音響測定装置
【課題】マイクロホン間隔の周波数依存性を解決しつつマイクロホンの個数を減らすことが可能な音響測定装置を提供する。
【解決手段】音響測定装置は、受音部１０と演算部２０とからなる。受音部は、単一指向性の複数のマイクロホンを有する。受音部１０の複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される。演算部２０は、複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成を用いて粒子速度ベクトルや音響インテンシティを算出する。
【解決手段】音響測定装置は、受音部１０と演算部２０とからなる。受音部は、単一指向性の複数のマイクロホンを有する。受音部１０の複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される。演算部２０は、複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成を用いて粒子速度ベクトルや音響インテンシティを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響測定装置に関し、特に、単一指向性マイクロホンを複数用いて音響インテンシティ等の音響情報を算出する音響測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、騒音の評価やコンサートホール等での音の伝搬の解析等を行うために、音響インテンシティを計測することが行われていた。音響インテンシティとは、スカラ量である音圧とは異なりベクトル量であり、音源からの音が有する音の大きさや、周波数、波形といった情報だけでなく、音の方向に関する情報も含まれるものである。即ち、音響インテンシティにより、音の大きさだけでなく、どの方向から音が到達したのかということも計測できる。
【０００３】
音響インテンシティは、音圧と粒子速度の積で表されるものである。ここで、音圧レベルは容易に測定するこができるが、粒子速度は容易に測定できるものではない。そのため、一般的には、位相整合された無指向性のマイクロホンを２つ対向配置や背向配置等し、有限差分近似により粒子速度を決定する方式（Ｐ−Ｐ方式）が用いられている。しかしながら、Ｐ−Ｐ方式では、マイクロホンの感度差や位相差に敏感であり、またマイクロホンの間隔も厳密に管理する必要がある等、扱いが難しいものであった。さらに、音源からの音の周波数によってマイクロホンの間隔を変更する必要があるものであった。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、本願発明者は、指向性が１８０度反対向きに配置された単一指向性マイクロホンを複数用い、その指向性情報を用いて音響インテンシティを計測する方式（Ｃ−Ｃ方式）の音響測定装置を種々開発している。例えば、特許文献１では、１８０度反対向きに配置されたマイクロホンのレベル差のデータベースを用いて音源方向及び音源レベルを求めることが可能な装置が開示されている。
【０００５】
さらに、本願発明者は、直交座標の各軸上に、指向性を１８０度反対向きに配置された単一指向性マイクロホンの対からなる受信部を用いて、所定の演算処理を行うことでデータベース等を用いずに音源から発せられた音の方向を検出するＣ−Ｃ方式の音響測定装置も開発していた（特願２００７−０５４９０９）。
【０００６】
このようなＣ−Ｃ方式による音響測定装置は、マイクロホン相互間に存在する固有の位相特性の不一致やマイクロホン間隔の周波数依存性を解決できるものであった。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０５４５９９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＣ−Ｃ方式の音響測定装置では、例えば２次元の方向検出を行う場合には、単一指向性マイクロホンを最低４つ（４チャンネル）用い、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向とｙ軸方向で直交するように配置している。また、３次元の方向検出を行う場合には、単一指向性マイクロホンを最低６つ（６チャンネル）用い、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向にそれぞれ直交するように配置している。そして、マイクロホン対の差分と加算によって、各座標軸方向の音響インテンシティ成分を求め、これを合成することにより音響インテンシティを求めていた。このように、従来のＣ−Ｃ方式の音響測定装置では、２次元では最低４つ、３次元では最低６つのマイクロホンが必要なものであった。
【０００９】
例えば、玩具等に音源方向測定装置を内蔵し、音源の方向に移動したり回転したりするようなアプリケーションを考えた場合、なるべく安価に実現可能な構成が望まれる。また、このような用途では、測定精度よりも装置の小型化が望まれる場合もある。このような場合、なるべくマイクロホンの数が少ないものが好ましいが、上述の例では２次元では最低４つ、３次元では最低６つのマイクロホンが必要なものであったため、より簡易的な構成の音響測定装置の開発が望まれていた。
【００１０】
さらに、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を基本とする従来の音響測定装置では、１つのマイクロホンが故障等により機能しなくなると、音響測定装置としてまったく機能しなくなる可能性があった。したがって、ロバスト性が求められるような用途に適用することは難しかった。
【００１１】
本発明は、斯かる実情に鑑み、マイクロホン間隔の周波数依存性を解決しつつマイクロホンの個数を減らすことが可能な音響測定装置を提供しようとするものである。また、マイクロホンの個数を増やすことで、ロバスト性を高めることが可能な音響測定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による音響測定装置は、単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成を用いて音響情報を算出する演算部と、を具備するものである。
【００１３】
ここで、受音部の複数のマイクロホンは、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されれば良い。
【００１４】
また、受音部の複数のマイクロホンは、その数が、算出する音響情報の空間次元数よりも多ければ良い。
【００１５】
また、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である粒子速度ベクトルを算出するものであれば良い。
【００１６】
また、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、演算部は、さらに、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和である無指向性の音圧を算出するものであれば良い。
【００１７】
また、演算部は、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算して音響インテンシティを算出するものであれば良い。
【００１８】
さらに、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の２乗を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である音響インテンシティを算出するものであっても良い。
【００１９】
ここで、受音部は３つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角形の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されれば良い。
【００２０】
