JPH10267745A

JPH10267745A - 体積速度計測方法及び装置

Info

Publication number: JPH10267745A
Application number: JP7764097A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakamura; 中村政弘
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JP3656357B2

Abstract

(57)【要約】【課題】音源振動面の面積Ｓ１とその振動速度Ｖ１を個
々に計測せずに両者の積である体積速度（Ｓ１・Ｖ１）
を計測することが可能な方法及び装置を提供する。【解決手段】音源振動面に近接して設けられた一定断面
積の誘導管中に設けたマイクロホンにより該振動面によ
る音圧を測定し、該音圧及び該断面積に基づき体積速度
を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は体積速度計測方法及
び装置に関し、特に、車両や産業機械のエンジン、トラ
ンスミッション、キャブパネル等の音源振動面から離れ
た位置の音圧を予測する音圧予測方法に好適な体積計測
方法及び装置に関するものである。

【０００１】

【従来の技術】近年、自動車や産業機械から発生する騒
音が環境公害問題となっており、この騒音の静粛化が国
内外で要求されている。

【０００２】この場合、騒音の規制値は発生源から所定
距離だけ離れた遠隔点で計測されるが、例えばエンジン
を実際の車両に搭載する前の状態で音圧が分かれば騒音
規制に対する方策をより簡単に決定することができるた
め、音源の振動面に起因する該音源振動面から離れた位
置での音圧を正確に予測できる方法が求められている。

【０００３】本出願人は特願平８−３４６０４号におい
て、音源振動面と音圧予測点間の空間伝達特性を正確に
計測し、音圧を実際に計測することなく音圧予測を行う
ことを目的とした「音圧予測方法」を出願した。以下、
これについて概略的に述べる。

【０００４】図４は上記の音圧予測方法をより概念的に
示した図で、例えば、音源振動面積Ｓ１で振動速度Ｖ１
の音源振動面１ａを有するエンジン１と、振動面積Ｓ２
で振動速度Ｖ２の振動面２ａを有するスピーカ２とが配
置設定されている。

