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技術 集音器

出願人 羽田野甫山武産業システム株式会社
発明者 羽田野甫玉乃井愛仁大塚喬松本稔
出願日 1996年7月19日 (24年5ヶ月経過) 出願番号 1996-191067
公開日 1998年2月13日 (22年10ヶ月経過) 公開番号 1998-042385
状態 特許登録済
技術分野 可聴帯域変換器の細部(特性を得るもの) 防音、遮音、音の減衰
主要キーワード 回転面形状 速度ポテンシャル 光ビーム発生器 発泡アルミ 被検査装置 音響計測 トーンバースト 音圧波形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1998年2月13日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

正確な音響測定に有効な集音器を提供する。

解決手段

頂点と開口との間の距離が頂点と焦点との間の距離の3倍の距離を有する回転放物面形状の音反射内壁を有する集音フード11の音反射内壁内に、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aが、集音フード11の開口11bに向くとともに集音フード11の焦点位置に保持されるように計測用コンデンサマイクロフォン12を支持具13で保持し、集音フード11の頂点側に、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aの前面を除くように、吸音材14を配備した。

概要

背景

上記工場のような機械設備診断手法として、従来より振動法と音響法が広く知られている。ところが、音響法は、センサとして一般的にマイクロホンを使用するため、工場周囲の環境騒音あるいは隣接する機械装置作動音等の影響を受け易いことから、目的とする被検査装置からの発生音を選択的に精度よく捕捉することが困難であり、新たな手法の開発が望まれている。

このような騒音の影響を軽減するため、特開平7−231495には、回転放物面形状の内壁を有する集音フード内に、マイクロフォンが、その受音面を集音フードの内壁の頂点側に向けた状態に保持された集音器(以下、対向型の集音器と呼ぶ。)と、上記集音フード内に、マイクロフォンが、その受音面を集音フードの開口側に向けて保持された集音器(以下、直接型の集音器と呼ぶ。)が開示されている。図11は、それら2種類の集音器のうちの、直接型の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図である。

この集音器110は、集音フード111,計測用コンデンサマイクロフォン112,支持具113を備えている。集音フード111の内壁111aは回転放物面形状をなし、開口111bから集音フード111に入射した音を反射し、焦点Fないしその近傍に集音する役割を担っている。また、回転放物面の頂点には、計測用コンデンサマイクロフォン112を挿入するための孔111cが穿設されており、計測用コンデンサマイクロフォン112は、その受音面112aを開口111b側に向けて、その受音面112aが集音フード111の焦点Fの近傍に位置するように孔111cに挿入されている。さらに、集音フード111は、計測用コンデンサマイクロフォン112が周囲環境騒音を受音しないように、焦点Fが集音フード111の内壁111aに囲まれた空間内に位置するようにその形状が定められている。また、集音フード111の外壁には、孔111cに挿入された計測用コンデンサマイクロフォン112を支持する支持具113が固定されている。

概要

正確な音響測定に有効な集音器を提供する。

頂点と開口との間の距離が頂点と焦点との間の距離の3倍の距離を有する回転放物面形状の音反射内壁を有する集音フード11の音反射内壁内に、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aが、集音フード11の開口11bに向くとともに集音フード11の焦点位置に保持されるように計測用コンデンサマイクロフォン12を支持具13で保持し、集音フード11の頂点側に、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aの前面を除くように、吸音材14を配備した。

目的

本発明は、上記事情に鑑み、捕捉周波数帯によって影響されることなく集音器の特性を十分発揮し、正確な音響計測を行うのに有効な集音器を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
5件

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請求項1

一端の頂点から所定の焦点距離離れた位置に焦点を有するとともに前記頂点とは反対側の他端に開口を有する回転面形状音反射内壁が形成された集音フードと、該集音フードの音反射内壁内の頂点側に配置された吸音材と、受音面が前記音反射内壁内に位置するとともに該受音面が前記開口の方を向くように配置されたマイクロフォンとを備えたことを特徴とする集音器

請求項2

前記集音フードが、前記マイクロフォンを、前記音反射内壁の回転面形状の回転軸に沿う方向に位置調整自在に保持する支持具を備えたものであることを特徴とする請求項1記載の集音器。

