(57)【要約】【課題】  半開きの防音室環境の下、製品の騒音源を検出する音源探査装置および方法を提供する。【解決手段】  機器の騒音源を検知する音源探査装置において、少なくとも３つ以上の騒音信号検出手段１と、検出情報を加工する加工手段６と、前記騒音信号検出手段１より検出された検出情報および加工された情報を記録する記録手段７、１０、１３とを有する音源探査装置において、前記騒音信号検出手段１を互いに直交するように配置し、或る閉空間内における騒音源を３次元に同定できるようにした。【選択図】  図１
2005241608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器の騒音源を検知する音源探査装置において、
少なくとも３つ以上の騒音信号検出手段と、検出情報を加工する加工手段と、前記騒音信号検出手段により検出された検出情報及び前記加工手段により加工された情報を記録する記録手段とを有し、前記騒音信号検出手段を互いに直交するように配置し、ある閉空間内における騒音源を３次元として同定できることを特徴とした音源探査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の音源探査装置において、対象の振動情報を検出する振動情報検出手段を有し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした音源探査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の音源探査装置において、少なくとも４つ以上の前記騒音信号検出手段を有し、前記騒音信号検出手段を点対称に配置し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした音源探査装置。
【請求項４】
請求項１、２、又は３に記載の音源探査装置において、検出情報を加工する加工手段と、前記騒音信号検出手段により検出された検出情報及び前記加工手段により加工された情報を記録する記録手段とを、ネットワーク、あるいはインターネット回線につながれた製品設置場所以外の場所に設置することを特徴とした音源探査装置。
【請求項５】
機器の騒音源を検知する音源探査方法において、
３つ以上の互いに直交する騒音信号から、ある閉空間内における騒音源を３次元として同定することを特徴とした音源探査方法。
【請求項６】
請求項５に記載の音源探査方法において、
対象の振動情報を検出し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした音源探査方法。
【請求項７】
請求項５に記載の音源探査方法において、
点対称に配置された４つ以上の騒音信号検出手段からの騒音信号を検出し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした音源探査方法。
【請求項８】
請求項５乃至７の何れか一項に記載の音源探査方法をコンピュータが制御可能にプログラミングしたことを特徴とする音源探査プログラム。
【請求項９】
請求項８に記載の音源探査プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生産ラインにて製品および部品の騒音検査を行なうのに騒音を振動として検出し、評価する現物評価・検査・音響解析に使用する音源探査装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静音設計などの技術を用いて生産された製品が、部品毎のバラツキにより、静音の基準を満たすかどうかを生産ラインにて製品および部品の騒音検査を行なうのに騒音を振動として検出し、評価する方法が広く活用されている（例えば特許文献１ないし４参照）。
昨今オフィスの静音化が進み、複写機、ファクシミリ、プリンタ機器の低騒音化が必須となっている。ところが、生産現場では、さまざまな設備騒音が発生している。
例えば、電動ドライバ／エアドライバや完成品移動時の台車の走行音、生産者の足音、設備内の空調のダクト音などがある。このため、静音設計などの技術を用いて生産された製品が、部品毎のばらつきにより、静音の基準を満たすものかを検査するためには、製造ラインとは別に、防音室を設けて全品／抜き取り検査を行う必要があった。
またコンベアライン内に防音室を設ける場合、製品の入り口と出口が必要となり、防音能力に限りができるため、昨今の低騒音化された製品の騒音は環境騒音（暗騒音）にマスキングされてしまい、検出が困難であった。
特許文献１の開示は  周辺騒音の大きい生産ラインにて迅速にノイズを測定することができる回転ノイズ測定装置を提供することを目的とし、回転体のノイズを回転振動の検出にて検出する。
特許文献２の開示は  非検査物の表面を複数の検査領域に分割し、これらを複数の検出光学系を用いて同時に検査することで、検査の高速化を図ることを課題としており、複数の検出光学系により得られる画像の質を定量的に評価し、その結果を用いて、各々の検出光学系の検査感度が同程度となるように、検査時の画像処理パラメータを調整する。
