JPH11351957A - 鋼構造物の音響測定方法及び装置 - Google Patents

鋼構造物の音響測定方法及び装置

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JPH11351957A
JPH11351957A JP15704198A JP15704198A JPH11351957A JP H11351957 A JPH11351957 A JP H11351957A JP 15704198 A JP15704198 A JP 15704198A JP 15704198 A JP15704198 A JP 15704198A JP H11351957 A JPH11351957 A JP H11351957A
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JP
Japan
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sound
steel structure
acoustic
vibration
unit
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JP15704198A
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Satoshi Nakajima
嶋 智 中
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 音の回折や反射,吸収(吸音)等を考慮した
音の流れや音響溜まりなどの音響特性について、鋼構造
物の実振動状態とほぼ同一の測定結果を得ることを可能
ならしめる方法及び装置を提供する。 【解決手段】 鋼構造物の実振動状態と同一の周波数特
性を有する模擬振動源により鋼構造物を加振し、前記鋼
構造物から発生する音響を、その音響が到達する空間の
複数点で、互いに交差する2方向又は3方向の音圧なら
びに粒子速度として検出し、当該検出結果に基づき特徴
周波数範囲における音響インテンシティ及びまたは音圧
を演算し、前記鋼構造物が実振動状態の場合とほぼ同一
の音響測定結果を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼鉄道橋等の鋼構
造物から発生する音響を測定する方法及び装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、鋼鉄道橋等の鋼構造物の音響測定
は、例えば列車走行時に鋼鉄道橋から発生する音響が到
達する高々数10の空間点において、騒音レベルを測定
することにより行われてきた。
【0003】また、特開平5−118965号公報によ
り、音響インテンシティプローブにより設備の異常診断
方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の技
術においては、各測定点においてスカラ量である音の大
きさしかわからず、その音がどこで発生しているのか、
どの方向に進んでいるのか等は全くわからなかった。ま
た、測定のためには、列車を実際に走行させなければな
らず、たとえ試験列車を走行させるにしても、数多くの
測定点での音響測定を行おうとすると、多くの手間と長
い時間が必要であった。
【0005】また、特開平5−118965公報には、
鋼構造物の音響(騒音)測定については何も記載されて
いない。
【0006】本発明の目的は、音の回折や反射,吸収
(吸音)等を考慮した音の流れや音響溜まりなどの音響
特性について、鋼構造物の実振動状態とほぼ同一の測定
結果を得ることを可能ならしめる方法及び装置を提供す
ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、鋼構造物から
発生する音響を測定する方法において、鋼構造物の実振
動状態と同一の周波数特性を有する模擬振動源により鋼
構造物を加振し、前記鋼構造物から発生する音響を、そ
の音響が到達する空間の複数点で、互いに交差する2方
向又は3方向の音圧ならびに粒子速度として検出し、当
該検出結果に基づき特徴周波数範囲における音響インテ
ンシティ及び/または音圧を演算し、前記鋼構造物が実
