JP2019035628A - Space sound analysis method and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間における音響解析方法及びそのシステムに関し、特に、空間内の音源と観測位置との間の伝達経路解析を含む音響解析方法及びそのシステムに関する。 The present invention relates to an acoustic analysis method and system therefor, and more particularly to an acoustic analysis method and system including an analysis of a transmission path between a sound source and an observation position in the space.
自動車や鉄道車両、航空機の内部やその他の空間内にいる搭乗者がどのような騒音(振動音)を感じているか、あるいは騒音が空間内にどのように伝搬しているか、該空間についての音響解析が必要となる。かかる音響解析の1つの方法として、音源と搭乗者の頭部に対応する観測位置との間の空気を介したエネルギー伝達経路を評価する伝達経路解析(TPA;Transfer Path Analysis)が行われる。例えば、空気伝搬経路による音圧は、壁などの音源表面からの体積加速度に伝達関数を掛けて求められる。 What kind of noise (vibration sound) is felt by passengers inside automobiles, railway cars, aircraft, and other spaces, and how noise propagates in the space, and the acoustics about the space Analysis is required. As one method of such acoustic analysis, transfer path analysis (TPA) for evaluating an energy transfer path via air between a sound source and an observation position corresponding to the head of a passenger is performed. For example, the sound pressure by the air propagation path is obtained by multiplying the volume acceleration from the surface of the sound source such as a wall by a transfer function.
例えば、非特許文献1では、鉄道車両の台車等の音源から車内での騒音・振動の伝搬経路ごとの寄与度を把握する伝達経路解析において、実際に走行している鉄道車両のデータを用いた方法について述べている。複数箇所に取り付けた振動加速度センサにより、各地点で3方向の振動加速度を観測するとともに、入力点(音源)と評価点(観測位置)との間で定義される伝達関数を用いた解析を行っている。 For example, in Non-Patent Document 1, in the transmission path analysis for grasping the contribution degree of each noise / vibration propagation path in a vehicle from a sound source such as a railway vehicle carriage, data of the railway vehicle actually running is used. Describes the method. Using vibration acceleration sensors attached to multiple locations, observe vibration acceleration in three directions at each location, and perform analysis using a transfer function defined between the input point (sound source) and the evaluation point (observation position) ing.
ところで、音波の強さは音圧と粒子速度で表される。この音圧はマイクロフォンにより加速度としても観測できるが、その場に作用する力などの各種情報までを得るには粒子速度の考慮も必要となる。 By the way, the intensity of sound waves is expressed by sound pressure and particle velocity. This sound pressure can be observed as acceleration by a microphone, but it is necessary to consider the particle velocity in order to obtain various information such as force acting on the field.
例えば、特許文献1では、音圧に変えて音を伝達する空気粒子としての「音響粒子」を考慮し、この速度観測を観測位置で行って、音源から観測位置(受音側)への伝達関数を求めることを開示している。音源から観測位置までの構造伝搬経路及び空気伝搬経路からなる音経路において、構造伝搬経路では力センサや加速度センサによって構造支持体に付加されている力を測定するとともに、空気伝搬経路では音源の放射面近くに取り付けた体積加速度センサによって体積加速度を測定する。そして、観測位置に音響粒子速度センサを配置して粒子速度ベクトルを決定し、この粒子速度ベクトルへの音源からの各経路の寄与を三次元ベクトル法によって解析し得るとしている。 For example, in Patent Document 1, “acoustic particles” as air particles that transmit sound instead of sound pressure are taken into consideration, and this velocity observation is performed at the observation position, and transmission from the sound source to the observation position (sound receiving side). It discloses disclosing the function. In the sound path consisting of the structure propagation path from the sound source to the observation position and the air propagation path, the structure propagation path measures the force applied to the structure support by the force sensor and acceleration sensor, and the air propagation path emits the sound source. Volume acceleration is measured by a volume acceleration sensor attached near the surface. An acoustic particle velocity sensor is arranged at the observation position to determine a particle velocity vector, and the contribution of each path from the sound source to the particle velocity vector can be analyzed by a three-dimensional vector method.
また、非特許文献2では、観測位置にマイクロフォンのような観測器を配置するのではなく、逆に、観測位置に模擬音源を配置し音源側にマイクロフォンを配置して観測を行って、伝達関数の相反性から伝達経路解析を行う方法について述べている。相反定理を利用した音響加振法によれば、音源側に小型のマイクロフォンを配置することができて、300Hz程度以下の騒音(振動音)の発生源を局所的に絞って詳細に解析し得るとしている。 In Non-Patent Document 2, an observation device such as a microphone is not arranged at the observation position, but conversely, a simulated sound source is arranged at the observation position and a microphone is arranged at the sound source side, and the transfer function is used. It describes the method of conducting transmission path analysis from the reciprocity of. According to the acoustic excitation method using the reciprocity theorem, a small microphone can be arranged on the sound source side, and the generation source of noise (vibration sound) of about 300 Hz or less can be locally narrowed down and analyzed in detail. It is said.
