(57)【要約】      （修正有）【課題】非常に低い周波数帯域に関する周波数掃引式、同調可能な共振地震源のすべてのパラメータを改善するために、二重共振広帯域地震源を提供する。【解決手段】第１のガス充填水中共振器と、第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填水中共振器と、第１の共振器および第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材とを含む音源が開示される。第１の共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、第２の共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調される。第１の共振周波数は、第２の共振周波数とは異なる。【選択図】図１
2017201302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス充填水中共振器と、
前記第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填水中共振器と、
前記第１の共振器および前記第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と、
を備え、
前記第１の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、前記第２の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、前記第１の共振周波数が、前記第２の共振周波数とは異なる、音源。
【請求項２】
前記第１の共振器が、弾性膜壁を含むバブル共振器を備える、請求項１に記載の音源。
【請求項３】
前記第１のバブル共振器を前記第１の共振周波数に同調させるために、前記弾性膜壁の少なくとも一部を覆う非弾性構造をさらに備える、請求項２に記載の音源。
【請求項４】
前記第１の共振周波数または前記第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内にある、請求項１に記載の音源。
【請求項５】
前記第１の共振周波数または前記第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５Ｈｚ未満である、請求項１に記載の音源。
【請求項６】
前記少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備える、請求項１に記載の音源。
【請求項７】
前記少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位、または、第２の回転モータに対する第１の回転モータの回転の位相に基づいて、前記音源によって放射される音の振幅を制御するように構成された、請求項６に記載の音源。
【請求項８】
前記少なくとも１つの励振部材が、回転送風機を備える、請求項１に記載の音源。
【請求項９】
高圧チャンバと、低圧チャンバとをさらに備え、前記高圧チャンバおよび前記低圧チャンバが、前記回転送風機を前記第２の共振器に流体的に結合する、請求項８に記載の音源。
【請求項１０】
第１の弁と、第２の弁と、弁コントローラとをさらに備え、前記弁コントローラが、前記第２の共振器を通るガスの流れを制御するために、前記第１の弁および前記第２の弁のうちの少なくとも１つを調整するように構成された、請求項９に記載の音源。
【請求項１１】
前記第１の弁が、前記高圧チャンバを通るガスの第１の流れを制御するように構成され、前記第２の弁が、前記低圧チャンバを通るガスの第２の流れを制御するように構成された、請求項１０に記載の音源。
【請求項１２】
前記第１の弁または前記第２の弁のうちの少なくとも１つを調整することが、空気圧パルス波形を独立して制御する、請求項１０に記載の音源。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備え、前記音源が、
前記少なくとも１つのモータを水から隔離し、前記少なくとも１つのピストンがモータ・チャンバ内で自由に移動することを可能にするように構成されたガス充填モータ・チャンバと、
前記モータ・チャンバと前記第２の共振器との間に画定された少なくとも１つの空気ダクトと、をさらに備え、
前記少なくとも１つの空気ダクトを通る容積速度が、前記少なくとも１つのピストンから前記第２の共振器内を移動する容積速度と同相になるように、前記少なくとも１つの空気ダクトが、前記少なくとも１つのピストンから前記モータ・チャンバ内を移動する容積速度の位相を１８０度反転させるように構成された、請求項１に記載の音源。
【請求項１４】
第１のガス充填共振器であって、バブル共振器を備える、第１のガス充填共振器と、
前記第１の共振器に接続された第２のガス充填共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填共振器と、
前記第１の共振器および前記第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と
を備える音源であって、
前記第１の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように、前記第１の共振器の少なくとも一部を取り囲む非弾性構造を介して恒久的に同調され、前記第２の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように構成され、前記第１の共振周波数が、前記第２の共振周波数とは異なる、音源。
【請求項１５】
前記第１の共振周波数または前記第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内にある、請求項１４に記載の音源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権
本出願は、その全開示が参照により本明細書に組み込まれている、２０１６年３月２５日に出願したＤＵＡＬ  ＲＥＳＯＮＡＮＴ  ＳＩＮＧＬＥ  ＡＰＥＲＴＵＲＥ  ＳＥＩＳＭＩＣ  ＳＯＵＲＣＥと題する米国仮特許出願第６２／３１３，３２６号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
低周波音響および地震音響プロジェクタは、海洋地震作業、水中海洋音響トモグラフィ、長距離音響航法および通信、ならびに、海洋石油およびガス産業における深底浸透地震プロファイリングに適用される。そのような地震源（ｓｅｉｓｍｉｃ  ｓｏｕｒｃｅ。（「人工震源」と呼んでもよい））は、北極氷下音響遠距離航法および通信、水中全地球測位システム（ＲＡＦＯＳ）、ならびに、長距離海洋音響トモグラフィおよび温度測定で使用され得る。低周波水中音源は、強力で効率的であるべきである。
【０００３】
低周波源は、爆発物（たとえば、ダイナマイト）であり得るか、または、単一のパルスを提供する空気銃、もしくは連続的な周波数掃引を提供するバイブロサイスなどの、より複雑な技術を使用することができる。空気銃、プラズマ（スパーカー）音源、およびブーマーなどの、地震用途のために使用されるいくつかの音響源は、送信機が短い時間期間中に大きい非コヒーレントな圧力パルスを放出する衝撃型のものである。海底の下にある石油およびガス鉱床の探査で使用されるものなどの、地震性空気銃調査は、大きい領域にわたって伝播し、雑音レベルを大幅に増加させる、大きく鋭い衝撃を発生させる。そのような信号は、周波数成分または再現性のいずれにおいても高度に制御可能ではない。海洋バイブロサイスなどのコヒーレントな音源は、はるかにより静かで、潜在的に海洋環境に対してより害が少なく、特定の探査活動において空気銃の代わりに使用されるべきである。
【０００４】
現在の連続波型発生源は、水中で低周波音波を発生させる際に、音響エネルギーを貯蔵し、インピーダンス・マッチングを改善するために、液圧式、空気式、圧電式、または磁歪式のドライバと、異なるタイプの共振システムとを利用する。単純な音響源の出力は、容積、速度、および周波数の二乗に比例し、妥当なレベルを達成するために大きい振動領域を必要とする。結果として、音源は、容認できないほど大きく、高価になり得る。
【０００５】
水中のガスで満たされたバルーン（またはバブル）の形態の地震源は、たとえば、その全開示が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第８，４４１，８９２号、第８，３３１，１９８号、および第８，６３４，２７６号において提案され、特許取得されている。共振バブル地震源は、単純で効率的な狭帯域プロジェクタである。バブル共振器とも呼ばれる共振バブル地震源は、浅水中で約４０に等しいＱファクタを有することができ、その周波数帯域は、狭いことがある。
【０００６】
地震探査用途は、大きい周波数帯域を要求することがあり、水中バブル源は、大きい周波数帯域にわたって機械的に同調され得る。大きい周波数帯域をカバーするために、たとえば、米国特許第８，６３４，２７６号において、同調可能なバブル共振器が特許されている。そのシステムでは、プロジェクタは、２つの内部共振器間の空気ダクトの長さを機械的に変化させることによって、その共振周波数を変化させる。コンピュータ制御の電子機械式アクチュエータは、２つの内部共振器間に空気を導く管に沿って円筒状スリーブを移動させ、掃引周波数信号の瞬時周波数においてプロジェクタを共振させたままにする。コンピュータは、線形周波数変調信号を合成し、送信信号と基準信号との間で位相を比較し、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）システムを使用して、バブル共振器周波数をドライバ周波数と共振させたままにする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この同調可能なバブル地震源は、２０Ｈｚよりも高い周波数ではかなりよく機能するが、より低い周波数では、乱流損失が、同調可能な空気ダクトおよび共振器全体に対して大きい寸法を要求する。５〜２０Ｈｚの周波数帯域を有する地震源の規模は、標準的な空気銃配備システムに関する最大限度（たとえば、４トン）よりも大きくなる。同時に、はるかにより低い周波数（たとえば、１Ｈｚまで）に対する大きな関心および要求がある。さらに、同調可能共振システム（たとえば、高Ｑ同調可能システム）は、多くの他の欠点を有することがある。たとえば、それらは、曳航深さ変動および水流変動に敏感すぎることがあり、それらは、それらの周波数掃引速度に制限を有することがあり、それらは，ゆっくりと変化する周波数を有する特定の波形のみを送信することができ、それらは、共振周波数を送信信号の瞬時周波数と等しく保つために、特別な共振周波数制御システムを必要とすることがあり、それらは、大きい開始／停止過渡時間を有することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
非常に低い周波数帯域に関する周波数掃引式、同調可能な共振地震源のすべてのパラメータを改善するために、二重共振広帯域地震源が本明細書で開示される。弾性材料から製造された加圧ガス充填水中バブルまたはバルーンの形態の共振器を有する低周波数深海地震源は、音響アクチュエータ技術におけるどのような既知の技術的解決策とも異なる。本開示の一態様では、電気リニア・モータまたは回転モータによって駆動される開口筒を有する対称空気ポンプによって、音圧が発せられ得る。電気モータ・ドライバは、コンピュータによって制御され得、デジタル合成された信号波形と同期され得る。様々な態様によれば、電気モータは、リニア・モータ、またはクランク・シャフト機構を有する従来の回転モータとすることができる。非常に高出力のために、高調波成分が重要でない場合、制御可能な比例弁を有するターボポンプが使用され得る。本開示の別の態様では、高効率を達成するために、電気リニア・モータもしくは回転モータで駆動される空気ポンプによって、または制御可能な通気孔を有する送風機（タービン）によって、音圧が発せられ得る。電気モータ、または送風機および通気孔は、コンピュータによって制御され得、デジタル合成された信号波形と同期され得る。
【０００９】
本開示の一態様によれば、音源は、周波数帯域のエッジにおける２つの異なる周波数に恒久的に同調された２つのバブル共振器を備え得る。そのような態様は、その全開示が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第９，３８３，４６３号に開示されているものと同様である。一態様では、振動は、共振器間のリニア・モータまたは回転モータによって駆動されるピストンによって励振され得る。さらに、共振器は、一般的な無線受信機で広く使用されているＲＦ結合ＬＣ発振器と同様の二重共振周波数応答を形成するために、水を介して結合され得る。様々な態様によれば、そのような水中地震源の容積寸法は、同調可能地震源の変形例の容積寸法よりも３〜４倍小さくすることができる。一態様では特定の地震源は、（空気銃置換の要件を満たす）３トンよりも軽く、大きい音圧レベルで５Ｈｚよりも低い周波数を放出し、同調可能共振システムよりも深さ（圧力）変化および水流変動に敏感ではなく、全範囲にわたって５秒よりも速い周波数掃引速度を有することができ、特別な共振周波数制御システムなしで動作することができ、同調可能共振システムに比べて非常に小さい開始／停止過渡時間を有する。別の態様では、特定の地震源は、（空気銃船配備システムのクレーン容量内で空気銃交換のための重量および寸法の要件を満たす）４０００ｋｇよりも軽く、２０Ｈｚよりも低い周波数を放出し、同調可能共振システムよりも深さ（圧力）変化および水流変動に敏感ではなく、同調可能共振システムよりも速い周波数掃引速度を有することができ、周波数−位相−振幅変調で任意の波形を伝送することができ、特別な共振周波数制御システムなしで動作することができ、同調可能共振システムに比べて小さい開始／停止過渡時間を有する。
【００１０】
しかしながら、２つのバブル共振器を備える地震音源は、いくつかの欠点を示すことがある。たとえば、二重バブル共振器のニアフィールドは、２つの音圧場間の複雑な干渉の結果である。結果として、発生源のファーフィールド圧力を予測するために使用可能な基準信号を見つけることが困難である可能性がある。別の例として、発生源のファーフィールドを繰り返す共振器内の圧力を見つけることが容易ではない。さらに別の例として、二重バブル共振器は、両方のバブル内の圧力を等しくするために、圧力補償システムを必要とすることがある。さらに別の例として、二重バブル構造は、曳航中に安定しないことがある（たとえば、システムの傾斜により、１つのバブルが上昇し始める場合、それは、膨張し、より速く上昇する可能性がある）。さらに別の例として、二重バブル共振器は、深さに敏感であることがある（たとえば、二重共振周波数応答は、異なる共振器内の圧力に異なって依存する）。さらに別の例では、二重バブル共振器は、超低周波帯域幅ではより効率的でないことがある（たとえば、周波数が両方の共振よりも低い場合、両方のバブルからの音は、差し引かれることがあり、消えていく音圧をもたらすことがある）。
【００１１】
