(57)【要約】【課題】計測対象物が通常使用または稼動している状態において計測対象物の特定の音響放射面から放射される音の検出方法及びその装置を提供する。【解決手段】振動物体９の特定の音響放射面１０から放射される可聴周波数域の音を検出する対象音検出装置であって、特定の音響放射面１０に向けて超音波を放射する超音波放射部１と、特定の音響放射面１０からの超音波の反射波の音圧と特定の音響放射面１０近傍の可聴周波数域の音圧を同時に検出するマイクロホン２と、このマイクロホン２が検出した超音波の反射波の音圧と可聴周波数域の音圧を分離するハイパスフィルタ３及びローパスフィルタ４と、超音波の反射波のドップラシフトによる周波数変化を特定の音響放射面１０の振動速度に変換する周波数復調器５と、振動速度と可聴周波数域の音圧とのクロススペクトルを演算するクロススペクトル演算部８を備える。【選択図】        図１
2004212121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動する物体の特定の音響放射面から放射される可聴周波数域の音を検出する対象音検出方法であって、前記特定の音響放射面に向けて超音波を放射し、前記特定の音響放射面からの前記超音波の反射波の音圧と前記特定の音響放射面近傍の可聴周波数域の音圧を同時に検出し、次いで前記超音波の反射波のドップラシフトによる周波数変化を前記音響放射面の振動速度に変換し、前記振動速度と前記可聴周波数域の音圧とのクロススペクトルを演算し、前記特定の音響放射面からの放射音が他の物体で反射して伝搬する反射音と、前記特定の音響放射面以外の音響放射面及び前記振動物体以外の物体からの放射音を除去して前記特定の音響放射面から放射される可聴周波数域の音だけを検出することを特徴とする対象音検出方法。
【請求項２】
振動する物体の特定の音響放射面から放射される可聴周波数域の音を検出する対象音検出装置であって、前記特定の音響放射面に向けて超音波を放射する超音波放射手段と、前記特定の音響放射面からの前記超音波の反射波の音圧と前記特定の音響放射面近傍の可聴周波数域の音圧を同時に検出する音検出手段と、この音検出手段が検出した前記超音波の反射波の音圧と前記可聴周波数域の音圧を分離する分離手段と、前記超音波の反射波のドップラシフトによる周波数変化を前記特定の音響放射面の振動速度に変換する変換手段と、前記振動速度と前記可聴周波数域の音圧とのクロススペクトルを演算する演算手段を備えることを特徴とする対象音検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動する物体の特定の音響放射面から放射される音だけを検出する対象音検出方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動する物体の特定の音響放射面から放射される音を検出するために、２マイクロホン法による音響インテンシティ計測が用いられている。これは、ある距離だけ隔てて設置された２つのマイクロホンによって計測された音圧から空気粒子速度ベクトルと音圧を近似し、その積から空間を通過する音響エネルギーを表すベクトル量を算出する方法であり、そのベクトルの大きさおよび向きにより音を放射している放射面を特定することで振動する物体の特定の音響放射面から放射される音を検出する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、２マイクロホン法による音響インテンシティ計測によって振動する物体の特定の音響放射面から放射される音を検出する場合、下記のような問題がある。
（１）空間を通過するすべての音響エネルギーを計測するため、対象とする特定の放射面以外の放射面から放射される音の音響エネルギーを除去することができない。従って、特定の放射面からの放射音の音響エネルギーが、それ以外の放射面からの放射音の音響エネルギーと同等あるいは小さい場合、特定の放射面からの放射音を検出できない。
（２）空間を通過するすべての音響エネルギーを計測するため、対象とする物体以外の物体からの放射音の音響エネルギーを除去することができない。従って、計測対象の物体からの放射音の音響エネルギーが、それ以外の物体からの放射音の音響エネルギーと同等あるいは小さい場合、計測対象の物体からの放射音を検出できない。
（３）空間を通過するすべての音響エネルギーを計測するため、対象とする特定の放射面からの放射音が他の物体で反射して伝搬する反射音の音響エネルギーを除去することができない。従って、正確な放射音の音響エネルギーを算出できず、放射面の特定に誤差が生じるため振動する物体の特定の音響放射面から放射される音を検出することができない。
（４）放射面からある距離はなれた２次元計測平面上の多数の点において、音響インテンシティを算出する必要があり、その上、１点の音響インテンシティを算出する算出するためにマイクロホン、マイクロホンアンプおよび分析器などが２系列必要となる。従って、計測点数が増えるほど計測器に対するコストが増加する。
【０００４】
これらの問題を解決するためには、高い防音性能を有する無響室内に計測対象物体のみを設置し、音響インテンシティを計測する必要がある。従って、計測対象物が通常の使用状態または稼動状態での計測は不可能であり、複数の機器が組み合わされて使用または稼動している場合には、その一部の機器を対象とした計測は不可能である。また、計測器に対するコストを軽減するには、多数点での計測を少数のマイクロホンおよび分析器などで数回に分けて計測するなどの多大な作業と時間を必要とする。
