(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械騒音を計測する計測手段と、
前記計測手段で計測された騒音を臨界帯域毎に周波数分離して取り出すフィルタと、
前記フィルタにより取り出された騒音信号を整流する整流手段と、
前記整流手段で整流された音量のエンベロープを求めるエンベロープ演算手段と、
前記エンベロープ演算手段で求めたエンベロープをレベル波形に変換するレベル演算手段と、
前記レベル演算手段で変換されたレベル波形から臨界帯域毎のラウドネスを求め、そのラウドネス波形により後続するレベル波形をマスクし、該レベル波形がそのときのラウドネス波形を越えない限り認識しない信号処理を行なう聴覚特性器と、
前記聴覚特性器で求めたラウドネスの変化の変化幅、頻度等を特徴量として抽出する特徴抽出手段と、
予め特徴量と騒音のラウドネスの関係を非線形近似できるように同定され、前記特徴抽出手段で抽出された特徴量を入力として総合ラウドネスを求める非定常音用ニューラルネットと、
前記非定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスを表示するラウドネス表示手段と
を具備したことを特徴とする非定常騒音のラウドネス評価装置。
【請求項２】
機械騒音を計測する計測手段と、
前記計測手段で計測された騒音を臨界帯域毎に周波数分離して取り出すフィルタと、
前記フィルタにより取り出された騒音信号を整流する整流手段と、
前記整流手段で整流された音量のエンベロープを求めるエンベロープ演算手段と、
前記エンベロープ演算手段で求めたエンベロープをレベル波形に変換するレベル演算手段と、
前記レベル演算手段で変換されたレベル波形から臨界帯域毎のラウドネスを求め、そのラウドネス波形により後続するレベル波形をマスクし、該レベル波形がそのときのラウドネス波形を越えない限り認識しない信号処理を行なう聴覚特性器と、
定常音に対して臨海帯域毎のラウドネスと総合ラウドネスの間を非直線近似するように予め同定され、前記聴覚特性器で求めた臨界帯域毎のラウドネスに基づいて非定常音に対する総合ラウドネスを求める定常音用ニューラルネットと、
前記定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスを表示するラウドネス表示手段と
を具備したことを特徴とする非定常騒音のラウドネス評価装置。
【請求項３】
機械騒音を計測する計測手段と、
前記計測手段で計測された騒音を臨界帯域毎に周波数分離して取り出すフィルタと、
前記フィルタにより取り出された騒音信号を整流する整流手段と、
前記整流手段で整流された音量のエンベロープを求めるエンベロープ演算手段と、
前記エンベロープ演算手段で求めたエンベロープをレベル波形に変換するレベル演算手段と、
前記レベル演算手段で変換されたレベル波形から臨界帯域毎のラウドネスを求め、そのラウドネス波形により後続するレベル波形をマスクし、該レベル波形がそのときのラウドネス波形を越えない限り認識しない信号処理を行なう聴覚特性器と、
定常音に対して臨海帯域毎のラウドネスと総合ラウドネスの間を非直線近似するように予め同定され、前記聴覚特性器で求めた臨界帯域毎のラウドネスに基づいて非定常音に対する総合ラウドネスを求める定常音用ニューラルネットと、
前記定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスの波形を表示するラウドネス波形表示手段と、
前記定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスの波形を用途に応じて加工するラウドネス演算手段と、
前記ラウドネス演算手段で加工された総合ラウドネスを表示するラウドネス表示手段と  を具備したことを特徴とする非定常騒音のラウドネス評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械・車両等の産業機械、並びに空調機等の民生機械に適用される非定常騒音のラウドネス評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の機械騒音は、騒音計測器による音量の大小によって騒音の大きさ、やかましさ等を判断して騒音対策が施され、音量を低減させることにより、周囲の環境保全がなされてきた。音量は通常「デシベル」を単位とする評価基準が定まっており、騒音のデシベル数（レベル）を測定することにより、その騒音を法令で定められたレベル以下にすることが騒音対策の目的であった。
