(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】P2023096603
(43)【公開日】2023-07-07
(54)【発明の名称】音源解析装置および音源解析方法
(51)【国際特許分類】
G01H 3/00 20060101AFI20230630BHJP
H04R 3/00 20060101ALI20230630BHJP
G10K 15/00 20060101ALI20230630BHJP
【ＦＩ】
G01H3/00 Z
H04R3/00 320
G10K15/00 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021212473
(22)【出願日】2021-12-27
(71)【出願人】
【識別番号】000232302
【氏名又は名称】ニデック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109380
【弁理士】
【氏名又は名称】小西 恵
(74)【代理人】
【識別番号】100109036
【弁理士】
【氏名又は名称】永岡 重幸
(72)【発明者】
【氏名】西浦 貴大
(72)【発明者】
【氏名】田中 八平
【テーマコード（参考）】
2G064
5D220
【Ｆターム（参考）】
2G064AB01
2G064AB02
2G064AB13
2G064AB16
2G064AB18
2G064BA02
2G064BD02
2G064CC41
2G064CC43
2G064DD02
5D220BA06
5D220BC05
(57)【要約】
【課題】三次元音場の解析を高速かつ適切に行うことができる音源解析装置および音源解析方法を提供する。
【解決手段】音源解析装置は、解析対象である音源面の三次元モデルを記憶する記憶部と、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得する取得部と、記憶部により記憶された三次元モデルを複数の部分領域に分割する分割部と、マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、分割部により分割された部分領域に対して平面近似を行う近似部と、取得部により取得された音信号に基づいて、近似部により近似された平面を用いて音源情報を算出する算出部と、を備える。
【選択図】 図３
【解決手段】音源解析装置は、解析対象である音源面の三次元モデルを記憶する記憶部と、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得する取得部と、記憶部により記憶された三次元モデルを複数の部分領域に分割する分割部と、マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、分割部により分割された部分領域に対して平面近似を行う近似部と、取得部により取得された音信号に基づいて、近似部により近似された平面を用いて音源情報を算出する算出部と、を備える。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
解析対象である音源面の三次元モデルを記憶する記憶部と、
複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得する取得部と、
前記記憶部により記憶された三次元モデルを複数の部分領域に分割する分割部と、
前記マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、前記分割部により分割された前記部分領域に対して平面近似を行う近似部と、
前記取得部により取得された音信号に基づいて、前記近似部により近似された平面を用いて音源情報を算出する算出部と、を備えることを特徴とする音源解析装置。
複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得する取得部と、
前記記憶部により記憶された三次元モデルを複数の部分領域に分割する分割部と、
前記マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、前記分割部により分割された前記部分領域に対して平面近似を行う近似部と、
前記取得部により取得された音信号に基づいて、前記近似部により近似された平面を用いて音源情報を算出する算出部と、を備えることを特徴とする音源解析装置。
【請求項2】
前記音源情報は、音圧および粒子速度の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の音源解析装置。
【請求項3】
前記算出部は、前記複数の部分領域のうち、前記近似部により平面近似された部分領域を第一メッシュとし、近接場音響ホログラフィ演算を行うことで、当該第一メッシュの前記音源情報を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の音源解析装置。
【請求項4】
前記算出部は、前記複数の部分領域のうち、前記近似部により平面近似された部分領域以外の部分領域を第二メッシュとし、逆境界要素法の演算を行うことで、当該第二メッシュの前記音源情報を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の音源解析装置。
【請求項5】
前記近似部は、前記複数の部分領域のそれぞれについて、前記マイクロホンアレイの測定面に平行な検査面における短手方向の大きさが前記マイクロホンアレイのマイク間隔よりも小さい凹凸形状を除去することで、前記平面近似を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の音源解析装置。
【請求項6】
前記近似部は、前記凹凸形状が除去された部分領域のうち、前記マイクロホンアレイの測定面に平行な検査面の法線方向の座標が各頂点で等しい部分領域を平面部と定義し、複数の前記平面部が定義された場合、当該平面部の各頂点の座標に基づいて、複数の前記平面部を１つの新たな平面部として再定義することを特徴とする請求項５に記載の音源解析装置。
【請求項7】
前記近似部は、複数の前記平面部のうち最も大きな平面部を基準面とし、当該基準面以外の前記平面部のうち、各頂点の前記法線方向の座標が前記基準面の各頂点の前記法線方向の座標に対して所定範囲内にある前記平面部と、前記基準面とを、当該基準面と同一平面の前記新たな平面部として再定義することを特徴とする請求項６に記載の音源解析装置。
【請求項8】
前記近似部は、複数の前記平面部のうち、前記新たな平面部として再定義されていない平面部が存在する場合、再定義されていない前記平面部に対して、前記再定義を繰り返すことを特徴とする請求項７に記載の音源解析装置。
【請求項9】
前記算出部は、
前記取得部により取得された音信号に基づいて、前記音源情報を算出するための第１処理を行う第１の算出部と、
前記第１の算出部による算出結果を利用して、前記音源情報を算出するための第２処理を行う第２の算出部と、を備え、
複数の前記マイクロホンアレイのそれぞれに対応し、前記第１の算出部を備える複数のサブ演算部と、
前記複数のサブ演算部に接続され、前記第２の算出部を備えるメイン演算部と、を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の音源解析装置。
前記取得部により取得された音信号に基づいて、前記音源情報を算出するための第１処理を行う第１の算出部と、
