JP2012220402A

JP2012220402A - 音響材料の音響特性計測方法および音響材料の音響特性計測装置

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Publication number: JP2012220402A
Application number: JP2011088124A
Authority: JP
Inventors: Masato Tadokoro; 眞人田所; Terunori Miyazaki; 輝規宮崎
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: JP5817191B2

Abstract

【課題】供試体に対する音波の入射角の制約を解消する上で有利となる音響材料の音響特性計測方法および音響材料の音響特性計測装置を提供する。
【解決手段】第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４を、同一方向を指向し、かつ、直線上に等しい間隔ｄをおいて並べて配置し、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される第１の音波Ｗ１の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように駆動信号を生成させ、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される４個の第１の音波Ｗ１によって形成される等位相面Ｐの進行方向と供試体２の表面の法線とがなす入射角θが０度よりも大きな角度となるようにした。受波器Ｒでは、第１の音波Ｗ１が供試体２によって反射された反射波である第２の音波Ｗ２を受波する。第２の音波Ｗ２の音圧レベルＰ２を算出し、音圧レベルＰ２から音響特性を算出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、音響材料の音響特性計測方法および音響材料の音響特性計測装置に関する。

水中で使用される音響材料の反射特性、透過特性などの音響特性を測定する方法として、以下の方法が知られている（非特許文献１参照）。
図１に示すように、音響特性を計測すべき供試体２と、送波器Ｔと、受波器Ｒとを水中に配置する。
送波器Ｔに駆動信号を供給することにより送波器Ｔから供試体２に向けて第１の音波（直接波）を送波させ、第１の音波が供試体２によって反射された第２の音波（反射波）を受波器Ｒで受波させて反射波検出信号を検出させる。
反射波検出信号から算出された第２の音波の音圧レベルに基づいて音響特性を算出する。

