JPH07209068A - 音源探査装置 - Google Patents

音源探査装置

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JPH07209068A
JPH07209068A JP450194A JP450194A JPH07209068A JP H07209068 A JPH07209068 A JP H07209068A JP 450194 A JP450194 A JP 450194A JP 450194 A JP450194 A JP 450194A JP H07209068 A JPH07209068 A JP H07209068A
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JP
Japan
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sound source
microphones
time
wavelet
sound
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP450194A
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English (en)
Inventor
Tomohiro Tsunada
知博 綱田
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP450194A priority Critical patent/JPH07209068A/ja
Publication of JPH07209068A publication Critical patent/JPH07209068A/ja
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 種々の機械装置から発生する騒音をマイクロ
フォンで検出して演算により音源を探査す装置に関し、
時間的に変動する音源の探査が精度良くできる。 【構成】 3個のマイクロフォン1a,1b,1cが音
源2の音を検出し、A/D変換器4を介してデジタル信
号としてウェーブレット変換器5へ入力する。同変換器
5ではこれらの信号にウェーブレット変換を施し、周波
数特性成分と時刻歴特性成分を抽出して音源位置演算器
7へ入力すると共に表示装置6へ6a,6b,6cの如
く表示する。演算器7は、3個のマイクロフォン配置関
係より音源の方向角を求めると共にウェーブレット変換
した信号の時刻成分から音源までの距離を算出して音源
の方向を探査するので時間的に変動する音源に対しても
精度の良い探査ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は種々の機械装置から発生
する音を3個以上のマイクロフォンで検出して演算によ
り音源を探査する音源探査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】機械装置や工場等における騒音低減対策
は、まずその騒音発制限を正確に検出することが糸口と
なるものであって、この騒音源の位置を探査する方式と
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ィ法があ
る。
【0003】音響ホログラフィ法による音源探査の過程
を図5および図6により具体的に説明する。図5におい
て、騒音を発している供試体21はほぼu−v面内にあ
り、供試体21から距離Z隔てた位置の平面x−y内に
記録面22がある。記録面22内の走査用マイクロフォ
ン23は縦横に移動することが可能である。さらに、記
録面22内又はそとの任意点に固定マイクロフォン24
が設置されている。図6において、走査用マイクロフォ
ン23、固定マイクロフォン24の信号は、それぞれロ
ーパスフィルタ25,25′を介してFFT装置(高速
フーリエ変換機)26,26′によりフーリエスペクト
ルに変換され、両者のクロススペクトル27を演算する
ことにより記録面22での周波数別の音圧の複素振幅分
布が得られる。これをホログラム28と呼び、いま、次
のように表す。
【0004】Q(xm,yn):但しm=1、2、〜、M、n
=1、2、〜、Nとする。ここで、(xm,yn)は記録面で
のサンプル点での座標である。ホログラム情報Q(xm,y
n) を用いて、記録面22から任意の距離Zにある面
(u,v)の音波情報K(u,y)30を得るには次の式(1)
のヘルムホルツ/キルヒホフの積分定理を用い計算機2
9により演算する。
【0005】
【数1】
【0006】式(1)は畳み込み積分であるので次の式
となる。
【0007】 Q(x,y)=K(u,y)*T(u,v) (2) と表わせる。
【0008】式(1)において、右辺K(u,v)を除いた
項を伝達関数Tとする。
【0009】
【数2】
【0010】従って、フーリエ変換により式(2)は次
の様になる。
【0011】 F〔Q(x,y)〕=F〔K(u,v)〕・F〔T(u,v)〕 (3) 式(3)により、K(u,v)は次の式(4)により求めら
れる。
【0012】
【数3】
【0013】この音響ホログラフィ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、大規模マイクロ
フォ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ようするため、瞬間的騒
音、変動する騒音の音源位置の探査・測定が困難になる