前記第１の算出部による算出結果を利用して、前記音源情報を算出するための第２処理を行う第２の算出部と、を備え、
複数の前記マイクロホンアレイのそれぞれに対応し、前記第１の算出部を備える複数のサブ演算部と、
前記複数のサブ演算部に接続され、前記第２の算出部を備えるメイン演算部と、を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の音源解析装置。
【請求項10】
前記第１の算出部は、前記第１処理として、周波数解析処理を含む処理を実行することを特徴とする請求項９に記載の音源解析装置。
【請求項11】
前記複数のサブ演算部間で、前記第１処理を並列的に行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の音源解析装置。
【請求項12】
表示部と、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の音源解析装置と、
前記算出部により算出された音源情報を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とする音源可視化装置。
請求項１から１１のいずれか１項に記載の音源解析装置と、
前記算出部により算出された音源情報を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とする音源可視化装置。
【請求項13】
解析対象である音源面の三次元モデルを取得するステップと、
複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得するステップと、
前記三次元モデルを複数の部分領域に分割するステップと、
前記マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、分割された前記部分領域に対して平面近似を行うステップと、
取得された前記音信号に基づいて、前記平面近似された平面に用いて音源情報を算出するステップと、を含むことを特徴とする音源解析方法。
複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得するステップと、
前記三次元モデルを複数の部分領域に分割するステップと、
前記マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、分割された前記部分領域に対して平面近似を行うステップと、
取得された前記音信号に基づいて、前記平面近似された平面に用いて音源情報を算出するステップと、を含むことを特徴とする音源解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、音源解析装置および音源解析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、三次元で任意形状の音源を可視化するアルゴリズムとして、逆境界要素法（(inverse Boundary Element Method：ｉＢＥＭ）を用いた方法がある。ｉＢＥＭは、音場のある点の音圧は、解析対象表面の微小面積からの影響の和で表せることを利用した音源解析方法である。音場の音圧をマイクロホン等で測定することで、逆演算により解析対象表面の粒子速度を求めることができる。
例えば特許文献１は、少なくとも１つの測定値に基づいて、波動関数の計算により音場を再構成する技術を開示する。
例えば特許文献１は、少なくとも１つの測定値に基づいて、波動関数の計算により音場を再構成する技術を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１１－５２７４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
三次元音源可視化の空間分解能を上げるためには、解析対象表面を細かい微小面積で分割する必要がある。しかしながら、ＢＥＭの演算では、表面の分割数の二乗のオーダーで演算量が増えていくため、高分解能で解析を行おうとするほど、演算時間が増加する。
そこで、本発明は、三次元音場の解析を高速かつ適切に行うことができる音源解析装置および音源解析方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、三次元音場の解析を高速かつ適切に行うことができる音源解析装置および音源解析方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するために、本発明の一つの態様の音源解析装置は、解析対象である音源面の三次元モデルを記憶する記憶部と、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得する取得部と、上記記憶部により記憶された三次元モデルを複数の部分領域に分割する分割部と、上記マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、上記分割部により分割された上記部分領域に対して平面近似を行う近似部と、上記取得部により取得された音信号に基づいて、上記近似部により近似された平面を用いて音源情報を算出する算出部と、を備える。
また、本発明の一つの態様の音源可視化装置は、表示部と、上記の音源解析装置と、上記算出部により算出された音源情報を上記表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
また、本発明の一つの態様の音源可視化装置は、表示部と、上記の音源解析装置と、上記算出部により算出された音源情報を上記表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
【0006】
さらに、本発明の一つの態様の音源解析方法は、解析対象である音源面の三次元モデルを取得するステップと、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだマイクロホンアレイにより測定された音信号を取得するステップと、上記三次元モデルを複数の部分領域に分割するステップと、上記マイクロホンアレイのマイク間隔に基づいて、分割された上記部分領域に対して平面近似を行うステップと、取得された上記音信号に基づいて、上記平面近似された平面に用いて音源情報を算出するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一つの態様によれば、平面近似により演算量を減らすことができるため、三次元音場の解析を高速かつ適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【0010】
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態における音源解析装置を備える音源可視化装置１００の構成例を示す図である。
本実施形態における音源可視化装置１００は、トラクションモータおよび工作機械などの解析対象における三次元音源可視化を行う装置である。
図１に示すように、音源可視化装置１００は、音源解析装置２００と、表示装置３００と、を備える。
図１は、本実施形態における音源解析装置を備える音源可視化装置１００の構成例を示す図である。
本実施形態における音源可視化装置１００は、トラクションモータおよび工作機械などの解析対象における三次元音源可視化を行う装置である。
図１に示すように、音源可視化装置１００は、音源解析装置２００と、表示装置３００と、を備える。
【0011】
