JP5140795B2 - Active sound insulation device, active sound insulation panel, and active sound insulation method - Google Patents

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Description

本発明は、音源側と受音側との間に配されたパネルの所定箇所を、音源から発せられた音に応じて加振することにより、パネルの透過音を抑制する能動遮音装置と、この能動遮音装置に用いる能動遮音パネルに関する。また、この能動遮音装置や能動遮音パネルを利用した能動遮音方法に関する。   The present invention provides an active sound insulation device that suppresses the transmitted sound of the panel by exciting a predetermined portion of the panel disposed between the sound source side and the sound receiving side according to the sound emitted from the sound source, The present invention relates to an active sound insulation panel used in the active sound insulation device. The present invention also relates to an active sound insulation method using the active sound insulation device and the active sound insulation panel.

従来より、パネルの透過音を抑制するために、そのパネルを鉄や鉛などの比重の大きな材料で形成して振動しにくくすることが行われている。しかし、このようにパネルを重い材料で形成すると、そのパネルを組み込む建築物や乗り物や機器の軽量化が困難になるために、近年、パネルの重量を増大させることなく、そのパネルを透過してくる音を抑える技術が注目されるようになってきている。   Conventionally, in order to suppress the transmitted sound of a panel, the panel is made of a material having a large specific gravity such as iron or lead to make it difficult to vibrate. However, if the panel is made of a heavy material in this way, it becomes difficult to reduce the weight of the building, vehicle or equipment incorporating the panel. In recent years, the panel has been transmitted without increasing the weight of the panel. The technology that suppresses the coming noise is gaining attention.

なかでも、図1に示すように、音源側と受音側を隔てるためのパネルと、音源から発せられた音を検知するためのセンサと、センサの検知した音に応じて制御信号を発する制御手段と、制御手段の発した制御信号に基づいてパネルの所定箇所を振動させる(加振する)ことによりパネルの透過音を抑制するアクチュエータと、を用いてパネルの透過音を抑制する「能動遮音制御」と呼ばれる技術に関する研究が多数行われるようになってきている。   Among them, as shown in FIG. 1, a panel for separating the sound source side and the sound receiving side, a sensor for detecting sound emitted from the sound source, and control for generating a control signal according to the sound detected by the sensor "Active sound insulation that suppresses the transmitted sound of the panel using the control means and an actuator that suppresses the transmitted sound of the panel by vibrating (vibrating) a predetermined portion of the panel based on the control signal generated by the control means Many studies on technology called "control" have been conducted.

例えば、Fullerは、周辺を固定した円形のパネルの透過音を1つ又は2つのアクチュエータを用いて抑制する能動遮音制御について検討を行い、能動遮音制御が透過音の抑制に対して大きな効果が得られることを計算により示している(非特許文献1を参照)。また、猿渡らは、パネル(平板)の透過音の抑制を目的として、そのパネルの振動の抑制を行う能動遮音制御について検討を行っている(非特許文献2,3を参照)。   For example, Fuller has studied active sound insulation control that suppresses transmitted sound of a circular panel with a fixed periphery using one or two actuators, and active sound insulation control has a great effect on suppressing transmitted sound. It is shown by calculation (see Non-Patent Document 1). Saruwatari et al. Have studied active sound insulation control for suppressing vibration of the panel (see Non-Patent Documents 2 and 3) for the purpose of suppressing sound transmitted through the panel (flat plate).

ところが、これらの能動遮音制御においては、アクチュエータの数や配置によって透過音の抑制効果が複雑に変化するため、所望の抑制効果を得るためには、音源の種類などを考慮しながらパネルの加振方法を試行錯誤により決定する必要があった。   However, in these active sound insulation controls, the transmitted sound suppression effect changes in a complex manner depending on the number and arrangement of actuators. To obtain the desired suppression effect, the panel excitation is taken into account, for example, the type of sound source. It was necessary to determine the method by trial and error.

これに対して、Johnsonらは、透過音の支配因子である放射モードに着目し、1次の放射モードと低周波数で等価である体積速度をセンシングし、体積速度を低減することによって透過音を抑制する能動遮音制御技術を提案している(非特許文献4を参照)。   Johnson et al., On the other hand, focused on the radiation mode that is the dominant factor of transmitted sound, sensed the volume velocity equivalent to the first-order radiation mode at a low frequency, and reduced the volume velocity to reduce the transmitted sound. Proposed active sound insulation control technology (see Non-Patent Document 4).

この非特許文献4には、特定の周波数において能動遮音制御による制御効果が得られなくなる現象(「制御スピルオーバ」と呼ばれる。)が発現することが記載されている。この制御スピルオーバは、圧電フィルムを用いた分布定数型センサや、アクチュエータによって構成する体積速度センサや体積速度アクチュエータを実現することができれば防ぐことができるとされている。Henrioulleらは、実際に圧電フィルムを用いて、上記Johnsonらの方法を実験的に検討している(非特許文献5を参照)。   This Non-Patent Document 4 describes that a phenomenon (called “control spillover”) in which the control effect by active sound insulation control cannot be obtained at a specific frequency appears. This control spillover can be prevented if a distributed constant type sensor using a piezoelectric film or a volume velocity sensor or volume velocity actuator constituted by an actuator can be realized. Henrioulle et al. Experimentally examined the method of Johnson et al. Using a piezoelectric film (see Non-Patent Document 5).

しかしながら、圧電フィルムを用いたアクチュエータは、パネルを振動させる力が弱いため、このようなアクチュエータを組み込んだ能動遮音制御技術は、現状では実用化が困難である。   However, since an actuator using a piezoelectric film has a weak force for vibrating the panel, active sound insulation control technology incorporating such an actuator is difficult to put into practical use at present.

