JP6496117B2 - ビークル群を含む可変アパーチャフェイズドアレイ - Google Patents

Description

本明細書に記載した主題は、音響データを取得するための装置に関し、特に、音響アレイの性能を変えるための方法に関する。

騒音源を分析することによって、騒音源から発生する騒音の背後にある物理的現象を把握しうる。例えば、複数のマイクロホンからなるアレイを、航空機のエンジンなどの騒音源の近くに配置することによって、騒音源からの騒音データを収集することができる。マイクロホンのアレイは、音響アレイまたは音響フェイズドアレイと呼ばれることがある。マイクロホンのアレイによって収集された騒音データを専用のソフトウェアを使って分析することによって、エンジン内またはエンジン外部のどのコンポーネントによって騒音が発生しているかを判定することができる。分析によって得られた情報は、騒音源を含む装置の設計及び／又は操作に役立つ場合がある。例えば、航空機メーカーは、騒音を発生させる航空機部品の設計の際に、そのような情報を利用することができる。従って、音響アレイの性能を変えるための装置及び方法は有用であろう。

一の側面によれば、音響試験システムは、複数のビークルに搭載された複数の音響センサーと、前記複数のビークルを制御するための制御システムと、前記複数のビークルに近接する騒音源からの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信するデータ取得システム、とを備える。

別の側面によれば、音響試験方法は、複数のビークルを騒音源に近接させて配置することを含み、前記複数のビークルは、複数のビークルに搭載された複数の音響センサーを備えており、前記複数のビークルを制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させることをさらに含み、当該所定位置における当該所定配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成し、前記複数のビークルに近接する騒音源からの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信すること、をさらに含む。

別の側面によれば、音響試験方法は、複数の無人航空機をエンジンに近接させて配置することを含み、前記複数の無人航空機は、複数の航空機に搭載された複数の音響センサーを備えており、前記複数の無人航空機を制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させることをさらに含み、当該所定位置における当該所定配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成し、前記エンジンからの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信すること、をさらに含む。

ここで説明した特徴、機能、及び利点は、本明細書に述べた種々の実施形態において個別に達成することができ、また、さらに他の実施形態において組み合わせることも可能であり、その詳細は、以下の説明及び図面を参照することによって、明らかになるであろう。

様々な側面に基づく音響試験システムの概略ブロック図である。 様々な側面に基づく、音響試験システムで使用可能な処理システムの概略ブロック図である。 様々な側面に基づく、音響試験環境の概略図である。 様々な側面に基づく、音響試験環境の概略図である。 様々な側面に基づく、音響試験環境の概略図である。 様々な側面に基づく、音響試験環境の概略図である。 様々な側面に基づく、音響試験方法における作業を示すフローチャートである。

添付の図面を参照して詳細に説明する。以下の記載においては、種々の実施形態を十分に理解できるよう、多くの特定の細部を示している。しかし、当業者であれば理解できるように、種々の実施形態は、このような特定の細部なしで実施できる場合もある。一方、特定の実施形態が目立たなくなることを避けるため、周知の方法、手順、部品、回路については、細かい図示や説明はしていない。

フェイズドアレイ測定性能は、アレイの全体の大きさ（すなわちアパーチャサイズ）と、センサーを空間的にどのように分散させるか（すなわち空間分解能）との両方によって決まる。センサーが空間に固定されている場合は、測定性能も同様に固定され、変更することができない。空間内の任意の位置にセンサーが移動できるようにすると、アレイ測定性能も、同様にいくらでも変更可能となる。本明細書に記載の主題は、移動可能な音響センサーを提供するものであり、当該音響センサーは、騒音源の位置及び／又は大きさを求める必要があるあらゆる状況において、用いることができるものである。このような特徴は、１つのタイプにおいて実施（すなわち、地上操作、水中操作、又は空中操作）してもよいし、あるいは、媒体の様々な組み合わせ（地上のみ、水中のみ、空中のみ、地上および水中、地上及び空中、水中及び空中）において実施してもよい。さらには、アレイ状のセンサーを列車、車、飛行機、ボートなどの移動体側に取り付けることも可能であり、当該移動体上で移動可能とすることにより、必要に応じて配置を変えられる構成としてもよい。

図１は、様々な側面に基づく、音響試験システム１００の概略ブロック図である。図１を参照して説明すると、システム１００は、１つまたは複数のビークルを含み、当該ビークルは、ロケーションシステム１１２、通信システム１１４、データ収集システム１２２、電力システム１２８、及び、推進システム１３０を含む。