音源解析装置２００は、音源から発せられる被測定音を解析し、解析結果を表示装置３００に表示させる装置である。
音源解析装置２００は、複数のマイクロホンアレイ１０と、複数のサブコンピュータ２０と、１つのメインコンピュータ３０と、を備える。
マイクロホンアレイ１０は、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだ構成を有する。例えばマイクロホンアレイ１０は、ｍ×ｎ個のマイクロホンがｘｙ方向に一定のマイク間隔ｄで格子状に並んだ構成とすることができる。マイクロホンアレイ１０は、解析対象である音源面から概ねマイク間隔ｄだけ離れた位置に、解析対象に対向して配置される。
音源解析装置２００は、複数のマイクロホンアレイ１０と、複数のサブコンピュータ２０と、１つのメインコンピュータ３０と、を備える。
マイクロホンアレイ１０は、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔で並んだ構成を有する。例えばマイクロホンアレイ１０は、ｍ×ｎ個のマイクロホンがｘｙ方向に一定のマイク間隔ｄで格子状に並んだ構成とすることができる。マイクロホンアレイ１０は、解析対象である音源面から概ねマイク間隔ｄだけ離れた位置に、解析対象に対向して配置される。
【0012】
マイクロホンは、例えばＭＥＭＳ（Micro-Electrical-Mechanical Systems）マイクロホンとすることができる。この場合、マイクロホンは、ＭＥＭＳ技術を用いた音響トランスデューサ（ＭＥＭＳチップ）とアンプとを内蔵することができる。そして、マイクロホンは、音響トランスデューサによって音（音圧）を電気信号に変換し、変換した電気信号をアンプによって増幅して出力する。なお、マイクロホンがデジタルマイクロホンである場合、マイクロホンは、さらにＡ／Ｄコンバータを内蔵し、アンプによって増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力することができる。
ただし、マイクロホンはＭＥＭＳマイクロホンに限定されるものではない。また、マイクロホンは、無指向性のマイクロホンであってもよいし、指向性のマイクロホンであってもよい。
ただし、マイクロホンはＭＥＭＳマイクロホンに限定されるものではない。また、マイクロホンは、無指向性のマイクロホンであってもよいし、指向性のマイクロホンであってもよい。
【0013】
複数のサブコンピュータ２０は、複数のマイクロホンアレイ１０のそれぞれに対応して接続されている。１つのマイクロホンアレイ１０と１つのサブコンピュータ２０とで、１つのマイクロホンアレイモジュール４０を構成する。サブコンピュータ２０は、マイクロホンアレイ１０が備えるマイクロホンの各々により測定された音信号を取得し、取得した音信号をメインコンピュータ３０に転送する。
なお、マイクロホンアレイモジュール４０の数は特に限定されない。マイクロホンアレイモジュール４０の数は、被測定音を収音可能な数であればよい。
なお、マイクロホンアレイモジュール４０の数は特に限定されない。マイクロホンアレイモジュール４０の数は、被測定音を収音可能な数であればよい。
【0014】
メインコンピュータ３０は、複数のサブコンピュータ２０と、表示装置３００とに接続されている。
メインコンピュータ３０は、メイン演算部であるプロセッサ（ＣＰＵ）３１と、記憶装置（メモリ）３２と、を備える。プロセッサ３１は、サブコンピュータ２０から転送される音信号を取得し、取得した音信号を、記憶装置３２に記憶された各種データを用いて解析し、解析対象での音源面の音源情報を算出する。上記音源情報は、音の特徴を表す物理量であり、音圧および粒子速度の少なくとも一方を含む。また、プロセッサ３１は、算出した音源情報を示す画像（音源画像）を表示装置３００に表示させる表示制御を行う。記憶装置３２は、解析対象である音源面の三次元モデル等を記憶する記憶部である。
表示装置３００は、液晶ディスプレイ等のモニタからなる表示部を備え、メインコンピュータ３０のプロセッサ３１からの指示に従って音源画像等を表示する。
メインコンピュータ３０は、メイン演算部であるプロセッサ（ＣＰＵ）３１と、記憶装置（メモリ）３２と、を備える。プロセッサ３１は、サブコンピュータ２０から転送される音信号を取得し、取得した音信号を、記憶装置３２に記憶された各種データを用いて解析し、解析対象での音源面の音源情報を算出する。上記音源情報は、音の特徴を表す物理量であり、音圧および粒子速度の少なくとも一方を含む。また、プロセッサ３１は、算出した音源情報を示す画像（音源画像）を表示装置３００に表示させる表示制御を行う。記憶装置３２は、解析対象である音源面の三次元モデル等を記憶する記憶部である。
表示装置３００は、液晶ディスプレイ等のモニタからなる表示部を備え、メインコンピュータ３０のプロセッサ３１からの指示に従って音源画像等を表示する。
【0015】
なお、本実施形態では、音源解析装置２００は、モジュール化したマイクロホンアレイ１０を複数備える場合について説明する。しかしながら、マイクロホンアレイ１０は、音源解析装置２００とは別の構成であってもよい。つまり、音源解析装置２００は、複数のマイクロホンアレイ１０にそれぞれ接続された複数のサブコンピュータ２０と、１つのメインコンピュータ３０と、を備える構成であってもよい。
【0016】
図２は、メインコンピュータ３０の構成例を示す機能ブロック図である。
メインコンピュータ３０は、解析対象表面を平面部分（幾何学形状部分）と平面以外の複雑形状部分（非幾何学形状部分）とに分けて音源解析を行う。このとき、メインコンピュータ３０は、解析対象表面に対して平面近似を行ったうえで、平面部分を選択する。
メインコンピュータ３０は、取得部３１ａと、分割部３１ｂと、近似部３１ｃと、算出部３１ｄと、表示制御部３１ｅと、を備える。
取得部３１ａは、サブコンピュータ２０から、マイクロホンアレイ１０により測定された音信号を取得する。
分割部３１ｂは、記憶装置３２により記憶された三次元モデルを複数の部分領域（要素）に分割する。
近似部３１ｃは、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄに基づいて、分割部３１ｂにより分割された部分領域に対して平面近似を行う。
算出部３１ｄは、取得部３１ａにより取得された音信号に基づいて、近似部３１ｃにより近似された平面を用いて音源情報を算出する。
表示制御部３１ｅは、算出部３１ｄにより算出された音源情報を表示装置３００が備える表示部（モニタ）に表示させる。
メインコンピュータ３０は、解析対象表面を平面部分（幾何学形状部分）と平面以外の複雑形状部分（非幾何学形状部分）とに分けて音源解析を行う。このとき、メインコンピュータ３０は、解析対象表面に対して平面近似を行ったうえで、平面部分を選択する。
メインコンピュータ３０は、取得部３１ａと、分割部３１ｂと、近似部３１ｃと、算出部３１ｄと、表示制御部３１ｅと、を備える。
取得部３１ａは、サブコンピュータ２０から、マイクロホンアレイ１０により測定された音信号を取得する。
分割部３１ｂは、記憶装置３２により記憶された三次元モデルを複数の部分領域（要素）に分割する。
近似部３１ｃは、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄに基づいて、分割部３１ｂにより分割された部分領域に対して平面近似を行う。
算出部３１ｄは、取得部３１ａにより取得された音信号に基づいて、近似部３１ｃにより近似された平面を用いて音源情報を算出する。
表示制御部３１ｅは、算出部３１ｄにより算出された音源情報を表示装置３００が備える表示部（モニタ）に表示させる。
