JPS62254082A - 音源探査装置 - Google Patents

音源探査装置

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JPS62254082A
JPS62254082A JP9588186A JP9588186A JPS62254082A JP S62254082 A JPS62254082 A JP S62254082A JP 9588186 A JP9588186 A JP 9588186A JP 9588186 A JP9588186 A JP 9588186A JP S62254082 A JPS62254082 A JP S62254082A
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JP
Japan
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microphone
correction
sound
microphone array
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Pending
Application number
JP9588186A
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English (en)
Inventor
Teru Hayashi
輝 林
Katsumi Miyaki
宮木 克己
Yoshio Tanito
谷東 芳雄
Keizo Kubodera
久保寺 敬蔵
Teruo Igarashi
五十嵐 照夫
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.)
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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1 本発明は、騒音発生!!A等のgf源位置やその汁圧分
!!j等を探査・測定する8°源探査装置に関するもの
である。
[従来の技術] 機械装置やに楊子における騒音低減対策は、まずその騒
音発生源な+E確に検出することか糸11となるもので
あって、この騒1゛?源の位置及びそのη圧分布を探査
する方式として種//のものか開発され、実用化されて
いるか、このうち最も代表的なものとしてNrqホログ
ラフィ法かある。この音響ホログラフィ法は高精度で音
源位置の探査・測定を行うことがてきるが、大規模なマ
イクロホン掃引装置や複雑な演算処理機器を必要とし、
しかもその演算処理に多大の時間を要J′S等の難点が
あった。
[発明か解決しようと4−る)51題Alそこて、マイ
ク11ホンをマトリ・・ノく7ス状に配設することによ
っ゛Cマイクアレイを形JA 1.、、、・1.ご、7
) −;・イクアレイに騒音を発生する音源物体からの
l”ffi /:、”、:入力することによっ′C,該
マイクアレイでごf゛パりJ1°’l’ I’j 背信
1jに応した電気信号−に変換し、この4L’!号に基
づいて各マイクロホンに対応4“るようにマトリックス
状に配列し7’=光光ダイオ・−ドア°し・イ′参の表
示装置により各マイクロホンの受音I¥圧し・ベルに応
じた輝度で表示させることによフて2″l該;”?原物
体における騒音の位置及び分布を;:?像化処理し、こ
れとカメラ等によって撮像した実際の物体像とをl丘ね
合わせて表示することによって音源探査を行う方式か本
発明名答によっ゛C提案さ打ている。
ところで、重連したように、マイクアレイでど1原物体
からの丘を入力゛4゛るように構成した場合C,1、゛
おい゛C,該マイクアレイを構成す“る各マイクロホン
は入力音響周波数に応しで感度に差異かあり、また音源
探査装置を構成する増幅器等の電f部品における温度に
よる特性変化かあるために、音源物体における探査対象
騒i′tの性質、探査環境等によって所定の感度補正を
行う必要がある。特に、音源物体か大型のものである場
合には、この音源物体に凹曲面形状の反射面を有する集
音器を対設し、この集′ff器に当該音源物体から発生
ずる騒rtを反射させて、この反射iキを該集音器に対