上記したように、相反定理を利用した音響加振法によれば、騒音(振動音)の発生源を局所的に絞って観測でき、空間内の音源と観測位置との間の伝達経路解析を含む音響解析を詳細に行うことが可能となる。一方、模擬音源としては無指向性のものが必要となり、特に、低周波数域では模擬音源が大きくなってしまうことから、観測位置への音響的な影響を無視できず、かつ点音源と見なせなくなって解析精度を低下させる原因となる。 As described above, according to the acoustic excitation method using the reciprocity theorem, it is possible to observe the source of noise (vibration sound) locally, and analyze the transmission path between the sound source and the observation position in the space. It becomes possible to perform the acoustic analysis including it in detail. On the other hand, an omnidirectional sound source is required as a simulated sound source, and in particular, the simulated sound source becomes large in the low frequency range, so the acoustic effect on the observation position cannot be ignored and can be regarded as a point sound source. It becomes a cause of reducing the analysis accuracy.
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、自動車や鉄道車両、航空機の内部やその他の空間内の音源と観測位置との間の伝達経路解析を含む音響解析方法及びそのシステムの提供にある。 The present invention has been made in view of the situation as described above, and its purpose includes analysis of a transmission path between a sound source and an observation position in an automobile, a railway vehicle, an aircraft, or other space. An acoustic analysis method and system thereof are provided.
本発明による音響解析方法は、空間内に形成される音場を解析する音響解析方法であって、前記空間内の観測位置に音響センサを配置し、設定される仮想音源面に沿ってスピーカを移動させつつ前記スピーカの前方に配置した音響粒子速度センサによって前記スピーカから発せられる音の音響粒子速度を測定して、前記観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得する伝達関数取得工程を含むことを特徴とする。 An acoustic analysis method according to the present invention is an acoustic analysis method for analyzing a sound field formed in a space, wherein an acoustic sensor is disposed at an observation position in the space, and a speaker is placed along a set virtual sound source surface. A transfer function acquiring step of measuring a sound particle velocity of sound emitted from the speaker by an acoustic particle velocity sensor disposed in front of the speaker while moving and acquiring a transfer function between the observation position and its surroundings; It is characterized by including.
かかる発明によれば、観測位置の音響センサとスピーカの前方の音響粒子速度センサとで観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得するので、スピーカを仮想音源面に沿って移動させることで観測位置と仮想音源面の各部分とのそれぞれの間の伝達関数を得ることができる。そして、これらの伝達関数によって空間内における音源と観測位置との間の伝達経路解析を含む音響解析を可能とする。 According to this invention, since the transfer function between the observation position and its surroundings is acquired by the acoustic sensor at the observation position and the acoustic particle velocity sensor in front of the speaker, the speaker can be moved along the virtual sound source plane. A transfer function between the observation position and each part of the virtual sound source surface can be obtained. These transfer functions enable acoustic analysis including analysis of the transfer path between the sound source and the observation position in the space.
上記した発明において、所定周波数範囲の音を前記音響粒子速度センサで測定するよう前記スピーカを駆動させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、伝達関数を精度よく取得できる。 In the above-described invention, the speaker may be driven so that sound in a predetermined frequency range is measured by the acoustic particle velocity sensor. According to this invention, the transfer function can be acquired with high accuracy.
上記した発明において、前記スピーカは面振動スピーカであり、前記所定周波数範囲は前記スピーカの(1,1)モードの振動での固有振動数を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、得られる伝達関数の精度を向上させ得る。 In the above-described invention, the speaker may be a surface vibration speaker, and the predetermined frequency range may include a natural frequency of (1, 1) mode vibration of the speaker. According to this invention, the accuracy of the obtained transfer function can be improved.
上記した発明において、前記音響センサはマイクロフォンであり音圧を測定することを特徴としてもよい。また、上記した発明において、前記音響センサは音響粒子速度センサであり音響粒子速度を測定することを特徴としてもよい。さらに、上記した発明において、前記音響センサはさらに音の強さを測定することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、それぞれ音圧、音響粒子速度、音の強さについての伝達関数を得ることができる。 In the above-described invention, the acoustic sensor may be a microphone and measure sound pressure. In the above-described invention, the acoustic sensor may be an acoustic particle velocity sensor, and may measure an acoustic particle velocity. Furthermore, in the above-described invention, the acoustic sensor may further measure the intensity of sound. According to this invention, transfer functions for sound pressure, acoustic particle velocity, and sound intensity can be obtained, respectively.
上記した発明において、前記仮想音源面は前記空間内に突出する部位の表面を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、空間内に突出する部位があってもこれを仮想音源面として音響解析ができる。 In the above-described invention, the virtual sound source surface may include a surface of a portion protruding into the space. According to this invention, even if there is a portion protruding in the space, acoustic analysis can be performed using this as a virtual sound source surface.
上記した発明において、前記伝達関数取得工程において、前記仮想音源面をN個に分割した分割面のそれぞれについてその位置xn(n=1〜N)から前記観測位置rまでの伝達関数Gn(xn/r)を決定しておき、その後、前記位置xnで測定される音響粒子速度v(xn)から前記観測位置rの音響特性p(r)を
本発明による音響解析システムは、空間内に形成される音場を解析する音響解析システムであって、前記空間内の観測位置に配置された音響センサと、設定される仮想音源面上に配置されるスピーカと、前記スピーカの前方に配置した音響粒子速度センサと、を含み、前記仮想音源面に沿って前記スピーカを移動させつつ前記音響粒子速度センサによって前記スピーカから発せられる音の音響粒子速度を測定して、前記観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得する伝達関数取得部を含むことを特徴とする。 An acoustic analysis system according to the present invention is an acoustic analysis system for analyzing a sound field formed in a space, and is disposed on an acoustic sensor disposed at an observation position in the space and a set virtual sound source plane. An acoustic particle velocity sensor disposed in front of the speaker, and the acoustic particle velocity of the sound emitted from the speaker by the acoustic particle velocity sensor while moving the speaker along the virtual sound source surface. It includes a transfer function acquisition unit that measures and acquires a transfer function between the observation position and its surroundings.
