(57)【要約】  システムは、任意の複雑な振動構造のインサイチューまたは非侵入型の振動音響（ＶＡ）分析を提供する。このシステムの主要な利点は、（１）構造的振動と音放射に直接責任のあるＶＡモードを同定することを許容すること、（２）結果として生じる構造的振動と音放射に責任のある個々のＶＡモードからの貢献の量的記述を取得することを可能とすること、（３）非侵入型であるため、自然な稼動条件下で運転されている機械のインサイチューな分析を行うことができること、である。この情報により、最もコスト的に有効なやり方でノイズと振動の問題に取り組むことができる。
2009518626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノイズ源近傍の音場中の音響圧力を測定する複数の第１のトランスデューサーと、
ノイズ源上の法線曲面速度を測定する少なくとも一つの第２のトランスデューサーと、
音響圧力データを複数の第１のトランスデューサーから、法線曲面速度データを少なくとも一つの第２のトランスデューサーから取得するコンピュータであって、コンピュータはノイズ源上の法線曲面速度と音場中の音響圧力の相関を表す伝達行列を生成するものと、
からなるノイズ診断システム。
【請求項２】
コンピュータは伝達行列を複数の強制振動音響モードに分解するようにプログラムされている、請求項１のシステム。
【請求項３】
振動音響モードは線形独立であり互いに直交する、請求項２のシステム。
【請求項４】
コンピュータは複数の振動音響モードの個々の振動音響モードの音圧を計算するようにプログラムされている、請求項２のシステム。
【請求項５】
コンピュータは複数の振動音響モードの効率を推定するようにプログラムされている、請求項４のシステム。
【請求項６】
ａ）ノイズ源近傍の音場中の音響圧力を決定するステップと、
ｂ）ノイズ源の表面上の音響圧力を決定するステップと、
ｃ）ノイズ源の表面上の法線曲面速度を決定するステップと、
ｄ）ノイズ源の表面上の法線曲面速度と音場中の音響圧力の相関を表す伝達行列を生成するステップと、
からなるノイズ源を診断する方法。
【請求項７】
前記ステップａ）は音場中の音響圧力を測定するステップを含む、請求項６の方法。
【請求項８】
前記ステップａ）は更に複数のマイクで音響圧力を測定するステップを含む、請求項７の方法。
【請求項９】
前記ステップｂ）はノイズ源の表面上の法線曲面速度を測定するステップを含む、請求項６の方法。
【請求項１０】
前記ステップｂ）は更に少なくとも一つのレーザで法線曲面速度を測定することを含む、請求項６の方法。
【請求項１１】
前記ステップａ）とｂ）はＰ−Ｕプローブからの情報に基づいて行われる、請求項６の方法。
【請求項１２】
ｄ）伝達行列を複数の強制振動音響モードに分解するステップ、
を更に含む請求項６の方法。
【請求項１３】
振動音響モードは線形独立であり互いに直交する、請求項１２の方法。
【請求項１４】
ｅ）複数の振動音響モードの個々の振動音響モードの音圧を計算するステップ、
を更に含む請求項１２の方法。
【請求項１５】
ｆ）複数の振動音響モードの効率を推定するステップ、
を更に含む請求項１４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、任意の機械のインサイチュー（in situ）または非侵入型の振動音響（ＶＡ）分析のための方法およびシステムに関する。
【０００２】
本願は２００５年１２月２日に出願された米国仮出願シリアル番号60/741,915の優先権を主張している。
【背景技術】
【０００３】
現在、構造的振動分析は主に、システムの自然周波数、自然モード、減衰比を同定するために使われるモーダル分析を使うことによってなされる。この情報により、エンジニアは構造的振動を抑制し機械の性能を改善することができ得る。そのような技術は振動エンジニアによって長年に渡り採用されており、文献にも広範に記録されている。
【０００４】
