JPH07209069A - 音源探査装置 - Google Patents

音源探査装置

Info

Publication number
JPH07209069A
JPH07209069A JP450294A JP450294A JPH07209069A JP H07209069 A JPH07209069 A JP H07209069A JP 450294 A JP450294 A JP 450294A JP 450294 A JP450294 A JP 450294A JP H07209069 A JPH07209069 A JP H07209069A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sound source
sound
time
microphones
wavelet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP450294A
Other languages
English (en)
Inventor
Tomohiro Tsunada
知博 綱田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP450294A priority Critical patent/JPH07209069A/ja
Publication of JPH07209069A publication Critical patent/JPH07209069A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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音をマイクロフ
ォンで検知して演算により音源の位置を探査する装置に
関し、時間的に変動する音源の探査が精度よくできる。 【構成】 マイクロフォン11、12の対13より音源
10の音圧を検知してA/D変換器4によりデジタル化
してウェーブレット変換器5に入力する。変換器5では
音圧信号をウェーブレット変換して周波数と時間に対応
して音のマイクロフォン到達時間を演算し、表示装置6
に表示すると共に音源位置演算器7へ入力する。演算器
7ではマイクロフォン対13の移動による信号より音圧
の極性を判断すると共に音速より音源の距離を求めるの
で周波数のみならず時間的変動の伴った音源の探査がで
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
する音をマイクロフォンにより検出し、演算により音源
までの距離を求めて音源を探査する音源探査装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図6は従来の一般的な音源探査装置の構
成図である。図において、1、2は左右のマイクロフォ
ン、3はマイクロフォンを左右に支持し、1、2とでマ
イクロフォン対を構成している。マイクロフォン1、2
による音源10の検出信号はA/D変換器4へ入力さ
れ、デジタル信号に変換されてFFT変換器26(高速
フーリエ変換器)に入力される。FFT変換器26でフ
ーリエ変換された信号は音源位置演算器7で後述のよう
な演算が施されて音源の位置を求めることになる。
【0003】機械設備の発する騒音問題の解決には、ま
ずその騒音が設備のどの部分から発生しているのか、す
なわち、音源を探査することが必要である。音源を探査
する方法としては種々の方法があるが、確実に音源を探
査しうる方法として音響強度を利用する探査法がある。
以下それについて簡単に説明する。音響強度とは、「音
場中のある点において、単位面積を単位時間に通過する
音波エネルギー」として定義されているものである。す
なわち、音場のある点の音圧をP、空気の粒子速度のr
方向の成分をUrとおくと、音響強度のr方向の成分I
rは、PとUrとの積の時間平均で次のように表わされ
る。
【0004】
【数1】
【0005】なお、このUrは、無響室のような自由音
場においては、音を平面波として扱える結果、音速をC
とおくと次のように求められる。
【0006】
【数2】
【0007】しかし、音源探査は通常一般の音場でおこ
なわれるものでありその際は粒子速度Urと音圧Pは同
相とならないので、(3)式によらずに直接Urを求め
る必要がある。このために開発されたのが図2に示すよ
うに微小距離Δrを2個のマイクロフォン11、12を
結合したマイクロフォン対13である。
【0008】さて、このマイクロフォン11、12によ
り検出される音圧をP1、P2とおくと、このマイクロ
フォン対13の配置点の音圧Pは次のように近似でき
る。
【0009】
【数3】
【0010】したがって、このP、Urの積の時間平均
を演算することにより音響強度がもとめられることにな
る。
【0011】なお実際に音響強度により音源を探査する
には、被探査音源の発する騒音の角速度ωに注目し、そ
の角速度ωの音の音響強度を検討することになり、その
際は、角速度ωの音の音響強度を次式に基づいて算出
し、それを検討することになる。
【0012】
【数4】
【0013】さて、上記音響強度Ir(ω)の大きさと
極性を検討するのに、図2において、いま、マイクロフ
ォン12の右方への水平線の延長上に基準点0度を定
め、そこに音源が存在した場合は、音源に近いマイクロ
フォン12の音圧P2の方がマイクロフォン11の音圧
P1より大であり、したがって、(6)式から明らかな
ように空気の粒子速度Urは正極性となり音響強度も正
となる。次にその音源をマイクロフォン対13の中心を
回動中心として反時計方向に回動していくと、P1とP
2の差は徐々に減少していき、90度の位置ではマイク
ロフォン11、12と音源間の距離が等しくなり、その
結果P1とP2は等しく、Urは0となり、音響強度も
0となる、そして、その位置からさらに反時計方向に回
動すると、P2に対しP1が大となり、その結果、Ur
は負極性となり、音響強度も負となる。
【0014】音響探査法は、上記のようにマイクロフォ
ン対と音源の対向位置関係により音響強度の極性が変わ
ることを利用したものであり、探査に際しては、図3に
示すように設備14に対し、例えば、外壁と平行な線の
ようなある一つの仮想線A−Aを考え、その線に沿って
マイクロフォン対13を移させながら、その間、マイク
ロフォン11、12の出力を音響強度の演算器に導入し
て音響強度を算出させ、その極性変化を監視することに
なる。
【0015】しかし、上記の如き従来の探査法では、図
6に示すようにマイクロフォン1、2の検出信号をFF
T変換器26においてFFTにより時間平均化して評価
しているため、時間的に変動する音源の場合は、その位
相特性が時間とともに変動するとともに、マイクロフォ
ンの移動に因っても変動することが考えられるため、変
動する場合の音源の探索は非常に困難であった。
【0016】
【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、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。