向配設したマイクアレイに受けさせるように構成するが
、この集音器の反射面は凹曲面形状となっているために
、マイクアレイの周辺部分における受;)音圧の減衰率
と中央部分の受:r Y↑圧の減衰率との間に差異が生
じるのて、かかる受信感度の補正も行う必要もある。
rli述した感度補正を行うために2マイクアレイにお
ける各マイクロホンからのチャンネル47Fに【xf変
フィルタ笠の感度補正装置を介装し、この感11%補正
装置に所定の捕止値を設定しTおき、各−チャンネルか
らの信号をこの補iE&[F補止するように構成したも
のし、本発明者等によって提案されている。
このように可変フィルタ等からなる8度!!j11本、
置を各マイクロホンのチャンネルに松、続ずれば、探査
対象騒音の性質や探査環境等に基つく感度補if−をマ
イクアレイを構成する各マイクロホンの佼置毎に行うこ
とかできるか、この感度補正装置を各チャンネルにそれ
ぞれ設けなければならず、装置構成が複雑゛Cかつ大型
となるたけてなく、この補正はアナログ補正であるため
に、補1■−か比較的面倒で、しかも厳格な補正かてき
ない等、感度i1j正機構には未だ改良すべき点がある
のか現状である。
本発明は叙」−の点に鑑みてなされた・bので、・−1
・イクアレイを構成する各マイクロホンにおUる受信し
た音響信号を単一の感度補正装置によっで容易に補IL
することかてき、もって極めて11ミ確な;°1像形成
データ化を行うことかできるようにしたi′?源探査装
置を提供することを目的とするものである。
[闇題点を解決するためのr、段1 前述の課題を解決するために、第1の発明の特徴とする
ところは、複数のマイクロホンをマトリックス状に並設
し°Cなり、j″f&if&i鞠体ずる1”fなそれぞ
れマイクロボンで受けてそのe 174信′−)に対応
した電気信号−に変換するマイクアレイと2該マイクア
レイにおける前記各マイクロホンからのti号−を各チ
ャンネル毎に逐次的に取り込んで、デジタル信−)に変
換してF?像形成データ化処理を行うデータ処理手段と
を有し、該データ処理手段には補1[ミデータ入力装置
と該補正データ入力装置によって入力された補正データ
を記憶する記憶装置とからなる感度袖]ト「段を接続し
て、該感度補正手段によりIKI記マイクアレイの各マ
イク【1ホンの位置とliA各マイクロホンへの入力&
q周波aにノ、(づいて1111記各チヤンネル毎にそ
れぞれの補11ミ値て感度を袖11ミする構成1)だこ
とにある。
また、第2の先頃1にあっては、音源物体に対向配設し
、該;′f源物体からの音を反射させる凹曲面形状の反
射面を右する集計器と、複数のマイクロホンをマトリッ
クス状に並設してなり、前記集合器からの反射)1を受
けC−tl−の音響信号に対応した電気0壮に変換する
マイクアレイと、該マイクアレイの各マイクロホンから
の信号をチャンネル毎に逐次的に取り込んで、デジタル
信号に変換してi′を像形成データ化処理するデ・〜タ
処理−f段とを有し、該データ処理手段には補正データ
入力装置と該補IIミデータ入力装置から入力される補
正データを記憶する記憶装置とからなる感度補正手段を
接続し、該感度補正手段により前記マイクアレイの各マ
イクロホンの位置と該各マイクロホンへの入力n−響同
周波数基づいて前記各チャンネル毎にそれぞれの補正値
で感度を補iEする構成したことをその特徴とするもの
である。
[作用1 而して、前述した第1の発明のように構成したものによ
って21源物体の騒rtを探査・測定するには、サンプ
リングする騒音の周波数や周囲の温度状態等の探査環境
による増幅器等の電子部品における特性変化等に)、(
づいてf・めそれぞれ各マイクロホンに対する補正イ4
を、没定して感度補正−L段を構成するデータ入力装置
によって入力し、この補正データを記憶装置に格納して
おく。この場合、各マイクロホンに対する補正値は、例
えば温度補正を行う場合においては、各マイクロホン位
置における温度差に応じて、所定の係数を掛けるように
設定することができる。ここで、マイクアレイで受信し
たj’? W信1)はデータ処理手段でデジタル変換さ
れるものであるから、この補正(II’iを数値化する
ことができ、当該補正イ〆1の入力操作か簡「nになる
と共に、この補正値を微細に設定することがてきる。そ
して、1′f源物原物ら発生する騒音をマイクアレイで
