JP4748680B2 - Sound source exploration device and wind tunnel testing device - Google Patents
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Description
この発明は、風洞試験装置の開放型測定部内の試験対象物が気流を受けるときに、この気流の主流中から発生する音の音源を探査する音源探査装置、及び開放型測定部内の試験対象物が気流を受けるときに、この気流によって生ずるこの試験対象物の挙動を測定する風洞試験装置に関する。 The present invention relates to a sound source exploration device for exploring a sound source of sound generated from a main stream of an air flow when the test object in the open type measurement unit of the wind tunnel test apparatus receives an air flow, and a test object in the open type measurement unit The present invention relates to a wind tunnel test apparatus for measuring the behavior of the test object generated by an air flow when the air flow receives the air flow.
図７は、従来の風洞試験装置の開放型測定部を概略的に示す平面図である。
従来の風洞試験装置１０２は、図７に示すように、試験対象物（物体）１０１を台車１０３ａ上に設置する風洞測定部１０３と、この風洞測定部１０３に空気を吹き出すノズル(吹出口)１０４ａと、風洞測定部１０３から空気を回収する吸込口１０４ｂと、この風洞測定部１０３内の試験対象物１０１から発生する騒音を測定するマイクロホンアレイ１０６などを備えている（例えば、特許文献１参照）。図７に示す従来の風洞試験装置１０２は、ノズル１０４ａと吸込口１０４ｂとの間の風洞測定部１０３が開放されている開放胴型風洞試験装置である。従来の風洞試験装置１０２では、試験対象物１０１に空気の流れを当てたときに、この試験対象物１０１から発生する空力音などの騒音をマイクロホンアレイ１０６によって測定して、主流Ｆ1中から発生する音の音源の位置を同定している。従来の風洞試験装置１０２では、空気の流れがマイクロホンアレイ１０６に直接当たらないように、空気の流れから離れた位置にマイクロホンアレイ１０６が配置されている。
FIG. 7 is a plan view schematically showing an open type measuring unit of a conventional wind tunnel testing apparatus.
As shown in FIG. 7, a conventional wind tunnel test apparatus 102 includes a wind tunnel measuring unit 103 that places a test object (object) 101 on a carriage 103a, and a nozzle (blow-out port) 104a that blows air to the wind tunnel measuring unit 103. And a suction port 104b for collecting air from the wind tunnel measuring unit 103, a microphone array 106 for measuring noise generated from the test object 101 in the wind tunnel measuring unit 103, and the like (see, for example, Patent Document 1). . A conventional wind tunnel test apparatus 102 shown in FIG. 7 is an open trunk type wind tunnel test apparatus in which a wind tunnel measuring unit 103 between a nozzle 104a and a suction port 104b is opened. In the conventional wind tunnel test apparatus 102, when an air flow is applied to the test object 101, noise such as aerodynamic sound generated from the test object 101 is measured by the microphone array 106 and generated from the main stream F 1. The position of the sound source of the sound to be identified is identified. In the conventional wind tunnel test apparatus 102, the microphone array 106 is arranged at a position away from the air flow so that the air flow does not directly hit the microphone array 106.
図７に示す自由せん断層Ｆ2は、ノズル１０４ａから吹き出した空気流が周囲の静止空気と摩擦を起こし乱れながら拡大するときに、この空気流の乱れの強い領域である。図７に示す従来の風洞試験装置１０２では、音源に近い主流Ｆ1内にマイクロホンアレイ１０６を設置したときには、主流Ｆ1によって変動力を受けるためマイクロホンアレイ１０６を強固に固定する必要があるとともに、マイクロホンアレイ１０６と空気の流れとが干渉して雑音が大きくなるのを防ぐ必要がある。このため、マイクロホンアレイ１０６を主流Ｆ1の影響を受けないように主流Ｆ1の外側に配置していた。しかし、従来の風洞試験装置１０２では、主流Ｆ1中から発生する音の音波Ｗが自由せん断層Ｆ2を通過する際に散乱してしまう。このため、従来の風洞試験装置１０２では、マイクロホンアレイ１０６によって測定される音のパワーが減衰しS/Nが劣化してしまう問題点があるとともに、音源探査時に実際の音源の位置がずれて見えて、位置同定精度が悪化してしまう問題点がある。 The free shear layer F 2 shown in FIG. 7 is a region where the air flow is strongly disturbed when the air flow blown out from the nozzle 104 a expands while causing friction with the surrounding static air. In the conventional wind tunnel test apparatus 102 shown in FIG. 7, when the microphone array 106 is installed in the mainstream F 1 close to the sound source, it is necessary to firmly fix the microphone array 106 because it receives a fluctuating force due to the mainstream F 1 . It is necessary to prevent noise from increasing due to interference between the microphone array 106 and the air flow . Thus, it was placed outside of the main flow F 1 so as not to be affected by the microphone array 106 mainstream F 1. However, in the conventional wind tunnel test apparatus 102, the sound wave W generated from the main stream F 1 is scattered when passing through the free shear layer F 2 . For this reason, in the conventional wind tunnel test apparatus 102, there is a problem that the sound power measured by the microphone array 106 is attenuated and the S / N deteriorates, and the actual sound source position appears to be shifted during sound source search. Thus, there is a problem that the position identification accuracy deteriorates.
