(57)【要約】  【課題】  複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定する音響インテンシティ測定装置において、安価なマイクロホンを用いた上で、移動音源等に対しても測定精度を高める。  【解決手段】  インテンシティプローブ１２を、ｙ−ｚ平面上において測定点Ｏを中心に十字配置された２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６を備えた構成し、これらを用いて測定を行うことにより、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルのｙ−ｚ平面に沿った二次元成分を算出する。これら２組のマイクロホンはｘ軸回りに回転し得る構成とし、これらを回転走査することにより、各組のマイクロホン相互間に存在する固有の位相不整合および位置誤差をキャンセリングしてその影響を排除する。これにより、安価なマイクロホンの使用を可能とし、またインテンシティプローブ１２を回転させずに測定可能とする。  【選択図】          図１
2005069774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成された音響インテンシティ測定装置において、
上記複数個のマイクロホンとして、測定点に関して対称な位置に配置された第１および第２のマイクロホンと、これら第１および第２のマイクロホンを結ぶ直線と直交する直線上において上記測定点に関して対称な位置に配置された第３および第４のマイクロホンとを備えており、
これら２組のマイクロホンが、上記２直線を含む平面と直交するようにして上記測定点を通る軸線回りに回転し得るように構成されている、ことを特徴とする音響インテンシティ測定装置。
【請求項２】
上記第１および第２のマイクロホンの間隔と上記第３および第４のマイクロホンの間隔とが、同一の値に設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の音響インテンシティ測定装置。
【請求項３】
上記測定点から上記軸線方向に離れた位置に、第５のマイクロホンが配置されている、ことを特徴とする請求項１または２記載の音響インテンシティ測定装置。
【請求項４】
上記測定点に関して上記第５のマイクロホンと対称な位置に、第６のマイクロホンが配置されている、ことを特徴とする請求項３記載の音響インテンシティ測定装置。
【請求項５】
上記第５および第６のマイクロホンの間隔が、上記第１および第２のマイクロホンの間隔ならびに上記第３および第４のマイクロホンの間隔と同一の値に設定されている、ことを特徴とする請求項４記載の音響インテンシティ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成された音響インテンシティ測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音響インテンシティ測定装置は、例えば、空港周辺や道路の騒音調査や、自動車や家電製品の騒音試験を行う際の音源探査手段、あるいは監視カメラ等を用いたセキュリティシステムにおける音源探査手段等として用いられている。
【０００３】
従来、このような音響インテンシティ測定装置としては、例えば「特許文献１」や「特許文献２」に記載されているように、複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成されたものが知られている。
【０００４】
また「特許文献３」には、音響インテンシティ測定装置のインテンシティプローブとして、１組のマイクロホンがその中点を通る軸線回りに回転し得るように構成されたものが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８８５９８号公報
【特許文献２】特開平５−２８８６００号公報
【特許文献３】特開平２−３６３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記「特許文献１」あるいは「特許文献２」に記載された音響インテンシティ測定装置において、十分な測定精度を確保するためには、そのインテンシティプローブを構成する複数個のマイクロホンの特性を揃えておく必要がある。
【０００７】
そのためには、音響インテンシティ測定装置への組付け前のマイクロホンに対して、校正治具等を用いた選別作業を行う必要があり、多大な工数を必要とするので、結果として使用するマイクロホンが高価なものとなってしまう、という問題がある。
【０００８】
