光散乱現象を用いた音圧計測法に基づいた非接触騒音計測

• Project/Area Number: 16J06772
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Dynamics/Control
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 石川 憲治 早稲田大学, 基幹理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 偏光高速度干渉計 / 高速度カメラ / アコースティックイメージング / 音圧計測 / 音場復元 / 打楽器 / カスタネット / 音響光学効果 / 光学的音響計測 / 並列位相シフト干渉法 / 空力音響 / 偏光干渉計

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、光学干渉計および偏光高速度カメラを用いた２次元音場イメージング計測手法を提案し、その有効性を示すとともに、各種音響分野における応用研究を進めた。最終年度は、これまでの知見を活用して音場観測装置を構築し、直径100 mmの円形領域を毎秒10万枚の速度で撮影することに成功した。一連の研究によって、２次元可聴音場の瞬時・非接触イメージング計測手法を確立した。本年度は特に、計測手法の応用として、度量衡分野および音楽音響分野への応用研究を行った。
度量衡分野においては、光位相計測に基づいた音圧の定量計測手法を提案した。具体的には、計測対象を軸対称音場に限定することで、偏光高速度干渉計による２次元投影音場から３次元音場の復元を行った。観測データから球面座標系におけるヘルムホルツ方程式の解の係数を最小二乗法を用いて推定することにより、任意の位置での音圧値の復元を可能にした。マイクロホンとの比較実験により、可聴音域において定量復元が可能であることを実証した。
音楽音響分野においては、打楽器の放射原理解明を目的として放射音の観測を行った。音源として、その放射原理が未だ明らかになっていないカスタネットを用いた。偏光高速度干渉計による観測の結果、カスタネットのシェル間隙で共鳴現象が発生していることを発見した。シェル間隙での共鳴音場の解析から、空間的な特性が異なる２種類の共鳴現象を特定した。２つの共鳴の周波数は、マイクロホンで観測した周波数スペクトルの主要成分とよく一致した。これらの観測・解析によって、シェル内部形状がカスタネット音の音色を決定する支配的な要因である事を明らかにした。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Optical Sound Measurement (2019)
  • Author(s): YATABE Kohei、ISHIKAWA Kenji、TANIGAWA Risako、OIKAWA Yasuhiro
  • Journal Title: IEICE ESS Fundamentals Review Volume: 12 Issue: 4 Pages: 259-268
  • DOI: 10.1587/essfr.12.4_259
  • NAID: 130007622277
  • ISSN: 1882-0875
  • Year and Date: 2019-04-01
  • Open Access
• [Journal Article] Simultaneous imaging of flow and sound using high-speed parallel phase-shifting interferometry (2018)
  • Author(s): Kenji Ishikawa, Risako Tanigawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, and Hayato Niwa
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 43 Issue: 5 Pages: 991-994
  • DOI: 10.1364/ol.43.000991
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time-directional filtering of wrapped phase for observing transient phenomena with parallel phase-shifting interferometry (2018)
  • Author(s): Yatabe Kohei, Tanigawa Risako, Ishikawa Kenji, Oikawa Yasuhiro
  • Journal Title: Optics Express Volume: 26 Issue: 11 Pages: 13705-13705
  • DOI: 10.1364/oe.26.013705
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optical visualization of a fluid flow via the temperature controlling method (2018)
  • Author(s): Tanigawa Risako, Ishikawa Kenji, Yatabe Kohei, Oikawa Yasuhiro, Onuma Takashi, Niwa Hayato
  • Journal Title: Optics Letters Volume: 43 Issue: 14 Pages: 3273-3273
  • DOI: 10.1364/ol.43.003273
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hyper ellipse fitting in subspace method for phase-shifting interferometry: Practical implementation with automatic pixel selection (2017)
  • Author(s): Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, Yasuhiro Oikawa
  • Journal Title: Optics Express Volume: 25 Issue: 23 Pages: 29401-29416
  • DOI: 10.1364/oe.25.029401
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Acousto-optic back-projection: Physical-model-based sound field reconstruction from optical projections (2017)
  • Author(s): Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, and Yasuhiro Oikawa
  • Journal Title: Journal of Sound and Vibration Volume: 394 Pages: 171-184
  • DOI: 10.1016/j.jsv.2017.01.043
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Simple, flexible, and accurate phase retrieval method for generalized phase-shifting interferometry (2017)
  • Author(s): Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, and Yasuhiro Oikawa
  • Journal Title: Journal of the Optical Society of America A Volume: 34 Issue: 1 Pages: 87-96
  • DOI: 10.1364/josaa.34.000087
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spatio-temporal filter bank for visualizing audible sound field by Schlieren method (2017)
  • Author(s): Nachanant Chitanont, Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, and Yasuhiro Oikawa
  • Journal Title: Applied Acoustics Volume: 115 Pages: 109-120
  • DOI: 10.1016/j.apacoust.2016.08.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 偏光高速度カメラによる音のイメージング計測 (2017)
  • Author(s): 及川靖広, 石川憲治, 大沼隼志
  • Journal Title: O plus E Volume: 39 Pages: 264-268
• [Journal Article] High-speed imaging of sound using parallel phase-shifting interferometry (2016)
  • Author(s): Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Nachanant Chitanont, Yusuke Ikeda, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa, and Minoru Yoshii
