(57)【要約】直接音場音響試験システムは、少なくとも２つの音響トランスデューサ群、及び音響トランスデューサ群の間の強め合う干渉又は弱め合う干渉によって減少した偏差の所定の仕様に準拠する音場を与えるように個別制御可能な時間遅延又は位相変移を各音響トランスデューサ群に導入する信号修正器を含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接音場音響試験システムであって、
制御マイクロフォン、
前記制御マイクロフォンから少なくとも１つの入力信号を受信するように前記制御マイクロフォンに動作可能に結合されたコントローラ、
少なくも４個の音響トランスデューサ群であって、各トランスデューサ群が少なくとも１つのトランスデューサを含み、前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が、試験レイアウトにおいて前記制御マイクロフォンとともに配置され、前記コントローラに動作可能に結合され、それにより各トランスデューサの出力が前記コントローラによって個別に制御可能となり、それにより個別の出力信号が前記コントローラから各トランスデューサによって受信される、少なくとも４個の音響トランスデューサ群、及び
前記コントローラと前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群との間の信号経路に配置された個別調整可能な信号修正器であって、該信号修正器が、前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群のうちの少なくとも２つの出力が時間合せされてスペクトル異常を減少させるように充分に異なる時間で前記試験レイアウトの中心に到達するよう調整されるように構成された時間遅延を導入するように構成された信号修正器、
を備えた、直接音場音響試験システム。
【請求項２】
前記制御マイクロフォン及び音響トランスデューサ群が、模擬的な残響音場における試験対象ユニットに隣接して配置された、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項３】
前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が１２個の音響トランスデューサ群からなり、該１２個のトランスデューサ群のうちの第１の群の出力が時間合せされて前記１２個のトランスデューサ群のうちの第２の群の出力より前に所定時間で前記試験レイアウトの中心に到達するように前記時間遅延が構成された、請求項２に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項４】
前記音響トランスデューサ群のうちの前記第１の群が、より多くの音響トランスデューサ群、及び前記音響トランスデューサの群のうちの前記第２の群を含む、請求項３に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項５】
前記音響トランスデューサ群のうちの前記第１の群の出力が時間合せされて前記音響トランスデューサ群のうちの前記第２の群の出力よりも約１０ミリ秒早く前記試験レイアウトの中心に到達するように時間遅延が構成された、請求項４に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項６】
前記音響トランスデューサ群のうちの前記第１の群の出力が時間合せされて前記音響トランスデューサ群のうちの前記第２の群の出力よりも約１０ミリ秒早く前記試験レイアウトの中心に到達するように前記時間遅延が構成された、請求項３に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項７】
前記少なくとも４個のトランスデューサ群のうちの１つの出力の最大到達時間と、前記少なくとも４個のトランスデューサ群のうちの他の１つの出力の最小到達時間との差が少なくとも１ミリ秒となるように、前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群の各々の出力が前記試験レイアウトの中心に異なる時間で到達するように前記時間遅延が構成された、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項８】
前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が１２個の音響トランスデューサ群からなり、該１２個のトランスデューサ群のうちの１つの出力の最大到達時間と、前記１２個のトランスデューサ群のうちの他の１つの出力の最小到達時間との差が少なくとも１ミリ秒となるように、前記１２個の音響トランスデューサ群の各々の出力が前記試験レイアウトの中心に異なる時間で到達するように前記時間遅延が構成された、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項９】
前記少なくとも４個のトランスデューサ群のうちの１つの出力の最大到達時間と、前記少なくとも４個のトランスデューサ群のうちの他の１つの出力の最小到達時間との差が少なくとも１ミリ秒となるように前記時間遅延が構成された、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１０】