海洋音響の基礎と応用海洋音響学会編成山堂書店第１２章水中音響計測（ｐ１４７−ｐ１４８）

しかしながら、図１に示す上記従来方法では、図３のように供試体２に対して入射角をつけて傾斜させて第１の音波を送波した場合に、以下の問題がある。
送波器Ｔから送波される供試体２に向かう直接波の進行方向が供試体２の表面の法線となす角度を直接波の入射角θとする。
送波器Ｔと受波器Ｒとの距離を第１の距離、送波器Ｔ→供試体２→受波器Ｒの経路の距離を第２の距離とする。
この場合、第１の距離と第２の距離との差をある程度確保すると、受波器Ｒで検出される第１の音波と第２の音波との時間差Δｔ１２が確保でき、したがって、第１の音波と第２の音波とを識別して計測することができる。
しかしながら、入射角θが大きくなればなるほど、例えば、入射角θが３０度を超えると時間差Δｔ１２が短くなり過ぎて、第１の音波と第２の音波とを識別して計測することが難しくなる。
このため、従来方法では、３０度を超えるような入射角θでの供試体の音響特性の計測を行うことが困難であり、音波の供試体に対する入射角が制約されるものであった。
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、供試体に対する音波の入射角の制約を解消する上で有利となる音響材料の音響特性計測方法および音響材料の音響特性計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、音響特性を計測すべき供試体と、送波器と、受波器とを水中に配置し、前記送波器に駆動信号を供給することにより前記送波器から前記供試体に向けて第１の音波を送波させ、前記第１の音波が前記供試体によって反射された反射波である第２の音波を前記受波器で受波させて反射波検出信号を検出させ、前記反射波検出信号から算出された前記第２の音波の音圧レベルに基づいて前記音響特性を算出する音響材料の音響特性計測方法であって、前記送波器は、同一方向を指向し、かつ、前記指向する方向と交差する方向に延在する直線上に等しい間隔ｄをおいてｎ個（ｎは２以上の整数）並べて配置し、前記ｎ個の送波器を第１、第２、……第ｎの送波器とした場合、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波される前記第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように前記駆動信号を生成させ、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波されるｎ個の前記第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と前記供試体の表面の法線とがなす入射角が０度よりも大きな角度となるようにしたことを特徴とする。
また本発明は、水中に配置され、駆動信号が供給されることにより第１の音波を音響特性を計測すべき供試体に向けて送波する送波器と、前記水中に配置され、前記第１の音波が前記供試体で反射された反射波である第２の音波を受波し、前記第２の音波に対応する反射波検出信号を生成する受波器と、前記送波器に前記駆動信号を供給する駆動手段と、前記反射波検出信号から算出される前記第２の音波の音圧レベルに基づいて前記供試体の音響特性を算出する音響特性算出手段とを備える音響特性計測装置であって、前記送波器は、同一方向を指向し、かつ、前記指向する方向と交差する方向に延在する直線上に等しい間隔ｄをおいてｎ個（ｎは２以上の整数）並べて配置され、前記駆動手段は、前記ｎ個の送波器を第１、第２、……第ｎの送波器とした場合、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波される前記第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように前記駆動信号を生成させ、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波されるｎ個の前記第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と前記供試体の表面の法線とがなす入射角が０度よりも大きな角度となるようにしたことを特徴とする。
また本発明は、水中に配置され、駆動信号が供給されることにより第１の音波を音響特性を計測すべき供試体に向けて送波する送波器と、前記水中に配置され、前記供試体で反射された反射波である第２の音波を受波し、前記第２の音波に対応する反射波検出信号を生成する受波器と、前記送波器に前記駆動信号を供給する駆動手段と、前記反射波検出信号から算出される前記第２の音波の音圧レベルに基づいて前記供試体の音響特性を算出する音響特性算出手段とを備える音響特性計測装置であって、前記送波器は、同一方向を指向し、かつ、前記指向する方向と交差する方向に延在する直線上に等しい間隔ｄをおいてｎ個（ｎは２以上の整数）並べて配置され、前記駆動手段は、前記ｎ個の送波器を第１、第２、……第ｎの送波器とした場合、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波される前記第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように前記駆動信号を生成させ、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波されるｎ個の前記第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と前記供試体の表面の法線とがなす入射角が０度よりも大きな角度となるようにし、前記受波器は前記送波器のうちの１つの送波器あるいは複数の送波器で兼用されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１〜第ｎの送波器を、同一方向を指向し、かつ、直線上に等しい間隔ｄをおいて並べて配置し、第１〜第ｎの送波器から送波される第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように駆動信号を生成させ、第１〜第ｎの送波器から送波されるｎ個の第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と供試体の表面の法線とがなす入射角θが０度よりも大きな角度となるようにした。したがって、従来方法では困難であった０度よりも大きな入射角での供試体の音響特性の計測を行うことが可能となり、音波の供試体に対する入射角の制約を解消する上で有利となる。

従来の音響材料の音響特性計測方法の説明図である。受波器Ｒによって検出された第１、第２、第３の音波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の音圧レベルＰの計測値を示した図である。送波器Ｔから送波される第１の音波Ｗ１の供試体２の表面に対する入射角θを０度よりも大きな角度に設定した場合の説明図である。入射角θと時間差Δｔとの関係を示す線図である。斜行する音波を２つの送波器Ｔ１，Ｔ２からなるダイポール状のハイドロフォンモデルで送波する場合の説明図である。第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４によって供試体２に入射角θで音波を送波する場合の説明図である。本実施の形態における音響特性計測装置の構成を示すブロック図である。（Ａ）はシミュレーションの手順を示す図、（Ｂ）は音場の説明図、（Ｃ）は供試体２の幅方向における位相の変化を示す図、（Ｄ）は送波器（ハイドロフォン）間の位相差φ、音波の波長λ、入射角θのシミュレーション結果を示す図である。送波器が２つの場合における送波器（ハイドロフォン）間の位相差φ、音波の波長λ、入射角θのシミュレーション結果を示す図である。送波器が３つの場合における送波器（ハイドロフォン）間の位相差φ、音波の波長λ、入射角θのシミュレーション結果を示す図である。送波器が４つの場合における送波器（ハイドロフォン）間の位相差φ、音波の波長λ、入射角θのシミュレーション結果を示す図である。送波器が５つの場合における送波器（ハイドロフォン）間の位相差φ、音波の波長λ、入射角θのシミュレーション結果を示す図である。