また、受音部は４つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角錐の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されても良い。
【００２１】
また、受音部の複数のマイクロホンは、それぞれカーディオイドマイクロホン、スーパーカーディオイドマイクロホン、ハイパーカーディオイドマイクロホン、ウルトラカーディオイドマイクロホンの何れかであれば良い。
【００２２】
さらにまた、本発明による音響測定装置は、単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を総和して音響情報を算出する演算部と、を具備するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の音響測定装置には、マイクロホン間隔の周波数依存性を解決しつつマイクロホンの個数を減らすことができるという利点がある。また、マイクロホンの個数を増やすことで、ロバスト性を高めることができるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
まず、Ｃ−Ｃ方式の音響測定装置の概念を説明する。図１は、単一平面波が受音部に到来する音場を想定した場合の概念図である。図示のような、単一平面波Ｐ（ｔ）がｘ方向に対して角度θで到来する音場を想定したとき、音場進行方向の粒子速度ｕ（ｔ）は次式で表される。
【数１】
但し、ρｃは音響インピーダンスである。
【００２５】
そして、ｘ方向の粒子速度ｕｘ（ｔ）は次式で表される。
【数２】
【００２６】
したがって、音響インテンシティのｘ方向成分は、次式で表される。
【数３】
【００２７】
次に、この音場を単一指向性マイクロホン対で測定することを考える。単一指向性マイクロホンとして、例えばカーディオイドマイクロホンを用いた場合、マイクロホン１及びマイクロホン２で測定されるそれぞれの応答Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）は、それぞれ次式で表される。
【数４】
【数５】
【００２８】
これらＰ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）を加算すると、次式のように無指向性の音圧となる。
【数６】
【００２９】
そして、これらＰ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）の差分は次式で表される。
【数７】
【００３０】
数７を数２と比べると、ｘ方向の粒子速度ｕｘ（ｔ）は、次式のようにマイクロホン１とマイクロホン２の応答の差分から求められることが分かる。
【数８】
【００３１】
したがって、ｘ方向の音響インテンシティ成分は、以下のように表される。
【数９】
【００３２】
なお、数９は以下のように表すことも可能である。
【数１０】
【００３３】
また、ｙ方向やさらにｚ方向の音響インテンシティ成分を求める場合にも、上述の理論と同様に各方向の音響インテンシティ成分を求めれば良く、これらの各方向の音響インテンシティ成分を合成すれば、音響インテンシティＩ（ｔ）が求まる。
【００３４】
数９からも分かる通り、Ｃ−Ｃ方式では、各次元のマイクロホン対の差分と加算によって各次元の音響インテンシティ成分が求められることが分かる。本願発明者と同一人による特願２００７−０５４９０９では、このような理論に基づき音響インテンシティを求めている。
【００３５】
さて、以下では、上述のＣ−Ｃ方式の音響インテンシティを求める原理をベクトルで解釈してみる。図２は、単一平面波が受音部に到来する音場をベクトルで解釈した場合の概念図である。図示のような、マイクロホンの感度最大方向を向く単位ベクトルｅ１〜ｅ４を考える。ここで、単位ベクトルに関し、例えば図示のように直交座標のｘ軸上にマイクロホンの感度最大方向を向けた単位ベクトルｅ１は、その成分が（１，０）というものである。
【００３６】
単一平面波Ｐ（ｔ）が到来する音場を想定したとき、無指向性の音圧Ｐ（ｔ）、粒子速度ベクトルｕ（ｔ）、音響インテンシティＩ（ｔ）は、それぞれ次式のように表される。
【数１１】
【数１２】
【数１３】
但し、上記の式中、ｎはマイクロホンの数（チャンネル数）で、Ｋはチャンネル数やマイクロホンの形式によって異なる粒子速度正規化の係数である。
【００３７】
これらの式から分かるように、音場をベクトルで解釈すると、粒子速度ベクトルは、複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算（重み付け）してベクトル合成したものとして表されている。即ち、音響情報として粒子速度ベクトルを算出したい場合には、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、これをベクトル合成すれば良い。
【００３８】
また、無指向性の音圧は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和したものとして表されている。即ち、音響情報として無指向性の音圧を算出したい場合には、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和を求めれば良い。
【００３９】
そして、音響インテンシティは、このようにして求められる粒子速度ベクトルと無指向性の音圧との積で表されている。即ち、音響情報として音響インテンシティを算出したい場合には、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算すれば良い。
【００４０】
さらに、音圧の２乗である２乗音圧を考えた場合には、音響インテンシティＩ（ｔ）は、次式のように表される。
【数１４】
但し、上記の式中、Ｇはチャンネル数やマイクロホンの形式によって異なる正規化係数である。
【００４１】
これらの式から分かるように、音場をベクトルで解釈すると、２乗音圧を考えた場合には音響インテンシティが粒子速度ベクトルを求めずにダイレクトに算出することが可能となる。即ち、音響情報として音響インテンシティを算出したい場合には、２乗音圧を各単位ベクトルに乗算し、これをベクトル合成すれば良い。
【００４２】
Ｃ−Ｃ方式の音響測定装置のベクトル合成法は、このような理論で行われれば良い。なお、ベクトル合成は、ベクトルを加算するものだけではなく、逆方向から考えれば減算するものも含まれるものである。
【００４３】
ここで、本発明の音響測定装置のベクトル合成法を用いる場合、マイクロホンの感度最大方向を向く単位ベクトルには、以下の条件が加えられる。
（１）次式に表されるように、各マイクロホンの感度最大方向を向く単位ベクトルが空間的にバランスしていること。即ち、各単位ベクトルの総和がゼロとなるように複数のマイクロホンが配置されること。
【数１６】
（２）次式に表されるように、各次元の寄与が等しいこと。即ち、複数のマイクロホンのそれぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されること。
【数１７】
（３）マイクロホンの数は、算出する音響情報のベクトルの空間次元数よりも多いこと。
【００４４】
複数のマイクロホンがこれらの条件を満たせば、本発明の音響測定装置のベクトル合成法を用いることが可能である。但し、（２）の条件については必ずしも必須のものではなく、各次元の寄与が等しくならないようなマイクロホンの配置であっても、（１）の条件を満たしていれば適宜補正することで対応可能である。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図３は、本発明の音響測定装置の構成を説明するためのブロック図である。図示の通り、本発明の音響測定装置は、受音部１０と演算部２０から主に構成されている。受音部１０は、複数のマイクロホンを有するものであり、各マイクロホンは、単一指向性を有している。また、上述の（１）〜（３）の条件を満たすように、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように、且つ、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されている。複数のマイクロホンの配置位置については後述する。