これらのほかにも、能動遮音制御技術を応用した能動遮音装置や能動遮音方法は、これまでに数多く提案されているが(例えば特許文献1〜7を参照)、制御スピルオーバの発現を抑え、広い周波数帯域の音に対して優れた遮音性能を発揮できるものは見当たらなかった。   In addition to these, many active sound insulation devices and active sound insulation methods applying active sound insulation control technology have been proposed so far (see, for example, Patent Documents 1 to 7). Nothing was found that could provide excellent sound insulation performance for sound in the frequency band.

特開平05−289678号公報JP 05-289678 A 特開平06−149272号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-149272 特開平07−056580号公報JP 07-056580 A 特開平07−210174号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-210174 特開平08−314471号公報JP 08-314471 A 特開平10−254458号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-254458 特開2004−036299号公報JP 2004-036299 A Fuller, C.R., Active control of sound transmission/ radiation from elastic plates by vibration inputs: I. Analysis, Journal of Sound and Vibration, Vol. 136, No. 1 (1990), pp. 1-15.Fuller, C.R., Active control of sound transmission / radiation from elastic plates by vibration inputs: I. Analysis, Journal of Sound and Vibration, Vol. 136, No. 1 (1990), pp. 1-15. 猿渡克巳・背戸一登,“アクティブ遮音のための平板の振動制御法”,日本機械学会論文集C編,60-579,3769-3775 (1994).Katsuaki Saruwatari and Kazuto Sado, “Plate Vibration Control Method for Active Sound Insulation”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, C, 60-579, 3769-3775 (1994). 猿渡克巳・宮田太陽・背戸一登,“アクティブ遮音の研究(平板の騒音制御)”,日本機械学会論文集C編,61-590,3916-3922 (1995).Katsuaki Saruwatari, Taiyo Miyata, Kazuto Sado, “Study on active sound insulation (control of flat plate noise)”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, C, 61-590, 3916-3922 (1995). Johnson, M.E., Elliott, S.J.: Active control of sound radiation using volume velocity cancellation, J. Acoust. Soc. Am. 98(4), 2174-2186 (1995)Johnson, M.E., Elliott, S.J .: Active control of sound radiation using volume velocity cancellation, J. Acoust. Soc. Am. 98 (4), 2174-2186 (1995) Henrioulle, K., Sas, P.: Experimental validation of a collocated PVDF volume velocity sensor/actuator pair, J. Sound Vib. 265, 489-506 (2003)Henrioulle, K., Sas, P .: Experimental validation of a collocated PVDF volume velocity sensor / actuator pair, J. Sound Vib. 265, 489-506 (2003)

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、制御スピルオーバを発現させることなく、広い周波数帯域の音に対して優れた遮音性能を発揮することができるだけでなく、実用化も容易な能動遮音装置を提供するものである。また、この能動遮音装置に用いるのに適した能動遮音パネルを提供することも本発明の目的である。さらに、この能動遮音装置や能動遮音パネルを利用した能動遮音方法を提供することも本発明の目的である。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can not only exhibit excellent sound insulation performance for sound in a wide frequency band without causing control spillover, but also can be easily put into practical use. An active sound insulation device is provided. It is also an object of the present invention to provide an active sound insulation panel suitable for use in this active sound insulation device. It is another object of the present invention to provide an active sound insulation method using the active sound insulation device or the active sound insulation panel.

1.1 能動遮音制御の理論
上記課題を解決するために、まず、能動遮音制御の理論的な解析を行った。図2に、能動遮音制御の計算モデルを示す。以下においては、図2に示すように、音源側と受音側を隔てるパネルとして無限バフル中に埋め込まれた薄肉平板を想定し、このパネルに対して音(平面音波)が垂直に入射する場合について検討を行う。この場合において、パネルの運動方程式は、下記式1によって表される。
1.1 Theory of active sound insulation control In order to solve the above problems, we first performed a theoretical analysis of active sound insulation control. Fig. 2 shows a calculation model for active sound insulation control. In the following, as shown in Fig. 2, a thin plate embedded in an infinite baffle is assumed as a panel separating the sound source side and the sound receiving side, and sound (plane sound wave) is incident on this panel vertically We examine about. In this case, the equation of motion of the panel is expressed by the following formula 1.

また、パネルの振動速度(v(r)とする。)は、N次振動モードまで考慮すると、モード展開式により、下記式2で表される。
Further, the vibration speed (v (r)) of the panel is expressed by the following formula 2 by the mode expansion formula when considering the Nth vibration mode.

このとき、上記式1は、下記式5で表すことができる。
At this time, the above formula 1 can be expressed by the following formula 5.

以上により、上記式4の速度モードベクトルvは、下記式11により求めることができる。
From the above, the speed mode vector v of the above equation 4 can be obtained by the following equation 11.

このとき、透過音の音響パワー(WTとする。)は、パネル上のインテンシティを積分することにより、最終的に下記式14で表すことができる。
At this time, the acoustic power of the transmitted sound (W T ) can be finally expressed by the following formula 14 by integrating the intensity on the panel.

ここで、パワーマトリックスAは、実対称行列であるから、対角化が可能であり、下記式16の形で表すことができる。
Here, since the power matrix A is a real symmetric matrix, it can be diagonalized and can be expressed in the form of the following Expression 16.

したがって、透過音の音響パワーWTは、下記式17で表すことができる。
Therefore, sound power W T of the transmitted sound can be represented by the following formula 17.

上記式18より、パネルの振動速度v(r)は、下記式19で表される。
From the above equation 18, the vibration speed v (r) of the panel is expressed by the following equation 19.

