(57)【要約】【課題】  風切音などを低減し試験対象物から発生する空力音などを高精度に測定することができるマイクロホンの被覆構造及び風洞試験装置を提供する。【解決手段】  薄膜部７は、振動面５ｄと隙間をあけて固定壁部３ａの壁面と略同一面に固定されている。薄膜部７は、複数の薄膜８，９を重ね合わせて接着し形成されており、薄膜８，９はポリプロピレン製フィルムなどからなる合成樹脂製の粘着テープである。固定壁部３ａの壁面には、薄膜９の接着材層９ｂが貼り付けられており、振動面５ｄが薄膜部７によって覆われている。このため、風洞測定部３内に空気が流れたときに、振動面５ｄ付近の空気の流れが乱れるのを薄膜部７が抑制するとともに、風洞測定部３内を流れる空気が振動面５ｄに直接当たるのを薄膜部７が防ぐ。その結果、振動面５ｄ付近を通過する空気によって発生する風切音や風雑音などの騒音が抑制される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホンの振動面を薄膜部で被覆するマイクロホンの被覆構造であって、
前記振動面は、固定壁部の壁面よりも後退した位置に配置されており、
前記薄膜部は、前記固定壁部の壁面と略同一面に配置されていること、
を特徴とするマイクロホンの被覆構造。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロホンの被覆構造において、
前記薄膜部は、前記固定壁部の壁面に固定されていること、
を特徴とするマイクロホンの被覆構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のマイクロホンの被覆構造において、
前記薄膜部は、複数の薄膜を重ね合わせて接着し形成されていること、
を特徴とするマイクロホンの被覆構造。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載のマイクロホンの被覆構造において、
前記薄膜部は、単数の薄膜によって形成されていること、
を特徴とするマイクロホンの被覆構造。
【請求項５】
風洞測定部内の試験対象物に気体を流したときにこの気体の流れによって生ずるこの試験対象物の挙動を測定する風洞試験装置であって、
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマイクロホンの被覆構造を備えること、
を特徴とする風洞試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロホンの振動面を薄膜部で被覆するマイクロホンの被覆構造、及び風洞内の試験対象物に気体を流したときにこの気体の流れによって発生するこの試験対象物の挙動を測定する風洞試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の風洞試験装置は、試験対象物を設置する風洞測定部と、この風洞測定部に空気を吹き出す吹出口と、風洞測定部から空気を吸い込む吸込口と、この風洞測定部内に配置され試験対象物から発生する騒音を測定するマイクロホンなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。この従来の風洞試験装置は、吹出口と吸込口との間の風洞測定部が開放されている開放胴型の風洞試験装置であり、試験対象物に空気の流れを当てたときにこの試験対象物から発生する空力音などの騒音をマイクロホンによって測定している。このような従来の風洞試験装置では、空気の流れがマイクロホンに直接当たらないように、この空気の流れから離れた位置にマイクロホンが配置されている。
【０００３】
【特許文献１】特表2000-507360号公報
【０００４】
一方、従来の風洞試験装置には、風洞測定部が胴によって囲まれており、流路が閉回路を構成する密閉胴型の風洞試験装置がある。このような密閉胴型の風洞試験装置では、開放胴型の風洞試験装置のように風洞測定部内にマイクロホンを配置すると、このマイクロホンに空気の流れが直接当たるため正確な測定が困難になる。このため、密閉胴型の風洞試験装置では、風洞測定部の固定壁部に凹部を形成し、マイクロホンの先端面と固定壁部の壁面とが略同一面となるようにマイクロホンをこの凹部に設置している。例えば、マイクロホンの振動面を保護する保護キャップ部の先端面を固定壁部の壁面と略同一面となるようにマイクロホンを設置したり、この保護キャップを被覆するウレタン製の被覆部の先端面を固定壁部の壁面と略同一面となるようにマイクロホンを設置したりしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の密閉胴型の風洞試験装置では、保護キャップ部の先端面に多数の貫通溝が形成されているためこの保護キャップ部の先端面に凹凸部分があり、ウレタン製の被覆部の表面にも微小な凹凸部分がある。このため、これらの凹凸部分に空気の流れが当たると空気の流れの乱れが発生するとともに、保護キャップ部の貫通溝を通過してマイクロホンの振動面に空気の流れが直接当たり、風切音や風雑音などによるノイズ成分が大きくなる。その結果、試験対象物から発生する空力音などをマイクロホンによって高精度に測定することができないという問題点があった。