【００４６】
また、マイクロホンは、単一指向性を有するものであるが、より具体的には、これらは、例えばカーディオイドマイクロホン、スーパーカーディオイドマイクロホン、ハイパーカーディオイドマイクロホン、ウルトラカーディオイドマイクロホン等が挙げられる。なお、使用するマイクロホンの指向性の特性の違いに応じて、各マイクロホンで測定される応答（音圧）特性を適宜変更すれば良い。
【００４７】
そして、受音部で測定された情報は、演算部２０に送られる。演算部２０は、例えばパーソナルコンピュータやデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等の演算装置からなるものである。演算部２０は、音響測定装置の用途等に応じて、無指向性の音圧や粒子速度ベクトル、音響インテンシティを算出するものである。例えば、無指向性の音圧を求める場合には、数１１を用いて、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を総和すれば良い。また、粒子速度ベクトルを求める場合には、数１２を用いて、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、それをベクトル合成すれば良い。さらに、音響インテンシティを求める場合には、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算すれば良い。これらは適宜組み合わせて算出されても良い。
【００４８】
さらに、演算部２０では、数１４を用いて、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を２乗し、２乗音圧を各単位ベクトルに乗算し、これをベクトル合成することで音響インテンシティを求めても良い。
【００４９】
さて、以下に複数のマイクロホンの配置位置についてより詳細に説明する。図４は、本発明の音響測定装置の第１実施例の受音部を説明するための図である。なお、図示例では、マイクロホンの指向性のみを示しており、マイクロホンの外観を表すものではない。第１実施例の音響測定装置は、２次元の音響情報を測定するためのものであり。図示の通り、本発明の音響測定装置の第１実施例は、受音部を構成するマイクロホンが、第１マイクロホン１１、第２マイクロホン１２、第３マイクロホン１３の３つからなるものである。なお、図中のマイクロホンの感度最大方向に向いている矢印が単位ベクトルを表している。そして、各マイクロホンは、三角形の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されている。なお、単位ベクトルの向きは、逆向きであっても良い。即ち、三角形の各頂点から重心に向かう方向に単位ベクトルが向くようにマイクロホンが配置されても良い。上述のように、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように、且つ、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されるものであれば、３つのマイクロホンの場合には、正三角形の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されることになる。
【００５０】
本発明の音響測定装置では、このようなマイクロホンの配置とすることで音場をベクトルとして解釈することが可能となる。このように構成することで、本発明の音響測定装置は、２次元の粒子速度ベクトルや音響インテンシティを測定するためのマイクが、従来では最低４つ必要だったのが、最低３つあれば足りるものとなる。このような構成であっても、数１２や数１３を用いれば容易に粒子速度ベクトルや音響インテンシティを求めることが可能である。
【００５１】
なお、２次元の測定において、マイクロホンの数は３つに限定されるものでは必ずしも無く、用途等に応じて４つや５つ、さらにはそれ以上用いることも可能である。なお、上述の（１）〜（３）の条件を満たした４つのマイクロホンの配置位置は、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向とｙ軸方向で直交するように配置したものとなる。
【００５２】
２次元のＣ−Ｃ方式の音響測定装置において、マイクロホン相互間に存在する固有の位相特性の不一致について無視できる構成は、マイクロホンを４つ以上用いた場合となる。したがって、厳密には３つのマイクロホンからなる受音部の場合には、位相特性の不一致による測定誤差が生じ得るが、従来のＰ−Ｐ方式のものと比べれば十分な効果が得られる。
【００５３】
また、複数のマイクロホンの間隔については、単一平面波音場であれば影響はないが、複数の干渉音場の場合には、間隔は近づけたほうが好ましい。
【００５４】
さらに、本発明の音響測定装置によれば、数多くのマイクロホンを用いて受音部を構成しても良い。したがって、マイクロホンを多く用いて受音部を構成すれば、仮に１つのマイクロホンが故障したとしても、測定精度は落ちるものの、音響測定装置としての機能はある程度確保することが可能となる。したがって、ロバスト性が求められるような用途にも適用することが可能となる。
【００５５】
次に、本発明の音響測定装置の第２実施例を説明する。図５は、本発明の音響測定装置の第２実施例の受音部を説明するための図である。なお、図示例では、マイクロホンの指向性のみを示しており、マイクロホンの外観を表すものではない。第１実施例の音響測定装置では、２次元の音響情報を測定するためのものであったが、第２実施例の音響測定装置は、３次元の音響情報を測定するためのものである。図示の通り、本発明の音響測定装置の第２実施例は、受音部を構成するマイクロホンが、第１マイクロホン２１、第２マイクロホン２２、第３マイクロホン２３、第４マイクロホン２４の４つからなるものである。なお、図中のマイクロホンの感度最大方向に向いている矢印が単位ベクトルを表している。そして、各マイクロホンは、三角錐（四面体）の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されている。なお、単位ベクトルの向きは、逆向きであっても良い。即ち、三角錘の各頂点から重心に向かう方向に単位ベクトルが向くようにマイクロホンが配置されても良い。上述のように、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように、且つ、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されるものであれば、４つのマイクロホンの場合には、正四面体の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されることになる。
【００５６】
本発明の音響測定装置の第２実施例でも、音場をベクトルとして解釈することが可能となり、３次元の粒子速度ベクトルや音響インテンシティを測定するためのマイクが、従来では最低６つ必要だったのが、最低４つあれば足りるものとなる。このような構成であっても、数１２や数１３を用いれば容易に粒子速度ベクトルや音響インテンシティを求めることが可能である。
【００５７】
ここで、本発明の音響測定装置の第２実施例を、シミュレーションにより解析した結果を示す。まず、単一の平面波として１００Ｈｚの正弦波が到来するシンプルな３次元音場を想定する。そして、受音部への音場の到来角を、０度〜３５０度の１０度ステップで変化させたときの、４つのマイクロホンの応答を計算し、その４チャンネル分の応答波形を用いて、数１３から音響インテンシティを算出した。さらに、これを平均して３次元平均インテンシティベクトルを計算し、音源からの音の到来方向、音響インテンシティの絶対値を計算した。この結果を図６〜図８に示す。
【００５８】
