直接音響フィールドテスト

直接音響場試験（DFATまたはDFAN ）は、音響ドライバーの配列によって生成された音波を航空宇宙構造物に当てる音響試験に使用される技術です。 ^[1]この方法では、試験物の周囲に配置された電気動圧音響スピーカーを使用して、試験対象物の表面に均一でよく制御された直接音場を提供します。 このシステムは、高性能音響ドライバー、強力なオーディオアンプ、狭帯域のマルチ入力マルチ出力（MIMO）コントローラー、および高精度の実験室用マイクを採用し、ヘリコプター、航空機、ジェットエンジン、または打ち上げロケットの音圧場をシミュレートできる音響環境を作り出します。 高レベルのシステムは、25 Hzから10 kHzの周波数範囲で1分以上、125～147 dBの全体的な音圧レベルを実現できます。^[2]

直接音場は、試験対象物を囲むように配置されたオーディオ ドライバーによって生成されます。直接音場試験を実行するには、2 つの異なる制御方式を使用できます。1 つは、シングル入力シングル出力 (SISO) と呼ばれる方法で、すべての音響ドライバーに単一の駆動信号を使用し、複数の制御マイクの平均値を算出して制御測定を行います。この方法では、相関のある平面波のセットが生成され、これらが組み合わさって大きな振幅の変動が生じ、試験対象物の表面で局所的な変動が生じることがあります。振幅の変動は最大 +/-12dB に達することがあります。2 つ目の方法は MIMO と呼ばれ、複数の独立した駆動信号を使用して、複数の独立したマイクの位置を制御します。この方法では、SISO フィールドよりもはるかに均一な、相関の少ないフィールドが生成されます。MIMO 制御を使用する場合、振幅の変動は +/-3dB の範囲で発生するのが一般的です。

この技術では、音響ノイズの形状スペクトル内の垂直入射平面波を使用して、外部境界反射なしで露出した試験対象物のすべての表面に直接影響を及ぼします。試験対象物の形状によっては、平面波間の位相差により、表面で振幅の変動が生じる可能性があります。表面積が大きく質量密度が低い試験対象物の場合、位相差により、従来の反響場試験とは異なる方法で一次構造モードが励起される可能性があります。この基本的な違いと構造への影響は、DFAN 方法の利点と比較検討する必要があります。

DFAT テストが残響テストよりも優れている点は、DFAT システムの可搬性です。これにより、テスト機器を任意の場所に輸送し、セットアップして較正し、高強度音響テストを実行するために使用し、その後テスト サイトから移動することができます。大型衛星または同様の航空宇宙構造物の場合、ロードインからロードアウトまでの全プロセスは 4 日以内に完了します。テスト システムでは、「ビルディング ブロック」アプローチを使用して、環境要件を満たす機器の組み合わせを形成します。システムには、通常、500 台以上のスピーカー、200 万ワット以上の増幅、少なくとも 8 ～ 16 個の制御マイク、および閉ループ MIMO 音響制御およびデータ取得システムが含まれます。モビリティと「ビルディング ブロック」アプローチにより、この方法は各アプリケーションに合わせて調整でき、よりタイムリーでコスト効率の高いテスト ソリューションを提供できます。この方法は、従来の音響残響チャンバー内に収まらないほど大きい物品をテストする場合にも役立ちます。

このプロセスでは、試験対象物の周囲にスピーカーサークルを輸送して組み立てる必要があります。

円の大きさは、試験対象物の大きさによって異なります。一般的には、試験対象物より直径が 12 フィート (3.7 m) 大きく、高さが 4 フィート (1.2 m) 高い円が必要です。平面波の逆結合の可能性を減らすため、配置は対称にならないようにする必要があります。試験対象物は、プラットフォームに取り付けるか、吊り下げることができます。SISO または MIMO 方式のいずれかで制御するには、8 ～ 16 個の複数のマイクを使用する必要があります。マイクは、試験対象物の周囲にランダムに配置する必要があります。ドライバーの表面から制御マイクの表面までの距離は、1.0 ～ 1.5 メートル (3.3 ～ 4.9 フィート) にする必要があります。制御マイ​​クから試験対象物の表面までの距離は、0.5 ～ 0.75 メートル (1.6 ～ 2.5 フィート) にする必要があります。制御マイ​​クの高さは、試験対象物の中央の高さを中心とし、試験対象物の高さの約 8 分の 1 ずつ上下にランダムに変化させる必要があります。 DFAT テスト配置における自由音場マイクの向きは重要ではありません。ただし、マイクを音源に向け、入射角を 0 度にすることで、テスト対象からの反射を最小限に抑えることができます。^[3]今日の高品質測定用自由音場マイクのほとんどは、工場で入射角を補正するように調整されています。この現象は、1/4 インチ マイクの場合 10 kHz を超える高周波数で最も顕著になり、マイクのダイヤフラム直径に反比例します。

スピーカーは、通常はポータブル ディーゼル ジェネレーターで駆動される一連のオーディオ アンプによって駆動されます。システムは、オーバーテスト状態が検出された場合に制限や中止を行うために使用できる閉ループ フィードバック制御システムによって安全かつ正確に制御されます。

通常、事前テストはシミュレータを使用して実行され、指定された全体の音圧レベルとスペク​​トルが達成できるかどうかを確認します。事前テストは、中止許容値、応答制限、フィールド形成、緊急シャットダウン手順などの特別な制御機能を確認するためにも使用されます。次に、マイクロフォンの応答を調べて、結果として得られるフィールドの均一性、一貫性、および可能な場合は構造応答を評価する必要があります。次に、シミュレータをスピーカーサークル内の実際のテスト項目に置き換え、テストプロセスを繰り返します。

通常、作業全体は 4 日間で完了し、そのうち 1 日だけテスト対象物が必要になります。すべての機器はテスト対象物に持ち込まれ、組み立てられ、事前テストされ、性能チェックされた後、飛行対象物をテストします。テスト計画の複雑さにもよりますが、飛行対象物は通常 1 日のテストのみで必要になります。飛行テストが完了すると、対象物は取り除かれ、すべての機器が分解されて現場から輸送されます。

特徴

• 携帯性：ほぼどこにでも設置可能
• モジュール性: 複数の構成に適応
• 制御性: 安全、繰り返し可能、リアルタイム制御
• 狭帯域制御: 25～10 kHz の一定の狭帯域 (約 3 Hz) 増分で定義された仕様に制御を提供できます。
• 応答制限: SPL、加速度、力、または応力応答値の制限
• オーバーテスト保護: ピークまたはrms入力値で中止

この方法は、利便性、低コスト、および機動性に富んでいるため、従来のテストとは一線を画しており、人気が高まっている主な理由となっています。

この方法は、必要なすべての音響システム、発電および配電、およびデータ収集および制御機器がテストサイトに持ち込まれるため便利です。機器は通常、テストイベントごとにリースされます。顧客側で施設、機器、または人員に多額の投資は必要ありません。ディーゼル発電機が推奨される電源であるため、MSI 配電機器に接続するための一貫した構成でクリーンなオンサイト電力が提供されます。これにより、テスト施設から大量の電力が不要になります。さらに、より標準的な高強度残響音響チャンバーシステムの設置、操作、および保守と比較して、テストあたりのコストが大幅に削減されます。最後に、モビリティにより、このテスト方法は、通常のテスト項目の統合およびテストフローのほぼすべての時間と場所で実行できます。テスト機器は完全にポータブルであり、特別な施設やインフラストラクチャは必要ありません。

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