JPH07198470A - Acoustic intesity measuring apparatus - Google Patents

Acoustic intesity measuring apparatus

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JPH07198470A
JPH07198470A JP5335972A JP33597293A JPH07198470A JP H07198470 A JPH07198470 A JP H07198470A JP 5335972 A JP5335972 A JP 5335972A JP 33597293 A JP33597293 A JP 33597293A JP H07198470 A JPH07198470 A JP H07198470A
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sound
microphones
cross spectrum
intensity
probe
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英男 鈴木
Shun Oguro
瞬 小黒
Shozo Anzai
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Ono Sokki Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable the measuring of acoustic intensity corrected accurately by using a cross spectrum between sound signals obtained with a plurality of microphones. CONSTITUTION:A microphone probe 1 is provided with four microphones P1, P2, P3 and P4 and arranged to be extended at least in such three directions that segments joining two each thereof differ from each other three- dimensionally. A signal obtained in such an arrangement is inputted into an analyzer 3 via a microphone amplifier 2. Then, a digital signal converted with an A/D conversion section 4 is inputted into an arithmetic section 5. With the arithmetic section, the signals obtained with the respective microphones P1, P2, P3 and P4 undergoes a Fourier transform while a cross power spectrum is determined corresponding to the combination of two each of the microphones. The cross spectrum is inputted into a sound direction calculating section 6 to determine the direction of a sound. Acoustic intensity is obtained with an arithmetic section 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、騒音制御、音場の可視
化、音源探査、放射パワーの計測等の音響計測の分野で
使用される、音響インテンシティ計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sound intensity measuring device used in the field of sound measurement such as noise control, sound field visualization, sound source search, and radiation power measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】音響インテンシティは、音場中における
音の進行方向に垂直な単位面積を単位時間に通道する音
のエネルギーと定義される。音響インテンシティを計測
することによって、スカラ量である音圧を計測する従来
の手法では不可能であった音場をエネルギーの流れで可
視化することが可能となる。これにより、騒音制御の分
野では、音源探査が容易となり、騒音対策も立て易くな
る。また、実使用状態での放射パワーの計測において
も、周囲の反射や外部騒音にあまり影響されずに放射パ
ワーの計測が可能となる。
2. Description of the Related Art Sound intensity is defined as the energy of sound that travels through a unit area perpendicular to the direction of travel of a sound in a sound field in a unit time. By measuring the sound intensity, it is possible to visualize the sound field by the flow of energy, which was impossible with the conventional method of measuring the sound pressure, which is a scalar quantity. As a result, in the field of noise control, sound source search is facilitated and noise countermeasures can be easily established. Further, also in the measurement of the radiation power in the actual use state, the radiation power can be measured without being significantly affected by the surrounding reflection and external noise.

【0003】従来、音響インテンシティの計測手法とし
て、いわゆる2マイクロフォン法と呼ばれる手法が知ら
れている。この手法は音場中に2つのマイクロフォンを
所定距離dだけ互いに離して配置し、それら2つのマイ
クロフォンの間で音場が直線的に変化していると仮定し
て、それら2つのマイクロフォン中点の位置の音響イン
テンシティを計測するものである。ところが、この2マ
イクロフォン法では、上記の仮定、即ち一次近似による
誤差が含まれ、特に高周波帯域において2つのマイクロ
フォンそれぞれに入力される音の位相の相違が大きな誤
差要因となる。
Conventionally, a so-called two-microphone method has been known as a sound intensity measuring method. This method places two microphones apart from each other by a predetermined distance d in the sound field, and assuming that the sound field changes linearly between the two microphones, the midpoints of the two microphones are The sound intensity of the position is measured. However, in the two-microphone method, the above assumption, that is, the error due to the first-order approximation is included, and the difference in the phase of the sound input to each of the two microphones is a large error factor especially in the high frequency band.

【0004】この誤差を補正する手法として、 (a)音の波長λ、2つのマイクロフォン間の距離dと
いう、測定前にあらかじめ定められる量を用いて、求め
られた音響インテンシティに、kd/sin(kd),
(但しkは波数(2π/λ)を表わす)を乗算する。 (b)2つのマイクロフォンそれぞれで得られた音信号
どうしの位相差φを用いて、求められた音響インテンシ
ティに、φ/sinφを乗算する。という2つの手法が
ある。
As a method of correcting this error, (a) the wavelength λ of the sound and the distance d between the two microphones, which are predetermined amounts before measurement, are used to calculate the sound intensity kd / sin. (Kd),
(However, k represents the wave number (2π / λ)). (B) The obtained sound intensity is multiplied by φ / sin φ using the phase difference φ between the sound signals obtained by each of the two microphones. There are two methods.

