特開 2019-95255 垂直入射吸音率測定装置及び垂直入射吸音率測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-95255(P2019-95255A)

(43)【公開日】2019年6月20日

(54)【発明の名称】垂直入射吸音率測定装置及び垂直入射吸音率測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20190530BHJP

【ＦＩ】

   G01H17/00 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2017-223552(P2017-223552)

(22)【出願日】2017年11月21日

(71)【出願人】

【識別番号】591060980

【氏名又は名称】岡山県

(71)【出願人】

【識別番号】390029023

【氏名又は名称】日本音響エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114535

【弁理士】

【氏名又は名称】森 寿夫

(74)【代理人】

【識別番号】100075960

【弁理士】

【氏名又は名称】森 廣三郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155103

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 厚

(74)【代理人】

【識別番号】100187838

【弁理士】

【氏名又は名称】黒住 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100194755

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀明

(72)【発明者】

【氏名】眞田 明

(72)【発明者】

【氏名】中川 博

【テーマコード（参考）】

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G064AB12

2G064AB13

2G064AB16

2G064CC29

2G064DD23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】高い周波数まで測定可能な垂直入射吸音率測定装置を提供する。
【解決手段】音響管の断面Ａ上で点対称配置された少なくとも１組のマイクロホンＭｉｃ．１及びＭｉｃ．３からなる第一マイクロホン群と、音響管の断面Ｂ上で点対称配置された少なくとも１組のＭｉｃ．５及びＭｉｃ．７からなる第二マイクロホン群と、マイクロホンＭｉｃ．１，Ｍｉｃ．３，・・・の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２，・・・の和ΣＳ_ＡとマイクロホンＭｉｃ．５，Ｍｉｃ．７，・・・の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２，・・・の和ΣＳ_Ｂとから第一マイクロホン群と第二マイクロホン群との間の伝達関数を求めて垂直入射吸音率を算出する垂直入射吸音率算出手段と、出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２を算出する信頼性評価パラメータ算出手段とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に垂直な断面の形状が線対称性及び点対称性を有する管状を為し、軸線方向先端側の内部に試料が配置される音響管と、
音響管の軸線方向基端側に取り付けられたスピーカと、
音響管の周壁部に設けられた複数本のマイクロホンと、
を備えた垂直入射吸音率測定装置であって、
複数本のマイクロホンが、
音響管における軸線方向に垂直な一の断面Ａ上で点対称配置された少なくとも１組のマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２からなる第一マイクロホン群と、
音響管の断面Ａから軸線方向に所定間隔を隔てた他の断面Ｂ上で点対称配置された少なくとも１組のマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２からなる第二マイクロホン群と、
で構成されるとともに、
第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２，・・・の和Ｓ_Ａ．１＋Ｓ_Ａ．２＋・・・（以下、「ΣＳ_Ａ」と表記する。）と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２，・・・の和Ｓ_Ｂ．１＋Ｓ_Ｂ．２＋・・・（以下、「ΣＳ_Ｂ」と表記する。）とから、第一マイクロホン群と第二マイクロホン群との間の伝達関数を求め、この伝達関数に伝達関数法を当て嵌めて試料の垂直入射吸音率を算出する垂直入射吸音率算出手段と、
少なくとも、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２を算出する信頼性評価パラメータ算出手段と、
をさらに備えた
ことを特徴とする垂直入射吸音率測定装置。

【請求項2】

第一マイクロホン群が、少なくとも、
断面Ａ上で点対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２と、
マイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２に対して断面Ａ上で線対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４と、
で構成され、
第二マイクロホン群が、少なくとも、
断面Ｂ上で点対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２と、
マイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２に対して断面Ｂ上で線対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４と、
で構成され、
垂直入射吸音率算出手段が、
第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，Ｍ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４，・・・の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２，Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４，・・・の和ΣＳ_Ａと、第二マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，Ｍ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４，・・・の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２，Ｓ_Ｂ．３，Ｓ_Ｂ．４，・・・の和ΣＳ_Ｂとから、第一マイクロホン群と第二マイクロホン群との間の伝達関数を求め、この伝達関数に伝達関数法を当て嵌めて試料の垂直入射吸音率を算出するものとされた
請求項１記載の垂直入射吸音率測定装置。

【請求項3】

信頼性評価パラメータ算出手段が、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２の比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａと、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４の出力信号Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４の差Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４の比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａと、
を算出するものとされた請求項２記載の垂直入射吸音率測定装置。

【請求項4】

信頼性評価パラメータ算出手段が、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２の比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａと、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４の出力信号Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４の差Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４の比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａと、
和ΣＳ_Ｂに対する、マイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２の差Ｓ_Ｂ．１−Ｓ_Ｂ．２の比（Ｓ_Ｂ．１−Ｓ_Ｂ．２）／ΣＳ_Ｂと、
和ΣＳ_Ｂに対する、マイクロホンＭ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４の出力信号Ｓ_Ｂ．３，Ｓ_Ｂ．４の差Ｓ_Ｂ．３−Ｓ_Ｂ．４の比（Ｓ_Ｂ．３−Ｓ_Ｂ．４）／ΣＳ_Ｂと、
を算出するものとされた請求項２記載の垂直入射吸音率測定装置。

【請求項5】

信頼性評価パラメータ算出手段で、音響管の管内入射パワー反射率も算出する請求項１〜４いずれか記載の垂直入射吸音率測定装置。

【請求項6】

第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・とが、音響管の軸線方向から見たときに互いに重ならない状態で配された請求項１〜５いずれか記載の垂直入射吸音率測定装置。

【請求項7】

請求項１〜６いずれか記載の垂直入射吸音率測定装置を用いて試料の垂直入射吸音率を測定する垂直入射吸音率測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直入射吸音率測定装置と、これを用いた垂直入射吸音率測定方法とに関する。

【背景技術】

【0002】

試料の垂直入射吸音率（試料に対して垂直に入射した音波が試料に対して垂直に反射される場合における、垂直に入射する音波のパワーと試料で吸収されるパワーの比）を測定する垂直入射吸音率測定装置としては、図１９に示すように、音響管（インピーダンス測定管）と、音響管の軸線方向に所定間隔を隔てて配された２本のマイクロホンとを備えたものが知られている。この種の垂直入射吸音率測定装置において、垂直入射吸音率は、音響管の一端側に配したスピーカから音響管の他端側に保持された試料に向けて音（信号発生器により生成されたランダム信号）を発し、そのときに計測された２本のマイクロホン間の伝達関数（Ｈ_１２とする。）を、伝達関数法（ＩＳＯ １０５３４−２，ＪＩＳ Ａ １４０５−２，ＡＳＴＭ Ｅ１０５０）に当て嵌めることにより求めることができる。伝達関数Ｈ_１２は、２本のマイクロホンからの出力信号を高速フーリエ変換分析器（ＦＦＴアナライザー）に入力することにより計測される。

【0003】

すなわち、伝達関数法によると、試料の垂直入射音圧反射率（ｒ_０とする。）は、下記式（１）で表わすことができ、試料の垂直入射吸音率（αとする。）は、下記式（２）で表わすことができる。下記式（１）において、ｋは波数（＝ω／ｃ，ω：角周波数，ｃ：音速）、ｓは２本のマイクロホンの間隔、ｚ_２は試料から遠い方のマイクロホンと試料との間の距離である。