次に本発明の実施の形態に係る音響材料の音響特性計測装置について音響材料の音響特性計測方法と共に説明するが、本発明の前提となる従来方法について説明する。
図１は従来の音響材料の音響特性計測方法の説明図である。
図１に示すように、音響特性を計測すべき供試体２と、送波器Ｔと、受波器Ｒとを水槽１に収容された水の中に吊り下げて配置する。この場合、送波器Ｔからの距離は、受波器Ｒ、供試体２、水槽１の壁面という順番で遠くなる。
送波器Ｔに駆動信号を供給することにより送波器Ｔから供試体２に向けて第１の音波Ｗ１を送波させる。
この場合、第１の音波Ｗ１の進行方向が供試体２の表面の法線となす入射角θは０度であり、すなわち第１の音波Ｗ１は供試体２の表面に対して垂直方向に入射する。
第１の音波Ｗ１は、受波器Ｒ、供試体２、水槽１の壁面の順番に到達する。
供試体２に到達した第１の音波Ｗ１（直接波）の一部は、供試体２で反射され第２の音波（反射波）として受波器Ｒに向かって進行し、残りの第１の音波Ｗ１は供試体２を透過したのち、水槽１の壁面で反射され、第３の音波Ｗ３として受波器Ｒに到達する。
図２は、受波器Ｒによって検出された第１、第２、第３の音波Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の音圧レベルＰの計測値を示した図である。
このように第１の音波Ｗ１が供試体２によって反射された第２の音波Ｗ２を受波器Ｒで受波させて第２の検出信号を検出し、第２の検出信号から算出された第２の音波Ｗ２の音圧レベルＰから音響特性としての反射係数を求める。
より詳細には、十分に厚い鉄板等からなる完全反射体で求められた反射音圧を基準として求めておき、完全反射体を供試体２で置き換えた場合の第２の音波Ｗ２の音圧レベルＰから反射係数を求める。

図３は送波器Ｔから送波される第１の音波Ｗ１の供試体２の表面に対する入射角θを０度よりも大きな角度に設定した場合の説明図である。
以下、送波器Ｔから送波された第１の音波Ｗ１が直接受波器Ｒに至るまでの経路（直接波の経路）と、送波器Ｔから送波された第１の音波Ｗ１が供試体２で反射され第２の音波Ｗ２として受波器Ｒに至るまでの経路（反射波の経路）とを受波器Ｒで検出した場合に、それら２つの音波Ｗ１、Ｗ２を時間的に分離することが可能であるための条件について例示する。
反射波の伝搬距離：送波器Ｔと供試体２上の点Ｏと受波器Ｒとを結ぶ距離ＴＯＲ＝Ｌ＋Ｄ……（１）
但し、Ｌは送波器Ｔと供試体２上の点Ｏとを結ぶ距離、Ｄは供試体２上の点Ｏと受波器Ｒとを結ぶ距離。
直接波の伝搬距離：送波器Ｔと受波器Ｒとを結ぶ距離ＴＲ＝（Ｌ^２＋Ｄ^２−２ＬＤ・ｃｏｓ（２θ））^１／２……（２）
直接波と反射波との時間差：Δｔ＝（ＴＯＲ−ＴＲ）／ｃ……（３）
周波数ｆ、山数Ｎの時の送波時間：Ｎ／ｆ……（４）
直接波と反射波が分離可能である条件は、以下の通り。
Δｔ＝（ＴＯＲ−ＴＲ）／ｃ＞Ｎ／ｆ……（５）
但し、ｃは水中での音速＝１５００ｍ／ｓ
図４は入射角θと時間差Δｔとの関係を示す線図である。
図４は、Ｌ＝５００ｍｍ、Ｄ＝３５０ｍｍ、ｆ＝２０ｋＨｚ、Ｎ＝５としている。
この場合、送波時間Ｎ／ｆ＝０．２５ｍｓとすると、時間差Δｔが０．２５ｍｓ以下であると、２つの音波Ｗ１、Ｗ２を時間的に分離することが困難となる。
したがって、図４から時間差Δｔ＝０．２５ｍｓ以下の入射角θは約３３度以上の領域となる。
このように上述した従来方法では、供試体２に対する音波の入射角θの制約があることがわかる。