上記式17により、透過音の音響パワーWTは、放射効率に相当するパワーマトリックスAの固有値λiによって重み付けされた放射モード振幅uiの二乗和で表されることが分かる。 The above equation 17, the acoustic power W T of the transmitted sound is represented can be seen in the square sum of the eigenvalues λ radiation mode amplitude weighted by i u i of the power matrix A corresponding to the radiation efficiency.

1.2 非制御時の透過音の音響パワー
続いて、非制御時の透過音の音響パワーについて、放射モードの観点から考察を行う。本明細書において、「非制御時」とは、アクチュエータがパネルに配されておらず、パネルがアクチュエータによって加振されていないときのことをいう。これに対し、アクチュエータがパネルに配されており、パネルがアクチュエータによって加振されているときのことを「制御時」と呼ぶ。
1.2 Acoustic power of transmitted sound during non-control Next, the acoustic power of transmitted sound during non-control will be discussed from the viewpoint of radiation mode. In this specification, “when not controlled” means that the actuator is not arranged on the panel and the panel is not vibrated by the actuator. On the other hand, when the actuator is arranged on the panel and the panel is vibrated by the actuator, it is called “during control”.

以下においては、振幅pIの音がパネルに対して垂直に入射した場合について検討する。表1に、対象となったパネルの諸元を示す。また、表2に、対象となったパネルの振動モードを示す。
In the following, a case where a sound having an amplitude p I is perpendicularly incident on the panel will be considered. Table 1 shows the specifications of the subject panels. Table 2 shows the vibration modes of the subject panel.

図3は、100Hzにおける1次から3次までの放射モードの形状を示した図である。図3の放射モードの形状は、[奇数,奇数]次振動モードの9次までを考慮して計算した結果である。垂直入射の場合には、入射音による音圧がパネル上で均一となることから、 [奇数,奇数]次振動モードのみが加振されるため、[奇数,奇数]次振動モードによって構成される放射モードしか透過音に影響しない。図3をみると、1次の放射モードは、パネルの全体がピストン運動するような形状をしており、2次の放射モードと3次の放射モードは、パネルのエッジ部分が振動するような形状をしていることが分かる。1次の放射モードは、低周波数帯域においてはパネルの体積速度と等価になる。   FIG. 3 is a diagram showing the shapes of radiation modes from the first order to the third order at 100 Hz. The shape of the radiation mode in FIG. 3 is the result of calculation taking into consideration up to the ninth order of the [odd, odd] order vibration mode. In the case of normal incidence, since the sound pressure due to the incident sound is uniform on the panel, only the [odd, odd] order vibration mode is vibrated, so it is composed of the [odd, odd] order vibration mode. Only the radiation mode affects the transmitted sound. As shown in FIG. 3, the primary radiation mode is shaped so that the entire panel moves in a piston motion, and the secondary radiation mode and the third radiation mode are such that the edge portion of the panel vibrates. You can see that it has a shape. The primary radiation mode is equivalent to the panel volume velocity in the low frequency band.

図4は、音の周波数と非制御時の音響透過損失(R[dB]とする。)との関係を示したグラフである。音響透過損失R[dB]は、下記式21を用いて計算により求めた。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the sound frequency and the sound transmission loss (R [dB]) when not controlled. The sound transmission loss R [dB] was obtained by calculation using Equation 21 below.

図5は、音の周波数と、非制御時における1次から3次までの放射モードの音響パワー、及び全透過音の音響パワーとの関係を示したグラフである。図5をみると、約800Hz以下の低周波数帯域では、1次の放射モードの音響パワーが他次の放射モードの音響パワーと比較して圧倒的に大きく、全透過音の音響パワーにおいて支配的であることが分かる。これは、波長が比較的長い低周波数帯域においては、高次の放射モードの放射効率が低くなるためである。この結果から、低周波数帯域の透過音を抑制するには、1次の放射モード、つまり体積速度を低減すればよいことが分かる。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the sound frequency, the acoustic power of the radiation modes from the first to the third order when not controlled, and the acoustic power of the totally transmitted sound. As can be seen from FIG. 5, in the low frequency band of about 800 Hz or less, the acoustic power of the primary radiation mode is overwhelmingly larger than the acoustic power of the other radiation modes, and is dominant in the acoustic power of all transmitted sound. It turns out that it is. This is because the radiation efficiency of the high-order radiation mode is low in a low frequency band having a relatively long wavelength. From this result, it is understood that the primary radiation mode, that is, the volume velocity may be reduced in order to suppress the low-frequency band transmitted sound.

また、図5をみると、低周波数帯域においては、パネルが共振する共振周波数よりも僅かに低い特定周波数において、透過音の音響パワーが極小となる現象が発現していることが分かる。この現象は、「反共振」と呼ばれ、前記特定周波数では、1次の放射モードによる音響パワーが減少するために生じると説明できる。全てのアクチュエータがパネルに対して同じ制御力feを加えるとき、制御時の1次の放射モード(u1とする。)は、上記式18より、下記式22で表すことができる。
In addition, as can be seen from FIG. 5, in the low frequency band, a phenomenon in which the acoustic power of the transmitted sound is minimized occurs at a specific frequency slightly lower than the resonance frequency at which the panel resonates. This phenomenon is called “anti-resonance” and can be explained as occurring due to a decrease in acoustic power due to the first-order radiation mode at the specific frequency. When all the actuators apply the same control force fe to the panel, the primary radiation mode (u 1 ) at the time of control can be expressed by the following expression 22 from the above expression 18.