【0004】

【数1】

【数2】

【0005】

したがって、上記の高速フーリエ変換分析器から出力された伝達関数Ｈ_１２を上記式（１）に代入して垂直入射音圧反射率ｒ_０を求め、その垂直入射音圧反射率ｒ_０を上記式（２）に代入することにより、垂直入射吸音率αを求めることができる。ただし、２本のマイクロホン間の伝達関数Ｈ_１２には、マイクロホン間のミスマッチの影響が含まれるため、事前に２つのマイクロホン間のミスマッチを補正しておく必要がある（ＪＩＳ Ａ １４０５−２ ７．５）。

【0006】

ところで、上記の垂直入射吸音率測定装置で測定可能な周波数ｆの範囲は、下記式（３）で規定される。下記式（３）において、ｆ_ｌは、下限周波数であり、信号処理装置の精度によって決まる。また、ｆ_ｕは、非軸方向平面波（斜め進行波）を発生させない周波数であり、音響管の内径をＤとすると、下記式（４）で表わすことができる。下記式（３）及び下記式（４）は、音響管の（１，０）次音響モードのカットオン周波数より低い周波数とする必要があることを示している。したがって、上記の垂直入射吸音率測定装置で高い周波数の吸音率を測定しようとすると、音響管の内径Ｄを小さくする必要がある。

【0007】

【数3】

【数4】

【0008】

また、２本のマイクロホンの間隔ｓは、波長に対して十分小さくする必要があり、規格では下記式（５）を満たすように規定されている。下記式（５）は、上記の垂直入射吸音率測定装置で高い周波数の吸音率を測定しようとすると、２本のマイクロホン間の距離ｓを小さくする必要があることを意味している。

【数5】

【0009】

以上のように、上記の垂直入射吸音率測定装置において、高い周波数の吸音率を測定しようとすると、音響管の内径Ｄを小さくし、且つ、２本のマイクロホン間の距離ｓを小さくする必要がある。この点、近年、電気自動車やインバーターを搭載する機器等において、より高い周波数における吸音特性の計測ニーズが高まっている。このような実状に鑑みて、測定装置メーカーのなかには、音響管の内径Ｄを１５ｍｍ程度まで細くすることにより、１０ｋＨｚ付近までの測定が可能な垂直入射吸音率測定装置を開発しているところもある。

【0010】

このほか、複数本のマイクロホンを用いて音響管内を伝播する音波を計測する方法としては、非特許文献１や非特許文献２に記載されたものもある。これらはいずれも、複数本のマイクロホン間の伝達関数を計測することで、音響管内の音響モードを分離して計測を行うものとなっている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0011】

【非特許文献1】Ｍ．Ａｂｏｍ（「Ａｂｏｍ」の「Ａ」は、ＪＩＳ Ｘ ０２１３における「上リング付きＡ」）， “Ｍｏｄａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｄｕｃｔｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ｐａｉｒｓ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ， １３５（１）， ９５−１１４， １９８９

【非特許文献2】Ｔｏｄｄ Ｓｃｈｕｌｔｚ， Ｌｏｕｉｓ Ｎ．Ｃａｔｔａｆｅｓｔａ ＩＩＩ ａｎｄ Ｍａｒｋ Ｓｈｅｐｌａｋ， “Ｍｏｄａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎ ｓｑｕａｒｅ ｄｕｃｔｓ”， Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， １２０（６）， ３７５０−３７５８， ２００６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

ところが、図１９の垂直入射吸音率測定装置において、音響管の内径Ｄを小さくすると、必然的に試料寸法も小さくなる。このため、試料のバラツキや、試料と音響管との間に生ずる摩擦や、音響管に対する試料の取り付け方による影響が、垂直入射吸音率の測定結果に表れやすくなるという問題がある。特に、入射音波の周波数が高くなるにつれて、音響管内部には、試料に対して垂直に入射及び試料において垂直に反射する成分（（０，０）次音響モード成分）だけでなく、試料に対して斜めに入射及び試料において斜めに反射する成分（（１，０）次音響モード等の高次音響モード成分）による影響が表れるようになるところ、図１９の垂直入射吸音率測定装置では、斜め進行成分による影響が、得られる垂直入射吸音率αに含まれてしまうという問題もある。

【0013】

また、非特許文献１や非特許文献２にも、（１，０）次音響モード等を引き起こす斜め進行成分による影響を除去することについては記載されていない。加えて、非特許文献２の方法は、音響管内の音場を厳密に計測することを主眼としているため、構造が複雑であるだけでなく、音源の位置を変えて複数回測定が必要である等、実用的なものとは言い難い。

【0014】

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、斜め進行成分による測定結果（垂直入射吸音率）への影響を低減することができ、音響管の内径を特に小さくすることなく、高い周波数帯域まで測定することができるようにした垂直入射吸音率測定装置を提供するものである。また、試料における散乱の影響を計測することで、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を評価することのできる垂直入射吸音率測定装置を提供することも本発明の目的である。さらに、本発明の垂直入射吸音率測定装置を用いて試料の垂直入射吸音率を測定する垂直入射吸音率測定方法を提供することも本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0015】

上記課題は、
軸線方向に垂直な断面の形状が線対称性及び点対称性を有する管状を為し、軸線方向先端側の内部に試料が配置される音響管と、
音響管の軸線方向基端側に取り付けられたスピーカと、
音響管の周壁部に設けられた複数本のマイクロホンと、
を備えた垂直入射吸音率測定装置であって、
複数本のマイクロホンが、
音響管における軸線方向に垂直な一の断面Ａ上で点対称配置された少なくとも１組のマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２からなる第一マイクロホン群と、
音響管の断面Ａから軸線方向に所定間隔を隔てた他の断面Ｂ上で点対称配置された少なくとも１組のマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２からなる第二マイクロホン群と、
で構成されるとともに、
第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２，・・・の和Ｓ_Ａ．１＋Ｓ_Ａ．２＋・・・（以下、「ΣＳ_Ａ」と表記する。）と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２，・・・の和Ｓ_Ｂ．１＋Ｓ_Ｂ．２＋・・・（以下、「ΣＳ_Ｂ」と表記する。）とから、第一マイクロホン群と第二マイクロホン群との間の伝達関数を求め、この伝達関数に伝達関数法を当て嵌めて試料の垂直入射吸音率を算出する垂直入射吸音率算出手段（通常、コンピュータにおけるプログラム）と、
少なくとも、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２を算出する信頼性評価パラメータ算出手段（通常、コンピュータにおけるプログラム）と、
をさらに備えた
ことを特徴とする垂直入射吸音率測定装置
を提供することによって解決される。

【0016】

というのも、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号の和ΣＳ_Ａや、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２の出力信号の和ΣＳ_Ｂをとることによって、（１，０）次音響モード等の斜め進行成分による影響をキャンセルすることが可能になる。このため、上記のように、第一マイクロホン群の出力信号の和ΣＳ_Ａと、第二マイクロン群の出力信号の和ΣＳ_Ｂとから、第一マイクロホン群と第二マイクロホン群との間の伝達関数を求め、この伝達関数から垂直入射吸音率を算出することによって、（１，０）次音響モード等の斜め進行成分による影響が、得られる垂直入射吸音率に表れにくくすることが可能になる。このため、音響管の内径Ｄを小さくすることなく、高い周波数帯域まで測定することが可能になる。

【0017】

また、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２には、（１，０）次音響モード等の斜め進行成分が２倍になって表れるところ、この差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２を見れば、音響管の内部で斜め進行成分が生じているか否かを判断することが可能になる。換言すると、差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２は、垂直入射吸音率算出手段で算出された垂直入射吸音率を評価するためのパラメータ（信頼性評価パラメータ）として利用することが可能になる。このため、上記のように、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２を算出することによって、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を評価することも可能になる。

