(57)【要約】【課題】長時間使用や環境条件の変化によらず音圧が安定すると共に、振動板間のアンバランスがない水中音源の音圧安定化方法及び装置を提供する。【解決手段】エンクロージャ３外で音波を検出する音波センサ７と、音波センサ７が検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき複数のアクチュエータ６に与える信号の振幅を増減させて音波センサ７が検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整する音圧調整手段１１とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータとを備えた水中音源において、上記エンクロージャ外で音波センサにより音波を検出し、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整することを特徴とする水中音源の音圧安定化方法。
【請求項２】
複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータとを備えた水中音源において、各振動板の加速度をそれぞれ加速度センサで検出し、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整することを特徴とする水中音源の音圧安定化方法。
【請求項３】
複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータとを備えた水中音源において、上記エンクロージャ外で上記複数の振動板の振動による音波を音波センサで検出し、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整し、各振動板の加速度をそれぞれ加速度センサで検出し、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整し、各振動板の変位をそれぞれ変位センサで検出し、当該振動板を加振するアクチュエータに与える信号に当該振動板の変位センサが検出した変位の信号を加算してアクチュエータに与えることを特徴とする水中音源の音圧安定化方法。
【請求項４】
複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータと、上記エンクロージャ外で音波を検出する音波センサと、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整する音圧調整手段とを備えたことを特徴とする水中音源の音圧安定化装置。
【請求項５】
複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータと、各振動板の加速度を検出する複数の加速度センサと、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整する加速度調整手段とを備えたことを特徴とする水中音源の音圧安定化装置。
【請求項６】
複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータと、上記エンクロージャ外で上記複数の振動板の振動による音波を検出する音波センサと、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整する音圧調整手段と、各振動板の加速度を検出する複数の加速度センサと、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整する加速度調整手段と、各振動板の変位を検出する複数の変位センサと、当該振動板を加振するアクチュエータに与える信号に当該振動板の変位センサが検出した変位の信号を加算してアクチュエータに与える変位帰還手段とを備えたことを特徴とする水中音源の音圧安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長時間使用や環境条件の変化によらず音圧レベルが安定すると共に、振動板間のアンバランスがない水中音源の音圧安定化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋・湖沼・河川などにおいて音響を用いて、様々の学術・技術的調査を行うことができる。例えば、水中で音波を放射したとき反射して返ってくる音波を測定して水底の地形や水底を構成する物質の性状を調べることができる。
【０００３】
この目的に使用される音源は、水中音源と呼ばれ、エンクロージャの開口部に振動板を取り付け、エンクロージャの内部には振動板を加振する油圧式アクチュエータを設け、水中において振動板を振動させることで水中に音波を放射する。音波の周波数が低周波である場合、水中においてこのような低周波で振動板を加振するために、油圧式アクチュエータには油圧で往復運動するものが使用される。
【０００４】
特許文献１の水中音源は、上記構成の水中音源において、振動板から水中に放射された音波の音圧を水中に配置したハイドロホンで検出し、その音圧検出信号と油圧サーボ回路への入力信号とを比較して、音圧検出信号が入力信号と同じになるよう油圧式アクチュエータに与える信号の振幅を増減させることで、入力信号に応じた音圧が得られるようにしたものである。
【０００５】
特許文献２の水中音源は、出力音波を強力にするために、スピーカ（振動板と油圧式アクチュエータ）を２個設置して両スピーカ共通の信号を入力するようにしたものにおいて、両スピーカの音圧波形の誤差を検出し、その誤差が小さくなるよう一方のスピーカの入力信号に対する伝達関数を適応アルゴリズム器で調整することにより、音圧波形を一致させるものである。ただし、２つのスピーカの音圧を水中で測定すると互いに混信するので、音圧を水中では測定せず、各々の振動板の加速度又は変位を検出して誤差を検出している。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８００８８号公報
