PCB社技術情報

音響技術に関するFAQ

Q9 1/4インチ計測用マイクロホンと1/2インチ計測用マイクロホンは、それぞれどのような場合に選択すべきですか。

FAQ ID:セクションⅡ:お勧めのマイクロホン

A

1/4インチ計測用マイクロホンと1/2インチ計測用マイクロホンにそれぞれ適した使用目的については、このビデオをご覧ください。(約2分36秒)

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Q8 音圧マッピング、ビーム形成、ホログラフィー、ノイズ源の特定を、複数のマイクロホンを使ってコストをかけ過ぎずに行う必要があります。どのようにすれば良いでしょうか。

FAQ ID:セクション Ⅱ:お勧めのマイクロホン

A

アレイマイクロホンが、安価な解決策となります。アレイマイクロホンの使い方については、このビデオをご覧ください(約2分55秒)

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Q7 閉鎖空間または高温環境下で音圧測定を行う必要があります。どのマイクロホンを使うべきでしょうか。

FAQ ID:セクションⅡ:お勧めのマイクロホン

A

狭くてアクセスが難しい場所や高温下(800℃まで)の測定には、プローブマイクロホンが推奨されます。 より詳しい説明については、こちらのビデオをご覧ください。(約3分9秒)

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Q6 サーフェスマイクロホンを使うべきなのは、どのような場合ですか。

FAQ ID:セクション Ⅱ:お勧めのマイクロホン

A

サーフェスマイクロホンは、真の表面音圧とノイズを計測するために使われます。サーフェスマイクロホンは、閉鎖空間内の計測に最適化されていて、試験中に風によるノイズの影響を低減するよう設計されています。さらに詳しい説明については、このビデオをご覧ください(約4分6秒)

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Q5 音響試験にプリポラライズド型マイクロホンを使うべきなのは、どのような場合ですか。

FAQ ID:セクションⅡ:お勧めのマイクロホン

A

外部分極型計測用マイクロホンとプリポラライズド型計測用マイクロホンの違いについては、こちらのビデオをご覧ください。(約6分15秒)

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Q4 マイクロホンの手入れや取扱はどのようにすれば良いですか。

FAQ ID:セクションⅥ:メンテナンスと取扱方法

A

精密機器ですので、取扱には注意が必要です。計測用マイクロホンの保護とメンテナンスについては、こちらのビデオをご覧ください。(約4分20秒)

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Q3 温度係数とは何ですか。温度係数はどのように適用されますか。

FAQ ID:セクション I:定義と専門用語

A

温度が変化すると、マイクロホンの感度に影響が出ることがあります。IEC 61094-4 (計測用マイクロホン) 規格で必要とされる係数は、温度の変動による感度の変化を見積もるために使われます。

詳細情報:
ダイアフラムの堅さと、ダイアフラムとバックプレート間の空隙は、バネのように作用します(下図参照)。温度、湿度、気圧の変化は、上述のバネ効果を変化させ、従ってマイクロホンの感度を変化させます。感度の変化を補正しないと、エンドユーザーが正確に計測しようとしている音圧の計測値が不正確になります。

wave

環境の変化に伴う感度の変化を補正するもっとも良い方法は、しばらく待ってマイクロホンが安定してから、試験環境における正確な感度を携帯型校正器(CAL200等)で計測することです。

携帯型校正器(またはピストンホン)をお持ちでなければ、仕様書にある係数を用いて計算をして、環境の影響を見積もることができます。この例では、気温の変化による感度の変化を補正します。

全ての校正証明書には、オリジナルのマイクロホンの感度と、校正時の環境条件が示されています(下記参照)。

CAL

温度係数(下表参照)を用いて、環境影響を加えたり差し引いたりできます。正数であれば、右上がりの傾きを意味します(低温では感度が低く、高温では感度が高くなります)。

