リアルタイム音源可視化装置

近年の音場の可視化技術の発展には目覚しいものがあります。従来から行われてきた、音圧レベル測定によるコンターマップや音響インテンシティを用いたベクトルマップに加え、多チャンネルのマイクロホンアレイを用いた音響ホログラフィ法やビームフォーミング法により、今までは難しかった音の可視化を高精度かつ迅速に行うことができるようになってきました。

ここで紹介するシステムは、ビームフォーミング法（以降、BF 法）による音の可視化システムです。

これまでのシステムの多くは、測定現場での時間波形収録後に、後処理にて詳細解析を行い、カメラの動画と音圧分布を合わせることで、直感的に音源位置を把握するという方法が主流でした。しかしリアルタイム処理における動画表示は　1  fps 〜 6 fps が標準的なスピードで、特に過渡音や移動音源については、現場で直ぐに解析結果を確認するには至らない場合がほとんどでした。そこで、今回ご紹介する BF 法可視化システムでは、リアルタイム性を重視し、BF 法に関わる信号処理や動画処理を担う FPGA （Field Programmable Gate Array）を内蔵したデータレコーダを利用したシステムを構築し、25 fps（40 ms 間隔） の処理速度を実現しました。

• 広帯域な解析周波数（ 500 Hz 〜 10 kHz ）を実現した独自のマイク配置

• 高速処理を実現（25 回／秒、空間分解能： 33×33、1,089 ブロック）

• 簡易なセッティングと優れた計測ソフトによるイージーオペレーションを実現

測定現場で、コンピュータ上に CCD カメラ画像との重ねあわせて表現することが出来るため、リアルタイムに動画を見ながら発生音をより分かり易く解析することが可能です。

本システムは、測定・解析時間短縮などの作業効率を高めるとともに、音源可視化問題の解決へ最適ソリューションを提供します。

システムブロック図

音源可視化解析データ例

概略仕様

ポイント 音場の可視化技術には様々なものがあるが、測定・解析対象や目的に応じて最適な方法を選択する必要がある。参考用として以下に各測定手法の比較表を掲げる。 　 ビームフォーミング法（BF） 音響インテンシティ（SI） 音圧マップ 装置イメージ 解析結果イメージ 解析結果 音圧分布 音のエネルギー方向の分布 音圧分布 音源 過渡音 ○ × × 定常音 ○ ○ ○ 作業時間 組立〜計測 30分 60分（測定メッシュの設定を含む） 60分（測定メッシュの設定を含む） 計測 5分 測定点数と平均時間に依る 測定点数、マイク数、平均時間に依る 結果〜評価 5分 20分 20分 片付け 30分 15分 20分 システム 測定帯域 500〜10kHz 40Hz〜5kHz マイク間隔に依る 対象との 測定距離 2波長以上 制約無し 波長以内 空間分解能 33×33　1089ブロック 測定距離によって異なる ±5°の位置精度 マイク間隔 寸法 マイクアレイ直径：800mm マイク部 幅：30〜70mm 高さ：28〜55mm 長さ：200mm アレイフレームの大きさに依る 質量 マイクアレイ：8.5kg プローブ：0.3kg マイク数に依る （20本の場合：1kg） システム規模 中 小 大（測定エリアとマイク数に依る） 　 3次元音響インテンシティ法アプリケーション例 ■ 音響インテンシティを用いた車室内音場の可視化 ■ ３次元音響インテンシテイ計測と音色シミュレーション手法を用いた効率的な騒音低減方法 ■ 冷蔵庫コンプレッサ音の騒音解析