一方、上記「特許文献３」に記載されたインテンシティプローブを用いるようにすれば、１組のマイクロホンの特性が揃っていなくても、インテンシティプローブを回転走査させることにより、両マイクロホン相互間に存在する固有の位相不整合および位置誤差をキャンセリングしてこれらの影響を排除することができるので、安価なマイクロホンを用いることが可能となる。
【０００９】
しかしながら、このような１組のマイクロホンからなるインテンシティプローブにより二次元の音響インテンシティを測定するためには、その測定の際にインテンシティプローブの回転走査を行う必要があるので、測定に時間がかかってしまい、このため音源が移動したりその放射音響パワーが変化するような場合には、音響インテンシティを正確に測定することができない、という問題がある。
【００１０】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成された音響インテンシティ測定装置において、安価なマイクロホンを用いた上で、移動音源等に対しても測定精度を高めることができる音響インテンシティ測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は、インテンシティプローブの構成として十字に配置された２組のマイクロホンを用いるとともに、これらをその中心軸線回りに回転し得る構成とすることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【００１２】
すなわち、本願発明に係る音響インテンシティ測定装置は、
複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成された音響インテンシティ測定装置において、
上記複数個のマイクロホンとして、測定点に関して対称な位置に配置された第１および第２のマイクロホンと、これら第１および第２のマイクロホンを結ぶ直線と直交する直線上において上記測定点に関して対称な位置に配置された第３および第４のマイクロホンとを備えており、
これら２組のマイクロホンが、上記２直線を含む平面と直交するようにして上記測定点を通る軸線回りに回転し得るように構成されている、ことを特徴とするものである。
【００１３】
上記「音響インテンシティ測定装置」は、複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成されたものであれば、インテンシティプローブ以外の装置構成要素の具体的構成については特に限定されるものではない。
【００１４】
上記各「マイクロホン」の種類、形状、大きさ等の具体的構成は、特に限定されるものではない。
【００１５】
上記「第１および第２のマイクロホン」の間隔と上記「第３および第４のマイクロホン」の間隔とは、同一の値に設定してもよいし異なる値に設定してもよい。また、これら「第１および第２のマイクロホン」の間隔および「第３および第４のマイクロホン」の間隔の具体的な値は特に限定されるものではない。これらの値を大きくすれば、測定可能な周波数の下限値を低くすることができるが、ねじれ剛性や操作性を重視するのであれば、これらの値を１００ｍｍ以下の値に設定することが好ましく、５０ｍｍ以下の値に設定することがより好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成に示すように、本願発明に係る音響インテンシティ測定装置は、複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成されているが、その複数個のマイクロホンとして、測定点に関して対称な位置に配置された第１および第２のマイクロホンと、これら第１および第２のマイクロホンを結ぶ直線と直交する直線上において測定点に関して対称な位置に配置された第３および第４のマイクロホンとを備えており、これら２組のマイクロホンが、上記２直線を含む平面と直交するようにして測定点を通る軸線回りに回転し得るように構成されているので、次のような作用効果を得ることができる。
【００１７】
すなわち、音響インテンシティは「単位時間あたりに単位面積を通過するエネルギーの流れ」であり、大きさと方向に関する情報を有しているので、本願発明のように、十字に配置された２組のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定することにより、音源の方向およびその測定点でのインテンシティレベルの上記２直線を含む平面に沿った二次元成分を算出することができる。
【００１８】
その際、これら２組のマイクロホンは、上記２直線を含む平面と直交するようにして測定点を通る軸線回りに回転し得る構成となっているので、後述する回転マイクロホン法等を適用して上記２組のマイクロホンを回転走査することにより、各組のマイクロホンにおいて１対のマイクロホン相互間に存在する固有の位相不整合および位置誤差をキャンセリングしてこれらの影響を排除することができる。
