特許 5721483 音響特性測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5721483

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月20日

(54)【発明の名称】音響特性測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20150430BHJP

【ＦＩ】

   G01H17/00 C

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2011-57787(P2011-57787)

(22)【出願日】2011年3月16日

(65)【公開番号】特開2012-194029(P2012-194029A)

(43)【公開日】2012年10月11日

【審査請求日】2014年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000112565

【氏名又は名称】フォスター電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081259

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 道夫

(72)【発明者】

【氏名】笹島 学

(72)【発明者】

【氏名】内田 善照

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 光春

【審査官】 高橋 亨

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６１−０８４５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０５６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０８２５２９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０００−０６５６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８９７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６１３４９６８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０２９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５６８４２５１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０４０９２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４５３７６３０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｈ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

測定対象の試験体（１３）を収容した音響管（１１）の一端に音源（１２）を設け、前記音源（１２）によって前記音響管（１１）内に平面波を励起し、測定用マイクロホン（１８−１、１８−２、１８）によって前記音源（１２）と前記試験体（１３）との間の２点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この複素音圧伝達関数から音響特性を算出することが可能な音響特性測定装置であって、
前記音響管（１１）の内径（φ２）は１４ｍｍ以下であり、前記音響管（１１）への前記測定用マイクロホン（１８−１、１８−２、１８）の装着部の開口部径（Ｄ２）は、前記音響管（１１）の内径（φ２）の１／３以下とし、かつ前記測定用マイクロホン（１８−１、１８−２、１８）は、それぞれマイクロホンホルダ（１７−１、１７−２、１７）を介して前記音響管（１１）に装着され、前記マイクロホンホルダ（１７−１、１７−２、１７）の端部は、前記音響管（１１）の外周部に形成された有底孔（２２）内に嵌合され、前記有底孔（２２）の底部に前記マイクロホン開口部（２３）が配置され、前記マイクロホンホルダ（１７）は、内面に前記測定用マイクロホン（１８）の装着時と取り外し時にＯリング（１９）を上下動可能に収容する内溝（２０）と、この内溝（２０）の底部に設けられ、前記音響管（１１）の外部に連通する内圧調整孔（２１）とを備えることを特徴とする音響特性測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音響管を用いて試験体の音響特性を測定する音響特性測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の音響特性測定装置は、例えば図５に示すように構成されている（特許文献１参照）。図５において、１は定在波を発生させるための音響管で、この音響管１内に測定対象の試験体（吸音材）２が収容されている。音響管１の一端側には音源としてのスピーカ３が設けられており、他端側には剛壁４に接続されたピストン５が設けられている。剛壁４は、試験体２との間に背後空気層６を形成するためのもので、ピストン５を音響管１の長手方向に移動させ、試験体２と剛壁４を規定した距離に調整可能になっている。

【0003】

上記音響管１におけるスピーカ３と試験体２との間には、音響管１内の音圧を測定するための測定用マイクロホン７−１、７−２がマイクロホンホルダ８−１、８−２に装着されて設けられている。これらの測定用マイクロホン７−１、７−２は、音響管１の長手方向に離れた２カ所に設置されており、それぞれの位置での音圧の測定を行う。

【0004】

そして、上記スピーカ３から定常のランダム音波、例えばホワイトノイズ（入射波）を発生させ、音響管１内を平面波として伝搬させて試験体２に当てる。入射波は試験体２を透過して剛壁４で反射し、音響管１内部に入射波（前進波）と反射波（後進波）の重ね合わせによって定在波干渉パターンが発生する。上記測定用マイクロホン７−１、７−２で音響管１の２点の音圧を計測し、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザに入力して複素音圧伝達関数を計算する。この伝達関数から２点マイク法による音響インピーダンスの式を用いて、試験体２前面の音響インピーダンスを求める。また、試験体２後面の音響インピーダンスは解析的に算出できる。これらにより、試験体２の特性インピーダンスと伝播定数を算出する。

【0005】

上述したような一般的な円断面の音響管１では、スピーカ３からの平面波が乱れずに円断面形状で進行・退行していくことが前提である。また、音響管１の測定可能な上限周波数は、波長と管の内径φ１およびマイクロホン間距離ΔＭの関係に依存する。通常、音響管１の内径φ１は２９ｍｍ〜１００ｍｍ程度であり、例えば内径φ１＝１００ｍｍで約２ＫＨｚまで、内径φ１＝２９ｍｍで約６．８ＫＨｚまで測定できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平０８−２３３６４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、人間の可聴範囲の上限は２０ＫＨｚ程度の高域まであるため、１０ＫＨｚを超えるような高い周波数の音響特性の測定が要求されることがある。このような高い周波数まで測定するには、音響管１の内径φ１を細くし、かつマイクロホン間距離ΔＭを狭くしていくことが考えられるが、この場合、音響管１へのマイクロホン７−１、７−２およびマイクロホンホルダ８−１、８−２の装着部において管の円断面形状の変化が大きくなり、管内を進行する平面波が乱れて測定データが安定しない、という問題が発生する。

