JPS62180223A - マルチコヒーレンスを用いた音源・振動源寄与度測定方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は様器等から発生づ′る固体音の全騒音に占める
割合を求めるための方法およびＨｉｉｌｆｆに関するｂ
ので、騒音低減対策に使用されるものである。

（従来の技術） オフィス７１−トメ−ジョン、ホームオートメーション
の浸透にｒｌ！ない従来静がであった環境に６騒音源が
はいりつつある。また、ｉ器の低騒音特性が性能評価の
重要なポイントとなっており、様器の低騒音化が推進さ
れている。

このような低Ａｌ　ｆｓ化のためにはどの機器のどの部
分が全騒音に対してどの程度寄与しているが、すなわち
寄与度を求めることが必要となる。

そこで、注目する１つの入力の１出力に対する影響の割
合を求めるためにコヒーレンスという概念が用いられて
いる。そして、１人カー１出力系にｉけるコヒーレンス
は通常コヒーレンスと称される。

次に入力が多数ある場合を考えると、各入力間に相関が
なければ通常コヒーレンスはそのまま１ｉｔ与度を示す
ことになる。

（発明が解決しようとづる問題点） しかしながら、一般には入力（原因）間に相関がある場
合が普通であり、この場合には得られた出力は他の源か
ら伝達されてきた成分を含んでいるため、通常コヒーレ
ンスでは寄与度を求めたことにはならない。例えば、固
体音の寄与度を求める場合を想定すると、固体面各点の
撮動間には相関があるため、音と一点の撮動との通常コ
ヒーレンス、あるいは音と全体の振動の通常コヒーレン
スを数点とって単に合計しただけでは固体音の寄与度は
求まらない。

このように、固体音の寄与度を定量的に求めることは従
来技術では困難となっている。

このため、本発明においては、機器笠から出る固体音の
寄与度を正確に求めることができる方法およびそのため
の測定装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明にかかる固体音寄与度測定方法では、全体音とそ
の原因となる複数箇所の固体信号をそれぞれ求め、これ
らの信号のオートスペクトルおよびクロススペクトルを
求め、これらからヤルチコヒーレンスを求めるようにし
ている。

また本発明にかかる固体音寄与度測定装置では、全体音
を収集する音−電気信号変換器と、？！２数箇所の固体
振動を収集する撮動−電気信号変換器と、これら両変換
器の出力から音信号と振動信号のオートスペクトル、ク
ロススペクトルおよびマルチコヒーレンスを求める演算
器と、演算結果を出力する出力装置とを備えている。

このため、全体音と固体振動間に相関がある場合でも正
確に固体音の寄与度を測定Ｖ゛ることができる。

（作　用） まず、マルチコヒーレンス（多重開速度関数）の理論に
ついて説明する。第３図に示すｎ個の入力Ｇ１１（ｆ）
　・Ｇ、ｏ（ｆ　）と１個の出力Ｇｙｙを有する多大力
１出力系においてもマトリックス表示を用いて入出力関
係を次式のように記ｊ′ｉｆ、できる。

［ＧＶｘ（ｆ）Ｊ＝［ト１（ｒ）」［Ｇｘｘ（ｆ）］・
曲・曲中・曲面曲・量器（１）ココニ、［Ｈ（ｆ）Ｊ＝
　ＬＨ，（ｆ）、Ｈ２（ｆ）、−・曲Ｈ１（ｆ）］・１
曲曲２＞である。また、 ＧｖＶ（ｆ）−［Ｈ（ｆ）］［Ｇｘｘ（ｆ）］ＬＨ＊（
１″）］１１曲曲曲曲・（５）Ｇ、、　（ｆ）　＝ＧＷ
（ｆ’）’＋Ｇ２□（ｆ　）・・・・・・・間・曲面・
・曲面・曲間量器（６）（＊は複素共役、−［は転位行
列を示す。）ここでマルチコヒーレンスγ　を次のよう
に定義する。