【００１９】
また、これら２組のマイクロホンによる回転マイクロホン法等を適用した測定によって得られた測定値から、回転しない固定状態での２組のマイクロホンによる音響インテンシティの測定によって得られる測定値に対する補正値を求めることができる。
【００２０】
そして、このようにして補正値が求められた状態で、後述する２マイクロホン法等を適用して二次元音響インテンシティを測定することにより、これを精度良く行うことができる。その際、この測定はインテンシティプローブを回転させずに行うことができるので、音源が移動したりその放射音響パワーが変化するような場合においても、精度良く測定を行うことができる。
【００２１】
このように本願発明によれば、複数個のマイクロホンからなるインテンシティプローブを用いて音響インテンシティを測定するように構成された音響インテンシティ測定装置において、安価なマイクロホンを用いた上で、移動音源等に対しても測定精度を高めることができる。
【００２２】
なお、定常音源に対しては、回転マイクロホン法等を適用してインテンシティプローブを回転走査することにより、音響インテンシティを直接かつ精度良く測定することができる。
【００２３】
しかも、本願発明に係る音響インテンシティ測定装置は、マイクロホンが経時変化等により劣化した場合においても、その補正を行うことにより、マイクロホンの交換を必要とせずにメンテナンスフリーの状態で使用を継続することができる。
【００２４】
上記構成において、第１および第２のマイクロホンの間隔と第３および第４のマイクロホンの間隔とを同一の値に設定するようにすれば、音響インテンシティの演算ならびに位相不整合および位置誤差をキャンセリングするための演算を、各組毎に全く同様にして行うことができるので、演算処理を簡略化することができる。
【００２５】
また上記構成において、上記測定点から上記軸線方向に離れた位置に第５のマイクロホンが配置された構成とすれば、音源が上記２直線を含む平面に対して、どちら側の空間に存在するのかを判別することができる。
【００２６】
その際、上記測定点に関して第５のマイクロホンと対称な位置に第６のマイクロホンが配置された構成とすれば、第５および第６のマイクロホンを用いた音響インテンシティの測定により、音源の方向およびその測定点でのインテンシティレベルの上記軸線方向の成分を算出することができる。そして、この算出結果と上記２直線を含む平面に沿った二次元成分の算出結果とから、音源の方向およびその測定点でのインテンシティレベルを三次元的に算出することができる。
【００２７】
また、これら３組のマイクロホンで構成されたインテンシティプローブにおいて、第１、２、５、６のマイクロホンからなる組み合わせおよび第３、４、５、６のマイクロホンからなる組み合わせの各々に対して、後述する可変指向性マイクロホン法等を適用するようにすれば、音源のインテンシティベクトルを三次元空間において精度良く分離することができる。
【００２８】
この場合において、第５および第６のマイクロホンの間隔を、第１および第２のマイクロホンの間隔ならびに第３および第４のマイクロホンの間隔と同一の値に設定するようにすれば、音響インテンシティの演算を各組毎に全く同様にして行うことができるので、演算処理を簡略化することができる。
【００２９】
なお、第５および第６のマイクロホンに関しては、回転マイクロホン法等による両者間の位相不整合の排除が行われないので、特性が揃ったものを用いることが好ましい。そこで、インテンシティプローブを組み付ける際、特性が揃ったマイクロホンを選別して第５および第６のマイクロホン用として優先的に用い、それ以外のマイクロホンを第１〜第４のマイクロホンとして用いるようにすれば、インテンシティプローブの組付け用として供給されるマイクロホンの特性が多少不揃いであっても十分これに対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本願発明の一実施形態に係る音響インテンシティ測定装置を示すブロック図である。
【００３２】
同図に示すように、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０は、インテンシティプローブ１２と、ステップモータ１４と、増幅器１６と、パーソナルコンピュータ１８と、駆動回路２０と、ＣＣＤカメラ２２とを備えてなり、そのインテンシティプローブ１２の測定点Ｏにおける音響インテンシティを測定するようになっている。
【００３３】
図２は、インテンシティプローブ１２およびステップモータ１４を示す斜視図である。
【００３４】