図６は、音源からの音の到来方向を水平角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。ここで、横軸が実際の音の到来方向であり、縦軸が計算結果による音の到来方向である。また、図７は、到来方向を仰角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。ここでも、横軸が実際の音の到来方向であり、縦軸が計算結果による音の到来方向である。さらに、図８は、本発明の音響測定装置の第２実施例の構成で、音響インテンシティの絶対値を求めたシミュレーション結果である。ここで、横軸が実際の音の到来方向であり、縦軸が計算結果による音響インテンシティの絶対値である。
【００５９】
これらの図から明らかな通り、３次元到来方向が精度良く解析できている。また、音響インテンシティの絶対値も音の到来方向に関わらず同じ大きさとなっており、音源の方向に対して偏り無く解析できることが分かる。
【００６０】
このように、本発明の音響測定装置では、Ｃ−Ｃ方式による測定理論をベクトルで解釈しているため、Ｃ−Ｃ方式の効果であるマイクロホン間隔の周波数依存性はない。さらに、複数のマイクロホンを直交座標の各軸上に、指向性を１８０度反対向きに配置する必要がないため、マイクロホンの個数を減らすことが可能となった。
【００６１】
また、本発明の音響測定装置では、マイクロホンの指向性を１８０度反対向きに配置する必要がなく、マイクロホン同士を斜めに配置することも可能なため、マイクロホンの受音側に対向する位置に通常設けられる端子同士等が物理的に干渉しづらい。したがって、マイクロホンの配置も容易で且つ小型化も可能である。
【００６２】
なお、３次元の測定において、マイクロホンの数は４つに限定されるものでは必ずしも無く、用途等に応じて５つや６つ、さらにはそれ以上用いることも可能である。なお、上述の（１）〜（３）の条件を満たした６つのマイクロホンの配置位置は、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向で直交するように配置したものとなる。
【００６３】
３次元のＣ−Ｃ方式の音響測定装置において、マイクロホン相互間に存在する固有の位相特性の不一致について無視できる構成は、マイクロホンを６つ以上用いた場合となる。したがって、厳密には４つのマイクロホンからなる受音部の場合には、位相特性の不一致による測定誤差が生じ得るが、従来のＰ−Ｐ方式のものと比べれば十分な効果が得られる。
【００６４】
また、複数のマイクロホンの間隔については、単一音場であれば影響はないが、複数の干渉音場の場合には、間隔は近づけたほうが好ましい。
【００６５】
さらに、本発明の３次元の音響測定装置によれば、数多くのマイクロホンを用いて受音部を構成しても良い。したがって、マイクロホンを多く用いて受音部を構成すれば、仮に１つのマイクロホンが故障したとしても、測定精度は落ちるものの、音響測定装置としての機能はある程度確保することが可能となる。したがって、ロバスト性が求められるような用途にも適用することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明の音響測定装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、単一平面波が受音部に到来する音場を想定した場合の概念図である。
【図２】図２は、単一平面波が受音部に到来する音場をベクトルで解釈した場合の概念図である。
【図３】図３は、本発明の音響測定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、本発明の音響測定装置の第１実施例を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の音響測定装置の第２実施例を説明するための図である。
【図６】図６は、音源からの音の到来方向を水平角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。
【図７】図７は、到来方向を仰角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。
【図８】図８は、本発明の音響測定装置の第２実施例により音響インテンシティの絶対値を求めたシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００６８】
１、２ マイクロホン
１０ 受音部
１１〜１３ マイクロホン
２０ 演算部
２１〜２４ マイクロホン
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響測定装置に関し、特に、単一指向性マイクロホンを複数用いて音響インテンシティ等の音響情報を算出する音響測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、騒音の評価やコンサートホール等での音の伝搬の解析等を行うために、音響インテンシティを計測することが行われていた。音響インテンシティとは、スカラ量である音圧とは異なりベクトル量であり、音源からの音が有する音の大きさや、周波数、波形といった情報だけでなく、音の方向に関する情報も含まれるものである。即ち、音響インテンシティにより、音の大きさだけでなく、どの方向から音が到達したのかということも計測できる。
【０００３】
音響インテンシティは、音圧と粒子速度の積で表されるものである。ここで、音圧レベルは容易に測定するこができるが、粒子速度は容易に測定できるものではない。そのため、一般的には、位相整合された無指向性のマイクロホンを２つ対向配置や背向配置等し、有限差分近似により粒子速度を決定する方式（Ｐ−Ｐ方式）が用いられている。しかしながら、Ｐ−Ｐ方式では、マイクロホンの感度差や位相差に敏感であり、またマイクロホンの間隔も厳密に管理する必要がある等、扱いが難しいものであった。さらに、音源からの音の周波数によってマイクロホンの間隔を変更する必要があるものであった。
【０００４】
これらの問題点を解決するために、本願発明者は、指向性が１８０度反対向きに配置された単一指向性マイクロホンを複数用い、その指向性情報を用いて音響インテンシティを計測する方式（Ｃ−Ｃ方式）の音響測定装置を種々開発している。例えば、特許文献１では、１８０度反対向きに配置されたマイクロホンのレベル差のデータベースを用いて音源方向及び音源レベルを求めることが可能な装置が開示されている。
【０００５】
さらに、本願発明者は、直交座標の各軸上に、指向性を１８０度反対向きに配置された単一指向性マイクロホンの対からなる受信部を用いて、所定の演算処理を行うことでデータベース等を用いずに音源から発せられた音の方向を検出するＣ−Ｃ方式の音響測定装置も開発していた（特願２００７−０５４９０９）。
【０００６】
このようなＣ−Ｃ方式による音響測定装置は、マイクロホン相互間に存在する固有の位相特性の不一致やマイクロホン間隔の周波数依存性を解決できるものであった。
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／０５４５９９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＣ−Ｃ方式の音響測定装置では、例えば２次元の方向検出を行う場合には、単一指向性マイクロホンを最低４つ（４チャンネル）用い、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向とｙ軸方向で直交するように配置している。また、３次元の方向検出を行う場合には、単一指向性マイクロホンを最低６つ（６チャンネル）用い、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向にそれぞれ直交するように配置している。そして、マイクロホン対の差分と加算によって、各座標軸方向の音響インテンシティ成分を求め、これを合成することにより音響インテンシティを求めていた。このように、従来のＣ−Ｃ方式の音響測定装置では、２次元では最低４つ、３次元では最低６つのマイクロホンが必要なものであった。