２つのバブル共振器を有する二重共振地震源のパラメータを改善するために、本明細書では二重共振単一開口（単一バブル）広帯域地震源が開示される。様々な態様では、本開示の単一バブル地震源は、深さに対してより敏感でなくすることができ、予測可能なニアフィールドを有することができ、低周波数で出力を上昇させることができ、単純化された圧力補償システムを有することができ、曳航を安定させることができ、基準信号がファーフィールド予測のために使用され得る点を位置づけることができる。一態様では、単一バブル地震源は、送風機または二重ピストン・ドライバを備えてもよい。様々な態様では、地震源は、より低い周波数の共振に恒久的に同調されたバブル共振器と、高周波共振に同調された内部ヘルムホルツ共振器ミキサ（以下、ヘルムホルツ共振器）とを備え得る。一態様では、より低い周波数のバブル共振器は、水に曝された膜を有することができ、内部ヘルムホルツ共振器からの空気流によって励振されることになる。様々な実施形態では、バブル共振器内部の圧力は、ファーフィールドにおける放射音圧に比例することになる。様々な態様では、バブル共振器内部の圧力は、制御可能であるので、ファーフィールドにおける信号は、高品質を有することができる。様々な態様では、内部ヘルムホルツ共振器は、チャンバ混合器と、バブル共振器の中心への出力を有するパイプ・スロートとを備える。一態様では、ヘルムホルツ共振器のチャンバ混合器は、２つのピストンによって駆動される空気流を混合することができる。そのような態様では、チャンバ混合器は、シフトされた位相で回転する２つのピストンからの圧力を合計することができる。ピストン回転間の位相シフトは、チャンバ混合器内の結果信号の振幅を決定し得る。さらに、そのような態様では、チャンバ混合器から（たとえば、圧力センサから）２つのピストンに関連するモータ・ドライバへの負のフィードバックが、高周波数の高調波歪みを最小にすることができる。別の態様では、ヘルムホルツ共振器のチャンバ混合器は、２つの制御可能な通気孔を通る、送風機によって供給される空気流を混合することができる。そのような態様では、チャンバ混合器は、高圧アキュムレータ空洞に関連する通気孔およびより低圧のアキュムレータ空洞に関連する通気孔を通る空気流を合計することができる。そのような態様では、連続的に回転する送風機が、高圧アキュムレータ空洞とより低圧のアキュムレータ空洞との間に圧力差を生じさせることができる。制御可能な通気孔は、任意の波形の音圧を放射するために、電磁負荷スピーカと同様のボイス・コイルによって制御され得る。さらに、そのような態様では、チャンバ混合器内部の圧力センサからの負のフィードバックが、信号を、デジタル的に生成された入力信号に比例させることができる。
【００１２】
様々な態様では、本開示の共振バブル地震源は、浅い水中で１０を超えるＱファクタを有することができ、その周波数帯域は、狭くてもよい。
【００１３】
本開示の一態様は、第１のガス充填水中共振器と、第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填水中共振器と、第１の共振器および第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材とを備える音源を含む。そのような態様では、第１の共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、第２の共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調される。さらに、そのような態様では、第１の共振周波数は、第２の共振周波数とは異なる。
【００１４】
本開示の別の態様は、第１のガス充填共振器であって、バブル共振器を備える、第１のガス充填共振器と、第１の共振器に接続された第２のガス充填共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填共振器と、第１の共振器および第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材とを備える音源を含む。一態様では、少なくとも１つの励振部材は、第２の共振器を直接励振させ、次いで、第２の共振器と第１の共振器との間の空気ダクトを介して第１の共振器を励振させるように構成される。様々な態様では、第１の共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように、第１の共振器の少なくとも一部を取り囲む非弾性構造を介して恒久的に同調され、第２の共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように構成される。さらに、そのような実施形態では、第１の共振周波数は、第２の共振周波数とは異なる。
【００１５】
本明細書で開示される様々な態様の目標は、音源を、どのような既知のデバイスよりも小さく、安価で、信頼性が高く、強力にすることを含む。加えて、音源は、任意の波形送信に適していてもよく、現在のデバイスよりも低い製造コストを有し得る。本開示の二重共振単一開口（単一バブル）広帯域地震源は、その予測可能で制御可能なファーフィールド信号のため、より高い品質の信号を生成する（たとえば、ファーフィールド信号は、内部バブル圧力に比例することになり、それは、制御増幅器における負のフィードバックのため、非常に高い品質を有することになる）。単一バブル地震源は、より大きい出力でより低い周波数を放射し、深さ変動および水流変動により敏感ではなく、水中で安定しており、展開および曳航が容易であり、単純で信頼できる圧力補償システムを有し、低コストである。
【００１６】
本明細書に記載の態様の様々な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。しかしながら、構成および動作方法の両方に関する様々な態様は、以下の添付図面と合わせて以下の説明に従って理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００１８】
【図２Ａ】本開示の別の態様による二重共振広帯域地震源の図である。
【図２Ｂ】本開示の別の態様による二重共振広帯域地震源の図である。
【図２Ｃ】本開示の別の態様による二重共振広帯域地震源の図である。
【００１９】
【図３】本開示の別の態様による二重共振広帯域地震源の図である。
【００２０】
【図４】図１に示す２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の周波数応答のグラフィカルな図である。
【００２１】
【図５Ａ】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の音圧レベルのグラフである。
【００２２】
【図５Ｂ】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の有限要素解析を示す図である。
【図５Ｃ】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の有限要素解析を示す図である。
【図５Ｄ】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の有限要素解析を示す図である。
【００２３】
【図６】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震音源内部の圧力の依存性のグラフである。
【００２４】
【図７】本開示の別の態様による、２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震音源内部の圧力および水中の音源から３ｍの距離における音圧の依存性のグラフである。
【００２５】
【図８】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震音源の実世界のプール試験からのモータ電流のグラフである。
【００２６】
【図９】本開示の一態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００２７】
【図１０】本開示の別の態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００２８】
【図１１】本開示の別の態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００２９】
【図１２】本開示の別の態様による２つのバブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００３０】
【図１３】本開示の一態様による二重共振二制御弁地震源のための電気回路の回路図である。
【００３１】
【図１４】本開示の一態様による空気送風機ドライバを有する二重共振地震源のコンピュータ・シミュレートされた周波数応答のグラフである。
【００３２】
【図１５】本開示の一時態様による二重モータ・ドライバを有する単一バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００３３】
【図１６】本開示の別の態様によるターボ送風機ドライバを有する単一バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００３４】
【図１７】本開示の一態様による、制御される空気弁を有するヘルムホルツ共振器の有限要素計算流体力学（ＣＦＤ）解析を示す図である。
【００３５】
【図１８】本開示の一態様による二重共振単一開口変換器の等価電気回路を示す図である。
【００３６】
【図１９】本開示の一態様による単一バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の音圧レベルのグラフである。
【００３７】
【図２０】本開示の一態様による単一バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の共振器内の音圧の依存性のグラフである。
【００３８】
【図２１】３Ｄ有限要素解析シミュレーションに使用される二重共振単一開口地震源の３Ｄモデルを示す図である。
【００３９】
【図２２】図２１の３Ｄモデルの音圧レベル（ＳＰＬ）シミュレーションを示す図である。
【００４０】
【図２３】図２１の３ＤモデルのｄＢにおけるＳＰＬの２Ｄ分布のコンピュータ・シミュレーション結果を示す図である。
【００４１】
【図２４】図２１の３Ｄモデルの音圧レベルのグラフである。
【００４２】
【図２５Ａ】本開示の一態様による中パワー二重共振単一開口音源の実験設計を示す図である。
【図２５Ｂ】本開示の一態様による中パワー二重共振単一開口音源の実験設計を示す図である。
【００４３】
【図２６】図２５Ａ〜図２５Ｂの実験音源の一態様に関して測定された音圧レベル（ＳＰＬ）のグラフである。
【００４４】
【図２７】図２５Ａ〜図２５Ｂの実験音源の別の態様に関して測定された音圧レベル（ＳＰＬ）のグラフである。
【００４５】
【図２８】本開示の代替態様による、空気ダクトを備える、二重モータ・ドライバを有する単一バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源の図である。
【００４６】
【図２９】図２８に示す空気ダクトありおよびなしの単一バブル共振器を備える地震源内部の音圧レベルを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
５〜２０Ｈｚの周波数範囲を有する非常に低い周波数の音源に対する需要が高まっている。そのような音源の用途は、北極氷下音響遠距離航法および通信、深底浸透地震−音響プロファイリング、ならびに長距離海洋音響トモグラフィを含む。主に、そのような用途は、妥当なコストで高効率広帯域発生源を必要とする。ここで、バブル変換器は、１０〜２０％の高効率性能の可能性を有する。現代の技術は、バブル源による予備試験を修正することを可能にし、そのことは、はるかに効率的なエンジニアリング解を示唆している。
【００４８】
バブル振動の微分方程式が、知られている。
【数１】
2017201302.tif 000003
および、
【数２】
2017201302.tif 000004
【００４９】
ここで、
【数３】
2017201302.tif 000005
は、半径α、容積Ｖ０＝（４／３）πα３、圧力Ｐ０に基づいた球形バブルの共振周波数であり、γは、バブル内のガスの一定容積における比熱に対する一定圧力における比熱の比であり、ｋｒ＝ωｒ／ｃは、共振波数であり、Ｑ＝１／（ｋｒα）は、Ｑファクタである。
【００５０】
大きい周波数帯域をカバーするために、音源は、２つの内部共振器間の空気ダクトの長さを機械的に変化させることによって同調され得る（たとえば、上記で参照した米国特許第８，６３４，２７６号）。バブル地震源のそのような同調可能な変形例は、２０Ｈｚよりも高い周波数で動作することができるが、より低い周波数では、乱流摩擦損失が、同調可能な空気ダクトについて、および共振器全体について大きい寸法を要求する。周波数帯域５〜２０Ｈｚに関する発生源の容積は、１２立方メートル程度の大きさであり得る。そのような大きい同調可能共振源は、深さ変動および水流変動に対して敏感すぎることがあり、制限された周波数レートで特定の波形のみを送信することができる。共振周波数を信号の瞬時周波数に等しく保つために、特別なトラッキング・コントローラが必要とされるときもある。
【００５１】
二重バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源
本開示の一態様によれば、音源は、第１のガス充填水中共振器と、第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器と、第１のガス充填水中共振器および第２のガス充填水中共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材とを備える。第１のガス充填水中共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、第２のガス充填水中共振器は、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調される。第１の共振周波数は、第２の共振周波数とは異なる。一態様によれば、第１の共振周波数および第２の共振周波数のうちの少なくとも１つは、５〜２０Ｈｚの範囲内にある。別の態様では、第１の共振周波数と第２の共振周波数の両方は、５〜２０Ｈｚの範囲内にある。
【００５２】
本開示による二重共振広帯域地震源は、どのような既知のプロトタイプよりも小さく、安価で、信頼性が高く、強力な音源を提供することができる。加えて、本開示による二重共振広帯域地震源は、任意の波形伝送に適することができ、より低い製造コストを有することができる。本開示の一態様によれば、二重共振広帯域地震源は、周波数帯域のエッジにおける２つの異なる周波数に恒久的に同調された２つの／二重バブル共振器を備えることができる。振動は、ピストンによって励振されてもよく、ピストンは、二重共振器間のリニア・モータまたは回転モータによって駆動されてもよい。二重共振器は、水を介して結合されてもよく、無線受信機で広く使用されている結合ＬＣ発振器と同様に、二重共振周波数応答を有することができる。水中地震源の容積は、同調可能バブル地震源の容積よりも３〜４倍小さくすることができる。加えて、二重共振広帯域地震源は、５〜２０Ｈｚ帯域および／または５Ｈｚ未満の周波数に関する空気銃置換に必要な重さおよび寸法に対する制限を満たすことができる。様々な態様によれば、二重共振広帯域地震源は、同調可能バブル地震源よりも、深さ変動および水流変動に対して敏感ではなくすることができる。加えて、二重共振広帯域地震源の周波数掃引の速度は、同調可能バブル地震源よりも速くすることができ、二重共振広帯域地震源は、任意の周波数−位相−振幅変調で波形を送信することができる。さらに、本開示の様々な態様では、二重共振広帯域地震源は、特別な共振周波数制御システム（たとえば、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）コントローラ）を必要としなくてもよく、同調可能バブル地震源に比べて小さい開始／停止過渡時間を有することができる。