上記式22から分かるように、アクチュエータの加振力による1次放射モードの大きさ(u1cの絶対値)は、モードの連成によって特定の周波数で0に近い値となる場合がある。このとき、アクチュエータによる制御効果が得られなくなる制御スピルオーバが発現する。 As can be seen from Equation 22, the magnitude of the primary radiation mode (the absolute value of u 1c ) due to the excitation force of the actuator may be close to 0 at a specific frequency due to mode coupling. At this time, a control spillover in which the control effect by the actuator cannot be obtained appears.

モードの連成は全てのモード間で発生するが、低周波数帯域においては、1次の放射モードにおいて基本振動モード([1,1]次振動モード)の寄与が最も大きいため、透過音に影響する連成が発生するのは、基本振動モード([1,1]次振動モード)と高次振動モード([1,3]次振動モード、[3,1]次振動モードなど)とが組み合わさる場合である。   Mode coupling occurs between all modes, but in the low frequency band, the fundamental vibration mode ([1,1] order vibration mode) contributes the most in the primary radiation mode, which affects the transmitted sound. The combination of the fundamental vibration mode ([1,1] order vibration mode) and the higher order vibration mode ([1,3] order vibration mode, [3,1] order vibration mode, etc.) This is the case.

図6は、パネルをその反共振周波数(反共振が発現する周波数)である159.5Hzと277.5Hzで振動させたときの振動分布を示した図である。パネルは、その諸元が上記表1で示されるものを用いた。これらの反共振周波数においては、パネルの中心部分と周辺部分とが逆位相で振動するため、パネルに節線が形成される。このような振動分布となることで、パネルの中心部分と周辺部分で発生する音とが相殺され、音の放射効率が低下する。このため、透過音が減少すると考えることができる。   FIG. 6 is a diagram showing a vibration distribution when the panel is vibrated at 159.5 Hz and 277.5 Hz, which are anti-resonance frequencies (frequency at which anti-resonance appears). The panel used was that whose specifications are shown in Table 1 above. At these anti-resonance frequencies, the center portion and the peripheral portion of the panel vibrate in opposite phases, so that nodal lines are formed in the panel. With such a vibration distribution, the sound generated in the central portion and the peripheral portion of the panel is canceled out, and the sound radiation efficiency is reduced. For this reason, it can be considered that the transmitted sound is reduced.

ところで、ここまでは、パネルの周縁を単純支持(変位のみを拘束する支持)した場合について検討したが、反共振は、一般の有限パネルにおいても発現する。図7は、音の周波数と、パネルの周縁を単純支持した場合の音響透過損失R[dB]、及びパネルの周縁を固定支持(変位及び回転を拘束する支持)した場合の音響透過損失R[dB]との関係を示したグラフである。音響透過損失R[dB]は、上記式21を用いて計算により求めた。パネルは、その諸元が上記表1で示されるものを用いた。   Up to this point, the case where the peripheral edge of the panel is simply supported (support that restrains only the displacement) has been studied, but anti-resonance also appears in a general finite panel. Fig. 7 shows the sound frequency, the sound transmission loss R [dB] when the peripheral edge of the panel is simply supported, and the sound transmission loss R [when the peripheral edge of the panel is fixedly supported (support that restricts displacement and rotation). It is a graph showing the relationship with dB]. The sound transmission loss R [dB] was obtained by calculation using Equation 21 above. The panel used was that whose specifications are shown in Table 1 above.

図7をみると、パネルの周縁を固定支持した場合には、パネルの周縁を単純支持した場合よりもパネルの固有振動数が高くなるため、音響透過損失R[dB]が極大となる周波数や、極小となる周波数が、高周波数側へシフトしていることが分かる。しかし、低周波数帯域で音響透過損失R[dB]が極大となる反共振が発現することは、パネルの周縁を単純支持した場合も、パネルの周縁を固定支持した場合も同様であることが分かる。   As can be seen from FIG. 7, when the peripheral edge of the panel is fixedly supported, the natural frequency of the panel is higher than when the peripheral edge of the panel is simply supported. Therefore, the frequency at which the sound transmission loss R [dB] is maximized or It can be seen that the minimum frequency is shifted to the high frequency side. However, it can be seen that the anti-resonance in which the sound transmission loss R [dB] is maximized in the low frequency band is the same when the peripheral edge of the panel is simply supported or when the peripheral edge of the panel is fixedly supported. .

また、ここまでは、パネルが長方形である場合について検討したが、反共振は、他の形状のパネルにおいても発現する。図8は、パネルとして採用しうる形状の一例を示した図である。また、図9は、音の周波数と、図8に示す形状のパネルを用いた場合における非制御時の音響透過損失R[dB]との関係を示したグラフである。パネルの諸元は、その縦の長さaと横の長さb以外は、上記表1と同じである。音響透過損失R[dB]は、上記式21を用いて計算により求めた。図9をみると、パネルの形状にかかわらず、低周波数帯域で音響透過損失が極大となる反共振が発現することが分かる。   Moreover, although the case where the panel is a rectangle was examined so far, anti-resonance appears also in panels of other shapes. FIG. 8 is a diagram showing an example of a shape that can be adopted as a panel. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the sound frequency and the sound transmission loss R [dB] during non-control when the panel having the shape shown in FIG. 8 is used. The specifications of the panel are the same as those in Table 1 except for the vertical length a and the horizontal length b. The sound transmission loss R [dB] was obtained by calculation using Equation 21 above. As can be seen from FIG. 9, an anti-resonance that maximizes the sound transmission loss occurs in the low frequency band regardless of the shape of the panel.