かかる発明によれば、観測位置の音響センサとスピーカの前方の音響粒子速度センサとで観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得するので、スピーカを仮想音源面に沿って移動させることで観測位置と仮想音源面の各部分とのそれぞれの間の伝達関数を得ることができる。そして、これらの伝達関数によって空間内における音源と観測位置との間の伝達経路解析を含む音響解析を可能とする。 According to this invention, since the transfer function between the observation position and its surroundings is acquired by the acoustic sensor at the observation position and the acoustic particle velocity sensor in front of the speaker, the speaker can be moved along the virtual sound source plane. A transfer function between the observation position and each part of the virtual sound source surface can be obtained. These transfer functions enable acoustic analysis including analysis of the transfer path between the sound source and the observation position in the space.
上記した発明において、所定周波数範囲の音を前記音響粒子速度センサで測定するよう前記スピーカを駆動させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、伝達関数を精度よく取得できる。 In the above-described invention, the speaker may be driven so that sound in a predetermined frequency range is measured by the acoustic particle velocity sensor. According to this invention, the transfer function can be acquired with high accuracy.
上記した発明において、前記スピーカは面振動スピーカであり、前記所定周波数範囲は前記スピーカの(1,1)モードの振動での固有振動数を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、得られる伝達関数の精度を向上させ得る。 In the above-described invention, the speaker may be a surface vibration speaker, and the predetermined frequency range may include a natural frequency of (1, 1) mode vibration of the speaker. According to this invention, the accuracy of the obtained transfer function can be improved.
上記した発明において、前記音響センサはマイクロフォンであり音圧を測定することを特徴としてもよい。また、上記した発明において、前記音響センサは音響粒子速度センサであり音響粒子速度を測定することを特徴としてもよい。さらに、上記した発明において、前記音響センサはさらに音の強さを測定することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、それぞれ音圧、音響粒子速度、音の強さについての伝達関数を得ることができる。 In the above-described invention, the acoustic sensor may be a microphone and measure sound pressure. In the above-described invention, the acoustic sensor may be an acoustic particle velocity sensor, and may measure an acoustic particle velocity. Furthermore, in the above-described invention, the acoustic sensor may further measure the intensity of sound. According to this invention, transfer functions for sound pressure, acoustic particle velocity, and sound intensity can be obtained, respectively.
上記した発明において、前記仮想音源面は前記空間内に突出する部位の表面を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、空間内に突出する部位があってもこれを仮想音源面として音響解析ができる。 In the above-described invention, the virtual sound source surface may include a surface of a portion protruding into the space. According to this invention, even if there is a portion protruding in the space, acoustic analysis can be performed using this as a virtual sound source surface.
上記した発明において、前記伝達関数取得部において、前記仮想音源面をN個に分割した分割面のそれぞれについてその位置xn(n=1〜N)から前記観測位置rまでの伝達関数Gn(xn/r)を決定しておき、その後、前記位置xnで測定される音響粒子速度v(xn)から前記観測位置rの音響特性p(r)を
本発明による音響解析方法について図1及び図2を用いて説明する。ここでは、音響解析の一部として観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得することを主として含むものであるが、説明を簡単にするために、音響解析の例として、周囲に騒音のある空間の中の観測位置における音圧を推定する場合を説明する。 The acoustic analysis method according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, it mainly includes obtaining a transfer function between the observation position and its surroundings as part of the acoustic analysis, but in order to simplify the explanation, as an example of acoustic analysis, a space with noise around it is used. The case of estimating the sound pressure at the observation position in will be described.
図1に図2を併せて参照すると、まず、音響解析すべき空間1を設定する(S1)。空間1としては、例えば、列車等の車両の内部や自動車の室内など、外部から空間1の内部に音を伝搬させる壁面等の音源となる面を有する空間を想定する。 Referring to FIG. 1 together with FIG. 2, first, a space 1 to be acoustically analyzed is set (S1). As the space 1, for example, a space having a surface serving as a sound source such as a wall surface that propagates sound from the outside to the inside of the space 1 such as the inside of a vehicle such as a train or the interior of a car is assumed.