そこで、本発明は、このような供試体２に対する音波の入射角θの制約を解消するためになされたものであり、ソナーの整相処理と同様に複数の送波器に位相差を付けて送波、受波することにより、等位相面が供試体２の表面に対して斜め方向から入射する、言い換えると、入射角θが０度よりも大きな範囲で音響材料の音響特性を計測できるようにしたものである。
ここで、複数の送波器が斜行する音波を送波する場合について説明する。
図５に示すように、２つの送波器Ｔ１、Ｔ２からなるダイポール状のハイドロフォンモデルで送波する場合について説明する。
２つの送波器Ｔ１、Ｔ２は直線Ｌ１上に間隔ｄをおいて配置されている。より詳細には、２つの送波器Ｔ１、Ｔ２は、同一方向を指向し、かつ、指向する方向と交差する方向に延在する直線Ｌ１上に等しい間隔ｄをおいて配置されている。
ここで、直線Ｌ１と平行な直線に対して入射角θで音波を入射させる場合（言い換えると、直線Ｌ１と直交する直線Ｌ２に対して音波の進行方向がなす角度がθである場合）について考える。
２つの送波器Ｔ１、Ｔ２で送波する音波をそれぞれＳ_１、Ｓ_２とし、音波Ｓ１と同じ位相の音波Ｓ２の位置（等位相面の位置）を位置Ｈとし、音波の波長をλとする。
この場合、式（１０）が成立する。
Ｓ_２Ｈ＝ｄｓｉｎθ……（１０）
２つの送波器Ｔ１、Ｔ２で送波する音波Ｓ_１、Ｓ_２の位相差φは式（１１）で示される。
φ＝（２πｄ／λ）ｓｉｎθ……（１１）
そして、２つの送波器Ｔ１、Ｔ２で送波する音波の音圧は、式（１２）で示すように、２つの送波器Ｔ１、Ｔ２の送波音圧ｐ_１、ｐ_２のベクトル合成となる。
ｐ_１＋ｐ_２＝２ｐ_１ｃｏｓ（φ／２）……（１２）
以上、２つの送波器Ｔ１、Ｔ２が直線Ｌ２に対して角度θをなす進行方向に音波を送波する場合について説明したが、２つの送波器Ｔ１、Ｔ２を２つの受波器に置き換えると、直線Ｌ２と平行な直線に対して入射角θで入射する音波を受信することができることになる。

図６は第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４によって供試体２に入射角θで音波を送波する場合の説明図である。
直線Ｌ１上に等間隔をおいて４つの送波器Ｔ１〜Ｔ４が配置されている。
より詳細には、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４は、同一方向を指向し、かつ、指向する方向と交差する方向に延在する直線Ｌ１上に等しい間隔ｄをおいて配置されている。
供試体２は例えば板状を呈し、供試体２の表面の法線をＬ２とした場合、直線Ｌ１と法線Ｌ２とが直交するように供試体２が配置されている。
第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４に駆動信号を供給する。
すると、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される４個の音波によって形成される等位相面Ｐの進行方向と供試体２の表面の法線とがなす入射角θが０度よりも大きな角度とすることができる。

次に、音響特性計測装置の具体的な構成について説明する。
図７は本実施の形態における音響特性計測装置の構成を示すブロック図である。
音響特性計測装置１０は、水槽１、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４、受波器Ｒ、発振器１２、パワーアンプ１４、第１〜第４の移相器１６Ａ〜１６Ｄ、プリアンプ１８、アッテネータ２０、切替器２２、メジャリングアンプ２４、フィルター２６、オシロスコープ２８、デジタルオシロスコープ３０、パーソナルコンピュータ３２などを含んで構成されている。