伝統的な振動モーダル分析は単純な励起の対象となる単純な境界条件をもった単純な構造に好適であるが、このアプローチには多くの生来の困難がある。例えば、これはモーダル重複が生じる場合、即ち同一周波数で多くの自然モードが生じる場合、を扱うことができない。これは自然な稼動条件下で運転されている機械のインサイチューまたは非侵入な振動分析を許容しない。しばしば、機械と止めて、その元々の架台部から取り外し、特別な試験用セッティングに置くことが必要になる。もし機械が複雑すぎるときには、分解して個々の部品のモーダル分析を行えるようにする必要がある。よって、その元々の動作条件下で機械全体の全体的な振動具合を分析する代わりに、異なる励起の対象となる全く異なる境界条件下で個々の部品を研究しなければならない。これは何故かというと、モーダル分析は励起力と応答の間の伝達関数（ＴＦ）の測定に依存するからである。例えば、点火されたエンジンのように、機械が自身だけで運転しているとき、このエンジンのシリンダー内部で起こる励起（燃焼）力を測定する方法がない。最も重要なのは、このエンジンのシリンダー内部で起こる伝統的なモーダル力である。最も重要なことに、伝統的なモーダル分析は構造的振動だけのためのものである。周囲の媒体への音放射とは全く関係がない。従って、結果は音を抑制するための設計改良を導くために使うことができない。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の方法およびシステムは、伝統的なモーダル分析に生来の困難を克服する。特に、非侵入なＶＡ分析を行うことを可能とする。機械を止めて、元々のセッティングから分離し、部品に分解する必要はない。エンジニアは、自然な動作条件下で運転されているあらゆる機械の非侵入なＶＡ分析を行うことができるようになる。入力データは、法線曲面速度応答を取得するスキャニングレーザ振動計や、オペレータによってそのように選ばれれば振動面上に載置される加速度計などのハードウェアを使って測定することができる。これらの表面速度は、音源の表面上の振動応答を再構築するために必須となる近接音場効果を捕捉するために機械に非常に近接した範囲に配置されたマイクのアレイを使って測定される音圧によって補足される。ここで振動および音圧の測定は実用上全て標準的な手順である。本方法およびシステムの鍵は、入力データを処理し、音発生メカニズムの良好な理解を作り出し、最もコスト的に有効なやり方で音と振動を抑制するための機械の設計改良についての洞察を提供するアルゴリズムにある。
【０００６】
モーダル分析と同様に、本発明の方法およびシステムは、複雑な振動応答をＶＡモードと呼ばれる線形独立で互いに直交する基底関数に分解する。ＶＡモードは構造の自然モードと似ているように見えるかもしれないが、これらは実際には全く異なるものである。構造の自然モードはその境界条件と寸法によって決められる。各自然モードはそれと関連付けられた自然周波数を有する。構造の境界条件、寸法、幾何学的形状によっては、異なる自然モードが同一の自然周波数を共有してもよく、モーダル重複として知られる。モーダル重複が起こると、モーダル分析では個々のモードを分離することが出来なくなり、このため構造的振動についての有益な洞察を提供することが出来なくなる。
【０００７】
モーダル分析とは異なり、全てのＶＡモードは同一の周波数を共有し、ＶＡモードの分析は一度あたり特定の周波数ずつについてなされる。よって、モーダル重複はない。加えて、各ＶＡモードは結果として生じる音放射と直接相関しており、全体的な音放射および構造的振動に対する各個別のＶＡモードの効率を明示的に計算することができる。この知識によって、音放射および構造的振動の主要な貢献元であり得るいくつかのＶＡモードを標的にすることができ、ノイズと振動の低減を最もコスト的に有効なものにする。
【０００８】
本発明の主要な利点は、（１）構造的振動を音放射に相関させるＶＡモードを同定すること、（２）個々のＶＡモードから全体的な構造的振動と音放射への相対的貢献度を量的にすること、（３）自然な稼動条件下で運転されている機械の音と振動の根本原因のインサイチューな分析を許容すること、である。
【０００９】
なお、空気中の粒子速度も本発明の方法およびシステムの入力データとして取り入れることができる。これらの入力データは更に、もし望まれるならば、音圧信号の測定によって補足することができる。組み合わせたデータは、構造的振動と音場のより正確な記述を提供することができ、そこから音と振動のより詳細な分析と、音と振動の低減についての有益な洞察を導くことができる。粒子速度と音圧を測定する装置には市場で入手できるMicrowflowによるＰ−Ｕプローブが含まれる。
【００１０】
