JP4018348B2 - 音響発生システム及び音源制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音源の出力音響の音圧を周波数成分ごとに制御する音響発生システム及び音源制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音響掃海具(音源)から海中に放出された音響信号をリアルタイムにモニタする技術として、特開平５−２０１３８５号公報記載の技術が知られている。この技術は、掃海艇で音響センサを音響掃海具とともに曳航することによって、音響掃海具から海中に放出された音響信号をリアルタイムにモニタするものである。
【０００３】
また、音響掃海具の制御技術として、特開平１１−２９０９２号公報記載の技術が知られている。この技術によれば、音響掃海具の左右側および海底側にそれぞれ配された３つの音響センサで検出されたシグニチャー強度(計測位置における音響の信号レベル)の等強度線が算出され、その算出結果に基づき音響掃海具が制御される。これにより、所期のシグニチャー強度を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の技術は、いずれも、海水中を伝搬する音響信号の減衰が周波数ごとに異なることを考慮していない。このため、例えば、互いに異なる周波数帯の音響信号に感応する複数の音響受波器が存在している場合等に、全周波数帯域に渡って音圧が一様な音響信号を全音響受波器に到達させる必要が生じても、そのような音響信号を各音響受波器に到達させることができない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、音源からの音響信号の音圧を周波数ごとに制御することができるシステム及び音源制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一態様においては、移動体につながれた音源からの音響信号の音圧に相関する情報を、移動体の移動中、音源の出力音響の音圧に応じた距離だけ音源から離れた位置で検出するための第一音響センサを、移動体につなぐ。そして、前記第一音響センサの出力信号を周波数成分に分解し、前記第一音響センサの出力信号の全周波数帯域の信号レベルＲ１と、当該各周波数成分の信号レベルＲ １ （ fk ）との差分が 10 ・ log （ f ｂ − f ａ ）（但し、ｆ ａ およびｆ ｂ は、前記音源が発生可能な音響信号の周波数帯域の下限および上限である）になるように、前記音源に発生させる音響信号を周波数ごとに制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
【０００８】
まず、本実施の形態に係る音響発生システムの構成について説明する。
【０００９】
本実施の形態に係る音響発生システムは、図１に示すように、船舶Ａ上に設置された音源制御装置(不図示、図２における１００)、船舶Ａ上の音源制御装置に接続された３本の同軸ケーブル(第二同軸ケーブル１０Ａ、第一同軸ケーブル１０Ｂ、第三同軸ケーブル１０Ｃ)、各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃに接続された音響センサ(第二音響センサ２０Ａ、第一音響センサ２０Ｂ、第三音響センサ２０Ｃ)付きのフロート、３本の同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃのうちの最長の第三同軸ケーブル１０Ｃに接続された無指向性音源３０付きのフロート、等を有している。ここで用いた音源３０は、広帯域の音響信号を、同軸ケーブル１０Ｃを介して与えられる制御信号Ｍに応じた強度で出力するものである。
【００１０】
また、船舶Ａの船底には、海水中を探査するための音響センサ４０が取り付けられている。
【００１１】
さて、３本の同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃは、フロートと船舶Ａとにそれぞれ固定されており、船舶Ａが前進すると、４つのフロートは、海上を浮遊しながら同軸ケーブル２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃによって曳航される。各同軸ケーブル２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃに対するフロートの固定位置は、フロートに取り付けられた音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃおよび音源３０と船舶Ａの船底の音響センサ４０とが曳航中に以下の位置関係を有するように定められている。
【００１２】
３つの音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃおよび音源３０は、船舶Ａの船底の音響センサ４０側から、第二音響センサ２０Ａ、第一音響センサ２０Ｂ、音源３０、第三音響センサ２０Ｃの順に並んで曳航される。このような状態において、（ 1 ）船舶Ａの船底の音響センサ４０と音源３０との間、（ 2 ）音源３０と第三音響センサ２０Ｃとの間、（ 3 ）船舶Ａの船底の音響センサ４０と第二音響センサ２０Ａとの間、（ 4 ）第一音響センサと音源３０との間には、それぞれ、適当な距離の間隔があく。具体的には、以下の通りである。
