JPS6363926A - 音響インテンシテイワツトメ−タ - 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、音波を感知するためのセンサ部、インテンシ
テイ演算部及び表示部を有する音響インテンシテイワッ
トメータに係り、高効率、高精度音源探査に好適なよう
に改良した音響インテンシテイワットメータに関するも
のである。

〔従来の技術〕

機器の騒音術策を短Ｊｕ１間で経済的に行なうためには
、騒音源の高−１度探査技術が不可欠であり、このため
の認定機器として音響インテンシテイワットメータが最
近注目されている。従来、この種のワットメータには、
対向せしめて配置された１対の音波センサとこれの支持
部、インテンシテイ演算部及びその結果のインテンシテ
イの大きさと向きを示す表示部から構成されているもの
が知られている。すなわち、東京大学・生産技術研究所
化価リーフレットＮＱＩ　２４における“簡易型音響イ
ンテンシテイワットメータパと題する文献において論じ
られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこの種のメータは原理的に１対のセンサを結ぶ延
長軸方向でのインテンシテイの向きと大きさとを計測す
るものであり、音源位置方向を探知する場合、１対のセ
ンサの中央を中心として、センサを１８０１回転させる
必要がある。短時間で探知するためには、１対のマイク
を回転させるための駆動機構たとえばモータと伝動機構
（ギアまたはベルト）が必要不可欠である。しかもこの
機構をセンサ近傍に位置せしめる必要が有るから、モー
タ、ギアから発生する音がノイズとなって探査精度を大
幅に低下させることは容易に推定できる。さらに駆動機
構を設けると回転牛後が大きくなり、狭い空間で音源を
探査する場合や時間的に音響の大きさ、音源位置が変化
するような機器を対象とする場合には、適用が不可能で
あったり、適用しても精度が非常に悪だったりするとい
う問題があった。また、測定点における絶対的方位が解
らないという問題もあった。

本発明の目的は、短時間で高精度に音響インテンシテイ
の方向と大きさを計測し、音源の位置を探知することが
可能な音響インテンシテイワットメータを提供すること
にある。

〔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、基本的には音源の方
向を探知可能とするように、１対のセンサとこれらの感
知部を結ぶ延長方向と４５度。

９０度、１３５度の角度に同一平面上にそれぞれ３対の
センサを設け、これら４対のセンサ出力信号をもとにイ
ンテンシテイを解析可能とする演算部とこの４対の演算
出力結果を組み合わせて、音波の伝播方向と大きさを示
す表示部から構成したものである。

〔作用〕

上記のように構成された音響インテンシテイワットメー
タにおいては、複数経路のセンサ（例えばマイクロホン
）の出力を用いて得られる各対の方向のインテンシテイ
の大きさと方向（ｌ定点における方向および絶対的方位
）を合成し、音波の伝播方向とその大きさを即座にしか
も実時間で探知できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図により説明す
る。第１図は、インテンシテイワットメータの外観斜視
図を示す。本例のワットメータは、センサ部１とこのセ
ンサ部を支持するためのサポート２、サポート２の片端
を支持し、表示部４を有する手元ボックス部５および表
示切り換え用スイツチ３、インテンシテイ演算回路部７
と電源部８を収容するための演算部ボックス９及び手元
ボックス５と演算ボックス９間の通信ケーブル６がら構
成されている。第２図は、センサ部を切り離してインテ
ンシテイの解析装置として演算部及び表示部を使用する
場合の構成を示す、テープレコーダ等に録音された電気
信号１０とこの信号入力用のコネクタ２′を有する手元
ボックス部５と演算ボックス部９から構成されている。

第１図のセンサ部１は、サポート２の軸方向Ｙ成分のイ
ンテンシテイ計測用センサ１１，１２と、これらのセン
サと４５度方向の計測用センサ１３゜１４と、９０度を
なすＸ方向の計測用センサ１５゜１６と、１３５度の計
測用センサ１７，１８とを設けている。センサ１１〜１
８は、小型のエレクトレットマイクロホンであり、さら
にこれらのマイク間の間隔を一定に保つためのスペーサ
１９が配設されている。第３図は、手元ボックス５に収
容された表示部４の拡大図であり、音の流れ方向の２次
元成分（Ｘ、Ｙ方向）を矢印（ベクトル）で示すための
ＬＥＤ２０が同心円上に複数個配列されている。また、
これらのＬＥＤの中心にインテンシテイの大きさを表示
するためのＬＥＤ２１を設けている。さらに、絶対的方
位を示すためのＬＥＤ２２も設けている。