【0017】
なお、本実施形態では、メインコンピュータ３０が表示制御部３１ｅを備える場合について説明するが、表示制御部３１ｅは、音源解析装置２００と表示装置３００とに接続された別装置が備えていてもよい。この場合、別装置が備える表示制御部３１ｅが、音源解析装置２００により算出された音源情報を取得し、当該音源情報を示す画像（音源画像）を表示装置３００に表示させる表示制御を行う。
【0018】
以下、メインコンピュータ３０が実行する音源解析処理について具体的に説明する。
図３は、メインコンピュータ３０が実行する音源解析処理手順を示すフローチャートである。メインコンピュータ３０は、プロセッサ３１が例えば記憶装置３２から必要なプログラムを読み出して実行することにより、図３に示す各処理を実現することができる。
図３は、メインコンピュータ３０が実行する音源解析処理手順を示すフローチャートである。メインコンピュータ３０は、プロセッサ３１が例えば記憶装置３２から必要なプログラムを読み出して実行することにより、図３に示す各処理を実現することができる。
【0019】
まずステップＳ１において、メインコンピュータ３０は、測定点（観測点）の音圧を取得してステップＳ２に移行する。具体的には、メインコンピュータ３０は、解析対象表面に対向して配置された複数のマイクロホンアレイ１０により測定された音圧を、サブコンピュータ２０を介して取得する。
ステップＳ２では、メインコンピュータ３０は、記憶装置３２に記憶された解析対象の三次元モデルを複数の部分領域に分割して離散化する。このとき、メインコンピュータ３０は、三次元モデルを、例えば三角形、四角形などの幾何学形状の微小面積のメッシュに分割する。
ステップＳ２では、メインコンピュータ３０は、記憶装置３２に記憶された解析対象の三次元モデルを複数の部分領域に分割して離散化する。このとき、メインコンピュータ３０は、三次元モデルを、例えば三角形、四角形などの幾何学形状の微小面積のメッシュに分割する。
【0020】
次にステップＳ３では、メインコンピュータ３０は、三次元モデルの平面部分を選択する平面選択処理を実行する。このとき、メインコンピュータ３０は、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄに基づいて、ステップＳ２において分割された部分領域に対して平面近似を行ったうえで、平面部分を選択する。
【0021】
図４は、図３のステップＳ３において実行される平面選択処理手順を示すフローチャーオである。
まずステップＳ３１では、メインコンピュータ３０は、検査面を設定する。具体的には、メインコンピュータ３０は、各マイクロホンアレイ１０の測定点をマイクロホンアレイ１０の測定面の法線方向に解析対象表面まで移動させた場合に、測定点が作る平面内にある解析対象表面を検査面として設定する。検査面は、マイクロホンアレイ１０の測定面に平行な面である。
まずステップＳ３１では、メインコンピュータ３０は、検査面を設定する。具体的には、メインコンピュータ３０は、各マイクロホンアレイ１０の測定点をマイクロホンアレイ１０の測定面の法線方向に解析対象表面まで移動させた場合に、測定点が作る平面内にある解析対象表面を検査面として設定する。検査面は、マイクロホンアレイ１０の測定面に平行な面である。
【0022】
次にステップＳ３２では、メインコンピュータ３０は、検査面内に凹凸形状が存在するか否かを判定し、凹凸形状が存在すると判定した場合にはステップＳ３３に移行し、凹凸形状が存在しないと判定した場合にはステップＳ３５に移行する。ここで、上記凹凸形状は、突起、溝および孔を含む。
ステップＳ３３では、メインコンピュータ３０は、凹凸形状の大きさが、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄ未満であるか否かを判定する。具体的には、メインコンピュータ３０は、検査面におけるｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて凹凸形状の大きさを調べ、ｘ方向およびｙ方向のいずれかの大きさがマイク間隔ｄよりも小さいか否かを判定する。
ステップＳ３３では、メインコンピュータ３０は、凹凸形状の大きさが、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄ未満であるか否かを判定する。具体的には、メインコンピュータ３０は、検査面におけるｘ方向およびｙ方向のそれぞれについて凹凸形状の大きさを調べ、ｘ方向およびｙ方向のいずれかの大きさがマイク間隔ｄよりも小さいか否かを判定する。
【0023】
そして、メインコンピュータ３０は、ステップＳ３３において凹凸形状の短手方向の大きさがマイク間隔ｄ以上であると判定した場合にはステップＳ３２に戻り、検査面内に他の凹凸形状が存在するか否かを判定する。
一方、メインコンピュータ３０は、ステップＳ３３において凹凸形状の短手方向の大きさがマイク間隔ｄ未満であると判定した場合にはステップＳ３４に移行し、マイク間隔ｄ未満の大きさであると判定された凹凸形状を検査面から除去する。ここで、凹凸形状の除去には、３ＤＣＡＤ等の簡易化機能を用いてもよいし、ボクセルによるモルフォロジー演算を用いてもよい。
マイクロホンアレイを用いた音源解析において、解析の空間分解能はマイクロホンアレイのマイク間隔により制約を受ける。そこで、本実施形態では、検査面における短手方向の大きさがマイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄよりも小さい凹凸形状は、解析を行ううえで無視してもよいとして、上記のように微小な凹凸形状を検査面から除去することで平面近似を行う。
一方、メインコンピュータ３０は、ステップＳ３３において凹凸形状の短手方向の大きさがマイク間隔ｄ未満であると判定した場合にはステップＳ３４に移行し、マイク間隔ｄ未満の大きさであると判定された凹凸形状を検査面から除去する。ここで、凹凸形状の除去には、３ＤＣＡＤ等の簡易化機能を用いてもよいし、ボクセルによるモルフォロジー演算を用いてもよい。
マイクロホンアレイを用いた音源解析において、解析の空間分解能はマイクロホンアレイのマイク間隔により制約を受ける。そこで、本実施形態では、検査面における短手方向の大きさがマイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄよりも小さい凹凸形状は、解析を行ううえで無視してもよいとして、上記のように微小な凹凸形状を検査面から除去することで平面近似を行う。
【0024】
ステップＳ３５では、メインコンピュータ３０は、再定義されていない平面部が存在するか否かを判定し、再定義されていない平面部が存在する場合にはステップＳ３６に移行し、再定義されていない平面部が存在しない場合には図４の平面選択処理を終了する。
ここで、平面部の再定義とは、マイク間隔ｄ以下の大きさの凹凸形状が除去された後の検査面において、平面部と定義された複数の部分領域を１つの新たな平面部として定義することをいう。メインコンピュータ３０は、凹凸形状が除去された部分領域のうち、検査面の法線方向の座標（ｚ軸座標）が各頂点で等しい部分領域を平面部と定義する。そして、メインコンピュータ３０は、複数の平面部が定義された場合、平面部の各頂点の座標に基づいて、複数の平面部を１つの新たな平面部として再定義する。
