(57)【要約】直接音場音響試験システムは、より高度な空間的均一性を有する音場を提供する。システムは、制御マイクロホンと、コントローラーと、結合器と、少なくとも４個の音響トランスデューサーとを備える。コントローラーは、制御マイクロホンに動作可能に結合され、コントローラーが制御マイクロホンから少なくとも１個の入力信号を受け取り少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を供給するようになっている。結合器は、少なくとも４個の別個に制御可能な出力信号を組み合わせて、それぞれが少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの１つ又は複数の組み合わせで構成される少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を形成する。少なくとも４個のトランスデューサーのそれぞれは、少なくとも４個の第２の出力信号のうちの少なくとも１個に動作可能に結合して、トランスデューサーの出力が、少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの少なくとも２個の変化に応答して変動するようになっている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御マイクロホンと、
前記制御マイクロホンに動作可能に結合したコントローラーであって、該コントローラーは、前記制御マイクロホンから少なくとも１個の入力信号を受け取り、少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を供給するようになっている、コントローラーと、
前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を組み合わせて、それぞれが前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの１つ又は複数の組み合わせで構成される少なくとも４個の第２の出力信号を形成するように構成される、結合器と、
少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群であって、それぞれが、前記少なくとも４個の第２の出力信号のうちの少なくとも１個に動作可能に結合され、前記少なくとも１個のトランスデューサー又はトランスデューサー群の出力が、前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの少なくとも２個の変化に応答して変動するようになっている、少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサー群と、
を備える、直接音場音響試験システム。
【請求項２】
前記少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサー群は、被試験ユニットの、平面図で見たすべての辺に直接音場音響励振を与えるようおおむね配置されていて、前記少なくとも４個の第２の出力信号のそれぞれに動作可能に結合した前記音響トランスデューサー又はトランスデューサー群が前記被試験デバイスのまわりに実質的に一様に分配されるようになっている、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項３】
前記結合器は、マトリクススイッチ、ミクサー、又はデジタル信号プロセッサユニットである、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項４】
前記制御マイクロホンは少なくとも４個の制御マイクロホンを含む、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項５】
前記結合器は、前記少なくとも４個の別個に制御可能な出力信号の減衰、増幅、フィルタリング、遅延、加算、減算、相関、又は何らかの他の操作によって、前記少なくとも４個の別個に制御可能な出力信号を組み合わせる、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項６】
前記少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群の入力要件に従って前記少なくとも第２の出力信号を調整するように構成される調整器を更に備え、前記少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群が調整後の前記少なくとも４個の第２の出力信号のうちの少なくとも１個に結合されるようになっている、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項７】
前記調整器は前記少なくとも４個の第２の出力信号の更なるフィルタリング、利得、減衰、又は電力増幅を行う、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項８】
制御マイクロホンと、
前記制御マイクロホンに動作可能に結合したコントローラーであって、該コントローラーは、前記制御マイクロホンから少なくとも１個の入力信号を受け取り、少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を供給するようになっている、コントローラーと、
前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を組み合わせて、それぞれが前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの１つ又は複数の組み合わせで構成される少なくとも４個の第２の出力信号を形成するように構成される、結合器と、
それぞれが、前記少なくとも４個の第２の出力信号のうちの少なくとも１個に動作可能に結合される、少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群と、
を備え、
