JPS6199880A - 集音式音源探査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】 本発明は、騒音発生源等の音源位置を集音器を用いて可
視化表示することによって、その音源位置を探査・測定
する音源探査装置に関するものである。 ［従来の技術１ 機械装置や工場等における騒音低減対策は、まずその騒
音発生源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。この音響ホロ
グラフィ法は高精度で′ｆｆ源位置の探査・測定を行う
ことができるが、大規模なマイクロホン掃引装置や複雑
な演そこで、集音器を用いることによって簡易に音源位
置を探査する方式が本発明者によって提案されており、
この音源探査方式は原理的には第１０図に示したように
なっている。即ち、同図に示した如く、位置Ｐに音ＴＡ
Ｓを設け、この位置Ｐから距ｌａＬだけ離間した位置に
回転放物面、凹球面等の凹曲面形状を有する反射型集音
器りを音源Ｓに向けて配設すると、音源Ｓからの音はこ
の集音器りの反射面ｒで反射してＰ′の位置で音像Ｓ′
が結像することになる。そこで、この音像結像位置Ｐ′
に多数のマイクロホンをマトリックス状に並設したマイ
クアレイを反射面ｒに対向配設すれば、この音像をマイ
クアレイにおける音圧分布として取出すことができ、こ
の音圧分布を適宜の手〜 段で可視化表示することによって、音源の位置を探査・
測定することができるようになる。 【発明が解決しようとする問題点ｌ しかしながら、前述の原理に基づく音源探査方式を実用
化するに際しては、以下に示すような種々の問題点を解
決する必要がある。 まず第１に、第１０図に示したように、集音器りの鏡軸
Ｘ−ｘ−ヒの反射面ｒから焦点Ｆまでの距離、即ち焦点
距離をｆとし、焦点Ｆから音像結像位置Ｐ′までの距離
をΔＸとしたときに、となり、音源Ｓの位置と集音器り
の位置との間の距＃Ｌに応じてΔＸが変化し、音像結像
位置が異ってくる。従って、測定時にはマイクアレイを
この音像結像位置に位置決めする必要があるが、集音器
に入射する音が複合音や反射音等を含む場合等において
は、マイクアレイを正確に音像結像位置に位置決めする
ことが極めて困難となる。 また第２に、マイクアレイにおける音圧分布を可視化表
示しても、この表示と被測定物とを対比させることがで
きないため、音源位置を正確に特定できない場合がある
。 さらに第３に、マイクアレイによっては音源物体が集音
器からどの程度離れた位置にあるかを識別することがで
きないから、音源の平面的な位置だけでなく、それと集
音器との間の距離の測定を必要とする音源探査、例えば
三次元的に位置を違えて配置した複数の物体のうちいず
れの物体が音源となっているかの検出を行うことができ
ない場合がある。 そこで、本発明は、前述の集音式音源探査方式に光学的
手法を組合せることによって、この音源探査方式を実用
化する際における諸問題を解決し、簡単な構成により容
易で、しかも正確に音源物体の位置を探査・測定できる
ようにすることを本発明の技術的課題とするものである
。 【問題点を解決するための手段１ 前述の課題を解決するために、本発明は音源物体からの
音を反射させる回転放物面、凹球面等の凹曲面形状をな
す反射面をこの音源物体に対向配設するように構成した
集音器と、複数のマイクロホンをマトリックス状に並設
することによって形成したマイクアレイを集音器の反射
面に対向させて配設し、このマイクアレイの各マイクロ
ホンからの電気信号を増幅器によって増幅し、この増幅
器からの出力信号に基づいて音源物体の音像を表示器で
可視化表示させるように構成した音像可視化装置と、レ
ンズと焦点板とからなり、該焦点板に音源物体の物体像
を結像させる物体像結像装置とを備え、前記音像可視化
装置により可視化表示した音像及び物体像結像装置によ
って結像させた物体像の焦点合せを行い、これらの像を
対比させることによって、音源位置を探査するように構
成したことをその特徴とするものである。 ［作　用］ 而して、例えば機械装置等のような音源物体の一側面に
おいて、当該側面のうちのどの位置から騒音が発生して
いるかを探査するには、まず集音器をこの音源物体に対