1.3 制御時の透過音の音響パワー
続いて、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させてある特定の反共振周波数(ωaとする。)で反共振させた際に節線となる節線予定線(Laとする。)上にアクチュエータを配する場合について考える。以下においては、1次振動モードとj次振動モードにより反共振する際の反共振周波数を反共振周波数ωaとしている。
1.3 Acoustic power of transmitted sound during control Next, when the sound is incident perpendicularly to the non-controlled panel at a specific anti-resonance frequency (assuming ω a ), Consider a case where an actuator is placed on a nodal line (L a ). In the following, it has an anti-resonant frequency for the anti-resonance by the primary vibration mode and j-th order vibration mode and the anti-resonant frequency omega a.

反共振周波数ωaにおいては、基本振動モード(1次振動モード)と連成する特定の振動モード(j次振動モード)の影響が大きいことから、ここでは、それ以外の振動モードの影響を無視できる。このとき、非制御時の体積速度Vは下記式23で表すことができる。
In the anti-resonance frequency omega a, since the influence of the specific oscillation mode Coupled with fundamental vibration mode (first vibration mode) (j order vibration mode) is large, here, ignoring the effect of the other vibration mode it can. At this time, the volume velocity V at the time of non-control can be expressed by the following Equation 23.

このとき、入射音によるモード加振力FIは、下記式24で表される。
At this time, the mode excitation force F I by the incident sound is represented by the following formula 24.

したがって、上記式23と上記式24から、体積速度Vとモード加振力Fの関係として、下記式25が得られる。
Therefore, from the above equation 23 and the equation 24, as the relationship of the volume velocity V and mode excitation force F I, the following equation 25 is obtained.

反共振周波数ωaでは、1次の放射モードが極小となるため、低周波数で1次の放射モードと等価になる体積速度Vも極小となる。したがって、反共振周波数ωaでは、下記式26が得られる。
At the anti-resonance frequency ω a , the primary radiation mode is minimal, so the volume velocity V equivalent to the primary radiation mode at a low frequency is also minimal. Therefore, at the anti-resonance frequency ω a , the following equation 26 is obtained.

すなわち、体積速度Vは、1次速度モード振幅vI1とj次速度モード振幅vIjと1次振動モード加振力FI1とj次振動モード加振力FIjとが下記式27を満たすときに非常に小さくなり、反共振が発現するといえる。
That is, the volume velocity V is determined when the primary velocity mode amplitude v I1 , the j-th velocity mode amplitude v Ij , the primary vibration mode excitation force F I1 and the j-order vibration mode excitation force F Ij satisfy the following formula 27. Therefore, it can be said that anti-resonance appears.

次に、アクチュエータによる加振力について考える。同じ加振力を発生するM個のアクチュエータ(ポイントアクチュエータ)の加振力は、下記式28で表すことができる。
Next, consider the excitation force by the actuator. The excitation force of M actuators (point actuators) that generate the same excitation force can be expressed by the following Equation 28.

このとき、上記式10は、下記式29で表すことができる。
At this time, the above formula 10 can be expressed by the following formula 29.

このとき、上記式29より、下記式31が得られる。
At this time, the following equation 31 is obtained from the above equation 29.

ここでは、全てのアクチュエータが節線予定線La上に配されている場合について考えているので、下記式32が成立する。
Here, since all the actuators are thinking about a case which is arranged on the nodal line planned line L a, the following equation 32 is established.

したがって、上記式31は、下記式33となる。
Therefore, the above equation 31 becomes the following equation 33.

ここでも、基本振動モード([1,1]次振動モード)と連成する特定の振動モード(j次振動モード)の影響が大きいと考え、これらのみを考慮すると、下記式34が得られる。
Here too, it is considered that the influence of a specific vibration mode (j-th vibration mode) coupled with the fundamental vibration mode ([1,1] -order vibration mode) is large, and considering only these, the following equation 34 is obtained.

したがって、上記式27と上記式34から、下記式35が得られる。
Therefore, the following formula 35 is obtained from the above formula 27 and the above formula 34.

このように、パネルが反共振周波数ωaで反共振する際に節線となる節線予定線La上にアクチュエータを配することで、反共振に関与している2つの振動モードのモード加振力の比を、入射音波によるモード加振力の比に一致させることができる。すなわち、入射音による加振力と等価な加振力をアクチュエータからパネルへ加えることができる。 Thus, the panel by disposing the actuator on the nodal line planned line L a of the nodal lines when anti-resonance at the anti-resonant frequency omega a, the two vibration modes that are involved in anti-resonant modes pressurized The ratio of the vibration force can be matched with the ratio of the mode excitation force by the incident sound wave. That is, an excitation force equivalent to the excitation force caused by the incident sound can be applied from the actuator to the panel.

以上のことから、本発明者らは、音源側と受音側を隔てるためのパネルと、音源から発せられた音又はパネルの振動を検知するためのセンサと、センサの検知した音又は振動に応じて制御信号を発する制御手段と、制御手段の発した制御信号に基づいてパネルの所定箇所を加振することによりパネルの透過音を抑制するアクチュエータとを備えた能動遮音装置であって、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータが配されていることを特徴とする能動遮音装置を提案するに至った。 From the above, the present inventors are concerned with the panel for separating the sound source side and the sound receiving side, the sensor for detecting the sound emitted from the sound source or the vibration of the panel, and the sound or vibration detected by the sensor. An active sound insulation device comprising: control means for generating a control signal in response; and an actuator for suppressing the transmitted sound of the panel by exciting a predetermined portion of the panel based on the control signal generated by the control means. An actuator is arranged at least at one point on the nodal line L a in the panel that becomes a nodal line when the sound is vertically incident on the control panel and anti-resonant at the anti-resonance frequency ω a It came to propose the active sound insulation device characterized by this.

これにより、広い周波数帯域の音(特に防音材では遮音することが困難な低周波数帯域の音)に対して優れた遮音性能を発揮することのできる能動遮音装置を得ることが可能になる。   As a result, it is possible to obtain an active sound insulation device capable of exhibiting excellent sound insulation performance against a wide frequency band sound (particularly a low frequency band sound that is difficult to be insulated with a soundproof material).