同図に示すように、インテンシティプローブ１２は、６個の無指向性のマイクロホンＭ１〜Ｍ６が、測定点Ｏを原点とするｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸線上に２個ずつ配置されてなっている。その際、これら各マイクロホンＭ１〜Ｍ６として、小型の（例えば直径３〜６ｍｍ程度の）エレクトレットコンデンサマイクロホンが用いられている。
【００３５】
マイクロホンＭ１、Ｍ２は、ｘ軸上において測定点Ｏに関して対称な位置に向かい合わせで配置されており、マイクロホンＭ３、Ｍ４は、ｙ軸上において測定点Ｏに関して対称な位置に向かい合わせで配置されており、マイクロホンＭ５、Ｍ６は、ｚ軸上において測定点Ｏに関して対称な位置に向かい合わせで配置されている。その際、これら６個のマイクロホンＭ１〜Ｍ６は、すべて測定点Ｏから等距離の位置（例えば原点Ｏから１５ｍｍ程度離れた位置）に配置されている。
【００３６】
これら６個のマイクロホンＭ１〜Ｍ６は、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸線方向に延びるようにして立体十字状に形成された軸状支持部材２４の３対の軸端部に各々固定されている。そして、この軸状支持部材２４における各軸端部の近傍部位には、複数の音孔２４ａが互いに同一配置で形成されている。
【００３７】
ステップモータ１４は、その出力軸１４ａがｘ軸方向に延びるようにして配置されており、その出力軸１４ａの先端部がマイクロホンＭ２を介して軸状支持部材２４に固定されている。そして、このステップモータ１４の駆動により、インテンシティプローブ１２をｘ軸回りに回転させ得るようになっている。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０においては、６個のマイクロホンＭ１〜Ｍ６で測定された音圧データを、増幅器１６で各々増幅した後、パーソナルコンピュータ１８に入力するようになっている。そして、このパーソナルコンピュータ１８では、入力データをＡＤ変換した後、その演算処理部において、後述する回転マイクロホン法および可変指向性マイクロホン法を用いた所定のアルゴリズムに基づいてデータ解析を行うことにより、測定点Ｏにおける音響インテンシティを演算するようになっている。
【００３９】
また、ｙ−ｚ平面上に位置する２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６の回転マイクロホン法により得られた測定データを基準に、回転しない固定状態での２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６による測定値の補正値を求める演算と、この補正値を適用した２マイクロホン法での測定値の補正演算と、可変指向性マイクロホン法の演算についても、この演算処理部で行うようになっている。
【００４０】
そして、ｙ−ｚ平面上に位置する２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６で測定された音圧データおよび上記補正値に基づく音響インテンシティの演算結果より、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルのｙ−ｚ平面に沿った二次元成分を算出するとともに、ｘ軸上に位置する１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２で測定された音圧データに基づく音響インテンシティの演算結果により、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルのｘ軸に沿った成分を算出し、これらにより音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルを三次元的に算出して、音源の方向およびその放射音響パワーを算出するようになっている。
【００４１】
この補正値を加味した音響インテンシティの測定（以下「本測定」ともいう）は、音源が移動したり、あるいはその放射音響パワーが変化するような場合においても、精度良く測定を行うことができるようにするため、インテンシティプローブ１２を回転させずに行うようになっている。
【００４２】
