JP3675836B2 - 音響波のフォーカス方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は音響波の焦点を合わせる方法及び装置に関する。
より詳しくは、本発明は、音響波の伝播を阻害する空間に、ｎ個（ｎは１以上の自然数）のスピーカにより、この空間内に音響波（acoustic waves）の形態の情報を伝達するよう音を通過させる方法に関するもので、第一の態様によれば該方法は、情報を含んだ少なくとも一つの音響信号Ｓ（ｔ）が、音を通過させるべき空間内に属する「目標領域（target zone）」なる少なくとも一つの領域に伝達される際の、音通過段階（sound-sweeping steps）を備えており；前記伝達は、いわゆるアクティブ・スピーカから成る少なくとも一つのサブセット（subset）より放射された音響信号ｓ_i（ｔ）を得ることにより実行され；前記サブセットは、前記ｎ個のスピーカから選ばれた少なくとも一つのスピーカを備えたものとなっている。
音響波の伝播を阻害する空間の例は数多くある。その他の例としては：
− 鉄道の駅及び空港、あるいはより一般的には、音波の多重反射により放送音メッセージの理解が困難となる公共の場所、及び、
− 少なくとも部分的に多重散乱媒体（multi-scattering media）が配される場所、すなわち、音響パルスの持続時間（duration）を少なくとも一桁増加させる性質を有した、吸収力の小さい、音響波を反射あるいは個別的に散乱させる要素が分散又は分配される場所、
がある。
本発明の目的は、特にかかる空間内での情報の伝達を最適化することにある。
このため本発明では、上記の如き方法における前記各音通過段階において、
ｈ_ij（−ｔ）が、スピーカｉと前記目標領域（１１４，１１５，１２３）に属する所定のいわゆる「較正」点ｊ（１０７）との間の、予め測定及び貯蔵されたインパルス応答ｈ_ij（ｔ）の時間的反転(temporal inversion）であり、前記目標領域がｐ個（ｐは、１以上の自然数）の較正点を有しており、前記インパルス応答ｈ_ij（ｔ）が、前記スピーカｉが短い音響パルスを放射した際の前記点ｊにおいて受信された音響信号に対応したものであり、かつ、係数ａ_jを所定の重に係数（weighting coefficient）としたとき、
各音通過段階において各スピーカｉが、下記の信号：

を放射することを特徴とするものとなっている。
これらの構成により、音響的なフォーカシングが前記目標領域に向かうようになり、音響波形態で伝達された情報は前記目標領域においては完全にクリアーに、一方、目標領域外ではかなりクリアー度の低い状態で聞こえるものとなる。このことは、前記目標領域が適性に選択されれば、欠点がなく、大きな利点と成り得ることを意味している。
本発明の第一の態様による好ましい実施形態では、下記の構成のうちの一つ及び／又はその他の構成を採ることができる：
− 前記重み係数ａ_jが全て１であること；
− 前記アクティブ・スピーカのサブセットが、音通過空間内の全てのスピーカを備えていること；
− 前記目標領域の較正点の数ｐが少なくとも２であること；
− スピーカの数ｎが少なくとも２であること；
− 前記信号Ｓ（ｔ）が少なくとも部分的に、人間の声を表す信号及び音楽の断片を表す信号より選ばれた音信号に対応していること；
− 音の通過されるべき空間が公衆を収容する場所であり、かつ前記信号Ｓ（ｔ）の少なくとも一部は公共情報メッセージに対応していること；
− 前記音通過段階の少なくとも一定の段階において、ｑ個（ｑは２以上の自然数）の目標領域に同時に音が通過され、次いで、各アクティブ・スピーカｉがｑ個の下記の重ね合わせ音響信号：

〔ｋは、各目標領域に対応した１ないしｑまでの自然数であり、Ｓ_k（ｔ）はインデックスｋの目標領域において放送されるべき情報包含音響信号である〕
を放射すること；
− 前記音通過段階の少なくとも一定の段階で考慮される目標領域は、少なくとも一つの較正点を備えるよう可能な限り限定された領域であり、かつ、前記信号Ｓ（ｔ）により表される音声メッセージの到達目標である少なくとも一人の人間が存在すること；
さらに、本発明の第一の態様は、音響波の伝播を妨害する空間に音を通過させるための、上記した方法を実施するための装置についても主題としており、この装置は：
