JPS63218855A

JPS63218855A - 吸音特性計測方法

Info

Publication number: JPS63218855A
Application number: JP62053590A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takagi; 茂高木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1987-03-09
Filing date: 1987-03-09
Publication date: 1988-09-12

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〕本発明は吸音材料をはじめ、構造物の壁面、地表面、海
面、海底などの吸音特性を計測する吸音特性計測方法に
関する。

〔従来の技術〕

任意の物体の吸音率には定義および計測法によシ、垂直
入射吸音率と残響家法吸音率があり、このうち、垂直入
射吸音率は定在技法吸音率測定装置によって計測される
。この定在技法吸音率測定装置は、従来第８図に示すよ
うに、構成されている。すなわち、図中０１は管内の音
圧を計測するためのマイクロホン、０２はマイクロホン
θノの出力信号を増幅するための増幅器、０３は計測信
号から必要な周波数の信号を取り出すだめのフィルター
、０４は管内音圧を指示する音圧指示装置、０５は円形
または正方形断面の主管、０６は主管θ５の内部の音圧
分布が計測できるように、主管０５内を移動でき、一端
が開で、他端にマイクロホン０１が装着されているプロ
ーブ管、０８は主管０５の一つの閉端に取付られた計測
対象の供試体、０９は主管０５内に音圧を与えるための
スピーカ、０１０はスピーカ０９への入力信号を与える
発振器である。第８図の定在波法吸音率側定装置を用い
た場合、垂直入射吸音率は次の手順で計測される。

■　第８図に示すように主管０５の一端に供試体０８を
取付け、他端からスピーカ０９で純音を与え、主管０５
内にできた定在波の音圧分布の極大値と極小値を計測し
、この極大値と極小値の比を求める。

■　定在波による管内音圧分布の極大値と極小値の比と
垂直入射吸音率との関係式に、計測された極大値と極小
値の比を代入して垂直入射吸音率を求める。

■　スピーカ０９で与える純音の周波数を変化させ、各
周波数の垂直入射吸音率を求める。

また残響家法吸音率測定装置は、第９図に示すように、
構成されている。すなわち、図中０２１は残響室０２８
内の音圧を計測するためのマイクロホン、０２２はマイ
クロホン０１の出力信号を増幅するだめの増幅器、０２
３は計測信号から必要な周波数の信号を取出すためのフ
ィルター、０２４は残響時間記録装置、０２５は計測対
象の供試体、０２６は残響室０２８内に音圧を与えるた
めのスピーカ、０２７はスピーカへの入力信号を与える
発振器、０２１１は容積が１５０ｍ３以上の６〜８面体
の残響室である。

第９図の残響家法吸音率測定装置を用いた場合、残響家
法吸音率は次の手順で計測される。

（１）　　最初に供試体０２５を残響室０２Ｂに入れな
い状態で、残響室０２ｇ内に置いたスピーカ０２６から
音を放射し、残響室０２Ｂ内の音圧が定常状態に達して
から、音を止めて残響室０２Ｂ内の残響時間を計測する
。

（Ｉ［）　　次に残響室０２８内の一部の壁面に供試体
０２５を取付け、その時の残響時間を計測する。

（２）供試体０２５が入っていない場合の残響時間およ
び供試体０２５を入れた場合の残響時間と残響家法吸音
率との関係式に、計測された２つの残響時間を代入して
、残響家法吸音率を求める。

〔発明が解決しようとする問題点〕

１）第８図の定在演法吸音率測定装置および、第９図の
残響家法吸音率測定装置では、次の様な吸音率の計測が
できない。

■　建設されている構造物壁面の音響インピーダンスお
よび吸音率、音圧反射係数、粒子速度反射係数 ■　製作された物体表面の音響インピーダンスおよび吸
音率、音圧反射係数、粒子速度反射係数２）上記１）の計測ができない理由定在演法吸音率測定装置および残響家法吸音率測定装置
でそれぞれの吸音率を計測するためには、第８図、第９
図に示すように、供試体０８または０２５を主管０５ま
たは、残響室０２８内に入れる必要があるが、構造物と
して製作されている物体表面や地表面、海面、海底など
から、供試体０８または０２５を取ることは不可能であ
る。

