JP7318211B2 - SOUND PROPAGATION SIMULATION SYSTEM AND SOUND PROPAGATION SIMULATION METHOD - Google Patents

SOUND PROPAGATION SIMULATION SYSTEM AND SOUND PROPAGATION SIMULATION METHOD Download PDF

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、音場における音波の伝搬の特性のシミュレーションを行う音波伝搬シミュレーションシステム、および、音波伝搬シミュレーション方法に関するものである。 The present invention relates to a sound wave propagation simulation system and sound wave propagation simulation method for simulating characteristics of sound wave propagation in a sound field.

或る音場(音響空間)にて、音源から発せられる音波が、受信位置でどのように受信されるかという音波の伝搬の特性を知るための音波伝搬シミュレーションの手法の一つとしては、インパルス応答を取得する手法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Impulse is one of the sound wave propagation simulation methods for knowing the characteristics of sound wave propagation, i.e., how sound waves emitted from a sound source are received at a receiving position in a certain sound field (acoustic space). A technique for obtaining a response is known (see Patent Document 1, for example).

この手法は、電子計算機を用いて、音場を囲む境界の位置、音源位置、受音点の位置である受信位置などの情報を基に、幾何音響理論に基づく音線法や、鏡像法(虚像法)により、音源から発せられた音波が直接波や反射波として受信位置に到達するときの音波の経路である伝搬路を予測する。次に、電子計算機では、音源位置で発するインパルス信号が、それぞれの音波の伝搬路を経由して受信位置に到達するときの応答を求め、更に、各伝搬路に関する応答をまとめることで、インパルス応答を取得している。 Using a computer, this method uses information such as the position of the boundary surrounding the sound field, the position of the sound source, and the receiving position (the position of the sound receiving point). The virtual image method) predicts the propagation path, which is the path of the sound wave emitted from the sound source when it reaches the receiving position as a direct wave or a reflected wave. Next, the electronic computer obtains the response when the impulse signal emitted at the sound source position reaches the reception position via each sound wave propagation path, and further summarizes the responses for each propagation path to obtain the impulse response are getting

更に、取得されたインパルス応答は、音源より送信される送信信号の畳み込み計算に用いることで、その計算結果として、受信位置で受信される受信信号を模擬したデータを得ることが行われている。 Furthermore, the acquired impulse response is used for convolution calculation of the transmission signal transmitted from the sound source, and as a result of the calculation, data simulating the reception signal received at the reception position is obtained.

特開2002-159097号公報JP-A-2002-159097

従来の音波伝搬シミュレーションの手法は、インパルス応答と、音源より送信される送信信号との畳み込み計算により、受信位置で受信される受信信号についてのデータを得る際、一つの送信信号に対しては、その送信信号全体に対して、一つのインパルス応答を使用した畳み込み計算が行われる。 In the conventional sound wave propagation simulation method, when obtaining data on the reception signal received at the reception position by convolution calculation of the impulse response and the transmission signal transmitted from the sound source, for one transmission signal, A convolution calculation using one impulse response is performed on the entire transmitted signal.

ところで、音源より送信される送信信号は、時間軸方向に或る長さを備えた音波である。 By the way, a transmission signal transmitted from a sound source is a sound wave having a certain length along the time axis.

従来の音波伝搬シミュレーションの手法は、音源が送信信号の送信を開始してから送信を終了するまでの間、音場における音源から受信位置に至る音波の伝搬路の環境に変化が生じない状況であれば、受信位置で受信される受信信号を良好に模擬したデータを得ることができる。 Conventional sound wave propagation simulation methods work under conditions where the environment of the sound wave propagation path from the sound source to the reception position in the sound field does not change during the period from when the sound source starts transmitting the transmission signal until it finishes transmitting. If so, it is possible to obtain data that well simulates the received signal received at the receiving position.

したがって、従来の音波伝搬シミュレーションの手法は、送信信号の長さの時間が経過するときにも、音源の位置と受信位置は変位せず、音場の境界の境界条件は変化せず、音場にて音波を伝える媒体に流れの変化が生じない、という状況であれば、シミュレーションの結果は良好になる。 Therefore, in the conventional sound wave propagation simulation method, the position of the sound source and the receiving position do not change even when the length of the transmitted signal elapses, and the boundary condition of the boundary of the sound field does not change. The simulation results are good if there is no change in the flow of the sound-transmitting medium at .

ところが、実際の音場では、音波の伝搬路の環境に時間的な変化が生じることは多い。 However, in an actual sound field, the environment of the sound wave propagation path often changes over time.

たとえば、音源となる送信局と、受信位置となる受信局のうち、少なくとも一方が移動体に搭載されている場合は、時間の経過とともに送信局と受信局との相対位置に変化が生じる場合がある。このような送信局と受信局の相対位置の変化は、音波の伝搬路の環境としては、伝搬路の距離の変化に繋がるため、たとえば、送信局から受信局へ直接到達する直接波であっても、ドップラー効果の影響が生じる。 For example, if at least one of the transmitting station, which is the sound source, and the receiving station, which is the receiving position, is mounted on a moving object, the relative positions of the transmitting station and the receiving station may change over time. be. Such a change in the relative positions of the transmitting station and the receiving station leads to a change in the distance of the propagation path in terms of the environment of the sound wave propagation path. is also affected by the Doppler effect.

また、水中での音響通信の場合は、水面が、音波を反射する音場の境界になるが、この際、水面に波が生じていると、水面の位置が上下方向に変化することに伴い、音波の伝搬路における音波の反射位置が、時間の経過とともに変位する。この場合、音波の伝搬路の環境については、音場の境界となる水面における境界条件として、反射率、反射による位相変動量に変化が生じる。 In the case of underwater acoustic communication, the water surface is the boundary of the sound field that reflects sound waves. , the reflection position of the sound wave in the sound wave propagation path is displaced over time. In this case, regarding the environment of the sound wave propagation path, changes occur in the reflectance and the amount of phase fluctuation due to reflection as boundary conditions on the water surface, which is the boundary of the sound field.

しかし、従来の音波伝搬シミュレーションの手法は、音場にて、前記のような音波の伝搬路の環境の時間的な変化が生じる場合であっても、その影響を受ける状態の受信信号の模擬は行われない、というのが実状である。 However, in the conventional sound wave propagation simulation method, even if the environment of the sound wave propagation path changes over time in the sound field, it is impossible to simulate the received signal affected by the change. The reality is that it is not done.

そこで、本発明は、インパルス応答と送信信号との畳み込みにより受信信号を模擬したデータを得る処理に、音場における音波の伝搬路の環境の時間的な変化による影響を加えた処理を行うことができて、音場にて、音波の伝搬路の環境の時間的な変化による影響を受ける状況下での受信信号を模擬したデータを得ることができる、音波伝搬シミュレーションシステム、および、音波伝搬シミュレーション方法を提供しようとするものである。 Therefore, according to the present invention, it is possible to perform a process of obtaining data simulating a received signal by convolution of an impulse response and a transmitted signal with the influence of temporal changes in the environment of the sound wave propagation path in the sound field. A sound wave propagation simulation system and a sound wave propagation simulation method capable of obtaining data simulating a received signal in a sound field under conditions affected by temporal changes in the environment of the sound wave propagation path. is intended to provide

本発明は、前記課題を解決するために、入力装置と、送信信号を分割処理して送波時刻が順次異なる複数の小信号を生成する信号分割装置と、伝搬路環境の計算装置と、小信号長の修正計算を行う計算装置と、インパルス応答の計算装置と、畳み込み計算を行う計算装置と、畳み込みデータの統合処理を行う処理装置と、時間分割装置と、重み付けスムージング計算を行う計算装置と、を備え、音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件について、時間経過に伴い変化する変動条件のパラメータが設定された状態にて、前記インパルス応答の計算装置は、前記小信号の送波時刻におけるインパルス応答を求める機能を備え、前記畳み込み計算を行う計算装置は、前記小信号と、該小信号の送波時刻における前記インパルス応答との畳み込み計算を行って前記畳み込みデータを求める機能を備え、前記処理装置は、すべての前記畳み込みデータを合わせた全畳み込みデータを生成する機能を備え、前記時間分割装置は、前記全畳み込みデータに対し、設定されたサンプリング周波数に対応する単位時間に合わせて、時間軸方向に等間隔分割を行う機能を備え、前記重み付けスムージング計算を行う計算装置は、前記時間軸方向の等間隔分割により生じた複数の時間領域ごとに、該時間領域に存在する前記小信号の受信信号の総エネルギーが等しくなるように代表点を定める機能と、前記時間領域の前記代表点を通る波形を計算し、該波形の計算結果を、送波器より送信された前記送信信号が受波器で受信されるときの受信信号を模擬したデータとして求める機能を備えた構成を有する音波伝搬シミュレーションシステムとする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an input device, a signal division device that divides a transmission signal to generate a plurality of small signals with sequentially different transmission times, a propagation path environment calculation device, and a small signal. A computing device that performs signal length correction calculation, an impulse response computing device, a computing device that performs convolution calculation, a processing device that integrates convolution data, a time division device, and a computing device that performs weighted smoothing calculation. , in a state where parameters of fluctuation conditions that change with the passage of time are set for calculation conditions required for performing a sound wave propagation simulation, the impulse response calculation device calculates the transmission of the small signal. The computing device that performs the convolution calculation has a function of obtaining the impulse response at the wave time, and performs convolution calculation of the small signal and the impulse response at the wave time of the small signal to obtain the convolution data. The processing device has a function of generating full convolution data by combining all of the convolution data, and the time division device processes the full convolution data according to a unit time corresponding to a set sampling frequency. The computing device for performing the weighted smoothing calculation is provided with a function of equally spaced division in the time axis direction, and performs the weighted smoothing calculation. A function of determining a representative point so that the total energy of a received signal of a small signal is equal; calculating a waveform passing through the representative point in the time domain; A sound wave propagation simulation system having a configuration having a function of obtaining data simulating a received signal when the signal is received by a wave receiver.