本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０においては、この本測定に先立って、インテンシティプローブ１２の校正のための測定（以下「予備測定」ともいう）が行われるようになっている。この予備測定においては、定常音源（すなわち放射音響パワーが一定の固定音源）に対して、後述する回転マイクロホン法により、ｙ−ｚ平面上に位置する２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６を、ステップモータ１４によりｘ軸回りに所定角度ずつ回転させて各回転位置で音響インテンシティの測定を行うことにより、マイクロホンＭ３、Ｍ４相互間に存在する固有の位相不整合および位置誤差をキャンセリングするとともにマイクロホンＭ５、Ｍ６相互間に存在する固有の位相不整合および位置誤差をキャンセリングして、これらの影響を排除するようになっている。なお、ステップモータ１４は、パーソナルコンピュータ１８から駆動回路２０を介して入力される駆動制御信号により駆動されるようになっている。
【００４３】
また、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０においては、本測定の際、ｘ軸上に位置する１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２およびｙ軸上に位置する１組のマイクロホンＭ３、Ｍ４からなる４個のマイクロホン、ならびに、ｘ軸上に位置する１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２およびｚ軸上に位置する１組のマイクロホンＭ５、Ｍ６からなる４個のマイクロホンの各々に、後述する可変性指向マイクロホン法を適用することにより、インテンシティプローブ１２のｘ軸方向の指向性を三次元的に変化させて、音源探査および音源分離を行うことができるようになっている。
【００４４】
ＣＣＤカメラ２２は、インテンシティプローブ１２およびステップモータ１４を支持する部材（図示せず）に固定されている。その際、このＣＣＤカメラ２２は、ｘ軸と平行になるようにしてマイクロホンＭ２からマイクロホンＭ１の方向へ向けて配置されている。そしてこれにより、インテンシティプローブ１２を音源の方向へ向けたときに、音源およびその周辺領域を撮影して、これを画像データとしてパーソナルコンピュータ１８に取り込むことができるようになっている。
【００４５】
次に、本測定の際に用いられる２マイクロホン法について、マイクロホンＭ１、Ｍ２を例にとって説明する。
【００４６】
例えば、音源がインテンシティプローブ１２の斜め前方にあったとすると、マイクロホンＭ１に到達した音波面は、ある時間経過後にマイクロホンＭ２に到達することとなる。その際に生じる両マイクロホンＭ１、Ｍ２間の音圧差から、音響インテンシティのｘ軸成分を算出することができる。また、この音圧差から、前後いずれの方向からの音であるかを判別することができる。
【００４７】
すなわち、マイクロホンＭ１での音圧をｐ1(t)とし、マイクロホンＭ２での音圧をｐ2(t)とした場合、音圧の平均値Ｐ(t)と粒子速度Ｖ(t)は、式（１）、式（２）のようになる。
【００４８】
【数１】
2005069774.tif 000003
ここで、Δｒは両マイクロホンＭ１、Ｍ２の間隔であり、ρは空気密度である。測定点Ｏにおける音響インテンシティは、Ｖ(t)をＰ(t)に乗じて、その時間平均を算出することにより得られる。
【００４９】
次に、予備測定の際に用いられる回転マイクロホン法について、マイクロホンＭ１、Ｍ２を例にとって説明する。
【００５０】
図３は、マイクロホンＭ１、Ｍ２と点状の定常音源である音源Ｓとの位置関係を立体的に示す図である。なお、同図におけるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、音源Ｓを原点とする座標系であって、図１および２に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とは別の座標系である。
【００５１】
同図において、測定点Ｏにおける２マイクロホン軸（すなわちマイクロホンＭ１とマイクロホンＭ２とを結ぶ軸線）に沿った方向の音響インテンシティは、式（３）によって得られる。
【００５２】
【数２】
2005069774.tif 000004
ここで、ｋは波数であり、Δｒは両マイクロホンＭ１、Ｍ２の間隔であり、φ12（＝φ1−φ2）はマイクロホンＭ１、Ｍ２相互間の位相誤差である。
【００５３】
式（３）より、仮にα=α´、β=β´であっても、すなわち２マイクロホン軸が正しい方向へ向けられた場合であっても、音響インテンシティを測定する際、マイクロホンＭ１、Ｍ２相互間に固有の位相不整合が依然として残ってしまうことが判る。このように通常の２マイクロホン法では、α=α´、β=β´でかつφ12／ｋΔｒ＝０のときのみ、音響インテンシティは正しい値となる。
【００５４】
マイクロホンＭ１、Ｍ２を用いて測定された音響インテンシティを、ｘ−ｙ平面上に投影した音響インテンシティ成分Ｉxyは、式（４）によって得られる。
【００５５】