ロケーションシステム１１２は、全地球測位システム（GPS）などの衛星ベースのナビゲーションシステムを備えていてもよい。これに代えて、あるいはこれに加えて、ロケーションシステム１１２は、慣性測位システム、光学的位置決めシステムなどを備えていてもよい。

通信システム１１４は、任意の数の無線通信規格に従って動作する無線通信システムであってもよい。適当な無線通信インターフェイスの例としては、IEEE 802.11a, bまたはg-準拠のインターフェイス（例えば、IEEE Standard for IT-Telecommunications and information exchange between systems LAN/MAN--Part II: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications Amendment 4: Further Higher Data Rate Extension in the 2.4 GHz Band, 802.11G-2003を参照のこと）。無線インタフェースの別の例としては、汎用パケット無線サービス（GPRS）インターフェース（例えばGuidelines on GPRS Handset Requirements, Global System for Mobile Communications/GSM Association, Ver. 3.0.1, December 2002を参照のこと）がある。

通信システム１１４は、通信システム１１４を介して受信したコマンド及び制御を処理するためのコマンド及び制御処理モジュール１１６、通信システム１１４を介してデータを送信するためのデータ送信モジュール１１８、他の装置と無線通信を同期させるための無線同期モジュール１２０を備える。

データ収集システム１２２は、データ収集モジュール１２４及び１つ又は複数のセンサー１２６を備える。データ収集モジュール１２４は、センサー１２６の動作を管理するためのロジック回路として構成してもよい。適当なセンサー１２６の例としては、マイクロホン、水中聴音器、レーザーセンサー、地震計、及びその他のセンサーがある。

電力システム１２８は、ビークル１１０及び／又はビークル１１０の様々なシステムに電力を供給する。いくつかの例において、電力システム１２８は、１つまたは複数の電源を含んでいてもよく、この電源は、例えば、バッテリまたは液体もしくは固体の燃料源である。推進システム１３０は、電力システム１２８に連結された１つまたは複数のエンジンあるいはモータを備えていてもよく、駆動ホイールやローターなどに対する伝動装置を備えていてもよい。

種々の実施例において、ビークル１１０は、有人ビークル、無人空中ビークル（ＵＡＶ）、無人地上ベースビークル、または、無人水中ベースビークルの少なくとも１つであってもよい。例えば、ビークル１１０は、クワッドロータークラフト、ヘリコプター、小型飛行船などのＵＡＶであってもよい。地上ベースビークル１１０は、ホイールで移動する、あるいはトラック上を移動するなどの、遠隔制御（ＲＣ）ビークル１１０を含んでいてもよい。水中ベースビークル１１０は、プロペラまたは他の適当な水中推進システムを用いて移動する潜水ビークルを含んでいてもよい。

音響試験システム１００は、ビークル１１０の動作を制御するための制御システム１４０、及び、ビークル１１０に設けられたデータ収集システム１２２からデータを受信するためのデータ取得システム１５０をさらに備える。制御システム１４０及びデータ取得システム１５０は、コンピューターシステムで実施してもよく、通信システム１１４を介して、ビークル１１０に通信可能に接続してもよい。

作業においては、音響試験システム１００を用いることによって、騒音源１６０からの騒音を検出し判別することができる。騒音源の例としては、航空機のエンジン、産業機械、航空機のフレーム及び／または制御面などの機械系や水中の生態系などがある。

いくつかの実施形態において、音響試験システム１００は、複数のビークル１１０を備えていてもよく、これらのビークルを、制御システム１４０による制御によって、状況に合わせて動作させてもよい。このようなビークル１１０のグループはまた、ビークル１１０の「群」とも称される。作業中は、制御システム１４０が複数のビークル１１０に指示を与え、騒音源１６０の近傍の所定の位置に所定の配列を形成させることによって、騒音源１６０からのデータを収集する。所定の配列及び位置は、音響試験中に変更してもよい。

図２は、様々な側面に基づく、音響試験システムで使用可能な処理システムの概略ブロック図である。図２に示した例において、処理システム２００は、通信ファブリック２０２を含んでおり、当該通信ファブリックによって、プロセッサユニット２０４、メモリ２０６、永続記憶装置２０８、通信ユニット２１０、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット２１２、及びディスプレイ２１４間の通信経路が提供される。

データ処理システム２００は、図１に示した制御システム１４０及び／又はデータ取得システム１５０を実施するために用いることができるデータ処理システムの一例である。図１に示したデータ取得システム１５０を実施するために用いる場合は、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット２１２を、ビークル１１０の通信システム１１４に接続してもよい。