この発明の課題は、自由せん断層の影響により生じる音波の劣化を低減して高精度に音源を探査することができる音源探査装置及び風洞試験装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a sound source exploration device and a wind tunnel test device capable of exploring a sound source with high accuracy by reducing deterioration of sound waves caused by the influence of a free shear layer.
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、風洞試験装置（２）の開放型測定部（３）内の試験対象物（１）が気流を受けるときに、この気流の主流（Ｆ1）中から発生する音の音源を探査する音源探査装置であって、前記主流中から発生する音を収音するマイクロホンアレイ（６）を収容する壁部（７）を備え、前記壁部は、前記風洞試験装置のノズル（４ａ）から噴出した空気流が周囲の静止空気と摩擦を起こし乱れながら拡大するときに、前記主流の周囲に形成されこの空気流の乱れの強い領域である自由せん断層（Ｆ2）内におけるこの主流の近傍に配置されることを特徴とする音源探査装置（５）である。
The present invention solves the above-mentioned problems by the solving means described below.
In addition, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this embodiment.
According to the first aspect of the present invention, when the test object (1) in the open type measuring section (3) of the wind tunnel test apparatus (2) receives an air flow, the sound generated from the main flow (F 1 ) of the air flow is measured. A sound source exploration device for exploring a sound source, comprising a wall portion (7) that houses a microphone array (6) that collects sound generated from the mainstream, the wall portion being a nozzle ( when the air flow jetted from 4a) is enlarged while turbulence caused friction and static ambient air, this in the mainstream is formed around the free shear layer is strong regions turbulence of the air flow (F 2) in the A sound source exploration device (5) characterized by being arranged in the vicinity of the mainstream.
請求項２の発明は、請求項１に記載の音源探査装置において、前記壁部は、前記主流の速度に対する前記自由せん断層内の気流の速度の比が0.40〜1.00の範囲内になる位置に配置されることを特徴とする音源探査装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the sound source exploration device according to the first aspect, the wall portion is located at a position where the ratio of the velocity of the air flow in the free shear layer to the velocity of the main flow is within a range of 0.40 to 1.00. It is a sound source exploration device characterized by being arranged.
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の音源探査装置において、前記壁部は、前記風洞試験装置のノズル端面（４ｄ）と略同一平面内に配置されることを特徴とする音源探査装置である。 According to a third aspect of the present invention, in the sound source exploration device according to the first or second aspect, the wall portion is disposed in substantially the same plane as a nozzle end surface (4d) of the wind tunnel test device. It is a sound source exploration device.
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の音源探査装置において、前記マイクロホンアレイからの出力信号をクロススペクトル法によって演算処理する演算処理部（８ｃ）を備えることを特徴とする音源探査装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the sound source search device according to any one of the first to third aspects, an arithmetic processing unit (8c) that performs arithmetic processing on an output signal from the microphone array by a cross spectrum method is provided. It is a sound source exploration device characterized by comprising.
請求項５の発明は、開放型測定部（３）内の試験対象物（１）が気流を受けるときに、この気流によって生ずるこの試験対象物の挙動を測定する風洞試験装置であって、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の音源探査装置（５）を備えることを特徴とする風洞試験装置（２）である。 The invention of claim 5 is a wind tunnel test apparatus for measuring the behavior of the test object generated by the air flow when the test object (1) in the open type measuring section (3) receives the air flow. A wind tunnel testing device (2) comprising the sound source exploration device (5) according to any one of claims 1 to 4.
この発明によると、自由せん断層の影響により生じる音波の劣化を低減して高精度に音源を探査することができる。 According to the present invention, it is possible to search the sound source with high accuracy by reducing the deterioration of the sound wave caused by the influence of the free shear layer.
