワイトノイズ発生用スピーカ ３…吸音材取付筒 ４…吸音材取付部 ５…吸音材 ６_a ，６_b …第１，第２マイクロフォン ７…吸音材移動装置 ８…装着孔 Ａ…音響測定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 古賀 博樹 神戸市北区筑紫が丘９丁目４−12

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状体と， 上記筒状体の一端部に設けられるホワイトノイズ発生用
   スピーカと， 上記筒状体の他端部に，上記ホワイトノイズ発生用スピ
   ーカに対向して設けられる吸音材取付部と， 上記吸音材取付部とホワイトノイズ発生用スピーカとの
   間の筒状体壁部に取り付けられる第１マイクロフォン及
   び第２マイクロフォンとを具備し，上記ホワイトノイズ
   発生用スピーカによるホワイトノイズの各周波数毎の音
   量を上記第１マイクロフォンと第２マイクロフォンとに
   より測定することにより，上記吸音材取付部に取り付け
   た吸音材の吸音特性を検出する音響測定装置において， 上記吸音材取付部を上記筒状体の軸方向へ摺動可能とな
   して該吸音材取付部により支持された上記吸音材の表面
   から第１マイクロフォン及び第２マイクロフォンの各中
   心までの距離をそれぞれｌ₁ 及びｌ₂ とし（ｌ₂ ＞
   ｌ₁ ），上記ホワイトノイズ発生用スピーカにより発生
   されるホワイトノイズ中の所定周波数領域における最高
   周波数のノイズの波長をλmin とした場合， ｌ₁ ＜０．２５λmin ｌ₂ −ｌ₁ ≦０．４２５λmin であることを特徴とする音響測定装置。
2. 【請求項２】 上記第１及び第２マイクロフォンが，筒
   状体の軸に直角の穴にスリーブを挿入し，このスリーブ
   の内径部にＯリングを介して挿入されてなる請求項１記
   載の音響測定装置。