また、電子計算機により、音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件について、時間経過に伴い変化する変動条件のパラメータが設定された状態にて、送信信号を分割処理して送波時刻が順次異なる複数の小信号を生成するステップと、前記小信号の送波時刻におけるインパルス応答を求めるステップと、前記小信号と、該小信号の送波時刻における前記インパルス応答との畳み込み計算を行って畳み込みデータを求めるステップと、すべての前記畳み込みデータを合わせた全畳み込みデータを生成するステップと、前記全畳み込みデータに対し、設定されたサンプリング周波数に対応する単位時間に合わせて、時間軸方向に等間隔分割を行うステップと、前記時間軸方向の等間隔分割により生じた複数の時間領域ごとに、該時間領域に存在する前記小信号の受信信号の総エネルギーが等しくなるように代表点を定めるステップと、前記時間領域の前記代表点を通る波形を計算し、該波形の計算結果を、送波器より送信された前記送信信号が受波器で受信されるときの受信信号を模擬したデータとして求めるステップと、を実施する音波伝搬シミュレーション方法とする。 In addition, with respect to the calculation conditions required for performing the sound wave propagation simulation, the parameters of the fluctuation conditions that change with the passage of time are set by an electronic computer. a step of generating a plurality of small signals that differ in sequence; a step of obtaining an impulse response at the transmission time of the small signal; and performing a convolution calculation of the small signal and the impulse response at the transmission time of the small signal. a step of obtaining convolution data; a step of generating full convolution data combining all the convolution data; performing interval division; and determining, for each of a plurality of time domains generated by the equal interval division in the time axis direction, a representative point so that the total energy of the received small signals existing in the time domain is equal. Then, a waveform passing through the representative points in the time domain is calculated, and the calculation result of the waveform is used as data simulating the reception signal when the transmission signal transmitted from the transmitter is received by the receiver A sound wave propagation simulation method for carrying out a step of obtaining.

本発明の音波伝搬シミュレーションシステム、および、音波伝搬シミュレーション方法によれば、インパルス応答と送信信号との畳み込みにより受信信号を模擬したデータを得る処理に、音場における音波の伝搬路の環境の時間的な変化による影響を加えた処理を行うことができて、音場にて、音波の伝搬路の環境の時間的な変化による影響を受ける状況下での受信信号を模擬したデータを得ることができる。 According to the sound wave propagation simulation system and the sound wave propagation simulation method of the present invention, the process of obtaining data simulating the received signal by convolution of the impulse response and the transmitted signal includes the temporal change of the environment of the sound wave propagation path in the sound field. In the sound field, it is possible to obtain data simulating received signals under conditions affected by temporal changes in the environment of the sound wave propagation path. .

音波伝搬シミュレーションシステムの実施形態を示す概略図である。1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a sound wave propagation simulation system; FIG. 音場の一例を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an example of a sound field; FIG. 送信信号を分割して小信号を生成する処理を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a process of dividing a transmission signal to generate small signals; 小信号と、該小信号の送波時刻におけるインパルス応答との畳み込み計算の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a convolution calculation process of a small signal and an impulse response at the transmission time of the small signal; 別の小信号と、該別の小信号の送波時刻におけるインパルス応答との畳み込み計算の処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a process of convolution calculation of another small signal and an impulse response at the transmission time of the another small signal; すべての小信号に対する畳み込みデータを基に、受信信号を模擬したデータを生成する処理を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a process of generating data simulating a received signal based on convolution data for all small signals; 図1の音波伝搬シミュレーションシステムを用いて実施する音波伝搬シミュレーション方法を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing a sound wave propagation simulation method performed using the sound wave propagation simulation system of FIG. 1;

本発明の音波伝搬シミュレーションシステム、および、音波伝搬シミュレーション方法を実施するための形態について、図面を参照して説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments for implementing a sound wave propagation simulation system and a sound wave propagation simulation method of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、音波伝搬シミュレーションシステムの実施形態を示す概略図である。図2は、シミュレーションの対象とする音場の一例を示す概略図である。図3は、送信信号を分割して小信号を生成する処理を示すもので、図3(a)は、送信信号の一例を示す図、図3(b)は、送信信号の分割処理により生成される小信号の例を示す図である。図4は、小信号と、該小信号の送波時刻におけるインパルス応答との畳み込み計算の処理を示すもので、図4(a)は、小信号の送波時刻におけるインパルス応答を示す図、図4(b)は、小信号と、図4(a)のインパルス応答との畳み込み計算によって得られる畳み込みデータを示す図である。図5は、別の小信号と、該別の小信号の送波時刻におけるインパルス応答との畳み込み計算の処理を示すもので、図5(a)は、別の小信号の送波時刻におけるインパルス応答を示す図、図5(b)は、別の小信号と、図5(a)のインパルス応答との畳み込み計算によって得られる畳み込みデータを示す図である。図6は、すべての小信号に対する畳み込みデータを基に、受信信号を模擬したデータを生成する処理を示すもので、図6(a)は、すべての小信号に対する畳み込みデータを合わせた全畳み込みデータを示す図、図6(b)は、全畳み込みデータに対してサンプリング周波数に対応する単位時間を設定した状態を示す図、図6(c)は、重み付けスムージング計算の結果として得られる受信信号を模擬したデータを示す図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a sound wave propagation simulation system. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a sound field to be simulated. FIG. 3 shows a process of dividing a transmission signal to generate small signals. FIG. 3(a) is a diagram showing an example of a transmission signal, and FIG. FIG. 10 is a diagram showing an example of a small signal to be processed; FIG. 4 shows a process of convolution calculation of a small signal and an impulse response at the transmission time of the small signal. FIG. 4(b) is a diagram showing the convolution data obtained by the convolution calculation of the small signal and the impulse response of FIG. 4(a). FIG. 5 shows the process of convolution calculation of another small signal and the impulse response at the transmission time of the another small signal. FIG. FIG. 5(b) shows the convolution data obtained by convolving another small signal with the impulse response of FIG. 5(a). FIG. 6 shows processing for generating data simulating a received signal based on convolution data for all small signals. FIG. FIG. 6(b) is a diagram showing a state in which a unit time corresponding to the sampling frequency is set for all convolution data, and FIG. 6(c) is a received signal obtained as a result of weighted smoothing calculation. FIG. 4 is a diagram showing simulated data;

図7は、図1の音波伝搬シミュレーションシステムを用いて実施する音波伝搬シミュレーション方法を示すフロー図である。 FIG. 7 is a flowchart showing a sound wave propagation simulation method implemented using the sound wave propagation simulation system of FIG.

本実施形態の音波伝搬シミュレーションシステムは、図1に符号1で示すもので、入力装置2と、信号分割装置3と、伝搬路環境の計算装置4と、後述する小信号長の修正計算を行う計算装置5と、小信号長の記録装置6と、インパルス応答の計算装置7と、畳み込み計算を行う計算装置8と、畳み込み計算の計算結果の記録装置9と、判定装置10と、畳み込みデータの統合処理を行う処理装置11と、時間分割装置12と、重み付けスムージング計算を行う計算装置13と出力装置14と、を備えた構成とされている。 The acoustic wave propagation simulation system of this embodiment is indicated by reference numeral 1 in FIG. A calculation device 5, a small signal length recording device 6, an impulse response calculation device 7, a calculation device 8 that performs convolution calculation, a convolution calculation result recording device 9, a determination device 10, and a convolution data recording device. It is configured to include a processing device 11 that performs integration processing, a time division device 12, a calculation device 13 that performs weighted smoothing calculation, and an output device 14. FIG.