【0008】

すなわち、図６に示すように、音響管１への測定用マイクロホン７−１およびマイクロホンホルダ８−１の装着部には管の円断面形状に変化が生じるため、管内を進行する平面波を乱れさせる要因となる。測定用マイクロホン７−２およびマイクロホンホルダ８−２の装着部も同様である。音響管１の内径φ１が大きいときには、この内径φ１に対する開口部径Ｄ１が小さく無視できる程度である。

【0009】

しかし、開口部径Ｄ１はマイクロホンホルダ８−１、８−２の外径で決まり一定であるため、音響管１を例えば１４ｍｍ以下にまで細くすると相対的に管の円断面形状に大きな変化が生じ、管内を進行する平面波の乱れが無視できなくなる。よって、一般的な音響管１では、１０ＫＨｚを超えるような高周波数域まで安定した音響特性の測定は難しい。

【0010】

本発明は、上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、高周波数域まで安定した音響特性の測定が可能な音響特性測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、請求項１に係る本発明の音響特性測定装置は、測定対象の試験体１３を収容した音響管１１の一端に音源１２を設け、前記音源１２によって前記音響管１１内に平面波を励起し、測定用マイクロホン１８−１、１８−２、１８によって前記音源１２と前記試験体１３との間の２点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この複素音圧伝達関数から音響特性を算出することが可能な音響特性測定装置であって、前記音響管１１の内径φ２は１４ｍｍ以下であり、前記音響管１１への前記測定用マイクロホン１８−１、１８−２、１８の装着部の開口部径Ｄ２は、前記音響管１１の内径φ２の１／３以下とし、かつ前記測定用マイクロホン１８−１、１８−２、１８は、それぞれマイクロホンホルダ１７−１、１７−２、１７を介して前記音響管１１に装着され、前記マイクロホンホルダ１７−１、１７−２、１７の端部は、前記音響管１１の外周部に形成された有底孔２２内に嵌合され、前記有底孔２２の底部に前記マイクロホン開口部２３が配置され、前記マイクロホンホルダ１７は、内面に前記測定用マイクロホン１８の装着時と取り外し時にＯリング１９を上下動可能に収容する内溝２０と、この内溝２０の底部に設けられ、前記音響管１１の外部に連通する内圧調整孔２１とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明では、測定用マイクロホンの装着部に、音響管の内径よりも十分に小さな開口部径のマイクロホン開口部を形成することで、音響管の内径を細くしても音響管の断面形状の乱れを小さくでき、これに起因する測定値の乱れを低減できる。よって、高周波数域まで安定した音響特性の測定が可能になる。

【0013】

また、マイクロホンホルダの一端を音響管の外周部に形成した有底孔内に嵌合し、この有底孔の底部にマイクロホン開口部を配置することで、マイクロホンホルダを音響管に貫通させる必要がないので、音響管の断面形状の乱れを小さくできる。

【0014】

そして、マイクロホンの着脱時に、内圧調整孔によって音響管内の圧力変化を抑制できるので、安全にマイクロホンの取り換えが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例に係る音響特性測定装置における音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部の横断面図である。

【図2】本発明の実施例に係る音響特性測定装置を示す縦断面図である。

【図3】音響特性測定装置における音響管の内径と開口部径との比を変化させたときの特性インピーダンスの計測例を示す図である。

【図4】本発明の他の実施例に係る音響特性測定装置における音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部を示しており、（ａ）図はマイクロホン装着時の横断面図、（ｂ）図はマイクロホン取り外し時の横断面図である。

【図5】従来の音響特性測定装置の縦断面図である。

【図6】従来の音響特性測定装置における音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部の横断面図である。

【実施例】

【0016】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

【0017】

図１および図２はそれぞれ、本発明の実施例に係る音響特性測定装置について説明するためのもので、図１は音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部を抽出して示す横断面図、図２は装置全体の縦断面図である。図２に示す如く、この音響特性測定装置は、定在波を発生させるための音響管１１の一端側に音源としてのスピーカ１２が設置され、管内に測定対象の試験体（吸音材）１３が収容されている。