【0018】

本発明の垂直入射吸音率測定装置においては、
第一マイクロホン群を、少なくとも、
断面Ａ上で点対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２と、
マイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２に対して断面Ａ上で線対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４と、
で構成し、
第二マイクロホン群を、少なくとも、
断面Ｂ上で点対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２と、
マイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２に対して断面Ｂ上で線対称配置された１組のマイクロホンＭ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４と、
で構成し、
垂直入射吸音率算出手段を、
第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，Ｍ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４，・・・の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２，Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４，・・・の和ΣＳ_Ａと、第二マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，Ｍ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４，・・・の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２，Ｓ_Ｂ．３，Ｓ_Ｂ．４，・・・の和ΣＳ_Ｂとから、第一マイクロホン群と第二マイクロホン群との間の伝達関数を求め、この伝達関数に伝達関数法を当て嵌めて試料の垂直入射吸音率を算出するものとする
ことが好ましい。

【0019】

上記のように、音響管の断面Ａ及び断面Ｂに２組ずつ（４本ずつ）マイクロホンを配するとともに、断面Ａ上に配されたマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，Ｍ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２，Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４の和ΣＳ_Ａと、断面Ｂ上に配されたマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，Ｍ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２，Ｓ_Ｂ．３，Ｓ_Ｂ．４，・・・の和ΣＳ_Ｂをとることによって、（１，０）次音響モードの斜め進行成分だけでなく、（２，０）次音響モード等の斜め進行成分による影響もキャンセルすることが可能になる。このため、（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モード等の斜め進行成分による影響が、得られる垂直入射吸音率に表れにくくすることが可能になる。このため、さらに高い周波数帯域における垂直入射吸音率を測定することが可能になる。

【0020】

本発明の垂直入射吸音率測定装置において、上記のように、音響管の断面Ａ及び断面Ｂに２組ずつ（４本ずつ）マイクロホンを配する場合には、
信頼性評価パラメータ算出手段を、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２の比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａと、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４の出力信号Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４の差Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４の比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａと、
を算出するものとすることが好ましい。

【0021】

というのも、比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａ及び比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａが分かると、試料に対して垂直に入射した音波成分（「音波成分Ｂ_００」とする。）に対する、（１，０）次音響モードで試料から斜めに反射される成分（「音波成分Ａ_１０」とする。）の比Ａ_１０／Ｂ_００を求めることが可能になり、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を、比較的簡易な手法で比較的高精度で評価することが可能になるからである。以下においては、比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａ及び比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａから比Ａ_１０／Ｂ_００を求めることにより、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を評価する方法を「簡易法」と呼ぶことがある。

【0022】

また、本発明の垂直入射吸音率測定装置において、上記のように、音響管の断面Ａ及び断面Ｂに２組ずつ（４本ずつ）マイクロホンを配する場合には、
信頼性評価パラメータ算出手段を、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２の出力信号Ｓ_Ａ．１，Ｓ_Ａ．２の差Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２の比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａと、
和ΣＳ_Ａに対する、マイクロホンＭ_Ａ．３，Ｍ_Ａ．４の出力信号Ｓ_Ａ．３，Ｓ_Ａ．４の差Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４の比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａと、
和ΣＳ_Ｂに対する、マイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２の出力信号Ｓ_Ｂ．１，Ｓ_Ｂ．２の差Ｓ_Ｂ．１−Ｓ_Ｂ．２の比（Ｓ_Ｂ．１−Ｓ_Ｂ．２）／ΣＳ_Ｂと、
和ΣＳ_Ｂに対する、マイクロホンＭ_Ｂ．３，Ｍ_Ｂ．４の出力信号Ｓ_Ｂ．３，Ｓ_Ｂ．４の差Ｓ_Ｂ．３−Ｓ_Ｂ．４の比（Ｓ_Ｂ．３−Ｓ_Ｂ．４）／ΣＳ_Ｂと、
を算出するものとすることも好ましい。

【0023】

上記の「簡易法」で述べたように、比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａ及び比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａが分かると比Ａ_１０／Ｂ_００を求めることが可能になるところ、さらに、比（Ｓ_Ｂ．１−Ｓ_Ｂ．２）／ΣＳ_Ｂ及び比（Ｓ_Ｂ．３−Ｓ_Ｂ．４）／ΣＳ_Ｂが分かると、試料に対して垂直に入射した音波成分（「音波成分Ｂ_００」とする。）に対する、（１，０）次音響モードで試料に斜めに入射する成分（「音波成分Ｂ_１０」とする。）の比Ｂ_１０／Ｂ_００を求めることも可能になる。したがって、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を、簡易法よりもさらに高精度に評価することが可能になる。以下においては、比（Ｓ_Ａ．１−Ｓ_Ａ．２）／ΣＳ_Ａ及び比（Ｓ_Ａ．３−Ｓ_Ａ．４）／ΣＳ_Ａ並びに比（Ｓ_Ｂ．１−Ｓ_Ｂ．２）／ΣＳ_Ｂ及び比（Ｓ_Ｂ．３−Ｓ_Ｂ．４）／ΣＳ_Ｂから比Ａ_１０／Ｂ_００及び比Ｂ_１０／Ｂ_００を求めることにより、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を評価する方法を「詳細法」と呼ぶことがある。

【0024】

本発明の垂直入射吸音率測定装置においては、信頼性評価パラメータ算出手段で、音響管の管内入射パワー反射率（上記の簡易法による場合には、後掲する式（４５）で定義される反射率Ｒ、上記の詳細法による場合には、後掲する式（５８）で定義される反射率Ｒ。以下同じ。）も算出するようにすることも好ましい。

【0025】

というのも、実際には、試料の表面で散乱が生じるため、試料で斜めに反射された音波が、音響管の内周面や、音響管におけるスピーカ側の管端等で繰り返し反射して停留した後、再び試料に入射するものと考えられる。この点、管内入射パワー反射率が分かれば、試料の表面における散乱の影響も評価することができるようになり、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を、さらに高精度に評価することが可能になるからである。

【0026】

本発明の垂直入射吸音率測定装置においては、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・とを、音響管の軸線方向から見たときに互いに重ならない状態で配する（以下において「非重合配置」と呼ぶことがある。）ことも好ましい。

【0027】

というのも、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・とを、音響管の軸線方向から見たときに互いに重なる状態で配している（以下において「重合配置」と呼ぶことがある。）と、マイクロホンの間隔ｓ（断面Ａと断面Ｂの間隔）を狭くしようとしても、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・の筺体と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・の筺体とが干渉しない範囲でしか、マイクロホンの間隔ｓ（断面Ａと断面Ｂの間隔）を狭くすることができない。すなわち、既に述べたように、間隔ｓは、小さくした方が、高い周波数帯域における吸音率を測定することが可能になるところ、重合配置では、間隔ｓを小さくすることができない。この点、非重合配置を採用すれば、マイクロホンの間隔ｓ（断面Ａと断面Ｂの間隔）を狭くしても、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭ_Ａ．１，Ｍ_Ａ．２，・・・の筺体と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭ_Ｂ．１，Ｍ_Ｂ．２，・・・の筺体とが干渉しないようになるため、マイクロホンの間隔ｓ（断面Ａと断面Ｂの間隔）をより小さく設定することができ、より高周波数帯域における吸音率を測定することが可能になるからである。

【発明の効果】

【0028】

以上のように、本発明によって、斜め進行成分による測定結果（垂直入射吸音率）への影響を低減することができ、音響管の内径を特に小さくすることなく、高い周波数帯域まで測定することができるようにした垂直入射吸音率測定装置を提供することが可能になる。また、測定により得られた垂直入射吸音率の信頼性を評価することのできる垂直入射吸音率測定装置を提供することも可能になる。さらに、本発明の垂直入射吸音率測定装置を用いて試料の垂直入射吸音率を測定する垂直入射吸音率測定方法を提供することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】音響管の内部の円筒音場を説明する図である。