− 前記空間内に分布されたｎ個（ｎは、１以上の自然数）のスピーカと、
− 音の通過すべき前記空間に属した目標領域なる少なくとも一つの領域内で音響波形態で伝達されるべき情報を包含した信号Ｓ（ｔ）を受けるための少なくとも一つの入力経路（input pathwaw）であって；前記伝達が、いわゆるアクティブ・スピーカから成る少なくとも一つのサブセットより放射される音響信号ｓ_i（ｔ）を得ることにより実行され、さらに前記サブセットが前記ｎ個のスピーカから選ばれた少なくとも一つのスピーカを備えて成る少なくとも一つの入力経路と、

〔ｈ_ij（−ｔ）は、スピーカｉと前記目標領域に属する所定のいわゆる「較正」点ｊとの間の、予め測定及び貯蔵されたインパルス応答ｈ_ij（ｔ）の時間的反転であり、前記目標領域がｐ個（ｐは、１以上の自然数）の較正点を有しており、前記インパルス応答ｈ_ij（ｔ）が、前記スピーカｉが短い音響パルスを放射した際の前記点ｊにおいて受信された音響信号に対応したものであり、かつ、係数ａ_jは所定の重み係数である〕
より決定する信号処理装置と、を備え、
前記信号処理装置は、前記信号Ｓ（ｔ）を受信するように前記入力経路に接続され、かつ、前記信号ｓ_i（ｔ）をそれぞれ種々の前記スピーカに伝達するようにそれら各スピーカに接続されている。
さらにこの装置は都合よく、音通過空間内で目標領域を選択するための手段を備えている。
第二の態様による本発明の主題は、音響エネルギー（acoustic energy）をフォーカスしかつ時間的に圧縮する方法および装置である。ここでの「音響（的）（acoustic）」との用語は、可聴周波数に限定されない一般的な意味である。よって、音響波に類似した伝播モードを示すものであれば無線波にも適用されるものである。
本発明は、以下に説明する多くの技術分野において適用可能である。
本発明によれば、音響エネルギーを所定の場所（location）に集中させることが可能となる。この場所は、例えば設置又は破壊するように固定された場所である。後者の場合、結石破砕又は体内の腫瘍の破壊点である。また、地雷（mine）の如き駆逐可能な特種装置の破壊点でもある。
上記の場所（又はこれらの場所の組）は、各物品が音響エネルギーの、強く短く局所化された一つ又はそれ以上のパルスを受けるよう連続して現われる製造ラインに設置することさえも可能である。
また、エネルギー集中の選択的特性が保証されれば、ステーションと、前記エネルギーが集中する場所に設置された受信機（受信者）との間のコミュニケーションも可能である。エネルギー分配のコストでいくつかの受信機が設けられる。
ネットワークの圧電変換器によって受信された信号を再放射する前に時間的に反転することにより、内部に反射目標を一点に定めるよう媒体を検査する方法、及び/又は、それらの目標を破壊する方法は周知である（欧州特許公開公報第0383 650号）。
これらの方法は目標上にエネルギーをフォーカスするものである。すなわち、エネルギーの空間的圧縮(spatial compression）を行う。
本発明は、特に、フォーカシング（focusing）による空間的圧縮に加え、エネルギーの時間的圧縮（temporal compression）を実施するものである。
この目的を達成するため本発明は特に下記に従うプロセスを提案する：
ａ）エネルギーを集中させる場所から、第一の持続時間を有した短い音響パルスを放射；
ｂ）前記場所から多重散乱媒体（multi-scattering medium）を介して到来する前記音響信号を、前記第一持続時間よりも少なくとも一桁大きい第二の持続時間にわたって、複数の変換器から構成されるネットワーク上に集めて記録；
ｃ）時間的反転及び増幅によって集められた信号から導かれた復帰信号を、前記複数の変換器から前記多重散乱媒体に向けて放射。
一般に、前記段階（ａ）において、パルスの持続時間は、共振変換器の場合の基本周期の十周期よりも小さく、好ましくは五周期とされる。
前記第二の持続時間は、少なくとも伝達されたエネルギーが認められる間、この媒体内の全ての経路を介して多重散乱媒体を横切ってきた前記音響エネルギーの到達時間の展開（spreading）に対応するように選択される。