プロセッサユニット２０４は、メモリ２０６にロードされた、ソフトウェアに対する命令を実行する役割を行う。プロセッサユニット２０４は、個々の実施形態によって、１つまたは複数のプロセッサのセットであってもよいし、マルチプロセッサコアであってもよい。また、プロセッサユニット２０４は、１つ又は複数の異種プロセッサシステムを用いて実現することができ、このような異種プロセッサシステムにおいては、主プロセッサが二次プロセッサと共に単一のチップ上に存在している。別の実施例として、プロセッサユニット２０４は、同種のプロセッサを複数個含む対称型マルチプロセッサシステムであってもよい。

メモリ２０６及び永続記憶装置２０８は、記憶装置の例である。ここで、記憶装置とは、一時的及び／又は恒久的に情報を保存することができる、任意のハードウェア部分のことをいう。これらの例において、メモリ２０６は、例えば、ランダムアクセスメモリ、または他の適当な揮発性もしくは不揮発性の記憶装置であってもよい。永続記憶装置２０８は、個々の実施形態によって、様々な形態をとることができる。

例えば、永続記憶装置２０８は、１つまたは複数のコンポーネント又はデバイスを含んでいてもよい。例えば、永続記憶装置２０８は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換え可能な光ディスク、書換え可能な磁気テープ、又はこれらの適当な組み合わせであってもよい。永続記憶装置２０８によって使用される媒体は、取り外し可能であってもよい。例えば、取り外し可能なハードドライブを、永続記憶装置２０８に用いてもよい。

これらの例において、通信ユニット２１０は、他のデータ処理システム又は装置との通信を行う。これらの例において、通信ユニット２１０は、ネットワークインターフェイスカードである。通信ユニット２１０は、実体のある有形の通信リンクおよび無線通信リンクのいずれか一方又は両方を用いて、通信を行うことができる。

入出力ユニット２１２は、データ処理システム２００に接続された他の装置に対するデータの入出力を可能にする。例えば、入出力ユニット２１２は、キーボード及びマウスを用いたユーザー入力に対する接続手段として機能するように構成される。また、例えば、入出力ユニット２１２は、プリンタに出力を送信するように構成される。ディスプレイ２１４は、ユーザーに対して情報を表示するように構成されている。

オペレーティングシステムおよびアプリケーションに対する命令、あるいはプログラムは、永続記憶装置２０８に配置されている。例えば、これらの命令は、メモリ２０６にロードされ、プロセッサユニット２０４によって実行される。様々な実施形態のプロセスを、プロセッサユニット２０４によって、コンピュータ実行可能な命令を用いて実行することができ、これらの命令は、メモリ２０６などのメモリに配置してもよい。これらの命令は、プログラムコード、コンピューター使用可能プログラムコード、またはコンピューター可読プログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニット２０４内のプロセッサによって読み取り及び実行することができる。種々の実施形態におけるプログラムコードは、様々な物理的すなわち有形のコンピュータ可読媒体、例えばメモリ２０６や永続記憶装置２０８、で実現してもよい。

プログラムコード２１６は、例えば、関数型で記述されたものであり、選択的に取り外し可能なコンピュータ可読媒体２１８上に配置されたものであって、データ処理システム２００にロード又は転送され、プロセッサユニット２０４によって実行される構成であってもよい。これらの例において、プログラムコード２１６及びコンピュータ可読媒体２１８は、コンピュータプログラム製品１２０を構成している。一例として、コンピュータ可読媒体２１８は、光ディスク又は磁気ディスクのような有形の形態に構成される。このようなディスクは、ドライブ、又は、永続記憶装置２０８の一部である他のデバイスに挿入あるいは配置されて、永続記憶装置２０８の一部であるハードドライブなどの記憶装置にデータ転送が行われる。

有形の形態として、コンピュータ可読媒体２１８は、永続記憶装置として構成されてもよく、その例としては、データ処理システム２００に接続されるハードドライブ、サムドライブ、又はフラッシュメモリなどが挙げられる。有形のコンピュータ可読媒体２１８は、コンピュータ記録可能記憶媒体とも呼ばれる。場合によっては、コンピュータ可読媒体２１８は、取り外し可能でなくてもよい。

これに代えて、通信ユニット２１０への通信リンクを介して、及び／又は、入出力ユニット２１２への接続を介して、コンピュータ可読媒体２１８からデータ処理システム２００にプログラムコード２１６を転送してもよい。実施例では、当該通信リンク及び／又は接続は、有形のものであっても無線であってもよい。コンピュータ可読媒体は、プログラムコードを含む通信リンク又は無線送信といった、非有形媒体の形態をとってもよい。