複数の前記少なくとも４個のトランスデューサ群が実質的に同じ周波数範囲を再生し、実質的に同じ周波数範囲を再生する前記複数のトランスデューサ群が前記試験レイアウトの中心の周囲に非対称のパターンで配置された、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１１】
前記非対称のパターンが略楕円形のパターンである、請求項１に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１２】
直接音場音響試験システムであって、
少なくとも１つの制御マイクロフォン、
前記制御マイクロフォンから少なくとも１つの入力信号を受信するように前記制御マイクロフォンに動作可能に結合されたコントローラ、及び
実質的に同じ周波数範囲を再生するよう構成された少なくも４個の音響トランスデューサ群であって、該少なくとも４個の音響トランスデューサ群が被試験ユニットの周囲に試験レイアウトにおいて前記制御マイクロフォンとともに配置され、前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が前記コントローラに動作可能に結合され、それにより各音響トランスデューサ群の出力が前記コントローラによって個別に制御可能となり、それにより個別の出力信号が前記コントローラから各音響トランスデューサ群によって受信される、少なくとも４個の音響トランスデューサ群、
を備え、
前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が、定在波の形成を抑制するように前記被試験ユニットの周囲に非対称のパターンで配置された、直接音場音響試験システム。
【請求項１３】
前記非対称のパターンが略楕円形のパターンである、請求項１２に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１４】
前記略楕円形のパターンが２つの直径を含み、第１の直径が第２の直径よりも短い、請求項１３に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１５】
前記第１の直径が前記第２の直径よりも少なくとも２フィート短い、請求項１４に記載の直接音場音響試験システム。
【請求項１６】
直接音場音響試験システムであって、
少なくとも１つの制御マイクロフォン、
前記制御マイクロフォンから少なくとも１つの入力信号を受信するように前記制御マイクロフォンに動作可能に結合されたコントローラ、及び
実質的に同じ周波数範囲を再生するよう構成された少なくも４個の音響トランスデューサ群であって、該少なくとも４個の音響トランスデューサ群が被試験ユニットの周囲に試験レイアウトにおいて前記制御マイクロフォンとともに配置され、前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が前記コントローラに動作可能に結合され、それにより各音響トランスデューサ群の出力が前記コントローラによって個別に制御可能となり、それにより前記コントローラから個別の出力信号が各音響トランスデューサによって受信される、少なくも４個の音響トランスデューサ群、
を備え、
前記少なくとも４個のトランスデューサ群の各々が個々のトランスデューサ群の中心から被試験ユニットの中心までを結ぶ仮想の線に対して１０度と３０度の間の角度で配置されるように前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が前記被試験ユニットの周囲に配置された、直接音場音響試験システム。
【請求項１７】
前記少なくとも４個の音響トランスデューサ群が９個の音響トランスデューサ群からなる、請求項１６に記載の直接音場音響試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１９条（ｅ）の下で、２０１３年１１月１５日出願の米国仮特許出願第６１／９０４９３１号の利益を主張し、その内容がその全体においてここに参照として取り込まれる。
【０００２】
本発明は、概略として、衛星、機器又は動作における信頼性が強度振動試験を用いて評価され得る他の対象物などの目標物の振動試験の分野に関する。具体的には、本発明は、複数の音源間の強め合う干渉若しくは弱め合う干渉、音響的定在波、又は直接音場音響試験で起こる他のモードの音響的挙動に起因する、特定の音場からの偏差を低減するための手段及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
係属中の米国特許出願第１３／１１７８７０号、２０１１年５月２７日出願、発明の名称「Ｄｉｒｅｃｔ  Ｆｉｅｌｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」（以下、「‘８７０出願」という）の明細書がここに参照として取り込まれる。‘８７０出願に記載されるように、一般に直接音場音響試験（ＤＦＡＴ）の分野では、被試験ユニット（ＵＵＴ）の周囲の空間に亘って均一なスペクトル成分及び低い干渉性を有する音場を得ることが望ましい。‘８７０出願で論証されたように、優れた空間均一性及び低い干渉性が、複数群の独立制御可能な音響トランスデューサを取り入れた多入力多出力（ＭＩＭＯ）構成の使用によって制御マイクロフォンの位置で得られた。