本発明の能動遮音装置は、パネルとセンサと制御手段とアクチュエータと他の必要なものとがセットになった状態で出荷される場合だけでなく、アクチュエータ付きパネル(能動遮音パネル)として出荷される場合も想定される。   The active sound insulation device of the present invention is shipped not only when the panel, sensor, control means, actuator, and other necessary items are shipped as a set, but also as a panel with an actuator (active sound insulation panel). Cases are also envisioned.

すなわち、音源側と受音側を隔てるためのパネルの所定箇所に、パネルを加振することによりパネルの透過音を抑制するアクチュエータを取り付けた能動遮音パネルであって、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータが配されていることを特徴とする能動遮音パネルである。この場合には、パネルとアクチュエータ以外のものは、能動遮音パネルの購入者が適宜選択できる。 That is, an active sound insulation panel in which an actuator that suppresses the transmitted sound of the panel by vibrating the panel at a predetermined position of the panel for separating the sound source side and the sound receiving side is attached to the non-control panel. active, characterized in that the actuator is arranged on at least one point on the nodal lines planned line L a in the panel as a nodal lines upon by anti-resonance of the sound vertically incident allowed by the anti-resonance frequency omega a Te It is a sound insulation panel. In this case, the purchaser of the active sound insulation panel can appropriately select other than the panel and the actuator.

この能動遮音パネルのパネルには、アクチュエータだけでなく、他の機器や部品を取り付けることもできる。例えば、アクチュエータに加えて、音源から発せられた音又はパネルの振動を検知するためのセンサをパネルに取り付けた状態で出荷することも想定される。この場合には、パネルの振動を検知するものをセンサとして採用すると好ましい。具体的には、センサとしてPVDFフィルムなどの圧電フィルムをパネルに貼り付けて出荷することが想定される。現在市販されているPVDFフィルムなどの圧電フィルムは、発生力が弱いため、アクチュエータとして実用するには問題が多いが、センサとしての実用は十分可能である。   In addition to the actuator, other devices and parts can be attached to the active sound insulation panel. For example, it is assumed that in addition to the actuator, a sensor for detecting sound emitted from a sound source or vibration of the panel is shipped with the panel attached. In this case, it is preferable to employ a sensor that detects panel vibration. Specifically, it is assumed that a piezoelectric film such as a PVDF film is attached to the panel as a sensor before shipment. Piezoelectric films such as PVDF films that are currently available on the market are weak in generating force, and thus have many problems in practical use as actuators, but they can be practically used as sensors.

このように、パネルとセンサとを一体化することにより、能動遮音パネルの施工時に、センサを設置する手間を削減することができる。また、パネルから離れた位置にセンサを設置することが困難な状況であっても、能動遮音制御を行うことが可能になる。さらに、センサとして音を検知するものを使用した場合には、能動遮音パネルの施工箇所周辺の雑音が能動遮音制御に悪影響を及ぼすことも考えられるが、圧電フィルムのように、センサとしてパネルの振動を検知するものを使用することにより、雑音が能動遮音制御に悪影響を及ぼさないようにすることもできる。   Thus, by integrating the panel and the sensor, it is possible to reduce the trouble of installing the sensor when constructing the active sound insulation panel. Further, even in a situation where it is difficult to install a sensor at a position away from the panel, active sound insulation control can be performed. Furthermore, when a sensor that detects sound is used, noise around the construction site of the active sound insulation panel may adversely affect the active sound insulation control. By using a device that detects noise, it is possible to prevent noise from adversely affecting the active sound insulation control.

さらにまた、センサとしてPVDFフィルムなどの圧電フィルムをパネルに貼り付けることにより、透過音の音響パワー(透過音響パワー)と等価である1次の放射モードを直接的に検知することが可能になるため、能動遮音制御の制御効果を十分に発揮させることが可能になる。これに対し、マイクロホンなど、音を検知するものをセンサとして用い、後述するフィードフォワード制御を行う場合には、本来、透過音響パワーを最小化する必要があるにもかかわらず、センサが配された場所での音圧を最小化する制御となるため、条件によっては制御効果が半減することがある。   Furthermore, by attaching a piezoelectric film such as PVDF film to the panel as a sensor, it is possible to directly detect the primary radiation mode equivalent to the acoustic power of transmitted sound (transmitted acoustic power). Thus, the control effect of the active sound insulation control can be sufficiently exhibited. On the other hand, when using a sensor that detects sound, such as a microphone, and performing feedforward control, which will be described later, the sensor was placed even though it was originally necessary to minimize the transmitted acoustic power. Since the control is to minimize the sound pressure at the place, the control effect may be halved depending on the conditions.

また、能動遮音パネルは、アクチュエータとセンサに加えて、センサの検知した音又は振動に応じて制御信号を発する制御手段をパネルに取り付けた状態で出荷することも想定される。この構成は、PVDFフィルムなどの圧電フィルムをセンサとして用い、後述するフィードバック制御を行う場合において特に現実味を帯びてくる。フィードバック制御の場合には、音源の信号を参照する必要がないため、アクチュエータとセンサだけでなく、制御手段もパネルに一体化して、それ自体で独立して能動遮音制御を行うことのできる能動遮音パネルも比較的容易に実現できると考えられるからである。   In addition to the actuator and the sensor, the active sound insulation panel is assumed to be shipped with a control unit that generates a control signal according to sound or vibration detected by the sensor attached to the panel. This configuration is particularly realistic when a piezoelectric film such as a PVDF film is used as a sensor and feedback control described later is performed. In the case of feedback control, it is not necessary to refer to the signal of the sound source, so that not only the actuator and sensor, but also the control means are integrated into the panel and active sound insulation control can be performed independently by itself. This is because the panel can be realized relatively easily.