【００５３】
図１は、本開示の一態様による二重バブル共振器を備える二重共振広帯域地震音源１００の一態様を示す。図１に示すすべての寸法は、メートル単位である。図１では、音源１００は、第１のガス充填水中共振器１０１と、第１の共振器１０１に接続された第２のガス充填水中共振器１０３と、第１のガス充填水中共振器１０１および第２のガス充填水中共振器１０３を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材１０５とを備える。共振器を満たすガスは、二重共振広帯域地震音源１００が展開される環境において適切に機能する任意のガスであってよい。たとえば、ガスは、適宜任意の組合せとともに、通常の空気、酸素、窒素、二酸化炭素などであってもよい。
【００５４】
様々な態様によれば、第１および第２の共振器１０１、１０３は、水中バブル円筒形共振器であってもよい。共振器１０１、１０３の各々は、内圧下の非弾性端部および弾性円筒壁を備えてもよい。図１に示すように、共振器１０１、１０３は、各々、金属エンドキャップ１１１、１１７を有する膜１１３、１１５を備えてもよい。金属エンドキャップ１１１、１１７は、アルミニウムを含んでもよい。共振器１０１、１０３の形状は、円筒形として示され、説明されているが、共振器１０１、１０３は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。加えて、第１の共振器および／または第２の共振器は、バブル円筒形共振器を備えることができる。様々な態様によれば、第１の共振器１０１は、励振部材１０５による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよく、第２の共振器１０３は、励振部材１０５による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。第１の共振周波数は、第２の共振周波数とは異なってもよい。
【００５５】
励振部材１０５は、第１の共振器１０１の内部チャンバの容積を変化させること、および第２の共振器１０３の内部チャンバの容積を変化させることによって、第１の共振器１０１と、第２の共振器１０３とを励振させるように構成されてもよい。加えて、励振部材１０５は、第１の共振器１０１と、第２のガス充填共振器とを順次励振させるように構成されてもよい。別の態様では、励振部材１０５は、第１の共振器１０１の内部チャンバと第２の共振器１０３の内部チャンバとの間を互いに反対方向に移動するように構成されてもよい。様々な態様によれば、励振部材１０５は、少なくとも１つのピストンと、少なくとも１つのモータとを備えてもよく、少なくとも１つのピストンは、少なくとも１つのモータによって駆動される。加えて、少なくとも１つのモータは、第１の共振器１０１と第２の共振器１０３との間に配置されてもよい。励振部材は、第１の共振器１０１の内部チャンバの容積および／または第２の共振器１０３の内部チャンバの容積を変化させることによって、第１の共振器１０１および／または第２の共振器１０３を励振させるように構成されてもよい。
【００５６】
加えて、少なくとも１つのモータは、回転モータおよび／またはリニア・モータを備えることができ、励振部材１０５は、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位に基づいて、および／または少なくとも２つの回転モータ（たとえば、図１１）の回転位相の差に基づいて、音源１００によって放射される音の振幅を制御するように構成されてもよい。別の態様では、励振部材１０５は、回生回転送風機と、２つのガス蓄積タンクとを備えてもよく、２つのガス蓄積タンクは、弁が、可動ピストン（たとえば、図１２）の効果と同様に、両方の共振器における圧力パルスとガス排気とを作成するために開閉するように構成されるように、タンクと第１の共振器１０１との間の２つの弁と、タンクと第２の共振器１０３との間の２つの弁とに接続される。追加の態様によれば、励振部材１０５は、上記で論じたモータおよび弁の任意のまたはすべての態様を、単独でおよび／または組み合わせて備えることができる。
【００５７】
図１に示すように、２つの共振器１０１、１０３は、内圧下の固体材料端部および弾性膜円筒壁を備える。一実施形態では、共振器の端部は、たとえば、アルミニウムなどの金属製であってもよい。共振器１０１、１０３は、中央に可動ピストンとしての励振部材１０５を有する壁１０７によって分離されているように示されている。ピストンは、第１の共振器１０１および／または第２の共振器１０３のうちの少なくとも１つを励振させるために、壁１０７の開口部を通って移動するように構成されてもよい。壁１０７は、共振器１０１、１０３間の接続部であってもよい。各共振器１０１、１０３の共振周波数は、それぞれ、５Ｈｚおよび１０Ｈｚとして示されている。様々な態様によれば、各共振器の共振周波数ｆｒは、５〜１０Ｈｚの範囲内であってもよく、内部容積Ｖ０に対する膜の表面積Ｓ０の比の平方根に比例してもよい。
【数４】
2017201302.tif 000006
【００５８】
共振器１０１、１０３の所望の共振周波数を得るために、たとえば、管の形状の非弾性構造／デバイスが、第１の共振器１０１および／または第２の共振器１０３のうちの一方の少なくとも一部を取り囲んでもよい。図１を参照すると、共振器１０１の共振周波数を共振器１０３よりも低くするために、共振器１０１の膜部分またはバブルは、たとえばアルミニウムからなり得る金属シリンダ１０９によって部分的に覆われてもよい。圧力が変化したときであっても、共振器１０１、１０３の周波数間の比が一定のままであり得る点に留意することが重要である。図１に示すように、共振器１０１、１０３を分離する壁１０７は、その中に可動ピストン１０５を有する孔を有する。図１では、励振部材１０５は、壁１０７の中央に位置するが、他の態様では、励振部材１０５は、中央からずれて配置されてもよい。ピストン１０５は、共振器１０３内の容積が増加するとき、共振器１０１内の容積が減少するように、共振器１０１、１０３内の容積を逆に変化させるように動作する。代替の態様では、励振部材１０５は、可動ピストンの効果と同様に共振器１０１、１０３内部に圧力インパルスとガス排気とを同期して発生させるために、回生回転ターボ圧縮機と、２つのガス蓄積タンクと、４つの電気制御される比例弁とを備えることができる。
【００５９】
図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の別の態様による二重バブル共振器を備える二重共振広帯域地震音源２００を示す。音源２００は、ゴム膜２２７を有する高周波バブル共振器２０１と、高周波バブル共振器２０１のための管状ホール２０９と、モータ部ハウジング２０６と、励振部材２１３を含むモータ部へのアクセスのためのエンドキャップ２０５と、低周波数共振器２０３のための管状ホール２０７とを備え、低周波バブル共振器２０３は、ゴム膜２２７を有する。積載または曳航接続部２１１は、二重共振広帯域地震音源２００上の適切な位置に設けられてもよい。加えて、各管状ホール２０９、２０７は、金属、複合炭素繊維またはガラス繊維、ガラス、セラミックなどの、アルミニウムまたは他の剛性材料を、それらの組合せとともに含んでもよい。
【００６０】
各共振器２０１、２０３は、エンドキャップ２２３を支持するロッド２２５を備えてもよく、エンドキャップ２２３では、ロッド２２５は、ゴム膜２２７によって覆われる。励振部材２１３は、電気モータ２１５と、フライホイール２１７と、クランク・シャフト２１９と、チャンバ２２９内を移動するピストン２２１とを備える。さらに、ロッド２２５およびエンドキャップ２２３は、鋼、アルミニウム、または必要な場合に十分な剛性を提供する任意の材料などの金属を含んでもよい。図２Ｃを参照すると、二重共振広帯域地震音源２００は、直径０．５６ｍ、長さ４ｍの寸法と、１２３２ｋｇの重さとを有する。
【００６１】
図３は、本開示の別の態様による二重バブル共振器を備える二重共振広帯域地震音源３００の外観図を提供する。図示のように、二重共振広帯域地震音源３００は、第１の低周波数共振器３０１と、第２の高周波数共振器３０２と、モータ部３０３と、ケージまたはフレーム３０４とを備える。第１の共振器３０１および第２の共振器３０２の各々は、エンドキャップ３０５と、各共振器３０１、３０２の外面上にある膜３０６とを有する。エンドキャップ３０５は、二重共振広帯域地震音源３００が制御されるやり方で水中を曳航されることを可能にするために、フィンまたは他の構造を含んでもよい。フレーム３０４はまた、少なくとも１つの積載または曳航接続部３０７を備えてもよい。フレーム３０４は、音源３００全体を取り囲むように構成されてもよく、使用中、適切な曳航を可能にし、また、音源３００を衝撃から保護するように寸法が決められ、構成される。
【００６２】
図４は、図１の二重共振広帯域地震音源１００の物理的原理のグラフィカルな図を提供する。図４のベクトル図４０１では、ピストン１０５の動作は、互いに１８０度回転された２つの垂直ベクトル４０３および４０５を参照することによって示されている。共振器１０１からの容積速度は、４０３であり、上を向いており、共振器１０３からの容積速度は、４０５であり、下を向いている。
【００６３】
図１に戻って参照すると、周波数が低から高に変化している場合、下部低周波数共振器１０１は、開始時に支配的であり、上部高周波数共振器１０３は、終了時により大きい音を出すことになる。図４のベクトル図４０４に示すように、伝送の途中では、両方の共振器１０１、１０３は、大部分同調して振動することになる。実際に、音源の振動の周波数がその共振周波数よりも高い場合、音圧の位相は、−９０度または反時計回りにシフトし、低周波数の第１の共振器１０１内の圧力に関してベクトル４０７によって示されるように右を指すことになる。音源の振動の周波数がその共振周波数よりも低い場合、位相は、＋９０度になり、高周波数共振器１０３に関するベクトル４０９に見られるように時計回りに回転することになる。結果として、両方の共振器における周波数範囲の中央の音圧は、概して同じ位相を有することになる。したがって、共振器１０１、１０３が周波数範囲の中央にある場合、それらは、同相で振動し、効率的に音を放射することになる。
【００６４】
二重共振地震源物理のＣＯＭＳＯＬ有限要素解析の確認は、図１の音源１００に関して図５Ａ〜図５Ｄに示されている。
【００６５】
図５Ａは、５〜１０Ｈｚの周波数帯域を有する音源５００（たとえば、図１の音源１００）の周波数応答のグラフ５０２である。グラフ５０２は、それぞれ、共振器５０１、５０３の共振周波数に対応する２つの最大値５０９、５１３を示す。極小値５１１も示されている。
【００６６】
図５Ｂは、図５Ａに示す最大値５０９に対応する周波数（たとえば、約６Ｈｚ）において音源５００の共振器５０１、５０３の表面に及ぼされる総音響圧力場の図５０４である。図５Ｂに示すように、低周波数共振器５０１は、高周波数共振器５０３よりも大きい圧力を経験し、圧力は、約１．５×１０４Ｐａである。
【００６７】
図５Ｃは、図５Ａに示す最小値５１１に対応する２つの共振器間の周波数（たとえば、約６．５Ｈｚ）において音源５００の共振器５０１、５０３の表面に及ぼされる総音響圧力場の図５０６である。図５Ｃに示すように、高周波数共振器５０３における音圧は、低周波数共振器５０１内の音圧と同じ位相を経験し（両方とも明るいグレーで示す）、圧力は、約５×１０３Ｐａである。両方の共振器５０１、５０３は、同相で放射している。
【００６８】
図５Ｄは、図５Ａに示す最大値５１３に対応する音源５００の共振器５０１、５０３の表面に及ぼされる総音響圧力場の図５０８である。図５Ｄに示すように、高周波数共振器５０３は、低周波数共振器５０１よりも大きい圧力を経験し、圧力は、約１．０×１０５Ｐａである。
【００６９】
図６は、音源６００（たとえば、図２Ｃの音源２００）の実験的周波数応答のグラフ６００である。大きい共振器２０１内の音源圧力レベル（ＳＰＬ）は１８２ｄＢの最大値を有していた。図６を参照すると、音源６００の共振周波数は、約５Ｈｚおよび１０Ｈｚであり、周波数応答は、５〜２０Ｈｚの全帯域をカバーする。その帯域幅は、海底地質調査で使用される周波数帯域の下部または空気銃に非常に適している。
【００７０】
図７および図８は、本開示による別の二重共振広帯域地震音源の実世界のプール試験からの周波数応答のグラフ結果である。図２Ｃの音源２００の共振器２０１、２０３の共振周波数を変化させるために、ゴム膜部は、交換された。結果として、共振は、より近くなり、音源圧力レベルは、上昇した。図７を参照すると、グラフ７００は、共振器２０３内の圧力に関するヘルツでの周波数に対するデシベルでの音圧レベル（ＳＰＬ）（たとえば、プロット７０１）と、発生源から３メートル離れたハイドロフォンによって測定された圧力（たとえば、プロット７０２）とを示す。
【００７１】
図７にプロット７０１および７０２によって示すように、共振周波数は、約７．５Ｈｚおよび８．７Ｈｚである。プロット７０１は、ＳＰＬが図６中のグラフ６００と比較して（たとえば、約１８２ｄＢの最大値から約１９８ｄＢの最大値に）増加したことを示す。さらに、周波数帯域は、図６中のグラフ６００と比較して（たとえば、約５〜２０Ｈｚをカバーすることから７〜１０Ｈｚをカバーすることに）減少した。
【００７２】
図８を参照すると、周波数に対するＤＣブラシレスモータのコイルを流れる平均電流が示されている。電流は、周波数が０から１４Ｈｚまでゆっくりと変化しているときの実際のチャープ信号について測定された。電流は、図７に示す音源のＳＰＬに従い、これは、電気−音響変換の高い効率を実証する。
【００７３】
図９〜図１２は、本開示の様々な態様による二重共振広帯域地震音源の音響ドライバとも呼ばれる励振部材を示す。図９の点から見て、音響ドライバ９００は、互いに反対方向に移動するピストン９０５を備えてもよい。音響ドライバ９００は、対称的な形状を有してもよい。ピストン９０５は、回転モータ９０６に基づいて第１の低周波数共振器９０１と第２の高周波数共振器９０３との間を移動するように構成される。ピストン９０５は、互いに反対方向に音源９００の壁内の別個の開口部を通って移動することができる。様々な態様によれば、ピストン９０５は、単一のモータまたは２つ以上のモータに接続されてもよく、適切であるように同相または異なる相で移動することができる。互いに反対方向に移動するピストン９０５を有する音響ドライバ９００は、全体として発生源の無駄な振動を回避し、音源９００をより効率的にすることができるように構成され得る。第１および第２の共振器９０１、９０３は、本明細書に記載の他の共振器と同じまたは同様であってもよい。
【００７４】
図１０の点から見て、音響ドライバ１０００は、互いに反対方向に駆動する２つのリニア電気モータ１００５を備えてもよい。音響ドライバ１０００は、対称的な形状を有してもよい。２つのリニア電気モータ１００５は、第１の低周波数共振器１００１と第２の高周波数共振器１００３との間を移動するように構成される。様々な態様によれば、２つのリニア電気モータ１００５は、適切であるように同相または異なる相で移動することができる。リニア・モータ１００５は、リニア・モータ１００５のストローク変位を変化させることによって、音の振幅を制御することができる。第１および第２の共振器１００１、１００３は、本明細書に記載の他の共振器と同じまたは同様であってもよい。
【００７５】