第４図は、Ｙ軸方向に設けられた１対のセンサ１１．１
２の指向特性を示す、１対のセンサの場合は、その軸方
向に対し感度が良い、第５図は、第４図で示したＹ軸方
向の１対のセンサ１１゜１２と、上記Ｙ軸に対して４５
度方向に設けた１対のセンサ１３，１４と、同じく９０
度方向のセンサ１５，１６と、さらに１３５度方向のセ
ンサ１７．１８とを設けた場合の指向特性を示したもの
である。この場合、方向が隣接した２対の指向特性が重
なり合った領域での感度が良くなる。従って第５図に示
すセンサ位置でのインテンシテイ測定の場合、Ｙ軸方向
からの入射してくる音波に対し、その音源方向指示はＹ
軸方向を正確に示さず、各センサの指向特性の重なり合
う感度の良い方向を示し、はぼ全方向とも指向特性が向
上する。

第６図は、音の入射方向を求めるインテンシテイ演算部
および表示部のブロック図を示す、また、第７図は、１
対のセンサの指向特性を示す、音波の入射角度をαとす
るとインテンシテイのＸ軸およびＹ軸成分ＩＸ、ＩＴは
、 Ｉｘ＝　ｌ　Ｉ　Ｉｃｏｓａ、　　ＩＹ：　Ｉ　Ｉ　１
ｓｉｎａとなり、角度αは、 ｔａｎａ＝ＩＩｙ／Ｉｘｌ または、 ｃｏｔａ＝ＩＩｘ／Ｉｙｌと、ＩｘとＩＹの符号関係か
ら求まる。第８図は、全周を１０度ピッチで３６分割し
て演算および表示する例を示す、２対のセンサによって
収音され、インテンシテイ演算後の信号ＩＸＩとＩＹＩ
を割算器２３によって除算する。この場合、比較器２４
によって得られるＩＩｘｌとＩ　ＩＹＩ　Ｉ　ＩＹ／Ｉ
ＸＩの大小ＩＩｙ／Ｉｘｌ　　の判定結果にもとすき、
または何れかの演算を行なう、この値と角度相当電圧発
生回路２５の出力値を比較器２６ａ〜２６ｄによって比
較し、この出力をディジタル信号４ｂｉｔとしてメモリ
２７に入力する。この実施例では、角度相当電圧発生Ｍ
路２５の出力電圧は、ｔａｎｌ　Ｏ’　、ｔａｎ２０＠
。

ｔａｎ３０°、ｔａｎ４０’″の値相当する。

一方０≦ＩＩＹ／ＩＸ＋≦１またはＯ≦ＩＴＸ／ＩＹ＋
≦１に相当する方向の表示領域は、第９図に示す８通り
であるので、このなかからある領域を特定するために、
比較器２４、符号反転回路２８ａ。

２８ｂ符号判別回路２９．３０を用いて、ＩＸ、−ＩＸ
Ｉ　ＩＹＩ−ＩＹのそれぞれの符号およびＩｘとＩＹの
大小を表わす信号にディジタル変換する。これらの信号
と上記４ｂｉｔ信号とをアドレスとしてメモリ２７に入
力すると、あらかじめメモリ２７に書きこまれている全
周１０度ピッチ、３６分割の領域に対応する２進数の信
号（６ｂｉｔ）が出力される。第８図におけるデコーダ
３１とドライバー回路３２は、２進数を少なくとも３６
進数に変換する回路とこの出力に対応する方向のＬＥＤ
を駆動するための回路である１本実施例の演算部で用い
ている素子は、何れも低価格でＩＣ化されておらず、小
型汎用品である。また、演算時間もきわめて小さいので
、実時間にて演算および表示可能なポータプルインテン
シテイワットメータが、実現できる６以上のように本実
施例のワットメータにおける方向演算部は、４対のイン
テンシテイ信号の比較器と、符号反転回路および符号判
別回路と、除算回路およびメモリ回路とデコーダ回路と
からなり、４対のインテンシテイの信号Ｉｘ。