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る風洞試験装置の風洞測定部を概略的に示す平面図である。図２は、図１のII方向から見た平面図である。図３は、この発明の実施形態に係る音源探査装置の壁部の一部を破断して示す平面図である。
図１に示す試験対象物１は、模型又は実物の試験体（供試体）である。試験対象物１は、例えば、実際の鉄道車両や集電装置（パンタグラフ）などを模擬（縮小）した模型である。風洞試験装置２は、開放型測定部内の試験対象物１が気流を受けるときに、この気流によって生ずるこの試験対象物１の挙動を測定する装置である。風洞試験装置２は、例えば、風洞測定部３内の試験対象物１に空気を流し、この空気の流れによってこの試験対象物１から発生する空力音などの音響を測定する。風洞試験装置２は、図１に示すように、風洞測定部３と、風洞４と、音源探査装置５などを備える開放胴型風洞試験装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view schematically showing a wind tunnel measuring unit of a wind tunnel testing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view seen from the II direction of FIG. FIG. 3 is a plan view showing a part of the wall portion of the sound source exploration device according to the embodiment of the present invention in a cutaway manner.
A test object 1 shown in FIG. 1 is a model or a real test body (specimen). The test object 1 is, for example, a model simulating (reducing) an actual railway vehicle, a current collector (pantograph), or the like. The wind tunnel test apparatus 2 is an apparatus for measuring the behavior of the test object 1 generated by the air flow when the test object 1 in the open type measuring unit receives the air flow. For example, the wind tunnel test apparatus 2 measures the sound such as aerodynamic sound generated from the test object 1 by flowing air to the test object 1 in the wind tunnel measuring unit 3. As shown in FIG. 1, the wind tunnel test apparatus 2 is an open trunk wind tunnel test apparatus including a wind tunnel measuring unit 3, a wind tunnel 4, a sound source exploration device 5, and the like.
風洞測定部３は、試験対象物１を設置する部分である。風洞測定部３は、風洞４のノズル４ａと吸込口４ｂとの間に配置されて試験対象物１を支持する台車３ａを備えている。風洞４は、空気力学的な諸問題を実験的に調査するために人工的な空気の流れを作る装置である。風洞４は、一定の性状の風を人工的に送風する図示しない送風機、ダクト及び整流装置などと、ノズル４ａと、吸込口４ｂとを備えている。ノズル４ａは、空気を噴出して風洞測定部３に一様な流れを作りこの風洞測定部３に空気を吹き出す部分であり、図２に示すように開口部の形状が四角形になるように、平板状の一対の水平端面４ｃ及び一対の垂直端面４ｄによって構成されている。吸込口４ｂは、風洞測定部３から空気を回収する部分であり、ノズル４ａと同様に平板状の端面によって開口部の形状が四角形に形成されている。 The wind tunnel measuring unit 3 is a part where the test object 1 is installed. The wind tunnel measuring unit 3 includes a carriage 3 a that is disposed between the nozzle 4 a and the suction port 4 b of the wind tunnel 4 and supports the test object 1. The wind tunnel 4 is a device that creates an artificial air flow to experimentally investigate aerodynamic problems. The wind tunnel 4 includes a blower, a duct, a rectifier, and the like (not shown) that artificially blows wind with a certain property, a nozzle 4a, and a suction port 4b. The nozzle 4a is a part that blows out air to create a uniform flow in the wind tunnel measuring unit 3 and blows out air to the wind tunnel measuring unit 3. As shown in FIG. It is constituted by a pair of flat end faces 4c and a pair of vertical end faces 4d. The suction port 4b is a part that collects air from the wind tunnel measuring unit 3, and the shape of the opening is formed in a quadrangular shape by a flat end face like the nozzle 4a.
音源探査装置５は、風洞試験装置２の開放型測定部の試験対象物１が気流を受けるときに、この気流の主流Ｆ1中から発生する音の音源を探査する装置である。音源探査装置５は、図１〜図３に示すように、マイクロホンアレイ６と、壁部７と、信号処理装置８などを備えている。音源探査装置５は、気流の主流Ｆ1中から発生する音を、この主流Ｆ1の近傍に配置されたマイクロホンアレイ６によって検出し、このマイクロホンアレイ６の出力信号を信号処置装置８によって処理して主流Ｆ1中から発生する音の音源を同定する。 The sound source exploration device 5 is a device for exploring a sound source of sound generated from the main flow F 1 of the air flow when the test object 1 of the open type measuring unit of the wind tunnel test device 2 receives the air flow. As illustrated in FIGS. 1 to 3, the sound source exploration device 5 includes a microphone array 6, a wall portion 7, a signal processing device 8, and the like. Source localization device 5, the sound generated from the mainstream F 1 of the air flow, detected by the microphone array 6 disposed in the vicinity of the main flow F 1, processes the output signals of the microphone array 6 by a signal treatment device 8 The sound source of the sound generated from the mainstream F 1 is identified.