【０００３】
しかしながら、時間変化に伴い音圧が変動する非定常騒音については騒音計の動特性が人間の聴覚期間の動特性を正確に近似したものではないため、騒音を聴取した人間の聴覚と騒音計の指示値の傾向が異なる問題が発生する場合があった。特に衝撃音並びに衝撃性の間欠音については、騒音計の動特性が非常に大きく影響するため、人間が感じる聴覚を再現し得る騒音計測及び評価は現在ではなし得ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の騒音計による非定常音計測には、次の解決すべき課題がある。
すなわち、騒音計の基本的な計測処理としては、図７に示すように、マイクロホンにより計測された音圧を時刻刻みΔｔで離散化した第ｉステップの音圧をＰ（ｉ）とすると、基準音圧（Ｐ０  ）により除算され無次元化されると共に二乗化され、一次遅れ系の伝達特性を掛け合わせて騒音レベルＬｐ（ｉ）が演算される。なお、一次遅れ系の時定数Ｔとしては、通常のＦａｓｔモードで１２５ｍｓｅｃと設定されている。
【０００５】
また、従来は、図７の回路をベースに、測定時間内の音圧のエネルギー平均を求める等価騒音レベル（Ｌｅｑ）で騒音レベルの大小を判定する場合が多い。しかしながら、この方法では、例えば衝撃性騒音の立ち上がり、大きさ及び継続時間が異なり、聴感的には全く異なった音でもエネルギーレベルさえ同じであれば、当然同じ騒音レベルを示すことになるため、騒音評価技術としては不備な点がある。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、非定常騒音のラウドネス（音の大きさ）を評価でき、聴感上の騒音の問題点の明確化及び人間の聴感覚に基づく騒音対策の立案、実施が可能となる非定常騒音のラウドネス評価装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る非定常騒音のラウドネス評価装置は、機械騒音を計測する計測手段と、この計測手段で計測された騒音を臨界帯域毎に周波数分離して取り出すフィルタと、このフィルタにより取り出された騒音信号を整流する整流手段と、前記整流手段で整流された音量のエンベロープを求めるエンベロープ演算手段と、このエンベロープ演算手段で求めたエンベロープをレベル波形に変換するレベル演算手段と、このレベル演算手段で変換されたレベル波形から臨界帯域毎のラウドネスを求め、そのラウドネス波形により後続するレベル波形をマスクし、該レベル波形がそのときのラウドネス波形を越えない限り認識しない信号処理を行なう聴覚特性器と、この聴覚特性器で求めたラウドネスの変化の変化幅、頻度等を特徴量として抽出する特徴抽出手段と、予め特徴量と騒音のラウドネスの関係を非線形近似できるように同定され、前記特徴抽出手段で抽出された特徴量を入力として総合ラウドネスを求める非定常音用ニューラルネットと、この非定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスを表示するラウドネス表示手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明に係る非定常騒音のラウドネス評価装置は、機械騒音を計測する計測手段と、この計測手段で計測された騒音を臨界帯域毎に周波数分離して取り出すフィルタと、このフィルタにより取り出された騒音信号を整流する整流手段と、この整流手段で整流された音量のエンベロープを求めるエンベロープ演算手段と、このエンベロープ演算手段で求めたエンベロープをレベル波形に変換するレベル演算手段と、このレベル演算手段で変換されたレベル波形から臨界帯域毎のラウドネスを求め、そのラウドネス波形により後続するレベル波形をマスクし、該レベル波形がそのときのラウドネス波形を越えない限り認識しない信号処理を行なう聴覚特性器と、定常音に対して臨海帯域毎のラウドネスと総合ラウドネスの間を非直線近似するように予め同定され、前記聴覚特性器で求めた臨界帯域毎のラウドネスに基づいて非定常音に対する総合ラウドネスを求める定常音用ニューラルネットと、この定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスを表示するラウドネス表示手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