【図2】各音響モードの断面内音圧分布を説明する図である。

【図3】本発明に係る垂直入射吸音率測定装置の一例を示した図である。

【図4】実験の概要を説明する図である。

【図5】実験を行っている様子を撮影した写真である。

【図6】試料として反毛フェルト（２０ｍｍ厚）を用いた場合の垂直入射吸音率の測定結果を示したグラフである。

【図7】試料としてメラミンフォーム（２５ｍｍ厚）を用いた場合の垂直入射吸音率の測定結果を示したグラフである。

【図8】試料としてグラスウール（５０ｍｍ厚）を用いた場合の垂直入射吸音率の測定結果を示したグラフである。

【図9】試料としてＰＥＴフェルト（１２ｍｍ厚）を用いた場合の垂直入射吸音率の測定結果を示したグラフである。

【図10】音響管の内部に油粘土を詰めることにより、背壁面を音響管の断面に対して傾斜した状態に設けた様子を撮影した写真である。

【図11】背壁面を音響管の断面に対して３０度傾けた場合と、背壁面を音響管の断面に対して平行（０度）にした場合とにおける、垂直入射吸音率の測定結果を示したグラフである。

【図12】簡易法により垂直入射（１，０）次音響モード反射率Ｒ_０→１を求め、管内入射パワー反射率を算出した結果を示したグラフである。

【図13】詳細法により垂直入射（１，０）次音響モード反射率Ｒ_０→１を求め、管内入射パワー反射率を算出した結果を示したグラフである。

【図14】実験において検証対象とした吸音材料（試料）を撮影した写真である。

【図15】図１４（ａ）の試料を用いた場合における垂直入射吸音率の測定結果等を示したグラフである。

【図16】図１４（ｂ）の試料を用いた場合における垂直入射吸音率の測定結果等を示したグラフである。

【図17】図１４（ｃ）の試料を用いた場合における垂直入射吸音率の測定結果等を示したグラフである。

【図18】マイクロホンの配置を説明する図である。

【図19】従来の垂直入射吸音率測定装置の一例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本発明の垂直入射吸音率測定装置について、図面を用いてより具体的に説明する。初めに、本発明の垂直入射吸音率測定装置における代表的な実施態様である「８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置」及び「４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置」における垂直入射吸音率の測定原理について説明する。

【0031】

以下においては、説明の便宜上、上述した第一マイクロホン群を構成する「マイクロホンＭ_Ａ．１」、「マイクロホンＭ_Ａ．２」、「マイクロホンＭ_Ａ．３」及び「マイクロホンＭ_Ａ．４」を、それぞれ、「Ｍｉｃ．１」、「Ｍｉｃ．３」、「Ｍｉｃ．２」及び「Ｍｉｃ．４」と表記し、上述した第二マイクロホン群を構成する「マイクロホンＭ_Ｂ．１」、「マイクロホンＭ_Ｂ．２」、「マイクロホンＭ_Ｂ．３」及び「マイクロホンＭ_Ｂ．４」を、それぞれ、「Ｍｉｃ．５」、「Ｍｉｃ．７」、「Ｍｉｃ．６」及び「Ｍｉｃ．８」と表記する。これらの対応を下記表１に示す。

【表1】

【0032】

［１］ ８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置
［１.１］ ８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の測定原理
まず、８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の測定原理について説明する。８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置は、音響管における断面Ａと断面Ｂとにマイクロホンを４つずつ計８個配置するタイプの垂直入射吸音率測定装置である。ここでは、図１に示すような音響管の内部の円筒音場について考える。音響管の内部の音圧は、下記式（６）で表すことができる。

【数6】

【0033】

ただし、上記式（６）において、ｒ_Ｔは音響管における円形断面中心からの距離、θはｘ軸からの角度、Ｊ_ｍ は第１種ベッセル関数、ｍとｎはそれぞれ周方向と半径方向の音響モード次数を表わす。また、Ｃ_ｍｎは基準化定数、Ａ^σ_ｍｎ，Ｂ^σ_ｍｎ，Ａ^τ_ｍｎ，Ｂ^τ_ｍｎ，は音波の振幅である。さらに、ｋ_{ｚ（ｍ，ｎ）}は、（ｍ，ｎ）次音響モードのｚ方向の波数を表わし、ｋ_０＝ω／ｃ（ｃ：音速）とすると、下記式（７）を満たす。

【数7】

【0034】

ただし、上記式（７）におけるｋ_{ｒ（ｍ，ｎ）}は、音響管の内壁における境界条件から導かれる音響管の断面内の波数であり、下記式（８）を満足する。

【数8】

【0035】

上記式（８）を満たす、ｋ_{ｒ（ｍ，ｎ）}Ｒの値をα_ｍ，ｎとすると、各音響モードの断面内音圧分布及びα_ｍ，ｎの値は、図２に示すようになる。（０，０）次音響モードは、音響管の内部を断面に垂直に進行する平面波を表す。垂直入射吸音率は、この（０，０）次音響モードの平面音波に対する吸音率である。これに対して、（０，０）次音響モード以外の高次の音響モードは、音響管の内部を斜めに進行する平面波を表す。ただし、上記式（７）から分かるように、ｋ_０＜ｋ_{ｒ（ｍ，ｎ）}となる低周波数においては、ｋ_{ｚ（ｍ，ｎ）}は純虚数となるため、音響管の内部ではエバネッセント波となって、減衰し伝搬しない。したがって、（ｍ，ｎ）次音響モードが音響管の内部で伝搬できる最小の周波数（カットオン周波数）ｆ_ｍ，ｎは、下記式（９）で表わすことができる。

【数9】

【0036】

通常の吸音率を測定する音響管では、（０，０）次音響モード以外の高次の音響モードが伝搬しないような周波数領域で計測を行う。つまり、カットオン周波数が最も低い音響モードは（１，０）次音響モードなので、上記式（９）より測定可能な上限周波数は、下記式（１０）に示すようになる。この下記式（１０）は、上記式（４）に相当するものである。

【数10】

【0037】

ここで、（０，０）次音響モード、（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードが伝播する周波数領域を考える。この場合、音響管の内部の音圧は、上記式（６）から、下記式（１１）に示すようになる。

【数11】

【0038】

まず、図１の断面Ａについて考える。ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３及びｒ_４の４点における音圧は、下記式（１２）〜（１５）で表わされる。

【数12】

【数13】

【数14】

【数15】

【0039】

ただし、上記式（１２）〜（１５）におけるα_１０及びα_２０は、それぞれ上記式（８）を満足する（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードに対するｋ_{ｒ（ｍ，ｎ）}Ｒの値を示しており、α_１０は凡そ１．８４１３、α_２０は凡そ３．０５４３である。また、ｚ_１は断面Ａのｚ座標である。ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３及びｒ_４の和をとると、下記式（１６）に示すようになる。

【数16】

【0040】

次に、断面Ｂについて考える。断面Ａのマイクロホンの位置に対して、断面Ｂのマイクロホンの位置は中心からの角度θ_ｍだけずらされているものとする。音響管の内部の音圧は、これまでと同様に下記式（１７）〜（２０）で表わすことができる。