【０００５】いま、振動面１ａ，２ａに加わる力をそれ
ぞれＦ１，Ｆ２とすると次の関係式が成り立つ。

【数１】Ｆ１＝Ｚ１１・Ｖ１＋Ｚ１２・Ｖ２・・・式（１）

【数２】Ｆ２＝Ｚ２１・Ｖ１＋Ｚ２２・Ｖ２・・・式（２）但し、Ｚ１１，Ｚ１２，Ｚ２１，Ｚ２２は機械インピー
ダンスとする。

【０００６】ここで、式（１）及び（２）において相反
定理が成り立つと仮定すると、次式のようになる。

【数３】Ｚ１２＝Ｚ２１・・・式（３）

【０００７】一方、振動面１ａ，２ａの表面の平均音圧
をそれぞれＰ１，Ｐ２、表面積をＳ１，Ｓ２とすると次
の関係式が成り立つ。

【数４】Ｆ１＝Ｐ１・Ｓ１・・・式（４）

【数５】Ｆ２＝Ｐ２・Ｓ２・・・式（５）

【０００８】式（１），（２），（４），（５）から、
次の関係式が得られる。

【数６】Ｓ１・Ｐ１＝Ｚ１１・Ｖ１＋Ｚ１２・Ｖ２・・・式（６）

【数７】Ｓ２・Ｐ２＝Ｚ２１・Ｖ１＋Ｚ２２・Ｖ２・・・式（７）

【０００９】次に式（６）で、Ｖ１＝０（エンジン１の
振動面１ａを振動させない状態）とし、両辺をＶ２で割
って整理すると、次の関係式が成り立つ。

【数８】Ｚ１２＝Ｐ１・Ｓ１／Ｖ２・・・式（８）

【００１０】式（３），（８）から、次の関係式が得ら
れる。

【数９】Ｚ２１＝Ｐ１・Ｓ１／Ｖ２・・・式（９）

【００１１】同様に、式（７）で、Ｖ２＝０（スピーカ
２の振動面２ａを振動させない状態）とし、両辺をＳ２
で割って整理すると、次の関係式が成り立つ。

【数１０】Ｐ２＝Ｚ２１・Ｖ１／Ｓ２・・・式（１０）

【００１２】次に、式（９），（１０）からインピーダ
ンスＺ２１を消去して整理すると、次の関係式が成り立
つ。

【数１１】Ｐ２＝｛Ｐ１／（Ｓ２・Ｖ２）｝・（Ｓ１・Ｖ１）・・・式（１１）

【００１３】すなわち、音源振動面１ａを振動させて、
予測点Ｑでの音圧を実測する代わりに、エンジン１の振
動面１ａを振動させない状態で、スピーカ２の振動面２
ａ（音圧予測点）を振動させ、この振動面２ａの振動速
度Ｖ２と振動面１ａ近傍の音圧Ｐ１を測定することによ
り伝達特性Ｇ＝Ｐ１／（Ｓ２・Ｖ２）が得られる。な
お、振動面面積Ｓ２は既知の値とする。また、「近傍」
とは歪みを含まない一定値以上の被測定対象が得られる
距離範囲内を意味する。

【００１４】さらに、式（１１）から分かることは、ス
ピーカ２の振動面２ａを振動させない状態で、エンジン
１の振動面１ａを振動させた時の振動面１ａ近傍の振動
速度Ｖ１を計測すれば振動面２ａ（音圧予測点）の音圧
Ｐ２は伝達特性Ｇに体積速度（振動面面積Ｓ１×振動速
度Ｖ１）を乗ずれば予測できるということである。な
お、振動面面積Ｓ１も既知の値とする。

【００１５】このような概念に基づき、特願平８−３４
６０４号に係る音圧予測方法は、音源の振動面近傍にマ
イクロホンを配置するとともに、音圧予測位置にスピー
カ及び振動計測器を配置し、該音源振動面が振動してい
ないときに該スピーカを振動させて該振動計測器で該ス
ピーカの振動速度（Ｖ２）を計測するとともに該マイク
ロホンで該音源振動面の音圧（Ｐ１）を計測することに
より、該スピーカの既知の振動面面積（Ｓ２）を用いて
該マイクロホンから該スピーカまでの空間の伝達特性を
Ｐ１／（Ｓ２・Ｖ２）として求め、次に該振動計測器を
該音源振動面近傍に配置し、該音源振動面を振動させて
該振動計測器で該音源振動面の振動速度（Ｖ１）を計測
し、該音源振動面の既知の面積（Ｓ１）を用いて該音源
振動面に起因する該予測点における音圧Ｐ２をＰ２＝
（Ｓ１・Ｖ１）・Ｐ１／（Ｓ２・Ｖ２）の式から求めて
いる。

【００１６】この音圧予測方法における空間伝達特性を
求めるための具体的な手段を図５（１）により説明す
る。この音圧予測方法では、音圧を予測する点Ｑにスピ
ーカ２を配置し、このスピーカ２の近傍にスピーカ２の
振動面２ａの振動速度Ｖ２を測定する振動計測器６（振
動速度測定器）を配置し、更にエンジン１の振動面１ａ
の近傍にマイクロホン４を配置して、振動面１ａと予測
点Ｑ間の空間の伝達特性を測定する点が異なっている。

【００１７】まず、エンジン１を停止して振動面１ａ〜
１ｄを振動させない状態で、スピーカ２を振動させ、こ
のスピーカ２の振動面２ａの振動速度Ｖ２を振動計測器
６で測定するとともに、スピーカ２に起因する振動面１
ａ近傍の音圧Ｐ１ａをマイクロホン４で測定する。