【0005】これら2つの手法は、音のエネルギーの流
れの方向(以下単に「音の方向」と称することがある)
と2つのマイクロフォンを結ぶ線分の方向(以下「プロ
ーブの方向」と称することがある)とが一致しており、
しかも音の反射が無いという条件の下では、いずれを用
いても正確な補正が行なわれる。
These two methods are based on the direction of the flow of sound energy (hereinafter sometimes simply referred to as "sound direction").
And the direction of the line segment connecting the two microphones (hereinafter sometimes referred to as the “probe direction”) match,
Moreover, under the condition that there is no sound reflection, accurate correction is performed using either method.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、音の方向と
プローブの方向が不一致であるか、あるいは音の反射波
が存在していると正しく補正できない場合がある。図8
は、上述した(a),(b)の補正の効果を確認するシ
ミュレーション結果を表わしたグラフである。縦軸は音
響インテンシティ(dB)(相対値)であり、0dBが
誤差のない値であることを表わす。また横軸は、進行波
と反射波との位相差を表わしている。すなわち、このグ
ラフは、進行波と反射波との位相差の異なる各測定点に
プローブを配置したときの音響インテンシティの誤差を
表わしている。
However, if the direction of the sound and the direction of the probe do not match or there is a reflected wave of the sound, correct correction may not be possible in some cases. Figure 8
[Fig. 4] is a graph showing a simulation result for confirming the effects of the above-described corrections (a) and (b). The vertical axis represents the sound intensity (dB) (relative value), and 0 dB represents a value without error. The horizontal axis represents the phase difference between the traveling wave and the reflected wave. That is, this graph represents the error of the sound intensity when the probe is arranged at each measurement point where the phase difference between the traveling wave and the reflected wave is different.

【0007】この図8のグラフを得るときのシミュレー
ションの条件は、音の周波数f=1.2kHz、進行波
に対する反射波の相対強度r=0.0(反射がないこと
を示す)、2つのマイクロフォン間の距離d=0.05
m、プローブの方向と音の方向との成す角度θ=45°
である。何らの補正も行なわなかったときの、得られた
音響インテンシティは、図7に実線で示すように約−
0.5dBの誤差を有している。これに上述した
(a)、即ちkd/sin(kd)を乗算すると、図7
に破線で示すように、約0.5dBの誤差を生じる結果
となる。一方、上述した(b)、即ちφ/sinφを乗
算すると、図1に一点鎖線で示すように、正しく補正さ
れる。
The conditions of the simulation for obtaining the graph of FIG. 8 are as follows: sound frequency f = 1.2 kHz, relative intensity r of the reflected wave to the traveling wave r = 0.0 (indicating no reflection), and two Distance between microphones d = 0.05
m, the angle between the direction of the probe and the direction of sound θ = 45 °
Is. The obtained sound intensity without any correction is about − as shown by the solid line in FIG.
It has an error of 0.5 dB. When this is multiplied by (a) described above, that is, kd / sin (kd),
As shown by the broken line in FIG. 3, an error of about 0.5 dB is produced. On the other hand, when the above-mentioned (b), that is, φ / sin φ is multiplied, the correction is correctly performed as shown by the alternate long and short dash line in FIG.

【0008】すなわち、プローブの方向と音の方向が不
一致であり、音の反射が存在しないという条件のとき
は、φ/sinφを乗算することにより正しく補正さ
れ、kd/sin(kd)では正しい補正は行なわれな
い。図9は、進行波に対する反射波の強度比r=0.
5、プローブの方向と音の方向との成す角θ=0°(そ
れらの方向が一致していることを示す)の場合の、図8
と同様のシミュレーション結果を表わすグラフである。
That is, under the condition that the direction of the probe and the direction of the sound do not match and there is no reflection of the sound, the correct correction is made by multiplying by φ / sin φ, and the correct correction is made by kd / sin (kd). Is not done. FIG. 9 shows the intensity ratio r = 0.
5. In the case of an angle θ = 0 ° formed by the direction of the probe and the direction of the sound (indicating that the directions are in agreement), FIG.
7 is a graph showing a simulation result similar to.

【0009】補正を行なわなかったときは、実線で示す
ように約−0.5dBの誤差を有し、kd/sin(k
d)を乗算すると正しく補正され、φ/sinφを乗算
すると位相差に応じて誤差が大きく変動する。すなわ
ち、プローブの方向と音の方向が一致するという条件下
では、音の反射が存在していても、kd/sin(k
d)を乗算することにより正しく補正され、φ/sin
φでは正しい補正は行なわれない。
When no correction is made, there is an error of about -0.5 dB as shown by the solid line, and kd / sin (k
When d) is multiplied, the correction is correctly performed, and when φ / sin φ is multiplied, the error largely varies depending on the phase difference. That is, under the condition that the direction of the probe and the direction of the sound match, kd / sin (k
Corrected by multiplying d), φ / sin
Correct correction is not performed with φ.