その全体において双方がここに参照として取り込まれる米国仮特許出願第６１／５５２０８１号及びその優先権を主張する係属中の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ１２／６２２５５号、双方の発明の名称「Ｄｒｉｖｅ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｆｉｅｌｄ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｅｓｔｉｎｇ」（以下、まとめて「駆動信号分布出願」という）に示されるように、無制御マイクロフォンの位置での改善されたスペクトル均一性が、その一群の独立制御可能な音響トランスデューサへの駆動信号の組合せの分布によって得られた。一方、無制御マイクロフォンの位置におけるＵＵＴ周囲の音場の、より詳細な測定によって、ある特定の周波数における均一性からの大幅な偏差の存在が論証された。これらの偏差は、複数の音源の出力の強め合う干渉若しくは弱め合う干渉、又は直接音場音響試験の設定並びにＵＵＴの大きさ、形状及び位置取りの幾何に関係する音響定在波のいずれかに起因すると考えられている。スペクトル均一性からのそのような偏差は、ＵＵＴの部分の過励磁又は不足励磁をもたらし得る。したがって、上記の偏差を、それらの原因となる音響メカニズムを抑制することによって低減するための方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
本実施形態は、少なくとも２個の音響トランスデューサ群、及び音響トランスデューサ群の間の強め合う干渉又は弱め合う干渉によって減少した偏差の所定の仕様に準拠する音場を与えるように個別制御可能な時間遅延又は位相変移を各音響トランスデューサ群に導入する信号修正器を有する直接音場音響試験システムを含む。
【０００５】
本実施形態はまた、少なくとも２個の音響トランスデューサ群への個別制御可能な駆動信号を決定するのに用いられる少なくとも２つの音響入力信号を提供するための少なくとも２個のマイクロフォンを有する直接音場音響試験システムを含み、マイクロフォンは、音響定在波又は他のモードの音響的挙動によって減少した偏差の所定の仕様に準拠する音場を与えるように適切に非対称な配列で配置される。
【０００６】
本実施形態は、音響定在波又は他のモードの音響的挙動によって減少した偏差の所定の仕様に準拠する音場を与えるように被試験ユニット（ＵＵＴ）に対して適切に非対称な配列で配置された少なくとも２個の音響トランスデューサ群を有する直接音場音響試験システムを含む。
【０００７】
発明の実施形態を、例示のみを目的として、添付の説明図面を参照してここに説明する。対応する符号は対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、駆動信号分布出願による信号図である。
【図２】図２は、駆動信号分布出願による駆動信号割当てである。
【図３】図３は、駆動信号分布出願による模式的レイアウト及び駆動割当てである。
【図４】図４は、音波相互作用、モード条件及び境界条件に起因するスペクトル異常を示す制御及びモニタマイクロフォン位置における測定音響スペクトルである。
【図５】図５は、本出願の実施形態による信号図である。
【図６】図６は、本出願の実施形態による音波相互作用に起因するスペクトル異常の低減を示す制御及びモニタマイクロフォン位置における測定音響スペクトルである。
【図７】図７は、ＤＦＡＴシステムにおけるトランスデューサの模式的レイアウトである。
【図８】図８は、本出願の実施形態によるトランスデューサの模式的レイアウトである。
【図９】図９は、本出願の実施形態による音波相互作用、モード別挙動及び境界条件に起因するスペクトル異常の低減を示す制御及びモニタマイクロフォン位置における測定音響スペクトルである。
【図１０】図１０は、本出願の他の実施形態によるトランスデューサの模式的レイアウトである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで図面を参照して実施形態を説明するが、同様の参照文字／番号は同一又は機能的に類似する要素を示す。特定の構成及び配置が示されるが、これは説明の目的のみのために行われていることが理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく他の構成及び配置が使用可能であることを認識するであろう。
【００１０】
従来技術の図１には、駆動信号分布出願に対応する図が示される。従来技術の図２は駆動信号分布出願による駆動信号割当てのチャートを示し、従来技術の図３は駆動信号分布出願によるトランスデューサ及び駆動信号の模式的配置を示す。図４には、駆動信号分布出願によって配置及び作動される直接音場音響試験システムのための一群の制御マイクロフォン及びモニタマイクロフォンについて、測定された音響周波数スペクトルが示される。約１００Ｈｚ、３９０Ｈｚ及び７００Ｈｚにおける「定在波（音波相互作用）」が付されたスペクトル応答異常は、図２の駆動信号割当てチャートに従って同一の駆動信号を生成するトランスデューサ間での強め合う干渉の結果と考えられる。「定在波（ルームモード）」が付された異常は、トランスデューサの物理的配置によって形成された境界条件に関係すると考えられる。これらの異常の全ては、いくつかのトランスデューサ群によって同じ駆動信号が同時に再生されるようにする駆動信号分布出願の駆動信号割当てにある程度関係すると考えられる。