特許文献３の開示は  騒音の著しい生産現場においても、設備から発生される異常音を確実に、しかも速やかに検出することを可能とする異常音検出システムを提供することにある。
特許文献４の開示は気象条件が悪くても、ポイント的に正確に事故点を標定できる事故音源点標定装置を示している。４箇所以上に設置したマイクロフォン４ａ〜４ｄにより気体の異常音響が検出される。
パーソナルコンピュータによりマイクロフォン４本に入力された音響の到達時間が演算され、異常音源点すなわち事故点の算出が行われる。算出された異常音源点はＣＲＴによって表示される。
【特許文献１】実開平６−２２９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−６７７９７公報
【特許文献３】特開２０００−２１４０５２公報
【特許文献４】特開平６−２６５３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来から、生産ラインにて製品および部品の騒音検査を行なうには、特許文献１および２に記載のような、騒音を振動として検出し、評価する方法が広く活用されている。
しかしながら、この方法は部品を実装あるいは組み付けする以前に行う検査方法であり、実装あるいは組み付けによって生じる不具合を検出することができず、組み付け異常と、異常な部品の検出ができなかった。さらに、周辺騒音のうち振動に起因するものもまた振動として検知してしまい、層別することが困難であった。
また、特許文献３に記載の技術のように、被検体側の騒音と、それ以外の方向の騒音とを計測し、引き算にて被検体の騒音を強調する方法などがある。しかしながら、この方法では被検体と同方向から発生している周辺騒音を層別することが困難であった。
また、４本のマイクロフォンから音源位置を特定する方法には、上述した特許文献４に記載の技術があるが、事故の衝突音（衝撃音）の到達時間のみで音源探索を行っており、一般交通インフラのような広範囲の中からある範囲を探索するのには適しているが、製品のように限られた範囲内に騒音源が煩雑に存在している環境では適用しにくい。
本発明の目的は、上述した実情を考慮して、半開きの防音室環境の下、製品の騒音源を検出する音源探査装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、機器の騒音源を検知する音源探査装置において、少なくとも３つ以上の騒音信号検出手段と、検出情報を加工する加工手段と、前記騒音信号検出手段により検出された検出情報及び前記加工手段により加工された情報を記録する記録手段とを有し、前記騒音信号検出手段を互いに直交するように配置し、ある閉空間内における騒音源を３次元として同定できることを特徴とした。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の音源探査装置において、対象の振動情報を検出する振動情報検出手段を有し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の音源探査装置において、少なくとも４つ以上の前記騒音信号検出手段を有し、前記騒音信号検出手段を点対称に配置し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１、２、又は３に記載の音源探査装置において、検出情報を加工する加工手段と、前記騒音信号検出手段により検出された検出情報及び前記加工手段により加工された情報を記録する記録手段とを、ネットワーク、あるいはインターネット回線につながれた製品設置場所以外の場所に設置することを特徴とした。
また、請求項５に記載の発明は、機器の騒音源を検知する音源探査方法において、３つ以上の互いに直交する騒音信号から、ある閉空間内における騒音源を３次元として同定することを特徴とした。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の音源探査方法において、対象の振動情報を検出し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の音源探査方法において、点対称に配置された４つ以上の騒音信号検出手段からの騒音信号を検出し、ある閉空間内における騒音源を３次元として、かつリアルタイムに同定できることを特徴とした。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５乃至７の何れか一項に記載の音源探査方法をコンピュータが制御可能にプログラミングしたことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の音源探査プログラムをコンピュータが読み取り可能な形式で記録したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、製品全体の騒音から、個々の部品の騒音を計測することが可能となり、これにより、さまざまな周辺騒音の影響を受けること無く、騒音源を特定でき、より精度の高い出荷検査が可能となる。