【００１８】この測定結果により，振動面１ａの近傍の
音圧Ｐ１ａと予測点Ｑのスピーカ２の振動速度Ｖ２から
振動面１ａと予測点Ｑとの間の空間の伝達特性Ｇａを次
式により求める。

【数１２】Ｇａ＝Ｐ１ａ／（Ｓ２・Ｖ２）・・・式（１２）但し、スピーカ２の振動面積Ｓ２は上記の通り既知の値
である。

【００１９】なお、上記の如く、この伝達特性Ｇａは
（Ｐ１ａ・Ｓ１）／Ｖ２としても求められる。

【００２０】次に、エンジン１を停止して振動面１ａ〜
１ｄを振動させない状態で、スピーカ２を振動させ、振
動面１ｂ〜１ｄの近傍にマイクロホン４を順次移動して
それぞれ振動面１ｂ〜１ｄ近傍の音圧Ｐ１ｂ〜Ｐ１ｄを
測定し、上記式（１２）と同様にして下記の式により空
間の伝達特性Ｇｂ〜Ｇｄをそれぞれ求める。

【数１３】Ｇｂ＝Ｐ１ｂ／(Ｓ２・Ｖ２）・・・式（１３）

【数１４】Ｇｃ＝Ｐ１ｃ／（Ｓ２・Ｖ２）・・・式（１４）

【数１５】Ｇｄ＝Ｐ１ｄ／（Ｓ２・Ｖ２）・・・式（１５）

【００２１】次に、上記のようにして求めた空間伝達特
性Ｇａ〜Ｇｄを用いることにより、図５（２）の構成に
より予測点Ｑでの音圧を予測する。

【００２２】まず、振動面１ａの近傍に振動計測器６を
配置し、エンジン１を始動して振動面１ａ（及び振動面
１ｂ〜１ｄ）を振動状態にするとともに、スピーカ２は
存在しないので振動しない状態と等価になり、振動計測
器６で振動面１ａの近傍の振動速度Ｖ１ａを測定する。

【００２３】以下同様にして、振動面１ａ〜１ｄの振動
状態を維持して、振動計測器６を順次、振動面１ｂ〜１
ｄの近傍に配置してそれぞれ振動面１ｂ〜１ｄの近傍の
振動速度Ｖ１ｂ〜Ｖ１ｄを計測する。

【００２４】以上の測定結果により、エンジン１の振動
面１ａ〜１ｄに起因する予測点Ｑの音圧Ｐ２は、既に求
めた空間伝達特性Ｇａ〜Ｇｄと、各振動速度Ｖ１ａ〜Ｖ
１ｄと各振動面１ａ〜１ｄの面積Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄを乗じ
た各結果（体積速度）とを乗じた値の和で与えられるか
ら次式のようになる。

【数１６】Ｐ２＝Ｇａ・（Ｖ１ａ・Ｓ１ａ）＋Ｇｂ・（Ｖ１ｂ・Ｓ１ｂ）＋Ｇｃ・（Ｖ１ｃ・Ｓ１ｃ）＋Ｇｄ・（Ｖ１ｄ・Ｓ１ｄ）・・・式（１６）但し、振動面面積Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄは上記の通り既知の値
である。

【００２５】なお、式（１６）は、次式と同等である。

【数１７】Ｐ２＝Ｐ１ａ・（Ｓ１ａ・Ｖ１ａ）／（Ｓ２・Ｖ２）＋Ｐ１ｂ・（Ｓ１ｂ・Ｖ１ｂ）／（Ｓ２・Ｖ２）＋Ｐ１ｃ・（Ｓ１ｃ・Ｖ１ｃ）／（Ｓ２・Ｖ２）＋Ｐ１ｄ・（Ｓ１ｄ・Ｖ１ｄ）／（Ｓ２・Ｖ２）・・・式（１７）

【００２６】従って、上記のように伝達特性Ｇａ〜Ｇｄ
を求めずに、直接計測結果を式（１７）に代入しても予
測点Ｑの音圧は求めることができる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような音圧予測
方法においては、音源振動面の面積Ｓ１とその振動速度
Ｖ１とを用いているが、これらのパラメータの計測に際
してはそれぞれ以下のような課題がある。