データ処理システム２００について例示した種々のコンポーネントは、種々の実施形態を実施する方法を構成面において限定するものではない。データ処理システム２００について例示したコンポーネントに、新たなコンポーネントを加えたり、これらに代わるコンポーネントを用いたりしたコンピュータシステムにおいても、様々な形態を実施することができる。図２に示したその他のコンポーネントは、図示した例から変更することができる。

一例として、データ処理システム２００内の記憶装置は、データを保存しうる任意のハードウェア装置である。メモリ２０６、永続記憶装置２０８、及びコンピュータ可読媒体２１８は、有形の記憶装置の例である。

音響試験用システム１００の構造的特徴について説明したが、次に、音響試験環境の一例において行なわれる作業について説明する。図３Ａ〜３Ｄは、様々な側面に基づく、音響試験環境３００の概略図である。図４は、様々な側面に基づく、音響試験方法における作業を説明するフローチャートである。

まず図３Ａを参照して説明する。一例として、例えば、騒音収集環境３００は、ジェットエンジン３０２を含んでおり、同エンジンは、地面３０４の上方に位置するようにスタンド３０６に取り付けられている。ジェットエンジン３０２は、試験対象の装置であり、図１に示した騒音源１６０などの騒音源の一例であり、騒音収集環境３００を用いて分析しうるものである。

ジェットエンジン３０２は、吸気口３０８及び排気ノズル３１０を有する。矢印３１２によって示すように、吸気口３０８は、空気流を受けてジェットエンジン３０２内へ導入する。矢印３１４によって示すように、排気流は、排気ノズル３１０を通ってジェットエンジン３０２を出る。ジェットエンジン３０２によって生成された騒音は、例えば、ジェットエンジン軸３１６上のさまざまな点から拡散するが、他の様々な点からも拡散しうる。

騒音データの収集は、騒音収集環境３００全体にわたって行うことができ、当該騒音収集環境は、フェイズドアレイマイクロホン３１８を含む。これら複数のマイクロホン３１８は、地面３０４上に位置するグランドプレーン３２０に、所定のパターンを有するアレイ状に配置することができる。

騒音収集環境３００は、ファーフィールド（far field）マイクロホン３２８、３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０、３５２、３５４、３５６、３５８、３６０、３６２、３６４をさらに含む。これらのマイクロホンは、例えば、目的の計測点に配置される。図３Ａに示す例では、１９個の固定位置が存在している。これらのマイクロフォンは、グランドプレーン３２０に接するように配置してもよいし、これに加えてあるいはこれに代えて、グランドプレーンよりも上方に配置してもよい。これらのマイクロフォンを構造物に取り付けることによって、マイクロホンをグランドプレーン３２０の上方に位置させてもよい。

これらの例において、アレイ３１８は、例えば、全体にわたって比較的一定のセンサー密度を有する一方、局所的にはセンサー間隔が非重複となるように選択あるいは構成される。アレイ３１８は、当該アレイの異なる箇所においてほぼ同数のエレメントを有することにより、全体にわたってほぼ一定の密度を実現している。このようにアレイ３１８が比較的一定の密度を有していれば、所定のアパーチャサイズのサブアレイをアレイ３１８に沿うどの位置で抽出しても、ほぼ同数のセンサーを含むサブアレイとなる。なお、非重複のセンサー間隔とは、サブアレイ内のどの２つのエレメント間のベクトル間隔も、すべて異なることを意味する。ベクトル間隔は、距離及び方向で規定される。非重複のアレイでは、どの２つのベクトル間隔も等しくなるようなことはない。

本実施例において、フェイズドアレイマイクロホン３１８は、固定位置に４１６個のエレメントを含む。フェイズドアレイマイクロホン３１８のこれら複数のマイクロホンは、例えば、互いに約６インチの間隔で配置される。また、フェイズドアレイマイクロホン３１８を長さ２００フィートにわたって配置することによって、ジェットエンジン３０２からの必要最小距離において所望の放射角度の範囲をカバーするようにしてもよい。

これらの例では、アレイ３１８は弧状のパターンを有する。具体的には、フェイズドアレイマイクロホン３１８は、３つの曲線、すなわち、曲線３２２、曲線３２４、曲線３２６を含む弧状に配置されている。

等間隔で配置されたセンサーを用いる際に、空間エイリアシング（すなわち、偽像）を防ぐためにアレイ設計に半波長基準を採用すると、センサ間隔が６インチの場合、等間隔で配置したアレイの有用性が約１０００Ｈｚに限定される。換言すれば、騒音源位置特定作業を行う際に等間隔の音響センサを用いる場合、偽像を回避するためには、アレイ内の隣接する音響センサの間隔を、半波長基準以下にしなければならない。

