89PS-6

大型キャビテーション水槽における水中騒音計測
流体設計系

1．序 論

＊白石耕一郎，澤田祐希 ，藤沢純一

ここで，𝑁𝑁𝑁4, 𝑁𝑁 � 2𝑛𝑛である．𝑛𝑛は任意に設定する FFT の次

近年，海洋環境保護の観点から，船舶水中騒音に対する関数である．なお，この信号から生成される音源信号と畳み込心が高まっており，当所大型キャビテーション水槽においてむことでインパルスを生じる逆の特性を持つ信号は，以下のも舶用プロペラに関する水中騒音評価のニーズが高まって特性を逆フーリエ変換することで求められる．

いる．このような要望に応じるため，本水槽へ水中音響計測システムを導入し，計測システムの高度化を図っている．
キャビテーション水槽は閉鎖空間であるため，音の反射及び残響の影響が大きく，実際の水中騒音を計測することが困難である．その反射と残響影響を補正する方法として，伝達𝑁𝑁
𝑗𝑗4𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 2⎧𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 �� , 0 � 𝑚𝑚 �2𝑁𝑁 2𝑆𝑆 �𝑚𝑚� �𝑁𝑁⎨ �1∗⎩ 𝑆𝑆 �𝑁𝑁 � 𝑚𝑚�, 2 � 𝑚𝑚 � 𝑁𝑁(2.2)

�1関数を用いる方法が用いられている 1),2).伝達関数はある空（2.1）式で表される Swept-Sine 信号を音響プロジェクタで間において音響計測を行う場合に，空間内の残響やノイズの発振し，ハイドロホンを用いて，その水中音を計測する．そ影響を取り除くための関数である．キャビテーション水槽のして，計測した水中音のフーリエ変換に(2.2)をかけ合わせ伝達関数を計測し，水中騒音計測結果を補正することで，反ることによって,伝達関数を得ることができる．図-1 に射及び残響の影響を取り除いた計測が可能である．

Swept-Sine 信号の時系列波形の一例を示す．この波形は，一本研究では，伝達関数の計測方法として室内音響分野で用般的にスウィープ信号と呼ばれる波形の一種である．

いられている Swept-Sine 法 3)を用いた大型キャビテーション水槽における伝達関数計測法を構築した．そして，JBC 船型の平行部を短縮した JBC パラカット（JBC-PC）船型の模型船を用いたキャビテーション試験において水中騒音計測を実施し，その有効性について検証した．
2．Swept-Sine 法を用いた伝達関数計測
2．1 概要
建築音響の分野や騒音制御の分野では，インパルス応答を測定して空間の反響等の評価が行われる．これはインパルス

図-1 Swept-Sine 信号の時系列波形

信号がすべての周波数範囲において均等なエネルギーを持ち，これを放射して得られた応答が，原理的には音源と受音

2．3 伝達関数による水中騒音計測結果の補正点の間の音響的情報のすべてを含むためである．また，インキャビテーション水槽において計測した伝達関数𝐻𝐻�𝑓𝑓�をパルス応答は伝達関数を時間領域に変換したものである．し用いて，測定した水中騒音の補正を実施する．まず，計測したがって，任意の空間におけるインパルス応答が得られれた水中騒音にフーリエ変換を行い，フーリエスペクトル𝑋𝑋�𝑓𝑓�

ば，そのインパルス応答をフーリエ変換することによって伝を算出する．キャビテーション水槽における音場について，達関数を得ることができる．

線形応答が成立すると仮定した場合，以下の式が成立する．

2．2 Swept-Sine 法
直接的にインパルス信号を用いずにインパルス応答を算𝑌𝑌�𝑓𝑓� � 𝑋𝑋�𝑓𝑓� � 𝐻𝐻�𝑓𝑓�

(2.3)

出する方法として Swept-Sine 法がある 3)．Swept-Sine 法でここで，𝑋𝑋�𝑓𝑓�：反射影響を除去した水中騒音のフーリエスペ

は，インパルスを時間的に引き伸ばしたものとして Swept-クトル，𝐻𝐻�𝑓𝑓�：キャビテーション水槽の伝達関数，𝑌𝑌�𝑓𝑓�：計Sine 信号を用いる．Swept-Sine 信号の波形は(2.1)式で表さ測した水中騒音のフーリエスペクトルである．したがって，れる.Swept-Sine 法の波形は，周波数領域で設計して，それ反射影響を取り除いた水中騒音を得るためには，計測した水を逆フーリエ変換することで得られる.