マイクロホンアレイ６は、主流Ｆ1中から発生する音を収音する装置である。マイクロホンアレイ６は、図１〜図３に示すように、複数のマイクロホン(マイクロホン素子)６ａから構成される受音装置であり、１つのマイクロホン６ａでは取得が困難である音の空間的な情報を取得して音の到来方向を推定するために使用される。 The microphone array 6 is a device that collects sound generated from the mainstream F 1 . The microphone array 6 is a sound receiving device composed of a plurality of microphones (microphone elements) 6a as shown in FIGS. 1 to 3, and spatial information of sound that is difficult to obtain with one microphone 6a. Used to obtain and estimate the direction of arrival of sound.
マイクロホン６ａは、試験対象物１に空気を流したときにこの試験対象物１から発生する騒音を検出する装置であり、音響エネルギーを電気エネルギーに変換する音響電気変換器である。マイクロホン６ａは、図１〜図３に示すように、所定の間隔をあけて複数配置されており、これらが二次元のマイクロホンアレイ６を構成する。マイクロホン６ａは、図３に示すように、振動面を保護する保護キャップ部６ｂを備えており、この保護キャップ部６ｂの先端面が壁部７の壁面７ａと略同一面(略同一高さ)になるように配置されている。 The microphone 6a is a device that detects noise generated from the test object 1 when air flows through the test object 1, and is an acoustoelectric converter that converts acoustic energy into electrical energy. As shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of microphones 6 a are arranged at predetermined intervals, and these constitute a two-dimensional microphone array 6. As shown in FIG. 3, the microphone 6 a includes a protective cap portion 6 b that protects the vibration surface, and the front end surface of the protective cap portion 6 b is substantially the same surface (substantially the same height) as the wall surface 7 a of the wall portion 7. It is arranged to be.
壁部７は、マイクロホンアレイ６を収容する部材である。壁部７は、図１に示すように、主流Ｆ1の周囲に形成される自由せん断層Ｆ2内における主流Ｆ1の近傍に配置されている。壁部７は、主流Ｆ1の速度に対する自由せん断層Ｆ2内の気流の速度の比が0.65を下回る位置に配置されると、主流Ｆ1からの音の音波Ｗが自由せん断層Ｆ2によって乱されるおそれがあるため、主流Ｆ1の速度に対する自由せん断層Ｆ2内の気流の速度の比が0.65〜1.00の範囲内になる位置に配置することが好ましい。壁部７は、図２に示すように、垂直端面４ｄと略同一平面に配置することが特に好ましい。壁部７は、図１〜図３に示すように、四角形の端板状の部材であり、図３に示すように壁面７ａと、曲面部７ｂと、収容部７ｃと、被覆部７ｄなどを備えている。壁面７ａは、試験対象物１と対向する側の表面であり、平坦面状に形成されている。曲面部７ｂは、空気の流れを乱さず空気抵抗を低減するための部分であり、壁部７の縁部に滑らかな曲線状に形成されている。収容部７ｃは、マイクロホン６ａを収容する部分である。収容部７ｃは、壁部７に形成された貫通孔又は凹部であり、この壁部７に所定の間隔をあけて複数形成されている。被覆部７ｄは、マイクロホン６ａの先端部を被覆する部材である。被覆部７ｄは、マイクロホン６ａの保護キャップの先端部を覆うように、壁部７の壁面７ａに取り付けられたウレタン製の被覆材などである。 The wall 7 is a member that accommodates the microphone array 6. Wall 7, as shown in FIG. 1, is disposed in the vicinity of the main flow F 1 at the free shear layer F in 2 formed on the periphery of the main flow F 1. When the wall portion 7 is arranged at a position where the ratio of the velocity of the air flow in the free shear layer F 2 to the velocity of the main flow F 1 is less than 0.65, the sound wave W of the sound from the main flow F 1 is caused by the free shear layer F 2 . Since there is a possibility of being disturbed, it is preferable to arrange at a position where the ratio of the velocity of the air flow in the free shear layer F 2 to the velocity of the main flow F 1 is in the range of 0.65 to 1.00. As shown in FIG. 2, the wall portion 7 is particularly preferably disposed in substantially the same plane as the vertical end surface 4 d. As shown in FIGS. 1 to 3, the wall portion 7 is a rectangular end plate-like member. As shown in FIG. 3, the wall portion 7a, the curved surface portion 7b, the accommodating portion 7c, the covering portion 7d, and the like are provided. I have. The wall surface 7a is a surface on the side facing the test object 1, and is formed in a flat surface shape. The curved surface portion 7 b is a portion for reducing the air resistance without disturbing the air flow, and is formed in a smooth curved shape at the edge of the wall portion 7. The accommodating portion 7c is a portion that accommodates the microphone 6a. The accommodating portion 7c is a through hole or a recess formed in the wall portion 7, and a plurality of the accommodating portions 7c are formed at predetermined intervals on the wall portion 7. The covering portion 7d is a member that covers the tip portion of the microphone 6a. The covering portion 7d is a urethane covering material attached to the wall surface 7a of the wall portion 7 so as to cover the tip end portion of the protective cap of the microphone 6a.