受けて、そのす背信号を電気信号に変換し、増幅器によ
りこの信号を増幅してデータ処理−r段に入力する。こ
のデータ処理手段においては、各チャンネル毎に逐次的
にマイクアレイからの信号を取込んでデジタル信号に変
換し、記憶装置から補正データを読み出しで、前述のよ
うにしてマイクアレイから取込んだ信号と感度補正f段
゛C設定した該補正データに関する信りとを演算するこ
とによって、温度変化等による特性変化に)1(づく感
度補止を行ったトてこの音源物体からの騒rfを正確に
77像形成データ化することかできるようになる。
次に、探査対象−79源物体が大型である場合には、1
″↑↑源物凹曲面状の集音器を対設し、この集;f器に
おける曲面形状の反射面からの反射fgをマイクアレイ
によって受音させるようにする。この場合には、マイク
アレイを構成する各マイクロホンの位置に応じて音圧の
減衰率か異なるために、これら各マイクロホンの位置に
応した感度補正を行う必要かある。そこで、第2の発明
のように、このマイクロホンの位置に基づくチャンネル
毎の補正データを感度補正手段を構成する記憶装置に入
力しておく。そして、データ処理−手段で音像形成デー
タ化の処理を行うに際して、マイクアレイ゛Cの受γf
音背信−)を各チャンネル毎にそれぞれの補正値で補正
することによって、集音器において曲面形状となった反
射面からの反射音における音圧減衰率等の補正をするこ
とかてきるようになる。ここで、音圧減衰は周波数によ
って異なり、低周波数のty QF信壮は高周波数のも
のより減衰度が大きくなる。従って、かかる音圧減衰の
補正は周波数毎に設定するようにしておくようにするが
、この設定はデジタル信ゆで行うことができるので、そ
の入力が容易で、しかも微細に補止することかできるよ
うになり1 しかも高速て演算処理することかてきるよ
うになる。
[実施例] 以ド、図面に基づいて本発明の実施例について説IJJ
する。
而して、本実施例においては、マイクアレイを直接1キ
源物体に対面させず、集音器からの反射音を該マイクア
レイに受1キさせるように構成したものを示す。このよ
うに集音器を用いると、小型のマイクアレイで大型の音
源物体の音源を探査することかできるようになる。
そこで、まずこの集合一式の音源探査装置の原理につい
て説明する。
即ち、第5図に示した如く、位置Pに7g源Sを設け、
この位置Pから距fiした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、該rf源Sからの丘はこの集f
t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に対向配設ずれば、大きな?キ源物体て
あっても、この音像なマイクアレイにおける音圧分布と
して取出すことかでき、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。
而して、第1図に示したように回転放物面、凹球面等の
凹曲面形状を有する集音器1の内面には反射面1aか形
成されており、この集1¥器lは枠状のフレーム2に」
ニド左右方向に回動可能に取り付けられている。該フレ
ーム2は高さA整可能な支持杆3に支持されており、該
支持杆3は基台4−1−に立設されている。また、5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5は第
2図に示したように支持板6に多数のマイクロホン5a
、5a。
・・・を71−リックス状に並設してなるもので1、J
各マイクロホン58間には例えばグラスウール等からな
る吸j′?材7が介装され、各マイクロホン5aや支持
&6の反射1゛fの影響が伝達するのを防1にしている
。そして、このマイクアレイ5からの出力信号は、前述
の各マイクロホン5aに対応するように設けた電圧制御
型の増幅器8に入力されて、このマイクアレイ5におけ
る各マイクロホン5aの受信信号を所91の増噴シ度に
増幅することかできるようになっている。さらに、この
増幅器8の出力側にはデータ処理−手段を構成するデー
タ処理装置9か接続されて、該増幅器8の出力信号はこ
のデータ処理装置9によって処理されて音源の位置や分
7Ij等からなる所定の音像を形成するように音像形成
データ化の処理を行うことができるようになっている。