向配設させて物体像結像装置のレンズを介して焦点板に
結像する物体像の焦点合せを行い、この物体像の焦点合
せに応じて音像可視化装置による音像の焦点が合うよう
にマイクアレイを位置決めする。このようにして得た音
像と物体像とを対比することにより、容易かつ正確に音
源の位置を探査することができる。ここで、まず物体像
の焦点合せを行い、然る後にこの焦点合せに応じて音像
の焦点合せを行うようにしているが、これは音源物体か
らの音が複合音であったり反射音を含む場合を考慮して
のもので、これらの影響があってもマイクアレイを確実
に音像結像位置に位置決めすることができる場合には、
何れの焦点合せを先に行ってもよい。 一方、種々の機器や部材等が三次元的に位置を違えて多
数配置した工場の内部等で騒音発生物を検出する場合の
ように、三次元的に位置が特定できない音源物体を探査
する場合には、まず音像可視化装置による音像の焦点合
せを行い、この音像の焦点合せに応じて物体像結像装置
における物体像の焦点を合せる。そして、この物体像と
音像とを対比させると、焦点板上に結像した物体像のう
ち、その焦点があった位置であって、しかも音像として
表示された部分にある機器、部材等が音源物体として検
出されるようになる。 ここで、物体像の焦点合せは、通常の光学的手法により
物体像結像装置のレンズと焦点板との間の間隔をレンズ
と物体との間隔との関係で変化させることにより行うこ
とができ、このために物体像結像装置を物体像焦点調節
機構付きとなすのが好ましい。 また、音像の焦点合せは、マイクアレイを第１０図に示
した音像結像位置Ｐ′に配置させることにより行われる
が、この位置は集音器と音源物体との間の距離に応じて
変化する。従って、音像の焦点合せは、この集音器と音
源物体との間の距離を検出することにより行うことがで
きるが、またマイクアレイを集音器の反射面の鏡軸に沿
って移動させ、可視化表示される音像が最も鮮明となる
位置を検出することによっても、この音像の焦点合せを
行うことができる。而して、音像可視化装置にマイクア
レイを反射面の鏡軸に沿って移動可能とする音像焦点調
節機構を持たせるようにすると、音像の焦点合せに至便
である。 前述の如く、物体像と音像の双方につき焦点調節機構を
持たせ、しかもこれら焦点調節機構を相互に連動させる
ようにすれば、両者の焦点調節作用が相互に補完し合い
、極めて高精度に焦点合せを行うことができる。なお、
例えば音源物体と集音器との間の間隔が一定している場
合等においては、物体像結像装置及び音像可視化装置共
に焦点調節機構を設ける必要はない。 そして、このようにして得た物体像と音像の対比はこれ
らの像を並置した状態で行うこともできるが、この２つ
の像を重ね合せて対比すると、より容易に音源位置の探
査を行うことができる。そして、特に像の重ね合せ対比
を行う場合には、物体像と音像とは等しい倍率とする必
要がある。 さらに、音像を可視化表示する表示装置としては、マイ
クアレイの各マイクロホンに対応させて発光ダイオード
をマトリックス状に並設するように構成すると、各発光
ダイオードは音圧レベルに応じた光量で点灯するから、
音源の位置だけでなく、その強度も測定することができ
、音像の焦点を合せるのに便宜であり、またこれを物体
像と対比させたときに、複数音源の位置と大きさを同時
に測定することができる。表示装置としては、前述の発
光ダイオードのほか、液晶やＣＲＴ等も使用することが
できる。 さらにまた、音像可視化装置を構成する増幅器を可変フ
ィルタ付きとなし、この可変フィルタによって特定周波
数の信号を選択的に取出すようにすれば、音源における
音の種類も同時に識別することができるようになる。 ［実施例１ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
に、まず第１図及び第２図において、１は回転放物面、
凹球面等の凹曲面形状を有し、内面が反射面１ａとなっ
た集音器を示し、該集音器ｌは架台２上に固設した取付
はブラケット３に固着して設けられ、その反射面１ａが
音源物体Ｓに向けて配設されるようになっている。そし
て、架台２の下面には支持脚４が垂設されており、該支
持脚４は接手５を介して三脚８に連結され、該接手５に
より集音器ｌを任意の角度に傾斜させることができると