【００１３】
船舶Ａの船底の音響センサ４０と音源３０との間には、音源３０の出力音響の音圧等に応じた距離Ｌ(例えば、５００ｍ程度)の間隔があく。
【００１４】
音源３０と第三音響センサ２０Ｃとの間には、音源３０の出力強度の確認に支障を与えない距離ｒ３(音源３０の遠距離音場に第三音響センサ２０Ｃを位置付け、かつ、音源３０からの音響信号の減衰が小さい距離)の間隔があく。この間隔の距離ｒ３は、例えば、音源からの音響信号の強度を表す規格に合わせて１ｍに設定することができる。
【００１５】
船舶Ａの船底の音響センサ４０と第二音響センサ２０Ａとの間には、数式(１)により定まる距離ｒ１(＜Ｌ)の間隔があき、第一音響センサ２０Ｂと音源３０との間には、数式(２)により定まる距離ｒ２(≦Ｌ−ｒ１)の間隔があく。
【００１６】
Ｔ０(ｆ)−Ｕ(ｆ)＝２０・ｌｏｇ(Ｌ−ｒ１) …(１)
Ｔ０(ｆ)−Ｓ(ｆ)＝２０・ｌｏｇ(ｒ２) …(２)
【００１７】
ここで、Ｔ０(ｆ)は、周波数ｆの関数で表される、音源３０の出力音響の最大音圧初期値であり、Ｕ(ｆ)は、周波数ｆの関数で表される、船底の音響センサ４０の感度であり、Ｓ(ｆ)は、周波数ｆの関数で表される、海中の任意位置に配置された音響受波器Ｂの感度である(以下において同じ)。
【００１８】
なお、ここでは、海水中の各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃとして一定の長さのものを使用しているが、例えば各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃを巻き取るためのウインチを船舶Ａ上に設けておくことによって、海水中の各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃの長さを調整可能としておくことが望ましい。また、各フロートは、浮力調整によって深度を調整可能としておくことが望ましい。
【００１９】
一方、船舶Ａ上に設置された音源制御装置１００は、図２に示すように、音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃのセンサ出力Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３を増幅するために各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃごとに設けられた増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃ、各増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃからの出力信号をそれぞれ周波数成分に分解することによってパワースペクトルを求める周波数分析装置１２０、外部からの指令Ｎに応じて制御信号Ｍを出力する信号発生装置１３０、信号発生装置１３０からの制御信号Ｍを増幅してインピーダンス変換した後に音源３０へ出力する変換増幅装置１４０、周波数分析装置１２０の出力に応じた指令Ｎを信号発生装置１３０に与える制御装置１５０、等を有している。なお、制御装置１５０には、外部(ユーザ等)からの入力によって、音源３０の出力音響の各周波数成分の最大音圧レベルの初期値Ｔ０(ｆｋ)が、周波数ｆｋの関数Ｔ(ｆｋ)として設定されていることとする。
【００２０】
このようなシステム構成により、本実施の形態では、互いに異なる位置で浮遊中の各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃで検出された音圧Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３を音源制御装置１００にフィードバックし、音源制御装置１００が、それらのフィードバック信号に基づき、音源３０の出力音響の音圧を周波数ごとに制御する。つぎに、そのような制御処理について説明する。なお、ここでは、４つのフロートが船舶Ａによって曳航されている状態(図１に示した状態)にあるものとする。
【００２１】
制御装置１５０は、外部(ユーザ等)からの処理開始命令を受け付けると、信号発生装置１３０に指令を与えることによって、周波数帯域ｆａ〜ｆｂの音響信号を最大音圧Ｔ(ｆｋ)で音源３０から発生させる。これにより、各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃでは、それぞれの位置に到達した音響信号の音圧Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３が逐次検出される。各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃのセンサ出力Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３は、それぞれ、同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃを介して増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃに入力され、各増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃにおいて適当なレベルまで増幅される。そして、増幅後の各信号は、それぞれ、周波数分析装置１２０において周波数成分Ｒ１(ｆｋ),Ｒ２(ｆｋ),Ｒ３(ｆｋ)に分解されてから制御装置１５０に入力される。それらの入力信号Ｒ１(ｆｋ),Ｒ２(ｆｋ),Ｒ３(ｆｋ)に基づいて、制御装置１５０は、制御目的に応じた制御を行う。