次に、 10はYf源物体の物体像を撮像する撮像「段
としてのテレビカメラを示し、該テレビカメラ■は集n
 ′xi1の反射面121の鏡軸1−6またはその近傍
における前記マイクアレイ5の音源物体側に設置されて
いる。このようにしてテレビカメラ1oによって得た物
体像の影像信t′jに、前述のデータ処理装置8で11
源物体Sからの騒音を音像形成データ化処理した信号を
合成することによって、テレビモニタ11からなる表示
手段においてi音像を物体像に重ね合わせてIr’(担
化表示を行うことができるようになっている。
ここで、前述のデータ処理装置9は、第3図に示したよ
うに、増幅器8からの電気信t)のうち任意の0壮を取
出すための0壮切換器12と、該信は切換器12から入
力されるアナログ0壮をデジタル信号に変換するAD変
換器13と、該AD変換器13の出力デジタル信号なF
FT処理によって周波数分析を行うことによって、任意
の周波数成分の大きさを求めたり、ピーク値を求めたり
、また実効値を求めたりする周波数分析器口とを備え、
これらAD変換器13と周波数分析器14とによって波
形処理部を構成している。さらに、該周波数分析器1・
1には演算処理部15か接続されており、周波数分析器
14から0壮切換器12を介L/てチャンネル毎に送ら
れる各マイクロホン5aの受音信りに関するデータとそ
れぞれ各チャンネルに対する所定の補正データとを演算
処理して受音データの補正を行うことによって音像形成
データか得られることになり、このNY像形成データは
主メモリ15に格納されるように構成されている。
そして、前述した演算処理部15に補正データを送るた
めに、感度補正手段17か設けられており、該感度補正
手段手段17は感度補正データの入力用のキーボード、
フロッピーディスク装m、11;、テープリーダ等から
なるデータ入力装置18と、該データ入力装置18によ
って入力された補正データを格納する記憶装置としての
補助メモリ19とから構成され、該補助メモリ19は演
算処理部15と接続されている。ここで、該補助メモリ
9には名マイクロホン5aにおけるそれぞれのチャンネ
ルに対する周波数毎の感度補正手段、温度等の外的条件
に基づく装置構成電子部品の特性変化に対する感度補正
値、マイクロホン5aの位置に基づく感度補正値等の感
度補正値に関するデータをデータ入力装置16によって
入力することかできるようになっている。
さらに、前述の信号・切換器12の切換えや、主メモリ
16及び補助メモリ17の格納番地指定等の制御は制御
部19からの制御部−)に基づいて行われるようになっ
ている。そして、これらデータ処理装置9を構成する前
述の各a濠部材及び補助メモリ19はそれぞれ別個の要
素から構成することもてきるか、マイクロコンピュータ
等によっても構成することができる。
本実施例は前述のように構成されるもので2以下におい
て、第4図を参照してその作動について説1!+1する
まず、データ入力装置18によって補助メモリ1gに補
正データの入力を行う(ステップ■)。この補正データ
は、例えば、各マイクロホン5aの位置と周波数とに基
づく補正については、該各マイクロホン5aからのチャ
ンネルに応して個別的に設定することがてき、また温度
等による増幅器8その他装置を構成する電子部品の特性
の変化に関する補正は、各チャンネルについて共通の補
正を行うようにすることができる。このようにしてデー
タ入力装置18によって入力された補正データは補助メ
モリ19に格納される(ステップ■)。
次に、データ処理装置9の初期設定を行う(ステップ(
3))。この初期設定は、信号切換器12の切換p +
ttc 、補助メモリ15及び主メモリ18の番地指定
等からなる。
そこで、探査対象音源物体から騒音を発生させると、こ
の騒音が集音器1の反射面1aに反射されて、該マイク
アレイ5に受H’ffiされるようになる。
そして、該マイクアレイ5を構成する各マイクロホン5
aに入力されたn gll信号は電気信号)に変換され
て、この電気信1:か増幅器8て増幅されて。
データ処理装置9に入力される。これにより、該データ
処理装置9においてデータの取込みか実行される(ステ
ップ■)。而しC1このデータの取込みは、制御部19
からの制御信叶に基づいて0叶切換器12をマイクアレ
イ5を構成する各マ・イクロホン5aからのチャンネル