また、検出手段を定位置に固定できることによって、製品内部品を定量的に検査することが可能となり、これによって、音源探査を自動化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は複写機を対象とした音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。図１において、この実施の形態は３本のマイクロフォン１、解析手段（演算部）２、および測定対象（本実施の形態では複写機を測定対象としている）３を含んでいる。
マイクロフォン３は全て解析手段２へと情報を送れるようになっている。図１では、直接接続し、スタンドアローンでの計測を可能としているが、解析手段２は後述の図５のように、ネットワークを介しても良い。
また、図１ではマイクロフォンを３本用いて製品稼働音を計測しているが、最終的に音情報に変換できる計測方法ならば、どのような計測方法を用いても良いことは言うまでもない。
図２は音源探査装置全体の動作を説明するフローチャートである。図３は騒音源探索演算の詳細を説明するフローチャートである。図４は解析手段内部構成および記録媒体の例を示す概略図である。
図２において、まず、測定対象の近辺にマイクロフォン１をセットし、マイクロフォン１からの騒音情報を取得する（Ｓ１）。取得した騒音情報を後述する演算装置にてすべての時間情報からオフラインにて高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform；以下、ＦＦＴと記す）する（Ｓ２）。
ここで、本実施の形態ではオフラインＦＦＴに限定した記述とするが、周波数およびその周波数の振幅（音圧）の情報が取得できる解析手法ならば、ウェーブレット変換等を用いても良いことは言うまでもない。この周波数と振幅（音圧）の情報を基に、騒音源探索演算を行う（Ｓ３）。
【０００７】
騒音源探索演算の詳細は図３を用いて説明する。まず、マイクロフォン１で囲まれた空間内に仮想の座標系と原点を設定する（Ｓ５）。ここでは、情報を取得してから座標系を設定しているが、マイクロフォン１をセットした時点で座標系と原点の設定は可能である。
したがって、この時点以降の、どの時点で設定しても良いことは言うまでもない。次に、各マイクロフォン１の座標を設定する（Ｓ６）。本実施の形態の図ではマイクロフォン１を３本、各マイクロフォン１が直交するように配置しているので、原点を交点、それぞれのマイクロフォン１をＸ、Ｙ、Ｚ軸上に配置することとするが、実際はどのように座標を設定しても良い。
ここで、マイクロフォン１の各座標と音圧の情報を格納するカラムを作成する（Ｓ７）。この情報を基に、解析演算を行う（Ｓ８）。
図４の解析手段内部構成には、入出力回路（Ｉ／Ｏ）４、インターフェース回路（Ｉ／Ｆ）５、演算装置（ＣＰＵ）６、記憶媒体（ＲＯＭ）７、ＲＡＭ８、バス１５を介して表示装置９、記憶媒体（ハードディスク）１０、キーボード１１、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１２および記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭ）１３が含まれる。
【０００８】
図５は解析手段がネットワークを介している複写機を対象とした音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。図５において、解析手段はネットワークを介して接続される、例えば、センター内の解析装置である。
解析方法について記述する。図６は音源とマイクロフォンの各座標を示す概略図である。図６のように、各マイクロフォン、および音源の座標を設定すると、各マイクロフォンから、音源までの距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、
2005241608.tif 000003
と表される。
図７は音圧と音源の関係を説明する概略図である。また、図７に示すように、音圧は、音源２０からの距離の２乗に比例して弱くなることが良く知られている。これより各マイクロフォンが検知した音圧をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３、とすると、
2005241608.tif 000004
の関係が成り立つ。
これより、
2005241608.tif 000005
が成立する。
（１）から（６）までの方程式を連立することによって、Ｌ１〜Ｌ３、およびｘＳ、ｙＳ、ｚＳは決定できる。以上のアルゴリズムにより、騒音源の座標を決定する。
最後に、この結果を表示装置９に表示する（Ｓ４）。
本音源探査方法をこの装置のみに使用する場合は表示装置９上に表示するが、この音源探査装置の機能をノイズコントロール等の方法に適用する場合は、表示せずに音源位置情報を一時記録媒体（ＲＡＭ）８や、記録媒体（４、１０、１３）などに記録するだけでも良い。
【０００９】
図８は振動情報を検出してリアルタイムに音源探査を行なう音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。図８は対象の振動情報を検出する検出手段を有し、或る閉空間内における騒音源を３次元に、かつリアルタイムに同定する音源探査装置の実施の形態を示している。