【０００６】
この発明の課題は、風切音などを低減し試験対象物から発生する空力音などを高精度に測定することができるマイクロホンの被覆構造及び風洞試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、マイクロホン（５）の振動面（５ｄ）を薄膜部（７；１０）で被覆するマイクロホンの被覆構造であって、前記振動面は、固定壁部（３ａ）の壁面よりも後退した位置に配置されており、前記薄膜部は、前記固定壁部の壁面と略同一面に配置されていることを特徴とするマイクロホンの被覆構造（６）である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のマイクロホンの被覆構造において、前記薄膜部は、前記固定壁部の壁面に固定されていることを特徴としているマイクロホンの被覆構造である。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のマイクロホンの被覆構造において、前記薄膜部（７）は、複数の薄膜（８，９）を重ね合わせて接着し形成されていることを特徴とするマイクロホンの被覆構造である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載のマイクロホンの被覆構造において、前記薄膜部（１０）は、単数の薄膜（１１）によって形成されていることを特徴とするマイクロホンの被覆構造である。
【００１１】
請求項５の発明は、風洞測定部（４）内の試験対象物に気体を流したときにこの気体の流れによって発生するこの試験対象物（１）の挙動を測定する風洞試験装置であって、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のマイクロホン（５）の被覆構造（６）を備えることを特徴とする風洞試験装置（２）である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によると、風切音などを低減し試験対象物から発生する空力音などを高精度に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置の平面図である。図２は、図１のII方向から見た平面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の断面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の薄膜部の断面図である。
図１に示す試験対象物１は、模型又は実物の試験体（供試体）である。試験対象物１は、例えば、実際の鉄道車両や集電装置（パンタグラフ）などを模擬（縮小）した模型である。
【００１４】
風洞試験装置２は、風洞測定部３内の試験対象物１に空気を流したときにこの空気の流れによって生ずるこの試験対象物１の挙動を測定する装置である。風洞試験装置２は、例えば、風洞測定部３内の試験対象物１に空気を流し、この空気の流れによってこの試験対象物１から発生する空力音などの音響及び／又はこの空気の流れによってこの試験対象物１が受ける圧力などを測定する。図１に示す風洞試験装置２は、風洞測定部３と、風洞４と、マイクロホン５と、被覆構造６などを備える密閉胴型の風洞試験装置である。
【００１５】
風洞測定部３は、試験対象物１を設置する部分であり、図２〜図４に示すように固定壁部３ａとマイクロホン収容部３ｂなどを備えている。固定壁部３ａは、風洞測定部３の内部を囲む筒状の部分である。マイクロホン収容部３ｂは、マイクロホン５を収容する凹部であり、図３に示すように固定壁部３ａの壁面よりも後退した位置に間隔をあけて複数形成されている。
【００１６】
図１に示す風洞４は、空気力学的な諸問題を実験的に調査するために人工的な空気の流れを作る装置である。風洞４は、一定の性状の風を人工的に送風する図示しない送風機、ダクト及び整流装置などと、空気を噴出して風洞測定部３に一様な流れを作るノズル部４ａなどを備えており、ノズル部４ａは風洞測定部３に接続されている。
【００１７】