【００２２】
海中に存在している音響受波器Ｂが感応する音響信号の周波数帯が未知である場合等には、音源３０から距離ｒ２離れた位置に、一様な音圧の広帯域音響信号を到達させる必要がある。そのような必要が生じた場合、制御装置１５０は、第一音響センサ２０Ｂからのフィードバック信号Ｒ１の周波数帯域ｆａ〜ｆｂの全音圧レベルＲ１と、第一音響センサ２０Ｂからのフィードバック信号Ｒ１の各周波数成分の音圧レベルＲ１(ｆｋ)との差分Ｒ１―Ｒ１(ｆｋ)が１０・ｌｏｇ(ｆｂ−ｆａ)となるように(すなわち、Ｒ１(ｆｋ)がＲ１―１０・ｌｏｇ(ｆｂ−ｆａ)となるように)、音源３０の出力音響の最大音圧Ｔ(ｆｋ)を周波数成分ごとにフィードバック制御する。
ここで、Ｒ１は、数式(４)により与えられる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
具体的には、制御装置１５０は、音源３０の出力音響の各周波数成分の最大音圧Ｔ(ｆｋ)を数式(３)から求まる値とする制御信号Ｍを、信号発生装置１３０から逐次出力させる。
【００２５】
Ｔ(ｆｋ)＝Ｔ(ｆｋ)−{Ｒ１(ｆｋ)−(Ｒ１−１０・ｌｏｇ(ｆｂ−ｆａ))}
…(３)
【００２６】
このようにして逐次生成される制御信号Ｍは、変換増幅装置１４０で増幅およびインピーダンス変換された後、同軸ケーブル１０Ｃを介して音源３０に逐次与えられる。これらの制御信号Ｍによって、音源３０からの出力音響が周波数ごとに制御され(以下、この制御処理を、第一制御処理と呼ぶ)、最終的には、音源３０から距離ｒ３の位置に、全周波数帯域ｆａ≦ｆｋ≦ｆｂの音圧が一様な音響信号が到達するようになる。これにより、船舶Ａの曳航によって、海水中の音響受波器Ｂから距離ｒ３の位置に音源３０が到達したとき、その音響受波器Ｂに、全周波数帯域ｆａ〜ｆｂの音圧が一様な音響信号を到達させることができる。
【００２７】
ただし、この音響信号が、船舶Ａの船底に取り付けられている音響センサ４０による探査を妨害することは好ましくない。そこで、本実施の形態では、さらに、第二音響センサ１０Ａからのフィードバック信号Ｒ１にも基づき、音源３０の出力音響の最大音圧Ｔ(ｆｋ)を周波数成分ごとに制御する(以下、この制御処理を、第二制御処理と呼ぶ)。具体的には、制御装置１５０は、第二音響センサ１０Ａからのフィードバック信号Ｒ２の各周波数成分の音圧レベルＲ２(ｆｋ)と、第一音響センサ２０Ｂからのフィードバック信号Ｒ１の各周波数成分の音圧レベルＲ１(ｆｋ)とが、数式(５)(６)を満たすように、音源３０の音響出力を周波数ごとに制御する。
【００２８】
【数３】
【００２９】
これらの数式(５)(６)を満足する音響信号を音源３０から発信させれば、音響受波器Ｂは、その音響信号に感応しても、船舶Ａの船底の音響センサ４０は、その音響信号をほぼ検知しない。このため、船舶Ａの船底の音響センサ４０による海中探査が、音源３０からの音響信号によって妨害されるのを防止することができる。
【００３０】
ところで、特定の周波数帯の音響信号を音響受波器Ｂに効率的に到達させる必要がある場合等には、音響受波器Ｂの出力音響を確実に所期のものとする必要がある。このような場合には、制御装置１５０は、例えば外部(ユーザ)からの指示に応じて、さらに、第三音響センサ２０Ｃからのフィードバック信号Ｒ３に基づく制御処理も実行する(以下、この制御処理を、第三制御処理と呼ぶ)。具体的には、第三音響センサ２０Ｃからのフィードバック信号Ｒ３の各周波数成分Ｒ３(ｆｋ)と、音源３０の出力音響の各周波数成分Ｔ(ｆｋ)との差分Ｒ３(ｆｋ)−Ｔ(ｆｋ)を２０・ｌｏｇ(ｒ３)を近づける制御信号Ｍを、信号発生装置１３０から逐次出力させる。これにより、音源３０からは所期の音響が確実に発生することとなる。このため、例えば、特定の周波数帯の音響信号にのみ音響受波器Ｂが感応するような場合等に、適切な周波数帯の音響信号を効率的に音響受波器Ｂに到達させることができる。
【００３１】
以上においては、三種類の制御処理(第一制御処理、第二制御処理、第三制御処理)を組み合わせて実行する場合について説明したが、これら三種類の制御処理は、必要に応じて、単独または適宜な組合せで実行可能である。例えば、音響受波器Ｂが感応する音響信号の周波数帯が明らかな場合等には、第二制御処理のみ、または、第二制御処理を第三制御処理と組み合せて実行するようにしてもよい。また、三種類の制御処理(第一制御処理、第二制御処理、第三制御処理)のうち、いずれか１または２つの制御処理を実行する必要がない状況においては、実行されない制御処理にだけ利用される音響センサを設ける必要はない。以下、そのようなシステム構成について説明する。海水中の音源３０等を曳航するための移動体Ａとして、探査用音響センサ未装備の航空機を利用する場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