請求項3

前記音反射内壁の回転面形状の回転軸と平行に光ビーム出射する音源位置確認用光ビーム発生器を備えたことを特徴とする請求項1又は2記載の集音器。

技術分野

0001

本発明は、鉄鋼自動車石油化学工場等の製造設備に使用されるポンプタービンモーターコンプレッサ等の機械設備の正常・異常を、音信号から診断しようとする際の、必要な音信号の計測に用いる集音器に関する。

背景技術

0002

上記工場のような機械設備の診断手法として、従来より振動法と音響法が広く知られている。ところが、音響法は、センサとして一般的にマイクロホンを使用するため、工場周囲の環境騒音あるいは隣接する機械装置作動音等の影響を受け易いことから、目的とする被検査装置からの発生音を選択的に精度よく捕捉することが困難であり、新たな手法の開発が望まれている。

0003

このような騒音の影響を軽減するため、特開平7−231495には、回転放物面形状の内壁を有する集音フード内に、マイクロフォンが、その受音面を集音フードの内壁の頂点側に向けた状態に保持された集音器(以下、対向型の集音器と呼ぶ。)と、上記集音フード内に、マイクロフォンが、その受音面を集音フードの開口側に向けて保持された集音器(以下、直接型の集音器と呼ぶ。)が開示されている。図11は、それら2種類の集音器のうちの、直接型の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図である。

0004

この集音器110は、集音フード111,計測用コンデンサマイクロフォン112,支持具113を備えている。集音フード111の内壁111aは回転放物面形状をなし、開口111bから集音フード111に入射した音を反射し、焦点Fないしその近傍に集音する役割を担っている。また、回転放物面の頂点には、計測用コンデンサマイクロフォン112を挿入するための孔111cが穿設されており、計測用コンデンサマイクロフォン112は、その受音面112aを開口111b側に向けて、その受音面112aが集音フード111の焦点Fの近傍に位置するように孔111cに挿入されている。さらに、集音フード111は、計測用コンデンサマイクロフォン112が周囲環境騒音を受音しないように、焦点Fが集音フード111の内壁111aに囲まれた空間内に位置するようにその形状が定められている。また、集音フード111の外壁には、孔111cに挿入された計測用コンデンサマイクロフォン112を支持する支持具113が固定されている。

発明が解決しようとする課題

0005

機械設備の設備診断の場合、被検査装置から発する種々の周波数を含む音波を精度よく捕捉する必要があるため、広帯域平坦周波数特性を有する精密計測用マイクロフォンが一般的に用いられる。ところが、被検査装置が異常になった場合、異常部位や異常状態によっては発生する周波数が異なる(即ち、波長が異なる)ため、対向型の集音器で捕捉しようとすれば発生周波数によっては、集音フード内壁とマイクロフォン受音面との間が相対しているため、定在波の影響が顕著になりマイクロフォンの感度が音波の周波数により異なるという問題がある。

0006

また、図11に示す直接型の集音器では、内壁111aで反射することなく計測用コンデンサマイクロフォン112の受音面112aに向かう音波や、集音フード111に入射して一度だけ内壁111aで反射し計測用コンデンサマイクロフォン112の受音面112aに向かう音波や、さらに複数回反射した後計測用コンデンサマイクロフォン112の受音面112aに向かう音波等が混在し、音場特性を複雑化したり、それらの音波が相互に干渉するため、異常時の発生周波数あるいは検知したい周波数によっては集音器の利点およびその特性を生かすことができず、正確な音響診断(音響計測)を行なうことは難しいという問題がある。

0007

また、上述した直接型の集音器、対向型の集音器の集音フードの開口から近距離に音源がある場合は、音源から放出された音波が音源と集音フードとの間で多重反射し、この多重反射した音波が、音源から送信されて集音フードに向かう音波と干渉するので、やはり正確な音響診断を行なうことが難しいという問題がある。

0008

本発明は、上記事情に鑑み、捕捉周波数帯によって影響されることなく集音器の特性を十分発揮し、正確な音響計測を行うのに有効な集音器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