ここで、平面部の再定義とは、マイク間隔ｄ以下の大きさの凹凸形状が除去された後の検査面において、平面部と定義された複数の部分領域を１つの新たな平面部として定義することをいう。メインコンピュータ３０は、凹凸形状が除去された部分領域のうち、検査面の法線方向の座標（ｚ軸座標）が各頂点で等しい部分領域を平面部と定義する。そして、メインコンピュータ３０は、複数の平面部が定義された場合、平面部の各頂点の座標に基づいて、複数の平面部を１つの新たな平面部として再定義する。
【0025】
ステップＳ３６では、メインコンピュータ３０は、平面部の再定義に用いる基準面を設定する。具体的には、メインコンピュータ３０は、検査面内に存在する再定義されていない複数の平面部のうち、最も大きい面積を有する平面部を基準面として設定する。
次にステップＳ３７では、メインコンピュータ３０は、ステップＳ３６において設定された基準面を用いて平面部の再定義を行い、ステップＳ３５に戻る。具体的には、メインコンピュータ３０は、基準面から一定のｚ軸座標の範囲内に存在する平面部は、すべて基準面と同一平面に存在するとみなし、新たな平面部として再定義する。つまり、メインコンピュータ３０は、基準面以外の平面部のうち、各頂点のｚ軸方向の座標が基準面の各頂点のｚ軸方向の座標に対して所定範囲内にある平面部と、基準面とを、当該基準面と同一平面の新たな平面部として再定義する。
次にステップＳ３７では、メインコンピュータ３０は、ステップＳ３６において設定された基準面を用いて平面部の再定義を行い、ステップＳ３５に戻る。具体的には、メインコンピュータ３０は、基準面から一定のｚ軸座標の範囲内に存在する平面部は、すべて基準面と同一平面に存在するとみなし、新たな平面部として再定義する。つまり、メインコンピュータ３０は、基準面以外の平面部のうち、各頂点のｚ軸方向の座標が基準面の各頂点のｚ軸方向の座標に対して所定範囲内にある平面部と、基準面とを、当該基準面と同一平面の新たな平面部として再定義する。
【0026】
メインコンピュータ３０は、検査面内で再定義されていない平面部がなくなるまで、ステップＳ３５～ステップＳ３７の処理を繰り返す。このとき、メインコンピュータ３０は、再定義されていない残りの平面部のうち、最も大きな平面部を新たな基準面として再設定し、平面部の再定義を行う。このように、メインコンピュータ３０は、複数の平面部のうち、新たな平面部として再定義されていない平面部が存在する場合、再定義されていない平面部に対して、再定義を繰り返す。
上記の平面選択処理により、本来の複雑な形状の解析対象表面を、多くの平面部分から形成される単純な形状に変換することができる。
上記の平面選択処理により、本来の複雑な形状の解析対象表面を、多くの平面部分から形成される単純な形状に変換することができる。
【0027】
図３に戻って、ステップＳ４では、メインコンピュータ３０は、ステップＳ３において選択された平面部分（平面近似された部分領域）を第一メッシュとし、近接場音響ホログラフィ（ＮＡＨ）演算を行うことで、第一メッシュの音圧および粒子速度を算出する。このとき、平面部分を法線方向にマイクロホンアレイ１０の測定面まで移動させた場合に、当該平面部分を覆うことができる最小限のマイクロホンを、当該平面部分のＮＡＨ処理に用いるマイクロホンとする。
ＮＡＨは、解析対象が幾何学形状に制限されるが、境界要素法（ＢＥＭ）と比較して高速で解析を行うことができる。本実施形態では、ステップＳ３における平面選択処理においてマイク間隔ｄ未満の大きさの凹凸形状の除去、平面部の再定義などの平面近似を行うことで、ＮＡＨによる高速解析が可能な領域を増やすことができる。
ＮＡＨは、解析対象が幾何学形状に制限されるが、境界要素法（ＢＥＭ）と比較して高速で解析を行うことができる。本実施形態では、ステップＳ３における平面選択処理においてマイク間隔ｄ未満の大きさの凹凸形状の除去、平面部の再定義などの平面近似を行うことで、ＮＡＨによる高速解析が可能な領域を増やすことができる。
【0028】
ステップＳ５では、メインコンピュータ３０は、ステップＳ４におけるＮＡＨ処理結果を、解析対象の平面部分の音圧および粒子速度として投影する。
ステップＳ６では、メインコンピュータ３０は、ステップＳ４において平面部分として選択されなかった複雑形状部分（平面近似された部分領域以外の部分領域）を第二メッシュとし、逆境界要素法（ｉＢＥＭ）の演算を行うことで、第二メッシュの音圧および粒子速度を算出する。以下、ｉＢＥＭによる解析方法について説明する。
ステップＳ６では、メインコンピュータ３０は、ステップＳ４において平面部分として選択されなかった複雑形状部分（平面近似された部分領域以外の部分領域）を第二メッシュとし、逆境界要素法（ｉＢＥＭ）の演算を行うことで、第二メッシュの音圧および粒子速度を算出する。以下、ｉＢＥＭによる解析方法について説明する。
【0029】
ＢＥＭを用いることで、任意の音場内の音圧は、波動方程式により下記（１）式で表せられる。
【0030】
【数1】
【0031】
ここで、ｐ（ｒ）は任意の点における音圧、Γは解析対象表面、ｒΓは解析対象表面の任意の点、Ｇ（ｒ，ｒΓ）はグリーン関数である。
このとき、平面部分に相当する第一メッシュにＮ個の部分領域が存在すると、ＮＡＨ演算によりこれらＮ個の部分領域の音圧および粒子速度は既知となる。そのため、任意の音場内の音圧は、音源の未知領域部分からの影響と既知領域部分からの影響との和で表せられ、上記（１）式は下記（２）式のように展開できる。
このとき、平面部分に相当する第一メッシュにＮ個の部分領域が存在すると、ＮＡＨ演算によりこれらＮ個の部分領域の音圧および粒子速度は既知となる。そのため、任意の音場内の音圧は、音源の未知領域部分からの影響と既知領域部分からの影響との和で表せられ、上記（１）式は下記（２）式のように展開できる。
【0032】
【数2】
【0033】
ここで、ｒＮは既知領域部分となる平面部分における任意の点を表す。上記（２）式において、右辺第１項が未知領域部分からの影響、右辺第２項が既知領域部分からの影響を表す。また、右辺第２項は、測定点と解析対象表面との幾何学的な関係と、上記のステップＳ５により投影された音圧および粒子速度との積分となり、定数となる。したがって、すべての測定点の音圧ｐ（ｒ）について上記（２）式を連立すると、下記（３）式のように表せられる。
【0034】
【数3】
【0035】
また、未知領域部分の任意の点ｒについて上記（２）式を連立すると、下記（４）式が得られる。
【0036】
【数4】
【0037】
ここで、ｐΓ、ｖΓは、解析対象の境界表面の音圧ベクトル、粒子速度ベクトルである。音圧ベクトルｐΓ－N、粒子速度ベクトルｖΓ－Nは、それぞれΓ－Ｎ個の未知数からなる。また、Ｈ、Ｇは、それぞれの係数行列である。
そして、上記（３）式および（４）式より、下記（５）式が得られる。
そして、上記（３）式および（４）式より、下記（５）式が得られる。
【0038】
【数5】
【0039】
ここで、Ａは、波動の伝搬特性を表す音響伝達行列である。音響伝達行列Ａの逆行列Ａ-1を求めることで、下記（６）式が得られる。
【0040】
【数6】
【0041】
このように、測定した音場の音圧ベクトルｐと、音響伝達行列Ａの逆行列Ａ-1とから、解析対象表面の粒子速度が求められる。ここで、粒子速度ベクトルｖΓ－Nは、上述したようにΓ－Ｎ個の未知数からなる。つまり、ｉＢＥＭによる解析においては、平面部分のＮ個の未知数が削減されることになる。
【0042】
図５Ａは、ＢＥＭのみを利用した従来の音源解析アルゴリズムを示す模式図、図５Ｂは、本実施形態におけるＢＥＭとＮＡＨとを利用した音源解析アルゴリズムを示す模式図である。