ここで、空間1は、全面を物理的な壁面によって区画されている必要はなく、例えば外部と通じる開口部分のある開空間でもよい。このような場合には、かかる開口部分にも音を内部に伝搬させる面が連続して存在するものとする。そして、壁面や開口部分を含め、空間1内部に音を伝搬させるこれらの面を空間1内の音源となる仮想音源面2として設定する。また、車両の内部に備えられる座席や、自動車のコンソールボックスなど、室内に突出して備えられる備品などのある場合において、仮想音源面2はかかる備品などに沿って、つまり空間1の内部に突出する部位の表面を含むように設定されるとよい。また、室内に音源のある場合などは、その音源の表面に仮想音源面2を設定して、かかる音源を仮想音源面2の外側に配置する。なお、明らかに外部からの音の伝搬のない部分や音の伝搬を無視できる部分については仮想音源面2を設定する必要はない。 Here, the space 1 does not need to be partitioned entirely by physical wall surfaces, and may be, for example, an open space having an opening portion communicating with the outside. In such a case, it is assumed that there is a continuous surface for sound propagation inside the opening. Then, these surfaces that propagate the sound into the space 1 including the wall surface and the opening are set as the virtual sound source surface 2 that becomes the sound source in the space 1. Further, in the case where there is a seat provided in the interior of the vehicle, a fixture such as a console box of an automobile, and the like provided in the room, the virtual sound source surface 2 protrudes along the fixture, that is, inside the space 1. It is good to set so that the surface of a site | part may be included. When there is a sound source in the room, the virtual sound source surface 2 is set on the surface of the sound source, and the sound source is arranged outside the virtual sound source surface 2. Note that it is not necessary to set the virtual sound source plane 2 for a portion where there is clearly no external sound propagation or a portion where sound propagation can be ignored.
続いて、仮想音源面2上の各位置xn(n=1〜N)を移動するスピーカと、これに伴って前面で移動する音響粒子速度センサとを配置し、各位置xnにおける音響粒子速度と、空間1内の観測位置rの音響特性とを測定し、これらの関係によって位置xnから観測位置rまでの音響特性の大きさの比と位相差を表す周波数応答関数、すなわち伝達関数(グリーン関数)Gn(xn/r)を取得する(S2)。ここで音響特性としては、音圧や音響粒子速度、音の強さ(音響インテンシティ、単位:W/m2)など、音響に関わる周波数特性を有する各種物理量を用い得る。ここでは音圧についての伝達関数を得たものとする。なお、各位置xnは、仮想音源面2の全面をN個に分割した分割面のそれぞれの位置である。また、この伝達関数取得工程(S2)についての詳細は後述する。 Subsequently, a speaker that moves each position x n (n = 1 to N) on the virtual sound source surface 2 and an acoustic particle velocity sensor that moves along the front in accordance with this are arranged, and acoustic particles at each position x n are arranged. The velocity and the acoustic characteristic at the observation position r in the space 1 are measured, and the frequency response function representing the ratio and phase difference between the magnitudes of the acoustic characteristics from the position xn to the observation position r, that is, the transfer function, by these relations (Green function) G n (x n / r) is acquired (S2). Here, as the acoustic characteristics, various physical quantities having frequency characteristics related to sound such as sound pressure, acoustic particle velocity, and sound intensity (acoustic intensity, unit: W / m 2 ) can be used. Here, it is assumed that a transfer function for sound pressure is obtained. Each position xn is a position of each divided surface obtained by dividing the entire virtual sound source surface 2 into N pieces. Details of this transfer function acquisition step (S2) will be described later.
続いて、仮想音源面2が空間1内に騒音等の音を伝搬させている状態で、分割面の位置xnの音響粒子速度を測定する(S3)。ここでは、音響粒子速度センサを仮想音源面2に沿って移動させて、nを1からNまで変化させて位置xnの音響粒子速度をそれぞれ測定する。ここで、音響粒子速度センサとしては、上記したスピーカの前方に配置したものを取り外して使用してもよいし、別の音響粒子速度センサを用いてもよい。 Subsequently, in a state where the virtual sound source surface 2 is propagating sound such as noise in the space 1, the acoustic particle velocity at the position xn of the dividing surface is measured (S3). Here, the acoustic particle velocity sensor is moved along the virtual sound source plane 2, and n is changed from 1 to N to measure the acoustic particle velocity at the position xn . Here, as the acoustic particle velocity sensor, the acoustic particle velocity sensor may be removed and used, or another acoustic particle velocity sensor may be used.
そして、仮想音源面2に沿って測定した音響粒子速度から観測位置rの音圧p(r)を推定する(S4)。各位置xnにおいて測定した音響粒子速度v(xn)を上記した伝達関数に乗じたものを、さらに全ての位置xnについて加算すればよい。すなわち、観測位置rの音圧p(r)は、ΔS(xn)を各位置xnに対応させて仮想音源面2を分割した分割面の面積として、以下の「式1」で表すことができる。
以上のように、音の伝搬している空間1の中の観測位置rにおける音圧を伝達関数から推定する音響解析のできることを示した。このように、仮想音源面2上の各位置xnから観測位置rまでの伝達関数を取得しておくことで、例えば観測位置rの音圧に対する各位置xnからの寄与の大小を順序づけたり、空間1内の音圧分布を推定したりするなど、空間1内における他の音響解析をすることもできる。音圧の代わりに他の音響特性に関する伝達関数を得ても同様に式1によってそれぞれの音響特性p(r)を推定する音響解析が可能である。 As described above, it has been shown that the sound analysis at the observation position r in the space 1 where the sound propagates can be estimated from the transfer function. Thus, by acquiring the transfer function from each position xn on the virtual sound source surface 2 to the observation position r, for example, the order of the contribution from each position xn to the sound pressure at the observation position r is ordered. It is also possible to perform other acoustic analysis in the space 1 such as estimating the sound pressure distribution in the space 1. Even if a transfer function related to other acoustic characteristics is obtained instead of the sound pressure, the acoustic analysis for estimating the respective acoustic characteristics p (r) can be similarly performed using Equation 1.