水槽１は水を収容するものである。
第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４は、水槽１の水中に配置され、駆動信号が供給されることにより第１の音波を音響特性を計測すべき供試体２に向けて送波するものである。
より詳細には、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４は、同一方向を指向し、かつ、指向する方向と交差する方向に延在する直線Ｌ１上に等しい間隔ｄをおいて配置されている。
なお、本実施の形態では、供試体２は板状を呈し、その表面の法線Ｌ２が直線Ｌ１と直交するように配置されている。

受波器Ｒは、水槽１の水中に配置され、第１の音波が供試体２で反射された反射波である第２の音波を受波し、第２の音波に対応する反射波検出信号を生成するものである。
本実施の形態では、受波器Ｒは、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４と供試体２との間で、供試体２からの反射波を受波できる位置に配置されている。

発振器１２は、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４に供給する駆動信号を生成するものであり、駆動信号の振幅、波数（パルス数）、波長などが調整可能に構成されている。

パワーアンプ１４は、発振器から供給される駆動信号を増幅するものであり、増幅率が調整可能に構成されている。

第１〜第４の移相器１６Ａは、パワーアンプ１４から供給される駆動信号を、予め設定された位相差だけずらして第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４に供給するものである。
本実施の形態では、第１〜第４の移相器１６Ａでずらせる位相差φは以下の通りである。
第１の送波器：０
第２の送波器：φ
第３の送波器：２φ
第４の送波器：３φ
したがって、第１の送波器Ｔ１の位相を基準として、第２、第３、第４の送波器Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４からは、それぞれ位相差φ、位相差２φ、位相差３φを持った音波が送波されることになる。

プリアンプ１８は、受波器Ｒから供給される反射波検出信号を増幅するものである。

アッテネータ２０は、パワーアンプ１４から第１〜第４の移相器１６Ａに供給される駆動信号を予め定められた減衰量だけ減衰させるものである。

切替器２２は、プリアンプ１８から供給される反射波検出信号と、パワーアンプ１４から第１〜第４の移相器１６Ａに供給される駆動信号とを選択してメジャリングアンプ２４に供給するものである。

メジャリングアンプ２４は、切替器２２を介して供給される反射波検出信号と、前記の駆動信号との何れかを増幅して出力信号として出力するものである。

フィルター２６は、メジャリングアンプ２４から供給される出力信号から、特に反射波検出信号から不要な信号成分を除去するものである。

オシロスコープ２８は、発振器１２から供給される駆動信号をトリガー信号として入力し、フィルター２６を通過した反射波検出信号の波形をモニタするものである。

デジタルオシロスコープ３０は、発振器１２から供給される駆動信号をトリガとして入力し、フィルター２６を通過した反射波検出信号をデータとして蓄積し、パーソナルコンピュータ３２に反射波検出信号のデータを供給するものである。

パーソナルコンピュータ３２は専用の計測プログラムがインストールされており、この計測プログラムを実行することによって、デジタルオシロスコープ３０から供給される反射波検出信号のデータから第２の音波の音圧レベルを算出すると共に、算出された第２の音波の音圧レベルに基づいて供試体２の音響特性を算出する。
また、パーソナルコンピュータ３２は、発振器１２、フィルター２６、デジタルオシロスコープ３０の動作の制御も行う。
なお、本実施の形態では、発振器１２と、パワーアンプ１４と、第１乃至第４の移相器とによって、特許請求の範囲の駆動手段が構成され、パーソナルコンピュータ３２によって特許請求の範囲の音響特性算出手段が構成されている。

なお、切替器２２をアッテネータ２０側に切り替えた場合は、パワーアンプ１４から第１〜第４の移相器１６Ａに供給される駆動信号を直接メジャリングアンプ２４に供給される。このようにすることで、水槽１内（水中）の状況の影響を受けない駆動信号を直接計測することで、駆動信号の基準レベルを得ることができる。
パワーアンプ１４の増幅率（出力パワー）を変更したときに、前記の基準レベルに基づいて受波器Ｒの検出信号を補正することができ、検出信号の計測をより正確に行うようにしている。