【0018】

本例では、音響管１１を透明なアクリル製パイプで形成しており、内径φ２を１４ｍｍ、全長Ｌを約１５０ｍｍにしている。音響管１１を透明な材料で形成することで、試験体のセット後に試験体の状態（変形や位置等）や、マイクロホンの位置が正しい状態にあるのか容易に確認できる。また、上記スピーカ１２は音響管１１内に平面波を励起するもので、アダプタを介在して音響管１１の一端に接合することで種々のサイズのスピーカユニットを用いることができ、例えば１／４インチや１／２インチサイズのコンデンサマイクロホン、ヘッドホン用等の小型スピーカを利用しても良い。

【0019】

上記試験体１３の背面には背面空気層１４を形成するための中空円筒状のスペーサリング１５−１が設けられ、このスペーサリング１５−１の背後に剛壁として働くスペーサ１６−１が設けられている。また、スペーサ１６−１の背後には、スペーサリング１５−２とスペーサ１６−２が収容されている。上記スペーサリング１５−１、１５−２とスペーサ１６−１、１６−２には種々の幅が用意されており、スペーサリング１５−１、１５−２とスペーサ１６−１、１６−２をそれぞれ入れ換えたり、増減したりすることで上記試験体１３から剛壁（スペーサ１６−１）までの距離を調整可能になっている。

【0020】

上記音響管１１におけるスピーカ１２と試験体１３との間の側面には、マイクロホンホルダ１７−１、１７−２に挿入された測定用マイクロホン１８−１、１８−２がこの音響管１１の中心軸ＡＸに実質的に直交する方向に設置されている。そして、２つの測定用マイクロホン１８−１、１８−２によって２点の長手方向位置間の複素音圧伝達関数測定を行い、この伝達関数から音響特性を算出することが可能になっている。

【0021】

図１に示すように、上記音響管１１への測定用マイクロホン１８−１およびマイクロホンホルダ１７−１の装着部には、マイクロホン開口部２３が設けられている。このマイクロホン開口部２３の開口部径Ｄ２は、音響管１１の内径φ２の１／３以下にしている。測定用マイクロホン１８−２およびマイクロホンホルダ１７−２の装着部も同様である。

【0022】

すなわち、従来は、図６に示したように音響管１に貫通孔９を形成してマイクロホンホルダ８−１の外径と等しいマイクロホン開口部１０を形成したのに対し、本実施例では、音響管１１を貫通させないようにマイクロホンホルダ１７−１を装着し、測定用マイクロホン１８−１、１８−２の外径とほぼ等しいか、あるいはより小さいマイクロホン開口部Ｄ２を形成している。

【0023】

このような構造にするために、例えば音響管１１のマイクロホン装着部に、外周部にマイクロホンホルダ１７−１、１７−２の外径とほぼ等しく、かつ内壁に達しない円形の有底孔２２を形成し、この有底孔２２にマイクロホンホルダ１７−１、１７−２の端部を嵌合させる。測定用マイクロホン１８−１、１８−２の外径は、上記マイクロホンホルダ１７−１、１７−２の内径とほぼ等しくなっており、上記マイクロホンホルダ１７−１、１７−２内に挿入され、測定用マイクロホン１８−１、１８−２の先端部が音響管１１の内面に対応する位置に配置されている。本例では、音響管１１の内面の開口部径Ｄ２は、測定用マイクロホン１８−１、１８−２の外径よりも小さくなっている。

【0024】

上記のような構成において、スピーカ１２から定常のランダム音波、例えばホワイトノイズを発生させ、音響管１１内を平面波として伝搬させて試験体１３に当てると、入射波は試験体１３を透過して剛壁（スペーサ１６−１）で反射し、音響管１１内部に入射波と反射波の重ね合わせによって定在波干渉パターンが生ずる。

【0025】

そして、上記測定用マイクロホン１８−１、１８−２で音響管１１の２点の音圧を計測し、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）アナライザに入力して複素音圧伝達関数を計算する。この伝達関数から周知の２点マイク法による音響インピーダンスの式を用いて、試験体１３前面の音響インピーダンスを求める。また、試験体１３後面の音響インピーダンスは解析的に算出できる。これらにより、試験体１３の特性インピーダンスと伝播定数を算出する。