次に、本発明による音響解析システムを用いた音響解析方法として、特に上記した伝達関数取得工程(S2)の詳細について、図3を用いて説明する。 Next, as an acoustic analysis method using the acoustic analysis system according to the present invention, details of the above-described transfer function acquisition step (S2) will be described with reference to FIG.
図3に示すように、音響解析システム10は、空間1内に形成される音場を解析するシステムであり、空間1内に設定された仮想音源面2に沿って配置されるスピーカ3と、空間1内の観測位置rに配置される観測位置音響センサ4と、スピーカ3の前方に配置されるスピーカ前音響粒子速度センサ5とを含む。また、スピーカ3、観測位置音響センサ4及びスピーカ前音響粒子速度センサ5は演算処理装置12に接続される。演算処理装置12は、例えば、スピーカ前音響粒子速度センサ5で測定したスピーカ3から発生させた音の音響粒子速度の信号と、観測位置音響センサ4で受信した音による信号との大きさの比と位相差を計測できる。また、演算処理装置12は、伝達関数を取得することのできる伝達関数取得部を含む。 As shown in FIG. 3, the acoustic analysis system 10 is a system for analyzing a sound field formed in the space 1, and a speaker 3 arranged along a virtual sound source plane 2 set in the space 1, An observation position acoustic sensor 4 disposed at an observation position r in the space 1 and a speaker front acoustic particle velocity sensor 5 disposed in front of the speaker 3 are included. The speaker 3, the observation position acoustic sensor 4, and the pre-speaker acoustic particle velocity sensor 5 are connected to the arithmetic processing device 12. The arithmetic processing unit 12 is, for example, the ratio of the magnitude of the acoustic particle velocity signal generated by the speaker 3 measured by the pre-speaker acoustic particle velocity sensor 5 and the sound signal received by the observation position acoustic sensor 4. And phase difference can be measured. The arithmetic processing unit 12 includes a transfer function acquisition unit that can acquire a transfer function.
スピーカ3は、演算処理装置12からの信号によって所定の周波数の音を発生させることができる。つまり、演算処理装置12は少なくとも発振器及びアンプの機能も有する。スピーカ3としては、出力のない状態で空間1に与える音響に関する影響を極力少なくすることが好ましく、測定に使用する音の波長に対して十分小さく、薄いことが好ましい。このようなスピーカ3としては、例えば、面振動スピーカなどが好適である。また、スピーカ3を面振動スピーカとし、これによって発生する音をスピーカ前音響粒子速度センサ5によって代表して測定する場合には、面振動を発生させる振動板は0〜1次モードで一様に振動できるものが好ましい。このような面振動スピーカとしては、例えば圧電スピーカを用い得る。その他、所定の周波数帯域幅の音を発生できるものであれば、小型スピーカや、スマートフォンなども使用し得る。特に、スマートフォンであれば、アンプ等を別に設ける必要もなく、音を発生させるためのアプリケーションをインストールしておけば演算処理装置12の発振器及びアンプの機能を不要とでき、取り回しにおいても有利とし得る。 The speaker 3 can generate a sound having a predetermined frequency by a signal from the arithmetic processing unit 12. That is, the arithmetic processing unit 12 also has at least functions of an oscillator and an amplifier. As the speaker 3, it is preferable to minimize the influence of sound on the space 1 in the absence of output, and it is preferable that the speaker 3 be sufficiently small and thin with respect to the wavelength of sound used for measurement. As such a speaker 3, a surface vibration speaker etc. are suitable, for example. Further, when the speaker 3 is a surface vibration speaker and the sound generated by the speaker 3 is representatively measured by the acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker, the diaphragm for generating the surface vibration is uniformly in the 0 to 1st mode. What can vibrate is preferable. As such a surface vibration speaker, for example, a piezoelectric speaker can be used. In addition, a small speaker, a smartphone, or the like can be used as long as it can generate sound of a predetermined frequency bandwidth. In particular, in the case of a smartphone, it is not necessary to separately provide an amplifier or the like, and if an application for generating sound is installed, the functions of the oscillator and amplifier of the arithmetic processing unit 12 can be made unnecessary, which can be advantageous in handling. .
観測位置音響センサ4は、例えば音圧を測定できるマイクロフォンなど、得ようとする伝達関数に用いられる特定の音響特性を測定できるものや、かかる特定の音響特性に換算可能な音響特性を測定できるものである。また、スピーカ前音響粒子速度センサ5は音響粒子速度を測定可能なセンサであり、特定の方向の感度が高く、意図しない方向からの騒音の影響を受けづらい。そのため、音響粒子である媒質(空気)の粒子速度を高い精度で測定できる。 The observation position acoustic sensor 4 can measure a specific acoustic characteristic used for a transfer function to be obtained, such as a microphone capable of measuring a sound pressure, or can measure an acoustic characteristic that can be converted into the specific acoustic characteristic. It is. The acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker is a sensor capable of measuring the acoustic particle velocity, has high sensitivity in a specific direction, and is not easily affected by noise from an unintended direction. Therefore, the particle velocity of the medium (air) that is acoustic particles can be measured with high accuracy.