TEDS

上述の377B02型マイクロホンを使って100℃の環境下で計測する際の感度を計算するには、校正証明書にある温度との差に係数をかけてください。

∆T = 100℃ – 21℃ = 79 ℃ temperature change 79 ℃ * 0.009 dB/℃ = 0.71 dB
377B02型マイクロホンの例では、感度は49.62 mV/Paであり、これは -26.09 dB re 1V/Paに等しくなります。温度変化に伴う感度の変化0.71 dBを-26.09 dBに加算すると、次のような感度が得られます。
0.71 – 26.09 = -25.38 dB re 1V/Pa

新しく求められた-25.38 dB re 1V/Paに、適切な対数換算式を当てはめてmV/Pa単位の感度に換算すると、100℃では53.83 mV/Paというより高い感度が得られます。49.62 mV/Paから53.83 mV/Paへの変化は、直接気温の変化によるものです。

IEC61094-4規格では温度係数は-10℃から+50℃まで求めるよう規定されていますが、PCBでは試験の結果、係数がマイクロホンを使用可能な120℃まで有効であることを確認しました。

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Q2 TEDSとは何ですか。

FAQ ID:セクション I:定義と専門用語

A

TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)とは、センサ内でトレーサビリティデータを記録してあるチップのことです。マイクロホン用TEDSチップは、プリアンプに内蔵されており、0.9形式または1.0形式でプログラムできます。マイクロホンを多数使用する際に、センサの位置を特定するのにTEDSは特に便利です。PCBの130xXX型センサや上位機種の378xXX型システムは、1.0でプログラミングされています。

TEDSチップは、センサに関するデータを記録する小さな部品です。PC用のUSBメモリを小さくして、フォーマット済のテンプレートを追加したようなものです。TEDSチップには、型番、S/N、校正日、分極タイプ等のセンサに関する情報を記録してあります。 規格はIEEEが定めていて、IEEE (P)1451.4やIEEE 1451.4が一般的です。これら規格バージョンの中に、センサ毎に異なったIDテンプレート番号があります。TEDSはリーダーで読み取ることができます。または、TEDS書込ソフトを使って読み取ったりプログラムしたりすることができます。

IEEE (P)1451.4にある接頭辞「P」はpreliminary(暫定的)の略であり、PCBのマイクロホンとプリアンプの組み合わせにおいてはバージョン0.9です。PCBのマイクロホンで最も多いIDテンプレートはテンプレート12であり、マイクロホンとプリアンプです。テンプレート16はプリアンプだけのテンプレートであり、プリアンプが別で注文されるとプログラムされて出荷されます。マイクロホンとプリアンプを共にアセンブリとして注文された場合には、プリアンプだけのテンプレート(16)は削除され、他のマイクロホンとプリアンプのテンプレートが優先され、TEDSリーダーを立ち上げると表示されます。バージョン0.9の例を以下に示します。

TEDS

The Modal Shops 400B76型リード/ライトソフトを使った際のスクリーンショットの例を下記に示します。TEDS IEEE P1451.4の暫定フォーマットで列の制限がありました。そのため、型番は最初の3文字だけであり、バージョンはrev(リビジョン)を表わす文字であり、最後の2ケタはバージョン番号です。テンプレートでは、型番の前にある0を省略しています(下記参照)。下記の型番は、378B02です。型番に加えて、S/N、校正日、感度、そしてプリポラライズド型(1)か外部分極型(0)かが示されます。お客様のメモはASCIIの欄に記入できます。