第３の発明に係る非定常騒音のラウドネス評価装置は、機械騒音を計測する計測手段と、この計測手段で計測された騒音を臨界帯域毎に周波数分離して取り出すフィルタと、このフィルタにより取り出された騒音信号を整流する整流手段と、この整流手段で整流された音量のエンベロープを求めるエンベロープ演算手段と、このエンベロープ演算手段で求めたエンベロープをレベル波形に変換するレベル演算手段と、このレベル演算手段で変換されたレベル波形から臨界帯域毎のラウドネスを求め、そのラウドネス波形により後続するレベル波形をマスクし、該レベル波形がそのときのラウドネス波形を越えない限り認識しない信号処理を行なう聴覚特性器と、定常音に対して臨海帯域毎のラウドネスと総合ラウドネスの間を非直線近似するように予め同定され、前記聴覚特性器で求めた臨界帯域毎のラウドネスに基づいて非定常音に対する総合ラウドネスを求める定常音用ニューラルネットと、この定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスの波形を表示するラウドネス波形表示手段と、前記定常音用ニューラルネットで求めた総合ラウドネスの波形を用途に応じて加工するラウドネス演算手段と、このラウドネス演算手段で加工された総合ラウドネスを表示するラウドネス表示手段とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る非定常騒音のラウドネス評価装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１において、１は機械装置から放射される機械騒音を計測する騒音計測器（騒音計）で、この騒音計測器１により計測された音圧データはアナログ／ディジタル変換器２によりディジタル量に変換され、データ記憶器３に記憶される。これらの騒音計測器１、アナログ／ディジタル変換器２及びデータ記憶器３により、被検体である機械騒音の計測及びデータ収録が行なわれる。
【００１３】
そして、上記データ記憶器３に記憶された騒音データは、ディジタルフィルタ器４に入力される。このディジタルフィルタ器４は、上記騒音データに対して可聴周波数域内での例えば２４個の臨界帯域における騒音成分を通過させるフィルタＦ１  ，Ｆ２  ，…，Ｆ２４からなっている。上記臨界帯域とは、人間の周波数弁別等の聴覚現象と深く関わり合いのある周波数帯域のことで、図２に示すように可聴周波数域において、合計２４個の帯域が代表例としてある。
【００１４】
上記ディジタルフィルタ器４の出力は、各帯域毎の通過音圧波形が半波整流器５により整流され、音量Ａ１  ，Ａ２  ，…，Ａ２４がエンベロープ演算器６へ送られる。このエンベロープ演算器６は、波形のエンベロープ（包絡線）を求め、各対応する音量Ｐ１  ，Ｐ２  ，…，Ｐ２４をレベル演算器７へ出力する。このレベル演算器７は、エンベロープ演算器６で求めた音量をレベル変換し、その変換したレベルＬ１  ，Ｌ２  ，…，Ｌ２４を聴覚特性器８へ出力する。この聴覚特性器８は、人間の聴覚特性を模擬した聴覚フィルタにより、臨界帯域毎のラウドネスＨ１  ，Ｈ２  ，…，Ｈ２４を求めて特徴抽出器９へ出力する。
【００１５】
上記特徴抽出器９は、統計解析により人間が注目するラウドネス変化、例えば変動幅、頻度、時間当たりの変動量等を特徴量Ｓ１  ，Ｓ２  ，…，Ｓ２４として非定常音用ニューラルネット器１０へ出力する。
上記非定常音用ニューラルネット器１０は、事前に上記特徴量Ｓ１  ，Ｓ２  ，…，Ｓ２４と騒音のラウドネスの関係を非線形近似できるように同定されたものであり、特徴量の入力を受けると、総合ラウドネスＺＨ  を出力することができる。この非定常音用ニューラルネット器１０の出力（総合ラウドネスＺＨ  ）は、ラウドネス表示器１１で表示される。
【００１６】
次に上記実施形態の動作を説明する。
【００１７】
計測工程では、時間刻みΔｔで離散化された第ｉステップにおいて、騒音計測器１により計測された音圧Ｐ（ｉ）を即座に基準音圧（Ｐ０  ）により除算し、その時間変化をアナログ／ディジタル変換器２によりサンプリング（離散化）し、データ記憶器３に保存する。このデータ記憶器３に保存された音圧データは、演算処理系に送られる。
【００１８】
次の演算工程においては、保存データに対してディジタルフィルタ器４の帯域通過（バンドパス）フィルタを用いて図２に示す臨界帯域毎の通過音圧波形を求め、半波整流器５により整流した後、エンベロープ演算器６で波形のエンベロープ（包絡線）を求め、更にレベル演算器７でレベル波形に変換する。
【００１９】