図２〜図４に示すマイクロホン５は、試験対象物１に空気を流したときにこの試験対象物１から発生する騒音を検出する装置であり、音響エネルギーを電気エネルギーに変換する音響電気変換器などである。マイクロホン５は、図２に示すように、所定の間隔をあけて複数配置されておりそれぞれが二次元マイクロホンアレイを構成する。マイクロホン５は、図３に示すように、振動板５ａと、振動ピックアップ部５ｂと、本体部５ｃなどを備えている。マイクロホン５は、例えば、保護キャップ部が先端部から取り外され振動面５ｄを露出させた状態でマイクロホン収容部３ｂに収容されている。
【００１８】
振動板５ａは、音波を機械振動に変換する部分であり、高分子薄膜などによって形成されている。振動板５ａには、音源からの音を受ける側の表面に振動面（受圧面）５ｄが形成されており、この振動面５ｄは固定壁部３ａに壁面よりも後退した位置に配置されている。振動ピックアップ部５ｂは、振動板５ａの機械振動を電気信号に変換する機械電気変換器であり、振動の大きさに応じた電気信号を出力する圧電素子などである。本体部５ｃは、振動板５ａ及び振動ピックアップ５ｂなどを収容する円筒状のケースであり、本体部５ｃの先端部には振動板５ａを保護する図示しない保護キャップ部を着脱自在に装着可能である。
【００１９】
被覆構造６は、マイクロホン５の振動面５ｄを薄膜部７で被覆する構造である。被覆構造６は、図２〜図４に示すように可撓性を有する薄膜部（フィルム部）７を備えている。薄膜部７は、図４に示すように、振動面５ｄと隙間をあけて振動面５ｄを被覆して保護し、固定壁部３ａの壁面と略同一面に配置されている。この実施形態では、薄膜部７と振動面５ｄとの間の隙間が可能な限り微小になるように、マイクロホン５をマイクロホン収容部３ｂに設置することが好ましい。薄膜部７は、複数の薄膜８，９を重ね合わせて接着し形成されており、固定壁部３ａの壁面に固定されている。薄膜部７としては、空気の流れを円滑にすることができ、空気の流れを受けて共振しないような厚さや重さを有する材質を選択することが好ましい。薄膜８，９は、表面が平滑性を有する基材８ａ，９ａと、この基材８ａ，９ａの裏面に接着材を塗布し形成された接着材層８ｂ，９ｂとを有し、ポリプロピレン製フィルムなどからなる合成樹脂製の粘着テープである。薄膜８，９は、接着材層８ｂと接着材層９ｂとを接合しており、基材８ａ側を振動面５ｄに向け、基材９ａ側を音源側に向けて固定壁部３ａに固定されている。薄膜９は、図２及び図４に示すように、長さ及び幅が薄膜８よりも僅かに大きく形成されており、薄膜９の接着材層９ｂを固定壁部３ａの壁面に接合させて、この固定壁部３ａの壁面と薄膜９との間に薄膜８の周囲を挟み込み固定している。
【００２０】
次に、この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置の動作を説明する。
図１に示すように、風洞測定部３内に試験対象物１を設置して、ノズル部４ａから空気を噴出させ試験対象物１に空気を流す。その結果、空気の流れが試験対象物１に当たってこの試験対象物１から空力音が発生し、この空力音をマイクロホン５によって検出してこの空力音が測定される。
【００２１】
次に、この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の作用を説明する。
図２及び図３に示すように、固定壁部３ａの壁面に薄膜部７の表面が略同一面となるように薄膜９の接着材層９ｂが貼り付けられており、マイクロホン５の振動面５ｄが薄膜部７によって覆われている。このため、図１に示すように、風洞測定部３内に空気が流れたときに、振動面５ｄ付近の空気の流れが乱れるのを薄膜部７が抑制するとともに、風洞測定部３内を流れる空気が振動面５ｄに直接当たるのを薄膜部７が防ぐ。その結果、振動面５ｄ付近を通過する空気によって発生する風切音や風雑音などの騒音が抑制される。
【００２２】
この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置及びマイクロホンの被覆構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、固定壁部３ａの壁面よりも後退した位置に振動面５ｄが配置されており、この固定壁部３ａの壁面と略同一面に薄膜部７が配置されている。このため、マイクロホン５の振動面５ｄ付近の空気の流れが乱れるのを薄膜部７が抑制するとともに、空気の流れが振動面５ｄに直接当たるのを防ぐことができる。その結果、振動面５ｄ付近で発生する風切音や風雑音などの騒音の発生を抑制することができるため、本来測定したい試験対象物１からの空力音などを精度よく測定することができる。