解析対象表面をΓ個の微小面積のメッシュに分割した場合、図５Ａに示す従来方法ではΓ個の微小面積についてＢＥＭ演算が必要となる。これに対して、図５Ｂに示す本実施形態の音源解析アルゴリズムでは、平面部分のＮ個の微小面積のＢＥＭ演算が削減される。したがって、本実施形態の音源解析アルゴリズムでは、図５Ａに示す従来方法と比べて、Ｎの二乗の演算量の削減が可能となる。また、従来方法では、メッシュの要素分割数とマイクロホンによる測定点との差が大きくなるほど、演算精度の低下が大きくなるが、本実施形態における音源解析アルゴリズムでは、Ｎ個の微小面積が削減されるため、演算精度の低下を抑える効果も期待できる。
解析対象表面をΓ個の微小面積のメッシュに分割した場合、図５Ａに示す従来方法ではΓ個の微小面積についてＢＥＭ演算が必要となる。これに対して、図５Ｂに示す本実施形態の音源解析アルゴリズムでは、平面部分のＮ個の微小面積のＢＥＭ演算が削減される。したがって、本実施形態の音源解析アルゴリズムでは、図５Ａに示す従来方法と比べて、Ｎの二乗の演算量の削減が可能となる。また、従来方法では、メッシュの要素分割数とマイクロホンによる測定点との差が大きくなるほど、演算精度の低下が大きくなるが、本実施形態における音源解析アルゴリズムでは、Ｎ個の微小面積が削減されるため、演算精度の低下を抑える効果も期待できる。
【0043】
以上説明したように、本実施形態における音源解析装置２００は、複数のマイクロホンが一定のマイク間隔ｄで並んだマイクロホンアレイ１０により測定された音信号を取得する。また、音源解析装置２００は、解析対象である音源面の三次元モデルを取得し、当該三次元モデルを複数の部分領域に分割し、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄに基づいて、分割された部分領域に対して平面近似を行う。そして、音源解析装置２００は、取得された音信号に基づいて、平面近似された平面に用いて音源情報を算出する。
【0044】
このように、音源解析装置２００は、平面近似を行うことで演算量を減らし、演算時間を短縮することができるため、三次元音場の解析を高速かつ適切に行うことができる。ここで、上記音源情報は、音圧および粒子速度の少なくとも一方とすることができる。音圧、粒子速度などの音の特徴を表す物理量を算出することで、三次元音場の解析を適切に行うことができる。
また、本実施形態における音源可視化装置１００は、音源解析装置２００と、表示部を備える表示装置３００と、を備え、音源解析装置２００により算出された音源情報を表示装置３００に表示する。そのため、音源可視化装置１００は、解析対象の音源を高速に可視化することができる。
また、本実施形態における音源可視化装置１００は、音源解析装置２００と、表示部を備える表示装置３００と、を備え、音源解析装置２００により算出された音源情報を表示装置３００に表示する。そのため、音源可視化装置１００は、解析対象の音源を高速に可視化することができる。
【0045】
本実施形態では、音源解析装置２００は、解析対象表面を平面部分と平面以外の複雑形状部分とに分け、平面部分についてはＮＡＨによる高速解析を行い、複雑形状部分についてはｉＢＥＭによる解析を行う。
ＢＥＭの演算では、表面の分割数の二乗のオーダーで演算量が増えていくため、高分解能で解析を行おうとするほど、演算時間が増加する。また、微小面積のサイズは波長の１／６以下が望ましく、高周波数帯まで解析する場合にも演算時間が増えることになる。演算時間の削減方法としては、高速多重極境界要素法を用いた方法があるが、数学的なアルゴリズムが複雑なうえ、大規模な解析対象かつ高周波数帯での解析に適応が限定される。
本実施形態では、平面部分についてはＮＡＨにより解析を行うので、ｉＢＥＭでのＮの二乗の演算量を削減し、演算時間を短縮することができる。
ＢＥＭの演算では、表面の分割数の二乗のオーダーで演算量が増えていくため、高分解能で解析を行おうとするほど、演算時間が増加する。また、微小面積のサイズは波長の１／６以下が望ましく、高周波数帯まで解析する場合にも演算時間が増えることになる。演算時間の削減方法としては、高速多重極境界要素法を用いた方法があるが、数学的なアルゴリズムが複雑なうえ、大規模な解析対象かつ高周波数帯での解析に適応が限定される。
本実施形態では、平面部分についてはＮＡＨにより解析を行うので、ｉＢＥＭでのＮの二乗の演算量を削減し、演算時間を短縮することができる。
【0046】
また、音源解析装置２００は、平面部分の選択に際し、解析対象の検査面における短手方向の大きさが、マイクロホンアレイ１０のマイク間隔ｄよりも小さい凹凸形状を除去することで、平面近似を行うことができる。このように、マイク間隔ｄよりも小さい凹凸を平面部分とみなすことで、ＮＡＨによる解析が可能な領域を増やし、演算量を効果的に減らすことができる。
さらに、音源解析装置２００は、凹凸形状が除去された部分領域のうち、平面部と定義された部分領域が複数存在する場合、複数の平面部の各頂点の座標に基づいて、複数の平面部を１つの新たな平面部として再定義することができる。このように、複数の平面部を１つの平面部として再定義することで、演算量をより少なくすることができる。
さらに、音源解析装置２００は、凹凸形状が除去された部分領域のうち、平面部と定義された部分領域が複数存在する場合、複数の平面部の各頂点の座標に基づいて、複数の平面部を１つの新たな平面部として再定義することができる。このように、複数の平面部を１つの平面部として再定義することで、演算量をより少なくすることができる。
【0047】
また、音源解析装置２００は、平面部の再定義に際し、複数の平面部のうち最も大きな平面部を基準面として設定し、基準面から一定のｚ軸座標の範囲内にあるすべての平面部を、基準面と同一平面の新たな平面部として再定義することができる。これにより、平面部の定義を適切に行うことができる。
また、音源解析装置２００は、上記の平面部の再定義を、検査面内で再定義されていない平面部がなくなるまで繰り返し行うので、可能な限り平面部の再定義を行い、ＮＡＨによる解析をより高速で行うことができる。
また、音源解析装置２００は、上記の平面部の再定義を、検査面内で再定義されていない平面部がなくなるまで繰り返し行うので、可能な限り平面部の再定義を行い、ＮＡＨによる解析をより高速で行うことができる。
【0048】
（第一の実施形態の変形例）
上述した第一の実施形態においては、メインコンピュータ３０が、ＢＥＭ＋ＮＡＨの音源解析アルゴリズムを用いた演算を実行する場合について説明したが、一部の演算処理をサブコンピュータ２０が実行してもよい。
つまり、図６に示す音源可視化装置１００Ａのように、各サブコンピュータ２０がそれぞれサブ演算部であるプロセッサ２１と記憶装置２２とを備え、プロセッサ２１において上記一部の演算処理を実行してもよい。なお、図６において、図１に示す音源可視化装置１００と同一構成を有する部分には、図１と同一符号を付している。
上述した第一の実施形態においては、メインコンピュータ３０が、ＢＥＭ＋ＮＡＨの音源解析アルゴリズムを用いた演算を実行する場合について説明したが、一部の演算処理をサブコンピュータ２０が実行してもよい。
つまり、図６に示す音源可視化装置１００Ａのように、各サブコンピュータ２０がそれぞれサブ演算部であるプロセッサ２１と記憶装置２２とを備え、プロセッサ２１において上記一部の演算処理を実行してもよい。なお、図６において、図１に示す音源可視化装置１００と同一構成を有する部分には、図１と同一符号を付している。
【0049】