【００２８】面積Ｓ１：実際に面積を何らかの方法で計
測する必要があり、計測面等が汚れていたり高温であっ
たりすると、清掃を含めて非常に時間が掛かったり、計
測できない場合がある。

【００２９】振動速度Ｖ１：振動計測装置の接触型で
は、ピックアップを音源振動面に固定して計測するが、
レーザー等の非接触型の場合には、レーザーの放射する
検出部位を音源振動面の近傍に固定して計測する。計測
面等が汚れていたりすると、清掃を含めて非常に時間が
掛かる場合がある。接触型では、高温状態では計測でき
ない場合がある。

【００３０】したがって本発明は、音源振動面の面積Ｓ
１とその振動速度Ｖ１を個々に計測せずに両者の積であ
る体積速度（Ｓ１・Ｖ１）を計測することが可能な方法
及び装置を提供することを目的としている。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明者は振動面の音圧に着目した。すなわち、図
１に示すように振動面１１から距離Ｌだけ離れた点でマ
イクロホン等によりピックアップされる音圧Ｐは次式で
表されることが知られている。

【００３２】

【数１８】Ｐ＝ρ₀・ｃ₀・Ｕ・ｅ^-jKL ・・・式（１８）ただし、ρ₀は媒質の密度、ｃ₀は媒質の速度、Ｕは粒子
速度、Ｋは波長定数、をそれぞれ示す。

【００３３】この式（１８）中の粒子速度Ｕは、振動面
１１の近傍約５mm以内では、振動面１１の振動速度Ｖと
ほぼ等しい（Ｕ≒Ｖ）ことが既に実験的に証明されてい
る。

【００３４】一方、体積速度ＱはＱ＝Ｖ・Ｍ（Ｍは振動
面１１の表面積）で与えられるので、体積速度Ｑは上記
の式（１８）を用いると次式（１９）のようになる。

【数１９】

【００３５】ただし、このときの音圧Ｐは隣接面からの
漏れ込み音を遮断する必要があるので、この対策として
誘導管を用いればよい。

【００３６】従って、本発明に係る体積速度計測方法
は、音源振動面に近接して一定断面積の誘導管を設置
し、該誘導管中に設けられたマイクロホンにより該振動
面による音圧を測定し、該音圧及び該断面積に基づき体
積速度を演算することを特徴としている。

【００３７】また、本発明に係る体積速度計測装置は、
音源振動面に近接して設けられた一定断面積の誘導管
と、該誘導管中に設けられて該振動面による音圧を測定
するマイクロホンと、該音圧及び該断面積に基づき体積
速度を演算する演算部と、を備えている。

【００３８】なお、この誘導管に導入された振動音は平
面波となって伝達されるため減衰し難いので、誘導管内
に設けるマイクロホンの位置は上記の式（１９）のパラ
メータとはならない。そこで、上記のマイクロホンは、
該誘導管の端部までの距離が変えられるように設けても
よい。

【００３９】

【発明の実施の形態】図２は、本発明に係る体積速度計
測方法を実施するための装置を示したもので、図中、１
０は従来例において取り上げたエンジン等の音源を示
し、この音源１０の一面には振動面１１が設けられてい
る。

【００４０】振動面１１と対向し且つその近傍に両端が
開放され断面積が一定である誘導管１２が配置されてお
り、この誘導管１２中にはマイクロフォン１３が設けら
れている。マイクロフォン１３の出力信号はアンプ１４
を経由して周波数分析を行うためのＦＦＴ演算部１５に
与えられている。

【００４１】図３は、図１に示した体積速度計測装置の
実施例における振動面１１と誘導管１２との関係を拡大
して示したものであり、マイクロフォン１３はマイクロ
フォンガイド１６に取り付けられ、このマイクロフォン
ガイド１６は誘導管１２内を矢印で示す両方向に移動
可能になっている。