【００２３】
(2) この第１実施形態では、固定壁部３ａの壁面に薄膜部７が固定されている。その結果、固定壁部３ａの壁面と薄膜部７の表面とが略同一面になるため、マイクロホン５の振動面５ｄ付近の空気の流れがスムーズになり、振動面５ｄ付近で空気の流れが乱れるのを防ぐことができる。
【００２４】
(3) この第１実施形態では、複数の薄膜８，９を重ね合わせて接着し薄膜部７が形成されている。このため、風洞測定部３内を流れる空気の速度や薄膜部７と振動面５ｄとの間の隙間の大きさなどに応じて、薄膜８，９の枚数を任意に選択し薄膜部７の厚さ、重さ及び剛性などを簡単に調整することができる。
【００２５】
(4) この第１実施形態では、風洞試験装置２が被覆構造６を備えるので、マイクロホン５の振動面５ｄ付近の風切音や風雑音などの騒音が低減され、試験対象物１からの空力音などを精度よく測定することができる。
【００２６】
(第２実施形態)
図５は、この発明の第２実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の平面図である。図６は、この発明の第２実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の断面図である。以下では、図１〜図４に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図５及び図６に示す薄膜部１０は、薄膜１１と接着材層１２とから構成されている。薄膜１１は、図２〜図４に示す薄膜部７と同様のポリプロピレン製フィルムなどであり、図５及び図６に示すようにマイクロホン５の振動面５ｄを被覆するように、接着材層１２によって固定壁部３ａの壁面に貼り付けられ固定されている。接着材層１２は、マイクロホン収容部３ｂを囲むように固定壁部３ａの壁面に塗布されている。この第２実施形態では、第１実施形態の効果に加えて、１枚の薄膜１１によって薄膜部１０が形成されているため薄膜部１０の厚さを容易に管理することができる。
【実施例】
【００２７】
次に、この発明の実施例に係るマイクロホンの被覆構造ついて説明する。図１〜図４に示す薄膜部７による音波透過特性と薄膜部７による暗騒音低減効果とを検証するために、薄膜部７の特性に関する実験を行った。先ず、片面に粘着性を有する厚さ50μmのポリプロピレン製フィルム（住友スリーエム株式会社製  透明粘着テープ(商品名:SCOTCH)）を、図２〜図４に示すように粘着する側同士を２枚貼り合わせて、マイクロホン５の振動面５ｄを保護するように被覆し固定壁部３ａの壁面に貼り付けた。なお、図２に示す矩形領域の大きさは900×500mmであり、この領域内のマイクロホン５を被覆するようにフィルムを貼り付けた。実験は、財団法人鉄道総合技術研究所の風洞技術センター（米原）内における密閉胴型の風洞試験装置を使用して行った。
【００２８】
（音波透過特性）
図７は、この発明の実施例に係るマイクロホンの被覆構造におけるフィルムによる音波透過特性の試験結果を示すグラフである。
図７に示す縦軸は、フィルムを施した場合とフィルムを施さなかった場合との音圧レベル差(dB)であり、横軸は周波数(Hz)である。音波透過特性の試験は、音響測定用の音源であるスピーカから一定周波数範囲において等しいパワーを持つ音（ホワイトノイズ）を無風条件で発生させて行った。図７に示すグラフは、フィルムによって振動面を被覆しなかった場合にマイクロホンによって測定された音圧レベルと、フィルムによって振動面を被覆した場合にマイクロホンによって測定された音圧レベルとの差を示し、振動面をフィルムによって被覆したことによるマイクロホンの測定結果に与える影響を評価したものである。一般に、フィルムによって振動面を被覆したときには、マイクロホンの測定結果に与える影響が極力少ないことが望ましく、音圧レベルが変化する場合であっても広い周波数帯にわたり一様に変化することが好ましい。図７に示すように、フィルムによって被覆したことによる影響は最大でも1.5dB程度であり、マイクロホンの測定結果に与える影響が極めて少ないことが確認された。
【００２９】
（暗騒音低減効果）
図８は、この発明の実施例に係るマイクロホンの被覆構造におけるフィルムによる暗騒音の測定結果を示すグラフである。