  • Journal Title: Optics Express Volume: 24 Issue: 12 Pages: 12922-12932
  • DOI: 10.1364/oe.24.012922
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Compensation of fringe distortion for phase-shifting three-dimensional shape measurement by inverse map estimation (2016)
  • Author(s): Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, and Yasuhiro Oikawa
  • Journal Title: Applied Optics Volume: 55 Issue: 22 Pages: 6017-6024
  • DOI: 10.1364/ao.55.006017
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Improving principal component analysis based phase extraction method for phase-shifting interferometry by integrating spatial information (2016)
  • Author(s): Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, and Yasuhiro Oikawa
  • Journal Title: Optics Express Volume: 24 Issue: 20 Pages: 22881-22891
  • DOI: 10.1364/oe.24.022881
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 光を用いた音場可視化装置 (2016)
  • Author(s): 石川憲治, 矢田部浩平, 池田雄介, 及川靖広
  • Journal Title: 日本音響学会誌 Volume: 72 Pages: 430-431
  • NAID: 130007356055
• [Presentation] Extracting sound from flow measured by parallel phase-shifting interferometry using spatio-temporal filter (2019)
  • Author(s): Tanigawa Risako、Ishikawa Kenji、Yatabe Kohei、Oikawa Yasuhiro、Onuma Takashi、Niwa Hayato
  • Organizer: Three-dimensional Imaging, Visualization, and Display
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 光音場計測法によるカスタネットの共鳴現象の観測 (2019)
  • Author(s): 石川 憲治, 矢田部 浩平, 及川 靖広
  • Organizer: 日本音響学会講演論文集
• [Presentation] Optical visualization of sound field inside transparent cavity using polarization high-speed camera (2018)
  • Author(s): Ishikawa Kenji、Tanigawa Risako、Yatabe Kohei、Oikawa Yasuhiro、Onuma Takashi、Niwa Hayato
  • Organizer: Internoise 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical visualization of sound source of edge tone using parallel phase-shifting interferometry (2018)
  • Author(s): Tanigawa Risako、Ishikawa Kenji、Yatabe Kohei、Oikawa Yasuhiro、Onuma Takashi、Niwa Hayato
  • Organizer: Internoise 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measurement of sound pressure inside tube using optical interferometry (2018)
  • Author(s): Denny Harmawanto、Ishikawa Kenji、Yatabe Kohei、Oikawa Yasuhiro
  • Organizer: Internoise 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Seeing the sound we hear: Optical technologies for visualizing sound wave (2018)
  • Author(s): Oikawa Yasuhiro、Ishikawa Kenji、Yatabe Kohei、Onuma Takashi、Niwa Hayato
  • Organizer: Three-dimensional Imaging, Visualization, and Display
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 光学的可視化における空間周波数フィルタを用いた流れと音の分離 (2018)
  • Author(s): 谷川理佐子，石川憲治，矢田部浩平，及川靖広
  • Organizer: 日本音響学会講演論文集
• [Presentation] １万チャネル音響データに対する部分空間法を用いたノイズ除去 (2018)
  • Author(s): 今枝文彦，石川憲治，矢田部浩平，及川靖広
  • Organizer: 日本音響学会講演論文集
• [Presentation] 早稲田大学本庄キャンパスに構築した音響光計測実験室 (2018)
  • Author(s): 石川憲治，谷川理佐子，南翔汰，矢田部浩平，及川靖広
  • Organizer: 日本音響学会講演論文集
• [Presentation] 並列位相シフト干渉法による高速音場イメージング (2018)
  • Author(s): 及川 靖広, 石川 憲治, 矢田部 浩平, 大沼 隼志, 丹羽 隼人
  • Organizer: 日本光学会年次学術講演会
  • Invited
• [Presentation] Seeing the sound we hear: Optical technologies for visualizing sound wave (2018)
  • Author(s): Yasuhiro Oikawa, Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Takashi Onuma, Hayato Niwa
  • Organizer: Three-dimensional Imaging, Visualization, and Display
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Optical visualization of sound field inside transparent cavity using polarization high-speed camera (2018)
  • Author(s): Kenji Ishikawa, Risako Tanigawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa
  • Organizer: Internoise 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Optical visualization of sound source of edge toneusing parallel phase-shifting interferometry (2018)
  • Author(s): Risako Tanigawa, Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa
  • Organizer: Internoise 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measurement of sound pressure inside tube using optical interferometry (2018)
  • Author(s): Denny Hermawanto, Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa
  • Organizer: Internoise 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 偏光高速度干渉計を用いた軸対称音場の３次元・瞬時・定量可視化計測 (2018)
  • Author(s): 石川憲治, 矢田部浩平, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: 日本音響学会春季研究発表会