そこで、本発明は定在波吸収率測定装置または残響家法
吸音率測定装置を用いることなく、音響インビーダンス
、吸音率、音圧反射係数、粒子速度反射係数などの吸音
特性の計測および実際に建設されている構造物壁面、地
表面、海面などの吸音特性の計測が可能な吸音特性計測
方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、照射音波が音源から
計測対象面に至るまで拡散性の少ない音波／４’ラメ）
　ＩＪソック果を用いた指向性の強い音波ビームを用い
、上記音波ビームを強制的に照射し、上記計測対象面で
形成される音場の入射波と反射波とを分析してその分析
結果を演算して吸音特性を求めることを特徴とする特許る。

〔作用〕

本発明は上記のようにすることにより、上記のような種
々の吸音特性が計測できる。

〔実施例〕

以下、本発明について説明するが、はじめに本発明方法
を実施する装置について説明する。この装置は第１図に
示す計測・解析部と第２図〜第６図のいずれかに示す音
源部からなっている。

第１図に示した計測●解析部は、次のような構成からな
り、計測対象としている面に対して強制的に音波を照射
し、計測対象面の近傍で形成される音場の入射波と反射
波を分析するものである。

図中１＆は任意の計測点Ａの音圧を計測するマイクロホ
ン、１ｂは任意の計測点Ｂの音圧を計測すルマイクロホ
ン、２ａはマイクロホン１ａの出力信号の増幅器、２ｂ
はマイクロホ７１ｂの出力信号の増幅器、３は増幅器、
２ｈ、２ｂからの信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部、
４はＡ／Ｄ変換部４の出力データを用いて、次のデータ
を求めるスペクトル演算部である。すなわち、上記デー
タは計測点Ａの音圧信号のオートノ（ワース被りトルＧ
ａａ　’計測点Ｂの音圧信号のオートパワースペクトル
Ｇｂｂ、計測点Ａと計測点Ｂの音圧信号のクロスバワー
スベクトルＧｂａでちる。５はスにクトル演算部４から
出力される各スペクトルＧ。”ｂｂ”ｂａを用いて音響
インピーダンスを求める音響インピーダンス演算部、６
は音響インピーダンス演算部５から出力される音響イン
ピーダンスのデータを用いて音圧反射係数、粒子速度反
射係数を求める反射係数演算部、７は音響インピーダン
ス演算部５から出力される音響インピーダンスのデータ
、または、反射係数演算部６から出力される反射係数を
用いて吸音率を演算する吸音率演算部、８は音響インピ
ーダンス演算部５、反射係数演算部６、吸音率演算部７
の演算結果を出力する演算結果出力部である。

第２図に示した音源部の第１の実施例は、さらに、次の
ような構成からなっている。９は高周波数の電気信号を
発生する発振器、１０は発振器９の信号に振幅変調をか
ける信号を発生する変調信号発生器、１１は発振器９か
らの高周波数のに気信号を、変調信号発生器１０の変調
信号により振幅変調をかける振幅変調器、１２は振幅変
調器１１から出力される電気信号を増幅する増幅器、１
３は増幅器１２の出力によって超音波を発生する超音波
発振器である。

このような構成のものにおいて、超音波発振器１３から
発生する高い音圧の超音波は、音波パラメトリック効果
により、指向性の強い音源を形成し、変調信号に対応し
た計測用の照射音波を発生する。

上記計測・解析部は、音源部で発生された照射音波の成
分について計測と解析を行う。計測・解析部での音圧信
号の処理および演算は次のようになっている。

■　マイクロホン１ａとマイクロホンｚｂで計測された
音圧信号が、各増幅器２＊、２ｂにより増幅されると共
に、エリアソングフィルターなどにより、ディジタル処
理に適したマイクロホンＪａ。

１ｂの音圧信号ｐ、（ｔ）、　ｐ、（ｔ）が出力される
。

■　Ａ／Ｄ変換部３によって、各増幅器２ａ＋２ｂの出
力信号ｐ、（ｔ）　、　ｐｂ（ｔ）が離散的時刻ｔに対
応したディジタルデータに変換される。

■　スペクトル演算部４により、Ａ／Ｄ変換部３で得ら
れたディジタルデータから１次の３種のスペクトルが演
算される。

Ｇ、、ＣＩ）　：信号ｐ、（ｔ）のオートパワースペク
トルＧｂｂ（ｆ）二信号ｐｂ（ｔ）のオートパワースペ
クトルＧ５．（ｆ）　：信号ｐＩＬ（ｔ）　、　ｐ　ｂ
（ｔ）のクロスバワースベクトルここでｆは周波数を表わしている。