「多重散乱媒体（multi-scattering medium）」は、前記目標位置と前記変換器のネットワークとの間に置かれた媒体であり、内部には、初期パルスの持続時間を少なくとも一桁増加させる性質を有した、吸収力の小さい、音響波を反射あるいは個別的に散乱させる要素が分散又は分布している。この要素が伝播媒体の体積中に略ランダムに分布している場合、多重散乱媒体の特性はこの媒体内部の音響波の平均自由経路（mean free path）ｌ、すなわち到来初期平面波がその初期方向の情報（memory）を完全に失うだけの距離、によって規定できる。この平均自由経路ｌは、ｎを前記散乱要素の体積密度、σをそれら要素の断面積とするとき、１／ｎσで表される。この自由経路は、σが大きくなる程小さくなり、音響波の周波数が前記要素の共振周波数に近い場合に得られる。これらの要素は極めて多様な性質を有したものとすることができる。特に、これらの要素は、複数のロッド、フレーク、ビーズ、気体の泡、反射粒子、などとすることができる。通常は、これらの粒子の平均寸法ａは、λが放射音響波の波長、あるいは放射スペクトルの中心周波数に対応した波長であるとき、２πａ／λはほぼ１となるものである。
パルスの持続時間の拡張を増大させ、かつ圧縮係数を高める場合には、このような媒体の厚さｅ（前記目標位置と前記ネットワークとの間に占められる長さ）が前記平均自由経路よりも大きくなければならない。少なくとも五倍の厚さがしばしば要求される。
前記多重散乱媒体の反射要素もまた、前記伝播媒体の表面に分布させることができる。これら反射要素は特に、前記伝播媒体とその外側媒体との間のインピーダンスの不連続性により構成されている。而して多重散乱媒体は、この波の集中される位置と前記変換器との間に音響チャネルを備えており、この音響チャネルの壁面による多重反射により、初期パルスの時間的拡張、及び復帰波の集群（bunching）が生じる。
上記段階ｂ）においては、タイムウインドウ（time window）の間に記録がなされる。このタイムウインドウは、特に音響波がいくつかの別々の位置から到来する傾向にある場合、選択された位置及び前記媒体の特性に応じて選択される。
また、多重散乱媒体に、集中位置から見た時に前記ネットワークの角開口（angular aperture）よりも極めて大きい角開口を設けることにより、再フォーカス点（refocusing spot）の解像は、均一な媒体の場合よりもずっと優れたものととなる。散乱媒体は、時間的反転の後、放射体の如く作用するものとなる。この場合、前記放射体の角開口は、前記位置から見た際に、前記ネットワークが見られるものよりもかなり大きいものとすることができる。
本発明により実施される原理は上記したとおりである。音響復帰信号〔上記段階（ｃ）〕は、前記媒体が変わらないか、その変化（通常、放射スペクトルを適用可能なパワーの最小波長の十分の一よりも大きい多重散乱経路の長さの変更は生じない散乱体の変位を伴う）が非常の遅い限り、事前に進んだ信号の反転である経路に沿って、前記散乱媒体を介して、反転の原理によって進む。再放射音響波は、タイムシーケンス中に全て散乱及び／又は多重反射をする。このタイムシーケンスは、外側へ飛び出る音響波の反転であり、前記媒体の出口において、短いパルスから成る初期音響波を再形成する。
多重散乱媒体の全体又は一部が、前記波に関する反射表面により囲繞されている場合、再放射エネルギーの全てが、前記初期パルスの持続時間のために選択された位置上に集中され、時間圧縮係数によって積算されるため、フォーカシングによって、従来のアンテナ利得よりも非常に大きい利得が得られる。多重散乱媒体が１００のオーダーあるいはそれ以上の実質的な伸張をさせる場合には、低出力の変換器又は低利得の増幅器を利用した場合でさえ、高出力を集中させることが可能である。
本発明の別の態様は音響エネルギーを一つの位置にフォーカスさせかつ時間的に圧縮する装置であって：
− 前記位置から短い音響パルスを放射させる手段と；
− 複数の変換器より構成したネットワークと；
− 前記変換器から成るネットワークと前記位置との間に設けられ、かつ、該音響パルスの持続時間が、前記変換器から成るネットワークのレベルにおいて少なくとも一桁大きくなるよう増加させるべく前記各音響パルスを時間的に展開する多重散乱媒体であって、