次に音響特性計測装置１０の動作について説明する。
まず、水槽１の水中に第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４、受波器Ｒ、供試体２を吊り下げて設置する。
第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される音波の供試体２に対する入射角θを定める。入射角θは０度より大きく９０度よりも小さい値である。
前述した式（１１）から、入射角θと、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される音波の波長λと、間隔ｄとに基づいて位相差φを算出する。
φ＝（２πｄ／λ）ｓｉｎθ……（１１）
位相差φに基づいて第１〜第４の移相器１６Ａ〜１６Ｄの位相を設定する。
切替器２２はプリアンプ１８側に切り替えられている。

パーソナルコンピュータ３０は、発振器１２に駆動信号を発生させる指令を与える。これにより発振器１２から駆動信号をパワーアンプ１４、第１〜第４の移相器１６Ａ〜１６Ｄを介して第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４に供給する。
これにより図６に示すように第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から位相差φずつずれた音波が送波され、これら４個の音波によって形成される等位相面Ｐの進行方向と供試体２の表面の法線とがなす入射角θが０度よりも大きな角度となり、したがって、供試体２に対して０度よりも大きな入射角θの第１の音波Ｗ１（図２）が送波される。
受波器Ｒでは、第１の音波Ｗ１が供試体２によって反射された反射波である第２の音波Ｗ２（図２）を受波することで反射波検出信号をメジャリングアンプ２４に供給する。

反射波検出信号は、メジャリングアンプ２４、フィルター２６を介してデジタルオシロスコープ３０で蓄積される。
パーソナルコンピュータ３２は、デジタルオシロスコープ３０に蓄積された反射波検出信号のデータに基づいて第２の音波Ｗ２の音圧レベルＰ２を算出し、音圧レベルＰ２から音響特性を算出する。
音響特性としては従来公知の反射特性を評価する反射係数ＥＲ（echo reduction（反射減衰量））が例示される。反射係数ＥＲは減衰量がどの位であるかを示すものであり、減衰する場合に正値を取る。
基準状態（基準サンプルを設置した状態）での音圧レベルＰ２＝P_refに対して供試体２を設置した状態での音圧レベルＰ２＝P_sampleとする。このとき、反射係数ＥＲは以下の式（２０）により算出される。
ER=-20Log₁₀(P_sample/P_ref)……（２０）

以上説明したように本実施の形態によれば、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４を、同一方向を指向し、かつ、直線上に等しい間隔ｄをおいて並べて配置し、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される第１の音波Ｗ１の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように駆動信号を生成させ、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４から送波される４個の第１の音波Ｗ１によって形成される等位相面Ｐの進行方向と供試体２の表面の法線とがなす入射角θが０度よりも大きな角度となるようにした。
したがって、従来方法では困難であった、３０度を超えるような入射角θでの供試体２の音響特性の計測を行うことが可能となり、音波の供試体２に対する入射角θの制約を解消する上で有利となる。

第１の実施の形態では、第１〜第４の送波器Ｔ１〜Ｔ４の４つの送波器を設けた場合について例示したが、送波器は２つ、３つ、あるいは、５つ以上であってもよい。
以下、送波器の数が２つ、３つ、４つ、５つである場合について、位相差φ、音波の波長λ、入射角θをどのように設定できるかについてシミュレーションを行った結果について説明する。

図８（Ａ）はシミュレーションの手順を示す図、（Ｂ）は音場の説明図、（Ｃ）は供試体２の幅方向における位相の変化を示す図、（Ｄ）は送波器（ハイドロフォン）間の位相差φ、音波の波長λ、入射角θのシミュレーション結果を示す図である。
図８（Ａ）に示すように、送波器から送波する音波の周波数ｆ（波長λ）、送波器の数、間隔ｄ、位相差φを設定する（ステップＳ１）。