７は入力信号と無相関であるがら、アンリーンプル平均
をとるとＧｖｘ（１）はＧい（ｆｏ）で背き換えられる
ので、式（１）を書き直１゛と次式になる。

［１−目ｒ）　　］　　＝　　［Ｇ　　　（ｒ）　　］
　　［Ｇ　　　（ｆ）　　コ　−１ｙｘ　　　　　　　
　　　ｘｘ ・・・・・・（８） （７）式のように定義したからマルチコヒーレンスは考
慮した入力が寄与する出力の全出力信号に占める割合を
示す。

求める。

つまり、次式から求める。

・・・・・・（９） ここに、 ＬＧ（ｆ）］はＧ、、＝Ｇ、、＊すなわちエルミーＸＸ
　　　　　　　　　　ＩＪ　　　　　Ｊｌト行列である
。そこで、ＬＧｘｘ（ｆ）　］　、　　［Ｇ、ｘ（ｒ）
］　、　Ｇ、、（ｒ）は、ｎ千１個のオートスペクトラ
ムと（ｎ＋１）ｎ、／２個のクロススペクトラムとから
求まる。さらに縮約法等で行列式の値を定めることにな
るが、ｎが大きくなると非常に大きな計Ｗｆｆｉを必要
とする。そこで、比較的少ない計ｔｉｆｆｌで求まるよ
うにするため、残差スペクトルの考え方が提案されてい
る。

入力ｘｔ　　＜ｒ＝１．２．３．・・・・・・、ｎ）は
必ずしも無相関ではないが、線形代数をもとに分解して
Ｗｉ　（ｉ＝１．２，３．　・−・・、ｎ＞という無相
関な入力群に変換できる。この変換は次式で表現できる
。

ＬｘＪ＝［ＡＪ　　［ＷＪ　・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・（１２）ここに、 Ｘｌ−Σ　Ａ、Ｗ、　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（１４）Ｊ＝１ ×１から×２の影唇を除いたものを×　２・１等であら
れすと、 Ｗ１＝×１ Ｗ２＝Ｘ　２・１ ＷＪ−Ｘ　３・１２ −Ｘ ｎｎ　・（ｎ−１）　　ｊ また、Ｌｌ、を入力Ｗ１から入力ｗｊへの伝速関数とし
、×１のオートスペクトラムを”ｉｉ”で表わすと、 Ｇ２２−１　＝０２２　　”　１□１２Ｇ１１・・・・
・・（１５）以下法のようになる。

これを図に表わすと、第４図のようになる。

一般に、 であるから、残差パワースペクトラムは次式で表わせる
。

なお第４図で例えばＧ５．＝Ｇ、と考えれば（１７）式
を容易に理解することができる。

ここで、バージＶルコヒーレンス γ　１ｙ−（ｉ−ＩＪ　　ｌについて述べる。

入力が、ｘｌ（ｔ）、ｘ２（１）、出力がｙ（１）のと
きのパーシャルコヒーレンスは次のように定義できる。

線形最小２乗予測によってｘ、（ｔ）とｙ（ｔ）から×
２（ｔ）を除去したとぎ、ｘｌ（ｔ）とｙ（【）とのパ
ーシャルコヒーレンスは残差（イ「率変数Δｘ　　（ｔ
）とΔＶ１［）とのコヒーレンスとしで定義する。

残差確率過程の概念より、残差確率変敗Δｙ（ｔ）は、 ここに、１ｌｏ（ｔ）はｘ　（ｔ）を入力、ｙｔｔ）を
出力としたときのインパルス応答であり、後段の積分部
分はｘ　Ｂ）と相関のある部分である。

つまり、残差確率変数ΔＶ　（ｔ）はＶ　（ｔ）からｘ
　（ｔ）と相関のある成分を引いたものを示している。

ここで、Ｇ、ｘ、、（ｆ）をＧ　　　　（ｆ）と出くｙ
ｙ″　Ｘ ことにする。Ｗ　１ｅｎｅｒ　−Ｋ　ｈｉｎｃｈｉｎｅ
の定理から次式が得られる。

Ｇ　　　　ｍ　＝Ｇ　　（ｆ）　　［１−γ　　（ｆ）
］ｙｙ−ｘ　　　　　ｙｙ　　　　　　　　ｘｙ・・・
・・・（２ｏ） 定義から （１７）（１８）（２１）式から （２２）式およびコヒーレンスの定義からノイズ成分の
オートパワースペクトラムをＧ２□とすると、したがっ
て、（７）式で定義したマルチコヒーレンスは次式にな
る。