前記変換器から成るネットワークが、前記パルスの前記放射に応じてピックアップされた音響信号の時間的な反転及び増幅によって得られた音響信号を放射するように制御される、多重散乱媒体と；
を備えて成る。
本発明の第一の態様に係るその他の特徴及び優位点は、添付の図面を参照して説明される本発明の一実施形態の記載により明かとされる。ただし、本発明がこの例のものに限定されるわけではない。
図面において：
− 図１は本発明の第一の態様による方法を実施し得る鉄道駅を示した断面図である；
− 図２は図１に示した鉄道駅の平面図である；
− 図３は本発明の第一の態様による方法を実施するための装置の一例を示した部分図である。
さらに、本発明の第二の態様に関して上述した特徴及びその他の特徴は、この第二の態様に係る実施形態について記載した下記の説明により明らかにされる。ただし、本発明はこれらの実施形態のものに限定されるものではない。この本発明の第二の態様は下記の図面を参照して説明される：
− 図４は本方法の実現可能性を証明するための試行状態を示した基本的な図である；
− 図５は第一の実施形態を示す図である；
− 図６Ａないし６Ｃは音響信号の形態を示した図である；
− 図７ないし図９は三つの別の実施形態を示したものである。
本発明の第一の態様
本発明の第一の態様について示した図１ないし図３の例において、音通過空間（the space to be sound-swept）は鉄道の駅１０１とされており、この駅にはｎ個のスピーカ（loudspeaker）１０２が備えられている。ここでｎは例えば１０より大きい自然数である。
これらスピーカ１０２が例えば複数の乗客１０３のための情報としての音信号（sound signal）を発すると、そこから発せられた音波（sound waves）はある程度の歪みを伴って乗客１０３に達することになる。それは、これらの音波が多数の経路を通り、その結果乗客１０３の耳に非コヒーレントな状態で達するからである。
上記の、音波の通る多数の経路は下記の事実によって生ずる：
− 各乗客１０３が、その乗客対して互いに異なる距離に置かれたいくつかのスピーカ１０２から発せられた音波を受け入れること；及び
− 各スピーカ１０２により発せられた音波が各乗客１０３に、直接的にだけでなく、例えば駅のプラットホーム１０４、壁１０５、あるいは天井１０６等の障害物で一回又はそれ以上の回数反射して多数の間接経路を介して達すること。
その結果、スピーカからの情報及びその他の音信号はしばしば乗客１０３にとって理解しにくいものとなる。
かかる不都合を解消すべく本発明では、駅１０１の音響的「較正（calibration）」操作が実行される。この操作は、各スピーカｉと、駅１０１内に分布させられた一組の、予め定められたいわゆる「較正」点１０７と呼ばれる一部を形成する各点ｊと、の間のインパルス応答ｈ_ij（ｔ）を測定することによりなされる。
前記各較正点１０７は好ましくは実質的に人の背丈の位置、例えば地面より１．５ｍないし１．７５ｍの高さに位置しており、駅１０１における乗客１０３が頻繁に往き来する様々な部分に分布される。
前記インパルス応答ｈ_ij（ｔ）は、スピーカｉが短い音響パルス〔理想的にはディラックパルス（Dirac pulse）〕を発した際には点ｊにおいて受けられた音響信号（acoustic signal)に対応し、逆に、短い音響パルスが点ｊのレベルにおいて発せられた際にはスピーカｉのレベルにおいて受けられた音響信号に対応する（インパルス応答は何れの伝播方向においても同じものである）。
従ってこれらのインパルス応答は比較的容易に測定することができる。すなわち、好ましくは夜間、あるいは駅１０１を公共に開放してしていない時間帯に各スピーカ１０２から短い音響パルスを連続的に送出させ、このパルスに続いて受信した音響信号を、各較正点１０７に予め配置しておいたマイク１０８（図３）によって前記種々の較正点１０７のレベルにおいて測定する。
図３に示した例では、各スピーカ１０２が、送出するパルス信号をコンピュータ１０９から連続的に受信する。コンピュータ１０９は、例えばバスリンク（bus link）によって複数のデジタル／アナログ変換器１１０に接続されている。これら各デジタル／アナログ変換器１１０は、増幅器１１１を介して各スピーカ１０２に接続されているとともに、各スピーカ１０２が別のスピーカとは独立た信号を送出できるようコンピュータ１０９によって独立的にアドレス可能とされかつ制御される。