【０００９】
例えば、玩具等に音源方向測定装置を内蔵し、音源の方向に移動したり回転したりするようなアプリケーションを考えた場合、なるべく安価に実現可能な構成が望まれる。また、このような用途では、測定精度よりも装置の小型化が望まれる場合もある。このような場合、なるべくマイクロホンの数が少ないものが好ましいが、上述の例では２次元では最低４つ、３次元では最低６つのマイクロホンが必要なものであったため、より簡易的な構成の音響測定装置の開発が望まれていた。
【００１０】
さらに、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を基本とする従来の音響測定装置では、１つのマイクロホンが故障等により機能しなくなると、音響測定装置としてまったく機能しなくなる可能性があった。したがって、ロバスト性が求められるような用途に適用することは難しかった。
【００１１】
本発明は、斯かる実情に鑑み、マイクロホン間隔の周波数依存性を解決しつつマイクロホンの個数を減らすことが可能な音響測定装置を提供しようとするものである。また、マイクロホンの個数を増やすことで、ロバスト性を高めることが可能な音響測定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による音響測定装置は、単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成を用いて音響情報を算出する演算部と、を具備するものである。
【００１３】
ここで、受音部の複数のマイクロホンは、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されれば良い。
【００１４】
また、受音部の複数のマイクロホンは、その数が、算出する音響情報の空間次元数よりも多ければ良い。
【００１５】
また、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である粒子速度ベクトルを算出するものであれば良い。
【００１６】
また、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、演算部は、さらに、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和である無指向性の音圧を算出するものであれば良い。
【００１７】
また、演算部は、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算して音響インテンシティを算出するものであれば良い。
【００１８】
さらに、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の２乗を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である音響インテンシティを算出するものであっても良い。
【００１９】
ここで、受音部は３つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角形の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されれば良い。
【００２０】
また、受音部は４つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角錐の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されても良い。
【００２１】
また、受音部の複数のマイクロホンは、それぞれカーディオイドマイクロホン、スーパーカーディオイドマイクロホン、ハイパーカーディオイドマイクロホン、ウルトラカーディオイドマイクロホンの何れかであれば良い。
【００２２】
さらにまた、本発明による音響測定装置は、単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を総和して音響情報を算出する演算部と、を具備するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の音響測定装置には、マイクロホン間隔の周波数依存性を解決しつつマイクロホンの個数を減らすことができるという利点がある。また、マイクロホンの個数を増やすことで、ロバスト性を高めることができるという利点もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
まず、Ｃ−Ｃ方式の音響測定装置の概念を説明する。図１は、単一平面波が受音部に到来する音場を想定した場合の概念図である。図示のような、単一平面波Ｐ（ｔ）がｘ方向に対して角度θで到来する音場を想定したとき、音場進行方向の粒子速度ｕ（ｔ）は次式で表される。
【数１】
但し、ρｃは音響インピーダンスである。
【００２５】
そして、ｘ方向の粒子速度ｕｘ（ｔ）は次式で表される。
【数２】
【００２６】
したがって、音響インテンシティのｘ方向成分は、次式で表される。
【数３】
【００２７】
次に、この音場を単一指向性マイクロホン対で測定することを考える。単一指向性マイクロホンとして、例えばカーディオイドマイクロホンを用いた場合、マイクロホン１及びマイクロホン２で測定されるそれぞれの応答Ｐ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）は、それぞれ次式で表される。
【数４】
【数５】
【００２８】
これらＰ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）を加算すると、次式のように無指向性の音圧となる。
【数６】
【００２９】
そして、これらＰ１（ｔ）、Ｐ２（ｔ）の差分は次式で表される。
【数７】
【００３０】
数７を数２と比べると、ｘ方向の粒子速度ｕｘ（ｔ）は、次式のようにマイクロホン１とマイクロホン２の応答の差分から求められることが分かる。
【数８】
【００３１】
したがって、ｘ方向の音響インテンシティ成分は、以下のように表される。
【数９】
【００３２】
なお、数９は以下のように表すことも可能である。
【数１０】
【００３３】
また、ｙ方向やさらにｚ方向の音響インテンシティ成分を求める場合にも、上述の理論と同様に各方向の音響インテンシティ成分を求めれば良く、これらの各方向の音響インテンシティ成分を合成すれば、音響インテンシティＩ（ｔ）が求まる。
【００３４】
数９からも分かる通り、Ｃ−Ｃ方式では、各次元のマイクロホン対の差分と加算によって各次元の音響インテンシティ成分が求められることが分かる。本願発明者と同一人による特願２００７−０５４９０９では、このような理論に基づき音響インテンシティを求めている。
【００３５】
さて、以下では、上述のＣ−Ｃ方式の音響インテンシティを求める原理をベクトルで解釈してみる。図２は、単一平面波が受音部に到来する音場をベクトルで解釈した場合の概念図である。図示のような、マイクロホンの感度最大方向を向く単位ベクトルｅ１〜ｅ４を考える。ここで、単位ベクトルに関し、例えば図示のように直交座標のｘ軸上にマイクロホンの感度最大方向を向けた単位ベクトルｅ１は、その成分が（１，０）というものである。
【００３６】
単一平面波Ｐ（ｔ）が到来する音場を想定したとき、無指向性の音圧Ｐ（ｔ）、粒子速度ベクトルｕ（ｔ）、音響インテンシティＩ（ｔ）は、それぞれ次式のように表される。
【数１１】
【数１２】
【数１３】
但し、上記の式中、ｎはマイクロホンの数（チャンネル数）で、Ｋはチャンネル数やマイクロホンの形式によって異なる粒子速度正規化の係数である。
【００３７】
これらの式から分かるように、音場をベクトルで解釈すると、粒子速度ベクトルは、複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算（重み付け）してベクトル合成したものとして表されている。即ち、音響情報として粒子速度ベクトルを算出したい場合には、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、これをベクトル合成すれば良い。