入力装置2は、図示しないオペレータが、音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件を設定する装置である。 The input device 2 is a device for an operator (not shown) to set calculation conditions required for sound wave propagation simulation.

入力装置2で設定される計算条件は、図2に示すように、シミュレーションの対象となる音場15の空間を囲む境界16a,16b,16c,16d,16e,16fの位置、送波器17が送信する送信信号A(図3(a)参照)の周波数と振幅と信号長、送波器17および受波器18の指向特性と周波数特性、サンプリング周波数、などの固定条件のパラメータを含む。 Calculation conditions set by the input device 2 are, as shown in FIG. It includes parameters of fixed conditions such as the frequency, amplitude and signal length of transmission signal A to be transmitted (see FIG. 3(a)), directivity characteristics and frequency characteristics of transmitter 17 and receiver 18, sampling frequency, and the like.

本実施形態では、音場15の形状は、たとえば、図2に示した如き直方体とされている。したがって、音場15の各境界16a,16b,16c,16d,16e,16fは、直方体を囲む四方の側面と、上面と下面になる。この各境界16a,16b,16c,16d,16e,16fの位置が設定されることで、音場15の形状と共に、音場15のサイズが定められる。 In this embodiment, the shape of the sound field 15 is, for example, a rectangular parallelepiped as shown in FIG. Therefore, the boundaries 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f of the sound field 15 are the four side surfaces, the upper surface, and the lower surface surrounding the rectangular parallelepiped. By setting the positions of the boundaries 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f, the shape of the sound field 15 and the size of the sound field 15 are determined.

なお、音場15の形状は、一般に、鏡像法、または、音線法により、インパルス応答を求める処理が適用可能とされている形状であれば、音場15の形状を直方体以外の形状に設定してもよいことは勿論である。 Note that the shape of the sound field 15 is generally set to a shape other than a rectangular parallelepiped as long as it is a shape to which processing for obtaining an impulse response by the mirror image method or the sound ray method can be applied. It is of course possible to

また、入力装置2では、別の計算条件として、後述するように送信信号Aを分割処理して複数の小信号Bn(n=1,2,3,…)を生成する際の基準となる時間Δt(図3(b)参照)が設定される。この時間Δtは、設定値を小さくすればするほど、詳細なシミュレーションを行うことは可能になるが、計算量が増大する。よって、時間Δtは、固定条件として設定されるサンプリング周波数に対応する単位時間以上に設定することが好ましい。また、時間Δtは、後述する変動条件のパラメータの時間Δtごとの時間経過に伴う変化が、インパルス応答の計算に必要とされる伝搬路環境の変化に繋がるように設定すればよい。 Further, in the input device 2, as another calculation condition, as will be described later, the transmission signal A is divided and processed to generate a plurality of small signals Bn (n=1, 2, 3, . . . ) as a reference time Δt (see FIG. 3(b)) is set. The smaller the set value of this time Δt, the more detailed simulation can be performed, but the amount of calculation increases. Therefore, it is preferable to set the time Δt to be equal to or longer than the unit time corresponding to the sampling frequency set as the fixed condition. Also, the time Δt should be set so that the change of the parameter of the fluctuation condition described later with the passage of time for each time Δt leads to the change of the propagation path environment required for the calculation of the impulse response.

更に、入力装置2では、別の計算条件として、時間経過に伴い変化する計算条件である、音場15の各境界16a,16b,16c,16d,16e,16fにおける境界条件、音場15にて音波を伝える媒質の流れの方向と流速、媒質中における音速、送波器17の位置と速度、受波器18の位置と速度などが、変動条件のパラメータとして設定される。 Furthermore, in the input device 2, as other calculation conditions, boundary conditions at each boundary 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f of the sound field 15, which are calculation conditions that change with the passage of time, The direction and velocity of the medium that transmits the sound wave, the velocity of sound in the medium, the position and velocity of the transmitter 17, the position and velocity of the receiver 18, etc. are set as parameters of the fluctuation conditions.

音場15の各境界16a,16b,16c,16d,16e,16fの境界条件は、音波の反射率と、各境界16a,16b,16c,16d,16e,16fで反射する音波に生じる位相変動量と、を含む。 The boundary conditions of the boundaries 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f of the sound field 15 are the reflectance of the sound wave and the amount of phase variation occurring in the sound waves reflected at the boundaries 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f. and including.

音場15として部屋やホール、建築物の内部空間を想定している場合は、各境界16a,16b,16c,16d,16e,16fには、四方の壁と天井と床の境界条件をそれぞれ設定すればよい。 When the sound field 15 is assumed to be a room, a hall, or an interior space of a building, the boundary conditions of the four walls, the ceiling, and the floor are set for the boundaries 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, and 16f. do it.

これに対し、たとえば、音場15で行われる音波の伝搬が、開けた海洋で行われる音響通信の音響信号の伝搬を想定している場合は、音場15の上側の境界16eには、海面の境界条件を設定し、音場15の下側の境界16fには、海底の境界条件を設定すればよい。この際、海面では、波などの影響による海面の上下の変動に伴い、ドップラー効果によって反射する音波に位相のずれが生じることがある。よって、海面の境界条件としては、たとえば、時間経過に伴う海面での反射率と位相変動量の変化を、統計的手法により求めて、その結果を用いるようにすればよい。 On the other hand, for example, when the propagation of sound waves in the sound field 15 is assumed to be the propagation of acoustic signals for acoustic communication in the open ocean, the upper boundary 16e of the sound field 15 includes sea surface is set, and the boundary condition of the bottom of the sea is set for the lower boundary 16f of the sound field 15. FIG. At this time, on the sea surface, a phase shift may occur in the reflected sound waves due to the Doppler effect as the sea surface fluctuates up and down due to the influence of waves and the like. Therefore, as the boundary condition of the sea surface, for example, changes in the reflectance and the amount of phase fluctuation on the sea surface with the passage of time may be obtained by a statistical method, and the results may be used.

また、音場15の四方の側面に対応する各境界16a,16b,16c,16dは、境界条件における反射率をゼロに設定すればよい。更に、港湾などで、送波器17の側方に岸壁や防波堤などの音波を反射する物体が存在する場合は、音場15の四方の側面に対応する各境界16a,16b,16c,16dには、その音波を反射する物体の反射率を備えた境界条件を設定すればよい。 Further, the boundaries 16a, 16b, 16c, and 16d corresponding to the four sides of the sound field 15 may be set to have zero reflectance under boundary conditions. Furthermore, in a harbor or the like, if there is an object that reflects sound waves, such as a quay wall or a breakwater, on the side of the transmitter 17, each boundary 16a, 16b, 16c, 16d corresponding to the four sides of the sound field 15 has , set a boundary condition with the reflectance of the object that reflects the sound wave.

変動条件の各パラメータは、送波器17による送信信号Aの送信が開始される時刻t0を基準として、時刻t0からの経過時間tを変数とする関数として設定される。 Each parameter of the fluctuation condition is set as a function with the time t0 at which the transmission of the transmission signal A by the transmitter 17 is started as a reference, and the elapsed time t from the time t0 as a variable.

なお、時間経過に伴い変化する計算条件である変動条件は、変動条件として前記した各パラメータのうち、少なくとも一つに設定されていればよい。この場合、変動条件として設定されない残りのパラメータは、入力装置2に、固定条件として、定数により設定すればよい。 Note that the variable condition, which is a calculation condition that changes with the passage of time, may be set to at least one of the parameters described above as the variable condition. In this case, the remaining parameters that are not set as variable conditions may be set in the input device 2 as fixed conditions using constants.

また、入力装置2では、シミュレーションの対象となる音場15において音波の伝搬に影響を与えるパラメータであれば、例示した以外の固定条件、変動条件を設定してもよいことは勿論である。 Further, in the input device 2, it is of course possible to set fixed conditions and variable conditions other than those exemplified as long as the parameters affect the propagation of sound waves in the sound field 15 to be simulated.

入力装置2は、設定された送信信号Aと、時間Δtの情報とを、信号分割装置3へ送る機能を備えている。また、入力装置2は、設定された変動条件のパラメータを表す関数を、計算装置4へ送る機能を備えている。更に、入力装置2は、設定された固定条件も、計算装置4へ送る機能を備えている。 The input device 2 has a function of sending the set transmission signal A and information on the time Δt to the signal dividing device 3 . The input device 2 also has a function of sending to the computing device 4 a function representing the parameters of the set fluctuation conditions. Furthermore, the input device 2 has a function of sending the set fixed conditions to the calculation device 4 as well.