【特許文献２】特開平８−２８００８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の水中音源は、油圧式アクチュエータのピストンロッドに直結した振動板を振動させるために、ピストンロッドの変位をフィードバックする油圧サーボ系が構成されている。音波を発生させる振動板は、油圧サーボ系への入力信号により駆動される。このような油圧式の水中音源は、油圧機器の発熱の程度、水温による冷却能力の変化などによって、作動油の温度が変化する。また、一定の条件で音波を発生させていても、エンクロージャ内の雰囲気温度の影響により、粘度などの油の性状や油圧機器の特性が変化することは避けられない。このような、作動油の温度変化や性状変化、油圧機器の特性変化の結果として、音圧レベルが変化する。これらの環境条件の変化は時間的にゆっくりとしているので、音圧レベルも時間的にゆっくりと変化する。
【０００８】
また、従来の水中音源は、油圧サーボ系においてピストンロッドの変位をサーボ弁にフィードバックすることで、有限のストローク内で定位性を保ちながら振動板を振動させているが、振動の周波数が数百Ｈｚまでに及ぶため、音圧や加速度を、直接、サーボ弁にフィードバックすることは油圧サーボ系の限界を超えており、困難である。従って、従来の水中音源は、音に関してはオープンループの制御（音圧はフィードバックしない制御）を行っている。このため、作動油の温度変化や性状変化、油圧機器の特性変化などの影響が音圧レベルに変化を及ぼすことが避けられない。
【０００９】
例えば、特許文献１の水中音源は、水中のハイドロホンで検出した音圧検出信号と油圧サーボ回路への入力信号とを比較した結果で入力信号の振幅を調整して油圧式アクチュエータに与える信号を得ているが、水中における音圧と入力信号との関係が明確に把握できていないので、実際に音圧が目標とする音圧に達しているかどうか不明である。よって、前述のような作動油の温度変化や性状変化、油圧機器の特性変化などによって音圧レベルが変化した場合に、音圧レベルを本来の所望する値に安定させることができない。
【００１０】
しかしながら、水中音源は学術・技術的調査における計測器として使用されるのであるから、長時間使用しても音圧レベルが安定していることが望まれる。
【００１１】
また、特許文献１の水中音源のようにハイドロホンを振動板の近傍の水中に設置する技術を特許文献２のように振動板を２枚設けるものに適用しようとすると、ハイドロホンの設置個数や設置場所に困る。
【００１２】
また、複数の振動板を備えた水中音源による音圧を水中のハイドロホンで検出すると、複数の振動板から放射された音波を総合した音圧レベルが検出される。従って、振動板ごとに音圧レベルのばらつきがあっても、それは知ることができない。例えば、１つの振動板からの音波の音圧レベルが非常に大きく、他の振動板からの音波の音圧レベルが小さくても、総合的には大きな音圧レベルが検出される。このように振動板ごとの音圧レベルがばらついていると、水中音源が理想的な無指向性点音源でなくなってしまう。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、長時間使用や環境条件の変化によらず音圧が安定すると共に、振動板間のアンバランスがない水中音源の音圧安定化方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明の方法は、複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータとを備えた水中音源において、上記エンクロージャ外で音波センサにより音波を検出し、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整するものである。
【００１５】
また、本発明の方法は、複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータとを備えた水中音源において、各振動板の加速度をそれぞれ加速度センサで検出し、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整するものである。
【００１６】
また、本発明の方法は、複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータとを備えた水中音源において、上記エンクロージャ外で上記複数の振動板の振動による音波を音波センサで検出し、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整し、各振動板の加速度をそれぞれ加速度センサで検出し、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整し、各振動板の変位をそれぞれ変位センサで検出し、当該振動板を加振するアクチュエータに与える信号に当該振動板の変位センサが検出した変位の信号を加算してアクチュエータに与えるものである。
【００１７】
本発明の装置は、複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータと、上記エンクロージャ外で音波を検出する音波センサと、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整する音圧調整手段とを備えたものである。
【００１８】