【0017】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も精度のよい探査が可能なよう
に音圧信号をフーリエ変換する代りに時間的に変動する
音圧信号にも対応して精度のよい探査ができるような変
換方法を採用した音源探査装置を提供するものである。
【0018】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、時
間および空間的に分散性のある信号に対してウェーブレ
ット変換手段によりウェーブレット変換を行い、この信
号の時間特性および周波数特性を分離した形で詳細に把
握し、この変換信号を音源位置演算器で各時間特性上で
音圧および粒子速度を演算することにより、音源の方向
を正確に検出する装置を提供する。
【0019】即ち、本発明は、微小間隔を隔てて結合
し、被探査設備と対向させて音圧を検出する一対のマイ
クロフォンと、その検出した音圧をデジタル信号に変換
するA/D変換器と、同A/D変換器からの信号と空気
密度及び前記一対のマイクロフォン間の微小間隔とを用
いて被探査音の角速度に対する音響強度を演算する変換
手段と、前記一対のマイクロフォンの対向位置と前記音
響強度の極性変化の関係に基づいて演算して音源を探査
する音源位置演算器とよりなる音源探査装置において、
前記変換手段はウェーブレット変換器からなり、前記A
/D変換器からの音圧信号の処理をウェーブレット変換
することにより周波数特性と共に変動する時間特性を含
めた角速度に対する音響強度を演算し、前記音源位置演
算器で時間的に変動する音源の探査を行うことを特徴と
する音源探査装置を提供する。
【0020】
【作用】本発明は前述の手段により、一対のマイクロフ
ォンで検知された音源からの音圧信号はA/D変換器で
デジタル信号に変換された後、ウェーブレット変換器で
ウェーブレット変換され、周波数特性と時間特性とに関
係した信号として把握して、この変換結果から音源位置
演算器において音源からの音圧がマイクロフォンに到達
した時間を求め、更に、極性を調べ、既知の音速を用い
て音源までの距離を演算して音源の探査を行う。
【0021】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。
【0022】
【数5】
【0023】ここで、Ψ(ω)はΨ(t)のフーリエ変
換を表わす。Ψ(t)としては次式のMorlet wavelet
(Gabor 関数:Ψ1(t)およびMexican Hat (Laplac
ianGaussian関数:Ψ(t))等を用いることができ
る。
【0024】
【数6】
【0025】図4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を図5に示す。図
5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
たわみ波が群速度CgでP点に達した時間を示す。ウェ
ーブレット変換することにより時間ごとの周波数特性が
分離できる。
【0026】次に、一対のマイクロフォンの音圧P1、
P2に前記のウェーブレット変換を施した場合を考え
る。音圧P1、P2のウェーブレット変換をW1(a、
b)、W2(a、b)と表わすと、一対のマイクロフォ
ンの音圧および粒子速度のウェーブレット変換が式
(5)、(6)と同様に求められる。
【0027】マイクロフォンを直線上で移動しながら各
位置で音圧を検出し、検出信号をウェーブレット変換器
で演算することにより、各測定点での音圧および粒子速
度、ウェーブレット変換が得られる。音源が変動し、音
圧に分散性がある場合についても、前述の図5に示すよ
うに、マイクロフォンに到達する時間は群速度Cgでほ
ぼ決定されるのでこの群速度で決定される各周波数域の
音圧粒子速度の極性を各計測点で検討することにより変
動する音源の場合についても精度よくその探査が可能と
なる。なお、gはたわみ波が群速度CgでP点に達した
時間を示し、Cgは2√(Cb.ω)で表わされ、周波
数ごとのたわみ波の伝波速度を示している。ここで、C
bは縦波速度、ωは角速度である。
【0028】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図1は本発明の実施例を示す音源探査シ
ステムのブロック図で、11、12はマイクロフォン、
13はマイクロフォン対、10は音源、4はマイクロフ
ォン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はウェーブレット変
換結果を表示するための表示装置、7はウェーブレット
変換結果を基に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。
【0029】ウェーブレット変換器5は前述のように時
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、(8)式で表わされて変換されるものである。
【0030】マイクロフォン11、12の音圧P1、P
2に前記のウェーブレット変換を施した場合で、音圧P
1、P2のウェーブレット変換をW1(a、b)、W2
(a、b)と表わすと、マイクロフォン13の音圧およ
び粒子速度のウェーブレット変換が式(5)、(6)と
同様に求められる。
【0031】マイクロフォンを図3の仮想線A−A上を
移動しながら各位置で音圧を検出し、検出信号をウェー
ブレット変換器で演算することにより、各測定点での音
圧および粒子速度ウェーブレット変換が得られる。ウェ
ーブレット変換により時間ごとの周波数特性が分離でき
る。
【0032】この情報に基づいて音源位置演算器7にお
いて、マイクロフォン対13を回転することによる信号
から極性を求め、更に上記で得られた時刻を基に音速と
により音源までの距離を求め、音源を探査する。
【0033】ウェーブレット変換器6で変換した情報は
必要に応じて図1の6a、6bで示すように周波数のみ
ならず時間的に変動する信号として表示されることにな
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器によ
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
探査が精度良く実施できるようになった。
【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】音源探査装置に適用される一般的なマイクロフ
ォン対の斜視図である。
【図3】音源探査装置のマイクロフォン対による探査の
一般的な計測法の説明図である。
【図4】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5】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6】従来の音源探査装置の構成図である。
【符号の説明】
4 A/D変換器 5 ウェーブレット変換器 6 表示装置 7 音源位置演算器 11 マイクロフォン 12 マイクロフォン 13 マイクロフォン対