信号分割装置3は、入力装置2より送信信号Aと時間Δtの情報を受け取ると、図3(a)に示す如き送信信号Aを、送信信号Aの送信開始の時刻t0を基準として、時間Δtごとに分割処理して、図3(b)に示すように、複数に分割された信号(以下、小信号Bn(n=1,2,3,…)という)を生成する機能を備えている。なお、図3(a)(b)は、いずれも模式図である。 When the signal dividing device 3 receives the information of the transmission signal A and the time Δt from the input device 2, the transmission signal A as shown in FIG. It has a function of dividing each signal and generating a plurality of divided signals (hereinafter referred to as small signals Bn (n=1, 2, 3, . . . )) as shown in FIG. 3(b). . 3A and 3B are schematic diagrams.

これにより、小信号Bn(n=1,2,3,…)の送波時刻は、時刻t0からの経過時間tが、(n-1)・Δtの時点となる。また、各小信号Bnの信号長(以下、小信号長という)は、時間Δtに等しくなる。 As a result, the small signal Bn (n=1, 2, 3, . . . ) is transmitted when the elapsed time t from time t0 is (n−1)·Δt. Also, the signal length of each small signal Bn (hereinafter referred to as the small signal length) is equal to the time Δt.

図3(b)は、一例として、信号分割装置3が、図3(a)に示した送信信号Aを、時間Δtごとに分割処理し、5つの小信号B1,B2,B3,B4,B5が生成された場合の例を示している。なお、図3(b)では、図示する便宜上、各小信号B1,B2,B3,B4,B5は、それぞれ、図形○、△、□、◇、×で示している。 FIG. 3B shows, as an example, the signal dividing device 3 dividing the transmission signal A shown in FIG. is generated. In FIG. 3B, for convenience of illustration, each of the small signals B1, B2, B3, B4, and B5 are indicated by figures ◯, Δ, □, ◇, and x, respectively.

各小信号B1,B2,B3,B4,B5は、送信信号Aにおけるそれぞれ対応する期間の振幅(波形)が1つずつ割り当てられている。 Each of the small signals B1, B2, B3, B4, and B5 is assigned one amplitude (waveform) for each corresponding period in the transmission signal A. FIG.

具体例として、たとえば、送信信号Aの信号長が10秒で、時間Δtが1秒に設定された場合は、信号分割装置3は、10個の小信号B1,B2,B3,…,B10を生成する。この場合、各小信号B1,B2,B3,…,B10は、送波時刻が、時刻t0からの経過時間が0秒、1秒、2秒、…、9秒の時点となり、それぞれの小信号長は、1秒となる。 As a specific example, for example, when the signal length of the transmission signal A is 10 seconds and the time Δt is set to 1 second, the signal division device 3 divides 10 small signals B1, B2, B3, . Generate. In this case, each of the small signals B1, B2, B3, . The length is 1 second.

信号分割装置3は、送信信号Aの分割処理で生成した小信号Bnの送波時刻、振幅の情報Cを、計算装置4と、計算装置8へ送る機能を備えている。 The signal splitting device 3 has a function of sending information C about the transmission time and amplitude of the small signal Bn generated by splitting the transmission signal A to the computing device 4 and the computing device 8 .

伝搬路環境の計算装置4は、小信号Bnの送波時刻でのインパルス応答の計算に必要とされる伝搬路環境を求める機能を備えている。 The propagation path environment calculator 4 has a function of obtaining a propagation path environment required for calculating the impulse response at the transmission time of the small signal Bn.

そのため、計算装置4は、入力装置2より固定条件および変動条件の各パラメータを受け取る機能を備えている。 Therefore, the calculation device 4 has a function of receiving parameters of fixed conditions and variable conditions from the input device 2 .

また、計算装置4は、小信号Bnの送波時刻が、送信信号Aの送信開始の時刻t0からの経過時間tの値(t=(n-1)・Δt)として与えられると、変動条件の各パラメータを表す関数に、経過時間tを代入する計算処理を行って、小信号Bnの送波時刻での変動条件を算出する機能を備えている。これにより、変動条件の各パラメータは、小信号Bnの送波時刻での値が定まる。 Further, when the transmission time of the small signal Bn is given as the value of the elapsed time t from the transmission start time t0 of the transmission signal A (t=(n−1)·Δt), the calculation device 4 calculates the fluctuation condition It has a function of calculating the variation condition at the transmission time of the small signal Bn by performing a calculation process of substituting the elapsed time t into the function representing each parameter of . As a result, each parameter of the fluctuation condition has a value at the transmission time of the small signal Bn.

更に、計算装置4は、入力装置2より受け取った固定条件のパラメータと、小信号Bnの送波時刻について算出した変動条件のパラメータの結果とを基に、図2に示すように、音場15にて送波器17から受波器18に到達する音波の伝搬路として、直接波の伝搬路19と、境界で反射する反射波の伝搬路20a,20b,20cとを求める機能を備えている。この直接波と反射波の各伝搬路19,20a,20b,20cを求める手法は、鏡像法や音線法、その他、インパルス応答を測定する際の音波の伝搬路の取得に、従来用いられているか、または、従来提案されている手法を採用すればよい。なお、反射波の伝搬路は、通常、3本よりも多数存在するが、図2では、図示する便宜上、代表として、3本の反射波の伝搬路20a,20b,20cのみを示してある。 Further, the calculation device 4 generates the sound field 15 as shown in FIG. has a function of obtaining a direct wave propagation path 19 and reflection wave propagation paths 20a, 20b, and 20c reflected at boundaries as propagation paths of sound waves reaching the wave receiver 18 from the transmitter 17. . Techniques for obtaining the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c of the direct wave and the reflected waves are conventionally used for acquisition of sound wave propagation paths when measuring the impulse response, such as the mirror image method, the sound ray method, and others. Alternatively, a conventionally proposed method may be adopted. Although there are usually more than three propagation paths for reflected waves, only three propagation paths 20a, 20b, and 20c for reflected waves are shown in FIG. 2 as representatives for convenience of illustration.

計算装置4は、更に、前記のようにして伝搬路19,20a,20b,20cが求まると、固定条件および変動条件の各パラメータを用いて、小信号Bnの送波時刻に、送波器17の位置で発するインパルス信号が、それぞれの伝搬路19,20a,20b,20cを経て受波器18の位置に到達するときの到達時間と、振幅の応答を、伝搬路19,20a,20b,20c,20dごとに個別に求める機能を備えている。 Further, when the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c are determined as described above, the calculation device 4 uses the parameters of the fixed conditions and the variable conditions to generate the transmitter 17 at the transmission time of the small signal Bn. The arrival time and amplitude response when the impulse signal emitted at the position reaches the position of the wave receiver 18 via the respective propagation paths 19, 20a, 20b, 20c is defined as , 20d individually.

これにより、計算装置4は、伝搬路環境として、伝搬路19,20a,20b,20cの情報Dと、伝搬路19,20a,20b,20cごとに求めた応答の結果Eとを、求めることができる。 As a result, the calculation device 4 can obtain the information D of the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c and the result E of the response obtained for each of the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c as the propagation path environment. can.

計算装置4は、求めた伝搬路19,20a,20b,20cの情報Dを、計算装置5へ送る機能と、伝搬路19,20a,20b,20cごとに求めた応答の結果Eを、計算装置7へ送る機能を備えている。 Calculation device 4 has a function of sending information D of obtained propagation paths 19, 20a, 20b, 20c to calculation device 5, and a function of sending response result E obtained for each of propagation paths 19, 20a, 20b, 20c to calculation device 4. It has a function to send to 7.

計算装置5は、ドップラー計算に基づき、小信号Bn(n=1,2,3…)が持つ小信号長の修正計算を行う機能を備えている。 The calculation device 5 has a function of correcting the length of the small signal Bn (n=1, 2, 3, . . . ) based on the Doppler calculation.

たとえば、送波器17から受波器18に至る伝搬路19,20a,20b,20cの距離が、時間の経過と共に小さくなるよう変化する場合は、ドップラー効果により波長は小さくなるので、受波器18に到達する時点の小信号Bnの小信号長は、元の送信信号Aの分割に用いた時間Δtよりも短くなる。 For example, if the distances of the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c from the transmitter 17 to the receiver 18 decrease with the passage of time, the wavelength will decrease due to the Doppler effect. The small signal length of the small signal Bn when it reaches 18 is shorter than the time Δt used to divide the original transmission signal A.

これに対し、送波器17から受波器18に至る伝搬路19,20a,20b,20cの距離が、時間の経過と共に大きくなるよう変化する場合は、ドップラー効果により波長は大きくなるので、受波器18に到達する時点の小信号Bnの小信号長は、前記時間Δtよりも長くなる。 On the other hand, if the distances of the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c from the transmitter 17 to the receiver 18 increase over time, the wavelength increases due to the Doppler effect. The small signal length of the small signal Bn when it reaches the wave generator 18 is longer than the time Δt.