さらに、前記較正点１０７のレベルに配置された種々のマイク１０８はそれぞれ、増幅器１１３を介してアナログ／デジタル変換器１１２に接続されている。これら変換器１１２は、例えばバスによって前記コンピュータ１０９に接続されたアドレス可能な変換器とすることができ、マイク１０８によって拾われた信号が各較正点１０７毎にコンピュータ１０９によって貯蔵される。
このようにコンピュータ１０９により貯蔵された前記インパルス応答ｈ_ij（ｔ）は次いで同コンピュータによって時間的に反転され、最終的に該コンピュータは、時間的な反転インパルス応答ｈ_ij（−ｔ）を貯蔵する。
較正操作が終了したならば、種々のマイク１０８、及びその変換器１１２、増幅器１１３は解体する。
その後、駅１０１に属する一つまたはそれ以上の目標領域（target zone）（例えば特定のプラットホーム１０４に対応した目標領域１１４、及び／又は、駅のコンコース１１６の全て又は一部に対応した目標領域１１５）に対して音を出す毎に、駅の各スピーカｉは下記の音響信号を発せられる：

ここで：
− インデックスｊは、考慮される目標領域に属した較正点のインデックスに対応したもので、各目標領域は少なくとも一つの（好ましくはいくつかの）較正点１０７を備えている；
− ａ_jは所定の重み係数（weighting coefficient）であって、これは、人々が頻繁に往き来する領域に対応する特定な複数の較正点１０７を味方するのに用いることが可能である。通常これらの重み係数は全て同値のものとしてよく、その値は通常は１である；
− Ｓ（ｔ）は情報含有信号（information-carrying signal）に対応したもので、この信号は、乗客、背景音楽、ラジオ放送番組の再送信、等のための情報メッセージとすることができる；
− ▲×▼印は、たたみこみ積（convolution product）を示す。
ここで上記のたたみこみ積について再確認しておくと、関数ｆ（ｔ）及び関数ｇ（ｔ）のたたみこみ積は下記の式にて表されるものである：

前記音響信号Ｓ（ｔ）の送信は前記コンピュータ１０９により実行される。コンピュータ１０９は、少なくとも一つの入力経路１１７を介して信号Ｓ（ｔ）を受信する。入力経路１１７は、前記信号Ｓ（ｔ）をコンピュータ、増幅器１１９、及びアナログ／デジタル変換器１２０に送出する例えばマイク１１８、あるいはその他のソースを備えている。
コンピュータ１０９はさらに、例えばキーボード及びスクリーンを備えたインタフェース１２１に接続されており、そのオペレータが、メッセージあるいはその他の音響信号を送出しようと意図した前記目標領域１１４，１１５を選択できるようになっている。
前記インタフェース１２１によって所要の目標領域を選択した後オペレータは、次いで、例えばマイク１１８に向けて話すことにより、その特定領域にメッセージを放送することができる：このメッセージＳ（ｔ）はコンピュータ１０９に受け入れられる。該コンピュータは、各スピーカが送出すべき各信号ｓ_i（ｔ）を演算し、それら信号を、前記デジタル／アナログ変換器１１０及び増幅器１１１を介して対応するスピーカ１０２に送信する。
駅１０１の複数のスピーカのうちアクティブ・スピーカと称される一部のもの（例えば前記目標領域に最も近接したスピーカ）のみから信号ｓ_i（ｔ）を送出させることも随意可能である。
場合により、種々の各目標領域内に異なった情報含有音響信号Ｓ_k（ｔ）を送出することにより、いくつかの目標領域に対して同時に音を出すことも可能であろう。
この場合、各アクティブ・スピーカ、すなわち一般には駅１０１の各スピーカが下記の式で表される音響信号ｓ_i.k（ｔ）を送出する。

場合によっては、本発明による方法は、特にクリアーでかつおそらく特に十分な音量を持ったメッセージを、特定の個人１２２（図２）あるいは特定の（人の）グループに対して送るのに用いることも可能である。
その場合のメッセージとは、例えば、特定の従業員に対する業務上のメッセージ、あるいは、事務所に入り込もうとしたり秩序を乱すようなことをしている個人に対する抑止メッセージである。