前記４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群のうちの少なくとも１個は第１の周波数帯域をカバーし、前記４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群のうちの少なくとも１個は前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域をカバーし、
前記結合器は、前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を組み合わせて、前記少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のそれぞれが、前記第１の周波数帯域をカバーする前記音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群のうちの少なくとも１個と前記第２の周波数帯域をカバーする前記音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群のうちの少なくとも１個とに動作可能に接続されるようにする、
直接音場音響試験システム。
【請求項９】
前記少なくとも４個の音響トランスデューサー又はトランスデューサー群は、被試験ユニットの、平面図で見たすべての辺に直接音場音響励振を与えるようおおむね配置されていて、前記少なくとも４個の第２の出力信号のそれぞれに動作可能に結合した前記音響トランスデューサー又はトランスデューサー群が前記被試験ユニットのまわりに実質的に一様に分配されるようになっている、請求項８に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１０】
１２個の制御マイクロホンと、
前記制御マイクロホンに動作可能に結合したコントローラーであって、該コントローラーは、前記制御マイクロホンのそれぞれから１個ずつ、１２個の入力信号を受け取り、１２個の別個に制御可能なコントローラー出力信号を供給するようになっている、コントローラーと、
前記１２個の別個に制御可能な出力信号を組み合わせて、それぞれが前記１２個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの１つ又は複数の組み合わせで構成される１２個の第２の出力信号を形成するように構成される、結合器と、
１２個の音響トランスデューサー又はトランスデューサーの群であって、それぞれが、前記１２個の第２の出力信号のうちの少なくとも１個に動作可能に結合されて各トランスデューサー又はトランスデューサー群の出力が、前記１２個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの少なくとも２個の変化に応答して変動するようになっている、１２個の音響トランスデューサー又はトランスデューサー群と、
を備える、直接音場音響試験システム。
【請求項１１】
前記１２個のトランスデューサー又はトランスデューサー群は被試験ユニットのまわりに配置され、前記１２個のトランスデューサー又はトランスデューサー群のうちの９個は、１００Ｈｚよりも上の周波数帯域をおおむねカバーする３ウェイ動電型スピーカーシステムであり、前記１２個のトランスデューサー又はトランスデューサー群のうちの３個は、２０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数帯域をおおむねカバーする動電型サブウーファースピーカーである、請求項１０に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１２】
前記１２個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のそれぞれは、１００Ｈｚよりも上の周波数帯域をカバーする前記９個のトランスデューサー又はトランスデューサー群のうちの少なくとも１個と、２０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数帯域をカバーする前記３個のトランスデューサー又はトランスデューサー群のうちの少なくとも１個とに動作可能に結合される、請求項１１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１３】
前記１２個の音響トランスデューサー又はトランスデューサー群のうちの少なくとも１個は第１の周波数帯域をカバーし、前記１２個の音響トランスデューサー又はトランスデューサー群のうちの少なくとも２個は、前記第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域をカバーし、前記１２個の別個に制御可能なコントローラー出力信号のそれぞれは、前記第１の周波数帯域をカバーする前記音響トランスデューサー又はトランスデューサーのうちの少なくとも１個と前記第２の周波数帯域をカバーする前記音響トランスデューサー又はトランスデューサーのうちの少なくとも１個とに動作可能に結合される、請求項１０に記載の直接音場音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、その動作中の信頼性を強力な振動試験を用いて評価することができる、衛星、計測装置、又は何らかの他の対象等の対象の振動試験の分野に関する。詳細には、本発明は、振動試験を行うための直接音場音響システムの使用、及び所定の仕様に準拠する音場を直接音場音響システムが生成することができるようにする制御手段に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、引用することによってその全体が本明細書の一部をなす、２０１１年１０月２７日出願の米国仮特許出願第６１／５５２，０８１号の米国特許法第１１９条（ｅ）のもとでの利益を主張する、正規の出願である。
【背景技術】
【０００３】
