(57)【要約】【課題】  吸音材の吸音特性を容易に測定する。【解決手段】  強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で非線形相互作用により可聴帯域の音波を得るためのパラメトリックスピーカー５から、試験信号を変調した超指向性ビームの音波を剛性を有する壁１２に放射し、壁１２に吸音材１１を取り付けた場合と吸音材１１がない場合の壁１２により反射された音波をマイクロホン６で収音し分析器７で分析することにより、吸音材１１の吸音特性を測定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で非線形相互作用により可聴帯域の音波を得るためのパラメトリックスピーカーから、試験信号を変調した超指向性ビームの音波を剛性を有する壁に放射し、上記壁に吸音材を取り付けた場合と上記吸音材がない場合の上記壁により反射された音波をマイクロホンで収音し分析することにより、上記吸音材の吸音特性を測定することを特徴とする吸音特性測定法。
【請求項２】
壁に吸音材を取り付けた場合と上記吸音材がない場合の上記壁により反射されマイクロホンで収音された音波の音圧レベル差により、上記吸音材の吸音特性を求めることを特徴とする請求項１記載の吸音特性測定法。
【請求項３】
マイクロホンで収音された音波の音圧レベル差から、壁に入射する音波と上記壁で反射する音波の音圧レベル差を求め、上記吸音材の吸音率を求めることを特徴とする請求項２記載の吸音特性測定法。
【請求項４】
試験信号として、正弦波やノイズ等の連続的な定常音、又はインパルスやトーンバースト等の過渡音を使用することを特徴とする請求項１記載の吸音特性測定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は吸音材の吸音特性を測定するための吸音特性測定法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
不要な音を低減する騒音対策を行うためや、ステレオ装置から出力される音を良好な状態にするために、一般的に吸音性の材料である吸音材が使用されている。このような吸音材を適正に使用するには、吸音率等の音響特性を把握しておく必要がある。従来、垂直入射や斜入射等の吸音率を測定する方法が幾つかあり、例えば、垂直入射吸音率を測定する一般的な方法として音響管法がある。
【０００３】
図５は非特許文献１に規定されている従来の音響管法による吸音特性測定法の構成を示す図である。この吸音特性測定法は、円形の音響管２０の一端に評価対象の試料２１を円形に切り出して取り付け、他端から音源２２を駆動して吸音率を測定するものである。この方法は、２マイクロフォン法といって、音響管２０内に音源２２からホワイトノイズを発生させて管軸方向に並んだ２本のマイクロホン２３，２４で管内の音圧レベルを測り、その伝達関数の分析を行い、入射波、反射波の位相差を利用して吸音率や音響インピーダンスを算出する。この方法により、音が垂直に入射した試料２１の吸音率を求めることができる。
【０００４】
図６は非特許文献２に規定されている従来の残響室法による吸音特性測定法の構成を示す図である。内面が完全に反射に近い壁を持つ残響室３０内に、評価対象の試料３１、音源３２、マイクロホン３３〜３６を設置し、音源３２から音を出して複数本のマイクロホン３３〜３６で収音できる状態にする。音源３２からの音を止めて残響時間を測定するが、残響室３０内の試料３１のあり、なしの各条件で測定された残響時間の差から試料３１の斜入射吸音率を算出する。
【０００５】
図７は残響室法により求められる吸音率の例を示す図である。横軸は対数目盛りの周波数を示し、縦軸は吸音率を示しており、吸音率は一般に１／１又は１／３オクターブ毎の周波数でプロットされ、その値は０から１となる。一般的な吸音材、例えば、グラスウールのような均一な多孔質吸音材では、図７の特性４０に示すように、低音域で吸音率が低く、高音域では吸音率が高くなる。
【０００６】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ａ１４０５  １９９８「音響インピーダンス管による吸音率及びインピーダンスの測定」  日本規格協会
【非特許文献２】ＪＩＳ  Ａ１４０９  １９９８「残響室法吸音率及の測定方法」  日本規格協会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の吸音特性測定法は以上のように行われていたので、音響管法では試料を精確な円形に切り出す手間が必要だったり、精密な音響管や性能評価処理用の処理ソフトやパソコン等の高価なシステムが必要になるという課題があった。