【００４２】このような構造において、振動面１１から
発生する体積速度Ｑは、上記の式（１９）から計算する
ことができる。

【００４３】すなわち、ＦＦＴ演算部１５は、予め既知
の定数Ｍ，ρ_0,Ｃ_0,Ｋ，Ｌを保有しており、マイクロフ
ォン１３で検出された音圧Ｐをアンプ１４を介してディ
ジタル信号に変換した後、上記の式（１９）により体積
速度Ｑを算出する。

【００４４】この場合、距離Ａは式（１９）の要素にな
っていないが、λ（解析対象波長）／４=340/1000/4=0.
085m以上であることが好ましい。この数値以下でもよい
が、振動音波が誘導管１２の端部から中に入り込んで来
たときに波が安定するまで、λ／４程度かかることが実
験的に判明している。

【００４５】また、誘導管１２の端部から振動面１１ま
での距離Ｌは５mm以下であることが好ましい。これより
大きくなると周囲の壁面からの音波が回り込んでき来て
正確な計測が困難になる。したがって、誘導管１２の端
部は振動面１１に接触しない限り近づくことが望まし
い。

【００４６】また、誘導管１２の断面は一定であれば、
丸形でも正方形でも構わない。また、音源１０の上限周
波数に対応して種々の誘導管１２を用いることができ、
マイクロフォンガイド１６が移動できる構造であればフ
レキシブルな管でもよい。

【００４７】この場合、上記のように誘導管１２に導入
された振動音は平面波となって伝達されるため減衰し難
いので、必要に応じて誘導管１２を長くすることがで
き、高温等で接近し難い場合には有効となる。

【００４８】ただし、この誘導管１２が矩形断面形状を
有する場合には、対象周波数ｆ_C＝５KHzとすれば、最大
対角寸法ｌはｌ＝ｃ／２ｆ_C＝0.034[m]となる。また、
円形断面形状の場合には、ｄ＝0.586ｃ／ｆ_Cで与えられ
る直径が最大寸法となる。

【００４９】マイクロフォン１３はプローブ型でもよ
く、マイクロフォン１３とＦＦＴ演算部１５とが一体で
あっても構わない。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る体積
速度計測方法及び装置によれば、音源振動面に近接して
設けられた一定断面積の誘導管中に設けたマイクロホン
により該振動面による音圧を測定し、該音圧及び該断面
積に基づき体積速度を演算するように構成したので、音
源振動面の面積とその振動速度を個々に計測する必要な
く、正確且つ短時間で体積速度を求めることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】振動面の音圧を計測するための一般的な手法を
説明するためのブロック図である。

【図２】本発明に係る体積速度計測方法で実施される装
置を示したブロック図である。

【図３】図２の実施例を一部拡大して示した概略断面図
である。

【図４】本出願人の特願平８−３４６０４号による音圧
予測方法において用いられた解析モデル図である。

【図５】本出願人の特願平８−３４６０４号による音圧
予測方法の実施の形態を示したブロック図である。

【符号の説明】

１０音源１１振動面１２誘導管１３マイクロフォン１４アンプ１５ＦＦＴ演算部図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音源振動面に近接して一定断面積の誘導管
を設置し、該誘導管中に設けられたマイクロホンにより
該振動面による音圧を測定し、該音圧及び該断面積に基
づき体積速度を演算することを特徴とした体積速度計測
方法。
【請求項２】音源振動面に近接して設けられた一定断面
積の誘導管と、該誘導管中に設けられて該振動面による
音圧を測定するマイクロホンと、該音圧及び該断面積に
基づき体積速度を演算する演算部と、を備えたことを特
徴とした体積速度計測装置。
【請求項３】請求項１において、該マイクロホンは、該誘導管の端部までの距離が変えら
れるように設けられていることを特徴とした体積速度計
測装置。