この目的による場合には、オペレータは、それらメッセージが向けられるべき個人１２２又はグループの位置を正確に割り出す（pinpoint）。この位置の割り出しは直接目視によることも可能であるし、あるいは、一台又は複数台の監視カメラに接続された一台又は複数台のモニタスクリーンの映像によって間接的になされる。
この位置割り出しがなされ、オペレータは前記インタフェース１２１によって前記個人１２２の位置をコンピュータ１０９上に示すと、コンピュータ１０９によって自動的に、この個人１２２及び少なくとも一つの較正点１０７を含んだ限定されたサイズの目標領域１２３が決定され、次いでオペレータが個人１２２に対して抑止メッセージを放送する。
自ら明らかなように、及びさらに上記の結果として、本発明の第一の態様は上記説明した特定の実施形態の限定されるものではなく、その全ての変形例を包含するものであり、特には：
− 音通過空間は、鉄道の駅の他、例えば空港、地下鉄駅、コーチ（大型バス）駅、水泳プール、スタジアム、海岸、博物館（この場合、前記目標領域は、同じホール内の色々な作品に近接した領域に対応したものとなり、これら目標領域は、床面等に引かれたラインにより区画され、かつこれら各区画毎に異なった解説を流すことが可能である）、テーマパークに付随する空間（この場合、この空間の或る特定領域においてのみ聞こえるようされた音を特にゲーム等に用いることが可能である）、観客席、及び、より一般的には音響波の伝播が多重反射や散乱によって阻害される公共的又はプライベートな場所であってもよく；
− 本発明は、ハイファイ（high-fidelity）サウンド番組を聴くのにも用いられる。この場合、目標領域は、聴取者がその番組を聴くために身を置く場所空間に対応することになる；
− スピーカの数は１０よりも少なくともよく、例えば一個（特に、音通過空間が、音響波を反響しがちな多数の障害物を含んでいる場合）、あるいは二個であってもよい；
− 信号Ｓ（ｔ）は、人間の耳に聴取可能な音響信号ではなく、自動受信装置によって受信、復号化されたコード信号（coded signal）であってもよい；
− 音響信号Ｓ（ｔ）は音信号ではなく、超高域音信号（ultrasound signal）又は超低域音信号（infrasound signal）であってもよい。
− また、インパルス応答ｈ_ij（ｔ）は、放出されたパルス化音響信号を得ることによっても測定され。例えば、種々のスピーカ１０２を経て放射され、所定方法により変調された音響信号を得、あるいはスピーカ１０２を経て放出された所定の音響信号の列（strings）を得、これらのものから、それ自体既知でありかつ例えば無線波領域におけるインパルス応答の計算に関する１９９６年４月２３日付出願の仏国特許出願No.96 05102において説明されているコンピュータ的手法によりインパルス応答ｈ_ij（ｔ）を演繹することも可能である。
本発明の第二の態様
本発明の第二の態様の利益を発揮するために、まず、多重散乱媒体（multi-scattering medium）として、波長λの音響エネルギーのオーダーの径を有し略ランダムに分布された複数の平行な金属ロッドを用いて実行された試行結果を得る。図４は、集中の生じる場所に設置された目標を構成するソース（source）１２と、回路１６に接続された複数の送信／受信用変換器１４のネットワークと、の間に介在された多重散乱媒体を示している。回路１６は、変換器と同数の多数の送信／受信経路を有している。この回路１６は、欧州特許公開公報第0 383 650号及び第0 591 061号に既に開示されている如き構成を持ったものである。
試験は、水中聴音器（hydrophone）を構成する目標１２を用いて行う。この水中聴音器は、３ＭＨｚの中心周波数で１マイクロ秒の短いパルスを放出可能な励起回路１８が取り付けられている。多重散乱媒体１０は、０.５ｍｍ長で平均間隔を２ｍｍのオーダーとされた複数のロッドから構成されている。該媒体の厚さｅは４５ｍｍである。考慮される波長のための平均自由経路ｌは約７ｍｍである。幅ｗは１２０ｍｍのオーダーである。
目標１２の放射部は０.５ｍｍのオーダーを有し、これより放射された球面音響波は、金属の反射率による顕著な消散を生ずることなく多重散乱する。変換器１４のネットワークは４８の変換器とそれに関連した回路１６を有したもので、このネットワークは、多重分散媒体の可能な全ルートを通過した音響波の到着時間の展開に対応して、１００マイクロ秒前後の持続時間で個々の信号を記録するよう構成されたものである。