種々の好適な実施形態において、マイクロホン対の間隔が確実に非重複となるような設計手法を用いることにより、半波長基準を超える周波数に対しても、アレイを適切に設計することが可能である。このようなアレイによれば、広範囲の周波数にわたって当該アレイが利用できるレベルまで、偽像を排除し且つアレイサイドローブを抑制することができる。また、種々の好適な実施形態において、一連のマイクロホンの幾何学的間隔を増大させるなどの手法を用いてアレイを形成してもよい。

なお、上述の好適な実施形態におけるアレイは、「ポイント設計」によるアレイである。すなわち、これらのアレイは、１つの位置のための単一のアレイとして設計される。種々の好適な実施形態において、このようなポイント設計アレイを複数配置することにより、様々な放射角度をカバーするようにしてもよい。

このような課題は、トラバース可能な（traversable）アレイでは解決できないと考えられる。なぜならば、試験を行う観点からみれば、あまりにも多くのアレイ位置が必要となり、また、必要とされるトラバース位置の数の分だけデータを取得するには膨大な時間を要するからである。

したがって、好適な実施形態において、必要とされているのは、全体でみれば比較的一定の密度となるように配置されたマイクロフォンからなるアレイである。アレイ全体にわたって比較的密度を一定にすることによって、アレイ内のどの点においても、同様に動作するサブアレイを選択することが可能となる。局所的には間隔が非重複であるという特徴によって、これらのサブアレイは、広範囲の周波数において良好に機能することができ、このような周波数範囲には、等間隔アレイエレメントに関する半波長基準を実質的に超える周波数も含まれる。種々の好適な実施形態において、アレイの設計は、これらの原理を採用しかつ実施している。

フェーズドアレイマイクロフォン３１８は、一組の同心状の対数螺旋を構成するように分布させてもよい。このような場合、これら同心状対数螺旋は、共通の原点を有しており、この原点から螺旋が形成されている。これらの螺旋は、互いに異なる初期半径で始まっており、所望の螺旋が形成された状態では、互いにほぼ平行な曲線となっている。対数または等角螺旋は、周知の数学的概念である。

一の実施形態において、フェイズドアレイマイクロホン３１８は、３つの対数螺旋状弧を含み、これらの弧は、共通の原点を有し、且つ、隣接する螺旋間で初期半径が少しずつ増加することによって、３つの平行な曲線を構成している。対数螺旋を構成するためのパラメータを選択するにあたっては、例えば、曲線上のすべての点が、騒音源候補領域内のあらゆる点から、少なくとも混合ノズル径の１０倍の距離となるようにする。混合ノズル径は、Dmixとも呼ばれる。Dmixは、ジェットエンジンからの排気流の有効径である。

この例において、混合ノズル径の１０倍の距離は、騒音源候補領域から十分に遠い距離であると考えられるので、フェイズドアレイマイクロホン３１８よりも騒音源から遠い距離にある音源の強さを、フェイズドアレイマイクロホン３１８が検出した騒音源コンポーネントを利用して、正確に推定することが可能である。対数螺旋パラメータは、例えば、原点位置、螺旋角度、及び初期半径を含む。センサー位置の決定は、対数螺旋をサンプリングすることによって行なわれ、各々の螺旋では、隣接するセンサ間のベース間隔を異ならせている。

実施例において、もっとも半径が小さい曲線は、２６．８インチのベース間隔を採用しており、次に半径が大きい曲線は、２２．８インチのベース間隔を採用しており、最も半径が大きい曲線は、１７．８インチのベース間隔を採用している。各対数螺旋曲線において、実際の間隔は、ベース間隔から、数列[−１．５インチ、−１．０インチ、−０．５インチ、０．０インチ、０．５インチ、１．０インチ、１．５インチ]に基づき変化させてもよく、当該数列は、螺旋が全体にわたってサンプリングされるまで繰り返される。

ベース間隔は、例えば、利用可能な数のセンサーを３つの曲線の全長にわたって分散させるように選択される。曲線ごとに異なるベース間隔を採用することによって、各曲線に変化するベース間隔を採用した場合に、ある曲線において変化数列の繰り返しが起こるまでは、同じ距離が繰り返されることがないようにする。この手法によって、アレイの全長にわたってセンサー密度を比較的一定に保ちつつ、局所的には非重複のアレイを作ることができる。曲線同士が空間的に離間していることは、対数螺旋弧形状とともに、さらに局所的にも全体的にも非重複とすることに役立っている。