２０１１年５月２７日出願の「Direct Field Acoustic Testing System and Method」という発明の名称の同時係属米国特許出願第１３／１１７，８７０号（以後「’８７０出願」）の明細書が、引用することにより本明細書の一部をなす。’８７０出願において論じられているように、直接音場音響試験（ＤＦＡＴ）の分野においては、一般的に、被試験ユニット（ＵＵＴ）のまわりの空間全体にわたって均一なスペクトル成分を有する音場を得ることが望ましい。’８７０出願において説明されているように、個別に制御可能な音響トランスデューサーの多数の群を組み込んだ多入力多出力（ＭＩＭＯ）装置を用いることによって、制御マイクロホン位置において優れたスペクトル均一性が得られた。しかし、更なる非制御すなわち監視マイクロホンで音場を監視すると、制御位置においてはスペクトル変動が十分に制御されるが、非制御位置においてより大きい変動及び仕様からの逸脱が存在することが明らかになった。また、おおむね１５０Ｈｚよりも高い周波数について、非制御位置におけるより高い音響強度への一般的なシフトも観察されたが、これはＵＵＴを過度に試験するリスクを招く。したがって、このような変動を減らし制御位置における音響スペクトルの大きさの応答と非制御位置における音響スペクトルの大きさの応答との間のより緊密な対応関係を維持する、強化したＤＦＡＴシステムを提供することは有利である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態は、より高度な空間的均一性を有する音場を提供するように、少なくとも４個の群の音響トランスデューサーと、少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号と、コントローラー出力信号の組み合わせを変更しそれぞれの群の音響トランスデューサーへと向ける信号変更器及び結合器とを有する直接音場音響試験システムを含む。
【０００５】
本発明の実施形態はまた、より高度な空間的均一性を有する音場を提供するように、適切な位置に配置されて別個に制御可能なコントローラー出力信号を決定するのに用いる少なくとも１個の音響入力信号を提供する少なくとも１個のマイクロホンと、少なくとも４個の群の音響トランスデューサーと、コントローラー出力信号の組み合わせを変更しそれぞれの群の音響トランスデューサーへと向ける信号変更器及び結合器とを有する直接音場音響試験システムも含む。
【０００６】
本発明の実施形態はまた、より高度な空間的均一性を有する音場を提供するように、直接音場音響試験システムと、少なくとも１個の制御マイクロホンと、少なくとも１個の入力と少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力とを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）振動制御システムと、少なくとも４個の別個に駆動される群の音響トランスデューサーと、別個に制御可能なコントローラー出力信号の組み合わせを変更し少なくとも４個の別個の群のトランスデューサーのそれぞれへと向ける信号変更器及び結合器とを含む。
【０００７】
本発明の実施形態はまた、より高度な空間的均一性を有する音場を提供するように、適切な位置に配置されて別個に制御可能なコントローラー出力信号を決定するのに用いる少なくとも１個の音響入力信号を提供する少なくとも１個のマイクロホンと、ほぼ環状配列に配置された少なくとも４個の群の音響トランスデューサーと、コントローラー出力信号の組み合わせを変更し少なくとも４個の群の音響トランスデューサーのそれぞれへと向ける信号変更器及び結合器とを有する直接音場音響試験システムを含み、別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの少なくとも２つは、それぞれ、試験環境内で前記少なくとも２個の別個に制御可能なコントローラー出力信号がほぼ一様に分配されるようにする方法で、少なくとも２個の群の音響トランスデューサーに向けられる。
【０００８】
本発明の実施形態はまた、直接音場音響試験システムと、少なくとも１個の制御マイクロホンと、少なくとも１個の入力と少なくとも４個の別個に制御可能なコントローラー出力信号とを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）振動制御システムと、少なくとも４個の別個に駆動される群の音響トランスデューサーと、別個に制御可能なコントローラー出力信号の組み合わせを、別個に制御可能なコントローラー出力信号のうちの少なくとも２個の変化に応答して少なくとも１個の別個の群のトランスデューサーの出力が変動するように変更し少なくとも４個の別個の群のトランスデューサーのそれぞれへと向ける信号変更器及び結合器とを含む。
【０００９】
ここで、添付の概略図を参照して、本発明の実施形態を単に例としてのみ説明する。概略図において、対応する参照符号は対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】’８７０出願による直接音場音響試験用の音響トランスデューサー群の概略レイアウトである。
【図２】’８７０出願による直接音場音響試験システムの簡略ブロック図である。
【図３】図２のシステムの振動音響コントローラーの簡略制御図である。
【図４】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる図１、図２、及び図３のシステムについての、制御マイクロホンの音圧の測定スペクトル変動対すべての制御マイクロホンの平均値を示すグラフである。
【図５】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる図１、図２、図及び３のシステムについての、監視マイクロホンの音圧の測定スペクトル変動対すべての制御マイクロホンの平均値を示すグラフである。
【図６】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる図１、図２、及び図３のシステムについての、トランスデューサー群への別個に制御可能な制御出力信号の割当てを示す表である。
【図７】本発明の一実施形態による直接音場音響試験システムの簡略ブロック図である。