探査用音響センサ未装備の航空機が移動体Ａとして利用される場合には、音響発生システムで第二御処理が実行される必要はない。このため、この場合の音響発生システムは、第二制御処理に利用される第二音響センサ１０Ａおよび第二同軸ケーブル１０Ａを有しない点において、図１の音響発生システムと異なる。具体的には、この場合の音響発生システムは、図３に示すように、航空機Ａに設置された音源制御装置(不図示)、航空機Ａ上の音源制御装置に接続された２本の同軸ケーブル(第一同軸ケーブル１０Ｂ、第三同軸ケーブル１０Ｃ)、各同軸ケーブル１０Ｂ,１０Ｃに接続された音響センサ(第一音響センサ２０Ｂ、第三音響センサ２０Ｃ)付きのフロート、２本の同軸ケーブル１０Ｂ,１０Ｃのうちの最長の第三同軸ケーブル１０Ｃに接続された無指向性音源３０付きのフロート、等を有している。
【００３３】
このような構成の音響発生システムにおいても、図１の音響発生システムと同様、音源３０から距離ｒ２離れた位置に一様な音圧の広帯域音響信号を到達させる必要がある場合には第一制御処理が実行され、音響受波器Ｂの出力音響を確実に所期のものとする必要がある場合には第三制御処理が実行される。これにより、図１の音響発生システムにおいて第一制御処理と第三制御処理が実行された場合と同様な効果を得ることができる。
【００３４】
また、以上においては、曳航中の音源等は、移動体Ａ側から、第一音響センサ２０Ｂ、音源３０、第三音響センサ２０Ｃの順に並ぶようになっているが、上述した間隔についての条件を満たしていれば、必ずしも、この通りの順に並ぶ必要はない。例えば、探査用音響センサ未装備の無人ビークルを曳航用移動体Ａとして利用する場合には、図４に示すように、無人ビークルＡに音源３０を吊り下げて、２つの音響センサ２０Ｂ,２０Ｃが、音源３０側から、第三音響センサ２０Ｃ、第一音響センサ２０Ｂの順に並んで曳航されるようにしてもよい。すなわち、曳航中の移動体Ａ側から、音源３０、第三音響センサ２０Ｃ、第一音響センサ２０Ｂの順に並ぶようにしてもよい。ただし、この場合にも、無人ビークルＡの移動中には、音源３０と第三音響センサ２０Ｃとの間、音源３０と第一音響センサ２０Ｂとの間に、それぞれ、上述と同様な距離ｒ２,ｒ３の間隔があき、無人ビーグルＡに設置された音源制御装置では、上述と同様な制御処理が実行される。
【００３５】
なお、以上においては、曳航用の移動体Ａとして、船舶、航空機、ビークルを利用した場合を例に挙げて説明したが、音源等を曳航しながら移動することができれば、どのようなものを曳航用の移動体Ａとして用いても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、音源からの音響信号の音圧を周波数ごとに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムの概念図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムのブロック図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムの概念図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムの概念図である。
【符号の説明】
Ａ…移動体
Ｂ…音響受波器
１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃ…電送ケーブル
２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃ…音響センサ
３０…音源
１００…音源制御装置
１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃ…増幅装置
１２０…周波数分析装置
１３０…信号発生装置
１４０…変換増幅装置
１５０…制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、音源の出力音響の音圧を周波数成分ごとに制御する音響発生システム及び音源制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音響掃海具(音源)から海中に放出された音響信号をリアルタイムにモニタする技術として、特開平５−２０１３８５号公報記載の技術が知られている。この技術は、掃海艇で音響センサを音響掃海具とともに曳航することによって、音響掃海具から海中に放出された音響信号をリアルタイムにモニタするものである。
【０００３】
また、音響掃海具の制御技術として、特開平１１−２９０９２号公報記載の技術が知られている。この技術によれば、音響掃海具の左右側および海底側にそれぞれ配された３つの音響センサで検出されたシグニチャー強度(計測位置における音響の信号レベル)の等強度線が算出され、その算出結果に基づき音響掃海具が制御される。これにより、所期のシグニチャー強度を得ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の技術は、いずれも、海水中を伝搬する音響信号の減衰が周波数ごとに異なることを考慮していない。