そこで、計算装置5は、入力装置2で設定された変動条件の各パラメータのうち、送波器17と受波器18の間の距離の時間経過に伴う変化に関連するパラメータとして、たとえば、送波器17の位置と速度、受波器18の位置と速度の情報を受け取る機能を備えている。 Therefore, the calculation device 5 selects, among the parameters of the fluctuation conditions set by the input device 2, parameters relating to changes in the distance between the transmitter 17 and the receiver 18 over time, for example, the transmitter It has a function of receiving information on the position and speed of the wave generator 17 and the position and speed of the wave receiver 18 .

更に、計算装置5は、計算装置4より受け取った各伝搬路19,20a,20b,20cの情報Dを基に、各伝搬路19,20a,20b,20cについて、小信号Bnの送波時刻から、小信号Bnの送信時の小信号長である時間Δtが経過するまでの間に生じる距離の変化を求め、その時間Δt当たりの距離の変化量を基に、小信号Bnの小信号長の修正計算を行う機能を備えている。 Furthermore, based on the information D of each of the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c received from the calculation apparatus 4, the calculation device 5 calculates the transmission time of the small signal Bn for each of the propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c. , the change in the distance that occurs until the time Δt, which is the small signal length at the time of transmission of the small signal Bn, is obtained, and based on the amount of change in the distance per time Δt, the small signal length of the small signal Bn is calculated. It has the ability to perform correction calculations.

計算装置5は、得られた小信号Bnの小信号長の修正結果Fを、記録装置6へ送る機能を備えている。 The computing device 5 has a function of sending the correction result F of the obtained small signal length of the small signal Bn to the recording device 6 .

記録装置6は、計算装置5より受け取った小信号Bnの小信号長の修正結果Fを記録する機能を備えている。 The recording device 6 has a function of recording the correction result F of the small signal length of the small signal Bn received from the computing device 5 .

インパルス応答の計算装置7は、計算装置4より受け取る伝搬路19,20a,20b,20cごとの応答の結果Eを基に、図4(a)、図5(a)に示す如き、小信号Bnの送波時刻におけるインパルス応答を求める機能を備えている。なお、図4(a)に示すものは、送信信号Aの送波時刻に一致する小信号B1(図3(a)(b)参照)の送波時刻におけるインパルス応答の一例であり、図5(a)に示すものは、小信号B1の送波時刻から時間Δt後となる小信号B2(図3(a)(b)参照)の送波時刻におけるインパルス応答の一例である。 The impulse response calculation device 7 calculates the small signal Bn as shown in FIGS. It has a function to obtain the impulse response at the transmission time of . FIG. 4(a) shows an example of the impulse response at the transmission time of the small signal B1 (see FIGS. 3(a) and 3(b)) that coincides with the transmission time of the transmission signal A. FIG. (a) shows an example of the impulse response at the transmission time of the small signal B2 (see FIGS. 3A and 3B), which is Δt after the transmission time of the small signal B1.

計算装置7は、求めた小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答の情報Gを、計算装置8へ送る機能を備えている。 The computing device 7 has a function of sending to the computing device 8 the impulse response information G at the transmission time of the obtained small signal Bn.

計算装置8は、信号分割装置3より小信号Bnの送波時刻、振幅の情報Cを受け取る機能と、記録装置6より小信号Bnの小信号長の修正結果Fを読み出す機能と、計算装置7より、小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答の情報Gを受け取る機能と、を備えている。 Calculation device 8 has a function of receiving transmission time and amplitude information C of small signal Bn from signal division device 3, a function of reading correction result F of the small signal length of small signal Bn from recording device 6, and a calculation device 7. and a function of receiving impulse response information G at the transmission time of the small signal Bn.

更に、計算装置8は、小信号Bnと、その小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答の畳み込み計算を行い、その計算結果に、更に小信号Bnの小信号長の修正結果を反映させることで、小信号Bnに対する畳み込みデータを生成する機能を備えている。 Further, the computing device 8 performs a convolution calculation of the small signal Bn and the impulse response at the transmission time of the small signal Bn, and reflects the correction result of the small signal length of the small signal Bn in the calculation result. It has a function of generating convolution data for the small signal Bn.

たとえば、小信号B1(図3(b)参照)については、図4(a)に示したインパルス応答を用いた畳み込み計算を行うことで、図4(b)に示すような畳み込みデータが生成される。この畳み込みデータは、送波器17から、送信信号として小信号B1のみが、送波時刻が、時刻t0の時点で送信されたと仮定した場合に、受波器18が受け取る仮想の受信信号BX1となる。 For example, for the small signal B1 (see FIG. 3(b)), the convolution data shown in FIG. 4(b) is generated by performing the convolution calculation using the impulse response shown in FIG. 4(a). be. This convoluted data is a hypothetical received signal BX1 received by the wave receiver 18 assuming that only the small signal B1 is transmitted from the wave transmitter 17 as a transmission signal at time t0. Become.

同様に、小信号B2(図3(b)参照)については、図5(a)に示したインパルス応答を用いた畳み込み計算を行うことで、図5(b)に示すような畳み込みデータが生成される。この畳み込みデータは、送波器17から、送信信号として小信号B2のみが、送波時刻が、時刻t0から時間Δtが経過した時点(t=Δt)で送信されたと仮定した場合に、受波器18が受け取る仮想の受信信号BX2となる。 Similarly, for the small signal B2 (see FIG. 3(b)), the convolution data shown in FIG. 5(b) is generated by performing the convolution calculation using the impulse response shown in FIG. 5(a). be done. Assuming that only the small signal B2 is transmitted from the wave transmitter 17 as a transmission signal at a time (t=.DELTA.t) after the time t0 has elapsed from the time t0, the convoluted data is received. A virtual received signal BX2 received by the receiver 18 is obtained.

計算装置8は、得られた畳み込みデータHを、畳み込み計算結果の記録装置9へ送る機能を備えている。 The calculation device 8 has a function of sending the obtained convolution data H to a convolution calculation result recording device 9 .

記録装置9は、計算装置8より受け取る畳み込みデータHを、記録する機能を備えている。 The recording device 9 has a function of recording the convolution data H received from the computing device 8 .

判定装置10は、計算装置8による或る小信号Bn(n=1,2,3、…)に対する処理が終了すると、先ず、その小信号Bnの送波時刻を規定する、送信信号Aの送信開始の時刻t0からの経過時間tに、時間Δtを足して、時刻t0からの経過時間tを更新する処理(t=t+Δt)を行う機能を備えている。 When the calculation device 8 finishes processing a certain small signal Bn (n=1, 2, 3, . It has a function of adding the time Δt to the elapsed time t from the start time t0 and updating the elapsed time t from the time t0 (t=t+Δt).

判定装置10は、次いで、更新後の経過時間tが、送信信号Aの信号長未満であるか否かの判定を行う機能を備えている。 The determination device 10 then has a function of determining whether or not the updated elapsed time t is less than the signal length of the transmission signal A.

判定装置10は、更新後の経過時間tが送信信号Aの信号長未満であると判定される場合は、その判定結果Iを、更新後の経過時間tの情報と共に、計算装置4と計算装置5へ送る。 If the determination device 10 determines that the elapsed time t after updating is less than the signal length of the transmission signal A, the determination device 10 sends the determination result I together with the information on the elapsed time t after updating to the computing device 4 and the computing device. Send to 5.

計算装置4は、判定装置10より判定結果Iを受け取ると、送信信号Aの送信開始の時刻t0から、更新された経過時間tの時点が送波時刻となる小信号Bnを対象として、その小信号Bnの送波時刻でのインパルス応答の計算に必要とされる伝搬路環境を求める処理を再開する機能を備えている。また、計算装置5は、判定装置10より判定結果Iを受け取ると、ドップラー計算に基づき、時刻t0から更新された経過時間tの時点が送波時刻となる小信号Bn(n=1,2,3…)が持つ小信号長の修正計算を再開する機能を備えている。 When receiving the determination result I from the determination device 10, the calculation device 4 targets the small signal Bn whose transmission time is the updated elapsed time t from the time t0 when the transmission of the transmission signal A starts. It has a function of resuming the process of determining the propagation path environment required to calculate the impulse response at the transmission time of the signal Bn. Further, when the calculation device 5 receives the determination result I from the determination device 10, the small signal Bn (n=1, 2, 3 . . . ) has a function to restart the correction calculation of the small signal length.

一方、更新後の経過時間tが送信信号Aの信号長未満ではないと判定される場合は、判定装置10は、その判定結果Jを、処理装置11へ送る機能を備えている。 On the other hand, when it is determined that the elapsed time t after updating is not less than the signal length of the transmission signal A, the determination device 10 has a function of sending the determination result J to the processing device 11 .