図１に示す音源可視化装置１００においては、各マイクロホンアレイ１０により測定された測定面での音場の測定データは、サブコンピュータ２０を通してメインコンピュータ３０に転送され、メインコンピュータ３０が上述した音源解析アルゴリズムにより測定データを解析する。この音源可視化装置１００では、サブコンピュータ２０はデータ転送のみに利用され、メインコンピュータ３０にて全演算が行われる。そのため、メインコンピュータ３０での演算量が多く、また、メインコンピュータ３０が必要とする演算時間も長い。さらに、サブコンピュータ２０からメインコンピュータ３０へ全測定データが転送される構成であるため、データ転送量が多く、転送時間が長くかかる。
【0050】
そこで、解析演算を分散化し、各サブコンピュータ２０において解析演算の一部を実行してもよい。これにより、メインコンピュータ３０での演算量およびメインコンピュータ３０が必要とする演算時間を削減することができる。また、各サブコンピュータ２０における処理は、サブコンピュータ２０間で並列的に行ってもよい。これにより、システム全体としての演算時間を短縮することができる。
具体的には、ｉＢＥＭ演算を前処理と後処理とに分割し、サブコンピュータ２０において、平面部分（幾何学形状部分）についてのＮＡＨ演算と、複雑形状部分（非幾何形状部分）についてのｉＢＥＭ演算の前処理とを実行する。ここで、ＮＡＨ演算およびｉＢＥＭ演算の前処理は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を含む。サブコンピュータ２０においてＦＦＴ演算を行うことにより、窓関数のサンプリング数に反比例した転送データ量を削減し、メインコンピュータ３０へのデータ転送時間を短縮することができる。
具体的には、ｉＢＥＭ演算を前処理と後処理とに分割し、サブコンピュータ２０において、平面部分（幾何学形状部分）についてのＮＡＨ演算と、複雑形状部分（非幾何形状部分）についてのｉＢＥＭ演算の前処理とを実行する。ここで、ＮＡＨ演算およびｉＢＥＭ演算の前処理は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を含む。サブコンピュータ２０においてＦＦＴ演算を行うことにより、窓関数のサンプリング数に反比例した転送データ量を削減し、メインコンピュータ３０へのデータ転送時間を短縮することができる。
【0051】
以下、サブコンピュータ２０およびメインコンピュータ３０において実行される音源解析処理手順について具体的に説明する。
図７は、音源解析処理の概要を説明するためのフロー図である。また、図８は、音源解析処理のシーケンス図である。
まず、メインコンピュータ３０は、ステップＳ１０１において、上述した図３のステップＳ２の解析対象の離散化およびステップＳ３の平面選択処理を行い、解析対象表面を平面部分と複雑形状部分とに分ける。このとき、メインコンピュータ３０は、プロセッサ３１が記憶装置３２に記憶された解析対象の三次元モデルを取得し、上記の解析対象の離散化および平面選択処理を行う。
図７は、音源解析処理の概要を説明するためのフロー図である。また、図８は、音源解析処理のシーケンス図である。
まず、メインコンピュータ３０は、ステップＳ１０１において、上述した図３のステップＳ２の解析対象の離散化およびステップＳ３の平面選択処理を行い、解析対象表面を平面部分と複雑形状部分とに分ける。このとき、メインコンピュータ３０は、プロセッサ３１が記憶装置３２に記憶された解析対象の三次元モデルを取得し、上記の解析対象の離散化および平面選択処理を行う。
【0052】
また、メインコンピュータ３０は、平面選択処理結果をもとに、各サブコンピュータ２０においてＮＡＨ演算を行うかｉＢＥＭ前処理演算を行うかを決定する。
具体的には、メインコンピュータ３０は、平面部分を測定する位置に配置されたマイクロホンアレイ１０に接続されたサブコンピュータ２０はＮＡＨ演算を行い、複雑形状部分を測定する位置に配置されたマイクロホンアレイ１０に接続されたサブコンピュータ２０はｉＢＥＭ前処理演算を行うと決定する。
そして、メインコンピュータ３０は、各サブコンピュータ２０に対して、それぞれ演算方法を指定する指令信号を送信する。このとき、メインコンピュータ３０は、各サブコンピュータ２０に対して、マイクロホンアレイ１０による測定開始を指示する測定開始命令も送信する。
具体的には、メインコンピュータ３０は、平面部分を測定する位置に配置されたマイクロホンアレイ１０に接続されたサブコンピュータ２０はＮＡＨ演算を行い、複雑形状部分を測定する位置に配置されたマイクロホンアレイ１０に接続されたサブコンピュータ２０はｉＢＥＭ前処理演算を行うと決定する。
そして、メインコンピュータ３０は、各サブコンピュータ２０に対して、それぞれ演算方法を指定する指令信号を送信する。このとき、メインコンピュータ３０は、各サブコンピュータ２０に対して、マイクロホンアレイ１０による測定開始を指示する測定開始命令も送信する。
【0053】
各サブコンピュータ２０は、メインコンピュータ３０から演算方法指定信号および測定開始命令を受信すると、ステップＳ１０２またはステップＳ１０３において、マイクロホンアレイ１０による測定を開始し、指定された演算方法に従って演算処理を行う。
具体的には、サブコンピュータ２０において、プロセッサ２１がマイクロホンアレイ１０から測定データを受信し、記憶装置２２に記憶する。そして、プロセッサ２１は、一定サンプリングごとに演算方法に従った演算処理（ＮＡＨ演算またはｉＢＥＭ前処理演算）を実行し、演算済のデータをメインコンピュータ３０へ転送する。
具体的には、サブコンピュータ２０において、プロセッサ２１がマイクロホンアレイ１０から測定データを受信し、記憶装置２２に記憶する。そして、プロセッサ２１は、一定サンプリングごとに演算方法に従った演算処理（ＮＡＨ演算またはｉＢＥＭ前処理演算）を実行し、演算済のデータをメインコンピュータ３０へ転送する。
【0054】
図７に示すように、ＮＡＨ演算の実行を指示されたサブコンピュータ２０は、ステップＳ１０２において、まずマイクロホンアレイ１０から取得した測定データに対してＮＡＨ演算を行うことで、音源面音圧NAHを得る。音源面音圧NAHは、平面部分の音圧データである。そして、サブコンピュータ２０は、ＮＡＨ演算により得られた音源面音圧NAHをメインコンピュータ３０に転送する。
ｉＢＥＭ前処理演算を指示されたサブコンピュータ２０は、ステップＳ１０３において、マイクロホンアレイ１０から取得した測定データに対して時間ＦＦＴ演算を行い、その演算結果をメインコンピュータ３０へ転送する。
このステップＳ１０２におけるＮＡＨ演算と、ステップＳ１０３におけるｉＢＥＭ前処理演算とは、並列的に実行される。
ｉＢＥＭ前処理演算を指示されたサブコンピュータ２０は、ステップＳ１０３において、マイクロホンアレイ１０から取得した測定データに対して時間ＦＦＴ演算を行い、その演算結果をメインコンピュータ３０へ転送する。
このステップＳ１０２におけるＮＡＨ演算と、ステップＳ１０３におけるｉＢＥＭ前処理演算とは、並列的に実行される。
【0055】
メインコンピュータ３０は、各サブコンピュータ２０から転送される転送データを受信すると、ステップＳ１０４において、ｉＢＥＭ後処理演算を行う。具体的には、図８に示すように、各サブコンピュータ２０から転送される転送データが、メインコンピュータ３０の記憶装置３２に記憶され、プロセッサ３１が記憶装置３２に記憶されたデータを用いてｉＢＥＭ後処理演算を行う。
【0056】
