(57)【要約】【課題】音源が３次元空間上に分布しても、正確に音圧分布を測定することができるマイクロホンアレイを提供する。【解決手段】マイクロホン２０を保持する保持部３１２は、アレイ平面上に複数配列され、アレイ平面に対して垂直に摺動可能なように各マイクロホン２０を保持する。このマイクロホンアレイ２を測定対象物８に対して直接押圧することにより、各マイクロホン２０から測定対象物８までの距離を均一になるよう調整し、音圧の正確な測定を可能にする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元空間上に分布する音源から発せられる音を検知するマイクロホンアレイであって、
前記音源からの音圧を検知するセンサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンと、
前記センサ部が向けられたセンサ方向における前記音源の分布位置に応じて、前記複数のマイクロホンにより検知される音圧の信号レベルを調整する調整手段と
を具備するマイクロホンアレイ。
【請求項２】
前記調整手段は、前記音圧の信号レベルを調整するために、前記マイクロホンの位置を前記センサ方向に前後移動させてなる
請求項１に記載のマイクロホンアレイ。
【請求項３】
前記調整手段は、前記音源が含まれる筐体の形状に応じて、前記マイクロホンの位置をセンサ方向に前後移動させてなる
請求項２に記載のマイクロホンアレイ。
【請求項４】
前記マイクロホンは、前記センサ部を先端に保持する棒状部材を有し、
前記調整手段は、前記センサ部を前記センサ方向に前後移動できるように、前記棒状部材を摺動可能に保持する保持部を有する
請求項３に記載のマイクロホンアレイ。
【請求項５】
複数の前記保持部は、アレイ面を形成するように配列され、
前記保持部のそれぞれは、前記アレイ面に対して略垂直方向に前記棒状部材を摺動可能に保持する
請求項４に記載のマイクロホンアレイ。
【請求項６】
摺動可能な前記棒状部材と当接して、前記複数の棒状部材を固定する固定手段
をさらに具備する請求項４または５に記載のマイクロホンアレイ。
【請求項７】
前記音源と前記センサ部との間に配設され、前記センサ部を保護する保護手段
をさらに具備する請求項１〜６のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。
【請求項８】
前記棒状部材の表面に配設され、前記保持部材と当接して前記棒状部材の摺動可能な範囲を制限する制限手段
をさらに具備する請求項４〜６のいずれかに記載のマイクロホンアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のマイクロホンを配列し、複数の位置で音を検知するマイクロホンアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のマイクロホンを平面または曲面に沿って並べて複数の位置で音圧を測定するマイクロホンアレイの技術は、多くの場面で用いられている。例えば、機器の騒音対策を行う場合に、機器は複数の位置に音源を有する場合があり、このような音源による音圧分布を特定する必要がある。マイクロホンアレイの技術は、このような機器の音圧分布の測定に特に有効である（例えば、非特許文献１）。
しかしながら、機器の音源は、３次元空間上に分布し、マイクロホンが並べられた面（以下、アレイ面）までの距離が異なる場合がある。このように、音源からマイクロホンまでの距離が不均一な状態で音圧を測定すると、音の距離減衰量に差が生じ、音圧分布を正確に測定することができない場合がある。
【０００３】
【非特許文献１】
http://www.mitc.co.jp/msm/sv/bk/stsf.html
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した背景からなされたものであり、音源が３次元空間上に分布しても、正確に音圧分布を測定することができるマイクロホンアレイを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
［マイクロホンアレイ］
上記目的を達成するために、本発明にかかるマクロホンアレイは、３次元空間上に分布する音源から発せられる音を検知するマイクロホンアレイであって、前記音源からの音圧を検知するセンサ部を略同一方向に向けて配列された複数のマイクロホンと、前記センサ部が向けられたセンサ方向における前記音源の分布位置に応じて、前記複数のマイクロホンにより検知される音圧の信号レベルを調整する調整手段とを具備する。