【0010】図10は、進行波に対する反射波の強度比
r=0.5、プローブの方向と音の方向との成す角θ=
45°の場合の、図8,図9と同様のシミュレーション
結果を表わすグラフである。図10に示すように、反射
波が存在し、かつプローブの方向と音の方向が不一致で
あるという条件下においては、kd/sin(kd)、
φ/sinφのいずれを用いても正しい補正は行なわれ
ない。
In FIG. 10, the intensity ratio of the reflected wave to the traveling wave is r = 0.5, and the angle θ between the probe direction and the sound direction is θ =
10 is a graph showing the same simulation result as in FIGS. 8 and 9 in the case of 45 °. As shown in FIG. 10, under the condition that the reflected wave exists and the direction of the probe and the direction of the sound do not match, kd / sin (kd),
Correct correction is not performed using either of φ / sin φ.

【0011】ここで、反射波が存在していてもプローブ
の方向と音の方向が一致している場合、kd/sin
(kd)を乗算することにより正しく補正が行なわれる
ことから、このkd/sin(kd)にプローブの方向
と音の方向との成す角θのファクタを付加し、その角度
に対応した分だけ2つのマイクロフォン間の等価的な距
離が縮まると考え、kdcosθ/sin(kdcos
θ)を補正に用いることが考えられる。
Here, if the direction of the probe and the direction of the sound are the same even if the reflected wave exists, kd / sin
Since the correct correction is performed by multiplying (kd), a factor of the angle θ formed by the direction of the probe and the direction of the sound is added to this kd / sin (kd), and only 2 corresponding to the angle is added. Considering that the equivalent distance between two microphones is shortened, kdcosθ / sin (kdcos
It is conceivable to use θ) for correction.

【0012】図11は、図10と同一の条件下における
シミュレーション結果を表わしたグラフであり、kd/
sin(kd)、φ/sinφによる補正とともに、k
dcosθ/sin(kdcosθ)による補正結果が
示されている。図11に示すように、kdcosθ/s
in(kdcosθ)を用いることにより、反射波が存
在し、かつプローブの方向と音の方向が不一致であって
も正しい補正が行なわれる。
FIG. 11 is a graph showing simulation results under the same conditions as in FIG. 10, where kd /
With correction by sin (kd) and φ / sin φ, k
The correction result by dcos θ / sin (kdcos θ) is shown. As shown in FIG. 11, kdcos θ / s
By using in (kdcos θ), correct correction is performed even if there is a reflected wave and the direction of the probe and the direction of the sound do not match.

【0013】しかし、kdcosθ/sin(kdco
sθ)を実際に適用しようとすると、プローブの方向と
音の方向との成す角をあらかじめ知る必要があるが、音
の方向は不明である場合が通常である。音の方向を知る
ために、プローブの方向をトライアンドエラーで種々変
えてみて、求められる音響インテンシティの値が最大に
なる方向を見つける方法も考えられるが、非常にやっか
いであり現実的ではない。
However, kdcos θ / sin (kdco
In order to actually apply sθ), it is necessary to know in advance the angle formed by the direction of the probe and the direction of sound, but the direction of sound is usually unknown. In order to know the direction of the sound, it is possible to change the direction of the probe by trial and error to find the direction that maximizes the required sound intensity value, but it is very troublesome and not realistic. .

【0014】本発明は、上記事情に鑑み、トライアンド
エラーのような繰り返しを行なうことなく正しく補正さ
れた音響インテンシティを求めることのできる音響イン
テンシティ計測装置を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an acoustic intensity measuring apparatus capable of obtaining a correctly corrected acoustic intensity without repeating the trial and error.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の音響インテンシティ計測装置は、 (1)各2個のマイクロフォンを結ぶ線分どうしが3次
元的に互いに異なる少なくとも3方向に延びるように測
定点に配置される少なくとも4個のマイクロフォン (2)上記マイクロフォンで得られた音信号どうしのク
ロススペクトルGmn(m,nは各マイクロフォンの番号
を表わす)を求めるクロススペクトル演算手段 (3)クロススペクトル演算手段で求められたクロスス
ペクトルGmnに基づいて、上記測定点における音のエネ
ルギーの流れの方向を求める音方向算出手段 (3)音方向算出手段で求められた音のエネルギーの流
れの方向と各2個のマイクロフォンm,nを結ぶ線分と
の成す角度をθmnとしたとき、上記クロススペクトルG
mnに代えて、式 G´mn=Gmn・{kdmncosθmn/sin(kdmncosθmn)}…(1) 但し、kは音の波数(2π/λ;λは音の波長)、dmn
は各2個のマイクロフォンm,n間の距離を表わす。で
求められる補正されたクロススペクトルG´mnを用いて
音響インテンシティを求める音響インテンシティ演算手
段を備えたことを特徴とする。
According to the sound intensity measuring apparatus of the present invention which achieves the above object, (1) line segments connecting two microphones each extend in at least three directions which are three-dimensionally different from each other. At least four microphones arranged at measurement points (2) Cross spectrum calculation means for obtaining a cross spectrum G mn (m and n represent the numbers of the respective microphones) between sound signals obtained by the above microphones (3) Sound direction calculation means for obtaining the direction of the sound energy flow at the measurement point based on the cross spectrum G mn obtained by the cross spectrum calculation means (3) The sound energy flow obtained by the sound direction calculation means When the angle formed by the direction and the line segment connecting each of the two microphones m and n is θ mn , the cross spectrum G
Instead of mn , the equation G ′ mn = G mn · {kd mn cos θ mn / sin (kd mn cos θ mn )} (1) where k is the wave number of the sound (2π / λ; λ is the wavelength of the sound), d mn
Represents the distance between each two microphones m, n. The sound intensity calculating means for calculating the sound intensity is provided by using the corrected cross spectrum G ′ mn obtained in (1).

