OpenTest マルチチャネル IEC 61672-1 騒音計

本記事では、OpenTest プラットフォーム上で開発され、IEC 61672-1 の技術要件を満たすよう設計されたマルチチャネル騒音計ソリューションを紹介します.

SonoDAQ データ収集システムと計測グレードのマイクロホンを統合することで、本システムは標準的な A/C/Z 周波数特性、F/S/I 時間特性を実装し、Lp、Leq、Ln などの標準的な音響量を高精度に測定できます.

本ソリューションは、環境騒音モニタリング、製品騒音試験、自動車 NVH アプリケーションなど、幅広いシナリオに適用できます.

ハンドヘルド騒音計からマルチチャネル騒音レベル測定プラットフォームへ

音響および振動試験では、ほぼすべてのプロジェクトで基本的な問いが繰り返し現れます.「どのくらいうるさいのか?」

オフィス機器や家庭用電化製品から自動車 NVH、産業機械に至るまで、各種規制、規格、社内品質基準はすべて、音圧レベル(SPL)の定量的な評価に依拠しています.

従来は、IEC 61672 に準拠したハンドヘルド騒音計を所定の位置に設置し、適合性確認や品質検証のためにA 特性音圧レベルを読み取る方法が一般的でした.

IEC 61672 は、騒音計に対する周波数特性、時間特性、直線性、自己雑音およびダイナミックレンジの詳細な要件を定めるとともに、機器をクラス 1およびクラス 2に分類しています.中でもクラス 1は要件がより厳しく、実験室用途や型式承認試験に適しています.

製品構造や試験要件が進化するにつれ、エンジニアは単一のハンドヘルドメータが提供できる機能以上のものを求めるようになっています:

• 複数の位置を同時に測定し、位置や動作点の違いを比較したい
• 騒音レベルデータとスペクトルやオクターブバンド解析を組み合わせ、問題となる周波数領域を素早く特定したい
• NVH 診断のために、騒音レベル測定を回転速度、振動、温度など他の物理量と同期させたい
• 騒音レベル測定を、手作業によるスポットチェックではなく、自動化されたバッチ試験ワークフローに統合したい

こうした要求から、マルチチャネル騒音計へのニーズが生まれました.すなわち、IEC 61672-1 クラス 1の精度要件を満たすだけでなく、マルチチャネル性、スケーラビリティ、自動化を提供するシステムです.

OpenTestは、CRYSOUNDが開発した新世代の音響・振動試験プラットフォームです. 専用の騒音レベル測定モジュールとCRY5820 SonoDAQ Pro フロントエンドハードウェアおよび計測用マイクロホンを組み合わせることで、クラス 1 騒音計と同等のマルチチャネル騒音レベル測定を実現します.

図1. ハンドヘルド騒音計からマルチチャネル騒音レベル測定プラットフォームへ

IEC 61672:実際には何を測定しているのか?

音圧レベル(Lp)の意味

音圧レベル(SPL)は、実効値音圧 prms を基準音圧 p0、すなわち空気中の 20 μPaに対して対数スケールで表した量であり、次のように定義されます:

prms​=1 Pa のとき、SPL はおよそ 94 dB となります.このため、94 dB / 1 kHz が音響校正器の基準レベルとして一般的に用いられています.

周波数特性:A / C / Z

人間の聴覚感度は周波数によって異なります. IEC 61672 では、すべての騒音計がA 特性に対応することが求められ、さらにクラス 1機器はC 特性にも対応しなければなりません.Z 特性(Zero weighting、すなわちフラット応答)は任意です.

• A 特性(dB(A))
  40 フォン等ラウドネス曲線に基づき、低周波数および非常に高い周波数で大きな減衰を持ちます. 知覚される大きさと相関のある指標として、各種規制や規格で広く用いられています.
• C 特性(dB(C))
  A 特性よりも応答が平坦で、低周波数の減衰が小さいのが特徴です. ピークレベル、機械騒音、レベルの高い事象の評価に適しています.
• Z 特性(dB(Z))
  規定された帯域内でほぼフラットな応答を持ち、元のスペクトルエネルギー分布を保持するため、詳細解析に有用です.