速度と音圧の情報を両方取得する理由は、振動音響分析が逆問題であるからである。数学的には、全ての逆問題は適切ではない。即ち、原因と結果の間に固有の対応関係がなく解答は固有でないまたは収束しないことがある。この逆問題が適切でないことの理由は、入力データが通常不完全および／または不正確であるためである。よって粒子速度と音圧の両方を収集することによって、問題がより適切なものとなり、その解答も収束するようになり得る。
【００１１】
ここに記載する方法および装置はいわゆるオペレーショナルモーダル分析（ＯＭＡ）とは異なることを強調しておく。ＯＭＡは伝統的なモーダル分析の拡張であって、例えば一陣の風によって励起された橋のように、励起力が純粋にランダムである時に適用できるものである。この条件下では、励起力を決定する必要はない。必要となるのは、励起が完全にランダム（つまり、周波数が白）であるためＴＦのそれと同じ形状をもつ構造的振動応答または周波数応答関数（ＦＲＦ）曲線を測定することだけである。しかし、実用上は、殆どの構造は時間調和関数、つまり正弦関数または正弦関数の組合せ、によって励起される。例えば、一定速度で運転されているエンジンは構造を調和振動に励起することになる。この条件下で、ＦＲＦ曲線はＴＦのそれとは全く異なるので、ＯＭＡは使い物にならなくなる。モーダル分析と同様に、ＯＭＡは結果として生じる音放射についてのいかなる洞察も提供できなくなる。
【００１２】
以下に記載する方法およびシステムは、任意の機械についてノイズと振動の低減の最もコスト的に有効なやり方について洞察を得るための革新的なアプローチを提供する。このアプローチは構造的振動と結果として生じる音放射を相関させる特別な伝達行列に基づいている。
【００１３】
伝達行列への入力データは以下のいずれのやり方でも収集することができる。１）スキャニングレーザ振動計によって測定された法線曲面速度と、対象構造に非常に近接した範囲に配置されたマイクのアレイによって測定された音圧、２）表面上に載置された加速度計によって測定された法線曲面速度と、対象構造に非常に近接した範囲に配置されたマイクのアレイによって測定された音圧、３）近距離で対象構造上をスキャンする非侵入型Ｐ−Ｕプローブによって測定された粒子速度および音圧。第１と第３のアプローチは真に非侵入型のＶＡ分析を代表するが、第２のアプローチは構造と接触する。他方、第２のアプローチは実用的に表面振動応答を得るために最も一般に用いられるものである。
【００１４】
次に、伝達行列を強制ＶＡモードの組に分解するために特異値分解（ＳＶＤ）のような数学的ツールを利用する。行列を分解するには異なる方法があり、ＳＶＤはそれらの一つにすぎない。ＶＡモードは線形独立で互いに直交しているので、それらを重ね合わせてあらゆる構造的振動応答の固有で収束する解答を得てもよい。
【００１５】
最後に、個々のＶＡモードの音放射と構造的振動の効率が計算される。得られた知識は、音放射と構造的振動の主要な貢献元である特定のＶＡモードに焦点を当てた設計改良に使うことができる。ノイズと振動の低減において特定のＶＡモードを抑制することは、機械の全体的な音と振動を抑制することよりも常にはるかにコスト的に有効であることに注意されたい。
【００１６】
本発明の他の利点は、添付された図面との関連で考察したときに以下の詳細な記載を参照することによってそれらがより良く理解されるに従って容易に認められるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施形態による強制ＶＡ分析を行うノイズ診断システム２０の例が図１に示されており、音源２２、この場合トランスアクスル、からの音圧が測定される。法線曲面速度応答の測定はスキャニングレーザ２５を使って行われる。システム２０は一般に、コンピュータ２６に接続された、マイクなどの複数のトランスデューサー２４からなる。コンピュータ２６は、信号分析器やデジタル音声処理コンピュータボード（図示せず）のような追加のハードウェアを含んでいても良い。コンピュータ２６は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードドライブ、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ，光学、電気または磁気媒体、あるいはその他のあらゆるコンピュータ読み取り可能な媒体の一つ以上であるコンピュータ格納媒体上に格納されたコンピュータプログラムを操作しているプロセッサを有する。コンピュータ媒体は、
プロセッサによって実行された際に、以下に記載される本発明のアルゴリズムの実行を含んだ、以下のステップを行うコンピュータプログラムを格納する。