また、本発明の装置は、複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータと、各振動板の加速度を検出する複数の加速度センサと、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整する加速度調整手段とを備えたものである。
【００１９】
また、本発明の装置は、複数の開口部を有するエンクロージャと、各開口部を塞ぐ複数の振動板と、上記エンクロージャ内で同じ信号入力器からの入力信号に基づいて各振動板を加振する複数のアクチュエータと、上記エンクロージャ外で上記複数の振動板の振動による音波を検出する音波センサと、該音波センサが検出した音波の音圧レベルが所定の目標音圧レベルと異なるとき上記複数のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記音波センサが検出する音波の音圧が上記所定の目標音圧レベルと同じになるよう調整する音圧調整手段と、各振動板の加速度を検出する複数の加速度センサと、各加速度センサが検出した加速度の加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータに与える信号の振幅を増減させて上記加速度センサが検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整する加速度調整手段と、各振動板の変位を検出する複数の変位センサと、当該振動板を加振するアクチュエータに与える信号に当該振動板の変位センサが検出した変位の信号を加算してアクチュエータに与える変位帰還手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２１】
（１）長時間使用や環境条件の変化によらず音圧が安定する。
【００２２】
（２）振動板間のアンバランスがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
図１に示されるように、本発明に係る水中音源の音圧安定化装置１は、複数の開口部２を有するエンクロージャ３と、各開口部２を塞ぐ複数の振動板４と、エンクロージャ３内で同じ信号入力器５が供給する入力信号に基づいて各振動板４を加振する複数のアクチュエータ６と、エンクロージャ３外で上記複数の振動板４の振動による音波を検出する音波センサ７と、音波センサ７が検出した音波から音圧レベルを演算する音圧レベル演算器８と、その音圧レベルと目標値設定器９で設定した所定の目標音圧レベルとを比較する音圧レベル比較器１０と、上記音圧レベルと目標音圧レベルが異なるとき上記複数のアクチュエータ６に与える信号の振幅を増減させて音波センサ７が検出する音波の音圧が上記目標音圧レベルと同じになるよう調整する音圧調整手段１１と、各振動板４の加速度を検出する複数の加速度センサ１２と、各加速度センサ１２が検出した加速度から加速度レベルを演算する加速度レベル演算器１３と、各加速度レベルを相互に比較する加速度レベル比較器１４と、これらの加速度レベル同士が異なるとき、１つ以上のアクチュエータ６に与える信号の振幅を増減させて各加速度センサ１２が検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整する加速度調整手段１５と、各振動板４の変位を検出する複数の変位センサ１６と、当該振動板４を加振するアクチュエータ６に与える信号に当該振動板４の変位センサ１６が検出した変位の信号を加算してアクチュエータ６に与える加算器からなる変位帰還手段１７と、最終的にアクチュエータ６に与える信号を増幅するサーボ増幅器１８とを備える。
【００２５】
本実施形態における水中音源の音圧安定化装置１は、振動板４を２枚備えるものである。これに合わせて、エンクロージャ３は、ほぼ円筒状に形成され、両端に開口部２を有する。各開口部２の振動板４は、開口部２の径より径が小さく形成され、振動板４の外周と開口部２の内周の間に配置されたダイヤフラムにより、振動自在かつ水密に保持されている。
【００２６】
アクチュエータ６は、振動板４の内面に一端（固定端）が固定されたピストンロッド２１と、このピストンロッド２１の途中に取り付けられたピストンヘッド２２と、このピストンヘッド２２を摺動自在に収容するシリンダ２３と、このシリンダ２３のピストンヘッド２２の片面側室及び反対面側室への動作油給排を調節するサーボ弁２４と、図示しない動作油源とを備え、サーボ増幅器１８によってサーボ弁２４を調節することでピストンロッド２１に往復方向の運動、すなわち変位、速度、加速度を与えることができる。
【００２７】
加速度センサ１２と変位センサ１６は、例えば、シリンダ２３を突き抜けて出ているピストンロッド２１の自由端に取り付けられる。
【００２８】
２つのアクチュエータ６は、エンクロージャ３の中心軸を共通の動作軸とし、この動作軸にピストンロッド２１、ピストンヘッド２２、シリンダ２３の中心軸が一致している。双方のアクチュエータ６は、互いに背中合わせ配置されている。すなわち、一方のアクチュエータ６はエンクロージャ３の一端に置かれた振動板４からエンクロージャ３の反対端に向けてピストンロッド２１が延びており、他方のアクチュエータ６はエンクロージャ３の反対端に置かれた振動板４からエンクロージャ３の一端に向けてピストンロッド２１が延びており、ピストンロッド２１の自由端同士が向き合っている。
【００２９】
このアクチュエータ配置は、２つのアクチュエータ６が互いの反力を打ち消し合うようにしたものである。すなわち、一方のアクチュエータ６において振動板４を外へ突き出すように押したとき、他方のアクチュエータ６においても振動板４を外へ突き出すように押し、一方のアクチュエータ６において振動板４を内へ凹むように引いたとき、他方のアクチュエータ６においても振動板４を内へ凹むように引くという反対向きの動作をさせることで、２つのアクチュエータ６が互いの反力を打ち消し合うことができる。