を順次切換えることによって、各マイクロホン5aの受
rt信壮なI¥(次AD変換器I3に切換入力すること
かでき、各チャンネルのデータか逐次的に取込まれるこ
とになる。
このようにしてデータ処理装置9に取込まれた音圧に関
するデータは、ステップ(Φに示したように、AD変換
器13でデジタル信号に変換されると共に1周波数分析
器14でその周波数の分析を行うことによって波形の演
算か行われる。ここで、波形演算は、FFT処理により
行うようにしているので1例えば、指定周波数毎のデー
タ、γ1圧のピーク値に関するデータ、実効値データA
゛のようなデータ化を高速で処理することかできるよう
になる。
このようにして取込まれたデータは演算処理部15に入
力されることになる(ステップ(2))。モして2演算
処理部15において、入力0吟のチャンネルにおける補
助メモリ17に格納された桶iEデータ及び必要に応じ
て設定された全チャンネル共通の補正データの読み出し
か行われ、入力値をこの読み出し値で加算、減算、積算
等の演算を行うことによって、入力した音用データの補
正が行われ、この補正データか音像形成データとしてL
メモリ16に格納されることになる(ステップ■)。
前述したデータの取込み、取込んだデータと補正データ
との演算処理を信t)切換器12によっ゛Cチャンネル
の切換か行われる毎に行い(ステップ(Φ)、この作業
が全チャンネルに渡って行われると、音源物体における
騒ど1−をlキ像化電ることかできるデータとして主メ
モリ16に記憶させることかできるようになる。
このようにして主メモリ16に格納されたデータはマイ
クアレイ5を構成する各マイクロホン5aに対応する位
置における音圧レベル信号からなるものて2このデータ
を画像メモリ(図示せず)に送り、該画像メモリ゛Cテ
レビカメラ′iDから送られる物体像の信−)と合成し
てブレビモニタ11に出力することによって、該ブレビ
モニタ11において物体像と音像とを重ね合わせて表示
することかできるようになる。ここで、周波数分析器1
4はFFT処理を行うようになっているために、周波数
毎の音圧レベルのデータを得ることができるようになり
、従って、K像の表示方法は、例えば滴定の音圧レベル
毎の等高線の形態の表示や、H′?圧ピーク値のドツト
等のマーク表示等によることかできる。そして、このン
゛f像は音響周波数に基づく補+E、マイクアレイ5を
構成する各マイクロホン5aの位置に関する補正、温度
Tの探査・測定環境の変化による補ICE ?を行った
状態でデータ化されているのて、音源探査を極めて精度
よく行うことかCきるようになる。
この場合において2探査対象音IQ物体からの騒7yの
全体をデータ化するには、波形処理部を形成する周波数
分析器14てそれに入力される周波数信号の実効値を取
ればよい。そして、探査対象音源物体から発生する騒r
fのリキ源か複数あり、これら各1゛s−源毎の騒B’
Yについてのデータを得る場合には、 iij述の周波
数分析器14におい°(、各lt源からの貨背信吟のう
ち所定の周波数成分だけを取出すように設定しておけば
よい。こねによって、演算処理部15において処理され
て主メモリ16に入力されるrf像形成データは;″i
源物体にお1Jる特定の音源から直接発生する騒音たけ
てなく、このrr 源から周囲に伝達されて、他の成分
と合成された騒1゛1笠のように当該)°7源と相関の
ある騒11゛成分を含めた当該音源に関する騒音全体を
他の騒音成分から切り離してデータ化することかCさる
ようになる。そして、集j′f器1を使用してi′?源
探査を行う場合にあっては、特に入力音響周波数のうち
低周波成分の減衰か大きく、しかもこの減衰はマイクロ
ホン5aのうち、中央部分より周辺部分の方か大きくな
るために、 +iii述したように各チャンネル毎に、
しかも周波数毎に補正値を1没定しておくようにするこ
とによって、γ↑源物体からの騒音を極めてIF確に音
像形成データ化することかできるようになる。
而して、前述の実施例においては、マイクアレイ5を集
音器1に対向配設するようにしたものを示したか、マイ
クアレイを直接音源物体に向けて配設し、このマイクア
レイで騒音を直接受音させるようにしてもよい。そして
、このように音源物体から直接受7゛)させるようにし
た場合には、マイクアレイの形状か比較的大きくなり、
このために、マイクアレイを構成するマイクロホンの位