従来技術の図１を参照すると、信号調整手段３４ｂは、各群のトランスデューサに対して適切な電子信号を形成するための種々の電子的手段を含む。例示のみとして、これらの電子的手段は、電力増幅、利得調整、クロスオーバ、時間遅延及び位相調整を含み得る。当業者であれば、異なる群のトランスデューサを駆動する信号に時間遅延が適用され、それにより、それらの音響出力信号が空間における所定地点に同時に到達することにより外部及び内部の音響経路長又はフィルタなどの他のシステムに関係する遅延及びデジタル信号処理に関連する待ち時間の相異を補償するような音響時間割当ての概念に精通しているはずである。直接音場音響試験（ＤＦＡＴ）においては、全てのトランスデューサを試験レイアウトの中心軸に「時間割当て」することは標準的な態様である。例えば、図３を参照すると、トランスデューサ群Ｔ１からＴ１２に対する時間遅延を、それらの音響出力が被試験ユニット（ＵＵＴ）の中心Ｍ１６に略同時に到達するように調整することが標準的な態様となる。「略同時」とは、音響出力がＵＵＴの中心に相互に１ミリ秒未満以内に到達することを意味する。例示として、図３に示す従来技術のレイアウトでは、約１８ミリ秒の電子的遅延をトランスデューサ群Ｔ１からＴ９に適用して、Ｍ１６からより遠いトランスデューサ群Ｔ１０からＴ１２の位置、Ｔ１０からＴ１２の内部音響経路長、及びＴ１０からＴ１２に適用された信号に適用されたローパスフィルタ処理によってもたらされた遅延を補償することによって「時間割当て」が達成された。このいわゆる「時間割当て」は、図４に「定在波（音波相互作用）」と付されて示されるスペクトル異常にある程度寄与していると考えられる。
【００１１】
したがって、本願の実施形態では、図５を参照すると信号フロー図が示され、ここでは個別調整可能な時間遅延手段３４ｃが少なくとも各個別制御可能な群のトランスデューサに対する信号経路に導入されている。本実施形態によると、個別調整可能な時間遅延手段３４ｃが調整され、それにより、図４のスペクトル異常の周波数範囲を含む少なくとも２つの群のトランスデューサの音響出力が、上記スペクトル異常を低減するように充分に異なる時間で試験レイアウトの中心である図３のＭ１６に到達するように時間合せされる。例示として、そして限定ではなく、本実施形態の特定の実施例では、図３のトランスデューサ群Ｔ１からＴ９の周波数範囲が、トランスデューサ群Ｔ１０からＴ１２の周波数範囲と、約１００Ｈｚから２００Ｈｚで重なるように構成される。電子的な時間遅延手段と音響経路長の差の組合せを利用して、トランスデューサ群Ｔ１からＴ９の音響出力が、トランスデューサ群Ｔ１０からＴ１２からの音響出力よりも約１０ミリ秒早く位置Ｍ１６に到達するように時間合せされる。図６に、本実施形態によって配置及び作動される直接音場音響試験システムにおける一群の制御マイクロフォン及びモニタマイクロフォンについての測定された音響周波スペクトルを示し、約１００Ｈｚ及び１５０Ｈｚにおける大きなスペクトル異常の低減を実証する。着目した最低周波数のスペクトル異常の周期の４分の１ほど小さい位置Ｍ１６における音響信号到達時間の差が有効であることが分かっている。例えば、図４及び図６に示すデータを参照すると、この有効となる周波数範囲で動作するトランスデューサ群の間での約２．７５ミリ秒の最小到達時間差を必要とする着目した最低周波数のスペクトル異常は約１００Ｈｚである。
【００１２】
当業者であれば、本発明の本実施形態を実施するのに必要な時間遅延が多数の異なる態様で実現され得ることを直ちに認識するはずである。例示として、そして限定ではなく、そのような時間遅延は、市販のデジタル電子手段によって、並びに／又はトランスデューサ群の相互及びＵＵＴに対する物理位置を選択することによって実現され得る。例示のみとして、そして電子的時間遅延の場合において、これらの遅延は、それらが図５の出力信号修正及び合成手段３４ａの後に起こる範囲で信号経路のいずれの箇所に配置されてもよい。さらに、トランスデューサの物理配置は、それらの音響出力の必要な相対到達時間を実現するように、又は電子的時間遅延の使用を補完するように操作され得る。
【００１３】
本発明の他の実施形態では、図５の個別調整可能な時間遅延３４ｃは、トランスデューサ群Ｔ１からＴ１２の各々からの音響出力が全て位置Ｍ１６に異なる時間で到達するように調整される。この方法については、より大きな電力消費を犠牲とするものの、それでも大きなスペクトル均一性を与えることが証明された。さらに、実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサ群からの音響信号の到達時間は、図５の個別調整可能な時間遅延３４ｃを用いてより高い周波数スペクトル異常を抑制するように、より少ない量だけ個々に操作され得る。図４及び図６に示すデータを参照すると、３９０Ｈｚ及び７００Ｈｚにおけるスペクトル異常は、約３ミリ秒のウィンドウに亘って拡散される実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサ群Ｔ１からＴ９からの信号の到達を操作することによって低減された。この手法は到達時間のあらゆる分布に対して有効であり、トランスデューサ群の少なくとも１つの出力の到達時間は、着目した最低周波数のスペクトル異常の周期の少なくとも４分の１だけ、最低１ミリ秒まで他のトランスデューサ群とは異なる。一方、この手法は、全てが実質的に同じ周波数範囲を再生する多数のトランスデューサ群の音響出力の到達時間が、最低１ミリ秒まで、着目した最低周波数のスペクトル異常の周期に略等しい到達時間のウィンドウに亘って拡散される場合に、より有効となる。