【数３】
2005069774.tif 000005
また、式（４）においてβ´とβとが同じ値に設定されているとした場合、すなわち２マイクロホン軸の方向がｒに沿った方向に配置されているとした場合には、ｚ軸と音響インテンシティ成分Ｉxyとを含む平面内の音響インテンシティ成分Ｉz,xyは、式（５）によって得られる。
【００５６】
【数４】
2005069774.tif 000006
これにより、２マイクロホン軸がこれら各面内において測定点Ｏの回りで回転するとすれば、式（４）と式（５）とから得られる音響インテンシティ成分は、それぞれ角度αおよび角度βの関数となる。そして、これらは、初期位相不一致を表す定数項を含んだ回転角の周期関数となる。
【００５７】
したがって、式（４）および式（５）からα´、β´とφ12／ｋΔｒとをキャンセリングするためには、式（６）および式（７）のように、式（４）および式（５）に周期関数eｘp（ｊα´）およびeｘp（ｊβ´）を各々乗じて、その結果に対して回転一周期分の積分を行うようにすればよい。
【００５８】
【数５】
2005069774.tif 000007
式（６）および式（７）式の演算により、各軸に沿った正確な音響インテンシティ成分が得られる。
【００５９】
さらに、これら式（６）および式（７）は、式（８）のように表現することができる。
【００６０】
【数６】
2005069774.tif 000008
その際、この式（８）は、Ｎの値に応じて、式（９）のように３つに分類することができる。
【００６１】
【数７】
2005069774.tif 000009
式（９）から、回転は１２０度ずつ３回行えば足りることが判る。
【００６２】
これと同様の操作を、図１および２においてｙ−ｚ平面上に位置する２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６をｘ軸回りに回転させることにより行うようにすれば、すなわち、上記乗算および回転一周期分の積分を、測定およびデータ処理を通じて行うようにすれば、位相不整合および位置誤差をキャンセリングすることができる。
【００６３】
次に、本測定の際、音源探査および音源分離に用いられる可変指向性マイクロホン法について、２組のマイクロホンＭ１、Ｍ２およびＭ３、Ｍ４を例にとって説明する。
【００６４】
図４に示すように、異なったスペクトルを有する複数の音源で構成される二次元(ｘ−ｙ面)の音場を想定する。
【００６５】
同図において、各マイクロホンＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の音圧は、式（１０）、式（１１）、式（１２）、式（１３）によって各々与えられる。
【００６６】
【数８】
2005069774.tif 000010
ここで、Ｐn.0(ω)は音源Ｓnから原点に到達した音圧のスペクトルであり、ωは角周波数であり、ｋは波数であり、Δｒは各組におけるマイクロホン間隔であり、φ1、φ2、φ3、φ4は各マイクロホンの初期位相である。
【００６７】
有限差分近似(ｋΔｒ>>１)の下では、原点での音圧Ｐ0(ω)は、式（１４）のように近似される。
【００６８】
【数９】
2005069774.tif 000011
そして、ｙ軸方向の圧力傾度信号ＰGy(ω)は、式（１５）のように近似される。
【００６９】
【数１０】
2005069774.tif 000012
ここで、ｃは音速であり、φ34はマイクロホンＭ３、Ｍ４相互間の位相誤差である。
【００７０】
また、ｘ軸方向の圧力傾度信号ＰGx(ω)は、式（１６）のように近似される。
【００７１】
【数１１】
2005069774.tif 000013
一方、ｘ軸方向の音響インテンシティＩx（ω）は、式（１７）により得られる。
【００７２】
【数１２】
2005069774.tif 000014
ここで、ρは空気密度であり、Im{  }は虚数部であり、＊は複素共役を示している。
【００７３】
図４においてβの範囲内にあるθmの方向を向いた音響インテンシティベクトルを分離するため、式（１４）とφ34を無視した式（１５）を用いて、分離条件を定義すると、式（１８）のようになる。
【００７４】
【数１３】
2005069774.tif 000015
式（１８）中のαは、方向分離角度βを決定するための係数を表しており、α＝sinβ（0＜α＜1）で与えられる。すなわち、この方向分離角度βを、例えば１５°に設定することで、インテンシティプローブ１２はｘ軸方向に±１５°（合わせて３０°）の指向特性を有するようになる。
【００７５】
この可変指向性マイクロホン法を用いることにより、音源探査および音源分離を行うことができる。
【００７６】