等の問題があった。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前述の様に従来の方法
では音源から発した信号をフーリエ変換により周波数領
域に変換するため、時間的に平均化された情報しか入手
することができず、しかも、その演算処理には多くの時
間を必要とし、このため、時間的に変動する音源の探索
はほとんど不可能であった。また音源が移動する様な場
合についても同様である。
【0015】本発明は上記の時間的に変動し、しかも分
散性のある音源に対して3個のマイクロフォンを用いて
これらの検出した信号にウェーブレット変換を施して周
波数と時間を把握して音源の方向,距離の精度のよい探
査が可能な装置提供するものである。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明はそのために正三
角形に配置された3個のマイクロフォンの時間および空
間的に分散性のある騒音信号に対してウェーブレット変
換を行い、これらの信号から音源の方向角を演算すると
共に時間特性および周波数特性を分離した形で詳細に把
握することにより、各マイクロフォンから音源までの距
離を演算し、それぞれの距離から音源の方向を演算する
ことにより音源を正確に探索する装置を提供する。
【0017】即ち、本発明は、正三角形に配置され、音
源の騒音波形を電気信号に変換するための3個のマイク
ロフォンと、これらマイクロフォンの出力信号をA/D
変換器を介して取り込み、該マイクロフォンの出力信号
にそれぞれウェーブレット変換を施すことにより周波数
特性成分と時刻歴特性成分を抽出するための処理を行う
ウェーブレット変換器と、その演算結果から得られる前
記マイクロフォンへの各周波数成分の到達時間、前記3
個のマイクロフォン間の距離及び配置角度との関係から
前記音源の入射角を含むその音源の距離、方向を演算す
る演算処理装置と、該演算処理装置の演算結果を表示す
る表示装置とを具備してなることを特徴とする音源探査
装置を提供する。
【0018】
【作用】本発明は前述の手段により、3個のマイクロフ
ォンで検出した騒音信号はA/D変換器でデジタル信号
としてウェーブレット演算装置に入力される。これらの
入力された信号はそれぞれウェーブレット変換を施すこ
とにより周波数特性成分と時刻歴特性成分で把握される
信号となり演算処理装置に入力される。これらの入力さ
れた信号は3個のマイクロフォン信号から演算されたも
のであるため、これらのマイクロフォンの配置角度、マ
イクロフォン間の距離、等の関係より、各周波数ごとの
マイクロフォン間の到達時間差が求められ、これらの到
達時間差の正・負より音源からの方位角、が求められ
る。これと共に、ウェーブレット変換された信号には時
刻特性より音がマイクロフォンに到達した時刻が把握さ
れているので音速とで音源までの距離が演算され、音源
の正確な方向探査が可能となる。
【0019】図2は測定地点に正三角形に配置された3
個のマイクロフォンM1 , M2 ,M 3 の配置図であり、
この例で探査の原理を説明する。いま、L:マイクロフ
ォン間隔、v:音速、M1 〜M3 :マイクロフォンI
a,Ib,Ic、θ:音源方向角(時計方向を正とす
る)、α:マイクロフォンの開き角、Dij:マイクロフ
ォンMiに対するマイクロフォンMjの遅れ、とすれ
ば、各マイクロフォンへの到達時間差Dijが判れば音源
方向角は従来の方法と同様に次のように求められる。
【0020】 D12=(L/v)cos (α−θ) cosφ (5) D13=(L/v)cos (α+θ) cosφ (6) 式(5)(6)を展開して差および和をとれば、 D12−D13=2(L/v) sinα sinθ cosφ (7) D12+D13=2(L/v) cosα cosθ cosφ (8) 式(7)を式(8)で割ると、
【0021】
【数4】
【0022】(10)あるいは(10′)よりD12,D
13の正負を考慮して音源方向角θが求められる。音源迎
角φはθを(5)あるいは(6)式に用いることにより
求められる。
【0023】次に本発明のポイントである到達時間差D
12,D13の評価法について説明する。ウェーブレット変
換は、時間的にも周波数的にも局在した関数Ψ(t)に
スケール変換a(>0)とシフト変換bを作用させて得
られる関数Ψ((t−b)/a)を積分核とする積分変換で
あり、入力信号をf(t)とすると次式で表わされる。
【0024】
【数5】
【0025】ここで上つきバーは複素共役を表わし、Ψ
(t)は次式の条件を満たす関数である。
【0026】
【数6】
【0027】ここで、Ψ(ω)はΨ(t)のフーリエ変
換を表わす。
【0028】Ψ(t)としては次式の Morlet wavelet
(Gabor関数:Ψ1(t))およびMexican Hat (Lapac
ian Gaussian関数:Ψ (t) )等を用いることができ
る。
【0029】
【数7】
【0030】図3に示すような分散波形について上記の
ウェーブレット変換を行った場合の結果を図4に示す。
図4においてb軸は時刻を、a軸は周波数を示してい
る。a−b平面において変換値がピークを示す線gは音
がマイクロフォンに到達した時刻を表わしており、この
変換結果と音速により音源までの距離を推定することが
可能となる。
【0031】
【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
具体的に説明する。図1は本発明の一実施例を示す音源
探査装置のシステムの構成図で、1a,1b,1c,は