• [Presentation] 偏光高速度干渉計を用いた空力音の可視化 (2018)
  • Author(s): 谷川理佐子, 石川憲治, 矢田部浩平, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人,
  • Organizer: 日本音響学会春季研究発表会
• [Presentation] レーザ干渉計による音圧分布の非接触計測 ～これまでの動向と近年の発展～ (2018)
  • Author(s): 矢田部浩平, 石川憲治, 及川靖広
  • Organizer: 信学技報
• [Presentation] 光による音場イメージング計測法の楽器計測への応用 (2017)
  • Author(s): 石川憲治, 矢田部浩平, 池田雄介, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: 日本音響学会春季研究発表会
  • Place of Presentation: 明治大学 (川崎市, 神奈川県)
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 偏光高速度干渉計を用いた流れと音の同時可視化 (2017)
  • Author(s): 谷川理佐子, 石川憲治, 矢田部浩平, 池田雄介, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: 日本音響学会春季研究発表会
  • Place of Presentation: 明治大学 (川崎市, 神奈川県)
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] 音の光干渉計測のための干渉縞解析 (2017)
  • Author(s): 矢田部浩平, 石川憲治, 及川靖広
  • Organizer: 日本音響学会春季研究発表会
  • Place of Presentation: 明治大学 (川崎市, 神奈川県)
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] Experimental visualization of flow-induced sound using high-speed polarization interferometer (2017)
  • Author(s): Kenji Ishikawa, Risako Tanigawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa
  • Organizer: 14th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simultaneous visualization of flow and sound using parallel phase-shifting interferometry (2017)
  • Author(s): Risako Tanigawa, Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa
  • Organizer: 11th Pacific Symposium on Flow Visualization and Image Processing (PSFVIP)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 偏光高速度干渉計を用いた音場イメージング計測法の原理と応用 (2017)
  • Author(s): 石川憲治, 谷川理佐子, 矢田部浩平, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: アコースティックイメージング研究会
• [Presentation] 偏光高速度干渉計を用いた透明筐体内部音場の2次元イメージング計測 (2017)
  • Author(s): 石川憲治, 谷川理佐子, 矢田部浩平, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: 日本音響学会秋季研究発表会
• [Presentation] Very near field sound pressure visualization of MEMS microphone by optical interferometer (2017)
  • Author(s): Denny Hermawanto, Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Yasuhiro Oikawa
  • Organizer: 日本音響学会秋季研究発表会
• [Presentation] 流れと音の光学的可視化のための流体温度調節法 (2017)
  • Author(s): 谷川理佐子, 石川憲治, 矢田部浩平, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: 日本音響学会秋季研究発表会
• [Presentation] Optical sensing of sound fields: Non-contact, quantitative, and single-shot imaging of sound using high-speed polarization camera (2016)
  • Author(s): Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Yusuke Ikeda, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa, Minoru Yoshii
  • Organizer: 5th Joint Meeting of Acoustical Society of America and Acoustical Society of Japan
  • Place of Presentation: Hawaii (USA)
  • Year and Date: 2016-11-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Signal processing for optical sound field measurement and visualization (2016)
  • Author(s): Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, Yasuhiro Oikawa
  • Organizer: 5th Joint Meeting of Acoustical Society of America and Acoustical Society of Japan
  • Place of Presentation: Hawaii (USA)
  • Year and Date: 2016-11-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Interferometric imaging of acoustical phenomena using high-speed polarization camera and 4-step parallel phase-shifting technique (2016)
  • Author(s): Kenji Ishikawa, Kohei Yatabe, Yusuke Ikeda, Yasuhiro Oikawa, Takashi Onuma, Hayato Niwa, Minoru Yoshii
  • Organizer: 31st International congress on high-speed imaging and photonics
  • Place of Presentation: Hotel Hankyu Expo Park (吹田市, 大阪府)
  • Year and Date: 2016-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 偏光高速度干渉計によるスピーカ放射音場の1mm分解能イメージング計測 (2016)
  • Author(s): 石川憲治, 矢田部浩平, 池田雄介, 及川靖広, 大沼隼志, 丹羽隼人
  • Organizer: 日本音響学会秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 富山大学 (富山市, 富山県)
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Herglotz波動関数の球面調和関数展開による光学的測定データからの三次元音場復元 (2016)
  • Author(s): 矢田部浩平, 石川憲治, 及川靖広
  • Organizer: 日本音響学会秋季研究発表会
  • Place of Presentation: 富山大学 (富山市, 富山県)
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Optical sound field measurement and imaging using laser and high-speed camera (2016)
  • Author(s): Yasuhiro Oikawa, Kohei Yatabe, Kenji Ishikawa, Yusuke Ikeda
  • Organizer: Inter-noise 2016
  • Place of Presentation: Hamburg (Germany)
  • Year and Date: 2016-08-21
  • Int'l Joint Research / Invited