【００１８】
図１において、各トランスデューサー２４はノイズ源２２の一部を被覆するフレーム２８（図１には一つのフレーム２８が示されているが、より多くを用いることもできる）に載置される。この例では、５４個のトランスデューサー２４がフレーム２８に載置されているが、より多いまたは少ない数を採用することもできる。一般に、より多くのトランスデューサー２４を使うと、再構築された音圧と法線曲面速度の精度がより高くなる。本方法およびシステムは、実装に用いるトランスデューサー２４の数についてはいかなる制約も課さない。トランスデューサー２４はノイズ源２２の方に向けられており、フレーム２８の周囲に沿って均等または不均等な間隔をもっていて良い。フレーム２８はいかなる形状であっても良い（実用的には平面形状が最も便利であるが、対象構造表面の輪郭と合致するものは最も正確な結果を生ずる）。
【００１９】
動作としては、法線曲面速度の振幅と周波数は非侵入型レーザ振動計２５またはＰ−Ｕプローブ、あるいは表面に直接載置された加速度計、によって測定することができる。音圧の振幅と周波数はマイク（トランスデューサー２４）のアレイによって測定することができる。集められたデータはコンピュータ２６に送られ、それは最良のノイズと振動を低減する設計を生み出すべく音源２２の構造的振動と音発生のメカニズムを分析するために以下により詳しく説明する方法を用いる。
【００２０】
基礎となる原理は、対象音源２２上の法線曲面振動応答とトランスデューサー２４によって測定された入力データの間の相関を、
【数１】
2009518626.tif 000003
【００２１】
と表現することである。
【００２２】
ここで式（１）の右辺の列ベクトル{Input Data}M×１は音源表面上のｍ１個の点
【数２】
2009518626.tif 000004
【００２３】
で速度測定装置によって測定された法線曲面速度
【数３】
2009518626.tif 000005
【００２４】
（下付き添え字ｎは速度の法線成分を示す）と、ｍ２個の点
【数４】
2009518626.tif 000006
【００２５】
で音圧測定装置によって測定された音圧
【数５】
2009518626.tif 000007
【００２６】
を含んでいる。
【数６】
2009518626.tif 000008
【００２７】
である。
【００２８】
ここで
【数７】
2009518626.tif 000009
【００２９】
と
【数８】
2009518626.tif 000010
【００３０】
は
【数９】
2009518626.tif 000011
【００３１】
で定義される擬反転を表す。
【００３２】
ここで上付き添え字Hはエルミート転置を意味し、Ψの要素は
【数１０】
2009518626.tif 000012
【００３３】
で与えられる。
【００３４】
ここで
【数１１】
2009518626.tif 000013
【００３５】
は第一種のq次の球面ハンケル（Hankel）関数を意味し、ｋは音響波数、
【数１２】
2009518626.tif 000014
【００３６】
は球面調和関数、式（３）の添え字ｊ、ｑ、ｌはｊ＝ｑ２＋ｑ＋ｌ＋１でｑが０からQでありｌが−qからｑであるという関係がある。
【００３７】
式（１）を参照すると、測定点の総数はM＝ｍ１＋ｍ２であり、音源表面上の再構築点の数Nはｍ１とは異なり、ｍ１よりも遥かに大きい。球面ハンケル関数
【数１３】
2009518626.tif 000015
【００３８】
、球面調和関数
【数１４】
2009518626.tif 000016
【００３９】
、入力データ
【数１５】
2009518626.tif 000017
【００４０】
と
【数１６】
2009518626.tif 000018
【００４１】
とそれらの位置は指定されており、N個の位置における法線表面速度
【数１７】
2009518626.tif 000019
【００４２】
が再構築される。従って、式（１）は、測定データを音源２２の表面上のあらゆるN個の位置
【数１８】
2009518626.tif 000020
【００４３】
における所望の法線速度
【数１９】
2009518626.tif 000021
【００４４】
に相関させる。
【００４５】
法線速度
【数２０】
2009518626.tif 000022
【００４６】
を再構築するために、式（１）を、