【0016】[0016]

【作用】上記の少なくとも4個のマイクロフォンのうち
の各2個(重複を許容する)のマイクロフォンで得られ
た音信号どうしのクロススペクトルGmnを演算し、それ
らのクロススペクトルGmnに基づいてx,y,z方向の
音響インテンシティ成分を求めることができる。
The cross spectrum G mn of the sound signals obtained by the two microphones (allowing duplication) of the at least four microphones is calculated, and x is calculated based on the cross spectrum G mn. The sound intensity components in the y, z and z directions can be obtained.

【0017】それらの音響インテンシティは、上述の誤
差を含んだものがあるが、x,y,z方向の音響インテ
ンシティの成分が求められることから、音の概略の方向
を定めることができる。このようにしてその方向を定
め、その音の方向と各ペアの方向との成す角をθ mnとし
たとき、上述した補正項kdmncosθmn/sin(k
mncosθmn)を用いてクロススペクトルGmnを補正
し、その補正されたクロススペクトルG´ mnを用いて音
響インテンシティを求める。これにより、トライアンド
エラーのような測定を繰り返すことなく、正しく補正さ
れた音響インテンシティを求めることができる。
Those sound intensities are
Some include differences, but sound inte
Since the intensity component is required, the general direction of the sound
Can be determined. In this way the direction is fixed
Therefore, the angle between the direction of the sound and the direction of each pair is θ mnage
Correction term kdmncos θmn/ Sin (k
dmncos θmn) Using cross spectrum GmnCorrect
And the corrected cross spectrum G ′ mnSound using
Find Hibiki Intensity. This allows you to try and
Correctly corrected without repeating error-like measurement
It is possible to obtain the sound intensity.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。こ
こでは、正四面体の各頂点の位置に配置された4個のマ
イクロフォンを有するプローブ(特開平5−28859
8号公報参照)を用いた例について説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Here, a probe having four microphones arranged at the positions of the vertices of a regular tetrahedron (Japanese Patent Laid-Open No. 28859/1993).
An example using the Japanese Patent No. 8) will be described.

【0019】図1は、本実施例における4個のマイクロ
フォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 の配置図である。これら
4個のマイクロフォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 は1辺が
長さdの正四面体の各頂点に配置されている。X軸,Y
軸,Z軸の定め方は任意であるが、ここでは、この正四
面体の重心位置を原点0とし、3個のマイクロフォンP
1 ,P2,P3 がX−Y平面と平行に広がる平面上にあ
り、かつマイクロフォンP4 がZ軸上にあるように座標
軸を定め、さらにマイクロフォンP1 の位置からZ軸に
延びZ軸と直角に交わる線分の方向にY軸を定める。本
実施例においては、4個のマイクロフォンがこのような
配置となるように、Z軸方向に延びる軸に取り付けられ
る。
FIG. 1 is a layout diagram of four microphones P 1 , P 2 , P 3 , P 4 in this embodiment. These four microphones P 1 , P 2 , P 3 and P 4 are arranged at the respective vertices of a regular tetrahedron whose one side is the length d. X axis, Y
The axes and the Z-axis are defined arbitrarily, but here, the center of gravity of the regular tetrahedron is set to the origin 0, and three microphones P are arranged.
The coordinate axes are set so that 1 , P 2 and P 3 are on a plane extending parallel to the XY plane, and the microphone P 4 is on the Z axis, and the Z axis extends from the position of the microphone P 1 to the Z axis. The Y-axis is defined in the direction of the line segment that intersects at right angles. In this embodiment, four microphones are attached to the shaft extending in the Z-axis direction so as to have such an arrangement.