ここで、スピーカ3から帯域幅を有する周波数の音を発生させて、スピーカ前音響粒子速度センサ5によって発生された音の音響粒子速度を測定するとともに、観測位置音響センサ4によって観測位置rでの音圧などの音響特性を測定する。演算処理装置12の伝達関数取得部では、スピーカ前音響粒子速度センサ5によって測定された音響粒子速度と、観測位置音響センサ4で測定された音の音響特性との位相差及び大きさの比から、周波数応答関数である伝達関数を算出する。これによって、スピーカ3を位置x1に配置したときの伝達関数G1(x1/r)を取得できる。 Here, a sound having a frequency having a bandwidth is generated from the speaker 3 to measure the acoustic particle velocity of the sound generated by the acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker, and at the observation position r by the observation position acoustic sensor 4. Measure acoustic characteristics such as sound pressure. In the transfer function acquisition unit of the arithmetic processing unit 12, the phase difference and the magnitude ratio between the acoustic particle velocity measured by the acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker and the acoustic characteristics of the sound measured by the observation position acoustic sensor 4 are calculated. Then, a transfer function that is a frequency response function is calculated. Thereby, the transfer function G 1 (x 1 / r) when the speaker 3 is arranged at the position x 1 can be acquired.
ここで、音響特性の測定にあたっては、周囲に騒音のないことが好ましいが、騒音の発生している場合であっても、かかる騒音に対して十分大きい音をスピーカ3から発生させれば、伝達関数を取得できる。 Here, in the measurement of the acoustic characteristics, it is preferable that there is no noise in the surroundings. However, even if noise is generated, transmission is possible if a loud enough sound is generated from the speaker 3. You can get the function.
さらに、スピーカ3の位置を仮想音源面2に沿って移動させ、同様に位置xnに配置したときの観測位置rでの音響特性を測定し、伝達関数Gn(xn/r)を取得する。つまり、面振動スピーカ3の位置を移動させつつnを1からNまで変化させた位置xnのそれぞれに配置し、伝達関数G1(x1/r)〜GN(xN/r)を取得する。これによって、上記したような伝達関数を用いた音響解析が可能となる。 Further, the position of the speaker 3 is moved along the virtual sound source plane 2, and similarly, the acoustic characteristic at the observation position r when it is arranged at the position xn is measured, and the transfer function G n (x n / r) is obtained. To do. That is, the position of the surface vibration speaker 3 is moved and arranged at each position x n where n is changed from 1 to N, and transfer functions G 1 (x 1 / r) to G N (x N / r) are set. get. As a result, acoustic analysis using the transfer function as described above becomes possible.
ここで、スピーカ3の移動に合せてスピーカ前音響粒子速度センサ5も移動させているので、それぞれの位置xnでの音の反響する周囲の壁面等の影響を含めて音響粒子速度を測定でき、これを用いて伝達関数を求めることで、正確な伝達関数を得ることができて、正確な音響解析を可能とする。 Here, since the acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker is moved in accordance with the movement of the speaker 3, the acoustic particle velocity can be measured including the influence of the surrounding wall surface where the sound is reflected at each position xn. By obtaining a transfer function using this, an accurate transfer function can be obtained, and an accurate acoustic analysis can be performed.
なお、観測位置音響センサ4は例えば音圧の測定できるマイクロフォンであるが、これを音響粒子速度センサとすることで、観測位置rの音響粒子速度を測定でき、その場に作用する力などの各種情報までを得ることもできる。例えば、これを音圧や音圧レベルに変換できる。また、上記したように、音の強さなどの他の音響特性を測定してもよく、それぞれにあった音響センサを用いることができる。 The observation position acoustic sensor 4 is, for example, a microphone that can measure sound pressure. By using the microphone as an acoustic particle velocity sensor, the acoustic particle velocity at the observation position r can be measured, and various kinds of forces such as a force acting on the field can be measured. You can even get information. For example, this can be converted into a sound pressure or a sound pressure level. Moreover, as described above, other acoustic characteristics such as sound intensity may be measured, and an acoustic sensor suitable for each may be used.
また、伝達関数の取得に際し、仮想音源面2に沿って移動させるスピーカ3をカメラで撮影しておいて、その位置を画像解析によって求めてもよい。これにより、多数の位置のそれぞれに対応する伝達関数の取得を連続的に処理することが容易になる。 Further, when acquiring the transfer function, the speaker 3 to be moved along the virtual sound source plane 2 may be photographed with a camera, and the position thereof may be obtained by image analysis. This makes it easy to continuously process the acquisition of transfer functions corresponding to each of a number of positions.
[検証試験]
上記した音響解析方法に関し、簡単なモデルで行った検証試験について、図4及び図5を用いて説明する。
[Verification test]
With respect to the acoustic analysis method described above, a verification test performed with a simple model will be described with reference to FIGS.