このため、例えば、互いに異なる周波数帯の音響信号に感応する複数の音響受波器が存在している場合等に、全周波数帯域に渡って音圧が一様な音響信号を全音響受波器に到達させる必要が生じても、そのような音響信号を各音響受波器に到達させることができない可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、音源からの音響信号の音圧を周波数ごとに制御することができるシステム及び音源制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一態様においては、移動体につながれた音源からの音響信号の音圧に相関する情報を、移動体の移動中、音源の出力音響の音圧に応じた距離だけ音源から離れた位置で検出するための第一音響センサを、移動体につなぐ。そして、前記第一音響センサの出力信号を周波数成分に分解し、前記第一音響センサの出力信号の全周波数帯域の信号レベルＲ１と、当該各周波数成分の信号レベルＲ １ （ fk ）との差分が 10 ・ log （ f ｂ − f ａ ）（但し、ｆ ａ およびｆ ｂ は、前記音源が発生可能な音響信号の周波数帯域の下限および上限である）になるように、前記音源に発生させる音響信号を周波数ごとに制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明に係る実施の一形態について説明する。
【０００８】
まず、本実施の形態に係る音響発生システムの構成について説明する。
【０００９】
本実施の形態に係る音響発生システムは、図１に示すように、船舶Ａ上に設置された音源制御装置(不図示、図２における１００)、船舶Ａ上の音源制御装置に接続された３本の同軸ケーブル(第二同軸ケーブル１０Ａ、第一同軸ケーブル１０Ｂ、第三同軸ケーブル１０Ｃ)、各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃに接続された音響センサ(第二音響センサ２０Ａ、第一音響センサ２０Ｂ、第三音響センサ２０Ｃ)付きのフロート、３本の同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃのうちの最長の第三同軸ケーブル１０Ｃに接続された無指向性音源３０付きのフロート、等を有している。ここで用いた音源３０は、広帯域の音響信号を、同軸ケーブル１０Ｃを介して与えられる制御信号Ｍに応じた強度で出力するものである。
【００１０】
また、船舶Ａの船底には、海水中を探査するための音響センサ４０が取り付けられている。
【００１１】
さて、３本の同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃは、フロートと船舶Ａとにそれぞれ固定されており、船舶Ａが前進すると、４つのフロートは、海上を浮遊しながら同軸ケーブル２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃによって曳航される。各同軸ケーブル２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃに対するフロートの固定位置は、フロートに取り付けられた音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃおよび音源３０と船舶Ａの船底の音響センサ４０とが曳航中に以下の位置関係を有するように定められている。
【００１２】
３つの音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃおよび音源３０は、船舶Ａの船底の音響センサ４０側から、第二音響センサ２０Ａ、第一音響センサ２０Ｂ、音源３０、第三音響センサ２０Ｃの順に並んで曳航される。このような状態において、（ 1 ）船舶Ａの船底の音響センサ４０と音源３０との間、（ 2 ）音源３０と第三音響センサ２０Ｃとの間、（ 3 ）船舶Ａの船底の音響センサ４０と第二音響センサ２０Ａとの間、（ 4 ）第一音響センサと音源３０との間には、それぞれ、適当な距離の間隔があく。具体的には、以下の通りである。
【００１３】
船舶Ａの船底の音響センサ４０と音源３０との間には、音源３０の出力音響の音圧等に応じた距離Ｌ(例えば、５００ｍ程度)の間隔があく。
【００１４】
音源３０と第三音響センサ２０Ｃとの間には、音源３０の出力強度の確認に支障を与えない距離ｒ３(音源３０の遠距離音場に第三音響センサ２０Ｃを位置付け、かつ、音源３０からの音響信号の減衰が小さい距離)の間隔があく。この間隔の距離ｒ３は、例えば、音源からの音響信号の強度を表す規格に合わせて１ｍに設定することができる。
【００１５】
船舶Ａの船底の音響センサ４０と第二音響センサ２０Ａとの間には、数式(１)により定まる距離ｒ１(＜Ｌ)の間隔があき、第一音響センサ２０Ｂと音源３０との間には、数式(２)により定まる距離ｒ２(≦Ｌ−ｒ１)の間隔があく。
【００１６】
Ｔ０(ｆ)−Ｕ(ｆ)＝２０・ｌｏｇ(Ｌ−ｒ１) …(１)
Ｔ０(ｆ)−Ｓ(ｆ)＝２０・ｌｏｇ(ｒ２) …(２)
【００１７】
ここで、Ｔ０(ｆ)は、周波数ｆの関数で表される、音源３０の出力音響の最大音圧初期値であり、Ｕ(ｆ)は、周波数ｆの関数で表される、船底の音響センサ４０の感度であり、Ｓ(ｆ)は、周波数ｆの関数で表される、海中の任意位置に配置された音響受波器Ｂの感度である(以下において同じ)。
【００１８】