以上詳述したように、本実施形態に係る本願発明に係る音響インテンシティ測定装置１０は、インテンシティプローブ１２を構成するマイクロホンとして、ｙ軸上において測定点Ｏに関して対称な位置に配置された１組のマイクロホンＭ３、Ｍ４と、ｚ軸上において測定点Ｏに関して対称な位置に配置された１組のマイクロホンＭ５、Ｍ６とを備えており、これら十字に配置された２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６を用いて音響インテンシティを測定することにより、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルのｙ−ｚ平面に沿った二次元成分を算出することができる。
【００７７】
その際、これら２組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６は、ｘ軸回りに回転し得る構成となっているので、これらを本測定に先立って回転走査することにより、各組のマイクロホンＭ３、Ｍ４およびＭ５、Ｍ６において１対のマイクロホン相互間に存在する固有の位相不整合および位置誤差をキャンセリングして、これらの影響を排除することができる。そして、このようにして位相不整合および位置誤差の影響が排除されたインテンシティプローブ１２を用いて、本測定としての音響インテンシティの測定を行うことにより、これを精度良く行うことができる。その際、この本測定はインテンシティプローブ１２を回転させずに行うことができるので、音源が移動したりその放射音響パワーが変化するような場合においても、精度良く測定を行うことができる。
【００７８】
このように本実施形態によれば、エレクトレットコンデンサマイクロホン等のような安価なマイクロホンを用いた上で、移動音源等に対しても測定精度を高めることができる。
【００７９】
なお、本実施形態においては、インテンシティプローブ１２を回転走査して位相不整合および位置誤差をキャンセリングした後に、インテンシティプローブ１２を固定した状態で音響インテンシティを測定するようになっているが、定常音源に対しては、回転マイクロホン法を適用してインテンシティプローブ１２を回転走査することにより、音響インテンシティを直接かつ精度良く測定することができる。
【００８０】
しかも、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０は、マイクロホンＭ３〜Ｍ６が経時変化等により劣化した場合においても、その補正を行うことにより、マイクロホンＭ３〜Ｍ６の交換を必要とせずにメンテナンスフリーの状態で使用を継続することができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０においては、これら４個のマイクロホンＭ３〜Ｍ６が測定点Ｏから等距離の位置に配置されているので、音響インテンシティの演算ならびに位相不整合および位置誤差をキャンセリングするための演算を、各組毎に全く同様にして行うことができ、これにより演算処理を簡略化することができる。
【００８２】
さらに、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０においては、ｘ軸上において測定点Ｏに関して対称な位置に、１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２が配置されているので、両マイクロホンＭ１、Ｍ２を用いて音響インテンシティを測定することにより、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルのｘ軸方向の成分を算出することができる。そして、この算出結果と、マイクロホンＭ３〜Ｍ６を用いた測定により算出されたｙ−ｚ平面に沿った二次元成分の算出結果とから、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルを三次元的に算出することができる。
【００８３】
なお、ｘ軸上に配置されるマイクロホンＭ１、Ｍ２に関しては、回転マイクロホン法による両者間の位相不整合の排除が行われないので、特性が揃ったものを用いることが好ましい。そこで、インテンシティプローブ１２を組み付ける際、特性が揃ったマイクロホンを選別してマイクロホンＭ１、Ｍ２用として優先的に用い、それ以外のマイクロホンをマイクロホンＭ３〜Ｍ６として用いるようにすれば、インテンシティプローブ１２の組付け用として供給されるマイクロホンの特性が多少不揃いであっても十分これに対応することができる。
【００８４】