図１１の点から見て、音響ドライバ１１００は、互いに反対方向に移動するピストンの２つのセット１１０５、１１０７を備えてもよい。音響ドライバ１１００は、シフトされた回転位相を有する２つの回転モータを有する対称的な形状を有してもよい。別の態様では、ピストン１１０５、１１０７は、非対称的な形状を有してもよい。ピストン１１０５、１１０７は、それぞれ、回転モータ１１０６、１１０８に基づいて、第１の低周波数共振器１１０１と第２の高周波数共振器１１０３との間を移動するように構成される。ピストン１１０５は、互いに反対方向に音源１１００の壁内の別個の開口部を通って移動することができ、同様に、ピストン１１０７は、互いに反対方向に音源１１００の壁内の別個の開口部のさらに別のセットを通って移動することができる。さらに、第１および第２の共振器１１０１、１１０３は、本明細書に記載の他の共振器と同じまたは同様であってもよい。様々な態様によれば、ピストン１１０５、１１０７は、単一のモータまたは２つ以上のモータに接続されてもよく、適切であるように同相または異なる相で移動することができる。
【００７６】
一実施形態では、２つの回転ドライバ１１０６、１１０８は、音源の振幅が以下の式に従って相対的な回転位相をシフトさせることによって調整されるように、並列に動作するように構成されてもよい。
【数５】
2017201302.tif 000007
【００７７】
図１２の点から見て、音響空気ドライバ１２００は、回生送風機１２０５と、低圧ガス蓄積タンク１２０６と、高圧ガス蓄積タンク１２０７と、比例スリーブ弁の２つの対１２０８、１２０９とを備えてもよい。回生送風機は、タンク１２０６へ低圧入力部１２１０が取り付けられ、タンク１２０７へその高圧出力部１２１１が取り付けられる。制御弁１２０８、１２０９は、共振器１２０１、１２０３とガス・タンク１２０６、１２０７との間のガスのための開放経路を提供する。共振器１２０１は、弁の対１２０８によって、低圧タンク１２０６および高圧タンク１２０７に接続される。共振器１２０３は、弁の別の対１２０９によって、低圧タンク１２０６および高圧タンク１２０７に接続される。図１２に示す比例スリーブ弁１２０８、１２０９は、ボイス・コイルまたは小電力リニア・モータなどのリニア・アクチュエータ１２１２によって駆動される。各リニア・アクチュエータ１２１２は、それぞれ、１つの軸１２１４に取り付けられる２つのスライド・スリーブ１２１３を移動させることができる。
【００７８】
１つの代替的な態様によれば、回転モータまたは回転ボイス・コイルなどの回転アクチュエータによって駆動されるバタフライ弁、または任意の他のタイプの比例ガス弁が使用されてもよい。図１２に戻って参照すると、各対１２０８、１２０９における弁は、各々、逆の方法で１つのアクチュエータ１２１２によって制御される。高圧タンク１２０７に接続されたとき、弁１２０９は、開いており、ガスは、共振器１２０３に流入し、低圧弁１２０８は、閉じている。発生された圧力パルスは、共振器内を移動するピストンからの上昇圧力と同等になる。低圧タンク１２０６に接続されたとき、弁１２０８は、開いており、ガスは、共振器１２０１から排出され、対からの高圧弁１２０９は、閉じており、圧力は、共振器外に移動し、その容積を拡張するピストンと同様に変化している。弁の各対１２０８、１２０９は、可動ピストンからの圧力と同様の共振器１２０１、１２０３内の変化する圧力を発生させるように構成される。
【００７９】
空気ドライバは、ピストンを有する電気モータと同様に動作してもよいが、そのような技術的解決策は、多くの利点を有することができる。電気モータによって駆動される回転回生送風機は、ピストン・システムよりも信頼性が高いことを示すことができ、何年もメンテナンスなしで連続して動作することができる。したがって、構築するのがより容易で安価であり得、同時に、修復するのもより容易であり得る。様々な態様によれば、ピストン・エンジンに対するターボ・ジェットと同様に、電気モータ・ドライバよりも高い電力効率および信頼性を提供することができる。
【００８０】
送風機システムはまた、非常によくバランスがとれているので、構造の振動をより少なくすることができる。弁およびダクト内の空気の摩擦は、ピストン・システムの摩擦よりも少なくすることができ、したがって、より高い効率を提供することができる。弁（たとえば、１２０８、１２０９）を制御する低電力リニア・アクチュエータ（たとえば、１２１２）は、ピストンを直接動かし、より高い周波数のため、および任意の信号波形生成のために潜在的に適しているアクチュエータよりも小さく、より高速であり得る。リニア・モータとしてのボイス・コイルが通常のオーディオ増幅器に接続されたとき、送風機システム音源は、水中スピーカとして動作することができる。送風機システムの弁対（たとえば、１２０８、１２０９）はまた、両方の共振器内の音圧を大きい周波数帯域において同相で発振させるために、信号における位相シフトの制御と独立して制御されてもよい。そのような構成を使用することは、３つ以上の共振器の組合せを潜在的に可能にすることができ、動作可能な周波数帯域を拡大することができる。
【００８１】
図１２および図１３において参照される送風機−サイレン・アクチュエータを有する地震源の動的モデルに関する非線形微分方程式は、以下の通りである。
【数６】
2017201302.tif 000008
【００８２】
ここで、ｐは、バブル内の可変圧力であり、ｖ１，２は、制御弁１、２における容積速度であり、ｖｗは、水中の音の振動容積速度であり、Ｐａは、膜表面に対する音響圧力であり、γは、一定容積における比熱に対する一定圧力における比熱の比であり、Ｐ（Ｈ）は、深さＨにおける静止バブル圧力であり、Ｖは、バブルの容積であり、ｐｍは、膜における圧力降下であり、Ｓは、膜の面積であり、ρは、水の密度であり、Ｃは、水の音速であり、
【数７】
2017201302.tif 000009
ここで、Δｄｌ／ｌは、伸張であり、Δは、ゴム・ベルトの幅であり、Ｎは、ニュートンにおける力であり、ａは、バブルの半径であり、Ｕは、送風機の静圧であり、Ａ１，２は、通気孔の断面積であり、αは、通気孔設計に固有の経験的係数であり、ρａは、空気の密度であり、ｌ１，２は、弁の可変長である。
【００８３】
図１３は、式（１）〜式（５）と等価の電気回路図１３００を示す。ここで、Ｕは、ガス蓄積タンク内の圧力に等しい電圧であり、ｐは、バブル内圧に等しい電圧であり、ｐ−ｐｍは、外部バブル（放射）圧力に等しい電圧であり、ここで、ｖ１，２は、制御される比例弁を通るガス・タンクからのガス流の容積速度に等しい電流であり、ＲＶ１，２は、式（４）によって管理される電流で比例制御される弁と等価の抵抗であり、ｖｉｎ＝ｖ１−ｖ２は、バブル内で変化する結果として生じる容積速度に等しい電流であり、ｖｗは、バブル容積速度の振動分率に等しい電流であり、
【数８】
2017201302.tif 000010
は、バブル容積速度の放射分率に等しい電流であり、Ｃは、バブルの圧縮可能性と等価のキャパシタ、
【数９】
2017201302.tif 000011
であり、Ｌは、バブルに付着した振動水塊慣性と等価のインダクタ、
【数１０】
2017201302.tif 000012
であり、Ｃｍは、膜の弾性と等価のキャパシタ、
【数１１】
2017201302.tif 000013
であり、Ｒは、放射抵抗器、
【数１２】
2017201302.tif 000014
である。
【００８４】
図１４は、図１２の二重共振広帯域地震音源に関するシミュレーション結果を含むグラフ１４００を示す。シミュレーションは、異なるパラメータを有する各バブルについて微分方程式（１）〜（５）を使用して実行されている。グラフは、バブルの外面に対する圧力Ｐａ＝ｐ−ｐｍを示す。グラフ１４００は、５〜２０Ｈｚの周波数範囲をカバーするそのドライバの能力を示す。
【００８５】
単一開口共振器を備える二重共振広帯域地震源
本開示の代替態様では、二重共振広帯域地震源は、単一バブル共振器と、少なくとも１つの異なるタイプの共振器とを備えてもよい。本開示の一態様において、図１５は、二重モータ・ドライバを有する単一開口共振器（たとえば、単一のバブル）を備える二重共振広帯域地震源１５００を示す。地震源１５００は、ガス充填ヘルムホルツ共振器１５０４に接続された単一ガス充填水中バブル共振器１５０２と、ガス充填ヘルムホルツ共振器１５０４および単一ガス充填バブル共振器１５０２を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材１５０６とを備える。共振器１５０２、１５０４を満たすガスは、単一開口地震源１５００が展開される環境において適切に機能する任意のガスであってよい。たとえば、ガスは、通常の空気、酸素、窒素、二酸化炭素など、または適宜それらの任意の組合せであってもよい。
【００８６】
様々な態様によれば、単一バブル共振器１５０２は、内圧下の、非弾性端部と、弾性円筒壁とを備える水中バブル円筒形共振器であってもよい。共振器１５０２の非弾性端部は、たとえば、アルミニウムなどの固体材料／金属製であってもよい。図１５に戻って参照すると、バブル共振器１５０２は、弾性膜１５０８と、金属エンドキャップ１５１０とを備えてもよい。金属エンドキャップ１５１０は、アルミニウムを含んでもよい。バブル共振器１５０２の形状は、円筒形として示され、説明されているが、バブル共振器１５０２は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。本開示の様々な態様によれば、バブル共振器１５０２は、励振部材１５０６による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。ヘルムホルツ共振器１５０４は、所定の容積を取り囲む構造１５１２を備える。本開示の一態様では、ヘルムホルツ共振器１５０４は、円筒形ヘルムホルツ共振器である。ヘルムホルツ共振器１５０４の形状は、円筒形として示され、説明されているが、ヘルムホルツ共振器１５０４は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。ヘルムホルツ共振器１５０４の構造１５１２は、ヘルムホルツ共振器１５０４の一方の端部（たとえば、その遠位端部）において開口部１５２４を画定する円筒形スロート／ネック１５１４と、ヘルムホルツ共振器１５０４の他方の端部（たとえば、その近位端部）において少なくとも１つの開口部１５１６、１５１７を画定する少なくとも１つのシリンダ１５２２、１５２３とを備えてもよい。本開示の一態様では、ヘルムホルツ共振器１５０４は、その近位端部において１つの開口部を画定する１つのシリンダのみを備えてもよい（たとえば、図２１）。ヘルムホルツ共振器１５０４の円筒形スロート１５１４は、バブル共振器１５０２の近位部内に遠位に延びてもよい。別の態様では、円筒形スロート１５１４は、バブル共振器１５０２の中央部分内に遠位に延びてもよい。一態様では、ヘルムホルツ共振器１５０４の構造は、アルミニウムを含んでもよい。本開示の様々な態様によれば、ヘルムホルツ共振器１５０４は、励振部材１５０６による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。バブル共振器１５０２の第１の共振周波数は、ヘルムホルツ共振器１５０４の第２の共振器と異なってもよい。本開示の一態様では、バブル共振器１５０２は、所望の周波数帯域の下端に同調されてもよく、ヘルムホルツ共振器１５０４は、所望の周波数帯域の上端に同調されてもよい。様々な態様によれば、第１および第２の共振周波数は、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内あってもよい。バブル共振器１５０２の所望の共振周波数を得るために、たとえば、管／管状ホールの形状における非弾性構造／デバイスが、バブル共振器１５０２の少なくとも一部を取り囲んでもよい。たとえば、バブル共振器１５０２の弾性膜１５０８は、固体／剛性シリンダ（たとえば、図２Ａの２０７、２０９参照）によって部分的に覆われてもよい。様々な態様では、固体剛性シリンダは、金属（たとえば、アルミニウム）、複合炭素繊維もしくはガラス繊維、ガラス、セラミックなど、またはそれらの組合せを含んでもよい。
【００８７】
本開示の一態様では、単一開口地震源１５００の励振部材１５０６は、ヘルムホルツ共振器１５０４およびバブル共振器１５０２を励振させるように構成されてもよい。図１５を参照すると、バブル共振器１５０２は、ヘルムホルツ共振器１５０４のスロート１５１４を通るガスを脈動させることによって励振されてもよい。そのような態様では、励振部材１５０６は、少なくとも１つのモータ１５２０、１５２１によって駆動される少なくとも１つのピストン１５１８、１５１９を備えてもよい。本開示の一態様では、励振部材１５０６は、１つのモータによって駆動される１つのピストンのみを備えてもよい（たとえば、図２１）。様々な態様では、少なくとも１つのモータ１５２０、１５２１は、回転モータおよび／またはリニア・モータを備えてもよい。そのような態様では、励振部材１５０６は、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位に基づいて、および／または少なくとも１つの回転モータの回転位相の差に基づいて、地震源１５００によって放射される音の振幅を制御するように構成されてもよい。図１５に戻って参照すると、本開示の一態様では、円筒形ヘルムホルツ共振器１５０４は、２つの開口部１５１６、１５１７を画定する２つの近位シリンダ１５２２、１５２３を備える。そのような態様では、各近位シリンダ１５２２、１５２３は、各ピストン１５１８、１５１９をそのそれぞれの開口部１５１６、１５１７内で往復運動させるように回転モータ１５２０、１５２１によって駆動されるピストン１５１８、１５１９を備える。本開示の一態様では、２つの回転モータ１５２０、１５２１は、同じ回転速度で回転するが、位相がシフトされる。様々な態様では、ピストン１５１８、１５１９は、円筒形スロート１５１４を通るガスの安定した振動流を生成するために、ヘルムホルツ共振器１５０４の空洞１５２６内の容積および圧力を変化させるように構成される。ここで、空洞１５２６内の圧力の振幅は、以下の式に従って、ピストン１５１８、１５１９の回転における位相シフトに基づく。
【数１３】
2017201302.tif 000015
そのような態様では、円筒形スロート１５１４を通るガスの流れは、バブル共振器１５０２内に音を発し、バブル共振器１５０２の弾性膜１５０８は、周囲の水に音波を放射する。
【００８８】
図１５に戻って参照すると、単一開口地震源１５００は、バブル共振器１５０２内に配置された内部センサ１５２８（たとえば、圧力センサ）と、モータ・コントローラ１５３０とをさらに備えてもよい。そのような態様では、モータ・コントローラ１５３０は、内部センサ１５２８からの信号を（たとえば、ワイヤード／ワイヤレスで）受信し、内部センサ信号を（たとえば、ハイドロフォンからの）基準信号１５３２と比較し、最小平均二乗誤差で基準信号１５３２を繰り返すように、基準信号１５３２に従って内部センサ１５２８の信号と一致するように振幅と回転速度とを修正するように構成されてもよい。そのようなシステムは、放射される信号の振幅と周波数とを制御することができるが、任意の波形をサポートすることはできない。必要に応じて、任意の波形は、本明細書に記載の回生送風機を利用して送られてもよい。
【００８９】