A 特性は多くの規制で主流となっていますが、完全な聴感モデルというわけではありません. 強い低周波成分や変調成分、トーナル成分を含む場合、A 特性レベルは知覚される不快感を過小評価することがあります.
そのため、設計および診断用途では、C/Z 特性、オクターブバンドスペクトル、サウンドクオリティ指標を組み合わせて用いることが推奨されます.

時間特性:Fast / Slow / Impulse

IEC 61672 では、次の時間特性が定義されています:

• F(Fast):時定数 ≈ 125 ms、急激に変動する騒音レベルの測定に適しています
• S(Slow):時定数 ≈ 1 s、全体的な傾向を観察するのに適しています
• I(Impulse):インパルス性信号向けに設計されており、短時間のピークに対して感度が高くなります

一般的な騒音レベル指標には次のものがあります:

• LAF / LAS / LAI:Fast / Slow / Impulse の時間特性を用いた A 特性騒音レベル
• LCpeak:C 特性ピーク騒音レベル

エネルギーベースおよび統計量:Leq、SEL、Ln

IEC 61672 では、次のような一般的な音響量も定義されています:

• Leq,T / LAeq,T(等価騒音レベル)
  時間区間 T における等価連続騒音レベルであり、環境騒音評価や製品騒音評価で広く用いられます.
• 音響暴露量および音響暴露レベル:E、LE / LAE(SEL)
  ある事象の総音響エネルギーを表し、航空機騒音、交通騒音、単一事象騒音の評価に一般的に用いられます.
• Lmax / Lmin:指定した時間特性の下での最大および最小騒音レベル
• Lpeak(通常は LCpeak):ピーク音圧に基づくピーク騒音レベル
• 統計レベル Ln(L10、L50、L90 など)
  測定時間の n% を超えているレベルを示し、環境騒音解析で一般的に用いられます.

バンドレベル:オクターブおよび 1/3 オクターブバンド

オクターブバンドフィルタは本来IEC 61260で規定されていますが、IEC 61672 も周波数応答および標準中心周波数の点でこれと整合しています. 一般的な解析には次のものがあります:

• 1 オクターブバンドレベル(例:31.5 Hz～16 kHz)
• 1/3 オクターブバンドレベル、より細かい周波数分解能により、ナローバンド騒音や構造共振の特定に有効です

これらの量を組み合わせることで、瞬時値から時間平均値、広帯域レベルから周波数分解解析まで、騒音レベル測定の全体像が定義されます.

OpenTest による騒音レベル測定

セットアップ:音源からソフトウェアまでの信号チェーン構築

ハードウェア準備

• データ収集フロントエンド
  例えば、CRY5820 SonoDAQ Pro はモジュラー式マルチチャネルデータ収集システムで、ユニットあたり 4～24 チャネルをサポートし、数千チャネルまで拡張可能です. 32 ビット ADC、最大170 dB のダイナミックレンジ、1000 V チャネル間絶縁、≤100 ns の PTP/GPS 同期精度を備え、実験室およびフィールドでの音響・振動試験の双方に適しています.
• センサ
  代表的な測定位置またはリスニング位置に配置した、複数本の計測グレードマイクロホンセット(プリアンプ付き).
• コンピュータおよびソフトウェア
  OpenTest がインストールされ、騒音レベル測定モジュールのライセンスが有効になっている PC.

OpenTest におけるデバイスとチャネルの接続

1. OpenTest を起動し、新規プロジェクトを作成します.
2. Hardware Settings(ハードウェア設定)で「+」をクリックすると、openDAQ や ASIO 経由で接続されたものを含む利用可能なデバイスが自動検出されます.
3. 必要な収集デバイス(例:SonoDAQ)を選択し、プロジェクトに追加します.
4. Channel Settings でマイクロホンチャネルを追加し、サンプリングレートと入力レンジを設定します.

この時点で、音源 → マイクロホン → DAQ → OpenTest という信号チェーンが完全に確立されます.

校正:音響リファレンスの設定

絶対精度を確保するためには、各チャネルをクラス 1 音響校正器で校正する必要があります.