図4に示すように、内部を空洞とする直方体形状の箱20の内部に音源スピーカ27を配置し、観測位置rには観測位置音響センサ4を配置する。観測位置音響センサ4としては、音圧を測定できるマイクロフォンを用いた。また、床面に接していない箱20の面21〜25は、それぞれ仮想音源面2の一部とし、他の仮想音源面を考慮しなくてよいように騒音のない室内に載置した。箱20としては、段ボール箱の各面に厚さ1.0mmのアルミ板を外側から張り付けたものを使用した。また、箱20の内部の音源スピーカ27としては、振動板をコーン型とする一般的なスピーカを使用した。 As shown in FIG. 4, a sound source speaker 27 is arranged inside a rectangular parallelepiped box 20 having a hollow inside, and an observation position acoustic sensor 4 is arranged at an observation position r. As the observation position acoustic sensor 4, a microphone capable of measuring sound pressure was used. Further, the surfaces 21 to 25 of the box 20 that are not in contact with the floor surface are each part of the virtual sound source surface 2 and placed in a room without noise so that other virtual sound source surfaces need not be considered. As the box 20, a corrugated cardboard box having a 1.0 mm thick aluminum plate attached from the outside was used. Further, as the sound source speaker 27 inside the box 20, a general speaker having a cone-shaped diaphragm was used.
まず、図4(a)に示すように、箱20の面21に沿った位置にスピーカ3を配置し、所定の帯域幅を有する周波数の音を発生させて、スピーカ3の前面に配置したスピーカ前音響粒子速度センサ5で音響粒子速度を測定した。スピーカ3としては小型の面振動スピーカを用いた。同時に、観測位置rの観測位置音響センサ4で音圧を測定した。上記した例と同様に、スピーカ前音響粒子速度センサ5と、観測位置音響センサ4との測定結果から、これらの間の伝達関数を取得した。同様に、面22〜25についても観測位置rまでの伝達関数をそれぞれ取得した。 First, as shown in FIG. 4A, the speaker 3 is arranged at a position along the surface 21 of the box 20, generates a sound having a frequency having a predetermined bandwidth, and is arranged on the front surface of the speaker 3. The acoustic particle velocity was measured by the pre-acoustic particle velocity sensor 5. As the speaker 3, a small surface vibration speaker was used. At the same time, the sound pressure was measured by the observation position acoustic sensor 4 at the observation position r. Similarly to the above-described example, the transfer function between these was obtained from the measurement results of the acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker and the observation position acoustic sensor 4. Similarly, transfer functions up to the observation position r were obtained for the surfaces 22 to 25, respectively.
次いで、図4(b)に示すように、箱20の内部のスピーカ27で所定の帯域幅を有する周波数の音を発生させて、各面21〜25の前面に配置した音響粒子速度センサによる音源面前音響粒子速度センサ6によって音響粒子速度を測定した。音源面前音響粒子速度センサ6としては、スピーカ前音響粒子速度センサ5を代用させることもできる。音源面前音響粒子速度センサ6で測定した音響粒子速度を用いて、各面21〜25から観測位置rまでの伝達関数によって観測位置rの音圧レベルを推定した。つまり、上記した音響解析の例と同様に、仮想音源面2を箱20の5つの面に分割したと仮定して、5つの面についての伝達関数と音響粒子速度との積を得てこれらを加算し、簡易的に観測位置rの音圧レベルを推定するのである。 Next, as shown in FIG. 4B, a sound having a frequency having a predetermined bandwidth is generated by the speaker 27 inside the box 20, and the sound source is generated by the acoustic particle velocity sensor disposed in front of each surface 21 to 25. The acoustic particle velocity was measured by the in-plane acoustic particle velocity sensor 6. As the acoustic particle velocity sensor 6 in front of the sound source surface, the acoustic particle velocity sensor 5 in front of the speaker can be substituted. Using the acoustic particle velocity measured by the acoustic particle surface acoustic particle velocity sensor 6, the sound pressure level at the observation position r was estimated from the transfer function from each surface 21 to 25 to the observation position r. That is, as in the example of acoustic analysis described above, assuming that the virtual sound source surface 2 is divided into five surfaces of the box 20, the product of the transfer function and the acoustic particle velocity for the five surfaces is obtained and these are obtained. The sound pressure level at the observation position r is simply estimated by adding.
一方、箱20の内部のスピーカ27で上記と同様に所定の帯域幅を有する周波数の音を発生させて、観測位置音響センサ4によって音圧レベルを測定した。つまり、箱20内部からの音による観測位置rの音圧レベルを実測するのである。 On the other hand, a sound having a frequency having a predetermined bandwidth was generated by the speaker 27 inside the box 20 in the same manner as described above, and the sound pressure level was measured by the observation position acoustic sensor 4. That is, the sound pressure level at the observation position r due to sound from inside the box 20 is actually measured.
図5には、伝達関数を用いて推定した観測位置rの音圧レベルの周波数特性に併せて、観測位置rで実測した音圧レベルの周波数特性を示した。両者の音圧レベルは、150〜250Hzの周波数範囲においてほぼ同じとなった。つまり、仮想音源面2を箱20の5つの面のみに分割した簡易的なモデルであるにも関わらず、少なくとも上記した周波数範囲においては音響解析に用いることのできる伝達関数を精度よく取得できていることが判る。 FIG. 5 shows the frequency characteristics of the sound pressure level measured at the observation position r together with the frequency characteristics of the sound pressure level at the observation position r estimated using the transfer function. Both sound pressure levels were almost the same in the frequency range of 150 to 250 Hz. That is, although the virtual sound source surface 2 is a simple model divided into only five surfaces of the box 20, a transfer function that can be used for acoustic analysis can be obtained with high accuracy at least in the frequency range described above. I know that.