共に、レバー７によって適宜の位置でロックすることが
できるようになっている。 次に、８は集音器１の反射面１ａの鏡軸上において、該
反射面１ａに対向配設したマイクアレイで、該マイクア
レイ８は第３図及び第４図に示したように支持板８に多
数のマイクロホン８ａ、８ａをマトリックス状に並設し
てなるもので、該各マイクロホン８８間には例えばグラ
スウール等からなる吸音材ｌＯが介装され、各マイクロ
ホン８ａや支持板８の反射音の影響が伝達するのを防止
している。そして、支持板８には移動台９ａが連設され
、該移動台９ａの下面に設けた可動レール１１．１１が
これを支持する固定台＋　２−１＝に設けた固定レール
１３．１３と摺動自在に係合している。前記可動レール
１１のうち一方の可動レールｌｌａにはラック１４が形
設されており、該ラック１４は固定台１２に固着して設
けた電動モータ１５の出力軸に取付けたビニオン１８と
噛合し、このラック−ピニオン機構によってマイクアレ
イ８は集音器ｌの反射面１ａの鏡軸上をそれに対して近
接・離間する方向に移動せしめられるように構成されて
いる。固定台１２には支持アーム１７が取付けられ、該
支持アーム１７は略■字状に曲折せしめられて、集音器
ｌを避けるようにして架台２の下面に取付けられている
。そして、この支持アーム１７は反射面１ａに向けて入
射する音に対する干渉とならないようにするために２本
の薄板で形成されている。 一方、架台２上には前記マイクアレイ８の各マイクロホ
ン８ａで受音した音を電気信号に変換し、この電気信号
を増幅する電圧制御型増幅器１８が設置されている。こ
の電圧制御型増幅器１８は、例えば第５図に示した回路
構成を有するものである。 即ち、同図中に示したように、マイクアレイ８の各マイ
クロホン８ａにそれぞれ増幅器Ａを接続し、各増幅器Ａ
に対する電源電圧Ｖｃｃを共通にして、この電源電圧Ｖ
ｃｃに抵抗Ｒを接続すると共に、該抵抗Ｒに接続したゲ
イン信号線Ｇに各増幅器Ａを並列に接続し、この抵抗Ｈ
の抵抗値を変化させることによって、ゲイン量が連続的
または段階的に変化させることができるようになってい
る。 次に、１８は表示器としての発光ダイオードアレイを示
し、該発光ダイオードアレイ１８は第６図及び第７図に
示したように、多数の発光ダイオード１９ａ　、　１９
ａ　、　＊・・をマトリックス状に並設してなるもので
、これら各発光ダイオード＋９ａはマイクアレイ８を構
成する各マイクロホン８ａと対応する位置関係に配列さ
れ、これら各位置のマイクロホン８ａはそれと対応する
位置関係にある発光ダイオード１９ａと電圧制御型増幅
器１８を介して接続されている。そして、この発光ダイ
オードアレイ１８の−Ｆ部には各発光ダイオード１ｌｌ
ａの配設位置に絞り孔２０ａ、２０ａ、・・・を穿設し
てなる絞り板２０が設置されて、点灯した発光ダイオー
ド１９ａの位置の鮮明度を目的に応じて強弱に切換えて
表示することができるようになっている。ここで、絞り
孔２０ａは絞り板２０の板厚方向に平行に穿設するか、
または各発光ダイオード１９ａの光束が中央部に集束す
る方向に向くように絞り孔２０ａに所定の角度を有する
ような傾斜孔としてもよい、前述した如く、マイクアレ
イ８、電圧制御型増幅器１８、発光ダイオードアレイ１
８等で音像可視化装置が構成されている。そして、マイ
クアレイ８を移動させるラック−ピニオン機構により、
音像焦点調節機構が形成される。 さらに、２１は物体像結像装置としてのカメラを示し、
該カメラ２１は第８図に示したように、レンズ２２を取
付けた鏡胴２３と、該鏡胴２３に連設したボディ２４と
を有し、該レンズ２２からの入射光は絞り２５を介して
ボディ２４内に導かれ、該ボディ２４内にレンズ２２の
光軸に対して４５°の角度を持つように設置したハーフ
ミラ−２８によってその一部が反射されて焦点板２７に
おいて結像し、ファインダ２８を介してこの焦点板２７
に結像した音源物体の物体像を外部から覗くことができ
るようになっている。 一方、ハーフミラ−２Ｂを通過した光はボディ２４の後
部に形成した暗室２８内にシャッタ３０の開放時に導か
れて、該暗室２８内に配設したネガフィルムを露光させ
ることができるようになっている。また１発光ダイオー
ドアレイ１８はカメラ２１の下部に設けた筐体３１内に