【数17】

【数18】

【数19】

【数20】

【0041】

ただし、ｚ_２は断面Ｂのz座標である。ｒ_５、ｒ_６、ｒ_７及びｒ_８の和をとると、下記式（２１）に示すようになる。

【数21】

【0042】

上記式（１６）及び上記式（２１）より、断面Ａ及び断面Ｂともに、各マイクロホンの信号を足しあわせることで、（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードの影響を除去し、垂直進行成分（（０，０）次音響モード成分）のみが抽出されることが分かる。ｐ_ｓ｛１｝（「ｐ」の下付き文字「ｓ｛１｝」における「｛１｝」は丸囲みの「１」。以下、「｛」と「｝」とで挟まれた数字については、当該数字を丸囲みで表わしたものとする。）に対するｐ_ｓ｛２｝の比ｐ_ｓ｛２｝／ｐ_ｓ｛１｝で表わされる伝達関数Ｈ_{｛１｝｛２｝}を求めると下記式（２２）に示すようになる。

【数22】

【0043】

ここでは、図３に示すような測定装置を考え、ｚ＝０面に測定対象（試料）となる吸音材料が設置されているとし、試料に対して垂直に入射した平面音波に対する試料で垂直に反射した平面音波の音圧反射率をｒ_０→０＝Ａ_００／Ｂ_００とすると、上記式（２２）は下記式（２３）で表わすことができる。

【数23】

【0044】

上記式（２３）より、反射率ｒ_０→０について求めると下記式（２４）に示すようになる。

【数24】

【0045】

上記式（２４）において、ｓは断面Ａと断面Ｂとの間隔であり、ｓ＝ｚ_２−ｚ_１である。上記式（２４）より反射率ｒ_０→０が求められれば、吸音率αは、α＝１−｜ｒ_０→０｜^２で求めることができる。すなわち、８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置では、（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードが伝播する周波数領域まで垂直入射吸音率を測定可能である。

【0046】

［１．２］ ８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の構成
８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置において、音響管の断面形状は、線対称性及び点対称性を有するのであれば、特に限定されない。このような断面形状としては、真円や、楕円や、長方形（正方形を含む。）等が例示される。勿論、線対称性及び点対称性を有するのであれば、上記以外の断面形状（三角形や五角形や六角形等。以下、「三角形等」と表記する。）を採用することもできるが、三角形等の場合には、音響管や試料を作成することが難しくなるだけであり、特に得られるメリットはない。これは、後述する４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置においても同様である。

【0047】

また、８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置において、断面Ａで対向配置される第一マイクロホン群（図３におけるマイクロホンＭｉｃ．１〜Ｍｉｃ．４）は、互いに対向する２組のマイクロホン（マイクロホンＭｉｃ．１及びマイクロホンＭｉｃ．３からなる組、並びに、マイクロホンＭｉｃ．２及びマイクロホンＭｉｃ．４からなる組）のうち、
図１８（ｂ）に示すように、１組（例えばマイクロホンＭｉｃ．１，Ｍｉｃ．３からなる組）を点対称配置し、その線対称位置にもう１組（例えばマイクロホンＭｉｃ．２，Ｍｉｃ．４からなる組）を配置するようにする必要がある。

【0048】

これに対し、例えば、図１８（ａ）に示すように、１組（例えばマイクロホンＭｉｃ．１，Ｍｉｃ．３からなる組）を点対称配置し、それに直交した位置にもう１組（例えばマイクロホンＭｉｃ．２，Ｍｉｃ．４からなる組）を配置した場合には、断面形状が真円である場合（真円の場合は、上述した、１組を点対称配置し、その線対称位置にもう１組を配置した場合と同様になる。）以外は、２組目のマイクロホンは、１組目のマイクロホンの線対称な位置にはならず、上記の測定原理を適用できなくなってしまう。

【0049】

このことは、断面Ａに配される第一マイクロホン群だけでなく、断面Ｂに配される第二マイクロホン群（図３におけるマイクロホンＭｉｃ．５〜Ｍｉｃ．８）についても同様のことが言える。このため、８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置において、上記の測定原理を適用できるようにするためには、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭｉｃ．１〜Ｍｉｃ．４と、第二マイクロホン群を構成するマイクロホンＭｉｃ．５〜Ｍｉｃ．８は、それぞれの断面において対向配置される２組のマイクロホンのうち、１組目を点対称配置し、２組目のマイクロホンを１組目のマイクロホンに対して線対称配置する必要がある。

【0050】

ただし、対称線と１組目のマイクロホンとが近い場合には、２組目のマイクロホンが１組目のマイクロホンに近くなってしまい、信頼性評価パラメータの精度が悪くなる虞がある。信頼性評価パラメータの精度を高めるためには、各断面のマイクロホンはできるだけ均等に配置することが好ましい。換言すると、１組目のマイクロホンを対称線からできるだけ離れた位置に配置することが好ましい。この点、断面形状が真円である場合には、対称線を任意の方向にとれるため、直交する対称線を決めて、その２本の対称線から遠い位置（つまり対称線に対して４５度の角度を為す方向）に１組目のマイクロホンを配置し、１組目のマイクロホンに対して線対称な位置に２組目のマイクロホンを配置すると最適である。

【0051】

また、断面Ａに配置される第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭｉｃ．１〜Ｍｉｃ．４と、断面Ｂに配置される第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭｉｃ．５〜Ｍｉｃ．８は、図３に示すように、音響管の軸線方向（ｚ軸方向）から見たときに互いに重ならない状態（同図における角度θ_ｍを参照。）で配することが好ましい。
これにより、マイクロホンＭｉｃ．１〜Ｍｉｃ．４とマイクロホンＭｉｃ．５〜Ｍｉｃ．８との間隔ｓ（断面Ａと断面Ｂの間隔）を狭くしても、第一マイクロホン群を構成するマイクロホンＭｉｃ．１〜Ｍｉｃ．４の筺体と、第二マイクロン群を構成するマイクロホンＭｉｃ．５〜Ｍｉｃ．８の筺体とが干渉しないようになるため、間隔ｓをより小さく設定することが可能になる。したがって、より高周波数帯域における吸音率を測定することが可能になる。このことは、後述する４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置においても同様である。

【0052】

［２］ ４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の測定原理
続いて、４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の測定原理について説明する。４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置は、音響管における断面Ａと断面Ｂとにマイクロホンを２つずつ計４個配置するタイプの垂直入射吸音率測定装置である。前節で説明した８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置では、（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードが伝播する周波数領域まで垂直入射吸音率を測定可能であったが、（１，０）次音響モードが伝播する領域以下の周波数を考える場合には、４本のマイクロホンを用いる４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置で垂直入射吸音率を測定することが可能である。

【0053】

４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置においては、断面Ａに２本のマイクロホンを音響管の中心に対して点対称となる位置に対向配置するとともに、断面Ｂにも２本のマイクロホンを音響管の中心に対して点対称となる位置に対向配置する。例えば、図２の例で見ると、（１，０）次音響モードが伝播する領域までを考えた場合、断面Ａのｒ_１における音圧ｐ（ｒ_１）とｒ_３における音圧ｐ（ｒ_３）は、上記式（１２）及び上記式（１４）より、それぞれ下記式（２５）及び下記式（２６）で表わすことができる。

【数25】

【数26】

【0054】

上記式（２５）と上記式（２６）とを足し合わせると、上記式（１６）と同様に、下記式（２７）が得られる。

【数27】

【0055】

断面Ｂについても同様に２本のマイクロホンの和を求めることで下記式（２８）が得られる。

【数28】

【0056】

上記式（２７）及び上記式（２８）から、４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置でも、（１，０）次音響モードが伝播する周波数領域まで垂直伝播成分を分離でき、垂直入射吸音率を測定することが可能であることが分かる。８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置では、周波数領域での和をとる場合、計測器の入力も８チャンネル必要となるため、マイクロホンや計測チャンネル数にコストがかかるというデメリットがあるが、４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置では、８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置よりは周波数範囲が狭くなるものの、測定装置のコストを抑えることができるというメリットがある。