本開示の別の代替態様では、図１６は、ターボ送風機ドライバを有する単一バブル共振器（たとえば、単一開口）を備える二重共振広帯域地震源１６００を示す。地震源１６００は、ガス充填ヘルムホルツ共振器１６０４に接続された単一ガス充填水中バブル共振器１６０２と、ガス充填ヘルムホルツ共振器１６０４および単一ガス充填バブル共振器１６０２を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材１６０６とを備える。共振器１６０２、１６０４を満たすガスは、単一開口地震源１６００が展開される環境において適切に機能する任意のガスであってよい。たとえば、ガスは、通常の空気、酸素、窒素、二酸化炭素など、または適宜それらの任意の組合せであってもよい。
【００９０】
様々な態様によれば、単一バブル共振器１６０２は、内圧下の非弾性端部および弾性円筒壁を備える水中バブル円筒形共振器であってもよい。共振器１６０２の非弾性端部は、たとえば、アルミニウムなどの固体材料／金属製であってもよい。図１６に戻って参照すると、バブル共振器１６０２は、弾性膜１６０８と、金属エンドキャップ１６１０とを備えてもよい。金属エンドキャップ１６１０は、アルミニウムを含んでもよい。共振器１６０２の形状は、円筒形として示され、説明されているが、共振器１６０２は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。本開示の様々な態様によれば、バブル共振器１６０２は、励振部材１６０６による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。ヘルムホルツ共振器１６０４は、所定の容積を取り囲む構造１６１２を備える。本開示の一態様では、ヘルムホルツ共振器１６０４は、円筒形ヘルムホルツ共振器である。ヘルムホルツ共振器１６０４の形状は、円筒形として示され、説明されているが、ヘルムホルツ共振器１６０４は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。ヘルムホルツ共振器１６０４の構造１６１２は、ヘルムホルツ共振器１６０４の一方の端部（たとえば、その遠位端部）において開口部１６２４を画定する円筒形スロート／ネック１６１４と、ヘルムホルツ共振器１６０４の他方の端部（たとえば、その近位端部）において少なくとも１つの開口部１６１６、１６１７を画定する少なくとも１つのシリンダ１６２２、１６２３とを備えてもよい。ヘルムホルツ共振器１６０４の円筒形スロート１６１４は、バブル共振器１６０２の近位部内に遠位に延びてもよい。別の態様では、円筒形スロート１６１４は、バブル共振器１６０２の中央部分内に遠位に延びてもよい。一態様では、ヘルムホルツ共振器１６０４の構造は、アルミニウムを含んでもよい。本開示の様々な態様によれば、ヘルムホルツ共振器１６０４は、励振部材１６０６による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。バブル共振器１６０２の第１の共振周波数は、ヘルムホルツ共振器１６０４の第２の共振器と異なってもよい。本開示の一態様では、バブル共振器１６０２は、所望の周波数帯域の下端に同調されてもよく、ヘルムホルツ共振器１６０４は、所望の周波数帯域の上端に同調されてもよい。様々な態様によれば、第１および第２の共振周波数は、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内あってもよい。バブル共振器１６０２の所望の共振周波数を得るために、たとえば、管／管状ホールの形状における非弾性構造／デバイスが、バブル共振器１６０２の少なくとも一部を取り囲んでもよい。たとえば、バブル共振器１６０２の弾性膜１６０８は、固体／剛性シリンダ（たとえば、図２Ａの２０７、２０９参照）によって部分的に覆われてもよい。様々な態様では、固体剛性シリンダは、金属（たとえば、アルミニウム）、複合炭素繊維もしくはガラス繊維、ガラス、セラミックなど、またはそれらの組合せを含んでもよい。
【００９１】
本開示の一態様では、単一開口地震源１６００の励振部材１６０６は、ヘルムホルツ共振器１６０４およびバブル共振器１６０２を励振させるように構成されてもよい。図１６を参照すると、バブル共振器１６０２は、ヘルムホルツ共振器１６０４のスロート１６１４を通るガスを脈動させることによって励振されてもよい。そのような態様では、励振部材１６０６は、地震源１６００の近位端部に配置された回生回転送風機１６２０（たとえば、回生回転ターボ圧縮機）を備えてもよい。図１６では、本開示の一態様では、円筒形ヘルムホルツ共振器１６０４は、２つの近位シリンダ１６２２、１６２３を備える。そのような態様では、第１の近位シリンダ１６２２は、開口部１６１６を画定し、第１の電気的に制御可能な比例弁／通気孔１６１８を備えてもよく、第２の近位シリンダ１６２３は、開口部１６１７を画定し、第２の電気的に制御可能な比例弁／通気孔１６１９を備えてもよい。様々な態様では、第１の比例弁／通気孔１６１８および／または第２の比例弁／通気孔１６１９は、異なるタイプの弁［たとえば、バタフライ弁、可動スリーブ弁、正圧チャンバ・アキュムレータおよび負圧チャンバ・アキュムレータ１６３４／１６３８への経路を定期的に開く（たとえば、モータによって回転させる）サイレン・ディスクなど］で代用されてもよい。さらに、そのような態様では、正圧チャンバ１６３４は、回転送風機１６２０の高圧側１６３６を、ヘルムホルツ共振器１６０４の第１の近位シリンダ１６２２に流体的に結合してもよく、負圧チャンバ１６３８は、回転送風機１６２０の低圧側１６４０を、ヘルムホルツ共振器１６０４の第２の近位シリンダ１６２３に流体的に結合してもよい。正圧チャンバ１６３４内の圧力および負圧チャンバ１６３８内の圧力は、連続的に回転する回転送風機１６２０によって支持される。一態様では、回転送風機は、電気回転モータによって回転させる。回転送風機１６２０の機能は、正圧チャンバ１６３４および負圧チャンバ１６３８において一定の圧力差を保つことである。本開示の代替態様では、回転送風機１６２０は、空気流の必要な出力および圧力に応じて異なる設計（たとえば、回転ローブ、サイド・チャネル、遠心送風機、回転スクリュー圧縮器など）を有してもよい。たとえば、高出力が必要な場合、２つの回転送風機（たとえば、正圧のための１つの回転送風機および負圧のための別の回転送風機）が使用されてもよい。
【００９２】
再び図１６を参照すると、単一開口地震源１６００は、バブル共振器１６０２内に配置された内部センサ１６２８（たとえば、圧力センサ）と、弁／通気孔コントローラ１６３０とをさらに備えてもよい。本開示の一態様では、弁／通気孔コントローラ１６３０は、いくつかのオペアンプを備えてもよい。図１６に関して、初期開ループ・オペアンプ１６４２は、その非反転入力（Ｖ＋）において受信した（たとえば、ハイドロフォンからの）基準信号１６３２を、その反転入力（Ｖ−）において内部センサ１６２８から（たとえば、ワイヤード／ワイヤレスで）受信した信号と一致させるために使用されてもよい。初期オペアンプ１６４２の出力は、次いで、第１の電気的に制御可能な弁／通気孔１６１８を調整する（たとえば、開くおよび／または閉じる）ために第１の開ループ・オペアンプ１６４４の反転入力（Ｖ−）に供給してもよく、第２の電気的に制御可能な弁／通気孔１６１９を調整する（たとえば、開くおよび／または閉じる）ために第２の開ループ・オペアンプ１６４６の非反転入力（Ｖ＋）に供給してもよい。本開示の様々な態様では、第１または第２の電気的に制御可能な弁／通気孔１６１８、１６１９のうちの少なくとも１つは、ヘルムホルツ共振器１６０４のスロート１６１４を通るガスの流れを調整／制御するために使用されてもよい。様々な態様では、第１および第２の電気的に制御可能な弁／通気孔１６１８、１６１９は、円筒形スロート１６１４を通るガスの安定した振動流を生成するために、ヘルムホルツ共振器１６０４の空洞１６２６内の容積および圧力を変化させるように構成される。そのような態様では、円筒形スロート１６１４を通るガスの流れは、バブル共振器１６０２内に音を発し、バブル共振器１６０２の弾性膜１６０８は、周囲の水に音波を放射する。
【００９３】
本発明の代替態様では、単一開口地震源１６００は、内部センサ１６２８（たとえば、圧力センサ）と、弁／通気孔コントローラ１６３０とをさらに備えてもよい。そのような態様では、弁／通気孔コントローラ１６３０は、内部センサ１６２８からの信号を（たとえば、ワイヤード／ワイヤレスで）受信し、内部センサ信号を（たとえば、ハイドロフォンからの）基準信号１６３２と比較し、最小平均二乗誤差で、内部センサ１６２８の信号を基準信号１６３２と一致させるように第１および第２の電気的に制御可能な弁／通気孔１６１８、１６１９を調整／制御するように構成されてもよい。
【００９４】
様々な態様では、回転送風機１６２０を備える図１６の地震源１６００は、任意の波形を伝送するように動作可能である。たとえば、第１および第２の電気的に制御可能な弁／通気孔１６１８、１６１９は、音圧の任意の波形を発するように、（たとえば、スピーカのような）電磁ボイス・コイルと同様に、ボイス・コイルによって制御されてもよい。
【００９５】
図１７は、本開示の一態様による、制御される空気弁１６１８、１６１９を有するヘルムホルツ共振器１６０４の有限要素計算流体力学（ＣＦＤ）解析を示す。図は、ヘルムホルツ空洞１６２６を通ってヘルムホルツ・スロートに向かう、電気的に制御可能な弁１６１８、１６１９を通る例示的な空気流を描いている。図１７を参照すると、図は、回転送風機１６３６の高圧側から、正圧チャンバ１６３４を通って、電気的に制御可能な弁１６１８を通って、ヘルムホルツ空洞１６２６を通って、ヘルムホルツ・スロート１６１４に向かう空気流、ならびに、ヘルムホルツ空洞１６２６から、電気的に制御可能な弁１６１９を通って、負圧チャンバ１６３８を通って、回転送風機１６４０の低圧側への空気流を描いている。
【００９６】
電気回路モデル
音響構造の標準的な電気回路モデルは、音圧Ｐの電圧Ｕとの等価性と、容積速度Ｖの電流Ｉとの等価性とを示唆する。その場合、媒体のコンプライアンスは、容量Ｃを有する電気キャパシタに対応し、水塊の慣性は、インダクタンスＬを有する電気インダクタに対応する。
【００９７】
球対称の水振動に関するニュートンの法則は、式
【数１４】
2017201302.tif 000016
を与え、ここで、ｖは、粒子水の速度であり、Ｐ（ｔ）は、音圧であり、ｒは、球対称の中心からの半径であり、ρは、水の密度であり、ｔは、時間である。
【００９８】
球対称圧力は、概観の波形、
【数１５】
2017201302.tif 000017
を有し、ここで、ｆ（ｔ）は、任意の波であり、ｃは、音速である。
【００９９】
これらの２つの一般式から、球対称波の一般的な形式、
【数１６】
2017201302.tif 000018
を得ることができる。
【０１００】
放射抵抗器ＲＢおよび付着した水のインダクタンスＬＢの値は、最後の積分方程式、
【数１７】
2017201302.tif 000019
に従い、ここで、ＡＢは、バブル表面積であり、ａは、バブル半径である。
【０１０１】
バブルのコンプライアンス（容量）は、
【数１８】
2017201302.tif 000020
のガス圧縮性形態を有し、ここで、γ≒１．４は、バブル内のガスに関する一定容積における比熱に対する一定圧力における比熱の比であり、ＰＢは、バブル内の圧力であり、ＶＢは、バブル容積である。
【０１０２】
最後に、伝達関数の式、
【数１９】
2017201302.tif 000021
を得、ここで、
【数２０】
2017201302.tif 000022
は、ヘルムホルツ空洞のコンプライアンス（容量）、またはガス圧縮率であり、
【数２１】
2017201302.tif 000023
は、面積ＡＨおよび長さＬＨを有するヘルムホルツ・スロート内の空気の慣性のインダクタンスであり、ρａは、空気密度である。
【０１０３】
図１８は、本開示の一態様による二重共振単一開口変換器の等価電気回路を示す。
【０１０４】
第１のバブル共振器の周波数は、
【数２２】
2017201302.tif 000024
である。その共振では、２つの容積は、両方ともシステムのコンプライアンスを決定する。
【０１０５】
第２のヘルムホルツ共振器の周波数は、
【数２３】
2017201302.tif 000025
である、その共振では、ヘルムホルツ・スロート内の空気は、２つの弾発する容積間で振動するので、２つのキャパシタは、直列に動作している。これらの周波数は、周波数帯域の端（たとえば、６Ｈｚおよび１８Ｈｚ）に同調される。特に、ドライバからのスペクトルは、２回フィルタリングされ、最初にヘルムホルツ共振器で、次いで、バブル共振器でフィルタリングされる。
【０１０６】
図２０は、本開示の一態様による、単一バブル共振器を備える二重共振広帯域地震源内部の音圧の依存性を示す。図２０を参照すると、単一開口地震源の共振周波数２００２、２００４は、約１２．５Ｈｚおよび約１６Ｈｚであり、２００ｄＢを超える音圧レベルを発生させる。単一開口地震源の周波数応答は、１０〜２０Ｈｚの周波数帯域をカバーする。
【０１０７】
ランプド（ｌａｍｐｅｄ）要素音響シミュレーションに基づく理論は、主な共振、周波数応答、および音圧レベルを予測することができる。図１９は、二重共振単一開口地震源のＭａｔｌａｂシミュレーションの結果を示す。シミュレーションのパラメータは、バブル容積２．３５６２ｍ３、開口９．４２５ｍ２、ヘルムホルツ空洞容積０．７８５４ｍ３、ヘルムホルツ管長１．５ｍ、ヘルムホルツ管直径０．２５４ｍ、および水深１０ｍを含む。図１９を参照すると、単一開口地震源の共振周波数１９０２、１９０４は、約６Ｈｚおよび約１８Ｈｚであり、それぞれ、約２３５ｄＢおよび約２４０ｄＢの音圧レベルを発生させる。単一開口地震源の周波数応答は、５〜２０Ｈｚの周波数帯域をカバーする。
【０１０８】
その計算は、完全な３Ｄシミュレーションが必要なより良い予測を得るためにきわめて近似する。完全な３Ｄ有限要素解析シミュレーションおよび軸対称２Ｄシミュレーションの結果を、以下図２１〜図２６に示す。
【０１０９】
図２１は、３Ｄ有限要素解析シミュレーションに使用される二重共振単一開口地震源の３Ｄモデルを示す。シミュレーションのパラメータは、単一ピストン音響ドライバ、音源シリンダ直径１ｍ、長さ４．５ｍ、ゴムで覆われたシリンダ部分の長さ２．５ｍを含む。
【０１１０】
図２２は、図２１の３Ｄモデルの音圧レベル（ＳＰＬ）シミュレーションを示す。音は、その球の外側に伝播する音を吸収するために、完全一致レベル（ＰＭＬ）で囲まれた球の内部でシミュレートされた。
【０１１１】
図２３は、図２１の３ＤモデルのｄＢにおけるＳＰＬの２Ｄ分布のコンピュータ・シミュレーション結果を示す。
【０１１２】
図２４は、３Ｄ有限要素解析の結果を示す。図２４は、図２１の３Ｄモデルの音圧レベルのグラフである。図２４を参照すると、単一開口地震源の共振周波数２４０２、２４０４は、約５Ｈｚおよび約１７Ｈｚであり、２００ｄＢよりも高い音圧レベルを発生させる。単一開口地震源の周波数応答は、４〜１８Ｈｚの周波数帯域をカバーする。図２４を参照すると、シミュレーションは、（たとえば、２つのピーク間の共振から外れた）最小音圧レベルと、共振周波数の周波数とを予測する。しかしながら、共振における高い音圧レベル（たとえば、それぞれ、約２４０ｄＢおよび約２４８ｄＢ）には、実際には達しない可能性がある。たとえば、そのようなレベルには、システム内の損失のために現実的に達しない可能性がある（たとえば、シミュレーションは、そのような損失を反映しない可能性がある）。シミュレーションは、ピーク間で４０リットルの音響ドライバの容積速度で完了した。様々な態様では、より低いレベルが使用され得る。
【０１１３】