次いで、ステップＳ１の設定内容に基づいて水槽１内の音場を計算する（ステップＳ２）。
音場の計算結果を図８（Ｂ）に示す。図中、Ｘ軸、Ｙ軸は水槽１を平面視した状態で設定された２次元座標軸を示し、縦軸は音圧レベルＰ（ｄＢ）を示す。
本例では、送波器が並べられた直線Ｌ１の延在方向がＹ軸と合致し、Ｘ軸はＹ軸と直交する方向に延在する。
図８（Ｂ）に示すように、複数の送波器からそれぞれ送波された音波の音圧レベルＰが示されている。

次に、各送波器から一定の距離をおいた位置での音波の位相を算出する（ステップＳ３）。
図８（Ｃ）は、横軸（Ｙ軸）が供試体２の幅方向（送波器が並べられた直線Ｌ１の延在方向）の距離を示し、縦軸が位相（度）を示す。
したがって、供試体２の幅方向の寸法に対応する位相が入射角θに相当することになる。

次に、送波器間の位相差φと、ステップＳ３で算出された入射角θとの関係を、間隔ｄおよび音波の周波数（波長λ）をパラメータとして算出する（ステップＳ４）。
その結果を図８（Ｄ）に示す。図８（Ｄ）は、横軸が送波器間の位相差φ、縦軸が入射角θを示している。
図８（Ｄ）は送波器が２つの場合を示し、図９と同内容である。
図１０、図１１、図１２はそれぞれ送波器が３個、４個、５個の場合を示す。

図９に示すように、送波器が２個の場合は、間隔ｄを波長λ以下とできるが、入射角θは３０度程度以下である。
図１０に示すように、送波器が３個の場合は、間隔ｄが３λ／４以下の範囲において入射角θを７０度程度まで設定できる。
図１１に示すように、送波器が４個の場合は、間隔ｄがλ／４〜λ／２の範囲において入射角θを７０度程度まで設定できる。
図１２に示すように、送波器が５個の場合も、間隔ｄがλ／４〜λ／２の範囲において入射角θを７０度程度まで設定できる。
このようなシミュレーション結果によれば、入射角θを変更するには、間隔ｄあるいは波長λの少なくとも一方を変更すればよいことがわかる。

なお、本実施の形態では、単一の発振器１２および単一のパワーアンプ１４を用いて生成した１つの駆動信号を４つの移相器１６Ａ〜１６Ｄを用いて位相差φずつずらして４つの送波器Ｔ１〜Ｔ４に供給する構成とした。
しかしながら、各送波器Ｔ１〜Ｔ４毎に発振器１２およびパワーアンプ１４を設け、各発振器１２の駆動信号の位相を位相差φずつずらして４つの送波器Ｔ１〜Ｔ４に供給する構成としてもよい。ただし、本実施の形態のように構成すると、発振器１２およびパワーアンプ１４が１つずつで済むため、コストを抑制する上でより有利である。

また、本実施の形態では、送波器Ｔ１〜Ｔ４と受波器Ｒとを別体としたが、以下のような変形例も可能である。
（１）送波器Ｔ１〜Ｔ４の何れか１つを受波器Ｒとして兼用する。
（２）送波器Ｔ１〜Ｔ４の全てあるいは２つ以上を受波器Ｒとして兼用する。
このような変形例においても実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、受波器を送波器で兼用するため、コストを抑制する上で有利となる。
なお、（２）の場合、複数の受波器で第２の音波Ｗ２を受波することになるため、送波時とは逆の位相差を、検出された各反射波検出信号に与えることにより検出した第２の音波Ｗ２を整相する必要がある。
すなわち、パーソナルコンピュータ３２は、複数の受波器で生成された反射波検出信号に対して位相差φと逆位相となる整相処理を行ったのち供試体２の音響特性の算出を行う。

Ｔ１〜Ｔ４……第１〜第４の送波器、Ｒ……受波器、１……水槽、２……供試体、１０……音響特性計測装置、１２……発振器（駆動手段）、１４……パワーアンプ（駆動手段）、１６Ａ〜１６Ｄ……第１〜第４の移相器（駆動手段）、１８……プリアンプ、２０……アッテネータ、２２……切替器、２４……メジャリングアンプ、２６……フィルター、２８……オシロスコープ、３０……デジタルオシロスコープ、３２……パーソナルコンピュータ（音響特性算出手段）。