【数２１】
2009518626.tif 000023
【００４７】
のように書き直す。
【００４８】
ここで、［Ａ］は{Input Data}を法線表面速度
【数２２】
2009518626.tif 000024
【００４９】
に相関させる伝達行列を表し、
【数２３】
2009518626.tif 000025
【００５０】
である。
【００５１】
次に、ＳＶＤを用いて式（４）の伝達行列［Ａ］を
【数２４】
2009518626.tif 000026
【００５２】
に分解する。
【００５３】
ここで、［Ｕ］と［Ｖ］はそれぞれ、行列［Ａ］の左右の特異ベクトルを含むユニタリ（正規直交）行列を表し、［Σ］はｊ＝１からＮの［Ａ］の特異値εｊを含んだ対角行列である。
【００５４】
上述した通り、各種の測定装置によって収集された効果に基づいて原因を再構築しようとしているため式（４）は適切でない問題を表している。このため、伝達行列［Ａ］は階数不足である。適切でない問題に対処する良い方法は、正則化によるものである。ＳＶＤは逆音響放射問題に対処するために最も一般に用いられる正則化技術の一つである。
【００５５】
階数不足の行列は、対角行列［Σ］に小さい特異値があることを意味する。ＳＶＤを使って、最も小さい特異値が常に対角線の端に来るように行列［Σ］を降順に並べ替えることができる。よって行列［Σ］の位数を切り詰めることによって、再構築に歪みを生じ得る小さい特異値を除去することができる。この手順は、切り詰められたＳＶＤまたはＴＳＶＤと呼ばれる。
【００５６】
しかしながら、ＴＳＶＤは通常満足な再構築を保障するには不十分である。より良い正則化では、二つの極端なケース
【数２５】
2009518626.tif 000027
【００５７】
と
【数２６】
2009518626.tif 000028
【００５８】
、但し
【数２７】
2009518626.tif 000029
【００５９】
は極めて粗い最小２乗解、
【数２６】
2009518626.tif 000030
【００６０】
は極めて滑らかな解、の間の音源場ｖｎの二つの汎関数
【数２９】
2009518626.tif 000031
【００６１】
と
【数３０】
2009518626.tif 000032
【００６２】
を定義することである。我々の目的は、
【数３１】
2009518626.tif 000033
【００６３】
で記述される入力データに対する解の忠実さと
【数３２】
2009518626.tif 000034
【００６４】
で与えられる音源場の何らかの前の情報に対する解のそれとの間にバランスを出すことである。このバランスはコスト関数
【数３３】
2009518626.tif 000035
【００６５】
を最小化することによって得ることができる。
【００６６】
ここで、
【数３４】
2009518626.tif 000036
【００６７】
は正則化パラメータαに依存する最終的に再構築された法線表面速度を表す。正則化パラメータαの選択は、ある滑らかさを達成するためにどれほど遠くまで行くかを決定することをユーザに許容する。例えば、α＝０の時に入力データに対する完璧な忠実さが達成され、α＝∞の時に前の音源情報に対する完璧な忠実さが達成されても良い。
【００６８】
式（７）は、この発明で使われる正則化フォーマットである。正則化パラメータαは、一般化された相互有効化（ＧＣＶ）を使って決められる。ＧＣＶの基本概念は、まず特定の測定データをコスト関数の計算から外しておき、それから省略されたデータの値を予測することについて再構築された音源場の有効さを評価することである。このプロセスは全てのデータ点について繰り返され、得られた正則化パラメータαは全ての測定に対する予測された音圧の最適なフィットを確かなものにできる。
【００６９】
正則化パラメータαを決定するための公式は、
【数３５】
2009518626.tif 000037
【００７０】
で与えられる。
【００７１】
ここで、Ｔｒは行列のトレースを表し、式（８）の［Ｉ］は恒等行列を意味し、［Ｆ］は再構築に歪みを生じ得る高波数を除去するローパスフィルタを表す。
【数３６】
2009518626.tif 000038
【００７２】
ここで、σｊは対角行列［Σ］のｊ番目の特異値を表す。
【００７３】
正則化方式（７）とＧＣＶ（８）を使って正則化パラメータαを決めることにより、式（４）を法線表面速度分布について解くことができるようになる。
