技術レポート 騒音計(サウンドレベルメータ)とは 11
11. オクターブ分析(周波数分析)
音響振動の周波数分析手法は、狭帯域分析(FFT 法)とオクターブ分析の2種類あります。
表 11-1 周波数分析の分類
| 分析幅 | 主な用途 | |
|---|---|---|
| FFT 法 | 定幅分析 | 物理的な原因の究明と対策 |
| オクターブ分析 | 定比幅分析 | 騒音や振動の評価 |
オクターブ分析は、CPB(Constant Percentage Bandwidth:定比幅)分析とも呼ばれます。ここではオクターブ分析について説明します。
11-1 オクターブ分析について
騒音対策を行うには、騒音分析=周波数分析が必要です。騒音分析として古くから行われている方法としてオクターブ分析があります。オクターブとは 2 倍の周波数を意味します(下記「オクターブとは」参照)。
耳に感じる周波数特性が等比的なため、オクターブ分析がよく使われています。計測対象とする騒音に対して可聴周波数の周波数範囲において、1/1 オクターブあるいは 1/3 オクターブの規格に定められたバンドパスフィルターを通して各々の帯域毎の音圧レベルを求めます。フィルターの特性などは、JIS C 1514:2002 に規定されていますので、詳しくはそちらをご参照ください。
オクターブとは:
オクターブとは、例えばドの音から次の上のドの音との関係のように周波数比が 2 倍となる音程を意味しています。また、オクターブバンドとは、ある周波数を中心にして上限と下限の周波数比が 1 オクターブとなる周波数の帯域(バンド)のことで、その中心の周波数をオクターブバンド中心周波数と呼んでいます。また、オクターブバンドを 1/3 に分割したものを、1/3 オクターブバンドといいます。 右図のように、音楽の平均率音程とは、1 オクターブを定比的に 12 等分した音程で、1/12 オクターブバンドとなっています。
11-2 オクターブフィルターの JIS 規格
オクターブフィルターの JIS 規格には、以下があります。
-
JIS C 1513-1:2020(= IEC 61260-1:2014)オクターブバンドおよび 1/N オクターブバンドフィルター(分析器)
IEC 規格の翻訳 JIS(IDT)で、フィルター特性を規定しており、オクターブと 1/3 オクターブだけでなく、より汎用的に 1/N オクターブフィルターまで規定しています。 また、要求する精度の許容差も 2 クラス(1、2)まで、規定しています。 フィルター形状のみならず、機器としての要求も含んでおります(環境変化による影響やEMC要求等) 本規格では、10のべき乗によるオクターブ周波数比を要求しております。 規格の構成としては、JIS C 1509シリーズのサウンドレベルメーターの構成に近いものが御座います。
下表 11-2 にオクターブと 1/3 オクターブフィルターの中心周波数をリストします。 なお、この中心周波数の数値は、ISO 266 で規定されている公称中心周波数で、厳密な中心周波数は、1. の規格で規定された計算式により求められた値を採用して設計されています。
表 11-2 1/1 オクターブと 1/3 オクターブバンドパスフィルターの中心周波数
| 中心周波数 (Hz) |
1/1 オクターブ |
1/3 オクターブ |
中心周波数 (Hz) |
1/1 オクターブ |
1/3 オクターブ |
中心周波数 (Hz) |
1/1 オクターブ |
1/3 オクターブ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.8 | ○ | 25 | ○ | 800 | ○ | |||
| 1 | ○ | ○ | 31.5 | ○ | ○ | 1000 | ○ | ○ |
| 1.25 | ○ | 40 | ○ | 1250 | ○ | |||
| 1.6 | ○ | 50 | ○ | 1600 | ○ | |||
| 2 | ○ | ○ | 63 | ○ | ○ | 2000 | ○ | ○ |
| 2.5 | ○ | 80 | ○ | 2500 | ○ | |||
| 3.15 | ○ | 100 | ○ | 3150 | ○ | |||
| 4 | ○ | ○ | 125 | ○ | ○ | 4000 | ○ | ○ |
| 5 | ○ | 160 | ○ | 5000 | ○ | |||
| 6.3 | ○ | 200 | ○ | 6300 | ○ | |||
| 8 | ○ | ○ | 250 | ○ | ○ | 8000 | ○ | ○ |
| 10 | ○ | 315 | ○ | 10000 | ○ | |||
| 12.5 | ○ | 400 | ○ | 12500 | ○ | |||
| 16 | ○ | ○ | 500 | ○ | ○ | 16000 | ○ | ○ |
| 20 | ○ | 630 | ○ | 20000 | ○ |
11-3 オクターブフィルターのバンド幅と中心周波数
1/1・1/3 オクターブは、ある周波数帯域幅を持った複数のバンドから構成されています。
今、次のように規定すると:
f1:下限遮断周波数
f2:上限遮断周波数
fm:中心周波数
各オクターブバンドに対して、次の関係式が成立します。
1/1 オクターブバンドフィルター
-
-
式 11-1
1/3 オクターブバンドフィルター
-
-
式 11-2
【補足】:中心周波数について
以下、JIS C 1513 より引用した 1/1 と 1/3 オクターブバンドフィルターのフィルター特性の図を示します。
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図 11-3 オクターブバンドフィルター クラス 1 の相対減衰量の限界値
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図 11-4 オクターブバンドフィルター クラス 2 の相対減衰量の限界値
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図 11-5 1/3 オクターブバンドフィルター クラス 1 の相対減衰量の限界値