なお、ここでは、海水中の各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃとして一定の長さのものを使用しているが、例えば各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃを巻き取るためのウインチを船舶Ａ上に設けておくことによって、海水中の各同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃの長さを調整可能としておくことが望ましい。また、各フロートは、浮力調整によって深度を調整可能としておくことが望ましい。
【００１９】
一方、船舶Ａ上に設置された音源制御装置１００は、図２に示すように、音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃのセンサ出力Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３を増幅するために各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃごとに設けられた増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃ、各増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃからの出力信号をそれぞれ周波数成分に分解することによってパワースペクトルを求める周波数分析装置１２０、外部からの指令Ｎに応じて制御信号Ｍを出力する信号発生装置１３０、信号発生装置１３０からの制御信号Ｍを増幅してインピーダンス変換した後に音源３０へ出力する変換増幅装置１４０、周波数分析装置１２０の出力に応じた指令Ｎを信号発生装置１３０に与える制御装置１５０、等を有している。なお、制御装置１５０には、外部(ユーザ等)からの入力によって、音源３０の出力音響の各周波数成分の最大音圧レベルの初期値Ｔ０(ｆｋ)が、周波数ｆｋの関数Ｔ(ｆｋ)として設定されていることとする。
【００２０】
このようなシステム構成により、本実施の形態では、互いに異なる位置で浮遊中の各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃで検出された音圧Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３を音源制御装置１００にフィードバックし、音源制御装置１００が、それらのフィードバック信号に基づき、音源３０の出力音響の音圧を周波数ごとに制御する。つぎに、そのような制御処理について説明する。なお、ここでは、４つのフロートが船舶Ａによって曳航されている状態(図１に示した状態)にあるものとする。
【００２１】
制御装置１５０は、外部(ユーザ等)からの処理開始命令を受け付けると、信号発生装置１３０に指令を与えることによって、周波数帯域ｆａ〜ｆｂの音響信号を最大音圧Ｔ(ｆｋ)で音源３０から発生させる。これにより、各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃでは、それぞれの位置に到達した音響信号の音圧Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３が逐次検出される。各音響センサ２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃのセンサ出力Ｒ１,Ｒ２,Ｒ３は、それぞれ、同軸ケーブル１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃを介して増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃに入力され、各増幅装置１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃにおいて適当なレベルまで増幅される。そして、増幅後の各信号は、それぞれ、周波数分析装置１２０において周波数成分Ｒ１(ｆｋ),Ｒ２(ｆｋ),Ｒ３(ｆｋ)に分解されてから制御装置１５０に入力される。それらの入力信号Ｒ１(ｆｋ),Ｒ２(ｆｋ),Ｒ３(ｆｋ)に基づいて、制御装置１５０は、制御目的に応じた制御を行う。
【００２２】
海中に存在している音響受波器Ｂが感応する音響信号の周波数帯が未知である場合等には、音源３０から距離ｒ２離れた位置に、一様な音圧の広帯域音響信号を到達させる必要がある。そのような必要が生じた場合、制御装置１５０は、第一音響センサ２０Ｂからのフィードバック信号Ｒ１の周波数帯域ｆａ〜ｆｂの全音圧レベルＲ１と、第一音響センサ２０Ｂからのフィードバック信号Ｒ１の各周波数成分の音圧レベルＲ１(ｆｋ)との差分Ｒ１―Ｒ１(ｆｋ)が１０・ｌｏｇ(ｆｂ−ｆａ)となるように(すなわち、Ｒ１(ｆｋ)がＲ１―１０・ｌｏｇ(ｆｂ−ｆａ)となるように)、音源３０の出力音響の最大音圧Ｔ(ｆｋ)を周波数成分ごとにフィードバック制御する。
ここで、Ｒ１は、数式(４)により与えられる。
【００２３】
【数２】
具体的には、制御装置１５０は、音源３０の出力音響の各周波数成分の最大音圧Ｔ(ｆｋ)を数式(３)から求まる値とする制御信号Ｍを、信号発生装置１３０から逐次出力させる。
【００２５】
Ｔ(ｆｋ)＝Ｔ(ｆｋ)−{Ｒ１(ｆｋ)−(Ｒ１−１０・ｌｏｇ(ｆｂ−ｆａ))}
…(３)
【００２６】