続いて、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaよりも高い別の反共振周波数(ωbとする。)で反共振させた際に節線となる節線予定線(Laとする。)上にアクチュエータを配する場合について考える。以下においては、1次振動モードとk次振動モード(kはjよりも大きな整数)による反共振の反共振周波数を反共振ωbとしている。この場合には、上記式35を求めたのと同様の手順により、下記式36が得られる。
Subsequently, a node that becomes a nodal line when a sound is vertically incident on the non-control panel and is anti-resonant at another anti-resonance frequency (referred to as ω b ) higher than the anti-resonance frequency ω a. Consider a case where an actuator is placed on a planned line (referred to as La). In the following, the antiresonance frequency of the antiresonance in the primary vibration mode and the kth vibration mode (k is an integer greater than j) is defined as antiresonance ω b . In this case, the following formula 36 is obtained by the same procedure as the above formula 35.

さらに、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となる節線予定線Laと、反共振周波数ωaよりも高い別の反共振周波数ωbで反共振させた際に節線となる節線予定線Lbとの交点にアクチュエータを配した場合について考える。この場合には、上記式35と上記式36により、下記式37が得られる。
Furthermore, the joint line will line L a of the nodal lines in the sound with respect to the panel in the non-control was anti-resonance in is incident perpendicularly anti-resonance frequency omega a, another higher than anti-resonance frequency omega a consider the case which arranged the actuator at the intersection of the section line will line L b which is a nodal lines when was anti-resonance at the anti-resonance frequency ω b of. In this case, the following formula 37 is obtained by the above formula 35 and the above formula 36.

このように、節線予定線Laと節線予定線Lbとの交点にアクチュエータを配することで、3つの振動モードに対するアクチュエータによるモード加振力を、入射音波によるモード加振力に一致させることができる。 Thus, by arranging the actuator at the intersection of the joint line will line L a and joint line will line L b, match the mode excitation force by the actuator, the mode excitation force due to the incident wave for the three vibration modes Can be made.

また、上記式22から分かるように、パネルに入射した音によるモード加振力FIと、アクチュエータによるモード加振力Fcとを一致させることができれば、制御スピルオーバを生じさせることなく、広い周波数帯域で1次放射モードを効率的に抑制することができる。 Further, as can be seen from the above equation 22, if the mode excitation force F I caused by the sound incident on the panel can be matched with the mode excitation force F c caused by the actuator, a wide frequency can be obtained without causing a control spillover. The primary radiation mode can be efficiently suppressed in the band.

全ての振動モードについて、モード加振力FIとモード加振力Fcとを一致させることは困難であるが、全透過音に対して大きな影響を及ぼす低次の振動モードの項を一致させることができれば、低周波数帯域においても十分な制御効果を得ることができると考えられる。 For all vibration modes, it is difficult to match the mode excitation force F I and the mode excitation force F c , but match the terms of the lower-order vibration modes that have a large effect on the total transmitted sound. If possible, it is considered that a sufficient control effect can be obtained even in a low frequency band.

以上のことから、本発明者は、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線Laと、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωb(>ωa)で反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線Lbとの交点のうち、少なくとも1点にアクチュエータを配することが好ましいとの結論に至った。 From the above, the present inventors, the joint line will line L a at the non-control time is incident perpendicularly sounds against a panel of the nodal lines when was antiresonance antiresonance frequency omega a the panel Of the intersections with the nodal line L b in the panel that becomes the nodal line when the sound is vertically incident on the non-control panel and anti-resonant at the antiresonance frequency ω b (> ω a ) It was concluded that it is preferable to arrange the actuator at at least one point.

これにより、広い周波数帯域の音に対して、アクチュエータによる制御効果を奏させることが可能になる。   As a result, it is possible to exert a control effect by the actuator for sounds in a wide frequency band.

ところが、反共振周波数における節線予定線上にアクチュエータを配しただけでは、必ずしも大きな制御効果が得られるとは限らない。例えば、パネルをその反共振周波数である159.5Hzで振動させる際に節線となる節線予定線上の1点にアクチュエータを配した場合について考えると、[1,1]次振動モードと[1,3]次振動モードにおいては、パネルに入射した平面音波によるモード加振力FIと、アクチュエータによるモード加振力FCとが等しくなるため、1次放射モードは抑制できる。しかし、同時に、非制御時には透過音に対して大きな影響を及ぼさなかった[奇数,偶数]次振動モード、[偶数,奇数]次振動モード、[偶数,偶数]次振動モードが励振されて別の放射モードの寄与が大きくなるため、その制御効果は限定的になってしまう。 However, it is not always possible to obtain a large control effect simply by arranging the actuator on the planned nodal line at the anti-resonance frequency. For example, when the actuator is placed at one point on the nodal line when the panel is vibrated at its anti-resonance frequency of 159.5 Hz, the [1,1] order vibration mode and the [1,1] 3] in the following vibration mode, since the mode excitation force F I a plane wave incident on the panel, and a mode excitation force F C by the actuator becomes equal, the primary radiation mode can be suppressed. However, at the same time, the [odd, even] order vibration mode, [even, odd] order vibration mode, and [even number, even] order vibration mode that did not significantly affect the transmitted sound when not controlled were excited Since the contribution of the radiation mode increases, the control effect is limited.