【００７４】
構造的振動と音放射のより良い理解を得るために、式（４）の両辺に［Ｕ］Ｈを予め掛けておく。
【数３７】
2009518626.tif 000039
【００７５】
なお、ＳＶＤにおける［Ｕ］Ｈと［Ｖ］Ｈはフーリエ変換の役割を果たし、［Ｕ］と［Ｖ］は逆フーリエ変換演算子のように振舞う。従って、［Ｕ］Ｈ｛ｖｎ｝と［Ｖ］Ｈ｛Input Data｝はそれぞれ法線表面速度と入力データのフーリエ変換を表す。
【００７６】
ＳＶＤに固有の利点は、測定と音源場の間の音響モーダル展開を供することである。特異ベクトルは互いに直交しており、測定と音源場の基底を構成する。この発明において、これらは構造的振動と結果として生じる音放射との間の相互関係を描写するので、これらはＶＡモードと呼ばれる。対応する特異値は独立に放射モードを振動モードにリンクする。この文脈において、大きい特異値は放射モードを表し、小さい特異値は非放射モードを示す。より詳しくは、
【数３８】
2009518626.tif 000040
【００７７】
である。
【００７８】
ユニタリ行列［Ｕ］Ｈの各行はＶＡモードを描写する。各ＶＡモードの全体的な構造的振動と音放射に向けた相対的な貢献度は計算できる。遠距離場における音圧は
【数３９】
2009518626.tif 000041
【００７９】
と書くことができる。
【００８０】
ここで、
【数４０】
2009518626.tif 000042
【００８１】
は音源から遠くにある位置ベクトルを表す。
【００８２】
ＳＶＤを使って、各ＶＡモードについて式（１２）を書き、各個別のＶＡモードからの音圧貢献を推定することができる。自由場を仮定すると、それから音源を取り囲む仮定的表面Ｓ０に渡って音圧を積分することによって、この個別のＶＡモードからの音パワーを推定することができる。
【数４１】
2009518626.tif 000043
【００８３】
ここで、Pj,aνはj番目のＶＡモードからの時間平均された音パワーを表し、ｐｊはｊ番目のＶＡモードによって生じる音圧であり、ρ０とｃはそれぞれ媒体中の密度と音速を表す。同様にして、この音源からの全体的な音圧から生じることになる総音パワーを計算できる。この音源によって生じる総音パワーに対する個別のＶＡモードからの音パワーの比はこの個別のモードからの音放射の効率である。
【数４２】
2009518626.tif 000044
【００８４】
同様にして、ｊ番目のＶＡモードについての構造的振動の効率を、この構造の総振動エネルギーに対するこのモードの振動エネルギーの比として定義する。
【数４３】
2009518626.tif 000045
【００８５】
まとめると、式（４）を正則化方式（７）とＧＣＶ（８）と共に使って、対象構造の法線表面振動応答を再構築する。次に、（１１）を使って各ＶＡモードをプロットし、式（１４）、（１５）を使って振動と音放射の項目による効率を計算する。この効率スペクトルから、全体的な構造的振動と音放射に対する主要な貢献元であるＶＡモードを同定することができる。この洞察は、我々に最もコスト的に有効な音と振動の低減の対策を案出することを可能とする。
【００８６】
[手順]
エンジニリングの実践において、ノイズと振動は常に高い優先度を持った設計項目である。ノイズと振動をコスト的に有効に排除するには、あらゆる構造の音と振動の間のメカニズムと相関を知る必要がある。しかしながら、ノイズと振動の診断はしばしば分けて行われる。これは、オペレータが音と振動の相互関係の重要性を認識していないからではなく、それらの相互関係を明らかにし、音と振動をコスト的に有効に排除する設計変更に有益な洞察を提供することができる有効な方法論が無かったためである。
【００８７】
本発明は、音と振動の根本原因を明らかにする革新的なアプローチを提供することによってこのギャップを埋めることを目的とし、更にノイズと振動を低減する扱いの最もコスト的に有効なやり方について固有で有益な洞察を提供する。この発明にかかる手順は以下に記載する通りである。
【００８８】
車両のトランスアクスル（ノイズ源２２）が外部のシャフトによって所望の速度で運転されるように駆動されている図１の場合を考える。トランスアクスル２２の振動は周辺の媒体にノイズを生じる。このトランスアクスルの音を振動の間の相互関係のより良い理解を得て、それらをコスト的に有効に削減できることが望まれる。
【００８９】