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図 11-6 1/3 オクターブバンドフィルター クラス 2 の相対減衰量の限界値界値
表11-3 可聴帯域における1/3オクターブバンドの厳密な中心周波数
| 指数x | 公称中心周波数 (1/3オクターブ)[Hz] |
10のべき乗による厳密な中心周波数 10x/10 X 1000 [Hz] |
2のべき乗による厳密な中心周波数【参考】 (2のべき乗に基づくフィルター設計はJIS C 1513-1では推奨されておりません。) 2x/3 X 1000 [Hz] |
|---|---|---|---|
| -16 | 25 | 25.119 | 24.803 |
| -15 | 31.5 | 31.623 | 31.250 |
| -14 | 40 | 39.811 | 39.373 |
| -13 | 50 | 50.119 | 49.606 |
| -12 | 63 | 63.096 | 62.500 |
| -11 | 80 | 79.433 | 78.745 |
| -10 | 100 | 100.00 | 99.213 |
| -9 | 125 | 125.89 | 125.00 |
| -8 | 160 | 158.49 | 157.49 |
| -7 | 200 | 199.53 | 198.43 |
| -6 | 250 | 251.19 | 250.00 |
| -5 | 315 | 316.23 | 314.98 |
| -4 | 400 | 398.11 | 396.85 |
| -3 | 500 | 501.19 | 500.00 |
| -2 | 630 | 630.96 | 629.96 |
| -1 | 800 | 794.33 | 793.70 |
| 0 | 1000 | 1,000.0 | 1,000 |
| 1 | 1,250 | 1,258.9 | 1,260 |
| 2 | 1,600 | 1,584.9 | 1,587 |
| 3 | 2,000 | 1,995.3 | 2,000 |
| 4 | 2,500 | 2,511.9 | 2,520 |
| 5 | 3,150 | 3,162.3 | 3,175 |
| 6 | 4,000 | 3,981.1 | 4,000 |
| 7 | 5,000 | 5,011.9 | 5,040 |
| 8 | 6,300 | 6,309.6 | 6,350 |
| 9 | 8,000 | 7,943.3 | 8,000 |
| 10 | 10,000 | 10,000 | 10,079 |
| 11 | 12,500 | 12,589 | 12,699 |
| 12 | 16,000 | 15,849 | 16,000 |
| 13 | 20,000 | 19,953 | 20,159 |
(注意 1) 公称中心周波数は、ISO 266 による。
(注意 2) は、1/1オクターブバンドの公称中心周波数でもある。
【参考】:1/3 オクターブのデータより 1/1 オクターブのデータへの変換
既知の 1/3 オクターブデータの dB 値より対応する 1/1 オクターブバンドデータの dB 値へ変換するには、求めたい 1/1 オクターブバンドに対応する 1/3 オクターブバンドデータの dB 値の和を計算します。 例えば、1/1 オクターブの中心周波数 1000 Hz のバンドデータ値を求める場合、対応する 1/3 オクターブのバンドデータが次のような dB 値であるとき;
| 800 Hz | 73 dB |
| 1000 Hz | 77 dB |
| 1250 Hz | 75 dB |
;中心周波数 1000Hz の 1/1 オクターブバンド値は次の式から求められます。
式 11-7
音響計測ソリューション
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エンジニアリング サービス音響振動特性評価(JIS/ISO)
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音響振動解析システムO-Solution DS-5000
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高機能騒音計LA-7000シリーズ
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環境騒音予測SoundPLANnoise
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エンジニアリング サービスモデルベース開発支援
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計測・解析ソフトウェアO-Solution
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音質評価機能O-Solution OS-0525
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変動音解析機能O-Solution OS-0526
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時間周波数解析機能O-Solution OS-0527
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音響パワーレベル計測システムO-Solution
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クラウド型 感性評価アプリケーションSound One
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エンジニアリング サービス受託測定 コンサルティング
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エンジニアリング サービス自動車パワートレイン性能評価