【００３８】
また、無指向性の音圧は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和したものとして表されている。即ち、音響情報として無指向性の音圧を算出したい場合には、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和を求めれば良い。
【００３９】
そして、音響インテンシティは、このようにして求められる粒子速度ベクトルと無指向性の音圧との積で表されている。即ち、音響情報として音響インテンシティを算出したい場合には、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算すれば良い。
【００４０】
さらに、音圧の２乗である２乗音圧を考えた場合には、音響インテンシティＩ（ｔ）は、次式のように表される。
【数１４】
但し、上記の式中、Ｇはチャンネル数やマイクロホンの形式によって異なる正規化係数である。
【００４１】
これらの式から分かるように、音場をベクトルで解釈すると、２乗音圧を考えた場合には音響インテンシティが粒子速度ベクトルを求めずにダイレクトに算出することが可能となる。即ち、音響情報として音響インテンシティを算出したい場合には、２乗音圧を各単位ベクトルに乗算し、これをベクトル合成すれば良い。
【００４２】
Ｃ−Ｃ方式の音響測定装置のベクトル合成法は、このような理論で行われれば良い。なお、ベクトル合成は、ベクトルを加算するものだけではなく、逆方向から考えれば減算するものも含まれるものである。
【００４３】
ここで、本発明の音響測定装置のベクトル合成法を用いる場合、マイクロホンの感度最大方向を向く単位ベクトルには、以下の条件が加えられる。
（１）次式に表されるように、各マイクロホンの感度最大方向を向く単位ベクトルが空間的にバランスしていること。即ち、各単位ベクトルの総和がゼロとなるように複数のマイクロホンが配置されること。
【数１６】
（２）次式に表されるように、各次元の寄与が等しいこと。即ち、複数のマイクロホンのそれぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されること。
【数１７】
（３）マイクロホンの数は、算出する音響情報のベクトルの空間次元数よりも多いこと。
【００４４】
複数のマイクロホンがこれらの条件を満たせば、本発明の音響測定装置のベクトル合成法を用いることが可能である。但し、（２）の条件については必ずしも必須のものではなく、各次元の寄与が等しくならないようなマイクロホンの配置であっても、（１）の条件を満たしていれば適宜補正することで対応可能である。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図３は、本発明の音響測定装置の構成を説明するためのブロック図である。図示の通り、本発明の音響測定装置は、受音部１０と演算部２０から主に構成されている。受音部１０は、複数のマイクロホンを有するものであり、各マイクロホンは、単一指向性を有している。また、上述の（１）〜（３）の条件を満たすように、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように、且つ、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されている。複数のマイクロホンの配置位置については後述する。
【００４６】
また、マイクロホンは、単一指向性を有するものであるが、より具体的には、これらは、例えばカーディオイドマイクロホン、スーパーカーディオイドマイクロホン、ハイパーカーディオイドマイクロホン、ウルトラカーディオイドマイクロホン等が挙げられる。なお、使用するマイクロホンの指向性の特性の違いに応じて、各マイクロホンで測定される応答（音圧）特性を適宜変更すれば良い。
【００４７】
そして、受音部で測定された情報は、演算部２０に送られる。演算部２０は、例えばパーソナルコンピュータやデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等の演算装置からなるものである。演算部２０は、音響測定装置の用途等に応じて、無指向性の音圧や粒子速度ベクトル、音響インテンシティを算出するものである。例えば、無指向性の音圧を求める場合には、数１１を用いて、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を総和すれば良い。また、粒子速度ベクトルを求める場合には、数１２を用いて、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、それをベクトル合成すれば良い。さらに、音響インテンシティを求める場合には、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算すれば良い。これらは適宜組み合わせて算出されても良い。
【００４８】
さらに、演算部２０では、数１４を用いて、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を２乗し、２乗音圧を各単位ベクトルに乗算し、これをベクトル合成することで音響インテンシティを求めても良い。
【００４９】
さて、以下に複数のマイクロホンの配置位置についてより詳細に説明する。図４は、本発明の音響測定装置の第１実施例の受音部を説明するための図である。なお、図示例では、マイクロホンの指向性のみを示しており、マイクロホンの外観を表すものではない。第１実施例の音響測定装置は、２次元の音響情報を測定するためのものであり。図示の通り、本発明の音響測定装置の第１実施例は、受音部を構成するマイクロホンが、第１マイクロホン１１、第２マイクロホン１２、第３マイクロホン１３の３つからなるものである。なお、図中のマイクロホンの感度最大方向に向いている矢印が単位ベクトルを表している。そして、各マイクロホンは、三角形の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されている。なお、単位ベクトルの向きは、逆向きであっても良い。即ち、三角形の各頂点から重心に向かう方向に単位ベクトルが向くようにマイクロホンが配置されても良い。上述のように、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように、且つ、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されるものであれば、３つのマイクロホンの場合には、正三角形の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されることになる。
【００５０】
本発明の音響測定装置では、このようなマイクロホンの配置とすることで音場をベクトルとして解釈することが可能となる。このように構成することで、本発明の音響測定装置は、２次元の粒子速度ベクトルや音響インテンシティを測定するためのマイクが、従来では最低４つ必要だったのが、最低３つあれば足りるものとなる。このような構成であっても、数１２や数１３を用いれば容易に粒子速度ベクトルや音響インテンシティを求めることが可能である。
【００５１】
なお、２次元の測定において、マイクロホンの数は３つに限定されるものでは必ずしも無く、用途等に応じて４つや５つ、さらにはそれ以上用いることも可能である。なお、上述の（１）〜（３）の条件を満たした４つのマイクロホンの配置位置は、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向とｙ軸方向で直交するように配置したものとなる。
【００５２】
２次元のＣ−Ｃ方式の音響測定装置において、マイクロホン相互間に存在する固有の位相特性の不一致について無視できる構成は、マイクロホンを４つ以上用いた場合となる。したがって、厳密には３つのマイクロホンからなる受音部の場合には、位相特性の不一致による測定誤差が生じ得るが、従来のＰ−Ｐ方式のものと比べれば十分な効果が得られる。