【図８】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる本発明の一実施形態による、トランスデューサー群への別個に制御可能な制御出力信号の割当てを示す表である。
【図９】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる本発明の一実施形態による直接音場音響試験についての、音響トランスデューサー群とコントローラー出力の割当てとの概略レイアウトである。
【図１０】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる本発明の一実施形態についての、制御マイクロホンの音圧の測定スペクトル変動対すべての制御マイクロホンの平均値を示すグラフである。
【図１１】１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有するＭＩＭＯ制御を用いる本発明の一実施形態についての、監視マイクロホンの音圧の測定スペクトル変動対すべての制御マイクロホンの平均値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図面において、同じ参照文字／番号は同一の要素又は機能的に同様の要素を示す。具体的な構成及び配置を論じるが、これは説明の目的のためのみに行われることが認識されるべきである。関連技術の当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の構成及び配置を用いることができることを認識するであろう。
【００１２】
図１を参照して、２０１１年５月２７日出願の同時係属米国特許出願番号第１３／１１７，８７０号（「’８７０出願）によるＤＦＡＴシステムの一実施形態を示す。図示のように被試験ユニット（ＵＵＴ）３のまわりにほぼ環状配列に配置された、さまざまな周波数帯域をカバーする動電型音響源又はトランスデューサーＴ１〜Ｔ１２で構成されるトランスデューサーのアレイが含まれる。図示の実施形態におけるトランスデューサーのアレイは、８個のトランスデューサーからなる１２個の群Ｔ１〜Ｔ１２で構成され、そのうち９個の群Ｔ１〜Ｔ９は、１００Ｈｚよりも上の周波数帯域をおおむねカバーする３ウェイ動電型スピーカーシステムであり、３個の群Ｔ１０〜Ｔ１２は、２０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数帯域をおおむねカバーする動電型サブウーファースピーカーである。制御マイクロホンＣ１〜Ｃ１２は、音場に関する情報を制御システム（後述）に提供するために、ＵＵＴ３のまわりのさまざまな場所に配置される。動作中特に重要な特定の点における音場を監視する、監視マイクロホンＭ９〜Ｍ１６もまた設けられてもよいが、この、及びこのいかなる他の実施形態の動作にも不可欠だというわけではない。監視マイクロホンは、音響試験空間内のどこに置いてもよく、制御マイクロホン位置に対応する必要はない。
【００１３】
図２を参照して、’８７０出願による図１のＤＦＡＴシステムの簡略ブロック図を示す。制御マイクロホンＣ１〜Ｃｎのそれぞれは、それぞれのマイクロホンにおける音場を表す電気信号を生成する。それぞれの電気信号は、振動音響コントローラー１２の入力要件に従って、入力信号調整器２０内で調整される。限定としてではなく例として、調整器２０は、アンチエリアシング又は他のフィルタ、適切な標準を基準としたマイクロホン較正データの適用、及び適切なユニットを表すための信号のスケーリングを含んでもよい。アナログデジタル変換器２１は、調整した電気信号をデジタル形式に変換し、そのデジタル化した信号は、図２のブロック２２において表されるように、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の適用によって固定帯域幅狭帯域電力スペクトル密度に変換される。これらの結果として生じるデータストリームのそれぞれは、振動音響コントローラー１２の１個の入力１３に接続される。当業者であれば、入力信号調整器２０、Ａ／Ｄ変換器２１、及びＦＦＴ２２はコントローラー１２の一部であってもよいということを認識する。コントローラー１２からのそれぞれの出力１４は、ブロック３２において表されるように、逆ＦＦＴによって狭帯域電力スペクトル密度からデジタル化した時系列に変換される。このデジタル化した時系列は次に、行っている試験のタイプ次第で時間領域ランダム化３５してもよく、次にデジタルアナログ変換器３３においてアナログ信号に変換される。次にそれぞれのアナログ信号が、増幅及び音響トランスデューサーＴ１〜Ｔｍの入力要件に従って、出力信号調整器３４において調整される。限定としてではなく例として、この調整は更なるフィルタリング、利得、減衰、又は電力増幅を含んでもよい。調整した信号のそれぞれは、次に音響トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔｍのそれぞれに印加される。予め指定した音響基準スペクトル１０が、標準の１／ｎオクターブの形式から、制御マイクロホンＣ１〜Ｃｎからの信号の形式と整合する固定帯域幅狭帯域電力スペクトル密度の形式に変換され、振動音響コントローラーの入力１３に印加される。当業者であれば、逆ＦＦＴ３２、時間領域ランダム化、デジタルアナログ変換器（正：converter）３３、及び出力信号調整器はコントローラー１２の一部であってもよい（正：may be）ということを認識する。
【００１４】