前記回路１６は、各経路について、アナログ／デジタル変換器、キュー（待ち行列）として組織化されたメモリ、及び、反転時間シーケンス及び増幅を読み取る読み取り手段を備えている。
媒体１０を横切ってきた回帰波の特性測定により、ビームが−６ｄＢにおいて、略λＦ／ｗの幅を有した領域上に再度焦点を定めることが示された（Ｆは、多重散乱媒体の出口平面（exit plane）と前記目標との距離である）。この焦点スポットは、多重散乱媒体が存在しない場合のものよりも小さいものである。実際、後者のものは、前記目標から見たとき、変換器１４のネットワークよりもずっと大きい角開口を示す。
図５に概略的に示した装置（図４において既に説明したものには同一符号を付してある）は、低出力の照射手段により短時間の強パルスを受動的な目標１２に集中するようになしたものである。
この場合も、圧電変換器１４のネットワークと目標１２との間には多重散乱媒体１０が介在されている。これらの変換器１４あるいはそれらの少なくともいくつかは、集中される音響波の周波数において短時間のパルスを、反射している前記目標１２に送るよう構成されている。第一の照射〔上記段階（ａ）〕及びその受信及び再放射〔上記（ｂ）及び（ｃ）段階〕について異なった変換器を使用することも可能である。多重散乱媒体１０には、短時間放たれた照射物が通過するに充分な寸法とされた開口２０が形成されている。照射を受けた目標は、時間的に反射された次の波を、多重散乱媒体及び変換器１４のネットワークに送り返す。目標１２により受けられかつ反射された波は図６Ａに概略的に示す時間的変化を有する可能性がある。いくつかの基本周期を有し広周波数帯域となるこのタイプの信号は、特に複合変換器（composite technology transducers）の支援を受けて得られる。特定の変換器によって受けられたエコー信号は次いで、反射されたエネルギーの少なくとも一部が多重散乱することにより、例えば図６Ｂに示す如き形態となる。
音響エネルギーの損失を低減するために、多重散乱媒体１０の周囲に例えば鏡２２等の手段を配し、目標以外の方法に向かう音響エネルギーの再放出を低減させ、及び／又は、音響チャネル（acoustic channel）を構成することができる。
簡単な変形実施形態では、各変換器１４からの復帰信号は反転信号のアナログ的な増幅によって得られるのではなく、正負の交互パルスから成る信号を帰すことにより得るようにしている。これら正負の交互パルスはそれぞれ、対応交番と同一の持続時間及び同一の符号を有したものである（図６Ｃ）。
図４に示した変形実施形態において、前記多重散乱媒体１０は、変換器１４のネットワークに対して、前記目標１２とは反対側において対向するよう設置されている。この場合、第一の照射は追加の放射源２４により（図７におけるｆ₀の方向に）なされる。目標１２により反射された音響エネルギーは、矢印ｆ₁で示すように、鏡２６による中間反射が加わって媒体１０と二度交差する。ネットワーク１４もまた鏡２６に向けて再放射（矢印ｆ₂）する。
さらに別の場合では、一つの目標を構成する、空間内に予め詳細に定められた領域にエネルギーを集中させる試みがなされる。この場合、段階（ａ）は測定段階（gauging phase）のみで実行される。続いて、繰り返し段階（ｃ）によりエネルギーの集中が実行される。
今説明したこの実行モードによれば特に、詳細に定められた領域のみで受信可能な高出力かつ明瞭なメッセージを送信することが可能となる。この場合、多重散乱媒体は完全に静止したものでなければならない。
この場合、段階（ｂ）において変換器ｉによって受けられた音響波をｅ_ｉ（ｔ）で表し、かつ送信されるメッセージがｓ（ｔ）の形態のものであるとき、変換器ｉに関連した経路に設けられる増幅器は、該変換器による放射が
e_i（τ-t）▲×▼s(t)
の形態のものとなるよう構成される（τは、全ての変換器に共通な一定の時間遅れ）。復調は、周知手法により、信号ｓ（ｔ）の変調とは無関係になされる。
例えば容器（vessel）又は水中ロボットからの水面下の送信のため、前記変換器ネットワークは、前記目標より離れ、水中音響チャネルの表面あるいは底部等の壁部に向けて定めることもできる。