【０００５】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、計測系の簡素化によりコストを軽減し、計測対象物が通常使用または稼動している状態において計測対象物の特定の音響放射面から放射される音の検出方法及びその装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、振動する物体の特定の音響放射面から放射される可聴周波数域の音を検出する対象音検出方法であって、前記特定の音響放射面に向けて超音波を放射し、前記特定の音響放射面からの前記超音波の反射波の音圧と前記特定の音響放射面近傍の可聴周波数域の音圧を同時に検出し、次いで前記超音波の反射波のドップラシフトによる周波数変化を前記音響放射面の振動速度に変換し、前記振動速度と前記可聴周波数域の音圧とのクロススペクトルを演算し、前記特定の音響放射面からの放射音が他の物体で反射して伝搬する反射音と、前記特定の音響放射面以外の音響放射面及び前記振動物体以外の物体からの放射音を除去して前記特定の音響放射面から放射される可聴周波数域の音だけを検出するようにした。
【０００７】
請求項２に係る発明は、振動する物体の特定の音響放射面から放射される可聴周波数域の音を検出する対象音検出装置であって、前記特定の音響放射面に向けて超音波を放射する超音波放射手段と、前記特定の音響放射面からの前記超音波の反射波の音圧と前記特定の音響放射面近傍の可聴周波数域の音圧を同時に検出する音検出手段と、この音検出手段が検出した前記超音波の反射波の音圧と前記可聴周波数域の音圧を分離する分離手段と、前記超音波の反射波のドップラシフトによる周波数変化を前記特定の音響放射面の振動速度に変換する変換手段と、前記振動速度と前記可聴周波数域の音圧とのクロススペクトルを演算する演算手段を備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第１の実施の形態の構成図、図２は本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第２の実施の形態の構成図、図３は本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第３の実施の形態の構成図である。
【０００９】
本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第１の実施の形態は、図１に示すように、超音波放射部１、マイクロホン２、ハイパスフィルタ３、ローパスフィルタ４、周波数復調器５、Ａ／Ｄ変換器６，７およびクロススペクトル演算部８からなる。
【００１０】
超音波放射部１は、信号発生器１ａと超音波スピーカ１ｂからなり、超音波スピーカ１ｂは振動物体９の音響放射面１０の近傍に非接触で設置されている。信号発生器１ａは、超音波周波数域の一定周波数で一定振幅の正弦波の電気信号を出力する。超音波スピーカ１ｂは、信号発生器１ａが出力した正弦波の電気信号を電気音響変換し、音響放射面１０に向けて超音波を放射する。
【００１１】
マイクロホン２は、音響放射面１０の特定の１点から反射した超音波の音圧と音響放射面１０の近傍の可聴周波数域の音圧を同時に計測できる性能を有しており、それらを音響電気変換してアナログ電気信号を出力する。
【００１２】
ハイパスフィルタ３は、マイクロホン２が出力したアナログ電気信号のうち、音響放射面１０の特定の１点から反射した超音波の音圧に比例したアナログ電気信号だけを分離して抽出し、出力する。
【００１３】
ローパスフィルタ４は、マイクロホン２が出力したアナログ電気信号のうち、音響放射面１０の近傍の可聴周波数域の音圧に比例したアナログ電気信号だけを分離して抽出し、出力する。
【００１４】
周波数復調器５は、ハイパスフィルタ３が出力したアナログ電気信号の周波数の変化を電圧の変化に変換し、アナログ電気信号を出力する。
Ａ／Ｄ変換器６，７は、周波数復調器５が出力したアナログ電気信号およびローパスフィルタ４が出力したアナログ電気信号を、ある一定時間間隔のデジタル信号に変換する。
【００１５】
クロススペクトル演算部８は、超音波の音圧に関するＡ／Ｄ変換器６が出力したデジタル信号と、可聴周波数域の音圧に関するＡ／Ｄ変換器７が出力したデジタル信号とのクロススペクトルを算出する。
【００１６】
以上のように構成した本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第１の実施の形態の動作について説明する。
超音波スピーカ１ｂは、信号発生器１ａが発生した超音波周波数域の一定周波数で一定振幅の正弦波電気信号を電気音響変換し、音響放射面１０に向けて超音波を放射する。この時、音響放射面１０の特定の１点から反射した超音波の周波数は、ドップラー効果により音響放射面１０の特定の１点の振動速度に比例して変化する。
【００１７】
マイクロホン２は、音響放射面１０の特定の１点から反射した超音波の音圧と音響放射面１０の近傍の可聴周波数域の音圧を同時に計測し、ともに音響電気変換してアナログ電気信号を出力する。
次いで、ハイパスフィルタ３は、マイクロホン２が出力したアナログ電気信号のうち、音響放射面１０の特定の１点から反射した超音波の音圧に比例したアナログ電気信号を分離して抽出し、出力する。
【００１８】
そして、周波数復調器５は、ハイパスフィルタ３が出力したアナログ電気信号の周波数の変化を電圧の変化に変換し、アナログ電気信号を出力する。この時、周波数復調器５からのアナログ電気信号は、音響放射面１０の特定の１点での振動速度に比例している。更に、周波数復調器５が出力したアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換器６によって、ある一定時間間隔のデジタル信号に変換される。