1. OpenTest でCalibration ダイアログを開きます.
2. 校正するマイクロホンチャネルを選択します.
3. マイクロホンに校正器を装着し、校正を開始します.
4. 指示値が安定したら、校正を完了します.

OpenTest はチャネル感度を自動的に更新し、94 dB SPL の基準点に合わせ込みます.

比較試験を行う場合は、ハンドヘルド騒音計(例:CRY2851)も同じ校正器(例:CRY3018)で校正することで、両システムが同一の音響リファレンスを共有できます.

測定:騒音レベル時系列データの取得

OpenTest で騒音計モジュールに切り替え、次の項目を選択します:

• 測定チャネル
• 演算対象量(Lp、Leq、Ln など)
• 周波数特性(A / C / Z.いずれも同時に演算)

代表的な動作条件として、次のような状態が考えられます:

• アイドル
• 通常負荷
• 全負荷

各条件について:

1. DUT を目標とする動作状態で安定させます.
2. OpenTest で測定を開始します.
3. 騒音レベルの時系列、オクターブバンドプロット、FFT スペクトルをリアルタイムで監視します.
4. 十分な時間が経過したら測定を停止し、取得したデータセットに名称を付けます.

各測定はデータセットとして自動保存され、後からの比較や解析に利用できます.

図2. OpenTest を用いたマルチチャネル騒音レベル測定

レポート作成:データからトレーサブルなドキュメントへ

測定後は、OpenTest のレポート機能を用いて構造化されたレポートを作成できます:

• プロジェクト情報、DUT の詳細、動作条件
• 選択した音響量(Leq、Lmax、LCpeak、Ln など)
• 会社ロゴおよび試験担当者情報

生波形データや解析結果も、アーカイブやさらなる処理のためにエクスポートできます.

図 3. OpenTest 騒音レベル測定レポート

CRY2851 ハンドヘルド騒音計との比較

CRY2851 は、A/C/Z 特性および F/S/I 時間特性、各種音響パラメータのフルセットに対応した、IEC 61672-1:2013 準拠のクラス 1 騒音計です.

比較手順:

1. 環境および動作条件
   低騒音の実験室または準無響室で、複数の動作状態について評価します.
2. 校正の一貫性
   両システムを同一のクラス 1 校正器(1 kHz で 94 dB または 114 dB)で校正します.
3. センサー配置および収集
   マイクロホンは、できる限り同一の測定点に近い位置関係となるように配置します.
4. 結果の比較
   同一の特性と時間窓の下で、LAeq、LAF、LCpeak などの主要パラメータを比較します.

図4. CRY2851 と OpenTest によるマルチチャネル騒音レベル測定の比較

騒音レベル測定モジュールの代表的な適用分野

コンシューマエレクトロニクス／IT 機器

• 冷却方式が LAeq および LAFmax に与える影響を評価
• 騒音レベルの制限値と音響パワー測定を組み合わせて評価
• FFT、1/3 オクターブ、およびサウンドクオリティ指標を統合

自動車 NVH／車室内音響

• 車室内のマルチポジション騒音レベル測定
• 走行条件間の比較
• オーダ解析やサウンドクオリティモジュールとの連成

家庭用電化製品および産業機械

• 音響パワー試験にマルチポイント騒音レベルモニタリングを追加
• シーケンスモードを利用して生産ラインに統合
• 1/3 オクターブ解析により、問題のある周波数帯域を特定

環境および長期モニタリング

• マルチポイント統計騒音レベル評価(L10、L50、L90)
• 長期データロギングおよびリモートアクセス

すでにハンドヘルド騒音計に慣れ親しんでいる方にとって、OpenTest 騒音レベル測定モジュールは、それらを次の特長を持つシステムへと実質的にアップグレードする存在です:

• マルチチャネル
• トレーサブル(生データ＋解析＋レポート)
• 拡張可能で、音響パワー、サウンドクオリティ、FFT、オクターブバンド解析モジュールとシームレスに連携し、自動化された試験ワークフローをサポートします.

下記のフォームにご記入いただくことで、OpenTest 騒音計モジュールに関するお問い合わせやデモ／トライアルのご予約が可能です. また、www.opentest.com の OpenTest 公式サイトでは、機能や適用事例の詳細をご覧いただけます.