−−−−−−＜２４　） となる。パージセルコヒーレンスは以下に述べる方法で
求める。

（２１）式を一般的に書いて、 残差クロスおよびオートスペクトラムは、次式から求め
る。

Ｇ　・　　　−Ｇ　。

＋Ｊ−ｒ！　　　＋Ｊ−（ｒ−１）ｊ＝’ｒｊＧｉｒ−
（ｒ−１）ｊ・・・・・・（２６） （ただし、ｒ＜ｉ≦ｊ） このようにして、（２５）式の値が求まり、（２４）式
に代入するとマルチコヒーレンスが求まる。

（実施例） 第１図は本発明にかかる固体音寄与度測定方法を実現す
る固体音寄与度測定装置の概略を示す構成図である。

ここではフレーム２にファン１が取付けられているもの
とする。この場合、ファン１の回転によって気流が起り
気流音が発生するとともにフレーム２の振動によって固
体音が発生ずるので、騒音対策上固体音の全騒音に占め
る割合（寄与度）を求めることが必要になる。このため
フレーム上の振動加速度を入力、音を出力として固体音
の寄与度を求めることとする。

ファン１の取付けられたフレーム２の近傍には全体音を
取出ずための音−電気信号変換器としてのマイクロフォ
ン３が設置されており、その出力は電力増幅器４を介し
てＡ／Ｄ変換器５に入力される。

一万、フレーム２上にはフレーム２の振動加速度を検出
するための加速度ピックアップ６をセメメント等公知の
手段で貼付けである。この加速度ピックアップ６は数が
多い方が寄与度の推定が正確になるが、処理が複雑にな
るため適当な数を選択する。なお、加速度ピックアップ
間の距離が非常に近くなって隣接するピックアップの信
号とのコヒーレンスがほぼ１になるほど近づ（）ること
は無意味となるため適当な距離を与えればよい。各加速
度ピックアップ６から引き出された線はケーブルとして
まとめられて増幅器７に入力され、各ピックアップ出力
ごとに使用可能なレベルまで信号が増幅されてＡ／Ｄ変
換器５に入力されている。

このＡ／Ｄ変換器５はスキャナ５ａを含んでおり、この
スキ１１す５ａはディジタル変換されたピックアップ出
力を切換えて演算装置８に入力させるものである。

演算装置８には磁気ディスク装置９が接続されており、
入力された加速度ピックアップ６およびマイクロフォン
３からの時間波形をその中に一旦格納する。演算装置８
は磁気ディスク装置９からデータを取出しながら（作用
）の項で述べた過程を経てマルチコヒーレンスを求める
演算を行う。

第２図（、Ｌ、演Ｑ装置８内におけるマルチコヒーレン
ス計口のための演算過程を示すフローチャートである。

まず時間領域データを前述したように取込み、磁気ディ
スク９内に一時的に格納する（ステップ１００）。

次にこの時間領域データに対して烏速フーリエ変換（Ｆ
ａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　丁ｒａｎｓｆｏｒｍ　：　Ｆ
　Ｆ　Ｔ　）を行う。

これは周波数領域のデータに変えるためである。

続いて通常のオートスペクトル（オートパワースペクト
ルともいう）Ｇ・・および通常のクロススベクトル（オ
ートクロススペクトル）Ｇ、／＝計口し、磁気ディスク
９内に格納する（ステップ１０２）。

さらに、前述した（１６）、（１７）、（２６）式を用
いて残差オートスペクトラム Ｇ・、・（ｒ−１）！、残差パワースペクトラムＧ　・
（ｒ−１＞！、残差クりススペクトラムｙ Ｇ、、−（ｒ−１）！をそれぞれｒ−２からｒ゛−１ま
でくり返して順次求める（ステップ１０３）。