振動状態の場合とほぼ同一の音響測定結果を得ることを
特徴とする。
【0008】また本発明は、鋼構造物に、その鋼構造物
の実振動状態と同一の周波数特性を有する振動を付与す
る模擬振動加振部と、前記鋼構造物からの音響信号を受
信する音響測定部と、その音響測定部からの信号に基づ
いて、前記鋼構造物が実振動状態の場合とほぼ同一の特
徴周波数範囲における音響インテンシティ及び/または
音圧を演算する音響分布演算部からなることを特徴とす
る。
【0009】また本発明の模擬振動加振部は、信号発生
部,帯域通過フィルタ,加振部及び鋼構造物の実振動状
態における加振源の振動周波数特性を記憶する振動源特
性記憶部からなり、前記帯域通過フィルタは信号発生部
から発生した振動のうち、振動源特性記憶部に記憶され
た周波数範囲のみを通過させることを特徴とする。
【0010】さらに本発明は、音響分布演算部の演算結
果に基づく、特徴周波数範囲における音響インテンシテ
ィ及び/または音圧から、鋼構造物の音響特性を評価す
る音響特性評価部を有することを特徴とする。
【0011】
【作用】まず、本発明で利用する音響インテンシティ及
び音圧について説明する。音響インテンシティは、音場
中のある点において、その点を含む単位面積内を単位時
間中に通過する音波のエネルギと定義され、式1のよう
に、音圧と、音波により媒質が振動するときの速度すな
わち粒子速度の積の時間平均値で表されるベクトル量で
ある。
【0012】
【式1】 式1において、Iは音響インテンシティ〔W/m2〕、
p(t)は瞬時の音圧〔Pa〕、u(t)は同じく瞬時
の粒子速度〔m/s〕、オ−バラインは時間平均を表
す。代表的な音響インテンシティの測定法であるクロス
スペクトル法では、式1におけるp(t)を、Δrだけ
離れた1対のマイクロフォンの中心位置の音圧と考え、
式2で表す。
【0013】
【式2】 式2で、p1(t),p2(t) はそれぞれのマイク
ロフォンで検出した音圧である。また、u(t)は媒質
の運動方程式から式3のように表される。
【0014】
【式3】 ここで、ρは例えば空気などの媒質の密度〔kg/
3〕、 Δrは2個のマイクロフォンの間隔〔m〕であ
る。さて、音場にエルゴード性が成り立つと仮定する
と、式1は式4のように変形できる。
【0015】
【式4】 式4で、fは周波数、Im[Sp1p2]はp1(t)
とp2(t)のクロススペクトルの虚数部(クオドスペ
クトル)、Sp1,Sp2はそれぞれp1(t)とp2
(t)のパワースペクトル、πは円周率、iは虚数単位
である。式4においては、右辺の第2項の被積分関数は
奇関数であるのでその積分値は0となり第1項のみが残
る。しかし、注目する周波数がf1,f2間の有限の周
波数であるとすると、式4は式5のように書き直せる。
【0016】
【式5】 ここで、f1,f2以外の記号は式4と同一である。式
5の実数部はアクティブ(有効)音響インテンシティと
呼ばれ、また虚数部はリアクティブ(無効)音響インテ
ンシティと呼ばれている。アクティブ音響インテンシテ
ィは、音の大きさ(強さ)とともに音の進む方向を表現
しており、本発明ではこの性質を利用する。以後、式5
右辺は第1項のみを考えることとし、このアクティブ音
響インテンシティを単に音響インテンシティと呼ぶ。ま
た、音圧の時間平均値は式6のように表現できる。ここ
で、SPはクロススペクトル法により求めた音圧の時間
平均値〔Pa〕である。
【0017】
【式6】 本発明においては、鋼構造物の実振動状態と同一の周波
数特性を有する振動を模擬振動源により生成し、これを
鋼構造物に付与したときに、鋼構造物から発生する音が
到達する空間の複数点で、互いに交差する2方向又は3
方向の音圧ならびに粒子速度として検出し、この検出結
果に基づき、対象の鋼構造物から発生する音響の特徴周
波数範囲における音響インテンシティ及びまたは音圧を
演算することにより、鋼構造物の実振動状態の場合とほ
ぼ同一の音響測定結果を得る。また、音響インテンシテ
ィあるいは音圧の演算結果から、音の回折や反射,吸収
(吸音)等を考慮した音の流れや音響溜まりなどの音響
特性を評価する。以下、図面に基づき本発明を詳細に説
明する。
【0018】
【発明の実施の形態】
【実施例】図1は本発明の一実施例の概略を示すブロッ
ク図である。図1において、1は模擬振動加振部、11