図２５Ａ〜図２５Ｂは、本開示の一態様による中パワー二重共振単一開口音源２５００の実験設計を示す。図２５Ａ〜図２５Ｂを参照すると、音源２５００は、共振部２５０２（たとえば、単一バブル共振器）と、ヘルムホルツ共振器部２５０４とを備えてもよい。図示の態様では、音源２５００は、電気モータ２５１０（たとえば、１５ｋＷ回転モータ）によって駆動される単一ピストン組立体２５０８をさらに備えてもよい。音源２５００は、バラスト・ウェイト２５０６と、（たとえば、モータ２５１０にアクセスするための）アクセス・カバー２５１２とをさらに備えてもよい。一態様では、ゴム・シリンダの直径は、約０．５６ｍであり、音源の長さは、約３ｍである。そのような態様では、ピストン・ドライバは、７リットルと１０リットルの両方の空気のピーク間の変位をサポートすることができる。図２５Ａ〜図２５Ｂの実験設計は、約２０ｍの水深で３および６ｍの深さにおけるウッズホール海洋学研究所のドックで試験されている。
【０１１４】
図２６は、ピーク間（ｐｐ）で７リットルの内部ピストン・ドライバ変位を有する６ｍの深さにおけるウッズホール海洋学研究所のドックにおいて実験的に測定された音圧レベル（ＳＰＬ）のグラフである。太い線は、１ｍに再計算された１μＰａに関するｄＢにおける外部のＳＰＬである。細い線は、１μＰａに関するｄＢにおける内部のＳＰＬである。特に、ピークにおいて高い圧力レベルは存在しなかった。さらに、生成された平坦な応答は、一般に達成することが困難である。図２６を参照すると、ＳＰＬの変動は、９〜２１Ｈｚの周波数帯域にわたって約３〜４ｄＢである。
【０１１５】
図２７は、ピーク間（ｐｐ）で１０リットルの内部ピストン・ドライバ変位を有する６ｍの深さにおけるウッズホール海洋学研究所のドックにおいて実験的に測定された音圧レベル（ＳＰＬ）のグラフである。周波数帯域にわたるそのパラメータの安定性を実証するために、１つのグラフ内に一連の５つの周波数掃引伝送が示されている。太い曲線は、１ｍに再計算された１μＰａに関するｄＢにおける外部のＳＰＬである。細い曲線は、１μＰａに関するｄＢにおける内部のＳＰＬである。再び、ピークにおいて高い圧力レベルは存在せず、生成された平坦な応答は、一般に達成することが困難である。図２７を参照すると、ＳＰＬは、１８３．５ｄＢよりも高く、周波数帯域（たとえば、９〜１７．５Ｈｚ）にわたって約４ｄＢの変動性を有する。
【０１１６】
本開示の代替態様では、図２８は、二重モータ・ドライバを有する単一開口共振器（たとえば、単一バブル）を備える二重共振広帯域地震源２８００を示す。地震源２８００は、ガス充填ヘルムホルツ共振器２８０４に接続された単一ガス充填水中バブル共振器２８０２と、ガス充填ヘルムホルツ共振器２８０４および単一ガス充填バブル共振器２８０２を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材２８０６とを備える。共振器２８０２、２８０４を満たすガスは、単一開口地震源２８００が展開される環境において適切に機能する任意のガスであってよい。たとえば、ガスは、通常の空気、酸素、窒素、二酸化炭素など、または適宜それらの任意の組合せであってもよい。
【０１１７】
様々な態様によれば、単一バブル共振器２８０２は、内圧下の非弾性端部および弾性円筒壁を備える水中バブル円筒形共振器であってもよい。共振器２８０２の非弾性端部は、たとえば、アルミニウムなどの固体材料／金属製であってもよい。図２８に戻って参照すると、バブル共振器２８０２は、弾性膜２８０８と、金属エンドキャップ２８１０とを備えてもよい。金属エンドキャップ２８１０は、アルミニウムを含んでもよい。共振器２８０２の形状は、円筒形として示され、説明されているが、共振器２８０２は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。本開示の様々な態様によれば、バブル共振器２８０２は、励振部材２８０６による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。ヘルムホルツ共振器２８０４は、所定の容積を取り囲む構造２８１２を備える。本開示の一態様では、ヘルムホルツ共振器２８０４は、円筒形ヘルムホルツ共振器である。ヘルムホルツ共振器２８０４の形状は、円筒形として示され、説明されているが、ヘルムホルツ共振器２８０４は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。ヘルムホルツ共振器２８０４の構造２８１２は、ヘルムホルツ共振器２８０４の一方の端部（たとえば、その遠位端部）において開口部２８２４を画定する円筒形スロート／ネック２８１４と、ヘルムホルツ共振器２８０４の他方の端部（たとえば、その近位端部）において少なくとも１つの開口部２８１６、２８１７を画定する少なくとも１つのシリンダ２８２２、２８２３とを備えてもよい。本開示の一態様では、ヘルムホルツ共振器２８０４は、その近位端部において１つの開口部を画定する１つのシリンダのみを備えてもよい。ヘルムホルツ共振器２８０４の円筒形スロート２８１４は、バブル共振器２８０２の近位部内に遠位に延びてもよい。別の態様では、円筒形スロート２８１４は、バブル共振器２８０２の中央部分内に遠位に延びてもよい。一態様では、ヘルムホルツ共振器２８０４の構造は、アルミニウムを含んでもよい。本開示の様々な態様によれば、ヘルムホルツ共振器２８０４は、励振部材２８０６による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調されてもよい。バブル共振器２８０２の第１の共振周波数は、ヘルムホルツ共振器２８０４の第２の共振器と異なってもよい。本開示の一態様では、バブル共振器２８０２は、所望の周波数帯域の下端に同調されてもよく、ヘルムホルツ共振器２８０４は、所望の周波数帯域の上端に同調されてもよい。様々な態様によれば、第１および第２の共振周波数は、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内あってもよい。バブル共振器２８０２の所望の共振周波数を得るために、たとえば、管／管状ホールの形状における非弾性構造／デバイスが、バブル共振器２８０２の少なくとも一部を取り囲んでもよい。たとえば、バブル共振器２８０２の弾性膜２８０８は、固体／剛性シリンダ（たとえば、図２Ａの２０７、２０９参照）によって部分的に覆われてもよい。様々な態様では、固体剛性シリンダは、金属（たとえば、アルミニウム）、複合炭素繊維もしくはガラス繊維、ガラス、セラミックなど、またはそれらの組合せを含んでもよい。
【０１１８】
本開示の一態様では、単一開口地震源２８００の励振部材２８０６は、ヘルムホルツ共振器２８０４およびバブル共振器２８０２を励振させるように構成されてもよい。図２８を参照すると、バブル共振器２８０２は、ヘルムホルツ共振器２８０４のスロート２８１４を通るガスを脈動させることによって励振されてもよい。そのような態様では、励振部材２８０６は、少なくとも１つのモータ２８２０、２８２１によって駆動される少なくとも１つのピストン２８１８、２８１９を備えてもよい。本開示の一態様では、励振部材２８０６は、１つのモータによって駆動される１つのピストンのみを備えてもよい（たとえば、図２１）。様々な態様では、少なくとも１つのモータ２８２０、２８２１は、回転モータおよび／またはリニア・モータを備えてもよい。そのような態様では、励振部材２８０６は、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位に基づいて、および／または少なくとも１つの回転モータの回転位相の差に基づいて、地震源２８００によって放射される音の振幅を制御するように構成されてもよい。図２８に戻って参照すると、本開示の一態様では、円筒形ヘルムホルツ共振器２８０４は、２つの開口部２８１６、２８１７を画定する２つの近位シリンダ２８２２、２８２３を備える。そのような態様では、各近位シリンダ２８２２、２８２３は、各ピストン２８１８、２８１９をそのそれぞれの開口部２８１６、２８１７内で往復運動させるように回転モータ２８２０、２８２１によって駆動されるピストン２８１８、２８１９を備える。本開示の一態様では、２つの回転モータ２８２０、２８２１は、同じ回転速度で回転するが、位相がシフトされる。様々な態様では、ピストン２８１８、２８１９は、円筒形スロート２８１４を通るガスの安定した振動流を生成するために、ヘルムホルツ共振器２８０４の空洞２８２６内の容積および圧力を変化させるように構成される。ここで、空洞２８２６内の圧力の振幅は、以下の式に従って、ピストン２８１８、２８１９の回転における位相シフトに基づく。
【数２４】
2017201302.tif 000026
そのような態様では、円筒形スロート２８１４を通るガスの流れは、バブル共振器２８０２内に音を発し、バブル共振器２８０２の弾性膜２８０８は、周囲の水に音波を放射する。
【０１１９】
図２８に戻って参照すると、単一開口地震源２８００は、バブル共振器２８０２内に配置された内部センサ２８２８（たとえば、圧力センサ）と、モータ・コントローラ２８３０とをさらに備えてもよい。そのような態様では、モータ・コントローラ２８３０は、内部センサ２８２８からの信号を（たとえば、ワイヤード／ワイヤレスで）受信し、内部センサ信号を（たとえば、ハイドロフォンからの）基準信号２８３２と比較し、最小平均二乗誤差で基準信号２８３２を繰り返すように、基準信号２８３２に従って内部センサ２８２８の信号と一致するように振幅と回転速度とを修正するように構成されてもよい。そのようなシステムは、放射される信号の振幅と周波数とを制御することができるが、任意の波形をサポートすることはできない。必要に応じて、任意の波形は、本明細書に記載の回生送風機を利用して送られてもよい。
【０１２０】
再び図２８を参照すると、単一開口地震源２８００は、モータ・チャンバ２８３６とヘルムホルツ共振器２８０４の空洞２８２６との間に配置された少なくとも１つの共振空気ダクト２８３４を備えてもよい。本開示の一態様では、少なくとも１つの空気ダクト２８３４の形状は、円筒形として示され、説明されている。しかしながら、様々な態様において、少なくとも１つの空気ダクト２８３４は、適宜大きさを決定され、構成されてもよく、したがって、全体またはその一部は、たとえば、管状形状、方形または矩形形状、球状形状などを含むことができる。本開示の様々な形状では、空気ダクト２８３４は、モータ・チャンバ２８３６内で移動するピストン２８１８、２８１９からの空気速度の位相を１８０度反転させ、ピストン２８１８、２８１９からの容積速度と同相でヘルムホルツ共振器２８０４内の空気を移動させる。この位相反転器は、音響サブウーファで使用されるものと同様である。モータ・チャンバの容積Ｖと、内圧Ｐと、面積Ｓおよび長さＬを有する空気ダクトとを有するヘルムホルツ共振器２８０４の共振周波数は、
【数２５】
2017201302.tif 000027
に等しく、ここで、ρは、空気の密度であり、γ＝１．４は、断熱指数である。共振周波数が音源２８００の周波数よりも小さい場合、空気ダクト２８３４の出力における容積速度は、ピストン２８１８、２８１９からの容積速度と同相になり、バブル共振器２８０２内の音圧レベルを上昇させることになる。空気ダクト２８３４なしおよび空気ダクト２８３４ありのバブル共振器２８０２内の音圧レベルの比較は、図２９に示されている。
【０１２１】
図２９を参照すると、太い曲線は、モータ・チャンバ２８３６とヘルムホルツ共振器の空洞２８２６との間に画定された空気ダクト２８３４を有する音源２８００内の内部音圧レベルを示す。実験パラメータは、２ｍの深さと、２．５インチの空気ダクトＩＤと、長さ３０インチと、ゴム硬度７０と、厚さ１／８インチと、ピーク間（ｐｐ）７リットルのドライバ容積変位とを含む。細い曲線は、モータ・チャンバ２８３６とヘルムホルツ共振器の空洞２８２６との間に画定された空気ダクト２８３４なしの音源２８００内の内部音圧レベルを示す。実験パラメータは、３ｍの深さと、空気ダクトなしと、ゴム硬度７０と、厚さ１／８インチと、ピーク間（ｐｐ）７リットルのドライバ容積変位とを含む。そのような態様では、空気ダクト２８３４を追加することは、音圧レベルを約２ｄＢ増加させる。
【０１２２】
本明細書を通した「様々な実施形態」、「いくつかの実施形態」、「一実施形態」、「１つの態様」、「一態様」などへの参照は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、明細書全体の場所における「様々な実施形態では」、「いくつかの実施形態では」、「１つの実施形態では」、または「一実施形態では」などの語句の出現は、必ずしもすべて同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の態様において任意の適切な方法で組み合わされてもよい。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わされてもよい。したがって、１つの実施形態に関連して図示または説明した特定の特徴、構成、または特性は、限定なしに、１つまたは複数の他の実施形態の特徴、構造、または特性と、全部または一部を組み合わされてもよい。そのような変更および変形は、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【０１２３】
様々な詳細を上記の説明において述べてきたが、本開示の様々な態様は、これらの特定の詳細なしに実施されてもよいことが理解されよう。たとえば、簡潔さおよび明瞭さのために、選択された態様は、詳細にではなく、ブロック図で示されている。本明細書で提供する詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータ・メモリに記憶されたデータに作用する命令の観点から提示されていることがある。そのような説明および表現は、それらの作業の要旨を当業者に説明し、伝えるために、当業者によって使用される。
【０１２４】
特に記載のない限り、上記の考察から明らかなように、上記の説明を通して、「処理する」または「演算する」または「計算する」または「決定する」または「表示する」などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理（電子的）量として表されるデータを操作し、コンピュータ・システム・メモリ、またはレジスタ、または他のそのような情報記憶、送信、もしくは表示デバイス内の物理量として同様に表される他のデータに変換するコンピュータ・システム、または類似の電子演算デバイスの動作およびプロセスを指すことが理解される。
【０１２５】
様々な実施形態が本明細書で説明されているが、これらの実施形態に対する多くの修正態様、変形態様、置換態様、変更態様、および等価態様が実施されてもよく、当業者に思い浮かぶであろう。また、特定の成分について材料が開示されている場合、他の材料が使用されてもよい。したがって、上記の説明および添付の特許請求の範囲は、開示された実施形態の範囲内に入るすべてのそのような修正形態および変形形態をカバーすることが意図されることが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲は、すべてのそのような修正形態および変形形態をカバーすることが意図される。
【０１２６】