図８及び図９に示す変形実施形態では、多重散乱媒体３０が伝播媒体の体積中にランダムに分布される要素を含んではおらず、反射要素のみが表面に分布されており、これによりチャネルすなわち音響導波管を形成している。変換器１４のネットワークはこの導波管の一端に設けられる。
図８に示すものの場合、測定源（gauging source）１２は導波管３０の他端に位置している。反射壁上の多数の反射が、ネットワーク１４のレベルにおいて初期パルスの持続時間を展開し、かつ逆に、前記測定源によって初期に占められた位置に向けて焦点を定められた再放射の間に、この持続時間を圧縮する。
図９に示すものの場合、変換器２４は、導波管３０の端部近傍に設置され、初期段階において、導波管３０から遠ざかる方向に反射目標１２を照射する。この変換器２４は、波の伝播を妨げない取付け手段、例えば導波管の軸線に対し互いに１２０°間隔で放射方向に設けた三本のワイヤ、により固定することができる。次に、短時間の照射ビームにおける、目標１２によって導波管３０に復帰したものは多重反射し、その持続時間を展開する。エネルギーは、時間的に反転及び増幅された後、さほど大きくずれていない場合には反射目標１２上に集中される。
上述した方法を実行可能とする各変換器及び関連回路について、ここでは完全には説明しなかった。実際には、これら回路の構成は、上述の特許出願に記載されているものと同様なものであってよい。ここで要求されることは、キュー内に組織化され、変換器１４によって受けられた複合信号を記録するようにされたメモリが充分な容量を有していることのみである。もし、再放射段階において引き続き随意選択可能ないくつかの明確な位置に関し予め記録された波形態を貯蔵する必要があれば、これらメモリの容量はさらに増量しなければならない。変換器の各経路に設けられた増幅器の、集中される与えられた出力に対する利得は、多重散乱媒体１０により生じた時間的展開に依存するものである。

Claims (5)

1. 音響エネルギーを、少なくとも一つの位置にフォーカスしかつ時間的に圧縮する方法であって、
   ａ）第一の持続時間での短い音響パルスを前記位置（１２）から放射する段階と、
   ｂ）多重散乱媒体（１０；３０）を介して前記位置から放射された前記音響信号を、前記第一の持続時間よりも少なくとも一桁大きい第二の持続時間にわたって、複数の変換器（１４）のネットワークに集められて記録する段階と、
   ｃ）前記第二の持続時間の間に集められた信号の時間的反転及び増幅によって得られた復帰信号を前記多重散乱媒体に向けて前記変換器（１４）より放射する段階と、
   を備えて成る音響エネルギーのフォーカス方法。
2. 請求項１記載の方法において、前記多重散乱媒体（１０；３０）には、前記位置１（１２）から見た際に前記ネットワーク（１４）の角開口よりも大きい角開口が設けられていることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、
   前記段階（ａ）において、前記ネットワーク（１４）に属しない変換器（２４）より照射ビームが放射され、
   前記位置が、反射目標（１２）による前記照射ビームの反射により規定される、
   ことを特徴とする方法。
4. 音響エネルギーを一つの位置にフォーカスしかつ時間的に圧縮するための装置であって：
   − 前記位置（１２）から短い音響パルスを放射させる手段（１８；２４）と；
   − 複数の変換器（１４）より構成したネットワークと；
   − 前記変換器から成るネットワークと前記位置との間に設けられ、かつ、該音響パルスの持続時間が、前記変換器から成るネットワークのレベルにおいて少なくとも一桁大きくなるよう増加させるべく前記各音響パルスを時間的に展開する多重散乱媒体（１０；３０）であって、前記変換器から成るネットワークが、前記パルスの前記放射に応じてピックアップされた音響信号の時間的反転及び増幅によって得られた音響信号を放射するように制御される、多重散乱媒体（１０：３０）と；
   を備えて成る装置。
5. 請求項４記載の装置において、前記多重散乱媒体（１０）の厚さが実質的に、該媒体の平均自由経路よりも大きいことを特徴とする装置。

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