【0020】図2,図3は本発明の三次元音響強度計測
装置の一実施例における4個のマイクロフォンが取り付
けられた状態のプローブを示す正面図、および図2の左
方からみた側面図である。取付軸20の先端にマイクロ
フォンP4 が取り付けられ、また3個のマイクロフォン
1 ,P2 ,P3 が、取付軸20を取り囲むように、取
付軸20に固定された各アーム22,24,26に取り
付けられている。これら4個のマイクロフォンP1 ,P
2 ,P3 ,P4 はそれらのセンサ部が正四面体の各頂点
に位置する。4個のマイクロフォンP1 ,P2 ,P3
4 をこのように取り付けたプローブを構成し、ここで
は、取付軸20の延びる方向をZ軸、マイクロフォンP
1 を固定するためのアーム22の延びる方向をY軸とす
る。X軸方向は特に明示はないが、取付軸20とアーム
22との双方に直角な方向がX軸方向となる。したがっ
て音響強度を測定するにあたってこのプローブを正しい
向きに容易に配置することができる。また、これら4個
のマイクロフォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 で構成される
正四面体の重心位置(測定される音響強度の位置、座標
軸の原点)にはマイクロフォンP4 のZ軸方向に延びる
軸20aのみが存在し、したがって音場の乱れも最小限
に押さえることができる。
2 and 3 are a front view showing a probe in a state in which four microphones are attached in an embodiment of the three-dimensional acoustic intensity measuring apparatus of the present invention, and a side view seen from the left side of FIG. is there. A microphone P 4 is attached to the tip of the mounting shaft 20, and three microphones P 1 , P 2 , P 3 are fixed to the mounting shaft 20 so as to surround the mounting shaft 20, and each arm 22, 24, 26 is fixed. Is attached to. These four microphones P 1 , P
The sensor parts of 2 , P 3 and P 4 are located at each vertex of the regular tetrahedron. Four microphones P 1 , P 2 , P 3 ,
A probe in which P 4 is attached in this way is configured, and here, the extension direction of the attachment shaft 20 is the Z axis, and the microphone P
The extending direction of the arm 22 for fixing 1 is the Y axis. The X-axis direction is not particularly specified, but the direction perpendicular to both the mounting shaft 20 and the arm 22 is the X-axis direction. Therefore, this probe can be easily arranged in the correct direction when measuring the acoustic intensity. In addition, the center of gravity of the tetrahedron composed of these four microphones P 1 , P 2 , P 3 , and P 4 (the position of the measured acoustic intensity, the origin of the coordinate axis) is in the Z-axis direction of the microphone P 4. Since there is only the axis 20a extending to, the disturbance of the sound field can be minimized.

【0021】図4は、本発明の音響インテンシティ計測
装置の一実施例の全体構成を示したブロック図である。
マイクロフォンプローブ1には4個のマイクロフォンP
1 ,P2 ,P3 ,P4が備えられており、これらのマイ
クロフォンP1 ,P2 ,P3 ,P4 は図2,図3に示す
ように配置され固定されている。これらのマイクロフォ
ンP1 ,P2 ,P3 ,P4 で得られた信号はマイクアン
プ2を経由してFFTアナライザ3に入力される。
FIG. 4 is a block diagram showing the overall construction of an embodiment of the sound intensity measuring apparatus of the present invention.
The microphone probe 1 has four microphones P.
1 , P 2 , P 3 , P 4 are provided, and these microphones P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are arranged and fixed as shown in FIGS. 2 and 3. The signals obtained by these microphones P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are input to the FFT analyzer 3 via the microphone amplifier 2.

【0022】FFTアナライザ3ではA/D変換部4に
おいてディジタル信号に変換され、そのディジタル信号
がクロススペクトル演算部5に入力される。クロススペ
クトル演算部5では、各マイクロフォンP1 ,P2 ,P
3 ,P4 で得られた信号がそれぞれフーリエ変換され、
かつ各2つのマイクロフォンの組合せに対応するクロス
パワースペクトルGmn(m,n=1,2,3,4)が求
められる。ここでGmnは2つのマイクロフォンPm ,P
n で得られた信号についてのクロスパワースペクトルで
ある。
In the FFT analyzer 3, the A / D conversion section 4 converts the digital signal, and the digital signal is input to the cross spectrum calculation section 5. In the cross spectrum calculation unit 5, the microphones P 1 , P 2 , P
The signals obtained at 3 and P 4 are respectively Fourier transformed,
Further, the cross power spectrum G mn (m, n = 1, 2, 3, 4) corresponding to each combination of two microphones is obtained. Where G mn is the two microphones P m and P
It is a cross power spectrum about the signal obtained by n .

【0023】クロススペクトル演算部5で求められたク
ロスパワースペクトルGmn(m,n=1,2,3,4)
は音方向算出部6に入力され、音方向算出部6では以下
に示す演算が行われ、音の方向が求められる。音方向算
出部6では、クロススペクトル演算部5で求められたク
ロスパワースペクトルGmn(m,n=1,2,3,4)
を用い、先ず音響インテンシティのX,Y,Z方向の各
成分が求められる。
Cross power spectrum G mn (m, n = 1, 2, 3, 4) obtained by the cross spectrum calculation unit 5
Is input to the sound direction calculation unit 6, and the sound direction calculation unit 6 performs the following calculation to obtain the sound direction. In the sound direction calculation unit 6, the cross power spectrum G mn (m, n = 1, 2, 3, 4) obtained by the cross spectrum calculation unit 5
First, each component of the sound intensity in the X, Y and Z directions is obtained.