ＩＹの大きさの比と各信号の符号および大小の判別結果
を２進数のディジタル信号に変換し、さらに全周を８分
割されている領域と角度に対応するディジタル信号に変
換する演算を行なうことにより、平面内における音の流
れ方向を全周にわたって、演算表示できる。第８図に示
されている本実施例では、符号反転回路２８および符号
判別回路３３を用いているが、符号判別回路２９，３０
は、ＩＸおよびＩｖの符号を０または１のディジタル信
号に変換する機能をもっているので、符号反転回路２８
ａ、２８ｂおよび符号判別回路３３は必ずしも必要とは
しない、１対のセンサの指向特性が周波数に依存する場
合には、角度相当電圧発生回路２５によって出力されろ
信号電圧を周波数帯域ごとに変化させる方向が有効であ
り１本発明に含まれる。また全周１０ピツチで３６ケに
分割、表示する方法についても実施例で説明したが、解
析表示は全周に限らず、また分割数も特に限定するもの
ではない。

第６図のブロック図に示す如く、本実施例の装置は、セ
ンサ１１，１２の出力Ａ、τと、他の対のセンサ１３，
１４の出力Ｂ、Ｂと、センサ１５゜１６の出力Ｃ９Ｃと
、センサ１７，１８の出力り。

Ｄとの増幅およびインピーダンス整合用バッファ成分Ｉ
ａ、Ｉｂ、Ｉｃ、Ｉａを演算する回路（インテンシテイ
演算部）、この値Ｉａ、　　Ｉｂ１　　ＩｃＩ　　Ｉｔ
から方向（矢印）とその大きさを演算するインテンシテ
イ掛算部と、各々の方向判別器からなる演算部、および
それを対数変換するベクトル演算部。

この結果をＬＥＤで表示するための表示部からなる＠　
ａｌ　ｂｌ　Ｑおよびｄ方向のインテンシテイＩａｐＩ
ｂ、Ｉ。、工、は、それぞれ対向するマイク信号→ の音圧Ｐ　（ｔ）と粒子速度Ｖ　（ｔ）の積で表わす→ ことができる、ここで粒子速度Ｖ　（ｔ）は、２ケのマ
イク信号の音圧の空間的な勾配に比例するので、次式に
示す演算を電気回路で実現している。

→ Ｉａ：：Ｐ　（ｔ）　Ｖ　（ｔ） → Ｉａ＝Ｐ　（ｔ）Ｖ　（ｔ） Ｉａ＝＝Ｐ　（ｔ）　ｖ　（ｔ） Ｉａ＝Ｐ　（ｔ）ｖ　（ｔ） ρ：空気の密度 Δｒｔ、Δｒ２．Δｒ３．Δｒ４：各付のマイク間距離
Ｐｎｔ〜Ｐｔａ：マイク１１〜１日の 出力音圧 本実施例は、上記の如く構成されていて、対向するセン
サ１１．１２とこれと４５度方向に対向するセンサ１３
，１４と、同じく９０度に対向するセンサ１５，１６と
、１３５度に対向するセンサ１７，１８とを設け、この
４系統のセンサ出力信号を用いて得られる各対の方向の
インテンシテイの大きさと向きを合成して、音波の伝播
方向および測定点での絶対的方位とその大きさとを示す
表示部を設けた構成を特徴とするものである。また、セ
ンサをとりはずした場合において何らかの電気信号を入
力することによりインテンシテイを演算・表示できる解
析装置として使用し得る特長をもっている０本実施例に
おいては、従来必要としたセンサ（マイクロホン）回転
用駆動機構が不要となり、一度にインテンシテイすなわ
ち音の流れ方向が解るので、音源の方向が随時探知でき
る。