【0057】

［３］ 散乱成分モニタ法
続いて、散乱成分モニタ法（垂直入射音波に対する（１，０）次音響モードで反射される音波の反射率算出法）について説明する。既に述べたように、各断面に設置した２本又は４本のマイクロホンの信号を足しあわせることで、各断面における垂直進行成分を抽出することが可能である。２つの断面について垂直進行成分を求めることで、垂直入射吸音率を（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードが伝播する帯域まで測定可能である。

【0058】

しかしながら、これは、垂直に入射した平面波が、垂直に反射されることを前提としたもので、垂直に入射した音波が斜め方向に反射（散乱）される場合には、正確な評価を行うことができない。散乱があると、斜めに反射される成分は、上記の８マイクロホン型や４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置では測定されないため、見かけ上、吸音率が大きく計測されてしまう。ただし、そもそも散乱があるような試料の場合、実際使用される状況においても散乱が発生することから、垂直入射吸音率を求めること自体に無理があるとも考えられる。このことから、測定時に試料表面で散乱が生じているかを評価する方法について検討を行った。散乱の影響をモニタすることができれば、測定された垂直入射吸音率の信頼性を評価することができ、測定結果の信頼性を担保しながら測定を行うことが可能になる。また、試料自体が垂直入射吸音率測定に適切なものであるかどうかの指標にもなると考えられる。

【0059】

［３．１］ （１，０）次音響モードの分離法
ここでは、これまでと同様に（０，０）次音響モード、（１，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードの３つの音響モードが伝播する周波数領域を考え、（１，０）次音響モード成分のみを抽出する方法を考える。断面Ａ及び断面Ｂのそれぞれについて、対向する２つのマイクロホンの信号の差を求めると、上記式（１２）〜（１５）及び上記式（１７）〜（２０）より、下記式（２９）〜（３２）が得られる。

【数29】

【数30】

【数31】

【数32】

【0060】

上記式（２９）〜（３２）より、対向する２本のマイクロホンの信号差をとることで、各音響モードの対称性から、（０，０）次音響モード及び（２，０）次音響モードの成分がキャンセルされ、（１，０）次音響モード成分のみを分離できることが分かる。上記「［１］ ８マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の測定原理」や「［２］ ４マイクロホン型の垂直入射吸音率測定装置の測定原理」では、信号の和をとることにより、（０，０）次音響モード成分のみを抽出する方法を示したが、ここでは、信号の差をとるという単純な処理で、（１，０）次音響モード成分のみを抽出できることを明らかにした。

【0061】

［３．２］ 垂直入射（１，０）次音響モード反射率の算出法（簡易法）
次に、前節で抽出した（１，０）次音響モードの信号を用いて、垂直に入射した音波が（１，０）次音響モードで反射される反射率を求める方法について説明する。

【0062】

まず、音源（スピーカー）が音響管の中心に配置され、垂直入射平面音波のみを発生しているとし、さらに音源側が十分に吸音されていると考え、試料に入射する音波は（０，０）次音響モードのみである（Ｂ^σ_１０＝０，Ｂ^τ_１０＝０）と仮定する。このときの４点の音圧の和の信号ｐ_ｓと対向する２点の音圧差の周波数伝達関数を考える。まず、ｐ_ｓ｛１｝に対するΔｐ_ｈ｛１｝の伝達関数Ｈ_ｈ｛１｝（断面Ａと断面Ｂのどちらでもよいが、ここでは断面Ａを対象とする）は、下記式（３３）で示すようになる。

【数33】

【0063】

ただし、上記式（３３）において、ｒ_０→０は、（０，０）次音響モードの入射波振幅Ｂ_００に対する（０，０）次音響モードの反射波振幅Ａ_００の比Ａ_００／Ｂ_００を表わし（ｒ_０→０＝Ａ_００／Ｂ_００）、ｒ^σ_０→１は、（０，０）次音響モードの入射波振幅Ｂ_００に対するθの＋方向の（１，０）次音響モード振幅Ａ^σ_０１の比Ａ^σ_０１／Ｂ_００を表わし（ｒ^σ_０→１＝Ａ^σ_０１／Ｂ_００）、ｒ^τ_０→１は、（０，０）次音響モードの入射波振幅Ｂ_００に対するθの−方向の（１，０）次音響モード振幅Ａ^τ_０１の比Ａ^τ_０１／Ｂ_００を表わす（ｒ^τ_０→１＝Ａ^τ_０１／Ｂ_００）。

【0064】

上記式（３３）より、下記式（３４）が求められる。

【数34】

【0065】

次に、ｐ_ｓに対するΔｐ_ｖ｛１｝の伝達関数H_ｖ｛１｝を考えると、同様に、下記式（３５）が得られる。

【数35】

【0066】

上記式（３５）より、下記式（３６）が求められる。

【数36】

【0067】

したがって、上記式（３４）と上記式（３６）より、下記式（３７）及び下記式（３８）が得られる。

【数37】

【数38】

【0068】

つまり、上記式（３７）及び上記式（３８）により、垂直に入射（（０，０）次音響モードで入射）した音波に対する、（１，０）次音響モードとして反射される音波の振幅比を求めることができる。上記式（３７）及び上記式（３８）中のｒ_０→０は、マイクロホンの信号の和から別に求めてあるので、ｒ_０→１を求めるには、１つの断面のみにおけるマイクロホンの信号の和に対する対向するマイクロホンの信号の差の比を計測すればよい。

【0069】

次に、入射音響パワーと反射音響パワーについて考える。今、入射音には、垂直入射成分しかないと考えたので、入射音の音圧ｐ_i及び粒子速度ｖ_iは、それぞれ下記式（３９）及び下記式（４０）で表わすことができる。

【数39】

【数40】

【0070】

したがって、入射音響パワーＷ_ｉは、下記式（４１）で示すようになる。

【数41】

【0071】

（０，０）次音響モード及び（１，０）次音響モードのみが伝播する周波数領域を考えると、反射音の音圧ｐ_ｒ及びz方向の粒子速度ｖ_ｒは、それぞれ下記式（４２）及び下記式（４３）で表わすことができる。

【数42】

【数43】

【0072】

したがって、反射音響パワーＷ_ｒは、下記式（４４）で示すようになる。

【数44】

【0073】

上記式（４１）及び上記式（４４）からトータルの反射率（ここでは、「管内入射パワー反射率」と呼ぶこととする。）Ｒを求めると、下記式（４５）のようになる。

【数45】

【0074】

上記式（４５）における右辺第１項は、垂直入射成分に対する垂直反射成分の反射率を表わし、右辺第２項及び右辺第３項は、垂直入射成分に対する（１，０）次音響モードでの反射率を表わす。したがって、計測からｒ^σ_０→１とｒ^τ_０→１を求めれば、垂直入射に対して、試料で散乱され、（１，０）次音響モードで反射される音波の影響を評価することが可能である。

【0075】

［３．３］ 垂直入射（１，０）次音響モード反射率の算出法（詳細法）
前節の「簡易法」では、入射音波に斜め進行成分がないと仮定した。この場合、１つの断面のみについて、４本のマイクロホンの信号の和に対する対向する信号の差の比を計測することで、ｒ_０→１を求めることができた。しかしながら、試料表面で散乱がある場合には、斜めに反射した音波が音源（スピーカ）側の管端で反射された音や音響管の断面方向で繰り返し反射して停留し、再度、試料に入射する成分があると考えられる。このことから、入射音波にも斜め進行成分があると考えて、ｒ_０→１を計測する方法（詳細法）について考える。詳細法においては、断面Ａと断面Ｂの２つの断面におけるマイクロホンの信号の和に対する対向する信号の差の比を求める方法について検討した。