また、残響室法では、規模が大きな残響室が必要になり、高価な専用の設備を用意しなければならないという課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、高価なシステムや高価な専用の設備を必要とせずに、吸音材の吸音特性を容易に測定することができる吸音特性測定法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る吸音特性測定法は、強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で非線形相互作用により可聴帯域の音波を得るためのパラメトリックスピーカーから、試験信号を変調した超指向性ビームの音波を剛性を有する壁に放射し、上記壁に吸音材を取り付けた場合と上記吸音材がない場合の上記壁により反射された音波をマイクロホンで収音し分析することにより、上記吸音材の吸音特性を測定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明は、パラメトリックスピーカーを吸音特性測定に使用することにより、高価なシステムや高価な専用の設備を必要とせずに、吸音材の吸音特性を容易に測定することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による吸音特性測定法の構成を示すブロック図である。図１において、吸音特性の評価対象試料としての吸音材１１は剛性を有する壁１２に取り付けられており、吸音材１１の吸音特性を測定するために、信号発生器１、振幅変調器２、増幅器３、電気音響変換器４、マイクロホン６及び分析器７を備えている。なお、振幅変調器２、増幅器３及び電気音響変換器４によりパラメトリックスピーカー５を構成し、剛性を有する壁１２はほとんど吸音性がなく音波をほぼ完全に反射するものとする。
【００１２】
図２は図１に示す吸音特性測定法の構成を示す上面図であり、図３は図１に示す吸音特性測定法の構成の鳥瞰図であり、図１に示すものと同一符号はそれぞれ同一である。電気音響変換器４から放射された音波は壁１２に向かって放射され、壁１２に取り付けられた吸音材１１から反射した音波はマイクロホン６に向かって伝搬してマイクロホン６により収音される。
【００１３】
次に動作について説明する。
信号発生器１は可聴帯域の試験信号を生成し、振幅変調器２は、内蔵する高周波生成器（図示せず）からの超音波キャリア信号と、信号発生器１からの試験信号とを乗算して振幅変調を行い変調信号を出力する。増幅器３は振幅変調器２からの変調信号を増幅して電気音響変換器４に供給する。電気音響変換器４は増幅器３からの変調信号を音波に変換して壁１２に取り付けられた吸音材１１に向かって放射する。
【００１４】
吸音材１１に入射された音波（入射波）は、吸音材１１により一部は吸収され、残りは反射する。吸音材１１により反射された音波（反射波）はマイクロホン６に向かって伝搬する。マイクロホン６は伝搬された反射波を収音して電気信号に変換し、分析器７はマイクロホン６からの電気信号を分析して吸音材３の吸音特性を測定する。
【００１５】
振幅変調器２、増幅器３及び電気音響変換器４により構成されたパラメトリックスピーカー５から放射される音波は、強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で、非線形相互作用を起こして自己復調され可聴帯域の音波として再現される。このように放射される超音波及び自己復調される可聴帯域の音波は、電気音響変換器４の中心軸である音軸上に集中するようになり、極めて狭い指向性、即ち、超指向性を有することになる。
【００１６】
この実施の形態１では、このようなパラメトリックスピーカー５から放射される音波の「超指向性」の性質を利用する。図２に示すように、電気音響変換器４から放射されるほとんどの音波は細いビーム状のエリアを伝搬し、壁１２のような平坦な面に到達しても光のように反射し、その後も同様に伝搬するので測定に応用できることになる。即ち、マイクロホン６で収音される音波は、電気音響変換器４からの直接音はほとんど到達せずに、壁１２からの反射音が主体となる。このとき、壁１２に吸音材１１がないときとあるときの反射音の音圧レベルを評価することにより、吸音材１１の吸音特性を測定することができる。
【００１７】
パラメトリックスピーカー５の代わりに、従来のスピーカーを使用した場合には、マイクロホン６には大きなレベルの直接波が収音されると共に、放射された音波はあらゆる方向に伝搬し、壁１２により反射された反射波も収音されるので、吸音材３からの反射波のみを収音することが難しくなる。また、この状態では、連続的な定常正弦波やノイズを試験信号に使用することはできなくなり、図１〜図３の構成で反射波を使用して吸音特性を測定することは不可能となる。
【００１８】
ここで、吸音特性を測定する場合の音圧レベルの測定について説明する。
図４は吸音特性測定法における音圧レベルの測定を説明する図であり、図４（ａ）は音圧レベルを測定する際の配置を示し、図４（ｂ）は音源である電気音響変換器４からの距離に対する音圧レベル特性を示している。一般に、反射波によって評価する吸音材１１の吸音特性は、図４（ａ）に示すように、反射面への入射波の音圧レベルｐi と反射波の音圧レベルｐr が既知となれば求めることができる。図４（ａ）に示す音圧レベル測定の配置では、マイクロホン６の位置において反射波のみが測定され、吸音材１１があるときの音圧レベルｐmrと、吸音材１１がないときの音圧レベルｐmhが得られる。
【００１９】
また、図４（ｂ）に示すように、電気音響変換器４（距離＝０）からｄh の距離に壁１２の反射面が存在し、そこから折り返して電気音響変換器４からの総距離ｄm にマイクロホン６が存在する。吸音材１１がないときは壁１２で音波は反射するが、図４（ｂ）の特性５１の点線で示すように、反射波の音圧レベルは入射波の音圧レベルに連続した特性となる。一方、吸音材１１がある場合には、反射面のｄh の距離で吸音が起こるので、図４（ｂ）の特性５２の実線で示すように、入射波の音圧レベルｐi から反射波の音圧レベルｐr に減衰する。ここで、マイクロホン６で観測される音圧レベル差（ｐmh−ｐmr）は、壁１２の反射面での音圧レベル差（ｐi −ｐr ）にほぼ等しいので、マイクロホン６により測定された吸音材１１がないときの音圧レベルｐmhと、吸音材１１があるときの音圧レベルｐmrを測定することにより、吸音材１１の吸音特性を測定することが可能となる。