【0026】

図３は、上述した音響特性測定装置における音響管１１の内径φ２と開口部径Ｄ２との比を変化させたときの特性インピーダンスの計測例を示している。ここでは、音響管１１の内径φ２を一定にし、開口部径Ｄ２を変化させて４ＫＨｚから１０ＫＨｚの周波数における特性インピーダンス（Ｚ／ρｃ_０）を測定している。ここで、ρは空気の密度、ｃ_０は空気中の音速である。破線３０は開口部径が大きい時の実部のデータ、破線３１は開口部径が大きい時の虚部のデータ、実線３２は開口部径が小さい実部のデータ、および実線３２は開口部径が小さい時の虚部のデータである。

【0027】

図３から明らかなように、開口部径Ｄ２が大きいときには、実部、虚部ともにデータの乱れΔ１、Δ２が大きく測定データが安定せず、大きな乱れが生じている。これに対し、開口部径Ｄ２を小さくすると、データの乱れΔ３、Δ４を小さくできる。音響管１１の内径φ２と開口部径Ｄ２との比を変化させて実験したところ、マイクロホン開口部２３の開口部径Ｄ２を音響管１１の内径φ２の１／３以下にすることで、音響管１１内を進行する平面波への影響を小さくでき、好ましい結果が得られた。

【0028】

従って、上記のような構成によれば、マイクロホンホルダ１７−１、１７−２を音響管１１に貫通させないようにし、かつ測定用マイクロホン１８−１、１８−２の装着部に、音響管１１の内径φ２よりも十分に小さな開口部径Ｄ２のマイクロホン開口部２３を形成するので、音響管１１の断面形状の乱れを小さくでき、音響管１１の内径φ２を細くしても高周波数域まで安定した音響特性の測定が可能になる。この結果、一般的な音響管では測定困難な１０ＫＨｚを超える高域まで安定した計測ができる。

【0029】

図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ音響特性測定装置における音響管へのマイクロホンおよびマイクロホンホルダの装着部を示しており、（ａ）図はマイクロホン装着時の横断面図、（ｂ）図はマイクロホン取り外し時の横断面図である。本実施例は、マイクロホンホルダに、Ｏリングの移動により開閉可能な内圧調整孔を設けたものである。他の基本的な構成は上述と同様であるので、詳細な説明は省略する。

【0030】

すなわち、中空管状のマイクロホンホルダ１７の内面に、測定用マイクロホン１８の装着時と取り外し時にＯリング１９を上下動可能に収容する内溝２０が設けられ、この内溝２０の底部に内圧調整孔２１が設けられている。この内圧調整孔２１は、マイクロホンホルダ１７の内面から外周部（音響管１１の外部）に連通している。

【0031】

そして、マイクロホン１８の装着時には、図４（ａ）に示すようにマイクロホン１８への下方（矢印Ａ方向）の押圧動作に伴ってＯリング１９が内溝２０の底部に移動して内圧調整孔２１を塞ぎ、マイクロホン１８の取り外し時には、図４（ｂ）に示すようにマイクロホン１８の上方（矢印Ｂ方向）への引き上げ動作に伴ってＯリング１９が内溝２０の上部に移動して内圧調整孔２１を開くようになっている。

【0032】

上記のような構成によれば、マイクロホン１８の着脱時に、内圧調整孔２１によって音響管１１内の圧力変化を抑制できるので、安全にマイクロホン１８の取り換えが可能となる。特に、音響管１１の内径が１４ｍｍ以下にまで小さくなると、マイクロホン１８の着脱時に管内の圧力が大きく変化するので、マイクロホン１８が破壊される恐れがあり、音響管１１の内径が小さくなるのにしたがって大きな効果が得られる。

【0033】

なお、上記実施例では、試験体１３の背後に背後空気層１４を形成するために、スペーサリング１５−１、１５−２とスペーサ１６−１、１６−２を用いる場合を例に取って説明したが、ピストンと剛壁で背後空気層を生成しても良いのはもちろんである。

【0034】

以上本発明の説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施例には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0035】

１ 音響管
２ 試験体
３ スピーカ
４ 剛壁
５ ピストン
６ 背後空気層
７−１、７−２ マイクロホン
８−１、８−２ マイクロホンホルダ
９ 貫通孔
１０ マイクロホン開口部
１１ 音響管
１２ スピーカ（音源）
１３ 試験体
１４ 背後空気層
１５−１、１５−２ スペーサリング
１６−１、１６−２ スペーサ
１７−１、１７−２、１７ マイクロホンホルダ
１８−１、１８−２、１８ 測定用マイクロホン
１９ Ｏリング
２０ 内溝
２１ 内圧調整孔
２２ 有底孔
２３ マイクロホン開口部
ΔＭ マイクロホン間距離
φ１、φ２ 音響管の内径
ＡＸ 音響管の中心軸
Ｄ１、Ｄ２ 開口部径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】