音は振動によって発生され得るが、全ての振動が音を生じることができるわけではないことを理解することは重要である。ここで我々の目的は、全体的な構造的振動と音放射の主要な貢献元である、あらゆる構造の振動の成分を同定することにある。そしてこれらの成分に焦点をあてることによって、我々はノイズと振動を削減するという我々の目的を最も良く達成することができる。
【００９０】
この発明の第一のステップはデータを収集することである。我々の目的は音と振動の根本原因とそれらの相互関係をより良く理解することであることを強調する。従って、対象となる機械についてより多くの情報を収集することができれば、我々の診断はより成功したものなり得る。この文脈において、我々は速度と音の情報の両方を収集したい。速度の情報は、１）スキャニングレーザ２５、２）P‐Uプローブ（図示せず）、３）加速度計（図示せず）、等によって測定し得る。最初の二つは非侵入型であるが、第三のものは対象となる音源表面との直接接触を要求する。音圧は、１）マイク２４、２）P‐Uプローブ（図示せず）、等によって測定できる。これらの測定装置は全て非侵入型である。よって、本発明はあらゆる複雑な機械のインサイチューまたは非侵入型の振動音響分析を許容する。
【００９１】
音圧は、構造的振動を記述するのに決定的な近接音場効果を捕捉するために対象音源に非常に近接したレンジで測定されるべきであることに注意されたい。これらの近距離場の音圧は、マイク２４のアレイや、対象音源の周りを動くマイク２４のパドルや、音源表面を非常に近接したレンジでスキャニングするP‐Uプローブを使って、測定しても良い。もし振動と音の信号が定常的であれば、即ち、周波数が時間によって変化しなければ、データを分けて収集し、時間平均を取ることによって速度と音圧の平方根平均２乗値を得ることができる。例えば、トランスアクスルの始動時や終止時のように、もし振動と音の信号が定常的でなければ、速度と音圧の測定は一度に行われなければならない、
一旦速度と音圧のデータが収集されると、それらを式（４）に代入し、式（７）、式（８）と共に対象音源の表面上の速度の法線成分を再構築する。これは表面上の全体的な振動応答を表す。
【００９２】
次に、あらゆる場の点における音圧を再構築するために式（１２）を使う。
【００９３】
音と振動の間の相互関係を理解するために、ＳＶＤまたはその他の数学的ツールを介して式（１１）を用いて、全体の表面振動を線形独立で互いに直交するＶＡモードの組に分解する。この直交性はＶＡモードの重ね合わせが収束する結果を生ずることを保証する。
【００９４】
同様のやり方で、式（１２）を使って個々のＶＡモードの音圧を計算し、式（１４）を使って全体的な音放射に対する全てのＶＡモードの効率を推定する。
【００９５】
全体的な構造的振動に対する全てのＶＡモードの効率は式（１５）を用いて推定される。
【００９６】
個々のＶＡモードの効率は全体的な構造的振動と音放射に対する主要な貢献元であるＶＡモードを明らかにする。これらの結果は、ノイズと振動を低減する設計変更に有益な洞察を提供することができる。例えば、第二のＶＡモードが音の主要な貢献元であり、第四のＶＡモードが構造的振動の主要な貢献元であったとする。すると音や振動やその両方を抑圧する必要に応じて、第二または第四またはその両方のＶＡモードに焦点を当ててこの構造の設計を変更しても良い。通常特定のモードを抑制する方が、全体の構造的振動を抑制するよりも遥かに容易である。よって、この発明はノイズと振動の問題に最適に対処する理想的な設計変更を導くことができる。
【００９７】
特許の情況と法学の条項に従って、上述した例示的な構成は発明の好ましい実施形態を表していると考えられる。しかし、発明はその精神や範囲を逸脱することなく、特定に描写され記載されたものとは別の形で実施し得るものであることに注意されたい。方法のステップにおけるアルファベットと数字による記号は、従属請求項における参照を容易にするためのものであって、そのように指定されていなければ要求されるシーケンスを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】図１は、本発明による強制ＶＡ分析システムの一実施形態を描写している。
【図１】
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【国際調査報告】
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