より一般的には、フェイズドアレイマイクロホン３１８におけるセンサーアレイは、一組の同心状の曲線を形成するものであってもよい。その際に、曲線の組の形状は、騒音源候補領域までのセンサアレイの最小距離に基づいて選択され、曲線の組のうち最も近い曲線が当該最小距離に位置するように構成される。最小距離は、各例ごとに異なっていてもよい。

ジェットエンジン３０２の例においては、最小距離は、混合ノズル径の約１０倍の距離である。すべての騒音源候補位置の集合が、騒音源候補領域である。換言すれば、ユーザーが騒音源候補領域を定義し、最小距離を指定してもよい。例えば、これらのパラメータを用いて騒音源候補領域の周囲に境界を規定し、騒音源候補領域内の任意の点からの距離が上記最小距離より少さい点が上記境界外に存在しないように構成される。

異なる実施例において、フェイズドアレイマイクロホン３１８の複数のマイクロホンを連続曲線に沿って配置し、当該連続曲線に対する接線が、評価対象の騒音源候補位置に対する照準線に対して実質的に垂直に近い状態を維持するようにしてもよい。また、フェイズドアレイマイクロホン３１８を、対象の騒音源候補領域から測定点までの照準線に対して実質的に垂直となるように配置してもよい。

上記のアレイ設計の例は、種々の好適な実施形態で実施されうるアレイ設計のパラメータを限定するものではない。アレイは、単一の曲線によって構成してもよいし、複数の曲線によって形成してもよい。各曲線において、種々の他の方策を用いることもできるであろう。これらの種々の設計に共通する特徴は、全体的にはアレイ密度が一定であり、局所的にはセンサー間隔が非重複であるということである。試験対象の装置に対するアレイの位置は、用途次第であるが、上述したアレイ設計の原理は適用される。

マイクロホンの密度を大きくすると、通常は、サブアレイの性能が向上する。なぜなら、非重複のアレイでは、一般に、一定のアパーチャサイズのアレイにおいて、センサの数が多いほど、アレイのダイナミックレンジ、及び、アレイが有用な情報を提供できる最大周波数の両方に関して、センサアレイの性能を向上させるからである。

従って、上記の設計手法によれば、限られた数の音響センサーを最適利用することによって、広範囲の放射角度及び周波数範囲をカバーしうる。

種々の好適な実施形態において、別個のファーフィールドマイクロホン３２８〜３６４が、ジェットエンジン軸３１６に関連する位置に設けられている。これらの位置は、互いに異なる角度を有する。線３６５は、ジェットエンジン軸３６５の真下に位置し、且つジェットエンジン軸に平行な、グランドプレーン３２０上の線である。ファーフィールドマイクロホン３２８〜３６４の角度は、例えば地上の線３６５を基準として決定され、図に示すように、線３６６によって角度３６７すなわちθが定まる。

たとえば、ファーフィールドマイクロホン３２８は、ジェットエンジン軸３１６に対して１５０°に位置する。ファーフィールドマイクロホン３４０は、ジェットエンジン軸３１６に対して１２０°に位置する。また、ファーフィールドマイクロホン３６２は、６５°に位置する。

種々の好適な実施形態において、ジェットエンジン３０２によって生成された騒音は、例えば、フェイズドアレイマイクロホン３１８及びファーフィールドマイクロホン３２８〜３６４によって検出される。これら種々のマイクロホンが騒音を騒音データに変換し、これらのデータを分析することによって、ジェットエンジン３０２の動作による様々な騒音源コンポーネントの位置を特定することができる。これらの例において、騒音源候補位置及び目的とする種々の測定点について、分析を行ってもよい。これらの例において、騒音源候補位置は、例えば、ジェットエンジン軸３１６に沿う位置であり、測定点は、例えば、ファーフィールドマイクロホン３２８〜３６４の位置である。

同様の構成を、他の装置や騒音源用に作製してもよい。例えば、交通量のある高速道路では、騒音発生源として、横方向に分布した領域が存在する。高速道路では、例えば、オーバーパス、交差点、様々な道路面、及びその他の要素が存在しうる。対象となる測定点は、例えば、住宅、公園、商業地、及びその他の適当な場所である。

マイクロホンを目的の測定点に設けることによって、これらの場所での全体の騒音を測定する。例えば、騒音源候補、すなわち高速道路と、目的とする箇所との間にアレイを配置し、目的とする箇所での全体の騒音の原因となっている騒音源のコンポーネントを細かく判定する。

