| 研究課題/領域番号 |
16J06772
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
石川 憲治 早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| キーワード | 音響光学効果 / 高速度カメラ / 偏光干渉計 / 並列位相シフト干渉法 |
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| 研究実績の概要 |
光による音響計測技術は非接触かつ空間的に高密度な音場計測が可能であり、それらの特徴を活かした高精度な騒音計測の実現が見込まれる。本年度は光による音響計測理論の構築および高速度カメラをセンサとして用いるための基礎計測を行った。カメラは単一の計測器でありながら高密度な受光素子アレイであるので、音の空間分布を計測するのに適していると考えられる。また、音の周波数および伝搬速度を考慮すれば、高速な撮影が可能であることも重要な要素である。計測システムとなる光学系の設計・構築をし、基礎実験を行った。計測の比較的容易な超音波トランスデューサ放射音を対象として、提案法による計測音場と数値シミュレーションによる計算結果を比較した。実験結果と数値シミュレーション結果は、瞬時音場、音波の振幅、音波の位相に関してそれぞれ十分な精度で一致した。さらに、計測可能な音源種類・周波数範囲・音圧範囲を明確化するため、種々の音源に対する実験・評価を行った。1 kHzの可聴音から40 kHzの超音波に対して音場計測が可能であることが分かった。低周波に対する有効性は今後検討する必要がある。以上の基礎実験を通して、非接触騒音計測に有効な光学計測手法を確立した。さらに、楽器から放射される音波の計測や、音の反射や回折といった音響現象の可視化も行った。
また、光による音響計測によって検出される信号は微弱であるため、適切な信号処理手法が必要とされる。そのような手法として、空間情報を用いた雑音低減処理、3次元音場復元処理手法を提案した。雑音低減処理を適用することによって、計測結果のSN比が向上および光学系の設置誤差に起因する系統誤差が低減される事を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
前述の通り、光学技術を用いた非接触騒音計測を実現するための、基礎検討を行った。具体的には、高速度カメラを用いることによる多点かつ高速な音場計測の実現、音響光学理論に基づく計測法の定式化、および関連する信号処理手法の提案を行った。高速度カメラを用いる手法は、偏光計測技術と組み合わせることにより、瞬時かつ定量的に2次元音場分布の可視化が可能であることを示した。当該結果は査読付き論文誌にて発表した。
提案した手法は騒音計測に限らず、広く音響計測に用いることのできる技術である。そこで様々な種類のスピーカの放射音の空間特性の計測、カスタネットやシンバル等の楽器から音が放射される過程の可視化、および音波の反射や回折現象等のイメージングについても行った。これらの計測を通して、音の空間的な分布および伝搬の様子の計測が、騒音源の情報だけでなく、音響機器の特性や音の放射に関する現象の理解にも有効であることを示した。これらの結果については、国内外の学会にて発表を行った。
上述のような理由から、当初の計画以上に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は、今年度確立した光学的音場計測技術を用いて、非接触騒音計測技術の研究を推進する。今年度は、スピーカから放射された正弦波といったような、時間的および空間的に単純な特性をもつ音波を主な計測対象としてきた。しかし、実際の騒音源はより複雑な特性をもっている。そのため、騒音の適切な計測方法や計測データの信号処理手法について考慮する必要がある。騒音源の種類や騒音発生部品の大きさ・構造といった機械的特徴とそれによって放射される音の周波数や波面といった音響的特徴の関連を調査し、騒音源の特徴に応じた適切な計測手法を明らかにする。いくつかの具体的な騒音源の計測を行い、一般的な方法であるマイクロホンによる計測との比較により、提案法の妥当性・有効性の評価を行う。
さらに、光学的計測により得られたデータの解析手法についても研究を進める。計測結果は空間的に非常に近接した多点の音圧情報であるので、そこから瞬時音場だけでなく、音場の振幅分布、位相分布、さらには音響粒子速度や音響インテンシティといった音場情報を計算する。それによって、騒音の発生箇所の特定や、伝搬経路の可視化、特定の空間を流出するエネルギー量の計算など、単一の計測結果から多様な情報を抽出することを目指す。さらに、従来のマイクロホンアレイで培われているアレイ信号処理技術を光学的音響計測に適用し、信号処理的アプローチからも光学的騒音計測の確立を推進する。
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