■　音響インピーダンス演算部５では、スにクトル演算
部４で得られた３種のスペクトルＧ□Ｕ〕。

Ｇｂｂ（１）、Ｇｂ、（ｆ）から吸音材への入射波ｐ、
（ｔ）と反射波Ｐ、（ｔ）について、次の３棟のスペク
トルが得られる。

ｃｉｉ（１）：入射波ｐ、（ｔ）のオートノやワースＲ
クトルＧ（１）：反射波ｐ、（ｔ）のオードパワース４
クトルｒＧ、、ＣＩ）　：入射波ｐ、（ｔ）と反射波Ｐｒ（ｔ）
のクロス・クワ−スペクトル３種のスペクトルＧ、　１（１）、Ｇ、、（ｆ）、Ｇ、
　、（１）は第（１）式により演算されている。

ここで、ｃ、、（１）　、　Ｑ４ｒ（ｆ）はそれぞれ、
クロスバワース４クトルの実部と虚部であり、Ｇｂ、（
ｆ）　、Ｑｂ＆（ｆ）はそれぞれＧｂ、（１）の実部と
虚部である。また、この演算に使用されているマトリク
スＭの各要素Ｍｔ」は（２）式、（３）式のようになっ
ている。

に＝２πｆ／Ｃ第（３）式ここで、Ｃ：媒質中の音速、Ｄ：２つのマイクロホン１
ｙｒ、１ｂの間隔、ψ：計測面に垂直な線を基準とした
もの、２つのマイクロホン１＆、Ｉｂを結ぶ直線のなす
角度、ψ：計測面に垂直な線を基準とした時の音源の方
向を示す角度である。

■　音源インピーダンス演算部５では第（１）式を用い
て演算された３種のスペクトルＧ１１（ｆ）　、Ｇｒｒ
（ｊ）。

Ｃ％ｒＣｆ）、Ｑｉ、Ｃｆ）からさらに第（４）式によ
り、ノーマル音響インピーダンスｚｎが演算される。

ここで、ρは媒質の密度であり、またｊ＝Ｌ〒である。

■　反射係数演算部６では、音響インピーダンス演算部
５で求められた音響インピーダンスｚｎを用いて、音圧
反射係数ｒ、Ｃｆ）　、粒子速度反射係数ｒｕ（１）を
求める。各反射係数ｒ、（，７’）、　ｒｕ（１）はそ
れぞれ第（５）式、第（６）式によって演算される。

ｒ、　＝　（Ｚｎａｓψ−ＩＣ）　／　（Ｚｎｃｍψ＋
ｐｃ）　　第（５）式ｒｕ＝−ｒｐ　　　　　　　　　
　　　　第（６）式■　吸音率演算部２では、音響イン
ピーダンス５で求められた音響インピーダンスｚｎを用
いて、垂直入射吸音率α０．斜入射吸音率α（ψ、）お
よび２ンダム入射吸音率αが演算される。各吸音率の演
算には第（７）式、第（８）式及び第（９）式を用いて
いる。

αｏ　＝４ａ／　Ｃ（ａ＋１　）２＋ｂ２）　　　　　
　　　第（７）式α（ψ１）＝４ｂａｓψ、／〔（−ψ
１＋１　）２＋（ｂｃｏｓψ１〕２〕　第（８）式また
、この吸音率演算部７では反射係数演算部６で求められ
た音圧反射係数ｒ、ＣＩ）を用いて斜入射吸音率α（ψ
ｉ）を求めることができる。演算は第９１式を用いてい
る。

α（ψｉ）　＝　１−１ｒ、Ｉ　　　　　　　　　第α
１式第αｑ式において、音圧反射係数ｒ、（ｆ）が、計
測面に対して垂直な照射音波によって得られた値であれ
ば、第（７）式の垂直入射吸音率を与えている。また、
この吸音率演算部７では第αｑ式の結果を第！ｌ）式を
用いて演算し、ランダム入射吸音率αを求めることかで
きる。