【００５３】
また、複数のマイクロホンの間隔については、単一平面波音場であれば影響はないが、複数の干渉音場の場合には、間隔は近づけたほうが好ましい。
【００５４】
さらに、本発明の音響測定装置によれば、数多くのマイクロホンを用いて受音部を構成しても良い。したがって、マイクロホンを多く用いて受音部を構成すれば、仮に１つのマイクロホンが故障したとしても、測定精度は落ちるものの、音響測定装置としての機能はある程度確保することが可能となる。したがって、ロバスト性が求められるような用途にも適用することが可能となる。
【００５５】
次に、本発明の音響測定装置の第２実施例を説明する。図５は、本発明の音響測定装置の第２実施例の受音部を説明するための図である。なお、図示例では、マイクロホンの指向性のみを示しており、マイクロホンの外観を表すものではない。第１実施例の音響測定装置では、２次元の音響情報を測定するためのものであったが、第２実施例の音響測定装置は、３次元の音響情報を測定するためのものである。図示の通り、本発明の音響測定装置の第２実施例は、受音部を構成するマイクロホンが、第１マイクロホン２１、第２マイクロホン２２、第３マイクロホン２３、第４マイクロホン２４の４つからなるものである。なお、図中のマイクロホンの感度最大方向に向いている矢印が単位ベクトルを表している。そして、各マイクロホンは、三角錐（四面体）の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されている。なお、単位ベクトルの向きは、逆向きであっても良い。即ち、三角錘の各頂点から重心に向かう方向に単位ベクトルが向くようにマイクロホンが配置されても良い。上述のように、複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように、且つ、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されるものであれば、４つのマイクロホンの場合には、正四面体の重心から各頂点に向かう方向に各単位ベクトルが向くように配置されることになる。
【００５６】
本発明の音響測定装置の第２実施例でも、音場をベクトルとして解釈することが可能となり、３次元の粒子速度ベクトルや音響インテンシティを測定するためのマイクが、従来では最低６つ必要だったのが、最低４つあれば足りるものとなる。このような構成であっても、数１２や数１３を用いれば容易に粒子速度ベクトルや音響インテンシティを求めることが可能である。
【００５７】
ここで、本発明の音響測定装置の第２実施例を、シミュレーションにより解析した結果を示す。まず、単一の平面波として１００Ｈｚの正弦波が到来するシンプルな３次元音場を想定する。そして、受音部への音場の到来角を、０度〜３５０度の１０度ステップで変化させたときの、４つのマイクロホンの応答を計算し、その４チャンネル分の応答波形を用いて、数１３から音響インテンシティを算出した。さらに、これを平均して３次元平均インテンシティベクトルを計算し、音源からの音の到来方向、音響インテンシティの絶対値を計算した。この結果を図６〜図８に示す。
【００５８】
図６は、音源からの音の到来方向を水平角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。ここで、横軸が実際の音の到来方向であり、縦軸が計算結果による音の到来方向である。また、図７は、到来方向を仰角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。ここでも、横軸が実際の音の到来方向であり、縦軸が計算結果による音の到来方向である。さらに、図８は、本発明の音響測定装置の第２実施例の構成で、音響インテンシティの絶対値を求めたシミュレーション結果である。ここで、横軸が実際の音の到来方向であり、縦軸が計算結果による音響インテンシティの絶対値である。
【００５９】
これらの図から明らかな通り、３次元到来方向が精度良く解析できている。また、音響インテンシティの絶対値も音の到来方向に関わらず同じ大きさとなっており、音源の方向に対して偏り無く解析できることが分かる。
【００６０】
このように、本発明の音響測定装置では、Ｃ−Ｃ方式による測定理論をベクトルで解釈しているため、Ｃ−Ｃ方式の効果であるマイクロホン間隔の周波数依存性はない。さらに、複数のマイクロホンを直交座標の各軸上に、指向性を１８０度反対向きに配置する必要がないため、マイクロホンの個数を減らすことが可能となった。
【００６１】
また、本発明の音響測定装置では、マイクロホンの指向性を１８０度反対向きに配置する必要がなく、マイクロホン同士を斜めに配置することも可能なため、マイクロホンの受音側に対向する位置に通常設けられる端子同士等が物理的に干渉しづらい。したがって、マイクロホンの配置も容易で且つ小型化も可能である。
【００６２】
なお、３次元の測定において、マイクロホンの数は４つに限定されるものでは必ずしも無く、用途等に応じて５つや６つ、さらにはそれ以上用いることも可能である。なお、上述の（１）〜（３）の条件を満たした６つのマイクロホンの配置位置は、１８０度反対向きに配置したマイクロホン対を、座標の原点を中心にｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸方向で直交するように配置したものとなる。
【００６３】
３次元のＣ−Ｃ方式の音響測定装置において、マイクロホン相互間に存在する固有の位相特性の不一致について無視できる構成は、マイクロホンを６つ以上用いた場合となる。したがって、厳密には４つのマイクロホンからなる受音部の場合には、位相特性の不一致による測定誤差が生じ得るが、従来のＰ−Ｐ方式のものと比べれば十分な効果が得られる。
【００６４】
また、複数のマイクロホンの間隔については、単一音場であれば影響はないが、複数の干渉音場の場合には、間隔は近づけたほうが好ましい。
【００６５】
さらに、本発明の３次元の音響測定装置によれば、数多くのマイクロホンを用いて受音部を構成しても良い。したがって、マイクロホンを多く用いて受音部を構成すれば、仮に１つのマイクロホンが故障したとしても、測定精度は落ちるものの、音響測定装置としての機能はある程度確保することが可能となる。したがって、ロバスト性が求められるような用途にも適用することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明の音響測定装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、単一平面波が受音部に到来する音場を想定した場合の概念図である。
【図２】図２は、単一平面波が受音部に到来する音場をベクトルで解釈した場合の概念図である。
【図３】図３は、本発明の音響測定装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図４】図４は、本発明の音響測定装置の第１実施例を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の音響測定装置の第２実施例を説明するための図である。
【図６】図６は、音源からの音の到来方向を水平角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。
【図７】図７は、到来方向を仰角に対して変化させたときの、本発明の音響測定装置の第２実施例のシミュレーション結果である。
【図８】図８は、本発明の音響測定装置の第２実施例により音響インテンシティの絶対値を求めたシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００６８】
１、２ マイクロホン
１０ 受音部
１１〜１３ マイクロホン
２０ 演算部
２１〜２４ マイクロホン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響測定装置であって、該装置は、
単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、前記複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、