信号処理装置８は、マイクロホンアレイ６の出力信号を処理する装置である。信号処理装置８は、マイクロホンアレイ６の各マイクロホン６ａの振動板が出力する電気信号（アナログ信号）から所定の周波数成分を除去するフィルタ部８ａと、このフィルタ部８ａを通過するアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換部８ｂと、主流Ｆ1中から発生する音の音源を同定するために、このA/D変換部８ｂの出力信号をクロススペクトル法によって演算処理する演算処理部８ｃと、演算処理部８ｃの演算結果を記憶する記憶部８ｄなどを備えている。信号処理装置８は、例えば、パーソナルコンピュータなどによって構成されており、主流Ｆ1中から発生する音の音源を探査するための音源探査プログラムに従って所定の処理を実行する。 The signal processing device 8 is a device that processes the output signal of the microphone array 6. The signal processing device 8 includes a filter unit 8a for removing a predetermined frequency component from an electrical signal (analog signal) output from the diaphragm of each microphone 6a of the microphone array 6, and an analog signal passing through the filter unit 8a as a digital signal. and a / D converter 8b to be converted in order to identify the source of the sound generated from the mainstream F 1, and the arithmetic processing unit 8c for processing the output signal of the a / D converter 8b by the cross spectrum method And a storage unit 8d for storing the calculation result of the calculation processing unit 8c. The signal processing device 8 is configured by, for example, a personal computer and executes predetermined processing in accordance with a sound source search program for searching for a sound source of sound generated from the mainstream F 1 .
次に、この発明の実施形態に係る風洞試験装置及び音源探査装置の動作を説明する。
図１及び図２に示すように、風洞測定部３内に試験対象物１を設置して、ノズル４ａから空気を噴出させ試験対象物１に空気を流す。その結果、空気の流れが試験対象物１に当たってこの試験対象物１から空力音が発生し、この空力音をマイクロホンアレイ６によって検出してこの空力音が測定される。このとき、自由せん断層Ｆ2内における主流Ｆ1の近傍に壁部７が配置されているため、主流Ｆ1中から発生する音の音波Ｗが自由せん断層Ｆ2によって大きく乱される前に、マイクロホンアレイ６によってこの音が測定される。マイクロホンアレイ６の出力信号が信号処理装置８に入力すると、 このマイクロホンアレイ６からの出力信号をクロススペクトル法によって演算処理部８ｃが演算処理し、主流Ｆ1中から発生する音の音源の位置が同定される。
Next, operations of the wind tunnel testing apparatus and the sound source exploration apparatus according to the embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the test object 1 is installed in the wind tunnel measuring unit 3, and air is blown out from the nozzle 4 a to flow the air through the test object 1. As a result, the aerodynamic sound is generated from the test object 1 when the air flow hits the test object 1, and the aerodynamic sound is detected by the microphone array 6 and measured. At this time, since the wall portion 7 in the vicinity of the main flow F 1 at the free shear layer F in 2 is arranged, before the wave W of the sound generated from the mainstream F 1 is greatly disturbed by the free shear layer F 2 The sound is measured by the microphone array 6. When the output signal of the microphone array 6 is input to the signal processing device 8, the calculation processing unit 8c calculates the output signal from the microphone array 6 by the cross spectrum method, and the position of the sound source of the sound generated from the mainstream F 1 is determined. Identified.
この発明の実施形態に係る音源探査装置及び風洞試験装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この実施形態では、マイクロホンアレイ６を収容する収容部７ｃを表面に有する壁部７を自由せん断層Ｆ2内における主流Ｆ1の近傍に配置する。このため、主流Ｆ1中からの音の音波Ｗを自由せん断層Ｆ2によって乱される前に測定することができる。その結果、図７に示す従来の風洞試験装置１０２のような自由せん断層Ｆ2の影響により生ずる音波Ｗの劣化を防ぐことができるとともに、主流Ｆ1による移流効果によって生じる音源位置の同定精度の誤差を改善することができる。また、マイクロホンアレイ６を壁部７に収容することができるため、マイクロホンアレイ６を主流Ｆ1の近傍で強固に固定することができる。
The sound source exploration device and the wind tunnel testing device according to the embodiment of the present invention have the following effects.