第３図は本発明による音源部の第２の実施例を示すプＣ
７ツク図であり、これは次のような構成となっている。

９は高周波数の電気信号を発生する発振器、１０は発振
器９の信号に周波数変調をかける信号を発生する変調信
号発生器、１４は発振器９からの高周波の電気信号を、
増幅する増幅器、１５は増幅器１４の出力により超音波
を発生する超音波発振器、１６は発振器９からの高周波
数の電気信号を変調信号発生器１０からの変調信号によ
り、周波数変調をかける周波数変調器、１７は周波数変
調器１６の出力信号を増幅する増幅器、１８は増幅器１
７の出力によシ超音波を発生する超音波発振器である。

このように第３図のように構成することにより、２つの
異なる周波数の超音波を発する超音波発振器１５．１８
を用い、この２つの超音波による音波／４’ラメトリツ
ク効果を用いて照射音波を発生させることができる。

第４図は本発明による音源部の第３の実施例を示すブロ
ック図であり、１９は発振器９からの高周波の電気信号
と周波数変調器１６からの出力信号をミキシングするミ
キサー、２θはミキサー１９からの出力信号を増幅する
増幅器、２１は増幅器２０からの出力によシ超音波を発
生する超音波発振器である。このように第４図ではミキ
サー１９を用い、１種の超音波発振器２ノから２つの周
波数の超音波が発振できるようになっている。

第５図は本発明による音源部の第４の実施例を示すブロ
ック図であり、２２は発振器９の出力する周波数と、照
射音波の周波数だけ異なる電気信号を発生する発振器で
ある。

このように第５図では、第４図の周波数変調器１６の出
力信号のかわりに、発振器２２の出力信号を用いている
。

第６図は本発明による音源部の第５の実施例を示すブロ
ック図であり、２３は発振器２２の出力信号を増幅する
増幅器、２４は増幅器２３の出力により超音波を発生す
る超音波発振器である。

このように第６図では、発振器９，２２の出力信号を別
々に増幅し、異なる超音波発振器１５゜２４を用いて超
音波を発生し、照射音波を形成させるようにしたもので
ある。

以上述べた構成の吸音特性計測装置を用いて、吸音特性
を計測する場合次のような順序で行う。

以下これについて第７図を参照して説明する。

■　壁面２５上の任意の点Ｏを定める。

■　壁面２５の法線ＯＰを含むような壁面２５に垂直な
面２６を定める。

■　２つのマイクロホン１ｇ、ｌｂの間隔りを定める。

■　２つのマイクロホン１＊、ｌｂを同一面内に設置す
る。

■　２つのマイクロホンＩｍ、１ｂを結ぶ直線と法線Ｏ
Ｐのなす角θを定める。

■　壁面２５に照射する音波を発生させる音源すなわち
超音波発振器１３の設置位置Ｓ、を定める。

■　超音波発振器１３をＳ、に設置し、０点に向けて音
波゛を照射すると、本計測・解析装置によ）、ノーモル
音響インピーダンスｚｎ、垂直入射吸音率α０、斜入射
吸音率α（ψｌ）、ランダム入射吸音率α、音圧反射係
数ｒｐ　、粒子速度反射係数ｒｕを求めることができる
。また、実際に建設されている構造物壁面、地表面、海
面、海底などの吸音特頭計測が可能となる。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明によれば、定在技法吸音率測定装置ま
たは、残響家法吸音率測定装置を用いることなく、音響
インピーダンス、吸音率、音圧反射係数、粒子速度反射
係数などの吸音特性の計測が可能となり、さらに従来困
雌であった実際に建設されている構造物壁面、地表面、
海面、海底などの吸音特性の計測が可能となる吸音特性
計測方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するのに用いる吸音特性計測
装置の計測・解析部のブロック図、Ｍ２図は本発明方法
を実施するのに用いる吸音特性計測装置の音源部の第１
の実施例を示すブロック図、第３図〜第６図は本発明に
用いる音源部の第２〜第４の実施例を示すブロック図、
第７図は本発明の吸音特性計測装置を用いて壁面の吸音
特性を計測する方法を説明するための図、第８図は従来
の定在技法吸音率測定装置の一例を示すブロック図、第
９図は従来の残響家法吸音率測定装置の一例を示すブロ
ック図である。出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第５図借りと

Claims

【特許請求の範囲】

照射音波が音源から計測対象面に至るまで拡散性の少な
い音波パラメトリック効果を用いた指向性の強い音波ビ
ームを用い、上記音波ビームを強制的に照射し、上記計
測対象面で形成される音場の入射波と反射波とを分析し
てその分析結果を演算して吸音特性を求めることを特徴
とする吸音特性計測方法。