【０００６】
好適には、前記調整手段は、前記音圧の信号レベルを調整するために、前記マイクロホンの位置を前記センサ方向に前後移動させてなる。
【０００７】
好適には、前記調整手段は、前記音源が含まれる筐体の形状に応じて、前記マイクロホンの位置をセンサ方向に前後移動させてなる。
【０００８】
好適には、前記マイクロホンは、前記センサ部を先端に保持する棒状部材を有し、前記調整手段は、前記センサ部を前記センサ方向に前後移動できるように、前記棒状部材を摺動可能に保持する保持部を有する。
【０００９】
好適には、複数の前記保持部は、アレイ面を形成するように配列され、前記保持部のそれぞれは、前記アレイ面に対して略垂直方向に前記棒状部材を摺動可能に保持する。
【００１０】
好適には、摺動可能な前記棒状部材と当接して、前記複数の棒状部材を固定する固定手段をさらに具備する。
【００１１】
好適には、前記音源と前記センサ部との間に配設され、前記センサ部を保護する保護手段をさらに具備する。
【００１２】
好適には、前記棒状部材の表面に配設され、前記保持部材と当接して前記棒状部材の摺動可能な範囲を制限する制限手段をさらに具備する。
【００１３】
［用語の説明］
次に、上記発明にかかる用語を、具体例を挙げて説明する。なお、以下に示す例は、本発明を具体化して、その理解を助けることを意図したものであって、本発明の技術的範囲の限定を意図するものではない。
本発明にかかるマイクロホンアレイにおいて、調整手段とは、マイクロホンのセンサ部が検知する音圧の信号レベルを調整する手段であり、例えば、マイクロホンの位置を音源方向に前後移動させる手段、センサ部が検知した音圧の信号レベルを電気的に増幅する手段、および、センサ部が検知した音圧の数値データに重み付けを行う手段などが含まれる。
また、アレイ面とは、複数のマイクロホンを配列した場合の配列面のことであり、略平面および略曲面などが含まれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明にかかるマイクロホンアレイ２を用いた音圧分布解析システム１の概略を説明する図である。
図１に示すように、音圧分布解析システムは、マイクロホンアレイ２、マイクロホンアレイ２から入力された音信号を増幅させるアンプ４、および、アンプ４で増幅された音信号に基づいて音圧分布を解析する解析端末６などから構成される。
マイクロホンアレイ２は、複数のマイクロホン２０と、マイクロホン２０を保持するフレーム３０とを有し、音源である測定対象物８から発せられる音圧を検知して、電気的な信号（以下、音信号）としてアンプ４に対して出力する。
アンプ４は、多チャンネル信号の増幅が可能な増幅器であり、解析端末６により設定された増幅率で音信号を増幅し、解析端末６に対して出力する。
解析端末６は、音場解析ソフトウェアがインストールされたコンピュータであり、アンプ４から入力された音信号をＡ／Ｄ変換し、時間波形として記録する。さらに、解析端末６は、記録された時間波形に基づいて、時間的および空間的に変化する音圧分布を画像表示する。例えば、解析端末６は、利用者に指定された時点における音の分布、または、利用者に指定された期間における音の時間平均の分布を、等高線図で表示する。
なお、以下の説明において、マイクロホンアレイ２から見て、測定対象部８の方向を前方、測定対象物８から離れる方向を後方と呼ぶ。
【００１５】
図２は、フレーム３０の構成をより詳細に説明する図である。図２に示すように、フレーム３０は、マイクロホン２０を保持する保持フレーム３１０と、保持フレーム３１０を立てて保持するスタンドフレーム３２０とを有する。
保持フレーム３１０は、例えば、格子状の金属フレームであり、格子点の位置に複数の保持部３１２を有する。保持部３１２は、格子平面に対して略垂直な方向に、マイクロホン２０のスライド部２４０（後述）の径とほぼ同径の開口を有する。保持部３１２の開口は、筒状であり、開口の内壁面は、スライド部２４０がなめらかに摺動可能なように処理されている。
なお、本実施形態において、互いに隣接する保持部３１２の間の距離は、約１００ｍｍである。互いに近接する保持部３１２の間の距離は、音圧測定時におけるマイクロホン２０の先端から測定対象部８までの測定距離のほぼ３倍であることが望ましい。従って、本実施形態における測定距離は、３０ｍｍから４０ｍｍの間であることが望ましい。
【００１６】
