計測機器システム構成例・活用事例

音響ホログラフィは、2つに大別されます。1つは遠距離ホログラフィであり、2つ目は近接場音響ホログラフィです。

一般的に私達が聞いている音は、音源から距離が離れており、音源からの伝搬波を聞いています。この伝搬波を用いて音源位置を特定する手法が遠距離音響ホログラフィです。ただし、音源の振動・放射・散乱については、音源近傍の情報が重要となるため、遠距離ホログラフィでは正確に捉えることができません。これに対し、近接場音響ホログラフィは、近接場の音（エバネッセント波：音源近傍の振動から音に変わる付近の音）の情報を取得することにより、伝搬の初期に放射面の近傍で打ち消しあう音の情報も計測可能であるため、空間的な分解能が高くなるという特長を持っています。本例では、この近接場の情報を用いて、音源面、および放射する方向への音の測定・解析を行うものです。

バイク騒音の計測

マイクロホンアレイ中央のマイクロホンで得られた音圧レベルの周波数特性

左図は 500 Hz での解析結果です。

一般的に音源の分解能は波長に依存しますが、近接場音響ホログラフィでは、音源に非常に近接しているため、マイクロホンの間隔で音源を分離できる特徴を持っています。

この分析結果から、500 Hz の音源はエンジンのクランク部、エンジン下部（オイルパンなど）に音源があることがわかります。 また、エンジンの振動によりタンクが共振して、エンジンタンク部からも音が放射されていることもわかります。

左図は 1 kHz での解析結果です。

1kHzの音については、エンジンの中央のほかに排気管の音が大きく放射されていることがわかります。

このように、ホログラフィの計算結果とCCDカメラとの重ねあわせによって、音源の位置を非常にわかりやすく捉えることができます。

タイヤ騒音の計測

乗用車が定常走行を行う場合、エンジン音などより、タイヤから発生する音が大きなウェイトを占めます。そのため 環境騒音の低減の一環として、タイヤから発生する音の位置や大きさなどを把握する必要があります。近年普及している、排水性舗装が走行時の音の低減に大きく寄与していることは経験上よく知られていますが、そのメカニズムについては、まだよくわかっていません。今後これを分析するために、実際の道路を走行しながら、道路とタイヤの間で発生する音の解析を、近接場音響ホログラフィを用いて計測する予定ですが、今回はシステムの事前試験として、シャシーダイナモ上で乗用車のタイヤ音を測定しました。 左図にその実験状況を示します。マイクロホンアレイを、タイヤから10 cm の距離に設置して実験を行っています。

代表点におけるタイヤ騒音の周波数特性を示します。500 Hz と600 Hz に特徴あるピーク、および 1 kHz 帯域に音が発生していることがわかります。

一般的に、タイヤは特定の走行音ピークが発生しないように、ランダムなパターンで溝を切っています。 1 kHz 帯域の音の分布は、この対策の結果です。

左に 500 Hz 並びに 600 Hz の音圧マップを示します。

図より、500 Hz の音はタイヤ前方の踏み込む際の音の周波数であること、また 600 Hz はタイヤでけりだす際の音の周波数であることが解ります。

実験結果より、近接場音響ホログラフィによるタイヤ周辺の音源の分離が可能であることがお分かりいただけると思います。

タイヤのパターンによって音の聞こえ方が異なることは分かっていましたが、本実験で用いたタイヤのほかに走行音を対策した静音タイヤやブロックタイヤなどの測定をとうして、近接場音響ホログラフィ法での、タイヤごとに発生の部位の違いや周波数が異なることをも確認することが出来ています。