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 微小間隔を隔てて結合し、被探査設備と
    対向させて音圧を検出する一対のマイクロフォンと、そ
    の検出した音圧をデジタル信号に変換するA/D変換器
    と、同A/D変換器からの信号と空気密度及び前記一対
    のマイクロフォン間の微小間隔とを用いて被探査音の角
    速度に対する音響強度を演算する変換手段と、前記一対
    のマイクロフォンの対向位置と前記音響強度の極性変化
    の関係に基づいて演算して音源を探査する音源位置演算
    器とよりなる音源探査装置において、前記変換手段はウ
    ェーブレット変換器からなり、前記A/D変換器からの
    音圧信号の処理をウェーブレット変換することにより周
    波数特性と共に変動する時間特性を含めた角速度に対す
    る音響強度を演算し、前記音源位置演算器で時間的に変
    動する音源の探査を行うことを特徴とする音源探査装
    置。
JP450294A 1994-01-20 1994-01-20 音源探査装置 Withdrawn JPH07209069A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP450294A JPH07209069A (ja) 1994-01-20 1994-01-20 音源探査装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP450294A JPH07209069A (ja) 1994-01-20 1994-01-20 音源探査装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07209069A true JPH07209069A (ja) 1995-08-11

Family

ID=11585840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP450294A Withdrawn JPH07209069A (ja) 1994-01-20 1994-01-20 音源探査装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07209069A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10891970B2 (en) 2017-02-21 2021-01-12 Onfuture Ltd. Sound source detecting method and detecting device
JP2023165098A (ja) * 2022-05-02 2023-11-15 文藏 田中 排泄信号事前検出装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10891970B2 (en) 2017-02-21 2021-01-12 Onfuture Ltd. Sound source detecting method and detecting device
JP2023165098A (ja) * 2022-05-02 2023-11-15 文藏 田中 排泄信号事前検出装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gaul et al. Identification of the impact location on a plate using wavelets
Ding et al. A new method for waveform analysis for estimating AE wave arrival times using wavelet decomposition
Jeong et al. Fracture source location in thin plates using the wavelet transform of dispersive waves
Plona et al. Axisymmetric wave propagation in fluid‐loaded cylindrical shells. II: Theory versus experiment
JP5747340B2 (ja) 音響測定装置及び音響測定方法
CA2190137A1 (en) Apparatus and method for ultrasonic spectroscopy testing of materials
Ferguson Time-delay estimation techniques applied to the acoustic detection of jet aircraft transits
Latif et al. Determination of the group and phase velocities from time–frequency representation of Wigner–Ville
JPH07209069A (ja) 音源探査装置
JPH07209068A (ja) 音源探査装置
Lee et al. Identification of impact force on a thick plate based on the elastodynamic and higher-order time-frequency analysis
JPH0353137A (ja) 応力測定法
Hwang et al. Estimation of the wavevector-frequency spectrum of turbulent boundary layer wall pressure by multiple linear regression
Szwoch et al. Detection of the incoming sound direction employing MEMS microphones and the DSP
JP3424757B2 (ja) 音源信号推定装置
JPS62115326A (ja) 音響放射状態の予測方法
JPH076956B2 (ja) Aeセンサの動的応答特性測定法
JPH09113248A (ja) 近距離音場ホログラフィー装置
Malatesta et al. Guided waves direction of arrival estimation based on calibrated multiresolution wavelet analysis
JPH01245121A (ja) 音響インピーダンス測定装置
JP2009145233A (ja) 音響エネルギ計測装置及び計測方法
JPH11271445A (ja) 航行物体までの距離検出装置および距離検出方法
JPH04169823A (ja) 振動とこの振動により発生する音との相関関係を定量的に求める方法および装置
JPS59111072A (ja) 音源位置検出装置
JP2763819B2 (ja) 音源特徴量抽出方法

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20010403