設置されており、この発光ダイオードアレイ１８におけ
る発光ダイオード１１３ａの光はフィルタ３２を介する
ことにより乱反射させて見やすくなるように調光され、
レンズ３３、絞り３４を介してボディ２４内に導かれ、
ハーフミラ−２８により焦点板２７及びネガフィルム上
の物体像の画像とを重ね合わせることができるようにな
っている。 このために、集音器ｌ及びレンズ３３による音像の倍率
はレンズ２２による物体像の倍率と等しくなっている。 しかも、鏡胴２３はテレスコープ状に形成することによ
りレンズ２２と焦点板２７との間の間隔を調節すること
ができるようになっており、これによって物体像焦点調
節機構が構成されている。 また、カメラ２１はマイクアレイ８がその音源物体Ｓに
対する視界の妨げとならない範囲でできるだけ反射面１
ａの鏡軸に近接した位置に配置されておす、そして集音
器ｌにはカメラ２１から音源物体を視透すことができる
ようにするために、透孔３５が穿設されている。 前述のようにして構成される音源探査装置を用いて音源
物体Ｓの一側面において発生する騒音の位置を探査・測
定するには、まず集音器１の反射面１ａを音源物体Ｓに
対面させるように配置し、カメラ２１のファインダ２８
を覗きなから鏡胴２３を操作することによって物体像の
焦点合せを行い、この焦点合せにおいて像距離を調節し
た分だけマイクアレイ８を移動させて、音像の焦点合せ
を行う。 この物体像と音像との焦点合せはそれぞれ独立に行うか
、または相互に連動させて行えばよい。 而して、物体像と音像との焦点合せが完了すると、その
位置でマイクアレイ８及びカメラ２１を固定し、音源物
体Ｓから発生する音を集音器ｉの反射面１ａで反射させ
てマイクアレイ８を構成する各マイクロホン８ａに受音
させて、これを電気信号に変換させる。この信号を電圧
制御型増幅器１８によって増幅し、この増幅信号に応じ
てマイクアレイ８と同様に配列した発光ダイオードアレ
イ！８の各発光ダイオード１９ａをその音圧レベルに応
じた光Ｍで点灯させることによって、音像を可視化表示
させる。このようにして可視化表示した音像は、レンズ
３３及び絞り３４を介してボディ２４内に導かれ、ハー
フミラ−２Ｂにより一部が透過して焦点板２７に結像し
、また一部は反射してシャッタ３０に向けて進行する。 一方、音源物体Ｓの物体像はレンズ２２を介してハーフ
ミラ−２６を介してその一部が反射して焦点板２７に結
像すると共に、一部は該ハーフミラ−２６を透過してシ
ャッタ３０に向けて進行する。これにより焦点板２７上
には物体像と音像とが重ね合せられ、音源物体Ｓにおけ
る音源の位置、範囲、強さ等を正確で、しかも容易に探
査・測定することができる。また、この状態でシャッタ
３０を開放してネガフィルムを露光すれば、物体像と音
像との重ね合せ像を撮影することもできる。 一方、工場の内部等種々の機器や部材が三次元的に位置
を違えて多数配設されている中から音源物体を探査する
場合には、音源方向に集音器１を向けてマイクアレイ８
に受音させ、該マイクアレイ８を反射面１ａの鏡軸に沿
って移動させて音像の焦点合せを行う。この音像は、発
光ダイオードアレイ１９がその各発光ダイオード１１Ｊ
ａの光量が最大となる位置に配置したときに、その焦点
が合う。 そして、この焦点合せに応じてカメラ２０とおける物体
像の焦点合せを行い、このようにして得た物体像と音像
とを焦点板２７上で重ね合せる。この重ね合せ像から、
物体像のうち焦点が合っている機器や部材であって、音
像として発光しているものを検出することによって、容
易かつ正確に音源物体の探査をすることができる。また
、ネガフィルムを露光することによってこの重ね合せ像
を撮影するこ゛とができることは勿論である。 さらに、第９図に示したように電圧制御型増幅器１８の
出力側に可変フィルム３８を配設すれば、音源物体Ｓの
うちの特定種類の音のみを取出すことができるようにな
る。即ち、同図において、各増幅器Ａとそれに接続され
る発光ダイオード１１３ａとの間にフィルタＦを介装し
、該各フィルタＦをバイパス型、ローパス型及びバンド
パス型への切換えおよびカットオフ周波数あるいは中心
周波数を連続的、段階的に制御する切換装置ｆ。を設け
、この切換装置ｆ０を適宜切換えれば、特定範囲の周波