このステップＳ１０４では、図７に示すように、まず、メインコンピュータ３０は、音源面音圧NAHと記憶装置３２に記憶された境界要素とに基づいて音響伝達行列Ａを計算する。次に、メインコンピュータ３０は、音響伝達行列Ａの逆行列Ａ-1を導出し、ｉＢＥＭ前処理演算によって得られた演算データと音響伝達行列Ａの逆行列Ａ-1とに基づいて、複雑形状部分の周波数領域音源面音圧iBEMを得る。そして、メインコンピュータ３０は、その周波数領域音源面音圧iBEMに対して逆時間ＦＦＴ演算を行うことで、複雑形状部分の音源面音圧iBEMを算出する。
最後に、メインコンピュータ３０は、音源面音圧NAHと音源面音圧iBEMとを加算し、測定対象の全音源面音圧を得る。なお、ここでは音源面音圧を算出する場合について説明したが、粒子速度を算出することもできる。
最後に、メインコンピュータ３０は、音源面音圧NAHと音源面音圧iBEMとを加算し、測定対象の全音源面音圧を得る。なお、ここでは音源面音圧を算出する場合について説明したが、粒子速度を算出することもできる。
【0057】
メインコンピュータ３０は、ｉＢＥＭ後処理演算が終了すると、図８のステップＳ１０５において、各サブコンピュータ２０に対してマイクロホンアレイ１０による測定停止を指示する測定停止命令を送信する。なお、メインコンピュータ３０は、各サブコンピュータ２０から演算済データを正常に受信したタイミングで測定停止命令を送信してもよい。
次に、メインコンピュータ３０は、ステップＳ１０６において、音源面音圧を表示装置３００に表示させる表示制御を行う。このとき、メインコンピュータ３０は、音源面音圧データを表示装置３００へ送信してもよいし、表示装置３００に表示すべき音源面音圧を示す画像を表示装置３００へ送信してもよい。
次に、メインコンピュータ３０は、ステップＳ１０６において、音源面音圧を表示装置３００に表示させる表示制御を行う。このとき、メインコンピュータ３０は、音源面音圧データを表示装置３００へ送信してもよいし、表示装置３００に表示すべき音源面音圧を示す画像を表示装置３００へ送信してもよい。
【0058】
このように、ＮＡＨ演算とｉＢＥＭ演算の前処理部分とをサブコンピュータ２０での並列演算に分散化してもよい。これにより、メインコンピュータ３０での演算量を削減することができるとともに、システム全体としての演算時間も短縮することができる。また、サブコンピュータ２０においてＦＦＴ演算を含むＮＡＨ演算およびｉＢＥＭ演算を行うので、サブコンピュータ２０からメインコンピュータ３０へのデータ転送量を削減することができ、データ転送時間の短縮が図れる。
【0059】
マイクロホンアレイ１０による測定データをサブコンピュータ２０からそのままメインコンピュータ３０へ転送する場合、サブコンピュータ２０からメインコンピュータ３０へのデータ転送量は、ｍ×ｆ×ｄ［Ｂｙｔｅ／ｓ］である。ここで、ｍは、システムが有するマイクロホンの数［ｃｈ］、ｆは、サンプリング周波数［Ｈｚ］、ｄは、マイクロホンが測定できるデータ量／ｓａｍｐｌｅ［Ｂｙｔｅ］である。
例として、マイクロホン数ｍ＝４０９６［ｃｈ］、サンプリング周波数ｆ＝４８［ｋＨｚ］、データ量＝２［Ｂｙｔｅ］とすると、１秒間にメインコンピュータ３０へ転送される測定データ量は、３７５［ＭＢ／ｓ］となる。
例として、マイクロホン数ｍ＝４０９６［ｃｈ］、サンプリング周波数ｆ＝４８［ｋＨｚ］、データ量＝２［Ｂｙｔｅ］とすると、１秒間にメインコンピュータ３０へ転送される測定データ量は、３７５［ＭＢ／ｓ］となる。
【0060】
一方、上述したように、サブコンピュータ２０において時間ＦＦＴ演算を含むＮＡＨ演算とｉＢＥＭ前処理演算とを行った場合、窓関数でのデータ切り出しによりデータ量が削減され、メインコンピュータ３０へのデータ転送量が短縮される。
信号に対してＦＦＴ演算などの周波数解析処理を行う場合、窓関数と呼ばれる区間外で０となる関数により信号の一定区間が切り取られるのが一般的である。
そのため、サブコンピュータ２０内にて、測定データ量ｍ＊ｆ＊ｄ［Ｂｙｔｅ／ｓ］のデータがサンプル数ｆ＿ｗｉｎｄの窓関数で切り取られた場合、音源面音圧データ量は、ｍ＊ｆ＊ｄ／ｆ＿ｗｉｎｄ［Ｂｙｔｅ／ｓ］となり、メインコンピュータ３０へのデータ転送量はｆ＿ｗｉｎｄ分の１となる。したがって、メインコンピュータ３０へのデータ転送時間もｆ＿ｗｉｎｄ分の１となる。
例として、マイクロホン数ｍ＝４０９６［ｃｈ］、サンプリング周波数ｆ＝４８［ｋＨｚ］、データ量＝２［Ｂｙｔｅ］、窓関数＝５１２［サンプル］とすると、１秒間にメインコンピュータ３０へ転送される測定データ量は、３７５／５１２＝７５０［ｋＢ／ｓ］となる。
信号に対してＦＦＴ演算などの周波数解析処理を行う場合、窓関数と呼ばれる区間外で０となる関数により信号の一定区間が切り取られるのが一般的である。
そのため、サブコンピュータ２０内にて、測定データ量ｍ＊ｆ＊ｄ［Ｂｙｔｅ／ｓ］のデータがサンプル数ｆ＿ｗｉｎｄの窓関数で切り取られた場合、音源面音圧データ量は、ｍ＊ｆ＊ｄ／ｆ＿ｗｉｎｄ［Ｂｙｔｅ／ｓ］となり、メインコンピュータ３０へのデータ転送量はｆ＿ｗｉｎｄ分の１となる。したがって、メインコンピュータ３０へのデータ転送時間もｆ＿ｗｉｎｄ分の１となる。
例として、マイクロホン数ｍ＝４０９６［ｃｈ］、サンプリング周波数ｆ＝４８［ｋＨｚ］、データ量＝２［Ｂｙｔｅ］、窓関数＝５１２［サンプル］とすると、１秒間にメインコンピュータ３０へ転送される測定データ量は、３７５／５１２＝７５０［ｋＢ／ｓ］となる。
【0061】
このように、音源解析装置２００は、複数のマイクロホンアレイ１０のそれぞれに対応して接続された複数のサブ演算部と、複数のサブ演算部に接続されたメイン演算部と、を備える。そして、音源情報を算出するための演算処理を、ＮＡＨ演算およびｉＢＥＭ前処理演算を含む第１処理と、ｉＢＥＭ後処理演算を含む第２処理とに分け、サブ演算部が、マイクロホンアレイ１０により測定された音信号に基づいて、第１処理であるＮＡＨ演算またはｉＢＥＭ前処理演算を行う。また、メイン演算部は、サブ演算部が備える第１の算出部による算出結果を利用して、第２処理であるｉＢＥＭ後処理演算を行う。つまり、複数のサブ演算部は、それぞれ第１処理を行う第１の算出部を備え、メイン演算部は、第２処理を行う第２の算出部を備える。
これにより、演算処理の一部をサブ演算部に分散化することができ、メイン演算部での演算量および演算時間を効果的に削減することができる。
これにより、演算処理の一部をサブ演算部に分散化することができ、メイン演算部での演算量および演算時間を効果的に削減することができる。
【0062】
さらに、サブ演算部は、第１処理として、周波数解析処理（ＦＦＴ演算）を含む処理を実行することができるので、サブ演算部からメイン演算部へのデータ転送量を削減し、転送時間を短縮することができる。
また、複数のサブ演算部間で、第１処理を並列的に行うことで、装置全体としての演算時間を短縮することができる。
また、複数のサブ演算部間で、第１処理を並列的に行うことで、装置全体としての演算時間を短縮することができる。
【0063】
なお、音源解析装置２００の解析対象は特に限定されない。ただし、解析対象の規模によらず、トラクションモータ、工作機械などの平面形状で表せられる面が多い解析対象であるほど、より顕著に演算時間削減の効果が得られる。
【符号の説明】
【0064】
１０…マイクロホンアレイ、２０…サブコンピュータ、２１…プロセッサ、２２…記憶装置、３０…メインコンピュータ、３１…プロセッサ、３２…記憶装置、４０…マイクロホンアレイモジュール、１００…音源可視化装置、２００…音源解析装置、３００…表示装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】