このようにして逐次生成される制御信号Ｍは、変換増幅装置１４０で増幅およびインピーダンス変換された後、同軸ケーブル１０Ｃを介して音源３０に逐次与えられる。これらの制御信号Ｍによって、音源３０からの出力音響が周波数ごとに制御され(以下、この制御処理を、第一制御処理と呼ぶ)、最終的には、音源３０から距離ｒ３の位置に、全周波数帯域ｆａ≦ｆｋ≦ｆｂの音圧が一様な音響信号が到達するようになる。これにより、船舶Ａの曳航によって、海水中の音響受波器Ｂから距離ｒ３の位置に音源３０が到達したとき、その音響受波器Ｂに、全周波数帯域ｆａ〜ｆｂの音圧が一様な音響信号を到達させることができる。
【００２７】
ただし、この音響信号が、船舶Ａの船底に取り付けられている音響センサ４０による探査を妨害することは好ましくない。そこで、本実施の形態では、さらに、第二音響センサ１０Ａからのフィードバック信号Ｒ１にも基づき、音源３０の出力音響の最大音圧Ｔ(ｆｋ)を周波数成分ごとに制御する(以下、この制御処理を、第二制御処理と呼ぶ)。具体的には、制御装置１５０は、第二音響センサ１０Ａからのフィードバック信号Ｒ２の各周波数成分の音圧レベルＲ２(ｆｋ)と、第一音響センサ２０Ｂからのフィードバック信号Ｒ１の各周波数成分の音圧レベルＲ１(ｆｋ)とが、数式(５)(６)を満たすように、音源３０の音響出力を周波数ごとに制御する。
【００２８】
【数３】
これらの数式(５)(６)を満足する音響信号を音源３０から発信させれば、音響受波器Ｂは、その音響信号に感応しても、船舶Ａの船底の音響センサ４０は、その音響信号をほぼ検知しない。このため、船舶Ａの船底の音響センサ４０による海中探査が、音源３０からの音響信号によって妨害されるのを防止することができる。
【００３０】
ところで、特定の周波数帯の音響信号を音響受波器Ｂに効率的に到達させる必要がある場合等には、音響受波器Ｂの出力音響を確実に所期のものとする必要がある。このような場合には、制御装置１５０は、例えば外部(ユーザ)からの指示に応じて、さらに、第三音響センサ２０Ｃからのフィードバック信号Ｒ３に基づく制御処理も実行する(以下、この制御処理を、第三制御処理と呼ぶ)。具体的には、第三音響センサ２０Ｃからのフィードバック信号Ｒ３の各周波数成分Ｒ３(ｆｋ)と、音源３０の出力音響の各周波数成分Ｔ(ｆｋ)との差分Ｒ３(ｆｋ)−Ｔ(ｆｋ)を２０・ｌｏｇ(ｒ３)を近づける制御信号Ｍを、信号発生装置１３０から逐次出力させる。これにより、音源３０からは所期の音響が確実に発生することとなる。このため、例えば、特定の周波数帯の音響信号にのみ音響受波器Ｂが感応するような場合等に、適切な周波数帯の音響信号を効率的に音響受波器Ｂに到達させることができる。
【００３１】
以上においては、三種類の制御処理(第一制御処理、第二制御処理、第三制御処理)を組み合わせて実行する場合について説明したが、これら三種類の制御処理は、必要に応じて、単独または適宜な組合せで実行可能である。例えば、音響受波器Ｂが感応する音響信号の周波数帯が明らかな場合等には、第二制御処理のみ、または、第二制御処理を第三制御処理と組み合せて実行するようにしてもよい。また、三種類の制御処理(第一制御処理、第二制御処理、第三制御処理)のうち、いずれか１または２つの制御処理を実行する必要がない状況においては、実行されない制御処理にだけ利用される音響センサを設ける必要はない。以下、そのようなシステム構成について説明する。海水中の音源３０等を曳航するための移動体Ａとして、探査用音響センサ未装備の航空機を利用する場合を例に挙げて説明する。
【００３２】
探査用音響センサ未装備の航空機が移動体Ａとして利用される場合には、音響発生システムで第二御処理が実行される必要はない。このため、この場合の音響発生システムは、第二制御処理に利用される第二音響センサ１０Ａおよび第二同軸ケーブル１０Ａを有しない点において、図１の音響発生システムと異なる。具体的には、この場合の音響発生システムは、図３に示すように、航空機Ａに設置された音源制御装置(不図示)、航空機Ａ上の音源制御装置に接続された２本の同軸ケーブル(第一同軸ケーブル１０Ｂ、第三同軸ケーブル１０Ｃ)、各同軸ケーブル１０Ｂ,１０Ｃに接続された音響センサ(第一音響センサ２０Ｂ、第三音響センサ２０Ｃ)付きのフロート、２本の同軸ケーブル１０Ｂ,１０Ｃのうちの最長の第三同軸ケーブル１０Ｃに接続された無指向性音源３０付きのフロート、等を有している。
【００３３】
このような構成の音響発生システムにおいても、図１の音響発生システムと同様、音源３０から距離ｒ２離れた位置に一様な音圧の広帯域音響信号を到達させる必要がある場合には第一制御処理が実行され、音響受波器Ｂの出力音響を確実に所期のものとする必要がある場合には第三制御処理が実行される。これにより、図１の音響発生システムにおいて第一制御処理と第三制御処理が実行された場合と同様な効果を得ることができる。
【００３４】
また、以上においては、曳航中の音源等は、移動体Ａ側から、第一音響センサ２０Ｂ、音源３０、第三音響センサ２０Ｃの順に並ぶようになっているが、上述した間隔についての条件を満たしていれば、必ずしも、この通りの順に並ぶ必要はない。例えば、探査用音響センサ未装備の無人ビークルを曳航用移動体Ａとして利用する場合には、図４に示すように、無人ビークルＡに音源３０を吊り下げて、２つの音響センサ２０Ｂ,２０Ｃが、音源３０側から、第三音響センサ２０Ｃ、第一音響センサ２０Ｂの順に並んで曳航されるようにしてもよい。すなわち、曳航中の移動体Ａ側から、音源３０、第三音響センサ２０Ｃ、第一音響センサ２０Ｂの順に並ぶようにしてもよい。ただし、この場合にも、無人ビークルＡの移動中には、音源３０と第三音響センサ２０Ｃとの間、音源３０と第一音響センサ２０Ｂとの間に、それぞれ、上述と同様な距離ｒ２,ｒ３の間隔があき、無人ビーグルＡに設置された音源制御装置では、上述と同様な制御処理が実行される。