【0076】

ｐ_ｓに対する、上記式（２９），（３０），（３１），（３２）の比をそれぞれとると、下記式（４６），（４７），（４８），（４９）が得られる。

【数46】

【数47】

【数48】

【数49】

【0077】

ただし、上記式（４６）〜（４９）におけるβ^σ_０→１及びβ^τ_０→１は、入射（０，０）次音響モードに対する入射（１，０）次音響モードの振幅の比を表わし、それぞれ下記式（５０）及び下記式（５１）で与えられる。

【数50】

【数51】

【0078】

上記式（４６）〜（４９）より、ｒ^σ_０→１、ｒ^τ_０→１、β^σ_０→１及びβ^τ_０→１を求めると、それぞれ、下記式（５２），（５３），（５４），（５５）となる。

【数52】

【数53】

【数54】

【数55】

【0079】

したがって、Ｈ_ｈ^｛１｝、Ｈ_ｖ^｛１｝、Ｈ_ｈ^｛２｝及びＨ_ｖ^｛２｝を計測することで、入射（０，０）次音響モードに対する反射（１，０）音響モードの反射率を求めることができる。２つの断面について、マイクロホンの信号の和に対する対向する信号の差の比を求めることにより、入射音に斜め成分が存在する場合においてもｒ_０→１を求めることが可能であることが分かる。また、２つの断面で、マイクロホン位置が角度θ_ｍだけずれた場合においても、反射率を算出することが可能であることも分かる。

【0080】

パワー反射率は、前節で説明した簡易法と同様に、次のように求めることができる。すなわち、入射音に（１，０）次音響モードの成分までが含まれていると考えると、入射音響パワーＷ_ｉは、下記式（５６）のように求めることができる。

【数56】

【0081】

また、反射音響パワーＷ_ｒは、下記式（５７）のように求めることができる。

【数57】

【0082】

したがって、管内入射パワー反射率は、下記式（５８）で求められる。

【数58】

【0083】

ただし、上記式（５８）において、Ｒ_０→０は、入射（０，０）次音響モードによる音響パワーに対する（０，０）次音響モードのパワー反射率であって下記式（５９）で与えられ、Ｒ_０→１は、入射（０，０）次音響モードによる音響パワーに対する（１，０）次音響モードのパワー反射率であって下記式（６０）で与えられ、Ｂ_ｒ０→１は、（０，０）次音響モードによる入射音響パワーに対する（１，０）次音響モードによる入射音響パワーの比であって下記式（６１）で与えられる。

【数59】

【数60】

【数61】

【0084】

上記式（５８）は、（１，０）次音響モードによる斜め入射成分、斜め反射成分を含んだ管内入射パワー反射率（全体のパワー反射率）である。垂直入射成分及び垂直反射成分が大きく、（１，０）次音響モードの影響が小さい場合は、上記式（２４）により求めた垂直入射パワー反射率ｒ_０→０の絶対値の２乗（＝｜ｒ_０→０｜^２）と上記式（５８）の管内入射パワー反射率Ｒが一致する。したがって、この管内入射パワー反射率Ｒをモニタすれば、散乱の影響があるかどうかを判断する指標となると考えられる。もちろん、ｒ_０→１やβ_０→１をモニタしてもよいが、管内入射パワー反射率Ｒをモニタした方が、垂直入射吸音率における散乱の影響をより直感的に評価できると考えられる。

【0085】

［４］ 実験
本発明の垂直入射吸音率測定装置で、上記の理論どおりに、高周波数まで測定することが可能であるかを確認するため、実験を行った。

【0086】

［４．１］ 実験装置
実験の概要を図４に、実験の様子を図５に示す。実験では、音響管として内径が１００ｍｍのアクリルパイプを用い、音響管における音源（スピーカ）側には吸音材を挿入した。音響管の管径から決まる各音響モードのカットオン周波数及びマイクロホン間距離ｓ（＝２５ｍｍ）から決まる上限周波数を下記表２に示す。

【表2】

【0087】

マイクロホンは、径が１／４インチのもの（Ｂ＆Ｋ４９５８）を８本用いた。音源（スピーカ）はホワイトノイズを用いた。同一断面内のマイクロホンの信号の和を取るには、マイクロホン間の特性ミスマッチの補正を行うため、本実験ではＦＦＴによる周波数領域での処理を行った。

【0088】

［４．２］ 散乱を無視できる場合の垂直入射吸音率の測定結果（多孔質材料）
まず、試料として多孔質材料を用いて実験を行った場合の垂直入射吸音率の測定結果を図６〜９に示す。図６は、試料として反毛フェルト（２０ｍｍ厚）を用いた場合の測定結果を、図７は、試料としてメラミンフォーム（２５ｍｍ厚）を用いた場合の測定結果を、図８は、試料としてグラスウール（５０ｍｍ厚）を用いた場合の測定結果を、図９は、試料としてＰＥＴフェルト（１２ｍｍ厚）を用いた場合の測定結果を示したものである。これらの測定結果は、Ｍｉｃ．１及びＭｉｃ．５の２本のマイクロホンのみを用いた場合と、Ｍｉｃ．１、Ｍｉｃ．３、Ｍｉｃ．５及びＭｉｃ．７の４本のマイクロホンを用いた場合と、Ｍｉｃ．１からＭｉｃ．８までの８本全てのマイクロホンを用いた場合とのそれぞれについて示す。また、計測器メーカ製の音響管（Ｂ＆Ｋ４２０６）を用いた場合の測定結果（管径２９ｍｍ）も示す。

【0089】

図６〜９の測定結果を見ると、試料として、反毛フェルト（図６）、メラミンフォーム（図７）、グラスウール（図８）又はＰＥＴフェルト（図９）のいずれを用いた場合であっても、２本のマイクロホンのみを用いた場合の測定結果（２−ｍｉｃ）では、（１，０）次音響モードのカットオン周波数付近である２ｋＨｚを超えるあたりから吸音率のカーブが乱れているのに対し、４本のマイクロホンを用いた場合の測定結果（４−ｍｉｃ）では、（２，０）次音響モードのカットオン周波数付近の３．３ｋＨｚあたりまで吸音率のカーブが滑らかに変化している。さらに、８本のマイクロホンを用いた場合の測定結果（８−ｍｉｃ）では、４ｋＨｚ付近まで滑らかな曲線が得られている。吸音率が滑らかな曲線として表れる領域では、管径が細いメーカ製の音響管（管径２９ｍｍ）の測定結果によく一致している。これらの結果から、一般的な多孔質吸音材料の垂直入射吸音率を測定する場合においては、本発明の垂直入射吸音率測定装置を用いることで、従来の測定装置の約２倍の周波数まで計測可能であることが分かった。

【0090】

［４．３］ 散乱がある場合の垂直入射吸音率の測定結果（完全反射条件）
続いて、試料表面で散乱がある場合において、測定される垂直入射吸音率にどのような影響が表れるかについて、実験により確認を行った。本実験では、音波を完全に反射する壁面が音響管の内部に斜めに設置されている場合を想定し、図１０に示すように、音響管の内部における試料が設置される箇所に油粘土を詰めて、その油粘土の壁面（背壁面）を音響管の断面に対して３０度傾けた。比較のため、油粘土の壁面（背壁面）を音響管の断面に対して平行（０度）にした場合についても実験を行った。背壁面を３０度傾けた場合と０度にした場合とにおける垂直入射吸音率の測定結果を図１１に示す。