【００３０】
音波センサ７は、例えば、ハイドロホンからなる。音波センサ７は、エンクロージャ３の外周に、エンクロージャ３の両端の中央に配置させて取り付けられる。
【００３１】
本実施形態では、振動板４が２枚であるため、加速度調整手段１５は、一方のアクチュエータ６に与える信号のみ振幅を増減させるよう、一方のアクチュエータ６に与える信号の経路のみに設けられている。
【００３２】
以下、水中音源の音圧安定化装置１の動作を説明する。
【００３３】
エンクロージャ３内に互いの反力を打ち消し合うよう配置された２つのアクチュエータ６がそれぞれピストンロッド２１を往復動作させることにより振動板４を加振する。振動板４が振動することにより、水中に音波が放射される。
【００３４】
このとき、それぞれのアクチュエータ６においては、ピストンロッド２１に取り付けられた変位センサ１６が振動板４の変位を検出する。変位の信号は、変位帰還手段１７においてアクチュエータ６に与える信号に加算される。双方の信号は逆符号であるため、変位の信号とアクチュエータ６に与える信号との差が得られ、その差の信号がサーボ増幅器１８で増幅されてアクチュエータ６のサーボ弁２４に与えられる。このことにより、変位を負帰還したサーボ系が構成される。
【００３５】
水中に放射された音波は音波センサ７で検出される。音波センサ７がエンクロージャ３の両端の中央に配置されているので、双方の振動板４から出力された音波の合成された音波を双方の振動板４から均等な距離において検出することができる。
【００３６】
音圧レベル演算器８は、音波センサ７が検出した音波から音圧レベルを演算する。一方、目標値設定器９は、あらかじめ設定されている所定の目標音圧レベルを出力する。音圧レベル比較器１０において、音波センサ７が検出した音波の音圧レベルと目標音圧レベルとを比較する。音圧レベル比較器１０は、音圧レベルと目標音圧レベルの差の信号を生成する。
【００３７】
音圧調整手段１１は、信号入力器５が供給する入力信号をアクチュエータ６に与えるが、音圧レベルと目標音圧レベルに差がある場合には、この差の信号に応じてアクチュエータ６に与える信号の振幅を増減させる。具体的には、音波センサ７が検出した音波の音圧レベルが目標音圧レベルより高いときには、アクチュエータ６に与える信号の振幅を小さくすることで音圧レベルが下がるようにし、音波センサ７が検出した音波の音圧レベルが目標音圧レベルより低いときには、アクチュエータ６に与える信号の振幅を大きくすることで音圧レベルが上がるようにする。この制御は、音圧レベルと目標音圧レベルとが同じになるよう調整することに相当する。
【００３８】
それぞれのアクチュエータ６において、ピストンロッド２１に取り付けられた加速度センサ１２が振動板４の加速度を検出する。加速度レベル演算器１３は、検出された振動板４の加速度から加速度レベルを演算する。２つの振動板４の加速度の加速度レベルが加速度レベル比較器１４において比較される。加速度レベル同士が異なると、その差の信号が加速度調整手段１５に出力される。加速度調整手段１５は、アクチュエータ６に与える信号の振幅を増減させて各加速度センサ１２が検出する加速度の加速度レベル同士が同じになるよう調整する。具体的には、加速度調整手段１５が信号の経路に置かれているアクチュエータ６の加速度レベルが他方のアクチュエータ６の加速度レベルより大きいときは、加速度調整手段１５が信号の経路に置かれているアクチュエータ６に与える信号の振幅を小さくし、加速度調整手段１５が信号の経路に置かれているアクチュエータ６の加速度レベルが他方のアクチュエータ６の加速度レベルより小さいときは、加速度調整手段１５が信号の経路に置かれているアクチュエータ６に与える信号の振幅を大きくする。
【００３９】
本発明によれば、長時間使用や環境条件変化によらず音圧が安定する。環境条件の変化、すなわち作動油の温度変化や性状変化、油圧機器の特性変化が生じると、従来は、音圧を安定させることができながったが、本発明では、検出した音波の音圧レベルと所望の目標音圧レベルとを比較しているので、音圧レベルを本来の所望する値に安定させることができる。
【００４０】
本発明によれば、双方のアクチュエータ６の加速度レベルを比較して、加速度差がなくなる方向に入力信号に差を付けるようにしたので、２つの振動板４から放射される音波の音圧レベルを同じにすることができる。このようにして、２つの振動板４から放射される音波の音圧レベルが揃うと、前述の音圧レベルの安定と相まって、安定で理想的な無指向性点音源が実現される。
【００４１】
なお、加速度レベルと音圧レベルは比例関係にある。本明細書で言う音圧レベル、加速度レベルとは、振動板を正弦波で駆動したときの音圧や加速度の基本波の大きさ（振幅）を指す。一般に、音圧レベルはｄＢの単位で呼ばれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態を示す水中音源の音圧安定化装置の制御回路図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  音圧安定化装置
２  開口部
３  エンクロージャ
４  振動板
５  信号入力器
６  アクチュエータ
７  音波センサ
８  音圧レベル演算器
９  目標値設定器
１０  音圧レベル比較器
１１  音圧調整手段
１２  加速度センサ
１３  加速度レベル演算器
１４  加速度レベル比較器
１５  加速度調整手段
１６  変位センサ
１７  変位帰還手段
１８  サーボ増幅器
２１  ピストンロッド
２２  ピストンヘッド
２３  シリンダ
２４  サーボ弁
【図１】
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