0009

上記目的を達成する本発明の集音器は、
(1)一端の頂点から所定の焦点距離離れた位置に焦点を有するとともに上記頂点とは反対側の他端に開口を有する回転面形状音反射内壁が形成された集音フード
(2)この集音フードの音反射内壁内の頂点側に配置された吸音材
(3)受音面が上記音反射内壁内に位置するとともにこの受音面が上記開口の方を向くように配置されたマイクロフォン
を備えたことを特徴とするものである。

0010

上述した集音器では、集音フードの音反射内壁内の頂点側に吸音材を配置しており、集音フードの音反射内壁で反射して、この集音フードの音反射内壁内の頂点側向かう音波は吸音材により吸音されるので、従来の集音器のように、音波どうしの干渉は生じにくく、正確な音響診断を行なうことができる。また、マイクロフォンの受音面が開口の方を向くように配置されているので、マイクロフォンの受音面と集音フードの音反射内壁との間で定在波が生じることがなく、マイクロフォンの感度が、音波の周波数により異なってしまうことが防止ないし低減される。

0011

ここで、上記本発明の集音器において、上記集音フードが、上記マイクロフォンを、上記音反射内壁の回転面形状の回転軸に沿う方向に位置調整自在に保持する支持具を備えることが好ましい。このような支持具を用いることにより、マイクロフォンの受音面を音源の方向に向けて、音源までの距離に応じた位置に固定することができる。

0012

また、上記音反射内壁の回転面形状の回転軸と平行に光ビーム出射する音源位置確認用光ビーム発生器を備えることが効果的である。このような光ビーム発生器を用いることにより、音源の位置を確認することができるので、集音フードの開口を音源の方向へ正確に向けることができる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図であり、図2図5は、図1に示す集音器を構成している吸音材の効果の説明図である。

0014

集音器10は、図1に示すように、集音フード11,計測用コンデンサマイクロフォン12,支持具13,吸音材14を備えている。集音フード11の内壁11aは回転放物面形状をなし、開口11bから集音フード11に入射した音を反射し、焦点Fないしその近傍に集音する役割を担っている。また、この実施形態の場合、回転放物面の頂点Oと、開口11bとの間の距離は、頂点Oと焦点Fとの間の距離の3倍の距離を有する。計測用コンデンサマイクロフォン12は、その受音面12aを開口11bに向けてその受音面12aが集音フード11の焦点Fの近傍に位置するように配置されている。集音フード11の内壁11aには、計測用コンデンサマイクロフォン12を支持する支持具13が固定されており、計測用コンデンサマイクロフォン12は、この支持具13により、回転放物面形状の回転軸に沿う方向(図1に示す矢印で示す方向)に位置調節自在に保持される。また、集音フード11の内壁11a内の頂点O側の、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aの前面を除く部分に、ガラス繊維製の吸音材14が配置されている。

0015

以下、図1に示す集音器を構成する吸音材の効果について説明する。図2は、吸音材を備えていない集音フードに音波が入射したときの模式図であり、図3は、吸音材を備えた集音フードに音波が入射したときの模式図である。図2に示す集音フード21の内壁21aは回転放物面形状をなし、集音フード21に入射した音波は、集音フード21の内壁21aで反射して、再び内壁21aで反射する。従って、吸音材を備えていない集音フード21では、内壁21aで反射していない音波や、1回ないし複数回内壁21aで反射した音波が混在しそれらの音波どうしが干渉するので、正確な音響診断を行なうことは難しい。一方、図3に示す、図2に示す集音フード21の内壁21aと同様に回転放物面形状の内壁31aを有する集音フード31では、この内壁31aの頂点側の部分に吸音材32が配置されているので、集音フード31に入射した音波は、直接に、あるいは集音フード31の内壁31aで反射して吸音材32に吸音される。従って、図3に示すように吸音材32が配置された集音フード31では、吸音材32に向かう音波は、吸音材32の表面で反射されずに吸音材32に吸音されるので、集音フード31内での多重反射が低減し、図2に示すように、音波どうしの干渉が低減し、したがって正確な音響診断を行なうことができる。