【００３５】
なお、以上においては、曳航用の移動体Ａとして、船舶、航空機、ビークルを利用した場合を例に挙げて説明したが、音源等を曳航しながら移動することができれば、どのようなものを曳航用の移動体Ａとして用いても構わない。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、音源からの音響信号の音圧を周波数ごとに制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムの概念図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムのブロック図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムの概念図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る音響発生システムの概念図である。
【符号の説明】
Ａ…移動体
Ｂ…音響受波器
１０Ａ,１０Ｂ,１０Ｃ…電送ケーブル
２０Ａ,２０Ｂ,２０Ｃ…音響センサ
３０…音源
１００…音源制御装置
１１０Ａ,１１０Ｂ,１１０Ｃ…増幅装置
１２０…周波数分析装置
１３０…信号発生装置
１４０…変換増幅装置
１５０…制御装置
Claims (5)
- 音響受波器に到達させるための音響信号を、移動体につながれた音源から発生させる音響発生システムであって、
前記移動体につながれ、当該移動体の移動中、前記音響信号の音圧に相関する情報を、前記音源が出力する音響信号の音圧に応じた距離だけ前記音源から離れた位置で検出する第一音響センサと、
前記第一音響センサの出力信号を周波数成分に分解し、前記第一音響センサの出力信号の全周波数帯域の信号レベルＲ１と、当該各周波数成分の信号レベルＲ １ （ fk ）との差分が 10 ・ log （ f ｂ − f ａ ）（但し、ｆ ａ およびｆ ｂ は、前記音源が発生可能な音響信号の周波数帯域の下限および上限である）になるように、前記音源に発生させる音響信号を周波数ごとに制御する音源制御手段と、
を備えることを特徴とする音響発生システム。 - 請求項１記載の音響発生システムであって、
前記移動体には、前記音源および前記第一音響センサよりも当該移動体の近くに探査用の音響センサが取り付けられ、
当該音響発生システムは、
前記移動体につながれ、当該移動体の移動中、前記音響信号の音圧に相関する情報を、前記第一音響センサよりも前記探査用の音響センサに近い位置で検出する第二音響センサを備え、
前記音源制御手段は、
前記第二音響センサの出力信号を周波数成分に分解し、当該周波数成分の信号レベルＲ２(ｆ)と、前記第一音響センサの出力信号の周波数成分の信号レベルＲ１(ｆ)とが、下記数式(Ａ)(Ｂ)の関係を満たすように、前記音源に発生させる音響信号を周波数ごとに制御する、
ことを特徴とする音響発生システム。
- 請求項２記載の音響発生システムであって、
前記移動体につながれ、当該移動体の移動中、前記音響信号の音圧に相関する情報を、前記第一音響センサおよび前記第二音響センサよりも前記音源に近い位置で検出する第三音響センサを備え、
前記音源制御手段は、
前記第三音響センサの出力信号を周波数成分に分解し、当該各周波数成分の信号レベルＲ３(ｆ)と、前記音源が発生する音響信号の各周波数成分の信号レベルＴ(ｆ)との差分が、前記第三音響センサと前記音源との間の距離に応じて定まる値に近づくように、前記音源に発生させる音響信号を周波数ごとに制御する、
ことを特徴とする音響発生システム。 - 請求項３記載の音響発生システムであって、
前記第二音響センサ、前記第一音響センサ、前記音源、前記第三音響センサは、この順で前記探査用の音響センサ側から並んで前記移動体によって曳航行され、かつ、前記移動体による曳航中、前記第二音響センサと前記探査用の音響センサとの間の距離ｒ１と前記第一音響センサと前記音源との間の距離ｒ２との和が、前記音源と前記探査用の音響センサとの間の距離Ｌよりも小さくなるように、前記移動体につなげられている、
ことを特徴とする音響発生システム。 - 音響受波器に到達させるための音響信号を、移動体につながれた音源から発生させる制御処理を音源制御装置に実行させる音源制御方法であって、
前記移動体の移動中、
前記音響信号の音圧に相関する情報を、前記音源が出力する音響信号の音圧に応じた距離だけ前記音源から離れた位置の音響センサで検出し、
前記音源制御装置が、前記音響センサの出力信号を周波数成分に分解し、前記音響センサの出力信号の全周波数帯域の信号レベルＲ１と、当該各周波数成分の信号レベルＲ １ （ fk ）との差分が 10 ・ log （ f ｂ − f ａ ）（但し、ｆ ａ およびｆ ｂ は、前記音源が発生可能な音響信号の周波数帯域の下限および上限である）になるように、前記音源に発生させる音響信号を周波数ごとに制御する、
ことを特徴とする音源制御方法。
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