次の評価工程においては、臨界帯域毎のレベル波形が聴覚特性器８に入力されるが、図３に示すようにレベル波形とラウドネス波形の間に成立するマスキングの関係、つまり、
ａ．レベル波形により発生したラウドネスは後続するレベル波形をマスクし、
ｂ．レベルがそのときのラウドネスを越えない限り認識されない、
を満足するような信号処理を行なう。
【００２０】
すなわち、図４のように第ｊ番目の帯域で、第ｉステップのレベルをＬｊ（ｉ）、第ｉ−１ステップのレベルをＬｊ（ｉ−１）とすると、減算器２１でレベル増分ΔＬｊ（ｉ）が求められ、マスキングが無い（ＯＦＦ）時にはこれがそのまま聴覚フィルタ２５に作用し、ラウドネス増分Δｈｊ（ｉ）を演算し、その時までに積算されて記憶子２７に保持されている瞬時ラウドネスｈｊ（ｉ）に加算される。そして、その時のレベルＬｊ（ｉ）と大小比較し（ステップＡ）、その比較結果により、
（１）  ｈｊ（ｉ）  ＞  Ｌｊ（ｉ）  ：マスキング発生
（２）  Ｌｊ（ｉ）  ＞  ｈｊ（ｉ）  ：マスキング解除
の条件処理を図中の破線内ルーチンで行なう。この破線内ルーチンは、例えば減算器２１から記憶子２３への入力ΔＬｊ（ｉ）をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ素子２２及び上記減算器２１の出力ΔＬｊ（ｉ）と記憶子２３に記憶された信号を切替えるスイッチ素子２４からなり、上記ステップＡの比較結果に従ってスイッチ素子２２、２４を切替えることにより実行される。更には、その帯域で評価される帯域ラウドネスＨｊ（ｉ）は、瞬時ラウドネスｈｊ（ｉ）とレベルＬｊ（ｉ）の大小比較（ステップＡ）により最大値２８をとる。
【００２１】
また、聴覚特性器８は、図５に示されるようにｓをラプラス変換とすると、音圧レベルに対する積分型と微分型の下記の伝達特性を有しており、特に微分型はレベル上昇時のみに作用する特性となる。
【００２２】
微分型：  Ｇｄ（ｓ）＝Ｋｄ  ｓ／｛（Ｔｄ  ｓ＋１）（ｓ２  ＋２ζω０  ｓ＋１）｝
積分型：  Ｇｉ（ｓ）＝Ｋｉ  ／（Ｔｉ  ｓ＋１）
ここにＫｄ  、Ｋｉ  はゲイン定数、Ｔｄ  、Ｔｉ  は時定数、ω０  とζは二次遅れ系の固有振動数と減衰比である。一例として中心周波数１ｋＨｚの帯域では次のように定める。
【００２３】
Ｋｄ  ＝２×１０４
Ｔｄ  ＝０．０６（ｓｅｃ）
ω０  ＝６．２８３×１０２（ｒａｄ／ｓｅｃ）
ζ  ＝０．４
Ｋｉ  ＝１
Ｔｉ  ＝０．０８（ｓｅｃ）
そして、それぞれを積分型及び微分型ラウドネスと称し、ｈｊ（Ｉ）（ｉ）及びｈｊ（Ｄ）（ｉ）と表し、総合的な瞬時ラウドネスｈｊ（ｉ）はそれらの総和とする。
【００２４】
次の特徴抽出器９は非定常音用ニューラルネット器１０と密接な関係があり、ニューラルネット器１０はその入力になる特徴量Ｓ１  ，Ｓ２  ，…，Ｓ２４と出力（総合ラウドネスＺＨ  ）の関係を良好に表し得るものでなければならない。通常、本実施形態への適用の前に、基礎実験等によりネットワークを構築する必要がある。この特徴量については騒音の種類、性状により異なり、各帯域毎のラウドネスの変動幅、頻度、時間変化等となる。
【００２５】
これら一連のデータ処理は自動的に行なわれるので、騒音計測を行なえば、機械騒音等の非定常騒音に対する実際の聴感に近いラウドネス波形が演算され、騒音の問題点の明確化がなされる。
【００２６】
上記第１実施形態によれば、非定常音の周波数分離を代表的な聴覚特性である臨海帯域で行ない、その後、音圧波形を半波整流してそのエンベロープに注目しているので、データの取り扱いを容易にすることができる。また、聴覚特性器８では、微分型と積分型のラウドネスに分け、その総和を瞬時ラウドネスとすると同時に、そのときの音圧レベルを比較することによりマスキングの信号処理を行なっているので、その信号処理を効率的に行なうことができる。更に、非定常音の判断部にニューラルネットを用いているので、全臨界帯域（２４個）のラウドネスが全体に与える影響を正確に近似することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図６は本発明の第２実施形態に係わる非定常騒音のラウドネス評価装置の構成を示すブロック図である。
図６において、１は機械装置から放射される機械騒音を計測する騒音計測器（騒音計）で、計測された音圧データはアナログ／ディジタル変換器２によりディジタル量に変換され、データ記憶装置３に記憶される。
【００２８】