前述のように正三角形に配置された音源探査用のマイク
ロフォン、2は音源、3a,3b,3cはそれぞれ3個
のマイクロフォンに対応するアンプ、4はマイクロフォ
ン3a,3b,3cの信号をデジタル信号に変換するた
めのA/D変換器、5はそれらのデジタル信号をウェー
ブレット変換するために演算するウェーブレット変換
器、6は3個のマイクロフォン1a,1b,1cからの
信号のウェーブレット変換結果を表示するための表示装
置で6a,6b,6cのように表示する。7はウェーブ
レット変換結果を基にマイクロフォン1a,1b,1c
への音の到達時間差から音源の方向位置を演算するため
の演算器、この演算結果は6の表示装置で表示される。
【0032】ウェーブレット変換は、前述のようり時間
的にも周波数的にも局在した関数Ψ(t)にスケール変
換a(>0)とシフト変換bを作用させて得られる関数
Ψ((t−b)/a)を積分核とする積分変換であり、
入力信号をf(t)とすると前述の式(11)で表わさ
れる。
【0033】図3に示すような分散波について上記のウ
ェーブレット変換を行った場合の結果は前述の通り、図
4のようになり、図4においてb軸は時刻を、a軸は周
波数を示している、a−b平面において変換値がピーク
を示す線gは音がマイクロフォンに到達した時刻を表わ
しており、音源位置演算器7でこの変換結果と音速によ
り音源までの距離を推定することが可能となる。
【0034】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように従来音源
の探査はマイクロフォンでとらえた信号をFFT等の手
法を用いて周波数領域に変換して時間的に平均化された
探査情報を入手していた。この方法では時間的に変動す
る音源の場合、移動する音源の場合その探査精度が極端
に低下するという問題があった。そこで本発明では、マ
イクロフォンでとらえた信号を周波数のみでなく時間的
にも信号として把握可能なウェーブレット変換により変
換しその結果をもとに音源の方向距離を同定する装置と
したために時間的に変動する音源、移動する音源の探査
が精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る音源探査装置の構成図
である。
【図2】本発明のマイクロフォンの配置を示す図であ
る。
【図3】本発明の音源探査装置に入力してウェーブレッ
ト変換を行う分散波形(ひずみ応答)の一例を示す波形
図である。
【図4】本発明の音源探査装置でウェーブレット変換を
施した結果を示す斜視図である。
【図5】従来の音源探査の方法を示す説明図である。
【図6】従来の音源探査装置の構成を示すブロック図で
ある。
【符号の説明】
1a マイクロフォン 1b マイクロフォン 1c マイクロフォン 2 音源 4 A/D変換器 5 ウェーブレット変換器 6 表示装置 7 音源位置演算装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正三角形に配置され、音源の騒音波形を
    電気信号に変換するための3個のマイクロフォンと、こ
    れらマイクロフォンの出力信号をA/D変換器を介して
    取り込み該マイクロフォンの出力信号にそれぞれウェー
    ブレット変換を施すことにより周波数特性成分と時刻歴
    特性成分を抽出するための処理を行うウェーブレット変
    換器と、その演算結果から得られる前記マイクロフォン
    への各周波数成分の到達時間、前記3個のマイクロフォ
    ン間の距離及び配置角度との関係から前記音源の入射角
    を含むその音源の距離、方向を演算する演算処理装置
    と、該演算処理装置の演算結果を表示する表示装置とを
    具備してなることを特徴とする音源探査装置。
JP450194A 1994-01-20 1994-01-20 音源探査装置 Withdrawn JPH07209068A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998011417A1 (fr) * 1996-09-13 1998-03-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Analyseur de signal instable et support d'enregistrement de programme d'analyse de signal instable
JP2000214052A (ja) * 1999-01-28 2000-08-04 Nichiha Corp 異常音検出システム及び記録媒体
JP2003083803A (ja) * 2001-09-17 2003-03-19 Sato Kogyo Co Ltd 騒音・振動の監視低減方法およびそのための騒音・振動モニタリング装置
KR20030089528A (ko) * 2002-05-15 2003-11-22 현대자동차주식회사 차량의 소음 발생위치 확인장치 및 그 방법
JP2010169430A (ja) * 2009-01-20 2010-08-05 Nec System Technologies Ltd 電子機器、および電子機器における機構部品の診断方法、ならびに診断プログラム
TWI450602B (zh) * 2012-06-06 2014-08-21 Nat Univ Tsing Hua 微型電子式獵槍麥克風

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Effective date: 20010403