このように、更新後の経過時間tが送信信号Aの信号長未満ではないと判定される場合は、時刻t0からの経過時間が、送信信号Aの信号長に達したことになる。そのため、この場合は、送信信号Aの分割処理によって生成したすべての小信号Bnについて、各小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答を用いた畳み込み計算が行われて、生成した畳み込みデータHが、記録装置9に記録されたことになる。 Thus, when it is determined that the elapsed time t after updating is not less than the signal length of the transmission signal A, the elapsed time from the time t0 has reached the signal length of the transmission signal A. Therefore, in this case, all the small signals Bn generated by the division processing of the transmission signal A are subjected to convolution calculation using the impulse response at the transmission time of each small signal Bn, and the generated convolution data H is recorded. It is recorded in the device 9.

そこで、処理装置11は、判定装置10より判定結果Jを受け取ると、畳み込みデータの統合処理として、記録装置9に記録されているすべての小信号Bnに関する畳み込みデータHを読み出して、図6(a)に示すように、すべての畳み込みデータHを合わせた全畳み込みデータKを生成する機能を備えている。なお、図6(a)は、図が煩雑になることを避けるために、小信号B1,B2,B3に対応する仮想の受信信号BX1,BX2,BX3のみを示している。 Therefore, when the processing device 11 receives the determination result J from the determination device 10, the processing device 11 reads out the convolution data H regarding all the small signals Bn recorded in the recording device 9 as convolution data integration processing, and ), it has a function of generating all the convolution data K by combining all the convolution data H. Note that FIG. 6(a) shows only hypothetical received signals BX1, BX2 and BX3 corresponding to the small signals B1, B2 and B3 in order to avoid complication of the drawing.

処理装置11は、生成した全畳み込みデータKを、時間分割装置へ送る機能を備えている。 The processing device 11 has a function of sending the generated full convolution data K to the time division device.

時間分割装置12は、処理装置11より全畳み込みデータKを受け取ると、図6(b)に示すように、全畳み込みデータKに対し、入力装置2で設定されたサンプリング周波数に対応する単位時間(サンプリング周期)に合わせて、時間軸方向に等間隔分割を行う機能を備えている。時間分割装置12による時間軸方向の分割処理により生じた複数の領域は、以下、時間領域Lという。 When the time division device 12 receives the full convolution data K from the processing device 11, the unit time ( It has a function to perform equal interval division in the time axis direction according to the sampling period). A plurality of regions generated by the division processing in the direction of the time axis by the time division device 12 will be referred to as time regions L hereinafter.

重み付けスムージング計算を行う計算装置13は、時間分割装置12で分割された時間領域Lごとに、その時間領域Lに存在する小信号Bnの受信信号BXn(n=1,2,3、…)の総エネルギーが等しくなるように、図6(c)に示すように、それぞれの時間領域L内について、図形●で示す代表点を1つ計算する機能を備えている。 Calculation device 13 that performs weighted smoothing calculation calculates received signal BXn (n=1, 2, 3, . As shown in FIG. 6(c), it has a function of calculating one representative point indicated by the figure ● in each time domain L so that the total energy is equal.

なお、図6(b)では、小信号Bnの受信信号BXn(n=1,2,3、…)は、便宜的に図形で示しているが、実際には、小信号Bnと同様の時間Δtに対応する小信号長、または、計算装置5で修正計算された小信号Bnの小信号長を有している。そのため、小信号Bnの受信信号は、隣接する時間領域Lに跨るものが多く存在する。 Although the received signal BXn (n=1, 2, 3, . . . ) of the small signal Bn is shown graphically in FIG. It has the small signal length corresponding to Δt or the small signal length of the small signal Bn corrected and calculated by the computing device 5 . Therefore, many of the received signals of the small signal Bn extend over adjacent time domains L. FIG.

そこで、計算装置13は、記録装置6に記録されている小信号Bnの小信号長の修正結果を読み出し、その上で、隣接する時間領域Lに跨る小信号Bnの受信信号については、計算装置13は、それぞれの時間領域Lに含まれている時間の長さの割合を重み付けとし、各時間領域Lにエネルギーを分配する処理を行う機能を備えている。 Therefore, the calculation device 13 reads out the correction result of the small signal length of the small signal Bn recorded in the recording device 6, and then, regarding the received signal of the small signal Bn spanning the adjacent time regions L, the calculation device 13 has a function of weighting the ratio of the length of time included in each time region L and distributing energy to each time region L. FIG.

更に、計算装置13は、前記のようにして各時間領域L内の代表点が1つずつ定まると、各代表点を通る波形を計算し、その波形の計算結果を、送波器17(図2参照)より送信された送信信号Aが受波器18(図2参照)で受信されるときの受信信号を模擬したデータMとして求める機能を備えている。 Further, when one representative point in each time domain L is determined as described above, the calculating device 13 calculates a waveform passing through each representative point, and outputs the waveform calculation result to the transmitter 17 (Fig. 2) is obtained as data M simulating the received signal when the transmitted signal A is received by the wave receiver 18 (see FIG. 2).

計算装置13は、受信信号を模擬したデータMを出力装置14へ送る機能を、更に備えている。 The computing device 13 further has the function of sending data M simulating the received signal to the output device 14 .

出力装置14は、計算装置13より受け取る受信信号を模擬したデータMを、図示しない表示器や、受信信号を模擬したデータMを使用する他の計算装置などの、データMの需要部へ出力する機能を備えている。 The output device 14 outputs the data M simulating the received signal received from the computing device 13 to a demand part of the data M, such as a display device (not shown) or another computing device using the data M simulating the received signal. It has functionality.

なお、入力装置2、信号分割装置3、計算装置4、計算装置5、記録装置6、計算装置7、計算装置8、記録装置9、判定装置10、処理装置11、時間分割装置12、計算装置13、出力装置14は、全部が一つの電子計算機に機能として実装されていてもよいし、あるいは、任意の数ずつ、任意の組み合わせで、複数の電子計算機に分散して実装されていてもよい。 Input device 2, signal division device 3, calculation device 4, calculation device 5, recording device 6, calculation device 7, calculation device 8, recording device 9, determination device 10, processing device 11, time division device 12, calculation device 13. All of the output devices 14 may be implemented as a function in one computer, or may be distributed and implemented in a plurality of computers in any number and in any combination. .

以上の構成としてある本実施形態の音波伝搬シミュレーションシステム1は、図7に示す如き処理手順で、音波伝搬シミュレーション方法の実施に使用する。なお、以下の説明では、本実施形態の音波伝搬シミュレーションシステム1は、単に、本実施形態のシミュレーションシステム1という。 The sound wave propagation simulation system 1 of the present embodiment configured as described above is used for carrying out the sound wave propagation simulation method according to the processing procedure shown in FIG. In the following description, the sound wave propagation simulation system 1 of this embodiment is simply referred to as the simulation system 1 of this embodiment.

音波伝搬シミュレーション方法を開始する場合は、図示しないオペレータが、入力装置2を用いて、音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件を設定する(ステップSA1)。設定される計算条件は、固定条件のパラメータ、送信信号Aを分割処理して複数の小信号Bn(n=1,2,3,…)を生成する際の基準となる時間Δt、および、変動条件のパラメータを含む。 When starting the sound wave propagation simulation method, an operator (not shown) uses the input device 2 to set calculation conditions required for sound wave propagation simulation (step SA1). The calculation conditions to be set are the parameters of fixed conditions, the time Δt as a reference when dividing the transmission signal A to generate a plurality of small signals Bn (n=1, 2, 3, . . . ), and the variation Contains condition parameters.

このように、入力装置2を用いた計算条件の設定が行われると、本実施形態のシミュレーションシステム1では、先ず、信号分割装置3が、ステップSA1で設定された計算条件を基に、送信信号Aを時間Δtごとに分割して小信号Bnを生成する処理を行う(ステップSA2)。 In this way, when the calculation conditions are set using the input device 2, in the simulation system 1 of the present embodiment, first, the signal dividing device 3 divides the transmission signal based on the calculation conditions set in step SA1. A is divided every time Δt to generate a small signal Bn (step SA2).

次に、本実施形態のシミュレーションシステム1では、処理開始時の初期状態として、送信信号Aの送信開始の時刻t0からの経過時間tを、先ず、0秒に設定する(t=0)(ステップSA3)。 Next, in the simulation system 1 of the present embodiment, as an initial state at the start of processing, first, the elapsed time t from the time t0 when transmission of the transmission signal A is started is set to 0 seconds (t=0) (step SA3).

この状態で、本実施形態のシミュレーションシステム1では、計算装置4が、小信号Bnの送波時刻でのインパルス応答の計算に必要とされる伝搬路環境を求める処理を行う(ステップSA4)。 In this state, in the simulation system 1 of the present embodiment, the computing device 4 performs processing for determining the propagation path environment required for computing the impulse response at the transmission time of the small signal Bn (step SA4).