【0024】音響インテンシティの方向i成分Ii は、
一般的には、 Ii =Im(ai12+bi13+ci14+di23
+ei24+fi34) 但し、Im(……)は……の片側スペクトルの虚数部、
i ,bi ,ci,di ,ei ,fi は各係数を表わ
す。
The direction i component I i of the sound intensity is
Generally, I i = Im (a i G 12 + b i G 13 + c i G 14 + d i G 23
+ E i G 24 + f i G 34 ) However, Im (...) Is the imaginary part of the one-sided spectrum of ...
a i , b i , c i , d i , e i , and f i represent each coefficient.

【0025】……(2) で表わされる。これを図1〜図3に示した座標系に適用
すると、音響インテンシティIのX,Y,Z方向の各成
分Ix ,Iy ,Iz は、
.. (2) is represented. When this is applied to the coordinate system shown in FIGS. 1 to 3, the respective components I x , I y , and I z of the sound intensity I in the X, Y, and Z directions are

【0026】[0026]

【数1】 [Equation 1]

【0027】ここで、Im{G}:Gの片側クロススペ
クトルの虚数部 ω:角周波数 ρ:媒質の密度 d:マイクロフォン間の間隔 である。ここでX,Y,Zの各方向はいずれの方向を正
に選んでもよく、この場合、選び方によっては上記
(3)〜(5)式の演算結果の符号を正負逆にすればよ
い。
Here, Im {G}: imaginary part of one-sided cross spectrum of G: ω: angular frequency ρ: density of medium d: spacing between microphones. Here, any of the X, Y, and Z directions may be selected to be positive, and in this case, depending on the selection method, the signs of the calculation results of the expressions (3) to (5) may be reversed.

【0028】音方向算出部6では、(3)〜(5)式に
基づいて音響インテンシティのX,YZ軸方向の各成分
を求めた後、プローブが配置された測定点からみた音の
方向が求められる。測定点から見た音の方向の方向余弦
は、その音の方向とX,Y,Z軸との成す角をそれぞれ
α,β,γとしたとき、 cosα=Ix /I cosβ=Iy /I cosγ=Iz /I ……(6) で与えられる。ここでIは音響インテンシティの大きさ
であり、 I=(Ix 2+Iy 2+Iz 21/2 ……(7) で与えられる。
In the sound direction calculation unit 6, after obtaining each component of the sound intensity in the X and YZ axis directions based on the equations (3) to (5), the sound direction viewed from the measurement point where the probe is arranged. Is required. The direction cosine of the sound direction viewed from the measurement point is cos α = I x / I cos β = I y /, where α, β, and γ are angles formed by the sound direction and the X, Y, and Z axes, respectively. I cos γ = I z / I (6) Here, I is the magnitude of the sound intensity, and is given by I = (I x 2 + I y 2 + I z 2 ) 1/2 (7).

【0029】(6)式に示す3つの方向余弦を用いる
と、4個のマイクロフォンP1 ,P2,P3 ,P4 をそ
れぞれ2個ずつ組合わせたマイクロフォンm,n(m,
n=1,2,3,4)のペアの方向と音の方向との成す
角θmnが求められる。
When the three direction cosines shown in the equation (6) are used, the microphones m, n (m, m) in which two four microphones P 1 , P 2 , P 3 , P 4 are combined respectively
The angle θ mn formed by the pair direction (n = 1, 2, 3, 4) and the sound direction is obtained.

【0030】[0030]

【数2】 [Equation 2]

【0031】音方向算出部6において(8)式に基づい
て求められた角度θmn、および、クロススペクトル演算
部5で求められクロススペクトルGmnは、音響インテン
シティ演算部7に入力される。音響インテンシティ演算
部7では、入力された角度θmnとクロススペクトルGmn
とを用いて、式 G´mn=Gmn・{kdcosθmn/sin(kdcosθmn)}……(9) により補正されたクロススペクトルG´mnが求められ、
さらにこの補正されたクロススペクトルG´mnを用い
て、上述の(3)〜(5)式中のGmnをG´mnに変更し
た式:即ち、
The angle θ mn obtained by the sound direction calculation unit 6 based on the equation (8) and the cross spectrum G mn obtained by the cross spectrum calculation unit 5 are input to the sound intensity calculation unit 7. In the sound intensity calculation unit 7, the input angle θ mn and the cross spectrum G mn are input.
By using and, the cross spectrum G ′ mn corrected by the equation G ′ mn = G mn · {kdcos θ mn / sin (kdcos θ mn )} (9) is obtained,
Further, using this corrected cross spectrum G ′ mn , an equation in which G mn in the above equations (3) to (5) is changed to G ′ mn :

【0032】[0032]

【数3】 [Equation 3]

【0033】に基づいて、補正された音響インテンシテ
ィのX,Y,Z方向の各成分Ix ´,Iy ´,Iz ´が
求められる。尚、音響インテンシティ演算部7において
求められた音響インテンシティ(I x ´,Iy ´,Iz
´)を再度音方向算出部6に戻し、(6)〜(8)式に
従って再度角度θmnを求め、その再度求めた角度θmn
音響インテンシティ演算部7に入力して再度音響インテ
ンシティを求め、このようにして何度か補正を繰り返し
た後の音響インテンシティを求めてもよい。
A sound intensity corrected based on
Component I in the X, Y and Z directionsx ´, Iy ´, Iz But
Desired. In the sound intensity calculation unit 7,
Sound intensity (I x ´, Iy ´, Iz 
′) Is returned to the sound direction calculation unit 6 again, and in the formulas (6) to (8),
Therefore, the angle θmnAnd re-obtained angle θmnTo
Input to the sound intensity calculation unit 7
And repeat the correction several times in this way
The sound intensity after playing may be obtained.