数の信号だけが通過することになるから、複合音源のう
ちの特定の音のみを可視化表示でき、音源の種類も同時
に識別することができる。 なお、本実施例において、マイクアレイ８の移動機構を
ラック−ピニオンで構成しているが、プーリーベルト（
あるいはワイヤ）、ポールネジ−ナツト（ベアリング）
、シリンダで構成しても良い。また、支持アーム１７は
２本の薄板で構成しているが、集音器ｌの反射面１ａに
向けて入射する音に対する干渉とならない構成であれば
良く、パイプ（管状部材）等で構成することも可能であ
る。 【発明の効果１ 以上詳細に説明したように、本発明に係る集音式音源探
査装置は、集音器に、レンズと焦点板とからなる光学的
な物体像結像装置を組合せることにより、簡単な構成で
、容易かつ正確に音源の位置を探査・測定することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分破断正面図、第２
図は第１図の右側面図、第３図及び第４図はそれぞれマ
イクアレイの正面図゛と側面図、第５図は電圧制御型増
幅器の回路図、第６図は絞り板を取付けた状態で示す発
光ダイオードアレイの部分平面図、第７図は第６図の■
−■断面図、第８図は音像結像位置検出装置としてのカ
メラの構造説明図、第９図は可変フィルタの回路図、第
１θ図は集音式音源探査方式の原理説明図である。 ｌ　・・集音器、　　　Ｉａ・・反射面、８目マイクア
レ４，８ａ＊＊マイクロホン、９＃−支持板、　　　９
ａｓ・移動台。 ＋ｔ・・可動レール、　１２・・固定台、１３・・固定
レール、　　１４・・ラック、１５・・電動モータ、　
　１６・・ビニオン、１８・・電圧制御型増幅器、 １９・・発光ダイオードアレイ、 １９ａ　・・発光ダイオード、 ２１・・カメラ、　　　　２２−・レンズ、２３・・鏡
胴、　　　　　２４拳・ボディ、２７・・焦点板、　　
　３８幸・可変フィルタ、Ａ・・増幅器、　　　Ｆ・・
フィルタ、ｆｏ・・切換装置、　Ｓ・・音源物体。 第１１ 第２図 第３図 第４図 第５図 ＝ ■ 第６図 第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）音源物体からの音を反射させる凹曲面形状の反射
   面を該音源物体に対向配設するようになした集音器と、
   複数のマイクロホンをマトリックス状に並設することに
   よって形成したマイクアレイを前記集音器の反射面に対
   向配設し、このマイクアレイの各マイクロホンからの電
   気信号を増幅器で増幅し、該増幅器からの出力信号に基
   づいて音源物体の音像を表示器で表示させるように構成
   した音像可視化装置と、レンズと焦点板とからなり、該
   焦点板に音源物体の物体像を結像させる物体像結像装置
   とを備え、前記音像可視化装置により可視化表示した音
   像及び物体像結像装置によって結像させた物体像の焦点
   合せを行い、これらの像を対比させることによって音源
   位置を探査するように構成したことを特徴とする集音式
   音源探査装置。
2. （２）前記音像可視化装置は、前記マイクアレイを前記
   集音器における反射面の鏡軸に沿って移動可能となすこ
   とにより音像の焦点合せを行う、音像焦点調節機構付き
   となしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   集音式音源探査装置。
3. （３）前記物体像結像装置は、そのレンズと焦点板との
   間の距離を調節することによって物体像の焦点合せを行
   う、物体像焦点調節機構付きとなしたことを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の集音式音源探査装置。
4. （４）前記音像焦点調節機構と物体像焦点調節機構とを
   連動させるように構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第３項記載の集音式音源探査装置。
5. （５）前記増幅器は特定周波数の信号のみを取出すこと
   ができる可変フィルタ付きの増幅器としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の集音式音源探査装置。