は信号発生器、12は振動源特性記憶部、13は帯域通
過フィルタ、14は加振部、2は音響測定部、3は音響
分布演算部、4は音響特性評価部である。
【0019】本実施例では、鋼構造物の実振動状態と同
一の周波数特性を有する振動を模擬振動加振部1により
生成する。模擬振動加振部1は、鋼構造物に音響の発生
原因となる振動を付与するものである。具体的には、信
号発生器11により、例えばランダムノイズ信号やサイ
ンスウィープ信号,インパルス信号のような、広帯域の
周波数を含む信号を作成し、その信号を、予め振動源特
性記憶部12に格納してある鋼構造物に加わる振動源の
周波数特性と同一の周波数特性に調整された帯域通過フ
ィルタ13を通過させる。これにより、鋼構造物の実振
動状態と同一の周波数特性を有する振動信号を作成し、
この信号を加振部14により鋼構造物に付与する。これ
により、鋼構造物からは実振動状態と同一の周波数特性
を有する音響が発生する。なお、振動源の周波数特性が
不明な場合には、帯域通過フィルタ13の制限周波数は
設けず、全周波数範囲の信号を通過させることが許され
る。
【0020】次に、音響測定部2では、発生した音響が
到達する空間の複数点において、互いに交差(例えば直
交)する2方向または3方向の音圧ならびに粒子速度を
検出する。空間の複数点で検出された音圧信号ならびに
粒子速度信号から、音響分布演算部3において式5を用
いて各測定点毎の音響インテンシティを演算する。ま
た、式6を用いて各測定点毎の音圧を演算する。このと
き、音響インテンシティあるいは音圧を演算する周波数
範囲は、対象の鋼構造物で(例えば騒音発生等で)問題
となる周波数範囲、例えば500〜5000Hzに設定
する。こうすることによって、鋼構造物が実振動状態の
場合とほぼ同一の音響測定結果を得ることができる。音
響インテンシティをベクトル図(例えば、矢印の柄の長
さで音響インテンシティの絶対値の大きさを表し、矢印
の向きで音響インテンシティの方向すなわち音の進む方
向を表した図)、さらに音響インテンシティや音圧をコ
ンタ図(例えば、地図における等高線図のように、音響
インテンシティや音圧の同一値の測定点を線で結んで作
成した図)、鳥瞰図などの表示法を用いて表示する。音
響特性評価部4においては、音響インテンシティの値が
0の点、あるいは音響インテンシティの正負の符号が反
転する点を、鋼構造物の振動に起因する音響の音源と特
定する。また、音圧の極大値を、音の回折,反射等によ
り生じる音響溜まりと特定する。
【0021】(実施例1)図2に、音響分布演算部3に
おいて演算した、鋼構造物の一例である鋼鉄道橋5の下
路桁の列車進行方向右半断面の音響インテンシティベク
トル図を示す。この図で、信号発生器11で発生させた
信号は5kHzまで平坦な特性を持ったランダムノイズ
信号であり、帯域通過フィルタ13で通過させた周波数
範囲は50Hzから5kHzまでである。フィルタの出
力信号を加振部14である電動型加振機に連続的に入力
してレール踏面を加振した。音響測定部2において、2
次元平面内で縦25点、横23点、合計575点の測定
を行った。ここで、2個のマイクロフォンの間隔(式5
のΔr)は12mm、空気の密度(式5のρ)は1.2
7kg/m3とした。音響インテンシティは、この鋼鉄
道橋で問題となる500Hzから5kHzの範囲で算出
した。
【0022】この図からわかるように、最も主要な音源
は縦桁の腹板であること,レール6から主桁への振動伝
搬が大きいため、縦桁腹板7と主桁腹板8から発生する
音が桁内部で衝突し、主桁内面に沿って上下に流れてい
くこと、ならびに、大きな音が主桁腹板から桁外部へ放
射されていること、などがわかる。これは従来の経験か
ら考えられる現象と一致している。すなわち、本発明の
方法および装置による測定を行うことによって、これま
で感覚的にしか把握されていなかった鋼構造物周辺の音
の流れを視覚的に把握することができる。
【0023】(実施例2)図3に、音響分布演算部3に
おいて演算した、実施例1と同一の鋼鉄道橋5の下路桁
の列車進行方向右半断面における音圧コンタ図を示す。
この図で、信号発生器11で発生させた信号は、5kH
zまで平坦な特性を持ったサインスウィープ信号であ
り、帯域通過フィルタ13で通過させた周波数範囲は5
0Hzから5kHzまでである。フィルタの出力信号を