次いで、計算装置5が、小信号Bnが持つ小信号長の修正計算の処理を行う(ステップSA5)。この小信号Bnの小信号長の修正結果Fは、記録装置6に記録される。 Next, the calculation device 5 performs correction calculation processing for the small signal length of the small signal Bn (step SA5). The correction result F of the small signal length of the small signal Bn is recorded in the recording device 6 .

このように、小信号Bnと、伝搬路環境と、小信号Bnの小信号長の修正結果Fが求まると、本実施形態のシミュレーションシステム1は、計算装置7にて、小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答を求める処理を行う(ステップSA6)。 Thus, when the small signal Bn, the propagation path environment, and the correction result F of the small signal length of the small signal Bn are obtained, the simulation system 1 of the present embodiment causes the calculation device 7 to calculate the transmission time of the small signal Bn. is performed to obtain the impulse response (step SA6).

次いで、計算装置8が、ステップSA2で得られた小信号Bnと、ステップSA6で得られた、該小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答との畳み込み計算を行って、畳み込みデータHを得る処理を行う(ステップSA7)。この畳み込みデータHは、記録装置9に記録される。 Next, the calculation device 8 performs convolution calculation of the small signal Bn obtained in step SA2 and the impulse response at the transmission time of the small signal Bn obtained in step SA6 to obtain convolution data H. (Step SA7). This convolution data H is recorded in the recording device 9 .

本実施形態のシミュレーションシステム1では、ステップSA7が終了すると、判定装置10が、小信号Bnの送波時刻を規定していた送信信号Aの送信開始の時刻t0からの経過時間tに、時間Δtを足して、時刻t0からの経過時間tを更新する処理(t=t+Δt)を行う(ステップSA8)。 In the simulation system 1 of the present embodiment, when step SA7 is completed, the determination device 10 determines that the time Δt is added to update the elapsed time t from time t0 (t=t+Δt) (step SA8).

次いで、判定装置10は、更新後の経過時間tが、送信信号Aの信号長未満であるか否かを判定する処理を行う(ステップSA9)。 Next, the determination device 10 performs a process of determining whether or not the updated elapsed time t is less than the signal length of the transmission signal A (step SA9).

ステップSA9の判定処理にて、更新後の経過時間tが送信信号Aの信号長未満であると判定される場合は、判定装置10は、計算装置4と計算装置5へ判定結果Iを送るため、本実施形態のシミュレーションシステム1では、更新後の経過時間tに基づいて、ステップSA4からの処理が再度開始される。 If it is determined in the determination process of step SA9 that the elapsed time t after updating is less than the signal length of the transmission signal A, the determination device 10 sends the determination result I to the calculation device 4 and the calculation device 5. , in the simulation system 1 of the present embodiment, the processing from step SA4 is restarted based on the updated elapsed time t.

したがって、本実施形態のシミュレーションシステム1は、ステップSA9の判定処理にて、更新後の経過時間tが送信信号Aの信号長未満ではないと判定されるまでは、ステップSA4からステップSA9の処理ループを繰り返し実施する。これにより、本実施形態のシミュレーションシステム1は、ステップSA2にて、送波時刻が時間Δtずつずれた状態で生成されたすべての小信号Bnについて、送波時刻の順序に従って、ステップSA4からステップSA7までの処理を順次実施することができる。その結果、本実施形態のシミュレーションシステム1では、すべての小信号Bnについて、小信号Bnと、該小信号Bnの送信時刻におけるインパルス応答との畳み込み計算を行い、畳み込みデータHを得ることができる。 Therefore, the simulation system 1 of the present embodiment continues the processing loop from step SA4 to step SA9 until it is determined that the elapsed time t after updating is not less than the signal length of the transmission signal A in the determination processing of step SA9. is repeated. As a result, in step SA2, the simulation system 1 of the present embodiment performs step SA4 to step SA7 according to the order of the wave transmission times for all the small signals Bn generated with the wave transmission times shifted by time Δt. can be performed sequentially. As a result, in the simulation system 1 of the present embodiment, the convolution data H can be obtained by convolving the small signal Bn and the impulse response at the transmission time of the small signal Bn for all the small signals Bn.

一方、ステップSA9の判定処理にて、更新後の経過時間tが送信信号Aの信号長未満ではないと判定される場合は、判定装置10は、処理装置11へ判定結果Jを送る。 On the other hand, if it is determined in the determination process of step SA9 that the elapsed time t after updating is not less than the signal length of the transmission signal A, the determination device 10 sends the determination result J to the processing device 11 .

処理装置11は、判定結果Jを受け取ると、すべての小信号Bnに関する畳み込みデータHを合わせて、全畳み込みデータKを生成する、畳み込みデータの統合処理を行う(ステップSA10)。 When the processing device 11 receives the determination result J, the processing device 11 combines the convolution data H regarding all the small signals Bn to perform convolution data integration processing to generate the full convolution data K (step SA10).

ステップSA10にて、全畳み込みデータKが生成すると、本実施形態のシミュレーションシステム1では、時間分割装置12が、全畳み込みデータKに対し、入力装置2で設定されたサンプリング周波数に対応する単位時間に合わせて、時間軸方向に等間隔分割を行う(ステップSA11)。 When the full convolution data K is generated in step SA10, in the simulation system 1 of the present embodiment, the time division device 12 processes the full convolution data K in a unit time corresponding to the sampling frequency set by the input device 2. At the same time, division is performed at equal intervals in the direction of the time axis (step SA11).

次いで、本実施形態のシミュレーションシステム1では、計算装置13が、分割された時間領域Lごとに存在する小信号Bnの受信信号BXn(n=1,2,3、…)の情報を基に、それぞれの時間領域L内で代表点を1つずつ求めると共に、各代表点を通る波形を計算する重み付けスムージング計算を行って、送波器17より送信された送信信号Aが受波器18で受信されるときの受信信号を模擬したデータMを求める(ステップSA12)。 Next, in the simulation system 1 of the present embodiment, the computing device 13, based on the information of the received signal BXn (n=1, 2, 3, . . . ) of the small signal Bn present in each divided time domain L, A representative point is determined one by one in each time domain L, and a weighted smoothing calculation is performed to calculate a waveform passing through each representative point, and the transmission signal A transmitted from the transmitter 17 is received by the receiver 18. Data M simulating the received signal when the signal is received is obtained (step SA12).

その後、本実施形態のシミュレーションシステム1では、出力装置14が、ステップSA12で得た、受信信号を模擬したデータMを、その需要部へ出力する処理を行う(ステップSA13)。 After that, in the simulation system 1 of the present embodiment, the output device 14 performs processing for outputting the data M simulating the received signal obtained in step SA12 to the demand section (step SA13).

このように、本実施形態のシミュレーションシステム1によれば、前記したステップSA1からステップSA13を備える音波伝搬シミュレーション方法を実施することができる。 Thus, according to the simulation system 1 of the present embodiment, the sound wave propagation simulation method including steps SA1 to SA13 can be implemented.

これにより、本実施形態のシミュレーションシステム1は、インパルス応答と送信信号との畳み込みにより受信信号を模擬したデータを得る処理に、音場15における音波の伝搬路19,20a,20b,20cの環境の時間的な変化による影響を加えた処理を行うことができて、音場15にて、音波の伝搬路19,20a,20b,20cの環境の時間的な変化による影響を受ける状況下での受信信号を模擬したデータMを得ることができる。 As a result, the simulation system 1 of the present embodiment uses the environment of the sound wave propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c in the sound field 15 for the process of obtaining the data simulating the received signal by convolving the impulse response and the transmitted signal. Reception in a situation where it is possible to perform processing that is affected by temporal changes, and in the sound field 15, it is affected by temporal changes in the environment of the sound wave propagation paths 19, 20a, 20b, and 20c. Data M simulating the signal can be obtained.

したがって、本実施形態のシミュレーションシステム1と、これを用いて行う音波伝搬シミュレーション方法によれば、たとえば、水中の移動体と固定局、あるいは水中の移動体同士で音響通信を行う場合に、送波器17と受波器18の相対位置が時間経過と共に変化することで生じるドップラー効果による音波の位相の変動の影響、音波が反射する境界となる水面が、波などの影響によって上下に変動する場合に生じるドップラー効果による反射波の位相の変動の影響、更には、海流の変動のように、音場15における音波を伝える媒体の流れが変化することに起因する影響、を踏まえて、受信信号を模擬したデータMを得ることができる。 Therefore, according to the simulation system 1 of the present embodiment and the sound wave propagation simulation method performed using the same, for example, when acoustic communication is performed between a mobile body in water and a fixed station, or between mobile bodies in water, transmission of waves Influence of phase fluctuation of sound wave due to Doppler effect caused by relative position of device 17 and wave receiver 18 changing over time Based on the influence of the phase fluctuation of the reflected wave due to the Doppler effect that occurs in the Simulated data M can be obtained.