次にこれらの値を用いて（２５）式に当てはめることに
よってパーシャルコヒーレンスり返して計算すると共に
記憶する（ステップ１０４）。

ｍｔｌにこのパーシャルコヒーレンスの値を用いて（２
４）式に適用することによりマルチコヒーレンズγ　、
Ｘが求まる（ステップ１０５）。

このようにして求まったマルチコヒーレンスは式（７）
で定義されるように固体音の全体音中での寄与度を示す
ことになり、この実施例の場合にＪ５いてはフレームの
振動音がフレームに取り付けられたファンから発生する
全体音に対する割合を示すことになる。

求まったマルチコヒーレンスの値はプロッタ１０等の出
力ｉ！？ｉ７ｆにより出力される。

以上の実施例においては固体振動を検出するのに１１接
取付ける加速度ピックアップを用いているが、変位ある
いは歪を検出するセンサを用いてもよく、また、接触型
以外の非接触センサを用いることもできる。

また、演ｖ５装置としては汎用電子計算機の他にマイク
ロプロセッサを用いた専用演算装置を使用することがで
きる。

（発明の効果〕 以上のように、本発明にかかる固体音寄与度測定方法に
よれば全体音および固体振動からこれらのオートスペク
トルおよびクロススペクトルを求め、さらにこれらのス
ペクトルからマルチコヒーレンスを求めるようにしてい
るので固体音の全体音に対する寄与度を正確かつ容易に
求めることができるため、有効な騒音低減対策を速やか
に実施することができる。

また、本発明にかかる固体音寄与度測定装置によれば、
全体音を収集する変換器、固ｌＡ糸動を収集する変換器
、これらをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器、所定の演算を
行う演算装置を備えており、固体音寄与度の測定結果を
正確に１９ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる固体音寄与度測定装置の構成を
示すブロック図、第２図は本発明にかかる固体音寄与度
測定方法の主要部分を示す７０−チト一ト、第３図は本
発明のＩ！ｌ！論を説明する多入力・１出力系の伝達関
係を示すブロック図、第４図は本発明の理論のうち残差
スペクトルの関係を示すブロック図である。 １・・・ファン、２・・・フレーム、３・・・マイクロ
フォン、４，７・・・増幅器、５・・・Ａ／Ｄ変換器、
６・・・加速度ピックアップ、８・・・演算装置、９・
・・磁気ディスク装置、１０・・・プロッタ。 出願人代理人　　ｇｉ　　　藤　　−雄躬１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、全体音を表わす信号およびこの原因となる固体各部
   の少なくとも２箇所の振動を表わす信号とを求める過程
   と、 これらの信号のオートスペクトルおよびクロススペクト
   ルを求める過程と、 求まったオートスペクトルおよびクロススペクトルから
   前記全体音に対する固体音の寄与度を示すマルチコヒー
   レンス（多重関連度関数）を演算により求める過程と、 を備えた固体音寄与度測定方法。 ２、マルチコヒーレンスを演算により求める過程が残差
   オートスペクトル、残差パワースペクトル、残差クロス
   スペクトルを求める過程と、これらからパーシャルコヒ
   ーレンスを求める過程と、このパーシャルコヒーレンス
   を用いてマルチコヒーレンスを求める過程とを含むもの
   である特許請求の範囲第１項記載の固体音寄与度測定方
   法。 ３、全体音を収集する音−電気信号変換器と、前記全体
   音の原因となる固体各部の振動を検出する複数の振動−
   電気信号変換器と、 これら両変換器の出力を用いて音信号と振動信号のオー
   トスペクトル、クロススペクトルおよびマルチコヒーレ
   ンスを求める演算装置と、 演算結果を出力する出力装置とを備えた固体音寄与度測
   定装置。 ４、音−電気信号変換器がマイクロフォンである特許請
   求の範囲第３項記載の固体音寄与度測定装置。 ５、振動−電気信号変換器が変位センサである特許請求
   の範囲第３項記載の固体音寄与度測定装置。 ６、振動−電気信号変換器が加速度センサである特許請
   求の範囲第３項記載の固体音寄与度測定装置。 ７、振動−電気信号変換器が歪センサである特許請求の
   範囲第３項記載の固体音寄与度測定装置。