0016

次に、集音フードから近距離に音源がある場合の吸音材の効果について説明する。図4は、図2に示す吸音材を備えていない集音フードに、この集音フードから近距離にある音源から送信された音波が入射したときの模式図であり、図5は、図3に示す吸音材を備えた集音フードに、この集音フードから近距離にある音源から送信された音波が入射したときの模式図である。

0017

図4に示す音源22から送信された音波は、集音フード21の内壁21aで反射し、この反射した音波が音源22に向かい音源22で反射して、再び集音フード21の内壁21aに向かい、音源22から送信された音波は、音源22と集音フード21との間で多重反射する。従って、多重反射した音波が、音源22から送信されて集音フード21に向かう音波と干渉するので、吸音材を備えていない集音フード21では、正確な音響診断を行なうことは難しい。一方、図5に示す音源33から送信され、集音フード31に入射した音波は吸音材32に吸音されるので、図4に示すように、音波の多重反射が防止ないし低減され、音波どうしの干渉が低減し、正確な音響診断を行なうことができる。

0018

上述したように、本発明の第1実施形態の集音器10では、集音フード11の頂点側に図2図5を用いて説明したような効果を有する吸音材14が配備されているので、従来の集音器のように、集音フードの音反射内壁の多重反射は生じにくく、また、集音器10から近距離に音源が存在する場合でも、吸音材14が充填されているので、音源と集音フード11との間で多重反射も生じにくく、正確な音響診断を行なうことができる。

0019

また、本発明の第1実施形態の集音器10では、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aが開口の方を向くように配置されているので、計測用コンデンサマイクロフォン12の受音面12aと集音フード11の内壁11aとの間で定在波が生じることがなく、計測用コンデンサマイクロフォン12の感度が、音波の周波数により異なるということも防止される。

0020

図6は、本発明の第2実施形態の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図である。集音器60は、図6に示すように集音フード61,計測用コンデンサマイクロフォン62,支持具63,吸音材64,光ビーム発生器65を備えている。集音フード61の内壁61aは回転放物面形状をなし、開口61bから集音フード61に入射した音を反射し、焦点Fないしその近傍に集音する役割を担っている。また、この実施形態の場合、回転放物面の頂点と、開口61bとの間の距離は、頂点と焦点Fとの間の距離の3倍の距離を有する。回転放物面の頂点には、計測用コンデンサマイクロフォン62を挿入するための孔61cが穿設されており、計測用コンデンサマイクロフォン62は、その受音面62aを開口61b側に向けて、その受音面62aが集音フード61の焦点Fの近傍に位置するように孔61cに挿入されている。また、集音フード61の外壁には、計測用コンデンサマイクロフォン62を支持する支持具63が固定されており、計測用コンデンサマイクロフォン62は、この支持具63により、回転放物面形状の回転軸に沿う方向(図6に示す矢印で示す方向)に位置調節自在に保持される。また、集音フード61の内壁61a内に、計測用コンデンサマイクロフォン62に近接するように、発光ダイオード光学レンズで構成された光ビーム発生器65が取り付けられており、この光ビーム発生器65は、内壁61aの回転放物面の回転軸に沿う方向に光ビームを発射する。そして、集音フード61の内壁61aの、開口61bと対向する部分には、計測用コンデンサマイクロフォン62の受音面62aの前面と光ビーム発生器65の光ビームが発射する部分とを除く部分に、ガラス繊維製の吸音材64が配備されている。

0021

このように、本発明の第2実施形態の集音器60には、前述の第1実施形態の集音器10と同様に、吸音材64が充填されているので、従来の集音器のように、集音フードの音反射内壁で多重反射する音波は生じにくく、正確な音響診断を行なうことができる。また、音源と集音フード61との間で多重反射も生じにくく、この点からも正確な音響診断を行なうことができる。

0022

さらに、本発明の第2実施形態の集音器60では、光ビーム発生器65を備えているので、開口61bを音源の方向へ正確に向けることができ、被検設備からの目的音を精度よく集音することができる。なお、本発明の第1実施形態の集音器10および第2実施形態の集音器60に配備される吸音材10及び吸音材64の配置方法は頂点側Oの内壁側に配置する配置方法に限定されるものではなく、吸音材の効果にて説明した図3のように反斜面の一部を切断した部分に配設する方法でもよく、集音器の特性に応じた吸音効果を生かす配備であればその配設は任意の方法でよい。