【0034】次に本発明のシミュレーション結果につい
て説明する。図5は、本発明による補正の効果確認のた
めのシミュレーション結果を表わしたグラフである。シ
ミュレーションの条件は、音の周波数f=1.2kH
z、進行波に対する反射波の相対強度r=0.5、各2
つのマイクロフォン間の距離d=0.06m、Z軸とX
軸を含む平面内における、音の方向とZ軸との成す角ξ
=0°、X軸とY軸を含む平面内における、音の方向と
X軸との成す角ζ=0°、すべてのマイクロフォン・ア
ンプ系の相互の位相差(チャンネル間位相差)がゼロの
場合である。すなわち、この図5に示すシミュレーショ
ンは、反射波は存在するが音の方向はZ軸と合致してい
る場合のものである。
Next, the simulation result of the present invention will be described. FIG. 5 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention. The condition of the simulation is that the sound frequency f = 1.2 kHz
z, relative intensity of reflected wave to traveling wave r = 0.5, 2 each
Distance between two microphones d = 0.06m, Z axis and X
The angle ξ between the sound direction and the Z-axis in the plane including the axis
= 0 °, an angle ζ between the direction of sound and the X axis in the plane including the X axis and the Y axis ζ = 0 °, and the mutual phase difference (phase difference between channels) of all microphone / amplifier systems is zero. This is the case. That is, the simulation shown in FIG. 5 is for the case where the reflected wave exists but the direction of the sound matches the Z axis.

【0035】この場合、補正前では約−1.0dBの誤
差が存在するが、反射波が存在していても本発明の手法
により正しく補正されている。図6は、本発明による補
正の効果確認のためのもう1つのシミュレーション結果
を表わしたグラフである。シミュレーション条件は図中
に記載されたとおりであり、図5のシミュレーションと
の相違点はξ=45°、即ちZ軸に対し、X方向(水平
方向)に45°振れた方向から音が入射することが想定
されている。
In this case, there is an error of about -1.0 dB before the correction, but even if there is a reflected wave, it is correctly corrected by the method of the present invention. FIG. 6 is a graph showing another simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention. The simulation conditions are as described in the figure, and the difference from the simulation in FIG. 5 is ξ = 45 °, that is, the sound is incident from the Z axis in a direction swung 45 ° in the X direction (horizontal direction). Is assumed.

【0036】図6には、音響インテンシティのX方向の
成分とZ方向の成分が示されており、音響インテンシテ
ィの大きさ((7)式参照)を1.0としたとき、X方
向、Z方向の成分Ix ,Iz は、デシベル表示で、 Ix =Iz =10・log1.0/√2=−1.5(d
B) となる。したがって図6上−1.5dBの位置にあるこ
とが正しく補正されていることを意味し、本発明では、
このように、反射波が存在し、かつ音が斜めから入射し
ても正しい補正が行なわれる。
FIG. 6 shows a component of the sound intensity in the X direction and a component in the Z direction. When the magnitude of the sound intensity (see the equation (7)) is 1.0, the X direction is shown. , Z-direction components I x and I z are expressed in decibels, and I x = I z = 10 · log 1.0 / √2 = −1.5 (d
B). Therefore, it means that the position of -1.5 dB in FIG. 6 is correctly corrected, and in the present invention,
In this way, correct correction is performed even if there is a reflected wave and the sound enters obliquely.

【0037】図7は、本発明による補正の効果確認のた
めのもう1つのシミュレーション結果を表わしたグラフ
であり、反射波が存在し、音が斜めから入射し、さらに
マイクロフォンP4 の、アンプを含めた他の3チャンネ
ルとの位相誤差eがe=kd/50≒1.5°存在する
ことを想定したものである。この場合、位相誤差eに起
因する誤差は残存するが、この場合であっても反射波、
音の斜め入射に起因する誤差は正しく補正されている。
FIG. 7 is a graph showing another simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention. In the presence of a reflected wave, the sound is incident obliquely, and the amplifier of the microphone P 4 is changed. It is assumed that the phase error e with the other three channels included is e = kd / 50≈1.5 °. In this case, the error due to the phase error e remains, but even in this case, the reflected wave,
The error caused by the oblique incidence of sound is corrected correctly.