多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御論理の原理については、当業者は精通しており、本実施形態及び他の実施形態の実施において、本発明の範囲内で多くのさまざまな方法で適用することができる。図３を参照して、’８７０出願に従ったＭＩＭＯ振動音響コントローラー１２のあり得る一実施形態の機能をおおまかに説明する簡略ブロック図を示す。準備工程中に、音響トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔｍのそれぞれに信号５１が印加される。それぞれのトランスデューサー群の音響出力５３がそれぞれの制御マイクロホンＣ１〜Ｃｎによって別個に監視される。それぞれのトランスデューサー群に応答した制御マイクロホンＣ１〜Ｃｎの電気出力は、トランスデューサー群と制御マイクロホンとのそれぞれの組み合わせの伝達関数を表す。伝達関数は、それぞれの要素がそのような伝達関数の１つである、ｎ×ｍのマトリクス５５に記録される。これらの伝達関数は、音響基準スペクトルデータ１０と比較される。誤差関数のマトリクス５６が計算され、それを用いてトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔｍのそれぞれについて補正済みの駆動信号５７を計算する。実際の試験５８の開始時、前もって記憶した１〜ｍの補正済みの駆動信号５７がそれぞれのトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔｍに印加される（５９）。結果として生じる音場は、制御マイクロホンＣ１〜Ｃｎによって監視され、その出力が音響基準スペクトルデータ１０と比較され、そこから誤差関数６０が計算される。このような誤差関数６０を用いて駆動信号６１のリアルタイム更新を行い、それが制御ループ６２を介してそれぞれのトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔｍに印加される。本実施形態は、図３に示す閉ループ制御モード又は開ループ制御モードのいずれにおいても動作することができる。開ループモードにおいては、準備工程中に計算した記憶した補正済みの駆動信号５７の最初の印加５９後、駆動信号のリアルタイム調整は行われない。したがって、ブロック６０における誤差関数の計算、結果として生じる駆動信号の更新６１、及びフィードバックループ６２は省かれる。したがって制御マイクロホンＣ１〜Ｃｎは、監視機能のみを行う。
【００１５】
振動音響コントローラー１２は、上に挙げたコントローラーの各機能を果たすことができるいかなるコントローラーであってもよい。当業者には知られているように、コントローラー１２は一般に、プロセッサとラフィカルユーザーインターフェース（図示せず）とを含む。一実施形態において、コントローラー１２は、限定としてではなく例として、Spectral Dynamics社のＪａｇｕａｒシステム等の現存する機械的振動コントローラーであってもよい。
【００１６】
図１〜図３に関して示し説明した実施形態において、ｎ＝１２の制御マイクロホンＣ１〜Ｃ１２及びｍ＝１２のトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２がある。しかし当業者であれば、これよりも多い又は少ない制御マイクロホン及びトランスデューサー群を利用してもよいことを認識する。例えば、そして限定としてではなく、制御マイクロホンの数は１から１６までの範囲であってもよく、別個に駆動されるトランスデューサー群の数は、４から１６までの範囲であってもよい。しかし当業者であれば、被試験ユニット及びコントローラー１２の限界次第で更なる制御マイクロホン及び別個に駆動されるトランスデューサー群を利用してもよいことを認識する。音響入力信号を表すのに用いる電力スペクトル密度データと音響基準スペクトルデータとの個々の周波数帯の帯域幅は、好ましくは１２．５Ｈｚ以下であり、例として６．２５Ｈｚ、３．１２５Ｈｚ、２．５Ｈｚ、１．２５Ｈｚ、又は０．６２５Ｈｚ等の、利用できるＦＦＴ機能の特性によって決まるいかなる好適な狭帯域幅であってもよい。
【００１７】
図４を参照して、１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御を用いる、’８７０出願による一実施形態に従ったＤＦＡＴシステムについての、すべての制御マイクロホンの平均値と比較した、それぞれの制御マイクロホンの場所におけるスペクトル変動の実際の測定データを示す。精査するとわかるように、個々の制御マイクロホン間では変動が比較的少なく、すべての制御マイクロホンの平均値からの逸脱も比較的少ない。
【００１８】
図５を参照して、１２個の制御マイクロホンと１２個の音響源を駆動する１２個の別個の出力とを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御を用いる、’８７０出願による実施形態に従ったＤＦＡＴシステムについての、すべての制御マイクロホンの平均値と比較した、非制御場所に置かれた１０個の監視マイクロホンのそれぞれにおけるスペクトル変動の実際の測定データを示す。精査するとわかるように、制御マイクロホン自体についてよりも、個々の監視マイクロホン間での変動がより多く、制御マイクロホンの平均値からの逸脱もより多い。さらに、データは、非制御監視場所についてはほぼ１５０Ｈｚよりも上では制御マイクロホンの平均値と比較しておおむね高い音響強度を示している。
【００１９】
図６を参照して、’８７０出願に従ったトランスデューサー群へのコントローラー出力信号の割当てを示す。精査するとわかるように、別個に制御可能なコントローラー出力信号とトランスデューサー群とは一対一対応になっている。
【００２０】
図７を参照して、この実施形態に従った簡略ブロック図を示す。特徴は図２について説明されており、図７では図２の出力信号調整手段３４が出力信号変更及び組み合わせ手段３４ａ及び信号調整手段３４ｂに取って代わられているということを除き、同じ参照番号がついている。デジタルアナログ変換器３３を通った後、出力信号変更及び組み合わせ手段３４ａは、それぞれが１つ又は複数の別個に制御可能なコントローラー出力信号１５の組み合わせである第２の群の出力信号１６を作成する。それぞれの第２の出力信号１６は次に、増幅及び音響トランスデューサーＴ１〜Ｔｍの入力要件に従って、出力信号調整器３４ｂにおいて調整される。限定としてではなく例として、この調整は、更なるフィルタリング、利得、減衰、又は電力増幅を含んでもよい。調整した信号のそれぞれは、次にそれぞれの音響トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔｍに印加される。限定としてではなく例として、出力信号変更及び組み合わせ手段３４ａは、前記第２の出力信号１６を、それぞれの群のトランスデューサーについて信号の適切な組み合わせを作成するよう、別個に制御可能なコントローラー出力信号１５の減衰、増幅、フィルタリング、遅延、加算、減算、相関、又は何らかの他の操作によって作ってもよい。