置に応して温度分布か異なっ゛Cくる。そこて、かかる
温度差にノ^づいた感度補正を行えば、より正確にン″
1像のデータ化を行うことかできるようになる。
なお、前述の実施例に3いては、物体像を撮像する撮像
手段どしてテレビカメラ10を示したか、これに代えて
、カメラ、電子写真装置等他の撮像「段を用いることも
てきる。また、音像な物体像に毛ね合わせて可視化表示
する表示f′−没としては、前述のブレビモニタ11の
外、CRTを用いたり、発光ダイオード、液晶等をマト
リックス状に枝設するようにしてもよい。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明に係る音源探査装置
は、77源物体から発生ずるR 9信号なマイクアレイ
における各マイクロホンで電気信号に変換し、この信り
をデジタル化して音像形成用のデータな作成するデータ
処理手段に、所定の補正データを入力することによって
感度補正を行うように構成したから、巾−の感度補iE
 手段て各マイクロホンからの全チャンネルの感度を補
正することができるようになり、装置構成か極めて筒中
となるたけてなく、この感度補正はデジタル値にノ、(
づいて行うことができるようになっているので、補正デ
ータの入力か簡単となり、また微細な補正を行うことか
でき、しかも補正処理を高速で行うことができるように
なる等の諸効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の−・″)!:施例を示す構成説明図1
、第2図はマイクアレイの正面図、第3図はデータ処理
装置の構成説明図2第4図はデータ処理装置におけるな
像化データを得るための1程を示すフローチャート図、
第5図は集F?式音源探査方式の原理説明図である。 5 ・・マイクアレイ、 5a・・マイクロホン、9・
・データ処理装置 12・・信号切換器、13・・AD変換器14・・周波
数分析器 15・・演算処理部、16・・主メモリ17・・感度補
正手段 18・・データ入力装置、1g・・補助メモリ。 特許出願人   林     輝(外1名)代理人弁理
ト  影 井 俊 次′1′  ・第21m 15FX! 第3図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)複数のマイクロホンをマトリックス状に並設して
    なり、音源物体から発生する音をそれぞれマイクロホン
    で受けてその音響信号に対応した電気信号に変換するマ
    イクアレイと、該マイクアレイにおける前記各マイクロ
    ホンからの信号を各チャンネル毎に逐次的に取り込んで
    、デジタル信号に変換して音像形成データ化処理を行う
    データ処理手段とを有し、該データ処理手段には補正デ
    ータ入力装置と該補正データ入力装置によって入力され
    た補正データを記憶する記憶装置とからなる感度補正手
    段を接続して、該感度補正手段により前記マイクアレイ
    の各マイクロホンの位置と該各マイクロホンへの入力音
    響周波数に基づいて前記各チャンネル毎にそれぞれの補
    正値で感度を補正する構成としたことを特徴とする音源
    探査装置。
  2. (2)音源物体に対向配設し、該音源物体からの音を反
    射させる凹曲面形状の反射面を有する集音器と、複数の
    マイクロホンをマトリックス状に並設してなり、前記集
    音器からの反射音を受けてその音響信号に対応した電気
    信号に変換するマイクアレイと、該マイクアレイの各マ
    イクロホンからの信号をチャンネル毎に逐次的に取り込
    んで、デジタル信号に変換して音像形成データ化処理す
    るデータ処理手段とを有し、該データ処理手段には補正
    データ入力装置と該補正データ入力装置から入力される
    補正データを記憶する記憶装置とからなる感度補正手段
    を接続し、該感度補正手段により前記マイクアレイの各
    マイクロホンの位置と該各マイクロホンへの入力音響周
    波数に基づいて前記各チャンネル毎にそれぞれの補正値
    で感度を補正する構成としたことを特徴とする音源探査
    装置。
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