さらに、本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０においては、ｘ軸上に配置された１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２およびｙ軸上に配置された１組のマイクロホンＭ３、Ｍ４からなる４個のマイクロホン、ならびにｘ軸上に配置された１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２およびｚ軸上に配置された１組のマイクロホンＭ５、Ｍ６からなる４個のマイクロホンの各々に、可変指向性マイクロホン法を適用することで、インテンシティプローブ１２のｘ軸方向の指向性を三次元的に鋭くすることができる。そしてこれより、音響インテンシティを測定する際、ノイズ源を分離して、測定対象となる音源を精度良く同定することができる。
【００８５】
また、ｙ−ｚ平面上において、いわゆるヌル点探査法を適用して音源探査を行うことができる。すなわち、このヌル点探査法においては、測定点０でのインテンシティレベルのｙ−ｚ平面に対するｙ成分とｚ成分を０（ゼロ）とすることにより、音源がｘ軸線上に存在することを確認することができる。その際、可変指向性マイクロホン法により、ｘ軸方向の指向特性を三次元的に鋭くすることができるので、容易に音源探査および音源分離を行うことができる。
【００８６】
本実施形態に係る音響インテンシティ測定装置１０は、ｘ軸と平行になるようにしてマイクロホンＭ２からマイクロホンＭ１の方向へ向けて配置されたＣＣＤカメラ２２を備えているので、音源探査が完了したときに音源およびその周辺領域を撮影して、これを画像データとしてパーソナルコンピュータ１８に取り込むことができる。そしてこれにより音源を視覚的に認識することができる。
【００８７】
なお、ＣＣＤカメラ２２に代えて、あるいはＣＣＤカメラ２２と共に、ＣＣＤカメラ２２と同じ向きに配置されたレーザポインタを備えた構成とすることも可能である。このような構成を採用した場合には、音源をレーザ光照射により指し示すことができ、これにより音源の位置をピンポイントで特定することができる。
【００８８】
上記実施形態においては、マイクロホンＭ１〜Ｍ６が測定点Ｏから等距離の位置に配置されているものとして説明したが、マイクロホンＭ３、Ｍ４およびマイクロホンＭ５、Ｍ６とマイクロホンＭ１、Ｍ２とで、測定点Ｏからの距離を異なった値に設定することも可能である。
【００８９】
また上記実施形態においては、ｘ軸上に１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２が配置された構成となっているが、音響インテンシティ測定装置の使用目的によっては、音源の方向およびその測定点Ｏでのインテンシティレベルを二次元的に測定することができれば足りる場合もある。このような場合には、マイクロホンＭ１、Ｍ２を省略することも可能である。
【００９０】
あるいは、このようにする代わりに、１組のマイクロホンＭ１、Ｍ２のうち、いずれか一方のマイクロホンを残すようにすれば、このマイクロホンで測定された音圧データと、マイクロホンＭ３〜Ｍ６で測定された音圧データから算出される測定点Ｏにおける仮想音圧データとを用いることにより、音源がｙ−ｚ平面に対して前後いずれの空間に存在するのかを判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本願発明の一実施形態に係る音響インテンシティ測定装置を示すブロック図
【図２】上記音響インテンシティ測定装置を構成するインテンシティプローブおよびステップモータを示す斜視図
【図３】上記インテンシティプローブの校正の際に用いられる回転マイクロホン法を説明するために、１組のマイクロホンと音源との位置関係を立体的に示す図
【図４】上記音響インテンシティ測定装置による音響インテンシティ測定の際、音源探査および音源分離に用いられる可変指向性マイクロホン法を説明するために、異なったスペクトルを有する複数の音源で構成される二次元の音場を想定して示す図
【符号の説明】
【００９２】
１０  音響インテンシティ測定装置
１２  インテンシティプローブ
１４  ステップモータ
１４ａ  出力軸
１６  増幅器
１８  パーソナルコンピュータ
２０  駆動回路
２２  ＣＣＤカメラ
２４  軸状支持部材
２４ａ  音孔
Ｍ１  マイクロホン（第５のマイクロホン）
Ｍ２  マイクロホン（第６のマイクロホン）
Ｍ３  マイクロホン（第１のマイクロホン）
Ｍ４  マイクロホン（第２のマイクロホン）
Ｍ５  マイクロホン（第３のマイクロホン）
Ｍ６  マイクロホン（第４のマイクロホン）
Ｏ  測定点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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