【００２１】
この図７において、本発明のこの実施形態によれば、変更及び組み合わせ手段３４ａは例えば、ＲＡＮＥ  ＲＰＭ−８８又はＹａｍａｈａ  ＤＭＥ６４Ｎ等、いかなる好適なマトリクススイッチ又はミクサー又はデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ユニットであってもよい。さらに、変更及び組み合わせ手段３４ａは、別個のユニットである必要はない。図７を参照して、変更及び組み合わせ機能を果たすための信号路における多くのあり得る場所のうちの１つのみを示す。当業者であれば誰でも直ちに明白なように、本機能は、アナログ形式であれデジタル形式であれ、個々に制御可能な出力信号の発生後、信号路におけるいかなるポイントにおいて果たしてもよい。限定としてではなく例として、そのような信号の組み合わせは、コントローラー１２自体に組み込んでも、最終の信号調整手段３４ｂに組み込んでもよい。
【００２２】
図８を参照して、１２個の制御マイクロホンと１２個の別個に制御可能なコントローラー出力とを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御を用いるこの具体的な一実施形態において、図７の別個に制御可能なコントローラー出力信号１５は、図８に従って組み合わせて、それぞれの音響トランスデューサー群についての第２の出力信号を形成する。精査すると、第２の出力１６−１は等しく足し合わせた別個に制御可能なコントローラー出力信号１５−１、１５−４、１５−７、及び１５−１１で構成されているということがわかる。第２の出力１６−２は、等しく足し合わせた別個に制御可能なコントローラー出力信号１５−２、１５−５、１５−８、及び１５−１２で構成されており、図８による第２の出力１６−３〜１６−１２についても同様である。
【００２３】
図９を参照して、１２個の制御マイクロホン、１２個の別個に制御可能なコントローラー出力、及び１２個の群の音響トランスデューサーを有する本発明のこの実施形態による、トランスデューサーの配列及び信号の構成を示す。それぞれの音響トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２を示し、その後にその群のトランスデューサーに向けられる別個に制御可能なコントローラー出力信号の組み合わせをカッコ内に入れて記す。図を精査するとわかるように、図７のそれぞれの別個に制御可能なコントローラー出力信号１５は、より高周波数のトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９に関してはそれぞれの別個に制御可能なコントローラー出力信号１５が環のまわりに略一様に分配されるような方法で、低周波数トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２のうちの少なくとも１個と、より高周波数のトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９のうちの少なくとも３個とに分配される。
【００２４】
図１０を参照して、１２個の制御マイクロホン、１２個の別個に制御可能なコントローラー出力、及び１２個の群の音響トランスデューサーを有する本発明のこの実施形態からの、それぞれの制御マイクロホンのスペクトルの大きさをすべての制御マイクロホンの平均値と比較した実際の測定データを示す。精査するとわかるように、個々の制御マイクロホン間では変動が比較的少なく、すべての制御マイクロホンの平均値からの逸脱も比較的少ない。
【００２５】
図１１を参照して、１２個の制御マイクロホン、１２個の別個に制御可能なコントローラー出力、及び１２個の群の音響トランスデューサーを有する多入力多出力（ＭＩＭＯ）制御を用いる本発明のこの実施形態からの、非制御場所に置かれた１０個の監視マイクロホンのそれぞれのスペクトルの大きさをすべての制御マイクロホンの平均値と比較した実際の測定データを示す。精査するとわかるように、図５に示すシステムのデータと比較して、個々の監視マイクロホン間の変動がはるかに少なくなっており、すべての制御マイクロホンの平均値からの逸脱もはるかに少なくなっている。
【００２６】
図１を参照して、精査すると、それぞれの制御マイクロホンＣ１〜Ｃ８における音場はそれぞれの制御マイクロホンに最も近い音響トランスデューサー又はトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２に主として影響を受け、それよりも遠いトランスデューサーから受ける影響はかなり少ないということがわかる。当業者には明白なように、空間内のあるポイントにおける音場への所与の音響源からの寄与は、その音響源までの距離が増大するにつれて急激に低下する。限定としてではなく例として、図１を参照して、精査すると、制御マイクロホンＣ４における音場は音響トランスデューサー群Ｔ８及びＴ９の出力に支配されるということがわかる。それよりも離れた音響トランスデューサー群、例えばＴ１、Ｔ１０、又はＴ７は、制御マイクロホンＣ４における音場に与える影響がはるかに少ない。したがって、主としてそれぞれの制御マイクロホンＣ１〜Ｃ８に最も近いトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２の出力を変更することによって、制御マイクロホンＣ１〜Ｃ８のそれぞれにおいて予め指定した音場を実現することが可能である。それよりも離れたトランスデューサー群を変更しても、制御マイクロホンの音場に与える影響はほとんどない。