その結果移動する音源や、音の大きさが時間的に変化す
る音源に対して高精度探査を可能にした。

演算部にアナログフィルタたとえばスイッチドキャパシ
ティフィルタを用いると周波数帯域毎の音源探査が実時
間にて可能となる。上記の実施例で示すマイクロホンは
、ニレクトレット型コンデンサマイクロホンであり、直
流電圧を常時供給する必要もなく、インピーダンス変換
用プリアンプを必要としないなど小型化になるが、４対
のマイクロホンが直交および交差するように構成可能な
他機種のマイクロホンであれば、本発明と同等の効果が
得られる。さらに本実施例では、演算部ボックス内に電
気回路駆動用の内部＠源部を用いており、この電源部は
乾電池または充電用乾電池であり、現場向ポータプル仕
様のワットメータに好適であるが、外部から駆動可能な
電源を用いた構成も本発明に含まれる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のインテンシテイワットメ
ータによれば、音の方向および絶対的な方位と大きさく
すなわちベクトル）が定量的に把握できるので、この流
れ方向から音源の方向が即座にしかも実時間で探知でき
る。しかも大きさや位置が変化するような音源に対して
特に高精度で探知できる０本発明の構成における演算部
は、従来の手法に比べて系統が４倍となるが、最近のＬ
ＳＩの集積技術等により小型、低消費電力化が可能とな
り、従来のワットメータに比して、著しい重量増加や著
しい寸法増加を伴わない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るインテンシテイワットメータの１
実施例の外観図である。第２図は上記実施例においてセ
ンサ部を切り離した状態の外観図である。第３ｒＡは上
記実施例における手元ボックスに収容された表示部の拡
大図である。第４図は１対のセンサの指向特性線図表、
第５図は４対のセンサの指向特性線図表、第６図は音の
入射方向を求めるインテンシテイ演算部および表示部の
ブロック図、第７図は１対のセンサの指向特性の解析図
表、第８図は入射方向の演算および表示例を示す系統図
、第９図は入射方向の表示領域を示す図表である。 １・・・センサ部、２・・・サポート、２′・・・コネ
クタ、３・・・表示切換え用スイッチ、４・・・表示部
、５・・・手元ボックス部、６・・・通信ケーブル、７
・・・インテンシテイ演算回路部、８・・・電源部、９
・・・演算部ボックス部、１０・・・電気信号、１１〜
１８・・・センサ、１９・・・スペーサ、２０・・・方
向表示ＬＥＤ、２１・・・大きさ表示Ｔ、　Ｅ　Ｄ、２
２・・・絶対的方位表示ＬＥＤ、２３・・・割算器、２
４・・・比較器、２５・・・角度相当電圧発生回路、２
６ａ〜２６ｄ・・・比較器、２７・・・メモリ、２８ａ
、２８ｂ・・・符号反転回路、２９・・・符号判別回路
、３０・・・符号判別回路、３１・・・デコーダ、３２
・・・ドライバー回路、３３・・・符合判別回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、音波の方向、大きさを検出するセンサ部と、上記セ
   ンサ部の出力信号に基づいて音響インテンシティを算出
   する演算部と、上記の算出結果を表示する表示部とから
   なる音響インテンシティワットメータにおいて、１対の
   センサを一定方向に対向せしめて設置し、上記一定方向
   に対して一定角度で交わる複数の方向に沿つて各１対の
   センサを設け、前記複数対のセンサの出力信号を演算部
   に入力せしめ、該演算部で算出した音のインテンシティ
   の方向及び大きさを表わす表示部を設けたことを特徴と
   する音響インテンシティワットメータ。 ２、前記の一定方向は水平方向であり、かつ、前記一定
   角度は４５度、９０度、及び１３５度であり、前記複数
   の方向はそれぞれ水平方向であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の音響インテンシティワットメ
   ータ。 ３、前記４対のセンサは、その内の１対のセンサの出力
   信号のみを演算部に入力せしめるように接続を切り替え
   る電気接点を備えたものであることとを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の音響インテンシティワットメ
   ータ。 ４、前記の演算部は、電気信号出力に基づいて、音のイ
   ンテンシティの大きさと方向とを解析・表示する機能を
   備えたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の音響インテンシティワットメータ。 ５、前記のセンサは、エレクトレットコンデンサマイク
   ロホンからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の音響インテンシティワットメータ。 ６、前記演算部は、主としてアナログ回路によつて構成
   されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項乃至同第５項の内の何れか一つに記載の音響インテン
   シティワットメータ。 ７、前記表示部は、ＬＥＤ及び液晶の少なくとも何れか
   一方を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第６項の内の何れか一つに記載の音響インテンシティ
   ワットメータ。 ８、前記表示部は、音源方向１次元識別用切換器及び表
   示機能を有するものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は同第２項に記載の音響インテンシティワ
   ットメータ。 ９、前記の音響インテンシティワットメータは、内部電
   源によつて給電されるものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第８項の内の何れか一つに記載の
   音響インテンシティワットメータ。