そのため、本実施形態のシミュレーションシステム1と、これを用いて行う音波伝搬シミュレーション方法は、音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件に、時間経過に伴い変化する変動条件のパラメータが存在する音場15を対象として、音波伝搬シミュレーションの結果として受信信号を模擬したデータMを取得する際に、取得したデータMについての精度の向上化を図る効果も期待できる。 Therefore, in the simulation system 1 of the present embodiment and the sound wave propagation simulation method performed using the system, the calculation conditions required for sound wave propagation simulation include parameters of variable conditions that change over time. When obtaining the data M simulating the received signal as a result of the sound wave propagation simulation targeting the sound field 15, an effect of improving the accuracy of the obtained data M can be expected.

なお、本開示の音波伝搬シミュレーションシステム、および、音波伝搬シミュレーション方法は、前記実施形態にのみ限定されるものではない。 Note that the sound wave propagation simulation system and sound wave propagation simulation method of the present disclosure are not limited to the above embodiments.

実施形態では、入力装置2で、送信信号Aを分割処理して複数の小信号Bn(n=1,2,3,…)を生成する際の基準となる時間Δtが設定される例を示したが、入力装置2では、送信信号Aを分割処理して小信号Bnを生成する場合の分割数を設定するようにしてもよい。この場合は、本開示の音波伝搬シミュレーションシステム、および、音波伝搬シミュレーション方法では、送信信号Aの信号長を設定された分割数で割ることで、時間Δtの値を求めるようにすればよい。 In the embodiment, an example is shown in which the input device 2 sets the time Δt as a reference when dividing the transmission signal A to generate a plurality of small signals Bn (n=1, 2, 3, . . . ). However, the input device 2 may set the number of divisions when the transmission signal A is divided to generate the small signals Bn. In this case, in the sound wave propagation simulation system and sound wave propagation simulation method of the present disclosure, the value of time Δt may be obtained by dividing the signal length of transmission signal A by the set number of divisions.

本開示の音波伝搬シミュレーションシステムは、空中や水中における音波や超音波の伝搬により、信号や情報の伝送、伝達を行う技術分野であれば、いかなる技術分野に適用してもよい。 The sound wave propagation simulation system of the present disclosure may be applied to any technical field as long as it is a technical field in which signals and information are transmitted and transmitted by propagating sound waves and ultrasonic waves in the air or water.

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 It goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

2 入力装置、3 信号分割装置、4 計算装置、5 計算装置、7 計算装置、8 計算装置、11 処理装置、12 時間分割装置、13 計算装置、A 送信信号、B1,B2,B3,B4,B5,Bn 小信号、H 畳み込みデータ、K 全畳み込みデータ
L 時間領域、M データ
2 input device 3 signal division device 4 calculation device 5 calculation device 7 calculation device 8 calculation device 11 processing device 12 time division device 13 calculation device A transmission signal B1, B2, B3, B4, B5, Bn small signal, H convolution data, K full convolution data L time domain, M data

Claims (2)

入力装置と、
送信信号を分割処理して送波時刻が順次異なる複数の小信号を生成する信号分割装置と、
伝搬路環境の計算装置と、
小信号長の修正計算を行う計算装置と、
インパルス応答の計算装置と、
畳み込み計算を行う計算装置と、
畳み込みデータの統合処理を行う処理装置と、
時間分割装置と、
重み付けスムージング計算を行う計算装置と、
音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件について、時間経過に伴い変化する変動条件のパラメータを設定する入力装置と
前記パラメータを用いて直接波及び反射波の伝搬経路を決定し、当該伝搬経路ごとにインパルス信号の応答を求める機能とを備え、
前記インパルス応答の計算装置は、前記伝搬経路の応答に基づいて前記小信号の送波時刻におけるインパルス応答を求める機能を備え、
前記畳み込み計算を行う計算装置は、前記小信号と、該小信号の送波時刻における前記インパルス応答との畳み込み計算を行って前記畳み込みデータを求める機能を備え、
前記処理装置は、すべての前記畳み込みデータを合わせた全畳み込みデータを生成する機能を備え、
前記時間分割装置は、前記全畳み込みデータに対し、設定されたサンプリング周波数に対応する単位時間に合わせて、時間軸方向に等間隔分割を行う機能を備え、
前記重み付けスムージング計算を行う計算装置は、前記時間軸方向の等間隔分割により生じた複数の時間領域ごとに、該時間領域に存在する前記小信号の受信信号の総エネルギーが等しくなるように代表点を定める機能と、前記時間領域の前記代表点を通る波形を計算し、該波形の計算結果を、送波器より送信された前記送信信号が受波器で受信されるときの受信信号を模擬したデータとして求める機能を備えたこと
を特徴とする音波伝搬シミュレーションシステム。
an input device;
a signal splitting device for splitting a transmission signal to generate a plurality of small signals having different transmission times;
a propagation path environment calculation device;
a computing device for performing a correction calculation of the small signal length;
an impulse response calculator;
a computing device that performs convolution computation;
a processing device that integrates convolutional data;
a time division device;
a computing device that performs weighted smoothing computation;
An input device for setting parameters of fluctuation conditions that change over time with respect to calculation conditions required to perform sound wave propagation simulation ;
A function of determining the propagation paths of the direct wave and the reflected wave using the parameters, and obtaining the response of the impulse signal for each propagation path,
The impulse response calculation device has a function of obtaining an impulse response at the transmission time of the small signal based on the response of the propagation path ,
The computing device that performs the convolution calculation has a function of obtaining the convolution data by performing convolution calculation of the small signal and the impulse response at the transmission time of the small signal,
The processing device has a function of generating full convolution data combining all the convolution data,
The time division device has a function of dividing the entire convolution data at equal intervals in the time axis direction according to the unit time corresponding to the set sampling frequency,
The calculation device for performing the weighted smoothing calculation calculates representative points for each of a plurality of time domains generated by the equally spaced division in the time axis direction so that the total energy of the received small signals existing in the time domain is equal. and calculating a waveform passing through the representative points in the time domain, and using the waveform calculation result to simulate the reception signal when the transmission signal transmitted from the transmitter is received by the receiver A sound wave propagation simulation system characterized in that it has a function to obtain as data that has been processed.
電子計算機により、
音波伝搬シミュレーションを行うために必要とされる計算条件について、時間経過に伴い変化する変動条件のパラメータを設定するステップと、
前記パラメータを用いて直接波及び反射波の伝搬経路を決定し、当該伝搬経路ごとにインパルス信号の応答を求めるステップと、
送信信号を分割処理して送波時刻が順次異なる複数の小信号を生成するステップと、
前記伝搬経路の応答に基づいて前記小信号の送波時刻におけるインパルス応答を求めるステップと、
前記小信号と、該小信号の送波時刻における前記インパルス応答との畳み込み計算を行って畳み込みデータを求めるステップと、
すべての前記畳み込みデータを合わせた全畳み込みデータを生成するステップと、
前記全畳み込みデータに対し、設定されたサンプリング周波数に対応する単位時間に合わせて、時間軸方向に等間隔分割を行うステップと、
前記時間軸方向の等間隔分割により生じた複数の時間領域ごとに、該時間領域に存在する前記小信号の受信信号の総エネルギーが等しくなるように代表点を定めるステップと、
前記時間領域の前記代表点を通る波形を計算し、該波形の計算結果を、送波器より送信された前記送信信号が受波器で受信されるときの受信信号を模擬したデータとして求めるステップと、を実施すること
を特徴とする音波伝搬シミュレーション方法。
by electronic computer
A step of setting parameters of fluctuation conditions that change with the passage of time for calculation conditions required to perform sound wave propagation simulation;
determining the propagation paths of the direct wave and the reflected wave using the parameters, and determining the response of the impulse signal for each propagation path;
a step of dividing a transmission signal to generate a plurality of small signals having different transmission times;
obtaining an impulse response at a transmission time of the small signal based on the response of the propagation path ;
performing a convolution calculation of the small signal and the impulse response at the transmission time of the small signal to obtain convolution data;
generating full convolution data combining all the convolution data;
A step of dividing the entire convolution data at equal intervals in the time axis direction according to the unit time corresponding to the set sampling frequency;
a step of determining a representative point for each of a plurality of time domains generated by equally spaced division in the time axis direction so that the total energy of the received small signals present in the time domain is equal;
A step of calculating a waveform passing through the representative points in the time domain, and obtaining the calculation result of the waveform as data simulating the reception signal when the transmission signal transmitted from the transmitter is received by the receiver. and a method for simulating sound wave propagation.
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