【００２０】
評価対象試料としての吸音材１１の面積はある程度の大きさが必要であるが、その面積（寸法）は、電気音響変換器４が形成する超指向性ビームの円錐状の音波がほとんど到達する大きさが望ましい。例えば、電気音響変換器４と壁１２との距離は２ｍ位であり、吸音材１１の寸法は、電気音響変換器４の中心軸上の垂直方向の音圧レベルが半減する円形範囲（−６ｄＢ）の直径以上であれば良い。また、吸音材１１の外周形状は、角形、円形等、任意であって良く、さらには、建物に既設の吸音材や吸音性の天井・壁・床や外壁・戸外の壁等の性能も測定可能となる。
【００２１】
信号発生器１により生成された試験信号による試験音は、連続的な定常音や単発的な過渡音を使用することができる。定常音としては正弦波やノイズであり、正弦波であれば例えば１ｋＨｚ単音のスポット音や周波数が連続的に変化するスイープ音、ノイズであればホワイトノイズ・ピンクノイズ・１／１又は１／３オクターブ等の帯域ノイズ等である。過渡音としてはインパルスやトーンバースト音であり、過渡音を使用することにより、測定個所の周辺から反射のある通常の部屋でも測定できる。即ち、電気音響変換器４から発せられる超指向性ビームは伝搬経路が限定されているために、壁１２又は吸音材１１から反射してきた音波が周辺の障害物や壁等から反射してきた音波より速く到達していれば、吸音特性を測定できる。発展的に考えれば、連続音を使用する場合であっても、測定用反射経路以外からの反射音を影響のない程度に周囲を設定できれば、限定された超指向性ビームを利用するために測定が可能となる。一方、音波の反射のない無響室や広大な空間で測定していいことは言うまでもない。
【００２２】
吸音特性の測定指標としては、例えば、吸音材１１なし（壁１２のみ）に対する吸音材１１ありの反射音の音圧レベル差である減衰量（ｐmh−ｐmr）がある。これは、上記で説明したように、壁１２の反射面での入射波と反射波の音圧レベル差（ｐi −ｐr ）に等しい。一方、マイクロホン６により測定した音圧レベルｐmhとｐmrから、入射波の音圧レベルｐi と反射波の音圧レベルｐr の関係が既知となるので、吸音率Ａは次式で求めることができる。
Ａ＝１−（Ｉr ／Ｉi ）
ここで、Ｉi は入射波の強さを示し、Ｉr は反射波の強さを示す。入射波の強さＩi 、反射波の強さＩr は次式で求めることができる。
Ｉi ＝ｐi 2 ／ρｃ
Ｉr ＝ｐr 2 ／ρｃ
ここで、ρは空気の密度を示し、ｃは音速を示す。測定指標をグラフとして表す場合の周波数軸は、例えば、１／１若しくは１／３オクターブの離散値、又は連続値を取ることができる。
【００２３】
図１〜図３の構成において、超指向性ビームの入射角と反射角が比較的小さい角度の例を示しているが、角度は大きくなっても良く、さらには、試験信号に過渡音を使用すれば、電気音響変換器４とマイクロホン６が一直線となる配置（入射角度が９０度＝垂直入射）でも良い。これから、入射角度をパラメータにする吸音材１１の評価が可能となり、例えば、入射角度に依存した吸音率を簡単に求めることができる。
【００２４】
以上のように、この実施の形態１によれば、強力な超音波である有限振幅音波として空気中に伝搬する過程で非線形相互作用により可聴帯域の音波を得るためのパラメトリックスピーカー５から、試験信号を変調した超指向性ビームの音波を剛性を有する壁１２に放射し、壁１２に吸音材１１を取り付けた場合と吸音材１１がない場合の壁１２により反射された音波をマイクロホンで収音し分析することにより、高価なシステムや高価な専用の設備を必要とせずに、吸音材１１の吸音特性を容易に測定することができるという効果が得られる。
【００２５】
また、この実施の形態１によれば、従来の音響管法による吸音特性測定方法に比べ、広い面積の試料を評価することができ、実態に即した吸音特性を測定することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１による吸音特性測定法の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による吸音特性測定法の構成を示す上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による吸音特性測定法の構成を示す鳥瞰図である。
【図４】この発明の実施の形態１による吸音特性測定法における音圧レベルの測定を説明する図である。
【図５】従来の音響管法による吸音特性測定法の構成を示す図である。
【図６】従来の残響室法による吸音特性測定法の構成を示す図である。
【図７】残響室法により求められる吸音率の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  信号発生器、２  振幅変調器、３  増幅器、４  電気音響変換器、５  パラメトリックスピーカー、６  マイクロホン、７  分析器、１１  吸音材、１２  壁。
【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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