いくつかの実施形態において、音響試験システム１００を試験環境３００に導入することによって、複数のビークル１１０を制御してもよい。ここで、各ビークルは、１つ又は複数のセンサー１２６を備える。図４を参照して説明すると、工程４１０において、これら複数のビークルを、騒音源、すなわち、ジェットエンジン３０２の近傍に配置する。工程４１５において、複数のビークル１１０を、第１の位置における第１の配列に移動させる。例として、図３Ｂを参照して説明すると、いくつかの実施形態において、制御システム１４０は、複数のビークル１１０を制御することによって、第１の所定位置における第１の配列にビークルを移動させるが、当該位置における当該配列は、音響センサー１２６が、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成する配列である。当該第１の所定の配列においては、複数のセンサーは第１の平面内に位置し、当該平面は、グランドプレーン３２０とは異なる。

工程４２０において、複数のビークル１１０に設けられたセンサー１２６は、ジェットエンジン３０２から騒音データを収集する。騒音データは、データ収集システム１２２によって局所的に保存してもよいし、これに加えて又はこれに代えて、通信システム１１４を介してデータ取得システム１５０に送信してもよい。

工程４２５において、当該複数のビークル１１０を、異なる配列及び／又は位置に移動させる。例として、図３Ｃを参照して説明すると、制御システム１４０は、複数のビークル１１０を制御することによって、第１の所定の配列から第２の所定の配列に移動させるが、当該第２の配列は、音響センサー１２６が、第２のアパーチャサイズ及び第２の空間分解能を有する第２の音響アレイを形成する配列である。

いくつかの例において、制御システム１４０は、例えば制御システム１４０からの信号などの信号に応じて、あるいは、風、光の条件などの環境条件に応じて、複数のビークル１１０を制御することによって所定位置に移動させる。いくつかの例において、第２の所定の配列では、アパーチャーが三次元となるように、複数のセンサー１２６が複数の平面内に配置される。

工程４３０において、複数のビークル１１０に設けられたセンサー１２６は、第２の配列及び／又は位置において、ジェットエンジン３０２からの騒音データを収集する。騒音データは、データ収集システム１２２によって局所的に保存してもよいし、これに加えて又はこれに代えて、通信システム１１４を介してデータ取得システム１５０に送信してもよい。

工程４３５において、音響試験が完了していなければ、制御は工程４２５に戻り、制御部は、複数のビークル１１０を、再び異なる配列及び／または位置に移動させる。例として、図３Ｄを参照して説明すると、制御システム１４０は、複数のビークル１１０を制御することによって、第２の所定の配列から第３の所定の配列に移動させてもよく、当該第３の配列は、音響センサー１２６が、第３のアパーチャサイズ及び第３の空間分解能を有する第３の音響アレイを形成する配列である。

これに対して、工程４３５において音響試験が完了していれば、制御は工程４４０に移り、試験が終了する。図４に示した工程によれば、制御部１４０は、音響テスト中に複数のビークル１１０を様々な位置に位置させることができる。明細書中における「一つ」または「複数の」実施形態という語は、当該実施形態に関連して述べたある特定の特徴、構造、または特質が、少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。明細書中における「実施形態」という語は、同じ実施形態を指す場合も指さない場合もありうる。

付記１ 複数のビークルに搭載された複数の音響センサーと、
前記複数のビークルを制御するための制御システムと、
前記複数のビークルに近接する騒音源からの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信するデータ取得システム、とを備える音響試験システム。

付記２ 前記複数のビークルは、有人ビークル、無人空中ビークル、無人水中ベースビークル、または無人地上ベースビークルの少なくとも１つを含む、付記１に記載のシステム。

付記３ 制御システムは、前記複数のビークルを制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させ、当該位置の当該配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成する、付記２に記載のシステム。

付記４ 前記第１の所定配列では、前記複数のセンサーは、第１の平面内に配置される、付記３に記載のシステム。

付記５ 前記制御システムは、前記複数のビークルを制御することによって前期第１の所定配列から第２の所定配列に移動させ、当該第２の配列では、前記音響センサーは、第２のアパーチャサイズ及び第２の空間分解能を有する第２の音響アレイを形成する、付記３に記載のシステム。

付記６ 前記第２の所定配列では、前記複数のセンサーは、複数の平面内に配置される、付記５に記載のシステム。

付記７ 前記制御システムは、前記複数のビークルをさらに制御することによって、前記第１の所定位置から、前記第１の所定位置とは異なる第２の所定位置に移動させる、付記３に記載のシステム。