前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成を用いて音響情報を算出する演算部と、
を具備することを特徴とする音響測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンは、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されることを特徴とする音響測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンは、その数が、算出する音響情報の空間次元数よりも多いことを特徴とする音響測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、前記演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である粒子速度ベクトルを算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、前記演算部は、さらに、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和である無指向性の音圧を算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の音響測定装置において、前記演算部は、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算して音響インテンシティを算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、前記演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の２乗を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である音響インテンシティを算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部は３つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角形の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されることを特徴とする音響測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部は４つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角錐の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されることを特徴とする音響測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンは、それぞれカーディオイドマイクロホン、スーパーカーディオイドマイクロホン、ハイパーカーディオイドマイクロホン、ウルトラカーディオイドマイクロホンの何れかであることを特徴とする音響測定装置。
【請求項１１】
音響測定装置であって、該装置は、
単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、前記複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、
前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を総和して音響情報を算出する演算部と、
を具備することを特徴とする音響測定装置。
【請求項１】
音響測定装置であって、該装置は、
単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、前記複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、
前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成を用いて音響情報を算出する演算部と、
を具備することを特徴とする音響測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンは、それぞれの単位ベクトルのそれぞれの成分の２乗の総和が等しくなるように配置されることを特徴とする音響測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンは、その数が、算出する音響情報の空間次元数よりも多いことを特徴とする音響測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、前記演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である粒子速度ベクトルを算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、前記演算部は、さらに、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の総和である無指向性の音圧を算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の音響測定装置において、前記演算部は、粒子速度ベクトルと無指向性の音圧を乗算して音響インテンシティを算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値が音圧であり、前記演算部は、複数のマイクロホンのそれぞれの音圧の２乗を各単位ベクトルに乗算し、そのベクトル合成である音響インテンシティを算出することを特徴とする音響測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部は３つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角形の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されることを特徴とする音響測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部は４つのマイクロホンからなり、各マイクロホンは三角錐の重心から各頂点に向かう方向、又は各頂点から重心に向かう方向に、各単位ベクトルが向くようにそれぞれ配置されることを特徴とする音響測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れかに記載の音響測定装置において、前記受音部の複数のマイクロホンは、それぞれカーディオイドマイクロホン、スーパーカーディオイドマイクロホン、ハイパーカーディオイドマイクロホン、ウルトラカーディオイドマイクロホンの何れかであることを特徴とする音響測定装置。
【請求項１１】
音響測定装置であって、該装置は、
単一指向性の複数のマイクロホンを有する受音部であって、前記複数のマイクロホンは、その感度最大方向を向く単位ベクトルの総和がゼロとなるように配置される、受音部と、
前記受音部の複数のマイクロホンのそれぞれの測定値を総和して音響情報を算出する演算部と、
を具備することを特徴とする音響測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２１６７４７（Ｐ２００９−２１６７４７Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５７２６０（Ｐ２００８−５７２６０）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（８９９００００５７）学校法人日本大学 (650)
【Ｆターム（参考）】
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