中騒音のフーリエスペクトル 𝑌𝑌�𝑓𝑓� を伝達関数 𝐻𝐻�𝑓𝑓� で割2𝑁𝑁
�𝑗𝑗4𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚⎧𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 �� , 0 � 𝑚𝑚 �2𝑁𝑁 2𝑆𝑆�𝑚𝑚� �𝑁𝑁⎨∗⎩ 𝑆𝑆 �𝑁𝑁 � 𝑚𝑚�, 2 � 𝑚𝑚 � 𝑁𝑁る必要がある．この関係は次式で与えられる．
(2.1)

𝑋𝑋�𝑓𝑓� � 𝑌𝑌�𝑓𝑓�/𝐻𝐻�𝑓𝑓�

(2.4)

(89)

90
伝達関数𝐻𝐻�𝑓𝑓�は前もって計測を行っているため既知であるので，上式を計測した水中騒音のフーリエスペクトル𝑌𝑌�𝑓𝑓� に適用することで反射影響を補正した水中騒音のフーた.試験条件は，プロペラ回転数 𝑛𝑛� � 25.0 �rps�, スラスト係数 𝐾𝐾� � 0.171, キャビテーション数 𝜎𝜎� � 4.506 である.図-4 に伝達関数の補正が無い水中騒音計測結果，図-5 に伝達関

リエスペクトル 𝑋𝑋�𝑓𝑓� が得られる．このフーリエスペクトル数の補正有りの水中騒音計測結果を示す.図-4 と図-5 を比較

をパワーに換算すると狭帯域での水中騒音レベルが算出ですると伝達関数の補正によって，船体ハイドロホンと計測窓きる．同様に 1/3 オクターブバンド解析を行うことで，1/3ハイドロホンの音圧レベル(SPL)の差が低減していることがオクターブバンド幅での水中騒音レベルが算出できる．

確認できる.

3．水槽試験
3．1 水槽試験概要
伝達関数計測及び水中騒音計測試験は，当所大型キャビテーション水槽第 2 計測胴において実施した．対象船型は，JBC船型の平行部を短縮した JBC パラカット（JBC-PC）船型の木製模型船（船長 6.0m）を使用した．模型プロペラは JBC-PC 船型用に設計した模型プロペラ（直径 0.25m）を使用した.
3．2 伝達関数計測
伝達関数及び水中騒音は，模型船船尾のプロペラ直上と計測部右舷側の計測窓に取り付けた 2 つのハイドロホンを用い

図-4 水中騒音計測結果(伝達関数補正無)て計測を行った．また，伝達関数計測において，Swept-Sine信号を発信するための音響プロジェクタは，3D プリンタで作成した治具を用いてプロペラシャフトに取り付けた．図-2 に伝達関数計測時の写真を示す．

図-5 水中騒音計測結果(伝達関数補正有)図-2 伝達関数計測時の写真

4．まとめ
次に Swept-sine 法によって得られた伝達関数の結果（実本研究では，Swept-Sine 法を用いた伝達関数の計測法を構部）を図-3 に示す．図-3 より 75,000Hz 付近で振幅が最大に築し，JBC-PC 模型船を対象に伝達関数計測とキャビテーショ

な っ て い る ．こ れ は 音 響 プロ ジ ェ ク タ の共 振 周 波 数 がン試験における水中騒音計測を実施した．その結果，キャビ75,000Hz となっているためである．

テーション水槽内の反射及び距離影響を考慮した妥当な伝達関数が得られることを確認した．
参考文献
1) ITTC Quality System Manual Recommended Procedures
and Guidelines, 7.5-02-01-05, Model-Scale Propeller
Cavitation Noise Measurement, pp.1-22 (2017).
2) G. Tani, et.al., Aspects of the measurement of theacoustic transfer function in a cavitation tunnel,

図-3 Swept-sine 法によって得られた伝達関数

Applied Ocean Research, Vol.87, pp.264-278 (2019).
3) 大賀寿郎他，音響システムとディジタル処理，電子情報通3．3 水中騒音計測
キャビテーション試験において，水中騒音計測を実施し(90)

信学会，pp.158-159 (1995)．