Excelを使って周波数分析をやってみよう！：CAEと計測技術を使った振動・騒音対策（5）（5/5 ページ）
“解析専任者に連絡する前に、設計者がやるべきこと”を主眼に、CAEと計測技術を用いた振動・騒音対策の考え方やその手順を解説する連載。連載第5回では、測定データをExcelに取り込んで周波数分析を行う。
ノートPCをFFTアナライザにしよう
ノートPCにはマイクが内蔵されているので、WAV形式で録音すれば前述した手順で騒音の周波数分析ができます。騒音計もFFTアナライザも買わなくてよいため、かなり安上がりです。
WAV形式で録音するためのソフトウェアが必要です。しかし、PCにやたらとソフトウェアをインストールするのは嫌ですよね。筆者も嫌です。そこで、PCにインストールせずに実行ファイルをダブルクリックするだけで録音できるソフトを紹介します。Webブラウザで「ぽけっとれこーだー」と検索してみてください。すぐに見つかるはずです。ダウンロードしたファイル「prec.exe」をダブルクリックします（実際に試される場合は全て自己責任でお願いします）。そして、図20のように設定して録音を行ってください。
サンプリング周波数が4万4100［Hz］ということは、1［s］の録音データをExcelに読み込むと4万4100行のデータになるということです。録音時間は2〜3秒程度にしましょう。そして、小まめに録音して小さなWAVデータとして保存することをオススメします。後述する理由から4万4100［Hz］以外の周波数は選択しないでください。
騒音対策では、騒音レベルの大小を評価する必要があります。ここで紹介した方法では騒音の大きさが何デシベル（dB）かは分からないので、騒音計は別に買っておく必要があります（それほど高い買い物ではないと思います）。これで騒音の周波数分析の環境は整いました。
ステレオ録音とモノラル録音
ここで少し別の話をします。WAVデータをExcelに取り込むマクロプログラムを作っていて気が付いたのですが、ステレオ録音のWAVデータをモノラル再生のアルゴリズムで再生すると1オクターブ低い音になってしまいます。ステレオとモノラルの相互互換性がないためですね。
昔のアナログ技術には、ステレオとモノラルの相互互換性がありました。図21はステレオレコードの再生原理です。レコード針の左45［deg］斜め方向振動がL-channelの音になり、右45［deg］斜め方向振動がR-channelの音になります。振動方向が直交しているところがポイントで、L-channelの音はR-channelに混ざりません。「直交性」という性質ですね。
では、アナログ録音されたレコード盤にステレオレコード針を置くとどうなるかというと、次式となりL-channelとR-channelには同じ音が再生されます。
次に、ステレオ録音されたレコード盤にモノラルレコード針を置くとどうなるかというと、次式となりL-channelとR-channelの和がスピーカから聞こえます。
ステレオFM放送にも互換性がありました。FM放送の周波数は高いので、耳に聞こえない高い周波数の信号を電波に乗せるができます。50〜1万5000［Hz］の周波数帯にはL-channel＋R-channelの音が乗っています。そして、2万3000［Hz］以上の耳に聞こえない周波数帯にはL-channel−R-channelの音が乗っています。両者の和をとればL-channelの音となり、差をとればR-channelの音になります。モノラルラジオの回路は2万3000［Hz］以上の信号を再生できないので、ラジオからはL-channel＋R-channelの音だけが聞こえます。
昔のアナログ技術には創意工夫が詰まっていたと思います。電波がカラー放送になったとしても白黒テレビが映るのも素晴らしいですね。話がそれてしまいました。
前回の宿題の答え
最後に、連載第4回の宿題の答え合わせをしましょう。この宿題はイジワル問題でした。離散フーリエ変換を逆変換したら元の信号になります。連載第4回の式14でテスト波形を作りましたが、これが離散フーリエ逆変換結果となります。つまり、答えは連載第4回の中で既に示されていたのでした。
FFTアナライザを使いこなすにはもう少し説明が必要になります。あと1回お付き合いください。 （次回へ続く）
Profile
高橋 良一（たかはし りょういち）
ＲＴデザインラボ 代表
1961年生まれ。技術士（機械部門）、計算力学技術者 上級アナリスト、米MIT Francis Bitter Magnet Laboratory 元研究員。
構造・熱流体系のCAE専門家と機械設計者の両面を持つエンジニア。約40年間、大手電機メーカーにて医用画像診断装置（MRI装置）の電磁振動・騒音の解析、測定、低減設計、二次電池製造ラインの静音化、液晶パネル製造装置の設計、CTスキャナー用X線発生管の設計、超音波溶接機の振動解析と疲労寿命予測、超電導磁石の電磁振動に対する疲労強度評価、メカトロニクス機器の数値シミュレーションの実用化などに従事。現在ＲＴデザインラボにて、受託CAE解析、設計者解析の導入コンサルティングを手掛けている。⇒ ＲＴデザインラボ
Copyright © ITmedia, Inc. All Rights Reserved.
関連記事
マツダが取り組む音源寄与度分析、簡易モデルを用いた車内音予測手法による効率化事例
マツダは、ダッソー・システムズ主催の年次コミュニティーカンファレンス「SIMULIA Community Virtual Conference Japan 2021」のユーザー事例講演に登壇し、「量産開発適用に向けた効率的な風切り音予測および分析手法について」をテーマに、音源寄与度分析および簡易モデルを用いた車内音予測手法による効率化の取り組みを紹介した。
ランドリー（洗濯機）を題材に音振動の低次元化モデリングを考える
「1Dモデリング」に関する連載。連載第8回では音振動のモデリングの事例として、ランドリー（洗濯機）を取り上げる。まず、ランドリーとは何かを機能と構造の視点で考える。その後、音振動の伝達経路、ランドリー固有の要素を説明し、ランドリーの1D振動モデルを示す。また、振動数が変化する外力のモデリング方法とゴムのモデリング方法を紹介する。これらを踏まえ、ランドリーの振動モデルを構築、定式化、解析し、最後に音の1Dモデリングに言及する。
内装形状の最適化で不要振動を低減したサウンドシステムを新型車に採用
デンソーテンの新世代サウンドシステムが、トヨタ自動車の新型「クラウン」に採用された。スピーカー周辺のボディーや内装形状を最適化することで、スピーカー駆動時の不要振動を低減している。
航空機や自動車の騒音を低減する、高速で正確な音響解析ソフトウェア
エムエスシーソフトウェアは、音響解析ソフトウェア「Actran 2020」をリリースした。高速で正確な音響解析が可能になるため、航空機や自動車のメーカーは、騒音を低減し、乗員の快適性を向上する製品を開発できる。
3D解析が可能な音響解析ソフトウェアを活用し、排気系騒音の解析フローを確立
ユタカ技研が、エムエスシーソフトウェアの音響解析ソフトウェア「Actran」を用いて、排気系騒音を予測可能な手法を開発した。総合的な音響解析が可能になり、排気音・放射音を高精度に解析するシステムの構築に成功した。
三菱自動車が取り組んだ床下空力騒音解析、“弱点”を解決した道筋
ダッソー・システムズは、オンラインイベント「3DEXPERIENCE CONFERENCE JAPAN 2020 ONLINE」を開催。その中でカテゴリーセッションとして、三菱自動車工業 第一車両技術開発本部 機能実験部 空力技術開発の奥津泰彦氏が登壇し「PowerFLOWとwave6を活用した自動車床下空力騒音の伝達メカニズム解明」をテーマに、床下空力騒音解析の数値計算手法と計算結果などを紹介した。