Claims

音響特性を計測すべき供試体と、送波器と、受波器とを水中に配置し、
前記送波器に駆動信号を供給することにより前記送波器から前記供試体に向けて第１の音波を送波させ、
前記第１の音波が前記供試体によって反射された反射波である第２の音波を前記受波器で受波させて反射波検出信号を検出させ、
前記反射波検出信号から算出された前記第２の音波の音圧レベルに基づいて前記音響特性を算出する音響材料の音響特性計測方法であって、
前記送波器は、同一方向を指向し、かつ、前記指向する方向と交差する方向に延在する直線上に等しい間隔ｄをおいてｎ個（ｎは２以上の整数）並べて配置し、
前記ｎ個の送波器を第１、第２、……第ｎの送波器とした場合、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波される前記第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように前記駆動信号を生成させ、
前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波されるｎ個の前記第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と前記供試体の表面の法線とがなす入射角が０度よりも大きな角度となるようにした、
ことを特徴とする音響材料の音響特性計測方法。
前記位相差φおよび前記第１の音波の波長の少なくとも一方を調整することにより前記入射角θを設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の音響材料の音響特性計測方法。
水中に配置され、駆動信号が供給されることにより第１の音波を音響特性を計測すべき供試体に向けて送波する送波器と、
前記水中に配置され、前記第１の音波が前記供試体で反射された反射波である第２の音波を受波し、前記第２の音波に対応する反射波検出信号を生成する受波器と、
前記送波器に前記駆動信号を供給する駆動手段と、
前記反射波検出信号から算出される前記第２の音波の音圧レベルに基づいて前記供試体の音響特性を算出する音響特性算出手段と
を備える音響特性計測装置であって、
前記送波器は、同一方向を指向し、かつ、前記指向する方向と交差する方向に延在する直線上に等しい間隔ｄをおいてｎ個（ｎは２以上の整数）並べて配置され、
前記駆動手段は、前記ｎ個の送波器を第１、第２、……第ｎの送波器とした場合、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波される前記第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように前記駆動信号を生成させ、
前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波されるｎ個の前記第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と前記供試体の表面の法線とがなす入射角が０度よりも大きな角度となるようにした、
ことを特徴とする音響特性計測装置。
水中に配置され、駆動信号が供給されることにより第１の音波を音響特性を計測すべき供試体に向けて送波する送波器と、
前記水中に配置され、前記供試体で反射された反射波である第２の音波を受波し、前記第２の音波に対応する反射波検出信号を生成する受波器と、
前記送波器に前記駆動信号を供給する駆動手段と、
前記反射波検出信号から算出される前記第２の音波の音圧レベルに基づいて前記供試体の音響特性を算出する音響特性算出手段と
を備える音響特性計測装置であって、
前記送波器は、同一方向を指向し、かつ、前記指向する方向と交差する方向に延在する直線上に等しい間隔ｄをおいてｎ個（ｎは２以上の整数）並べて配置され、
前記駆動手段は、前記ｎ個の送波器を第１、第２、……第ｎの送波器とした場合、前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波される前記第１の音波の位相がそれぞれ位相差φずつずれるように前記駆動信号を生成させ、
前記第１、第２、……第ｎの送波器から送波されるｎ個の前記第１の音波によって形成される等位相面の進行方向と前記供試体の表面の法線とがなす入射角が０度よりも大きな角度となるようにし、
前記受波器は前記送波器のうちの１つの送波器あるいは複数の送波器で兼用されている、
ことを特徴とする音響特性計測装置。
前記受波器は複数の送波器で兼用されており、
前記音響特性算出手段による前記供試体の音響特性の算出は、前記複数の受波器で生成された反射波検出信号に対して前記位相差φと逆位相となる整相処理を行ったのちなされる、
ことを特徴とする請求項４記載の音響特性計測装置。