【0038】尚、上記は4個のマイクロフォンを用いる
3次元インテンシティプローブについて説明したもので
あるが、6個のマイクロフォンを用いるプローブについ
ても全く同じ方法が適用できる。
Although the above description is for a three-dimensional intensity probe using four microphones, the same method can be applied to a probe using six microphones.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反射波に起因する誤差と音の斜め入射による誤差との双
方が正しく補正された音響インテンシティを求めること
ができる。
As described above, according to the present invention,
It is possible to obtain the sound intensity in which both the error caused by the reflected wave and the error caused by the oblique incidence of sound are corrected correctly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本実施例における4個のマイクロフォンP1
2 ,P3 ,P4 の配置図である。
FIG. 1 shows four microphones P 1 in the present embodiment.
P 2, P 3, is a schematic representation of a P 4.

【図2】本発明の三次元音響強度計測装置の一実施例に
係る4個のマイクロフォンが取り付けられた状態のプロ
ーブを示す正面図である。
FIG. 2 is a front view showing a probe with four microphones attached thereto according to an embodiment of the three-dimensional acoustic intensity measuring apparatus of the present invention.

【図3】図2に示す三次元音響強度計測装置を図2の左
方からみた側面図である。
3 is a side view of the three-dimensional acoustic intensity measuring device shown in FIG. 2 as viewed from the left side of FIG.

【図4】本発明の音響インテンシティ計測装置の一実施
例の全体構成を示したブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of an embodiment of the sound intensity measuring apparatus of the present invention.

【図5】本発明による補正の効果確認のためのシミュレ
ーション結果を表わしたグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention.

【図6】本発明による補正の効果確認のためのもう1つ
のシミュレーション結果を表わしたグラフである。
FIG. 6 is a graph showing another simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention.

【図7】本発明による補正の効果確認のためのもう1つ
のシミュレーション結果を表わしたグラフである。
FIG. 7 is a graph showing another simulation result for confirming the effect of the correction according to the present invention.

【図8】補正の効果を確認するシミュレーション結果を
表わしたグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction.

【図9】補正の効果を確認するシミュレーション結果を
表わしたグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction.

【図10】補正の効果を確認するシミュレーション結果
を表わしたグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction.

【図11】補正の効果を確認するシミュレーション結果
を表わしたグラフである。
FIG. 11 is a graph showing a simulation result for confirming the effect of correction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マイクロフォンプローブ 2 マイクアンプ 3 FFTアナライザ 4 A−D変換器 5 クロススペクトル演算部 6 音方向算出部 7 音響インテンシティ演算部 1 Microphone probe 2 Microphone amplifier 3 FFT analyzer 4 A-D converter 5 Cross spectrum calculation unit 6 Sound direction calculation unit 7 Sound intensity calculation unit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 各2個のマイクロフォンを結ぶ線分どう
しが3次元的に互いに異なる少なくとも3方向に延びる
ように測定点に配置される少なくとも4個のマイクロフ
ォンと、 前記マイクロフォンで得られた音信号どうしのクロスス
ペクトルGmn(m,nは各マイクロフォンの番号を表わ
す)を求めるクロススペクトル演算手段と、 前記クロススペクトル演算手段で求められたクロススペ
クトルGmnに基づいて、前記測定点における音のエネル
ギーの流れの方向を求める音方向算出手段と、 前記音方向算出手段で求められた音のエネルギーの流れ
の方向と各2個のマイクロフォンm,nを結ぶ線分との
成す角度をθmnとしたとき、前記クロススペクトルGmn
に代えて、式 G´mn=Gmn・{kdmncosθmn/sin(kdmncosθmn)} 但し、kは音の波数(2π/λ;λは音の波長)、dmn
は各2個のマイクロフォンm,n間の距離を表わす。で
求められる補正されたクロススペクトルG´mnを用いて
音響インテンシティを求める音響インテンシティ演算手
段とを備えたことを特徴とする音響インテンシティ計測
装置。
1. At least four microphones arranged at a measurement point such that line segments connecting two microphones extend in at least three directions which are three-dimensionally different from each other, and a sound signal obtained by the microphones. Based on the cross spectrum calculation means for obtaining the cross spectrum G mn (m and n represent the numbers of the respective microphones) between them, and the sound energy at the measurement point based on the cross spectrum G mn obtained by the cross spectrum calculation means. Θ mn is the angle formed by the sound direction calculation means for obtaining the direction of the flow of the sound and the direction of the flow of the sound energy obtained by the sound direction calculation means and the line segment connecting each of the two microphones m, n. When the cross spectrum G mn
Instead of the equation, G ′ mn = G mn · {kd mn cos θ mn / sin (kd mn cos θ mn )}, where k is the wave number of the sound (2π / λ; λ is the wavelength of the sound), and d mn
Represents the distance between each two microphones m, n. The sound intensity measuring device is provided with a sound intensity calculating means for calculating the sound intensity by using the corrected cross spectrum G ′ mn obtained in 1.
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