【００１９】
また、同時にローパスフィルタ４は、マイクロホン２が出力したアナログ電気信号のうち、音響放射面１０の近傍の可聴周波数域の音圧に比例したアナログ電気信号を分離して抽出する。そして、ローパスフィルタ４が出力したアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換器７によって、ある一定時間間隔のデジタル信号に変換される。
【００２０】
次いで、クロススペクトル演算部８において、振動物体９のうちの計測対象である音響放射面１０の１点の振動速度に比例したデジタル信号と、その近傍の可聴周波数域の音圧に比例したデジタル信号のクロススペクトルが演算される。これにより、可聴周波数域の音圧に比例した電圧値に含まれるスペクトル成分うち、振動速度に比例した電圧値には含まれていないスペクトル成分が除去される。
【００２１】
また、計測対象の音響放射面１０の近傍で計測しているため、計測対象の音響放射面１０からの可聴周波数域の放射音が他の物体に反射して伝搬する反射音と、計測対象の音響放射面１０の振動速度との間には、大きな時間差が生じるため、クロススペクトル演算時に、反射音は除去される。
【００２２】
従って、計測対象の音響放射面１０からの可聴周波数域の放射音が他の物体に反射して伝搬する反射音と、計測対象の音響放射面１０以外の放射面および振動物体９以外の物体からの可聴周波数域の放射音を除去し、計測対象の音響放射面１０が振動することにより放射されている可聴周波数域の音だけを検出することができる。
【００２３】
また、一つのマイクロホン２で振動物体９のうちの計測対象である音響放射面１０の１点の振動速度と、その近傍の可聴周波数域の音圧を検出することができる。
【００２４】
次に、本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第２の実施の形態は、図２に示すように、超音波放射部１、マイクロホン２、Ａ／Ｄ変換器１１、ハイパスフィルタ演算部１２、ローパスフィルタ演算部１３、周波数復調演算部１４、およびクロススペクトル演算部８からなる。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換器１１は、マイクロホン２が出力したアナログ電気信号を、ある一定時間間隔のデジタル信号に変換する。ハイパスフィルタ演算部１２は、Ａ／Ｄ変換器１１が出力したデジタル信号から音響放射面１０の特定の１点から反射した超音波の音圧に比例したデジタル信号を分離して抽出する。
【００２６】
また、ローパスフィルタ演算部１３は、Ａ／Ｄ変換器１１が出力したデジタル信号から音響放射面１０の近傍の可聴周波数域の音圧に比例したデジタル信号を分離して抽出する。周波数復調演算部１４は、ハイパスフィルタ演算部１１によって処理された超音波の音圧に比例したデジタル信号を周波数の変化に比例したデジタル信号に変換する。なお、図１に示す符号と同一符号の構成要素の説明は省略する。
【００２７】
以上のように構成した本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第２の実施の形態によれば、ハイパスフィルタ演算部１２、ローパスフィルタ演算部１３および周波数復調演算部１４をデジタル信号処理技術によって実現することによってクロススペクトル演算部８を含めて１台の計算機で処理を行うことができ、計測器に対するコストの軽減が実現される。
【００２８】
次に、本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第３の実施の形態は、図３に示すように、超音波スピーカ１ｂの周囲に複数のマイクロホン２を配置したものである。このような構成により、1つの超音波スピーカ１ｂと、計測点と同数のマイクロホン２によって計測対象となる複数の音響放射面１０での同時計測が可能になる。
【００２９】
なお、マイクロホン２を超音波スピーカ１ｂの周囲に複数配置した以外は、図１に示す第１の実施の形態と同様な構成であるので、図１に示す符号と同一符号の構成要素の図示、構成要素の説明および第３の実施の形態の動作説明は省略する。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来技術が必要とする高い防音性能を有する無響室などを用いることなく、計測対象物が通常使用または稼動している状態において計測対象物の特定の音響放射面から放射される音を検出することができる。また、一つのマイクロホンで振動物体のうちの計測対象である音響放射面の１点の振動速度と、その近傍の可聴周波数域の音圧を検出することができるため、計測系の簡素化によりコストを軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第１の実施の形態の構成図
【図２】本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第２の実施の形態の構成図
【図３】本発明に係る対象音検出方法及びその装置の第３の実施の形態の構成図
【符号の説明】
１…超音波放射部、１ａ…信号発生器、１ｂ…超音波スピーカ、２…マイクロホン、３…ハイパスフィルタ、４…ローパスフィルタ、５…周波数復調器、６，７，１１…Ａ／Ｄ変換器、８…クロススペクトル演算部、９…振動物体、１０…音響放射面、１２…ハイパスフィルタ演算部、１３…ローパスフィルタ演算部、１４…周波数復調演算部。
【図１】
2004212121.tif 000003
【図２】
2004212121.tif 000004
【図３】
2004212121.tif 000005