本明細書に記載の実施形態のいくつかまたはすべては、概して様々な態様のための技術を含んでもよく、または、本明細書に記載の技術に従って構成されてもよい。一般的な意味で、当業者は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せによって個別におよび／または集合的に実施され得る本明細書に記載の様々な態様が、様々なタイプの「電気回路」からなるものと見なし得ることを認識するであろう。したがって、本明細書で使用される「電気回路」は、限定はしないが、少なくとも１つの個別電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータ・プログラムによって構成される汎用コンピューティング・デバイス（たとえば、本明細書に記載のプロセスおよび／もしくはデバイスを少なくとも部分的に実行するコンピュータ・プログラムによって構成される汎用コンピュータ、または、本明細書に記載のプロセスおよび／もしくはデバイスを少なくとも部分的に実行するコンピュータ・プログラムによって構成されるマイクロプロセッサ）を形成する電気回路、メモリデバイス（たとえば、ランダム・アクセス・メモリの形態）を形成する電気回路、および／または通信デバイス（たとえば、モデム、通信スイッチ、もしくは光電機器）を形成する電気回路を含む。当業者は、本明細書に記載の主題が、アナログ形式もしくはデジタル形式、またはそれらの何らかの組合せで実施され得ることを認識するであろう。
【０１２７】
前述の詳細な説明は、ブロック図、フローチャート、および／または例の使用によって、デバイスおよび／またはプロセスの様々な実施形態を述べている。そのようなブロック図、フローチャート、および／または例が１つまたは複数の機能および／または動作を含む限り、そのようなブロック図、フローチャート、および／または例内の各機能および／または動作が、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または実質的にそれらの任意の組合せによって個別におよび／または集合的に実施され得ることが、当業者によって理解されるであろう。一実施形態では、本明細書に記載の主題のいくつかの部分は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、または他の集積フォーマットによって実装されてもよい。しかしながら、当業者は、本明細書で開示した実施形態のいくつかの態様が、全体または一部において、１つまたは複数のコンピュータ上で実行される１つもしくは複数のコンピュータ・プログラムとして（たとえば、１つもしくは複数のコンピュータ・システム上で実行される１つもしくは複数のプログラムとして）、１つもしくは複数のプロセッサ上で実行される１つもしくは複数のプログラムとして（たとえば、１つもしくは複数のマイクロプロセッサ上で実行される１つもしくは複数のプログラムとして）、ファームウェアとして、または実質的にそれらの任意の組合せとして、集積回路内に等価に実装されてもよく、回路を設計すること、ならびに／または、ソフトウェアおよび／もしくはファームウェアのためのコードを書くことが、本開示に照らして当業者の技術範囲内に良好に入ることを認識するであろう。加えて、当業者は、本明細書に記載の主題の機構が、様々な形態のプログラム製品として配布されてもよく、本明細書に記載の主題の例示的な実施形態が、実際に配布を行うために使用される信号担持媒体の特定のタイプにかかわらず適用されることを認識するであろう。信号担持媒体の例は、限定はしないが、以下、すなわち、フロッピー・ディスク、ハード・ディスク・ドライブ、コンパクト・ディスク（ＣＤ）、デジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）、デジタル・テープ、コンピュータ・メモリなどの記録可能タイプの媒体と、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（たとえば、光ファイバ・ケーブル、導波路、ワイヤード通信リンク、ワイヤレス通信リンク（たとえば、送信機、受信機、送信ロジック、受信ロジックなど）など）などの送信タイプの媒体とを含む。
【０１２８】
上記の米国特許、米国特許出願公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、本明細書で引用したおよび／もしくは任意の出願データシートに列挙した非特許文献、または任意の他の開示材料のすべては、本明細書と矛盾しない範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。そのように、そして必要な程度まで、本明細書に明示的に記載された開示は、参照により本明細書に組み込まれているどのような矛盾する材料にも優先する。参照により本明細書に組み込まれると言われるが、本明細書に記載の既存の定義、声明、または他の開示材料と矛盾する任意の材料またはその一部は、組み込まれる材料と既存の開示材料との間に矛盾が生じない程度までのみ組み込まれることになる。
【０１２９】
当業者は、本明細書に記載の構成要素（たとえば、動作）、デバイス、オブジェクト、およびそれらに付随する考察が、概念的明瞭さのための例として使用され、様々な構成変更が企図されることを認識するであろう。したがって、本明細書で使用される場合、記載の特定の典型および付随する考察は、それらのより一般的なクラスの代表であることが意図される。一般に、任意の特定の典型の使用は、そのクラスの代表であることが意図され、特定の構成要素（たとえば、動作）、デバイス、およびオブジェクトを含まないことが限定的なものと解釈されるべきではない。
【０１３０】
本明細書における実質的に任意の複数形および／または単数形の用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または用途に適切であるように、複数形から単数形におよび／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置換は、明瞭化のために本明細書に明示的に記載されていない。
【０１３１】
本明細書に記載の主題は、時には、異なる他の構成要素内に含まれるか、または異なる他の構成要素に接続された異なる構成要素を示す。そのように示されたアーキテクチャは、単なる例示であり、実際には、同じ機能を達成する多くの他のアーキテクチャが実装されてもよいことが理解されるであろう。概念的な意味では、同じ機能を達成するための構成要素の任意の配置は、所望の機能が達成されるように効果的に「関連付けられる」。したがって、特定の機能を達成するために結合された本明細書における任意の２つの構成要素は、アーキテクチャまたは中間の構成要素に関係なく、所望の機能が達成されるように互いに「関連付けられている」と見なすことができる。同様に、そのように関連付けられた任意の２つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に接続されている」または「動作可能に結合されている」と見なすこともでき、そのように関連付けることができる任意の２つの構成要素は、所望の機能を達成するために互いに「動作可能に結合可能」であると見なすこともできる。しかし、動作可能に結合可能な特定の例は、物理的に結合可能な構成要素および／もしくは物理的に相互作用する構成要素、ならびに／または、ワイヤレスに相互作用可能な構成要素および／もしくはワイヤレスに相互作用する構成要素、ならびに／または、論理的に相互作用する構成要素および／もしくは論理的に相互作用可能な構成要素に限定されない。
【０１３２】
いくつかの態様は、「結合された」および「接続された」という表現をそれらの派生語とともに使用して説明されることがある。これらの用語が互いに同義語として意図されていないことを理解すべきである。たとえば、いくつかの態様は、２つ以上の要素が互いに直接物理的または電気的に接触していることを示すために、「接続された」という用語を使用して説明されることがある。別の例では、いくつかの態様は、２つ以上の要素が物理的または電気的に接触していることを示すために、「結合された」という用語を使用して説明されることがある。しかしながら、「結合された」という用語はまた、２つ以上の要素が互いに直接接触していないが、依然として互いに協働または相互作用することを意味することもある。
【０１３３】
いくつかの例では、１つまたは複数の構成要素は、本明細書で、「構成された」、「構成可能な」、「動作可能な／動作する」、「適用された／適用可能な」、「可能な」、「適合可能な／適合された」などと言及されることがある。当業者は、「構成された」が、一般に、文脈が別途指示しない限り、アクティブ状態の構成要素および／または非アクティブ状態の構成要素および／またはスタンバイ状態の構成要素を含むことができることを認識するであろう。
【０１３４】
本明細書に記載の本主題の特定の態様が示され、説明されているが、本明細書における教示に基づいて、本明細書に記載の主題およびそのより広い態様から逸脱することなく変更および修正が行われてもよく、したがって、本明細書に記載の主題の真の要旨および範囲内で、添付の特許請求の範囲が、そのような変更および修正のすべてをそれらの範囲内に包含するものであることは、当業者に明らかであろう。一般に、本明細書で、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本文）で使用される用語は、一般に「オープンな」用語として意図されることが当業者によって理解されるであろう（たとえば、「含んでいる」という用語は、「限定はしないが含んでいる」と解釈されるべきであり、「有している」という用語は、「少なくとも有している」と解釈されるべきであり、「含む」という用語は、「限定はしないが含む」と解釈されるべきである、など）。導入された請求項の記載（ｃｌａｉｍ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎ）の特定の数が意図されている場合、そのような意図は、請求項に明示的に記載され、そのような列挙がない場合、そのような意図は、存在しないことが、当業者によってさらに理解されるであろう。たとえば、理解への手助けとして、以下の添付の特許請求の範囲は、請求項の記載を導入するために、「少なくとも１つの」および「１つまたは複数の」という導入句の使用を含むことがある。しかしながら、そのような語句の使用は、同じ請求項が「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」という導入句と、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」とを含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのような導入された請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、そのような記載を１つのみ含む請求項に限定することを意味すると解釈されるべきではなく（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、典型的には、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）、同じことは、請求項の記載を導入するために使用される定冠詞の使用についても当てはまる。
【０１３５】
加えて、導入された請求項の記載の特定の数が明示的に列挙されていても、当業者は、そのような記載が、典型的には、少なくとも列挙された数を意味すると解釈されるべきであることを認識するであろう（たとえば、他の修飾語なしの「２つの記載」の裸の記載は、典型的には、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似した慣習が使用されるそれらの例では、一般に、そのような構成は、当業者が慣習を理解するであろう意味で意図される（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定はしないが、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢを一緒に、ＡおよびＣを一緒に、ＢおよびＣを一緒に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを一緒に、などを有するシステムを含む）。「Ａ、Ｂ、またはＣなどのうちの少なくとも１つ」に類似した慣習が使用されるそれらの例では、一般に、そのような構成は、当業者が慣習を理解するであろう意味で意図される（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、限定はしないが、Ａ単独、Ｂ単独、Ｃ単独、ＡおよびＢを一緒に、ＡおよびＣを一緒に、ＢおよびＣを一緒に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを一緒に、などを有するシステムを含む）。典型的には、明細書本文、特許請求の範囲、または図面のいずれにおいても、２つ以上の代替用語を提示する離接語および／または離接語句は、文脈が別途指示しない限り、用語のうちの１つ、用語のいずれか、または両方の用語を含む可能性を予期することが理解されるべきであることが、当業者によってさらに理解されるであろう。たとえば、「ＡまたはＢ」という語句は、典型的には、「Ａ」、または「Ｂ」、または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解されることになる。
【０１３６】
添付の特許請求の範囲に関して、当業者は、そこに列挙された動作が、一般に、任意の順序で実行されてもよいことを認識するであろう。また、様々な動作フローが順番に提示されているが、様々な動作は、図示されたもの以外の順序で実行されてもよく、または、同時に実行されてもよいことを理解すべきである。そのような順序付けの例は、文脈が別途指示しない限り、重複、交互配置、中断、並べ替え、増分、予備、追加、同時、逆転、または他の変形順序付けを含んでもよい。さらに、「応答して」、「関連した」、または他の過去時制形容詞のような用語は、一般に、文脈が別途指示しない限り、そのような変形を排除することを意図しない。
【０１３７】
様々な実施形態が本明細書で説明されているが、これらの実施形態に対する多くの修正態様、変形態様、置換態様、変更態様、および等価態様が実施されてもよく、当業者に思い浮かぶであろう。また、特定の成分について材料が開示されている場合、他の材料が使用されてもよい。したがって、上記の説明および添付の特許請求の範囲は、開示された実施形態の範囲内に入るすべてのそのような修正形態および変形形態をカバーすることが意図されることが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲は、すべてのそのような修正形態および変形形態をカバーすることが意図される。
【０１３８】
要約すると、本明細書に記載の概念を用いることから生じる多数の利益が記載されている。１つまたは複数の実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提示されている。それは、網羅的であることも、または開示された正確な形態に限定することも意図していない。上記教示に照らして、修正または変形が可能である。１つまたは複数の実施形態は、それによって、当業者が様々な実施形態を、企図される特定の用途に適するように様々な修正とともに利用することを可能にするために、原理および実際的応用を例示するために選択され、説明されている。本明細書とともに提出される特許請求の範囲が全体的な範囲を定義することが企図される。
【０１３９】
様々な実施形態が、以下の番号の付いた節で説明される。
【０１４０】
１．第１のガス充填水中共振器と、
第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器と、
第１のガス充填水中共振器および第２のガス充填水中共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と
を備える音源であって、
第１のガス充填水中共振器が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、