図６を参照して、別個に制御可能なコントローラー出力１〜１２と音響トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２との間の一対一対応を精査すると、それぞれのトランスデューサー群の出力を変更するのに、１つのコントローラー出力信号のみの変更が必要であるということがわかる。したがって、それぞれの制御マイクロホンにおける音場は、別個に制御可能なコントローラー出力のうちのいくつかのみ、通常３個以下、しばしば１個のみの変動にほぼ完全に依存する。さらに、図１を参照して、精査すると、１個又は２個の制御マイクロホンについての音場を主として決定するトランスデューサー群は、それよりも離れた制御マイクロホンに与える影響がほとんどないということがわかる。したがって、所与の制御マイクロホンについての音場を主として決定するトランスデューサー群に動作可能に結合したコントローラー出力は、それよりも離れた制御マイクロホンにおける音場に与える影響はほとんどない。限定としてではなく例として、図１及び図６を参照して、精査すると、制御マイクロホンＣ４における音場は、コントローラー出力７〜９に動作可能に結合したトランスデューサー群Ｔ７〜Ｔ９によって主として決定されるということがわかる。精査するとまた、トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ６及びＴ１０〜Ｔ１２、したがってコントローラー出力１〜６及び１０〜１２は、制御マイクロホンＣ４における音場に与える影響がほとんどないということもわかる。これは、制御マイクロホン間の空間内の各ポイントにおける予め指定した音場からの逸脱を招き得る。
【００２７】
本発明の一実施形態による図９を参照して、精査すると、それぞれの制御マイクロホンＣ１〜Ｃ１２における音場は依然として、最も近いトランスデューサー群によって主として決定されるということがわかる。しかし、図８もまた参照して、それぞれのトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２は、今度はカッコ内に示すコントローラー出力信号の組み合わせを受け取る。したがって、それぞれの制御マイクロホンにおける音場は、今度はコントローラー出力信号の組み合わせにおける変動によって主として決定される。さらに、それらの同じコントローラー出力における変動はまた、他の制御マイクロホン位置における音場も主として決定する。限定としてではなく例として、図９及び図８を参照して、制御マイクロホンＣ４の音場は、トランスデューサー群Ｔ７〜Ｔ９によって主として決定される。しかしトランスデューサー群Ｔ７〜Ｔ９の音響出力は、すべてのコントローラー出力１〜１２における変動によって決定される。同様に、Ｃ４からいくらか距離のある制御マイクロホンＣ６における音場は、トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ３によって主として決定され、トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ３もまた、まとまってコントローラー出力１〜１２における変動に応答し、その結果、制御マイクロホン間の空間内の各ポイントにおける予め指定した音場からの逸脱が低減する。
【００２８】
図９を参照して、限定としてではなく例として、図面を精査すると、それぞれのコントローラー出力における変動の影響が被試験ユニットのまわりで或る程度対称的に分配されるよう、コントローラー出力信号が組み合わされトランスデューサー群に分配されることがわかる。しかし、対称的な又は非対称的な、均一な又は非均一な、本発明の範囲内にある多くの異なる配列が可能であることは容易に明白である。一般に、被試験ユニットのまわりの音場のコヒーレンスと、それぞれのコントローラー出力の変動がそれぞれの制御マイクロホンにおける音場に与える影響の量との間の相関関係が証明されている。最大コヒーレンスは、すべてのコントローラー出力の変動がすべての制御マイクロホンにおける音場に同じ影響を与える場合に対応し、最小コヒーレンスは、それぞれのコントローラー出力の変動が主として１個の制御マイクロホンのみにおける音場に影響を与える場合に対応する。
【００２９】
より高度な均一性を有する、又は予め指定した音場により忠実に準拠する音場を実現するために、別個に制御可能なコントローラー出力信号の、すべて本発明の範囲内にあるさまざまな組み合わせを無限に作ることができることもまた容易に明白であろう。限定としてではなく例として、上記音場の仕様は、特定の試験に必要な音響強度勾配又は他の場の非対称性を含んでもよい。さらに、別個に制御可能なコントローラー出力信号は、単に単純に加算することによって組み合わせる必要はなく、すべて同じ割合で組み合わせる必要はない。限定としてではなく例として、別個に制御可能なコントローラー出力信号を、加算、減算、乗算、除算、相互相関、又は何らかの他の形の演算によって組み合わせられる他の別個に制御可能なコントローラー出力信号に対して、増幅、減衰、フィルタリング、遅延、他の方法で変更してもよい。トランスデューサーの配列は環状である必要はなく、特定のＵＵＴで試験の仕様を実現するのに好適ないかなる配列であってもよい。限定としてではなく例として、そのような配列は、球体、平面図で長方形、偏球のいかなる一部を含んでもよく、頭上に配置したトランスデューサーを含んでも含まなくてもよい。当業者には、本発明の範囲内にある多くの更なる変形を実施してもよいこともまた明白である。これらは、限定としてではなく例として、さまざまなタイプ又は数のトランスデューサー、さまざまな数の入力及び出力、トランスデューサーのアレイのさまざまなレイアウト、トランスデューサーのサブアレイの代替の構成及び前記出力への接続、制御又は監視の位置の選択、何らかの好適なタイプの多入力多出力制御システム又は論理、動作中用いるさまざまなタイプ若しくは組み合わせの信号、又は開示した多数の出力技術が直接音場音響試験システムに適用される何らかの他の環境を含んでもよい。
【００３０】