図８において、音源探査装置はマイクロフォン１、解析手段（演算部）２、測定対象（本実施の形態では複写機を測定対象としている）３を含んでいる。マイクロフォン１は全て解析手段２へと情報を送れるようになっている。
図８では、直接接続し、スタンドアローンでの計測を可能としているが、解析手段２は図１におけると同様に、ネットワークを介しても良い。また、図８ではマイクロフォン１、および加速度センサ１４を用いて製品稼働音を計測しているが、最終的に音情報、および振動情報に変換できる計測方法ならば、どのような計測方法を用いても良いことは言うまでもない。
【００１０】
図９は音源探査装置全体の動作を説明するフローチャートである。図１０は騒音源探索演算の詳細を説明するフローチャートである。まず、測定対象３の近辺にマイクロフォン１をセットし、測定対象３に加速度センサ１４を取り付け、マイクロフォン１からの騒音情報と加速度センサ１４からの振動情報を取得する（Ｓ１１）。
取得した騒音情報を演算装置６（図４）にてすべての時間情報からリアルタイムにＦＦＴする（Ｓ１２）。本実施の形態ではＦＦＴに限定した記述とするが、周波数およびその周波数の振幅（音圧）の情報が取得できる解析手法ならば、ウェーブレット変換等を用いても良いことは言うまでもない。
この周波数と振幅（音圧）の情報を基に、騒音源探索演算を行う（Ｓ１３）。騒音源探索演算の詳細は図１０を用いて説明する。まず、マイクロフォン１で囲まれた空間内に仮想の座標系と原点を設定する（Ｓ１５）。
ここでは、情報を取得してから座標系を設定しているが、マイクロフォン１をセットした時点で座標系と原点の設定は可能である。したがって、この時点（マイクロフォン設置の時点）以降の、どの時点で設定しても良いことは言うまでもない。
次に、各センサ（マイクロフォン１および加速度センサ４のことである）の座標を設定する（Ｓ１６）。本実施の形態の図ではマイクロフォン１を３本、各マイクロフォン１が直交するように配置していて、かつ加速度センサ１４を１つ配置しているので、原点をマイクロフォン１の交点、それぞれのマイクロフォン１をＸ、Ｙ、Ｚ軸上に配置することとするが、実際はどのように座標を設定しても良い。
ここで、マイクロフォン１の各座標と音圧の情報を格納するカラムを作成する（Ｓ１７）。また、各センサの座標と騒音源の座標をすべてシンボリックに解いたアルゴリズムを予め作成しておく（Ｓ１８）。この情報を基に、解析演算を行う（Ｓ１９）。
【００１１】
各センサの座標と騒音源の座標をすべてシンボリックに解いたアルゴリズムについて説明する。加速度センサ４と各マイクロフォンの座標情報が取得できれば、図１の実施の形態中の（１）、（２）、（３）式のように各マイクロフォン１と加速度センサ１４の距離を算出可能である。
このとき、すべてのパラメータは既知となっており、距離は一意に決定されている。各マイクロフォン１と加速度センサ１４の距離が決定されたならば、各マイクロフォン１より取得できた周波数ごとの音圧情報に、位相情報を演算して追加可能となる。
この方法はスキャンニングレーザドップラを用いた振動計測手法等で一般によく知られているものであり、詳細は記述しない。こうして、各マイクロフォン１の音圧情報に位相情報を追加したならば、これを基に騒音源と各マイクロフォンまでの距離を決定可能である。
つまり、音速と周期から算出される波長と、先に算出した位相情報から導出すれば良い。これにより、図１の実施の形態中の（１）、（２）、（３）式において、未知なる変数は、ｘＳ、ｙＳ、ｚＳのみとなる。この連立方程式から、前記３変数を決定する演算を行い、騒音源の座標を決定する。
本音源探査方法をこの装置のみに使用する場合は表示装置９上に表示するが、この音源探査装置の機能をノイズコントロール等の方法に適用する場合は、表示せずに音源位置情報を図４の一時記録媒体（ＲＡＭ）８や、記録媒体（４、１０、１３）などに記録するだけでも良い。
図１１は少なくとも４本以上の騒音信号検出手段を有する音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。図１１の音源探査装置は少なくとも４本以上の騒音信号検出手段（マイクロフォン）１を有し、或る閉空間内における騒音源を３次元に、かつリアルタイムに同定できる例を示している。
図１１において、音源探査装置はマイクロフォン１、解析手段（解析装置）２、測定対象（本実施の形態では複写機を測定対象としている）３を含んでいる。マイクロフォン１は全て解析手段２へと情報を送れるようになっている。
図１１では直接接続し、スタンドアローンでの計測を可能としているが、解析装置２は図１の実施の形態と同様、ネットワークを介しても良い。また、図１１ではマイクロフォン１を用いて製品稼働音を計測しているが、最終的に音情報、および振動情報に変換できる計測方法ならば、どのような計測方法を用いても良いことは言うまでもない。
本手法における処理の流れは図１の実施の形態とほぼ同じである。相違点は、図１の実施の形態においては、オフラインにてＦＦＴしていたが、本実施の形態ではリアルタイムでＦＦＴの解析を行う点のみである。よって、処理の流れに関する説明は割愛する。