(1) In this embodiment, the wall portion 7 having the accommodating portion 7c for accommodating the microphone array 6 on the surface is disposed in the vicinity of the main flow F 1 in the free shear layer F 2 . For this reason, the sound wave W of the sound from the mainstream F 1 can be measured before being disturbed by the free shear layer F 2 . As a result, the deterioration of the sound wave W caused by the influence of the free shear layer F 2 as in the conventional wind tunnel test apparatus 102 shown in FIG. 7 can be prevented, and the identification accuracy of the sound source position caused by the advection effect by the main flow F 1 can be prevented. The error can be improved. Moreover, since it is possible to accommodate the microphone array 6 in the wall 7, it is possible to firmly fix the microphone array 6 in the vicinity of the main flow F 1.
(2) この実施形態では、主流Ｆ1の速度に対する自由せん断層Ｆ2内の気流の速度の比が0.40〜1.00の範囲内になる位置に壁部７が配置される。例えば、この実施形態では、風洞試験装置２の垂直端面４ｄと略同一平面内に壁部７が配置される。このため、高精度に信号を検出して音源位置の同定精度を向上させることができる。 (2) In this embodiment, the wall portion 7 is disposed at a position where the ratio of the velocity of the air flow in the free shear layer F 2 to the velocity of the main flow F 1 is within the range of 0.40 to 1.00. For example, in this embodiment, the wall portion 7 is disposed in substantially the same plane as the vertical end surface 4 d of the wind tunnel test apparatus 2. For this reason, it is possible to improve the identification accuracy of the sound source position by detecting the signal with high accuracy.
(3) この実施形態では、マイクロホンアレイ６からの出力信号をクロススペクトル法によって演算処理部８ｃが演算処理する。このため、マイクロホン６ａと主流Ｆ1との干渉によって各マイクロホン６ａに入射する無相関な雑音成分を信号処理によって除去することができ、信号成分を効果的に抽出することができる。 (3) In this embodiment, the arithmetic processing unit 8c performs arithmetic processing on the output signal from the microphone array 6 by the cross spectrum method. For this reason, an uncorrelated noise component incident on each microphone 6a due to interference between the microphone 6a and the mainstream F 1 can be removed by signal processing, and the signal component can be extracted effectively.
図４は、この発明の実施例に係る風洞試験装置の風洞測定部を模式的に示す平面図である。図５は、この発明の実施例に係る風洞試験装置の風洞測定部における流速分布を示すグラフである。
図４に示す風洞試験装置２０のノズル４０ａから風洞測定部３０に空気を吹き出し、風洞測定部３０における速度分布を測定した。測定は、財団法人鉄道総合技術研究所の風洞技術センター（米原）内における開放胴型の風洞試験装置を使用して行った。図４に示すＸarrayは、ノズル４０ａの先端部からマイクロホンアレイ中心までの下流方向の距離（Ｘ軸方向距離）であり、Ｙarrayはノズル４０ａの先端部の中心から壁部７０の表面までの距離（Ｙ軸方向距離）である。ノズル４０ａの形状は、幅3000mm、高さ2500mmの四角形である。図５に示す縦軸は、主流速度との比であり、図１に示す主流Ｆ1の速度に対する自由せん断層Ｆ2内の気流の速度の比を表し、横軸はＹ軸方向距離(m)である。
FIG. 4 is a plan view schematically showing a wind tunnel measuring unit of the wind tunnel testing apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is a graph showing the flow velocity distribution in the wind tunnel measuring unit of the wind tunnel testing apparatus according to the embodiment of the present invention.
Air was blown out from the nozzle 40 a of the wind tunnel test apparatus 20 shown in FIG. 4 to the wind tunnel measuring unit 30, and the velocity distribution in the wind tunnel measuring unit 30 was measured. The measurement was carried out using an open trunk type wind tunnel test apparatus in the Wind Tunnel Technology Center (Yonehara) of the Railway Technical Research Institute. X array shown in FIG. 4 is the distance downstream from the tip of the nozzle 40a to the microphone array center (X-axis direction distance), Y array is from the center of the tip of the nozzle 40a to the surface of the wall portion 70 Distance (Y-axis direction distance). The shape of the nozzle 40a is a square having a width of 3000 mm and a height of 2500 mm. The vertical axis shown in FIG. 5 is a ratio with the main flow velocity, and represents the ratio of the velocity of the air flow in the free shear layer F 2 to the velocity of the main flow F 1 shown in FIG. 1, and the horizontal axis is the distance in the Y-axis direction (m ).