図８に示す縦軸は、音圧レベル(dB)であり、横軸は周波数(Hz)である。暗騒音低減効果の検証は、密閉胴内から試験対象物１を取り除き、送風条件50m/sで密閉胴内の暗騒音を測定して行った。ここで、暗騒音とは、複数の音が同時に存在する場合に、ある特定の音に着目したときのそれ以外の音であり、例えば密閉胴内において空力音を対象として考える場合に、この空力音がないときの密閉胴内の送風機の騒音などを空力音に対する暗騒音という。図８に示すように、振動面をフィルムによって被覆しなかった場合（フィルム無し）に比べて、振動面をフィルムによって被覆した場合（フィルムあり）には、5kHzまでの周波数領域で7〜15dB程度の風切音や風雑音などの騒音の低減効果が確認された。
【００３０】
以上より、フィルムによって振動面を被覆してもマイクロホンの測定結果に与える影響が極めて少なく、フィルムによる風切音や風雑音などの低減効果が確認された。なお、フィルムの枚数が少ない場合には、５kHz帯以上の周波数域で共振によると考えられる問題が生じ、フィルムを設置することによって逆に受ける音圧のレベルが高くなると考えられる。この影響は、フィルムの枚数を増やすことによって低減するが、逆に高周波帯における性能は低下し音波を通し難くなると考えられる。このため、重ね合わせたフィルム全体の厚さと性能との関係については十分に注意する必要がある。一方、フィルムに代えて紙テープを使用した場合には、特定の周波数で音が増幅され風切音などの低減効果が低かった。
【００３１】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、密閉胴型の風洞試験装置２を例に挙げて説明したが開放胴型の風洞試験装置などについても、この発明を適用することができる。例えば、開放胴の空気の流れから離れた位置に固定壁部３ａを配置し、マイクロホン収容部３ｂに収容したマイクロホン５の振動面５ｄを薄膜部７によって被覆することもできる。また、この実施形態では、風洞測定部３に空気を流す場合を例に挙げて説明したが、空気以外の気体を風洞測定部３に流す場合についても、この発明を適用することができる。
【００３２】
(2) この実施形態では、固定壁部３ａに薄膜部７を固定する場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、固定壁部３ａなどを省略し保護キャップ部を先端から取り外し、振動面５ｄを被覆する薄膜部７を備えるマイクロホン５の被覆構造を構成することもできる。この場合には、開放胴型の風洞試験装置内でマイクロホン５を使用するときに限らず、マイクロホンを屋外などで使用するときにも、振動面に直接空気の流れが当たるのを防ぐことができる。また、この実施形態では、基材８ａ，９ａの片面に接着材層８ｂ，９ｂを有する粘着テープを固定壁部３ａの壁面に接着する場合を例に挙げて説明したが、フィルムの表面に接着材を塗布して固定壁部３ａの壁面に接着することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置の平面図である。
【図２】図１のII方向から見た平面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の断面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の薄膜部の断面図である。
【図５】この発明の第２実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の平面図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係る風洞試験装置におけるマイクロホンの被覆構造の断面図である。
【図７】この発明の実施例に係るマイクロホンの被覆構造におけるフィルムによる音波透過特性の試験結果を示すグラフである。
【図８】この発明の実施例に係るマイクロホンの被覆構造におけるフィルムによる暗騒音の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  試験対象物
２  風洞試験装置
３  風洞測定部
３ａ  固定壁部
３ｂ  マイクロホン収容部
４  風洞
５  マイクロホン
５ａ  振動板
５ｄ  振動面
６  被覆構造
７  薄膜部
８，９  薄膜
８ａ，９ａ  基材
８ｂ，９ｂ  接着材層
１０  薄膜部
１１  薄膜
１２  粘着材層
【図１】
2005252575.tif 000003
【図２】
2005252575.tif 000004
【図３】
2005252575.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005252575.tif 000007
【図６】
2005252575.tif 000008
【図７】
2005252575.tif 000009
【図８】
2005252575.tif 000010