図６を参照して、’８７０出願によるトランスデューサー群へのコントローラー出力信号の割当てを示す。精査するとわかるように、別個に制御可能なコントローラー出力信号とトランスデューサー群とは一対一対応になっている。コントローラー出力信号１〜９は、おおむね１００Ｈｚよりも上の周波数を再生する中〜高周波数トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９に割り当てられている。コントローラー出力信号１０〜１２は、おおむね２０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数を再生する低周波数トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２に割り当てられている。図３を参照して、前述したように、’８７０出願に従ったＭＩＭＯ振動音響コントローラー１２のあり得る一実施形態の機能をおおまかに説明する簡略ブロック図を示す。’８７０出願において説明されているように、閉ループ動作中は、駆動信号１〜ｍが絶えず更新されて、予め指定した音場を維持する。しかし、図６のコントローラー出力信号１〜９は、おおむね１００Ｈｚより上の周波数を再生するトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９に割り当てられている。その結果、トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９について更新される駆動信号は、１００Ｈｚよりも下で定常的に上昇する信号レベルを含むかもしれない。図６のコントローラー出力信号１０〜１２は、おおむね２０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数を再生するトランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２に割り当てられている。その結果、トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２について更新される駆動信号は、２００Ｈｚよりも上で定常的に上昇する信号レベルを含むかもしれない。トランスデューサーの１群について意図する周波数帯域の外側の周波数で信号レベルが上昇すると、過度の電力消費、強い歪み、予め指定した音場の特性が実現できないということ、又はシステムの構成要素の故障を招く場合がある。 図９を参照して、おおむね１００Ｈｚよりも上の周波数を再生する、より高周波数のトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９を示し、おおむね２０Ｈｚから２００Ｈｚまでの周波数を再生する低周波数トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２を示す。それぞれの音響トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ１２を示し、その後にその群のトランスデューサーに向けられる別個に制御可能なコントローラー出力信号の組み合わせをカッコ内に入れて記す。図を精査するとわかるように、図７のそれぞれの別個に制御可能なコントローラー出力信号１５は、低周波数トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２のうちの少なくとも１個と、より高周波数のトランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９のうちの少なくとも１個とに分配され、それぞれの別個に制御可能なコントローラー出力信号における変動によって、予め指定した音場の音響周波数帯域全体をカバーする周波数をまとめて再生するトランスデューサー群の組み合わせの音響出力が変動するようになっている。したがって、それぞれの別個に制御可能なコントローラー出力信号によって制御されるトランスデューサー群についての更新された駆動信号は、意図する音響周波数帯域の外側の周波数成分を含まない。限定としてではなく例として、異なる音響周波数帯域をカバーする異なるトランスデューサー群の数は、２と８との間であってもよい。それぞれの別個に制御可能なコント��ーラー出力信号をトランスデューサーの群に割り当てて、それぞれの別個に制御可能なコントローラー出力信号における変動によって、予め指定した音場の音響周波数帯域全体をカバーする周波数をまとめて再生するトランスデューサー群の組み合わせの音響出力が変動するようにする、多くのそのような信号分配配列が可能であるということが、当業者には明白であろう。そのような配列はすべて、本発明の範囲内にある。
【００３１】
本明細書において、「異なる周波数帯域」という用語は、重なり合う周波数帯域を含んでもよい。例えば、限定としてではなく、トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９はおおむね１００Ｈｚより上の周波数を再生し、トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２は２０Ｈｚと２００Ｈｚとの間の周波数を再生することを上述した。したがって、トランスデューサー群Ｔ１〜Ｔ９は、たとえ周波数帯域が１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲内で重なり合っても、トランスデューサー群Ｔ１０〜Ｔ１２とは異なる周波数帯域を再生する。当業者には、より広い全体的な周波数帯域を再生するために音響トランスデューサーの別個の群によって再生される異なる周波数帯域は、通常、いくらか部分的な重なりを有することが明白であろう。そのような部分的に重なりあう周波数帯域もまた、本発明の範囲内である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図４】
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【図５】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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