【００１４】
図７には、上から見ると概ね対称かつ円形となる標準的なＤＦＡＴトランスデューサレイアウトが示される。スペクトル異常を低減する際に適切な時間遅延の使用が一般に有効であることが証明されてきたが、図４に「定在波（ルームモード）」と付されて示される約２３０Ｈｚにおける異常のような所定のスペクトル異常は、図７に示すような円形又は他の対称配置によって生じた対称的な境界条件に関係し、本出願の前述の実施形態で説明した時間遅延手法を用いて適応的に制御されない。
【００１５】
本出願の他の実施形態によると、そのような定在波の形成は、実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサ群をＵＵＴの周囲に非対称配置することによって防止され得る。本出願の目的のため、「トランスデューサ群によって再生される周波数範囲」は、１ｋＨｚ未満の駆動信号の平均レベルを６ｄＢ以下で下回る駆動信号に現われる全ての周波数である。また、トランスデューサ群は、１ｋＨｚ未満のトランスデューサ群によって再生され、オクターブで測定される周波数範囲の８０％が他のトランスデューサ群によって再生される場合、又は２つのトランスデューサ群によって再生される周波数範囲が少なくとも２オクターブだけ相互に重なる場合に「実質的に同じ周波数範囲を再生する」ものとみなされる。例えば、図７のトランスデューサ群Ｔ１〜Ｔ９は、実質的に同じ周波数範囲を再生するように構成される。これらのトランスデューサ群をＵＵＴの周囲に非対称配置することによって、トランスデューサ群Ｔ１〜Ｔ９の物理位置によって生じる境界条件は、それぞれのトランスデューサ群から位置Ｍ１６までの距離の相異に起因する特定の周波数における定在波の形成を助長することはない。図８に示す具体的かつ非限定的な例において、トランスデューサの配置が示され、この配置は、具体的には略楕円形（ｏｖａｌ）であり、境界条件によってもたらされるスペクトル異常を低減し、他のタイプのスペクトル異常を低減するのにも役立つことが証明されたものである。ただし、他の非対称形状を用いてもよい。例えば、そして限定ではなく、長円形（ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ）、長方形、正方形、又は実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサ群から位置Ｍ１６までの距離が均一でない他の形状が使用されてもよい。ＵＵＴの中心から等距離でない音響境界を生成することによって強い定在波の形成が防止されると考えられる。定在波の形成を防止する際に、実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサ群の非対称配置がそれ自体で有効であることが証明されたが、この手法は、本出願の前述の実施形態で説明したような適切な電子的時間遅延との組合せで使用される場合に、あらゆるタイプのスペクトル異常を低減するのに一層有効となることが証明された。図９には、本出願の前述の実施形態によって、かつ図４の「定在波（ルームモード）」と付されたスペクトル異常が実質的に減衰されることを示す図８に従って追加的に配置されたＤＦＡＴシステムの一群の制御マイクロフォン及びモニタマイクロフォンの実測音響周波数スペクトルが示されている。図８を参照すると、本実施形態の具体的実施例において、寸法Ｄ１は約２０フィートであり、寸法Ｄ２は約２４フィートである。実験は、実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサ群からＵＵＴの中心までの最大距離と最小距離の差が少なくとも１フィートであり、少なくとも約１ミリ秒の到達時間差となるようなトランスデューサ配置が、定在波の形成を抑制するのに有効であることを証明した。
【００１６】
当業者には分かるように、ＤＦＡＴシステムについて、強い定在波を引き起こすことになる音響境界条件を回避するように実質的に同じ周波数範囲を再生するトランスデューサを配置するには多数の可能な態様があり、その全ては本発明の範囲内に入る。例示として、そして限定ではなく、本出願の他の実施形態によると、図１０には、定在波異常を低減することが論証された他の配置を示す。図１０では、図８のトランスデューサＴ１からＴ９が実質的に同じ周波数範囲を再生し、それぞれのトランスデューサ群の中心からＵＵＴの中心までを結ぶ線に対して約１０度と３０度でランダムに回転されている。トランスデューサの中心はそれでも概ね、定在波の挙動を抑制することが証明されたランダム化された音響境界を有する小型配置を可能とする円Ｒ１上にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４】
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【図６】
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【国際調査報告】
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