ここではとくに、騒音源探索演算に関して説明する。図１２はマイクロフォンを正三角錐の頂点に配置した図である。便宜上、マイクロフォン１に名前付けを行う。ここでは、上の頂点に位置するマイクロフォンをＭ１とし時計回りにＭ２、Ｍ３、Ｍ４と順に名付けることとする。本実施の形態では、このようなマイクロフォン配置における騒音源探索演算について説明する。
【００１２】
図１３は三角錐を形成する三角形毎の４つの平面図である。その全てにおいて、以下に説明するのと同様の演算を行う。ここでは、代表して、Ｍ１−Ｍ２−Ｍ３の三角形での解析手法を説明する。
まず、各マイクロフォン間の距離を算出する。各マイクロフォンの座標を図６と対応させる。ａ１＝Ｍ１、ａ２＝Ｍ２、ａ３＝Ｍ３の座標をそれぞれ用いることとすると、各マイクロフォン間の距離は、
2005241608.tif 000006
と表せる。ここで、
2005241608.tif 000007
2005241608.tif 000008
2005241608.tif 000009
とする。
また、各マイクロフォンが検出した音圧をそれぞれＰＭ１、ＰＭ２、ＰＭ３とすると、音圧が距離の２乗に比例することを利用すれば、点Ｍ１から騒音源に向かって引いた補助線と
2005241608.tif 000010
との交点は、Ｍ２、Ｍ３からの距離を表すことが可能である。これはそれぞれ、図１４のように表せる。
【００１３】
図１４は三角錐を構成する三角形に射影した騒音源の位置を示す概略図である。これを、残りの２頂点に関しても行い、３補助線の交点を求めたならば、この交点が騒音源をこの三角形を形成しない三角錐の頂点（この場合Ｍ４点）からこの三角形に射影した点に他ならない。
この演算を全ての三角形に対して行い、また残りの頂点と当該射影した騒音源とを結ぶ直線を４本引いたならば、この交点が実際の騒音源に他ならない。以上のような演算を行い、騒音源の座標を決定する。
本音源探査方法をこの装置のみに使用する場合は表示装置９上に表示するが、この音源探査装置の機能をノイズコントロール等の方法に適用する場合は、表示せずに音源位置情報を図４の一時記録媒体８や、記録媒体７、１０、１３などに記録するだけでも良い。
本発明によれば、騒音源の騒音信号と、振動信号を用いることで、製品全体の騒音から、個々の部品の騒音を時系列で計測することが可能となる。これによって、或るタイミングでのみ発生する騒音の騒音源を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複写機を対象とした音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。
【図２】音源探査装置全体の動作を説明するフローチャートである。
【図３】騒音源探索演算の詳細を説明するフローチャートである。
【図４】解析手段内部構成および記録媒体の例を示す概略図である。
【図５】解析手段がネットワークを介している複写機を対象とした音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。
【図６】音源とマイクロフォンの各座標を示す概略図である。
【図７】音圧と音源の関係を説明する概略図である。
【図８】振動情報を検出してリアルタイムに音源探査を行なう音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。
【図９】音源探査装置全体の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】騒音源探索演算の詳細を説明するフローチャートである。
【図１１】少なくとも４本以上の騒音信号検出手段を有する音源探査装置の実施の形態を示す概略図である。
【図１２】マイクロフォンを正三角錐の頂点に配置した図である。
【図１３】三角錐を形成する三角形毎の４つの平面図である。
【図１４】三角錐を構成する三角形に射影した騒音源の位置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  騒音信号検出手段（マイクロフォン）
２  解析手段（解析装置）
３  測定対象（複写機）
６  演算装置（加工手段、ＣＰＵ）
７  記憶媒体（ＲＯＭ）
９  表示装置
１０  記憶媒体（ハードディスク）
１３  記憶媒体（ＣＤ−ＲＯＭ）
１４  加速度センサ
【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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【図７】
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【図８】
2005241608.tif 000018
【図９】
2005241608.tif 000019
【図１０】
2005241608.tif 000020
【図１１】
2005241608.tif 000021
【図１２】
2005241608.tif 000022
【図１３】
2005241608.tif 000023
【図１４】
2005241608.tif 000024