図５に示すグラフは、風速300km/hの空気が流れる風洞測定部３０の台車３０ａ上の高さ1255mmの位置に音源装置（ジェットノイズ発生装置）１０を設置し、Ｘ軸方向の速度成分をＹ軸方向分布で示した測定結果である。このグラフでは、図４に示すＸ軸方向距離=2000mm，4000mmの２点において、Ｙ軸方向距離が異なる複数の位置で測定したときの主流速度との比を表している。図５に示すように、主流の外側に向かって徐々に気流の速度が低下し、下流側ほど速度分布がなだらかになっており、ノズル４０ａから噴出した空気流が周囲の静止空気と摩擦を起こし乱れながら拡大して、主流の周囲に自由せん断層が形成されていることが分かる。また、図５に示す主流速度との比が0.65を下回ると、音のパワーが減衰して音源位置の同定精度が悪化し、主流速度との比が0.65以上であると、信号を精度よく検出し音源位置の同定精度が向上することが確認された。 The graph shown in FIG. 5 shows that a sound source device (jet noise generating device) 10 is installed at a height of 1255 mm on the carriage 30a of the wind tunnel measuring unit 30 through which air with a wind speed of 300 km / h flows, and the velocity component in the X-axis direction is shown. It is the measurement result shown by the Y-axis direction distribution. In this graph, the ratio to the mainstream velocity when measured at a plurality of positions having different Y-axis direction distances at two points of X-axis direction distance = 2000 mm and 4000 mm shown in FIG. 4 is shown. As shown in FIG. 5, the velocity of the airflow gradually decreases toward the outside of the main flow, and the velocity distribution becomes gentler toward the downstream side, and the airflow ejected from the nozzle 40a causes friction with the surrounding static air. It can be seen that a free shear layer is formed around the main flow by expanding while being disturbed. If the ratio with the mainstream velocity shown in FIG. 5 is less than 0.65, the sound power is attenuated and the sound source position identification accuracy is deteriorated. If the ratio with the mainstream velocity is 0.65 or more, the signal is detected accurately. It was confirmed that the identification accuracy of the sound source position was improved.
図６は、この発明の実施例に係る風洞試験装置の風洞測定部に設置した音源装置の周囲の音圧レベル分布を示す図であり、図６（Ａ）は自由せん断層の外側に壁部を設置したときの音圧レベル分布を示し、図６（Ｂ）は主流近傍に壁部を設置したときの音圧レベル分布を示す。
図４に示す音源装置１０を供試体として、風洞測定部３０の台車３０ａ上の高さ1255mmの位置にこの音源装置１０を設置し、マイクロホンアレイによって空力騒音を測定してクロススペクトル法によって音源を探査した。図６に示す音圧レベル分布は、風速300km/h、周波数10khz帯における測定結果であり、1/3オクターブバンド毎に得られた最大レベル値を0dbとした相対音圧レベルによって示している。図４に示すノズル４０ａの中心(風洞中心)からＹarray=2400mm離れた位置（自由せん断層から離れた位置）に壁部７０を設置したときには、図６（Ａ）に示すように音源が不明瞭であった。しかし、図４に示す風洞中心からＹarray=1500mm離れた主流の近傍に壁部７０を設置したときには、図６（Ｂ）に示すように音源を明瞭に捉えらることができた。以上より、主流の近傍に壁部７０を設置してマイクロホンアレイの出力信号をクロススペクトル法によって信号処理したときには、主流中の音の音源を高精度に探査可能であることが確認された。
FIG. 6 is a view showing the sound pressure level distribution around the sound source device installed in the wind tunnel measuring section of the wind tunnel testing apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6 (A) shows the wall portion outside the free shear layer. FIG. 6B shows the sound pressure level distribution when the wall portion is installed near the mainstream.
Using the sound source device 10 shown in FIG. 4 as a specimen, this sound source device 10 is installed at a height of 1255 mm on the carriage 30a of the wind tunnel measuring unit 30, aerodynamic noise is measured by a microphone array, and the sound source is detected by a cross spectrum method. Explored. The sound pressure level distribution shown in FIG. 6 is a measurement result in a wind speed of 300 km / h and a frequency of 10 kHz, and is represented by a relative sound pressure level where the maximum level value obtained for each 1/3 octave band is 0 db. When the wall portion 70 is installed at a position Y array = 2400 mm away from the center (wind tunnel center) of the nozzle 40a shown in FIG. 4 (position away from the free shear layer), no sound source is generated as shown in FIG. It was clear. However, when the wall portion 70 was installed in the vicinity of the main stream at Y array = 1500 mm away from the wind tunnel center shown in FIG. 4, the sound source could be clearly captured as shown in FIG. 6 (B). From the above, it was confirmed that the sound source of the mainstream sound can be searched with high accuracy when the wall 70 is installed in the vicinity of the mainstream and the output signal of the microphone array is signal-processed by the cross spectrum method.