図３は、マイクロホン２０をより詳細に説明する図である。図３に示されるように、マイクロホン２０は、音圧を検知するセンサ２１０、センサ２１０から入力された音信号を増幅するプリアンプ部２２０、プリアンプ部２２０を着脱可能に保持する着脱部２３０、着脱部２３０と前端部で接合されたスライド部２４０（棒状部材）、着脱部２３０に接合された保護網保持部２６０、センサ２１０の前方を保護する保護網２７０（保護手段）、スライド部２４０の後端部に着脱可能に装着されたストッパ２８０（制限手段）、および、プリアンプ部２２０から入力された音信号をアンプ４（図１）に伝送する信号ケーブル２９０を有する。
【００１７】
センサ２１０は、例えば、音圧を電気的な信号（音信号）に変換し、プリアンプ部２２０に対して出力する。プリアンプ部２２０は、音信号を信号ケーブル２９０に流すことができるレベルに増幅し、信号ケーブル２９０を介してアンプ４に出力する。なお、信号ケーブル２９０は、スライド部２４０の内部を貫通してプリアンプ部２２０に接続されている。
保護網保持部２６０は、着脱部２３０に接合され、センサ２１０の前方で保護網２７０を保持する。保護網２７０は、測定音域の音波を妨げない程度の大きさの網目を有し、前方からの衝突に対してセンサ２１０を保護する。
センサ２１０は、衝突の振動に弱く、センサ２１０の前方に保護網２７０を設けることは、マイクロホン２０と測定対象物８との間で直接接触がある本実施形態では特に好適である。
【００１８】
スライド部２４０は、保持部３１２の開口径とほぼ同径の棒状部材であり、保持部３１２内を滑らかに摺動する。なお、本例のスライド部２４０は、円筒形状を有するが、これに限定される訳ではなく、柱体などのように、摺動方向にほぼ均一な形状を有する棒状部材であればよい。ストッパ２８０は、保持部３１２の開口径よりも大きな径を有し、保持部３１２に当接して、スライド部２４０の摺動可能な範囲を制限する。本例の場合、ストッパ２８０は、スライド部２４０の後方端近傍に配設されており、マイクロホン２０が保持フレーム３１０から脱落することを防止する。
なお、ストッパ２８０は着脱可能であり、スライド部２４０からストッパ２８０を外すことにより、マイクロホン２０は保持フレーム２８０から取外し可能となる。
このように、マイクロホン２０は、保持フレーム２８０に摺動可能に保持される。
【００１９】
図４は、マイクロホンアレイ２を測定対象物８の形状に応じて変形させる場面を説明する図である。図４（Ａ）は、マイクロホンアレイ２を変形させる前の状態を説明し、図４（Ｂ）は、マイクロホンアレイ２を変形させた後の状態を説明する。
まず、図４（Ａ）に示すように、全てのマイクロホン２０（２０ａ，２０ｂおよび２０ｃ）を前方に押し出すと、スライド部２４０（２４０ａ，２４０ｂおよび２４０ｃ）は、保持部３１２を摺動して、ストッパ２８０が保持部３１２に当接する位置で止まる。次いで、マイクロホンアレイ２（保持フレーム３１０およびマイクロホン２０）を測定対象物８の方向（矢印方向）に移動させる。
移動の結果、保護網２７０が測定対象物８に当接すると、図４（Ｂ）に示すように、スライド部２４０が保持部３１２の開口内を摺動する。各マイクロホン２０の摺動距離は、図中の両矢印で示すように、測定対象物８の凹凸形状に応じて異なる。
このように、マイクロホンアレイ２は、直接対象物８の表面に当接することにより、測定対象物８の凹凸形状に応じた位置に各マイクロホン２０を調整することができる。
【００２０】
この後、マイクロホンアレイ２を測定対象物８から３０ｍｍ程度離れた位置に後退させて、音圧測定を開始する。
このようにマイクロホンアレイ２を変形させると、測定対象物８の凹凸に関係なく、各マイクロホン２０から測定対象物８までの距離をほぼ均一にすることができる。
【００２１】
以上説明したように、本発明にかかるマイクロホンアレイ２を用いることにより、測定対象物８の凹凸形状に関わらず、各マイクロホン２０から測定対象物８の表面までの距離をほぼ均一にすることできる。したがって、本マイクロホンアレイ２を用いた音圧分布解析システムは、凹凸形状を有する測定対象物８であっても、正確に音圧分布を解析することができる。
特に、多数のマイクロホン２０で構成されるマイクロホンアレイ２で音圧を測定する場合には、直接マイクロホンアレイ２を測定対象物８に押圧するだけで、容易に各マイクロホン２０の位置を一度に調整することができるので好適である。
【００２２】
［変形例］