データ記憶器３に記憶された音圧データは、ディジタルフィルタ器４に入力される。このディジタルフィルタ器４は、上記音圧データに対して可聴周波数域内での例えば２４個の臨界帯域における騒音成分を通過させるフィルタＦ１  ，Ｆ２  ，…，Ｆ２４からなっている。
【００２９】
上記ディジタルフィルタ器４の出力は、各帯域毎の通過音圧波形が半波整流器５により整流され、音量音量Ａ１  ，Ａ２  ，…，Ａ２４がエンベロープ演算器６へ送られる。このエンベロープ演算器６は波形のエンベロープ（包絡線）を求め、各対応する音量Ｐ１  ，Ｐ２  ，…，Ｐ２４をレベル演算器７へ出力し、その変換したレベルＬ１  ，Ｌ２  ，…，Ｌ２４を聴覚特性器８へ出力する。この聴覚特性器８は、臨界帯域毎のラウドネスＨ１  ，Ｈ２  ，…，Ｈ２４を求めて定常音用ニューラルネット器１２へ出力する。
【００３０】
上記定常音用ニューラルネット器１２は、定常音に対して臨界帯域毎のラウドネスＨ１  ，Ｈ２  ，…，Ｈ２４と総合ラウドネスＺＨ  の間を非線形近似できるように事前に同定されたものである。従って、この場合は時間関数であるラウドネスＨ１  ，Ｈ２  ，…，Ｈ２４の変化に伴って総合ラウドネスＺＨ  は同様に時間関数となる。
【００３１】
ラウドネス波形表示器１３は瞬時瞬時のラウドネスを表示し、次のラウドネス演算器１４は用途に応じてラウドネス波形を例えば平均化する等の加工処理する。そして、このラウドネス演算器１４で加工されたラウドネス波形の加工結果をラウドネス表示器１１で表示する。
【００３２】
上記第２実施形態によれば、聴覚特性器８で求めた臨界帯域毎のラウドネスを定常音用ニューラルネット器１２へ入力し、時間関数で得られる総合ラウドネスと音圧データの両者を比較して非定常騒音の問題を特定するようにしたので、非定常騒音の問題、すなわち、どの部分の音が人間に不快感を与えているのかを迅速に特定することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、非定常音の周波数分離を代表的な聴覚特性である臨海帯域で行ない、その音圧波形を半波整流してエンベロープを検出し、レベル変換した後、聴覚特性器に入力し、この聴覚特性器では、微分型と積分型のラウドネスに分け、その総和を瞬時ラウドネスとすると同時に、そのときの音圧レベルを比較することによりマスキングの信号処理を行ない、更に、ニューラルネットを用いて非定常音の判断を行なっているので、全臨界帯域のラウドネスが全体に与える影響を正確に近似することができる。
【００３４】
また、本発明は、聴覚特性器で求めた臨界帯域毎のラウドネスを定常音用ニューラルネット器へ入力し、時間関数で得られる総合ラウドネスと音圧データの両者を比較して非定常騒音の問題を特定するようにしたので、非定常騒音の問題を迅速に特定することができる。
従って、本発明によれば、非定常騒音のラウドネスを評価でき、聴感上の騒音の問題点の明確化及び人間の聴感覚に基づく騒音対策の立案、実施が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る非定常騒音のラウドネス評価装置の構成図。
【図２】同実施形態に適用される聴覚における代表的な臨界帯域の周波数定義を示す図。
【図３】同実施形態におけるエンベロープのレベル波形とラウドネス波形の間に成立するマスキングの関係を示す図。
【図４】同実施形態における第ｊ番目の臨界帯域における聴覚特性器の内部構成図。
【図５】同実施形態における聴覚特性器の伝達特性を示す図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る非定常騒音のラウドネス評価装置の構成図。
【図７】従来の騒音計における信号処理装置の構成図。
【符号の説明】
１  騒音計測器
２  アナログ／ディジタル変換器
３  データ記憶器
４  ディジタルフィルタ器
５  半波整流器
６  エンベロープ演算器
７  レベル演算器
８  聴覚特性器
９  特徴抽出器
１０  非定常音用ニューラルネット器
１１  ラウドネス表示器
１２  定常音用ニューラルネット器
１３  ラウドネス波形表示器
１４  ラウドネス演算器
【図１】
0003611291.tif 000002
【図２】
0003611291.tif 000003
【図３】
0003611291.tif 000004
【図４】
0003611291.tif 000005
【図５】
0003611291.tif 000006
【図６】
0003611291.tif 000007
【図７】
0003611291.tif 000008