第２のガス充填水中共振器が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、
第１の共振周波数が、第２の共振周波数とは異なる、音源。
【０１４１】
２．少なくとも１つの励振部材は、第１のガス充填水中共振器の内部チャンバと第２のガス充填水中共振器の内部チャンバとの間を互いに反対方向に移動する、節１に記載の音源。
【０１４２】
３．第１の共振周波数および第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜２０Ｈｚの範囲内である、節１または２に記載の音源。
【０１４３】
４．少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備える、節１〜３のいずれか１つに記載の音源。
【０１４４】
５．少なくとも１つのモータが、回転モータまたはリニア・モータを備える、節４に記載の音源。
【０１４５】
６．少なくとも１つのモータが、第１のガス充填水中共振器と第２のガス充填水中共振器との間に配置されている、節４または５に記載の音源。
【０１４６】
７．第１の共振器が、第１のバブル円筒形共振器を備え、第２の共振器が、第２のバブル円筒形共振器を備える、節１〜６のいずれか１つに記載の音源。
【０１４７】
８．第１のバブル円筒形共振器および第２のバブル円筒形共振器の各々が、内圧下の非弾性端部および弾性円筒壁を有する、節７に記載の音源。
【０１４８】
９．第１の水中バブル円筒形共振器が、壁によって第２の水中バブル円筒形共振器に接続された、節８に記載の音源。
【０１４９】
１０．第１の共振器または第２の共振器のうちの１つを取り囲む非弾性管をさらに備える、節１〜９のいずれか１つに記載の音源。
【０１５０】
１１．少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備え、少なくとも１つのピストンが、第１のバブル円筒形共振器および第２のバブル円筒形共振器のうちの少なくとも１つを励振させるように壁の少なくとも１つの開口部を通って移動するように構成された、節１〜１０のいずれか１つに記載の音源。
【０１５１】
１２．少なくとも１つの励振部材が、第１のガス充填水中共振器の内部チャンバの容積を変化させ、第２のガス充填水中共振器の内部チャンバの容積を変化させることによって、第１のガス充填水中共振器および第２のガス充填水中共振器を励振させるように構成された、節１〜１１のいずれか１つに記載の音源。
【０１５２】
１３．少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのリニア・モータを備え、少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位に基づいて、音源によって放射される音の振幅を制御するように構成された、節１〜１２のいずれか１つに記載の音源。
【０１５３】
１４．少なくとも１つの励振部材が、第１の回転モータおよび第２の回転モータを備え、少なくとも１つの励振部材が、第２の回転モータに対する第１の回転モータの回転の位相に基づいて、音源によって放射される音の振幅を制御するように構成された、節１〜１２のいずれか１つに記載の音源。
【０１５４】
１５．少なくとも１つの励振部材が、空気圧パルス波形を独立して制御する入口比例弁および出口比例弁を有する少なくとも１つの回生送風機を備える、節１〜１２のいずれか１つに記載の音源。
【０１５５】
１６．第１のガス充填共振器管と、
第１のガス充填共振器管に接続された第２のガス充填共振器管と、
第１のガス充填共振器管および第２のガス充填共振器管を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材であって、第１のガス充填共振器管の内部チャンバの容積を変化させ、第２のガス充填共振器管の内部チャンバの容積を変化させることによって、第１のガス充填共振器管および第２のガス充填共振器管を励振させるように構成された、少なくとも１つの励振部材と
を備える音源であって、
少なくとも１つの励振部材が、第１のガス充填共振器管および第２のガス充填共振器管を順次励振させるように構成され、
第１のガス充填共振器管が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、
第２のガス充填共振器管が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、
第１の共振周波数が、第２の共振周波数とは異なる、音源。
【０１５６】
１７．第１のガス充填水中共振器と、
第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填水中共振器と、
第１の共振器および第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と、
を備え、
第１の共振器が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、第２の共振器が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、第１の共振周波数が、第２の共振周波数とは異なる、音源。
【０１５７】
１８．第１の共振器が、弾性膜壁を含むバブル共振器を備える、節１７に記載の音源。
【０１５８】
１９.第１のバブル共振器を第１の共振周波数に同調させるために、弾性膜壁の少なくとも一部を覆う非弾性構造をさらに備える、節１７又は１８に記載の音源。
【０１５９】
２０．第１の共振周波数または第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内にある、節１７〜１９のいずれか１つに記載の音源。
【０１６０】
２１．第１の共振周波数または第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５Ｈｚ未満である、節１７〜２０のいずれか１つに記載の音源。
【０１６１】
２２．少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備える、節１７〜２１のいずれか１つに記載の音源。
【０１６２】
２３．少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位、または、第２の回転モータに対する第１の回転モータの回転の位相に基づいて、音源によって放射される音の振幅を制御するように構成された、節２２に記載の音源。
【０１６３】
２４．少なくとも１つの励振部材が、回転送風機を備える、節１７〜２１のいずれか１つに記載の音源。
【０１６４】
２５．高圧チャンバと、低圧チャンバとをさらに備え、高圧チャンバおよび低圧チャンバが、回転送風機を第２の共振器に流体的に結合する、節２４に記載の音源。
【０１６５】
２６．第１の弁と、第２の弁と、弁コントローラとをさらに備え、弁コントローラが、第２の共振器を通るガスの流れを制御するために、第１の弁および第２の弁のうちの少なくとも１つを調整するように構成された、節２５に記載の音源。
【０１６６】
２７．第１の弁が、高圧チャンバを通るガスの第１の流れを制御するように構成され、第２の弁が、低圧チャンバを通るガスの第２の流れを制御するように構成された、節２６に記載の音源。
【０１６７】
２８．第１の弁または第２の弁のうちの少なくとも１つを調整することが、空気圧パルス波形を独立して制御する、節２６又は２７に記載の音源。
【０１６８】
２９．弁コントローラが少なくとも１つのオペアンプを備える、節２６〜２８のいずれか１つに記載の音源。
【０１６９】
３０．少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備え、音源が、
少なくとも１つのモータを水から隔離し、少なくとも１つのピストンがモータ・チャンバ内で自由に移動することを可能にするように構成されたガス充填モータ・チャンバと、
モータ・チャンバと第２の共振器との間に画定された少なくとも１つの空気ダクトと、をさらに備え、
少なくとも１つの空気ダクトを通る容積速度が、少なくとも１つのピストンから第２の共振器内を移動する容積速度と同相になるように、少なくとも１つの空気ダクトが、少なくとも１つのピストンからモータ・チャンバ内を移動する容積速度の位相を１８０度反転させるように構成された、節１７〜２３のいずれか１つに記載の音源。
【０１７０】
３１．第１のガス充填共振器であって、バブル共振器を備える、第１のガス充填共振器と、
第１の共振器に接続された第２のガス充填共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填共振器と、
第１の共振器および第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と
を備える音源であって、
第１の共振器が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように、第１の共振器の少なくとも一部を取り囲む非弾性構造を介して恒久的に同調され、第２の共振器が、少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように構成され、第１の共振周波数が、第２の共振周波数とは異なる、音源。
【０１７１】
３２．第１の共振周波数または第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内にある、節３１に記載の音源。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
2017201302.tif 000034
【図５Ｂ】
2017201302.tif 000035
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７】
2017201302.tif 000039
【図８】
2017201302.tif 000040
【図９】
2017201302.tif 000041
【図１０】
2017201302.tif 000042
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年7月20日(2017.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス充填水中共振器と、
前記第１の共振器に接続された第２のガス充填水中共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填水中共振器と、
前記第１の共振器および前記第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と、
を備え、
前記第１の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、前記第２の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように恒久的に同調され、前記第１の共振周波数が、前記第２の共振周波数とは異なる、音源。
【請求項２】
前記第１の共振器が、弾性膜壁を含むバブル共振器を備える、請求項１に記載の音源。
【請求項３】
前記第１のバブル共振器を前記第１の共振周波数に同調させるために、前記弾性膜壁の少なくとも一部を覆う非弾性構造をさらに備える、請求項２に記載の音源。
【請求項４】
前記第１の共振周波数または前記第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内にある、請求項１から３のいずれか１項に記載の音源。
【請求項５】
前記第１の共振周波数または前記第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５Ｈｚ未満である、請求項１から３のいずれか１項に記載の音源。
【請求項６】
前記少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の音源。
【請求項７】
前記少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのリニア・モータのストローク変位、または、第２の回転モータに対する第１の回転モータの回転の位相に基づいて、前記音源によって放射される音の振幅を制御するように構成された、請求項６に記載の音源。
【請求項８】
前記少なくとも１つの励振部材が、回転送風機を備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の音源。
【請求項９】
高圧チャンバと、低圧チャンバとをさらに備え、前記高圧チャンバおよび前記低圧チャンバが、前記回転送風機を前記第２の共振器に流体的に結合する、請求項８に記載の音源。
【請求項１０】
第１の弁と、第２の弁と、弁コントローラとをさらに備え、前記弁コントローラが、前記第２の共振器を通るガスの流れを制御するために、前記第１の弁および前記第２の弁のうちの少なくとも１つを調整するように構成された、請求項９に記載の音源。
【請求項１１】
前記第１の弁が、前記高圧チャンバを通るガスの第１の流れを制御するように構成され、前記第２の弁が、前記低圧チャンバを通るガスの第２の流れを制御するように構成された、請求項１０に記載の音源。
【請求項１２】
前記第１の弁または前記第２の弁のうちの少なくとも１つを調整することが、空気圧パルス波形を独立して制御する、請求項１０または１１に記載の音源。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの励振部材が、少なくとも１つのモータによって駆動される少なくとも１つのピストンを備え、前記音源が、
前記少なくとも１つのモータを水から隔離し、前記少なくとも１つのピストンがモータ・チャンバ内で自由に移動することを可能にするように構成されたガス充填モータ・チャンバと、
前記モータ・チャンバと前記第２の共振器との間に画定された少なくとも１つの空気ダクトと、をさらに備え、
前記少なくとも１つの空気ダクトを通る容積速度が、前記少なくとも１つのピストンから前記第２の共振器内を移動する容積速度と同相になるように、前記少なくとも１つの空気ダクトが、前記少なくとも１つのピストンから前記モータ・チャンバ内を移動する容積速度の位相を１８０度反転させるように構成された、請求項１から１２のいずれか１項に記載の音源。
【請求項１４】
第１のガス充填共振器であって、バブル共振器を備える、第１のガス充填共振器と、
前記第１の共振器に接続された第２のガス充填共振器であって、ヘルムホルツ共振器を備える、第２のガス充填共振器と、
前記第１の共振器および前記第２の共振器を励振させるように構成された少なくとも１つの励振部材と
を備える音源であって、
前記第１の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第１の共振周波数を生成するように、前記第１の共振器の少なくとも一部を取り囲む非弾性構造を介して恒久的に同調され、前記第２の共振器が、前記少なくとも１つの励振部材による励振時に第２の共振周波数を生成するように構成され、前記第１の共振周波数が、前記第２の共振周波数とは異なる、音源。
【請求項１５】
前記第１の共振周波数または前記第２の共振周波数のうちの少なくとも１つが、５〜１０Ｈｚの周波数帯域内にある、請求項１４に記載の音源。
【外国語明細書】
2017201302000001.pdf
2017201302000002.pdf
2017201302000003.pdf
2017201302000004.pdf