ところで、本検証試験ではスピーカ前音響粒子速度センサ5に測定させる音の周波数範囲を50〜400Hzに定めて、同周波数範囲を含む帯域幅の音を発生させるようスピーカ3を駆動させて伝達関数を取得している。このように、周囲の環境により発生し得る音や解析の対象とする音の周波数範囲に合わせて、伝達関数を取得する周波数範囲を定めておくと演算処理を省力化できて好ましい。また、より精度の高い伝達関数を得られる周波数範囲に絞って音響解析を行うこともできる。 By the way, in this verification test, the frequency range of the sound to be measured by the acoustic particle velocity sensor 5 before the speaker is set to 50 to 400 Hz, and the speaker 3 is driven so as to generate a sound having a bandwidth including the same frequency range. Have acquired. As described above, it is preferable that the frequency range for acquiring the transfer function is determined in accordance with the frequency range of the sound that can be generated by the surrounding environment and the sound to be analyzed, because the calculation process can be saved. In addition, the acoustic analysis can be performed by narrowing down to a frequency range where a transfer function with higher accuracy can be obtained.
特に、スピーカ3として本検証試験に使用した面振動スピーカの(1,1)モードの振動での固有振動数は180Hzである。また、上記したようにこの固有振動数を含む150〜250Hzにおいてより正確な音圧レベルの推定ができた。つまり、伝達関数を得るために使用する音の周波数範囲を、面振動スピーカの(1,1)モードの振動での固有振動数を含む特定の周波数範囲に定めると、伝達関数をより精度よく取得することができると考えられる。例えば、測定に使用する面振動スピーカの選択に際して、測定したい音の周波数範囲に上記した固有振動数が含まれるようにすることで、得られる伝達関数の精度を向上させ得る。 In particular, the natural frequency in the vibration of the (1, 1) mode of the surface vibration speaker used for the verification test as the speaker 3 is 180 Hz. As described above, the sound pressure level can be estimated more accurately at 150 to 250 Hz including this natural frequency. In other words, if the frequency range of the sound used to obtain the transfer function is set to a specific frequency range that includes the natural frequency in the vibration of the (1, 1) mode of the surface vibration speaker, the transfer function can be obtained more accurately. I think it can be done. For example, when selecting a surface vibration speaker to be used for measurement, the above-mentioned natural frequency is included in the frequency range of the sound to be measured, so that the accuracy of the obtained transfer function can be improved.
ここまで本発明による代表的な実施例及びこれに伴う変形例について述べたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、適宜、当業者によって変更され得る。すなわち、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Up to this point, typical embodiments according to the present invention and modifications associated therewith have been described. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately changed by those skilled in the art. That is, those skilled in the art will be able to find various alternative embodiments and modifications without departing from the scope of the appended claims.
1 空間
2 仮想音源面
3 スピーカ
4 観測位置音響センサ
5 スピーカ前音響粒子速度センサ
10 音響解析システム
r 観測位置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Space 2 Virtual sound source surface 3 Speaker 4 Observation position acoustic sensor 5 Pre-speaker acoustic particle velocity sensor 10 Acoustic analysis system r Observation position
Claims (16)
前記空間内の観測位置に音響センサを配置し、設定される仮想音源面に沿ってスピーカを移動させつつ前記スピーカの前方に配置した音響粒子速度センサによって前記スピーカから発せられる音の音響粒子速度を測定して、前記観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得する伝達関数取得工程を含むことを特徴とする音響解析方法。 An acoustic analysis method for analyzing a sound field formed in a space,
An acoustic sensor is disposed at an observation position in the space, and an acoustic particle velocity of sound emitted from the speaker is measured by an acoustic particle velocity sensor disposed in front of the speaker while moving the speaker along a set virtual sound source plane. An acoustic analysis method comprising a transfer function acquisition step of measuring and acquiring a transfer function between the observation position and its surroundings.
その後前記位置xnで測定される音響粒子速度v(xn)から前記観測位置rの音響特性p(r)を
Thereafter, the acoustic characteristic p (r) at the observation position r is calculated from the acoustic particle velocity v (x n ) measured at the position xn.
前記空間内の観測位置に配置された音響センサと、
設定される仮想音源面上に配置されるスピーカと、
前記スピーカの前方に配置した音響粒子速度センサと、を含み、
前記仮想音源面に沿って前記スピーカを移動させつつ前記音響粒子速度センサによって前記スピーカから発せられる音の音響粒子速度を測定して、前記観測位置とその周囲との間の伝達関数を取得する伝達関数取得部を含むことを特徴とする音響解析システム。 An acoustic analysis system for analyzing a sound field formed in a space,
An acoustic sensor disposed at an observation position in the space;
A speaker arranged on the virtual sound source surface to be set;
An acoustic particle velocity sensor disposed in front of the speaker,
Transfer that obtains a transfer function between the observation position and its surroundings by measuring the acoustic particle velocity of sound emitted from the speaker by the acoustic particle velocity sensor while moving the speaker along the virtual sound source plane An acoustic analysis system including a function acquisition unit.
その後、前記位置xnでの音響粒子速度v(xn)から前記観測位置rの音響特性p(r)を
In the transfer function acquisition unit, the transfer function G n (x n / r) from the position x n (n = 1 to N) to the observation position r for each of the divided surfaces obtained by dividing the virtual sound source surface into N pieces. Decide
Thereafter, acoustic characteristics p of the observation position r from the acoustic particle velocity v (x n) at the position x n of the (r)
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