0023

また、吸音材の材質吸音特性のよいものであれば多孔質吸音材発泡樹脂発泡アルミ等、その材質は任意のものでよい。

0024

以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、音響機器等の諸特性を測定するにあたり、4〜16波の種々の周波数のトーンバーストを用いたシミュレーションを行った。図7図10は本発明の集音器について行った一実施例の説明図である。

0025

図7は、音源から送信される音圧波形を示したグラフであり、図8図10は、図7に示す波形を有する音波が集音器に入射したときの集音器の受音面における音圧波形のシミュレーション結果を示したグラフである。これらグラフの横軸時刻を示し、縦軸速度ポテンシャルを示している。また、このシミュレーションで用いた集音器は、回転放物面形状の内壁を有し、内壁の頂点と焦点との間の距離が8mmの集音フードと、受音面がこの集音フードの内壁の頂点を向くように支持されたマイクロフォンとによって構成された対向型の集音器、上記集音フードと、受音面が集音フードの開口を向くように支持されたマイクロフォンとによって構成された直接型の集音器、及びこの直接型の集音器の集音フードの内壁の頂点側にマイクロフォンの受音面の前面を除く部分に吸音材を配備することによって構成された本発明の集音器(以下、吸音型の集音器と呼ぶ。)である。

0026

図7に示す音圧波形は、1msの継続時間を有し、10kHzの周波数を有する、10波のトーンバーストである。図8図9図10に示す音圧波形は、それぞれ、マイクロフォンの受音面が、集音フードの内壁の頂点から集音フードの開口に向かって8mm(集音フードの焦点位置)離れた位置に支持されたときの、対向型の集音器,直接型の集音器,吸音型の集音器のマイクロフォン受音面に、図7に示す音圧波形が入力されたときの各集音器のマイクロフォン受音面における音圧波形である。

0027

図10に示す、吸音型の集音器のマイクロフォン受音面での音圧波形の速度ポテンシャルは、図8に示す対向型および図9に示す直接型の集音器のマイクロフォン受音面での音圧波形の速度ポテンシャルよりも約2倍の振幅を示し、吸音型の集音器を用いた方が、対向型の集音器あるいは直接型の集音器を用いるよりも正確に音響診断ができることがわかった。

0028

このように、本発明の集音器では、従来の、対向型の集音器あるいは直接型の集音器と比較して、集音フードとマイクロフォン受音面との間で定在波が生じたり、集音フードの内壁で音波どうしが干渉することが低減され、正確に音響診断ができることがシミュレーションにより確認された。

発明の効果

0029

以上説明したように、本発明の集音器によれば、正確な音響診断を行うことができる。

図面の簡単な説明

0030

図1本発明の第1実施形態の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図である。
図2吸音材を備えていない集音フードに音波が入射したときの模式図である。
図3吸音材を備えた集音フードに音波が入射したときの模式図である。
図4図2に示す吸音材を備えていない集音フードに、この集音フードから近距離にある音源から送信された音波が入射したときの模式図である。
図5図3に示す吸音材を備えた集音フードに、この集音フードから近距離にある音源から送信された音波が入射したときの模式図である。
図6本発明の第2実施形態の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図である。
図7音源から送信される音圧波形を示したグラフである。
図8対向型の集音器のマイクロフォン受音面に、図7に示す音圧波形Aが入力されたときの受音面における音圧波形を示したグラフである。
図9直接型の集音器のマイクロフォン受音面に、図7に示す音圧波形Aが入力されたときの受音面における音圧波形を示したグラフである。
図10吸音型の集音器のマイクロフォン受音面に、図7に示す音圧波形Aが入力されたときの受音面における音圧波形を示したグラフである。
図11直接型の集音器の、回転放物面の回転軸を含む断面図である。

--

0031

10,60集音器
11,21,31,集音フード
11a,21a,31a,61a内壁
11b,61b 開口
61c 孔
12,62計測用コンデンサマイクロフォン
12a,62a受音面
13,63支持具
14,32,64吸音材
65 光ビーム発生器

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