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。例えば、この実施形態では、風洞測定部３に空気を流す場合を例に挙げて説明したが、空気以外の気体を風洞測定部３に流す場合についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、マイクロホンアレイ６からの出力信号をクロススペクトル法によって演算処理する場合を例に挙げて説明したが、他の信号処理方法によって演算処理することもできる。さらに、この実施形態では、ノズル４ａの開口部の形状が四角形である場合を例に挙げて説明したが、開口部の形状が円形又は楕円形である場合についてもこの発明を適用することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes can be made as described below, and these are also within the scope of the present invention. For example, in this embodiment, the case where air is passed through the wind tunnel measuring unit 3 has been described as an example. However, the present invention can also be applied to the case where a gas other than air is passed through the wind tunnel measuring unit 3. In this embodiment, the case where the output signal from the microphone array 6 is arithmetically processed by the cross spectrum method has been described as an example. However, the arithmetic processing can also be performed by another signal processing method. Furthermore, in this embodiment, the case where the shape of the opening of the nozzle 4a is a square has been described as an example, but the present invention can also be applied to the case where the shape of the opening is circular or elliptical. .
１ 試験対象物
２ 風洞試験装置
３ 風洞測定部
３ａ 台車
４ 風洞
４ａ ノズル
４ｂ 吸込口
４ｃ 水平端面
４ｄ 垂直端面(ノズル端面)
５ 音源探査装置
６ マイクロホンアレイ
６ａ マイクロホン
６ｂ 保護キャップ部
７ 壁部
７ａ 壁面
７ｂ 曲面部
７ｃ 収容部
７ｄ 被覆部
８ 信号処理装置
８ａ フィルタ部
８ｂ A/D変換部
８ｃ 演算処理部
８ｄ 記憶部
Ｆ1 主流
Ｆ2 自由せん断層
Ｗ 音波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Test object 2 Wind tunnel test apparatus 3 Wind tunnel measuring part 3a Carriage 4 Wind tunnel 4a Nozzle 4b Suction port 4c Horizontal end surface 4d Vertical end surface (nozzle end surface)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Sound source search apparatus 6 Microphone array 6a Microphone 6b Protection cap part 7 Wall part 7a Wall surface 7b Curved part 7c Accommodating part 7d Covering part 8 Signal processing apparatus 8a Filter part 8b A / D conversion part 8c Arithmetic processing part 8d Storage part F 1 Mainstream F 2 free shear layer W sound wave
Claims (5)
前記主流中から発生する音を収音するマイクロホンアレイを収容する壁部を備え、
前記壁部は、前記風洞試験装置のノズルから噴出した空気流が周囲の静止空気と摩擦を起こし乱れながら拡大するときに、前記主流の周囲に形成されこの空気流の乱れの強い領域である自由せん断層内におけるこの主流の近傍に配置されること、
を特徴とする音源探査装置。 A sound source exploration device for exploring a sound source of sound generated from the main stream of an air flow when the test object in the open type measurement unit of the wind tunnel test device receives the air flow,
A wall portion that houses a microphone array that collects sound generated from the mainstream;
The wall portion is formed around the main flow when the air flow ejected from the nozzle of the wind tunnel test apparatus expands while causing friction with the surrounding static air, and is a region where the air flow is strongly disturbed. Being placed near this mainstream in the shear layer,
A sound source exploration device.
前記壁部は、前記主流の速度に対する前記自由せん断層内の気流の速度の比が0.40〜1.00の範囲内になる位置に配置されること、
を特徴とする音源探査装置。 The sound source exploration device according to claim 1,
The wall is disposed at a position where the ratio of the velocity of the air flow in the free shear layer to the velocity of the main flow falls within a range of 0.40 to 1.00;
A sound source exploration device.
前記壁部は、前記風洞試験装置のノズル端面と略同一平面内に配置されること、
を特徴とする音源探査装置。 In the sound source exploration device according to claim 1 or 2,
The wall portion is disposed in substantially the same plane as a nozzle end surface of the wind tunnel testing device;
A sound source exploration device.
前記マイクロホンアレイからの出力信号をクロススペクトル法によって演算処理する演算処理部を備えること、
を特徴とする音源探査装置。 In the sound source exploration device according to any one of claims 1 to 3,
An arithmetic processing unit that performs arithmetic processing on the output signal from the microphone array by a cross spectrum method;
A sound source exploration device.
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の音源探査装置を備えること、
を特徴とする風洞試験装置。 A wind tunnel test device for measuring the behavior of the test object generated by the air flow when the test object in the open type measuring unit receives the air flow,
Comprising the sound source exploration device according to any one of claims 1 to 4,
Wind tunnel testing device characterized by
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