加振部14である圧電型加振機に繰り返し入力してレー
ル6の踏面を加振した。音響測定部2において、2次元
平面内で縦13点、横12点、合計156点の測定を行
った。音圧は、この鋼鉄道橋で問題となる500Hzか
ら5kHzの範囲で算出し、線形補間によりコンタ図を
描いた。
【0024】この図からわかるように、最も大きな音が
発生しているのは縦桁ともう一方の縦桁の間の空間であ
ること,主桁腹板8とフランジとのコーナー部が音響溜
まりとなり、レール踏面近傍と同程度の音圧レベルとな
っていること、ならびに、主桁腹板8の見かけ上の遮音
効果は、主桁左右(内外)の音圧の差から、約5dBで
あること、などがわかる。すなわち、本発明の方法およ
び装置による測定を行うことによって、鋼構造物5の周
辺の音の大きさの分布を視覚的かつ定量的に把握するこ
とができる。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
方法および装置を用いれば、模擬振動源を用いることに
より、鋼構造物周辺の音響を実振動状態とほぼ同一の安
定した状態で測定することができる。したがって、実振
動状態とほぼ同一の音響測定結果が得られ、測定時間も
大幅に短縮できる。また、音響状態を視覚的に表現する
ことができるために、測定結果に対する理解が容易にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の概要を示すブロック図で
ある。
【図2】 鋼構造物の一例である鋼鉄道橋下路桁周辺の
音響測定結果(音響インテンシティベクトル図)の一例
を示す図である。
【図3】 鋼構造物の一例である鋼鉄道橋下路桁周辺の
音響測定結果(音圧コンタ図)の一例を示す図である。
【符号の説明】
1:模擬振動加振部 2:音響測定部 3:音響分布演算部 4:音響特性評価部 5:鋼構造物(鋼鉄道橋) 6:レール 7:縦桁腹板 8:主桁腹板 11:信号発生器 12:振動源特性記憶部 13:帯域通過フィルタ 14:加振部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼構造物から発生する音響を測定する方法
    において、鋼構造物の実振動状態と同一の周波数特性を
    有する模擬振動源により鋼構造物を加振し、前記鋼構造
    物から発生する音響を、その音響が到達する空間の複数
    点で、互いに交差する2方向又は3方向の音圧ならびに
    粒子速度として検出し、当該検出結果に基づき特徴周波
    数範囲における音響インテンシティ及び/または音圧を
    演算し、前記鋼構造物が実振動状態の場合とほぼ同一の
    音響測定結果を得ることを特徴とする鋼構造物の音響測
    定方法。
  2. 【請求項2】鋼構造物に、その鋼構造物の実振動状態と
    同一の周波数特性を有する振動を付与する模擬振動加振
    部と、前記鋼構造物からの音響信号を受信する音響測定
    部と、その音響測定部からの信号に基づいて、前記鋼構
    造物が実振動状態の場合とほぼ同一の特徴周波数範囲に
    おける音響インテンシティ及び/または音圧を演算する
    音響分布演算部からなることを特徴とする鋼構造物の音
    響測定装置。
  3. 【請求項3】模擬振動加振部は、信号発生部,帯域通過
    フィルタ,加振部及び鋼構造物の実振動状態における加
    振源の振動周波数特性を記憶する振動源特性記憶部から
    なり、前記帯域通過フィルタは、信号発生部から発生し
    た振動のうち、振動源特性記憶部に記憶された周波数範
    囲のみを通過させることを特徴とする請求項2記載の鋼
    構造物の音響測定装置。
  4. 【請求項4】音響分布演算部の演算結果に基づく、特徴
    周波数範囲における音響インテンシティ及びまたは音圧
    から、鋼構造物の音響特性を評価する音響特性評価部を
    有することを特徴とする請求項2又は3記載の鋼構造物
    の音響測定装置。
JP15704198A 1998-06-05 1998-06-05 鋼構造物の音響測定方法及び装置 Withdrawn JPH11351957A (ja)

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