なお、上記実施形態におけるマイクロホンアレイ２の各マイクロホン２０は、開口部３１０との適度な摩擦力またはグリース等による粘性抵抗力により、マイクロホンアレイ２０の変形後は、各マイクロホンは調整位置で固定される。しかしながら、マイクロホンアレイ２の変形をより確実に保持したいという場合もある。例えば、マイクロホンアレイ２を測定対象物８の上方または下方から近づけて、マイクロホン２０の位置を調整する場合などである。このような場合に、マイクロホン２０の自重により、マイクロホン２０の位置を調整した後にさらに摺動する可能性がある。
そこで、このような場合には、マイクロホンアレイ２の調整位置を保持するための機構をさらに設けると効果的である。
【００２３】
図５は、各マイクロホン２０の調整位置の保持機構を有するマイクロホンアレイ２の構成を説明する図である。本例のマイクロホンアレイ２は、調整位置の保持機構として、固定部材７０（固定手段）、固定フレーム８０および固定フレーム支持部９０をさらに有する。
なお、本例のマイクロホンアレイ２の各構成要素の内、図１〜図４に示したものと実質的に同一な部分には同一の符号が付してある。
【００２４】
固定部材７０は、スライド部２４０と接触したときの摩擦力が大きい材料で周囲が覆われており、スライド部２４０に当接することによりスライド部２４０を固定する。
固定フレーム８０は、全てのマイクロホン２０に対応する固定部材７０を、各マイクロホン２０の下方で保持する。固定フレーム８０は、上下動可能であり、上方に移動させることにより、各固定部材７０をマイクロホン２０のスライド部２４０に接触させる。
固定フレーム支持部９０は、スタンドフレーム３２０に固定されており、固定フレーム８０を支持する。固定フレーム支持部９０は、固定フレーム８０の上下動をガイドする開口を有する。また、固定フレーム支持部９０は、固定フレーム８０を固定するねじ止め部９２を有する。ねじ止め部９２のねじを調整することにより、固定フレーム８０の上下動を許可／禁止することができる。
【００２５】
図６は、図５に示した固定部材７０がスライド部２４０を固定する場面を説明する図である。図６に示すように、固定フレーム８０を上方（矢印方向）に移動させると、固定部材７０がスライド部２４０に当接して、スライド部２４０の摺動を禁止する。この状態で、図５に示したねじ止め部９２のねじを締めることにより、固定部材７０および固定フレーム８０の位置は固定され、スライド部２４０の調整位置が保持される。
なお、複数の固定部材７０が固定フレーム８０に接合されているので、本例のマイクロホンアレイ２は、一度の操作で、複数のスライド部２４０を固定することができる。これは、マイクロホン２０が多数用いられている場合に特に好適である。
【００２６】
また、音圧分布解析システム１は、光学センサなどで測定対象物８の各部分までの距離情報を取得し、取得された距離情報に応じて、アンプ４による音信号の増幅率の調整、または、解析端末６における数値データの重み付け処理などを行い、音信号の信号レベルを調整してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるマイクロホンアレイによれば、音源が３次元空間上に分布しても、正確に音圧分布を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるマイクロホンアレイ２を用いた音圧分布解析システムの概略を説明する図である。
【図２】フレーム３０の構成をより詳細に説明する図である。
【図３】マイクロホン２０をより詳細に説明する図である。
【図４】マイクロホンアレイ２を測定対象部８の形状に応じて変形させる場面を説明する図である。
【図５】各マイクロホン２０の調整位置の保持機構を有するマイクロホンアレイ２の構成を説明する図である。
【図６】図５に示した固定部材７０がスライド部２４０を固定する場面を説明する図である。
【符号の説明】
１・・・音圧分布解析システム
２・・・マイクロホンアレイ
２０・・・マイクロホン
２１０・・・センサ
２２０・・・プリアンプ
２３０・・・着脱部
２４０・・・スライド部
２６０・・・保護網保持部
２７０・・・保護網
２８０・・・ストッパ
２９０・・・信号ケーブル
３０・・・フレーム
３１０・・・保持フレーム
３１２・・・保持部
３２０・・・スタンドフレーム
７０・・・固定部材
８０・・・固定フレーム
９０・・・固定フレーム支持部
９２・・・ねじ止め部
４・・・アンプ
６・・・解析端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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