TEDS

バージョン1.0 (IEEE 14.51.4)では、PCBではマイクロホンにテンプレート27と28を使用します。

TEDS

バージョン1.0では、テンプレートが拡大され、音場タイプやマイクロホンサイズなどの追加情報を含んでいます。

TEDS

0.9でフォーマットされた製品を購入しても、PCBにてTEDSフォーマット1.0にプログラミングし直すことが可能です。ただし、一旦1.0にしてしまうと、0.9のフォーマットに戻すことはできません。そのため、PCBでは慎重を期して、上位機種の378システムも、バージョン0.9でプログラミングしています。どちらか不明の場合は、購入記録を見て、378xXX (0.9)またはTLD378xXX (1.0)のどちらにプログラミングされているかを調べてください。
加速度計には別のテンプレートがあり、いくつかのテンプレートは、型番にTLA、TLB、TLC(プログラミングするテンプレートを示します)を含むLMSソフトと共に使用するためのものです。
お客様側でTEDS読み出しについて問題が生じたら、TEDSリーダーがあるかどうかまず確かめて、メーカー、型番、そしてバージョン0.9または1.0のどちらに対応しているかを調べてください。

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Q1 マイクロホンで計測できる最小の音圧レベル(SPL)はどれくらいですか。

FAQ ID:セクション Ⅳ:仕様説明

A

音響マイクロホンアセンブリのノイズフロアは、構成するマイクロホンとプリアンプのノイズの和となります(加速度計や圧力計の(ブロードバンド)分解能仕様のようなもの)。 計測可能な最小の音圧レベル(SPL)は、「カートリッジ熱ノイズ」と定義されるマイクロホンのノイズフロアより高くなります。
計測可能な最小の信号については、プリアンプの電気ノイズの他、ケーブル、電源、ソフトウェア、フィルター、データ収録装置と設定、背景雑音等、試験構成に含まれるコンポーネントからのノイズも考慮する必要があります。 本項目では、マイクロホンとプリアンプのアセンブリに焦点を置いています。ノイズフロアは、マイクロホンとプリアンプの合計となります。下図に示す通り、低周波数ではプリアンプのノイズが高く、高周波数ではマイクロホンのノイズが高くなっています。

TEDS

ノイズフロアは、1/3(またはその他の)オクターブバンドでdBまたはdBAで示すことができます。ダイアフラム(振動板)が大きいほど、また感度が高いほど、マイクロホンのカートリッジ熱ノイズのノイズフロアを低くすることができます。一般的な1/2インチ自由音場型マイクロホンのノイズフロア仕様は、15-20 dBAです。dBAの意味については、第1項(訳者注:別項目のようです)を参照して下さい。1インチマイクロホンのノイズフロアは約10-15 dBAであり、1/4インチマイクロホンのノイズフロアは約30-60 dBAです。定格線形(またはZ特性)ノイズフロアはより高くなります。 新型378A04は特別なマイクロホンであり、定格ノイズフロアは6.5 dBA (標準値5.5 dBa)です。PCBの378A04型マイクロホンとPCBのプリアンプを組み合わせてノイズフロアを実際に計測したデータを下図に示します。

TEDS

ノイズフロアは周波数に依存します。基本的には、ノイズフロアはマイクロホンやプリアンプの使用可能な周波数レンジにおける全周波数のカーブの下にあるエリアを意味しますが、特定の周波数や1/3オクターブバンドを見ると、ノイズフロアは上図のようにずっと低いことがあります。100 Hz 1/3オクターブバンドを見ると、A特性ノイズフロアは約 -24 dBAです。これは負数であり、ヒトの可聴域を大幅に下回っており、同じ100 Hzバンドでの線形スケールによる値は約 -5 dBです。

また、環境や測定能力を踏まえて、使用目的に最適なマイクロホンを選ぶことが重要です。ユーザーが無響室(または防音室か防音環境)をお持ちでなければ、背景雑音はマイクロホンやプリアンプのノイズフロアよりも大きい可能性が高く、378A04を使ってもより安価な378B02を使っても測定結果は変わらないでしょう。逆に、ユーザーが非常に低いノイズの計測を目指していて、本来のローノイズ試験に必要な設備をすべてお持ちの場合には、新型378A04 がPCBのプリポラライズド型マイクロホンの中で最も優れたローノイズ性能を発揮します。

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