付記８ 前記制御システムは、信号に応じて前記複数のビークルを制御することによって所定位置に移動させる、付記３に記載のシステム。

付記９ 前記制御システムは、環境条件または試験条件に応じて前記複数のビークルを制御することによって所定位置に移動させる、付記３に記載のシステム。

付記１０ 前期制御システムは、無線通信インターフェイスによって、前期複数のビークルと通信可能に接続されている、付記１に記載のシステム。

付記１１ 複数のビークルを騒音源に近接させて配置することを含み、前記複数のビークルは、複数のビークルに搭載された複数の音響センサーを備えており、前記複数のビークルを制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させることをさらに含み、当該所定位置における当該所定配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成し、前記複数のビークルに近接する騒音源からの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信すること、をさらに含む、音響試験方法。

付記１２ 前記複数のビークルは、有人ビークル、無人空中ビークル、無人水中ベースビークル、または無人地上ベースビークルの少なくとも１つを含む、付記１１に記載の方法。

付記１３ 前記第１の所定配列では、前記複数のセンサーは、第１の平面内に配置される、付記１２に記載の方法。

付記１４ 前記複数のビークルを制御することによって前期第１の所定配列から第２の所定配列に移動させることをさらに含み、当該第２の配列では、前記音響センサーは、第２のアパーチャサイズ及び第２の空間分解能を有する第２の音響アレイを形成する、付記１２に記載の方法。

付記１５ 前記第２の所定配列では、前記複数のセンサーは、複数の平面内に配置される、付記１４に記載の方法。

付記１６ 前記複数のビークルを、前記第１の所定位置から、前記第１の所定位置とは異なる第２の所定位置に移動させることをさらに含む、付記１２に記載の方法。

付記１７ 信号に応じて前記複数のビークルを所定位置に移動させることをさらに含む、付記１２に記載の方法。

付記１８ 環境条件に応じて、前記複数のビークルを所定位置に移動させることをさらに含む、付記１２に記載の方法。

付記１９ 複数の無人航空機をエンジンに近接させて配置することを含み、前記複数の無人航空機は、複数の航空機に搭載された複数の音響センサーを備えており、前記複数の無人航空機を制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させることをさらに含み、当該所定位置における当該所定配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成し、前記エンジンからの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信すること、をさらに含む、音響試験方法。

実施形態を、構造的特徴及び／又は方法上の動作に特有の用語を用いて説明してきたが、特許請求の対象は、記載された具体的な特徴又は動作に限定されないということを理解されたい。むしろ、具体的な特徴及び動作は、特許請求の対象を実施するための例として開示したものである。

Claims (8)

1. 複数のビークルに搭載された複数の音響センサーと、
   前記複数のビークルを制御するための制御システムと、
   前記複数のビークルに近接する騒音源からの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータを受信するデータ取得システム、とを備える音響試験システムであって、
   前記制御システムは、前記複数のビークルを制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させ、当該位置の当該配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成し、
   前記制御システムは、前記複数のビークルを制御することによって前記第１の所定配列から第２の所定配列に移動させ、当該第２の配列では、前記音響センサーは、第２のアパーチャサイズ及び第２の空間分解能を有する第２の音響アレイを形成する、音響試験システム。
2. 前記複数のビークルは、有人ビークル、無人空中ビークル、無人水中ベースビークル、または無人地上ベースビークルの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の所定配列では、前記複数のセンサーは、第１の平面内に配置される、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記第２の所定配列では、前記複数のセンサーは、複数の平面内に配置される、請求項１〜３のいずれか１つに記載のシステム。
5. 前記制御システムは、前記複数のビークルをさらに制御することによって、前記第１の所定位置から、前記第１の所定位置とは異なる第２の所定位置に移動させる、請求項１〜４のいずれか１つに記載のシステム。
6. 前記制御システムは、信号に応じて前記複数のビークルを制御することによって所定位置に移動させる、請求項１〜５のいずれか１つに記載のシステム。
7. 前記制御システムは、環境条件または試験条件に応じて前記複数のビークルを制御することによって所定位置に移動させる、請求項１〜６のいずれか１つに記載のシステム。
8. 複数のビークルを騒音源に近接させて配置することを含み、前記複数のビークルは、複数のビークルに搭載された複数の音響センサーを備えており、
   前記複数のビークルを制御することによって第１の所定位置における第１の所定配列に移動させることをさらに含み、当該所定位置における当該所定配列では、前記音響センサーは、第１のアパーチャサイズ及び第１の空間分解能を有する第１の音響アレイを形成し、
   前記複数のビークルを制御することによって前記第１の所定配列から第２の所定配置に移動させることをさらに含み、当該第２の所定配列では、前記音響センサーは、第２のアパーチャサイズ及び第２の空間分解能を有する第２の音響アレイを形成し、
   前記複数のビークルに近接する騒音源からの騒音に応じて前記複数の音響センサーが生成するデータ、を受信すること、をさらに含む、音響試験方法。

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