【0091】

背壁面を音響管の断面に対して３０度傾けた場合の測定結果を示す図１１（ａ）からは、約２ｋＨｚ以上の領域において、垂直入射吸音率は高い値を示していることが読み取れる。ところが、背壁面を音響管の断面に対して平行（０度）にした場合の測定結果を示す図１１（ｂ）から分かるように、油粘土は音波を略完全に反射することから、背壁面が傾いている場合も、同様に全てが反射され、垂直入射吸音率は０に近い値となるはずである。それにもかかわらず、図１１（ａ）の垂直入射吸音率が高い値を示している理由は、背壁面が傾いていることで、略全ての音波が当該背壁面で斜めに反射され、垂直方向には殆ど反射されなくなったためと考えられる。つまり、斜めに反射された音波は、本実験では検出されないため、見かけ上、垂直入射吸音率が高く測定されたと考えられる。

【0092】

垂直入射（１，０）次音響モード反射率Ｒ_０→１を求め、管内入射パワー反射率を算出した結果を図１２及び図１３に示す。図１２は、上述した簡易法による結果を示したものであり、図１３は、上述した詳細法による結果を示したものである。図１２及び図１３のいずれにおいても、背面壁が３０度のときには、散乱の影響が反射率Ｒ_０→１に現れており、反射率Ｒ_０→１の値を見れば散乱が生じているかどうかを判断することが可能である。これに対し、背面壁が０度のときには、４ｋＨｚ付近まで反射率Ｒ_０→１の値は略０となっており、散乱が生じていないことが確認できる。

【0093】

また、背面壁が３０度の場合には、詳細法（図１３）で算出した管内入射パワー反射率は、約３．３ｋＨｚ以下で略１の値となっており、本来の壁面の反射率が計測された妥当な結果が得られたものと考えられる。詳細法により求めた管内入射パワー反射率と実測の垂直入射反射率の差は、測定された垂直入射吸音率における散乱の影響を表しており、この差を見ることで、散乱の影響を定量的に把握することが可能になると考えられる。一方、簡易法では、管内入射パワー反射率が１よりも大きい値となっている場合が多く、散乱が生じていることは判断できるものの、散乱の影響を定量的に把握するのにはやや難があると考えられる。

【0094】

［４．４］ 散乱がある場合の垂直入射吸音率の測定結果（吸音材料）
次に、試料が吸音材料である場合に、散乱の影響が評価できるか否かを検証するため、吸音材料（試料）の密度分布等にばらつきがある場合や、反射する材料が吸音材料（試料）の表面の一部に貼り付けられている場合を想定して実験を行った。本実験で検証対象とした吸音材料（試料）を図１４に示す。

【0095】

図１４（ａ）は、厚さ２５ｍｍのメラミン樹脂フォーム（左）からなる試料と、厚さ２５ｍｍのメラミン樹脂フォームに直径２９ｍｍの穴を開けた試料（中央）と、厚さ２５ｍｍのメラミン樹脂フォームに６３．５ｍｍの穴を開けた試料（右）を撮影したものである。穴は、音響管の内壁面に近い位置となるように、試料の中心からずらして配置した。図１４（ｂ）は、厚さ２５ｍｍのメラミン樹脂フォームの表面に厚さ０．４ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の円板（直径４０ｍｍ）を貼り付けた試料を撮影したものであり、試料（左）は、同円板を試料の中心に貼り付けた場合、試料（中央）は、同円板を試料の中心から１５ｍｍずれた位置に貼り付けた場合、試料（右）は、同円板を試料の中心から３０ｍｍずれた位置に貼り付けた場合となっている。図１４（ｃ）は、厚さ２５ｍｍのメラミン樹脂フォームの表面に厚さ０．４ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の円板（直径５０ｍｍ）を貼り付けた試料を撮影したものであり、試料（左）は、同円板を試料の中心に貼り付けた場合、試料（右）は、同円板を試料の中心から２５ｍｍずれた位置に貼り付けた場合となっている。

【0096】

図１４（ａ）の試料を用いて垂直入射吸音率等を測定した結果を図１５に示す。また、図１４（ｂ）の試料を用いて垂直入射吸音率等を測定した結果を図１６に示す。さらに、図１４（ｃ）の試料を用いて垂直入射吸音率等を測定した結果を図１７に示す。

【0097】

図１５（ａ）を見ると、「穴なし」の場合は、反射率Ｒ_０→１の成分が殆ど計測されておらず、散乱が生じていないことが分かる。ただし、図１５（ｂ）に示すように、簡易法によりパワー反射率（管内入射パワー反射率）を算出した場合には、２．２ｋＨｚ付近で０．０５程度の反射率のピークが表れている。これは、簡易法の場合には、入射音に高次の音響モード成分が含まれていないという仮定のもとに反射率Ｒ_０→１を算出したために生じたエラーであると考えられる。また、「穴２９ｍｍ」の場合も、反射率Ｒ_０→１の値は小さく、この程度の材料のばらつきでは、散乱による大きな影響は現れないと考えられる。一方、「穴６３．５ｍｍ」の場合には、２〜４ｋＨｚあたりの広い帯域において、０．０３程度の反射率Ｒ_０→１が測定されており、大きくはないものの、この程度の散乱による影響が垂直入射吸音率に及ぼされたものと考えられる。

【0098】

ここで、図１５（ａ）における垂直入射吸音率の測定結果を振り返ると、２本のマイクロホンで測定した垂直入射吸音率（２−ｍｉｃ．）が（１，０）次音響モードのカットオン周波数を超える範囲で大きく乱れていることが分かる。この傾向は、穴が大きくなるほど顕著に表れている。これは、音響管の内部を斜めに進む音波の影響により、垂直進行成分が正確に測定できなかったことが原因であると考えられる。このことから、マイクロホンの本数が２本である場合には、僅かな散乱であっても、（１，０）次音響モードのカットオン周波数を超える範囲で、垂直入射吸音率の測定結果が大きく影響を受けることが分かる。これに対し、８本のマイクロホンで垂直入射吸音率を測定した場合には、「穴６３．５ｍｍ」の場合ですら、吸音率のカーブは比較的滑らかになっている。このことから、８本のマイクロホンを用いた測定が有効であることが改めて確認できた。

【0099】

また、試料の表面に直径４０ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の円板を貼り付けた場合には、図１６に示すように、円板の貼り付け位置を中央からずらしていくほど、算出される反射率Ｒ_０→１の値が大きくなっていくことが分かる。試料の中心に円板を貼り付けた場合には、円板によって散乱が起こるとしても、円板の中心に節が入る（１，０）モードや（２，０）モードは励振されないことから影響が現れていない。これに対し、円板の貼り付け位置を中央からずらすと、（１，０）モードや（２，０）モードが励振され、散乱による影響が表れている。

【0100】

さらに、試料の表面に直径５０ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の円板を貼り付けた場合には、図１７に示すように、円板が試料の中心からずれると、２ｋＨｚ以上で０．０５程度の散乱が生じ、試料の表面に直径４０ｍｍのポリプロピレン（ＰＰ）製の円板を貼り付けた場合（図１６）よりも大きな散乱が生じている。このため、管内入射パワー反射率と垂直入射反射率とに差が生じている。この差は、散乱による影響を示しており、この差をモニタすることにより、垂直入射吸音率の測定結果の信頼性を評価することができると考えられる。また、反射率の計測結果は、簡易法の方が詳細法よりも大きな値になる傾向があることが分かった。これは、入射音中の高次モードの影響を無視していることが原因である。簡易法では入射音を斜め入射成分の分だけ小さく算出するので、反射率が大きくなると考えられる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】