以下においては、長方形のパネルにおける [奇数,偶数]次振動モード、[偶数,奇数]次振動モード及び[偶数,偶数]次振動モードのように、パネルの輪郭線と節線とで区画されるエリアの総数が偶数であり、ある同一位相で振動するエリアの数と、該エリアとは逆の同一位相で振動するエリアとの数とが一致する次数の振動モードのことを「相殺型振動モード」と呼ぶことがある。   In the following, it is divided by the contour line of the panel and the nodal line as in the [odd, even] order vibration mode, [even, odd] order vibration mode and [even, even] order vibration mode in the rectangular panel. The total number of areas is an even number, and the vibration mode of the order in which the number of areas that vibrate in a certain same phase and the number of areas that vibrate in the same phase opposite to that area coincides with the “cancellation type vibration mode May be called.

これに対し、例えば長方形のパネルにおける[奇数,奇数]次振動モードのように、パネルの輪郭線と節線とで区画されるエリアの総数が奇数であり、ある同一位相で振動するエリアの数と、該エリアとは逆の同一位相で振動するエリアとの数とが異なる次数の振動モードのことを「非相殺型振動モード」と呼ぶことがある。   On the other hand, the total number of areas divided by the contour lines and nodal lines of the panel is odd, such as the [odd, odd] order vibration mode in a rectangular panel, and the number of areas that vibrate in a certain phase A vibration mode having an order different from the number of areas that vibrate in the same phase opposite to the area may be referred to as a “non-cancellation type vibration mode”.

相殺型振動モードでは、パネルにおける音の吸込みと吐出しとが略等しくなるために、1次放射モードに殆ど影響を及ぼさない傾向があるのに対して、非相殺型振動モードでは、パネルにおける音の吸込みと吐出しとが等しくならず、1次放射モードに大きな影響を及ぼす傾向がある。   In the cancellation type vibration mode, since the sound suction and discharge in the panel are almost equal, there is a tendency that the primary radiation mode is hardly affected. The suction and discharge of water are not equal and tend to have a great influence on the primary radiation mode.

以上のことから、本発明者は、節線予定線La上の点のうち、低次の相殺型振動モードの節線と重なる点にアクチュエータを配すると好ましいとの結論に至った。これにより、非制御時には透過音に対して大きな影響を及ぼさなかった低次の相殺型振動モードが制御時に励振されにくくすることが可能になる。 From the above, the present inventors, among the points on the nodal lines planned line L a, and concluded that preferable to distribution of the actuator to a point overlapping the nodal lines of the low-order cancellation type vibration mode. As a result, it is possible to make it difficult for the low-order canceling vibration mode that does not significantly affect the transmitted sound during non-control to be excited during control.

このとき選択する相殺型振動モードの次数(全ての相殺型振動モードのうち、固有周波数の低い方から数えた順番)は、反共振周波数ωaでの反共振を連成する非相殺型振動モードの次数に依存する。より具体的には、反共振周波数ωaでの反共振を連成する非相殺型振動モードのうち、固有振動数が最も高い非相殺型振動モードの共振周波数と略同じ周波数帯域に固有振動数を持つ相殺型振動モードよりも次数が低い相殺型振動モードを選択する。 The order of the cancellation type vibration mode selected at this time (the order counted from the lowest natural frequency among all cancellation type vibration modes) is the non-cancellation type vibration mode that couples the anti-resonance at the anti-resonance frequency ω a. Depends on the order of. More specifically, among the non-cancellation type vibration modes coupled with anti-resonance at the anti-resonance frequency ω a , the natural frequency is in the same frequency band as the resonance frequency of the non-cancellation type vibration mode having the highest natural frequency. A cancellation type vibration mode having a lower order than that of the cancellation type vibration mode having is selected.

例えば、その諸元が上記表1で表される横長(本明細書においては、その縦の長さa(パネルのx軸方向(図1を参照)の長さ)よりも、その横の長さb(パネルのy軸方向(図1を参照)の長さ)が長いことを、「横長」と呼んでいる。)の長方形のパネルを用い、その振動モードが上記表2で表される場合であって、1次の非相殺型振動モード(固有振動数46.3Hzの[1,1]次振動モード)と、2次の非相殺型振動モード(固有振動数169.8Hzの[1,3]次振動モード)との連成によって反共振する際の反共振周波数を反共振周波数ωaとして選択した場合には、[1,3]次振動モードの固有振動数である169.8Hzに近いか、若しくはそれ以下の固有振動数を持つ、1次の相殺型振動モード(固有振動数92.6Hzの[1,2]次振動モード)、2次の相殺型振動モード(固有振動数138.9Hzの[2,1]次振動モード)、3次の相殺型振動モード(固有振動数185.2Hzの[2,2]次振動モード)を考慮するとよい。 For example, the horizontal length is longer than the horizontal length (in this specification, the vertical length a (the length in the x-axis direction of the panel (see FIG. 1)). Using the rectangular panel of length b (the length of the panel in the y-axis direction (see Fig. 1)) is called "landscape", the vibration mode is shown in Table 2 above. 1st order non-cancellation type vibration mode ([1,1] order vibration mode with natural frequency 46.3Hz) and 2nd order non-cancellation type vibration mode ([1,3 with natural frequency 169.8Hz) If the anti-resonance frequency at the time of anti-resonance due to coupling with the [next-order vibration mode] is selected as the anti-resonance frequency ω a , is it close to 169.8 Hz, which is the natural frequency of the [1,3] -order vibration mode 1st cancellation type vibration mode ([1,2] order vibration mode with natural frequency 92.6Hz), 2nd order cancellation type vibration mode (with natural frequency 138.9Hz [ 2,1] Vibration mode), it is preferable to consider the third order cancellation-type vibration mode ([2,2] the following vibration mode of the natural frequency 185.2Hz).

しかし、複数の相殺型振動モードの節線間の位置関係や節線予定線Laと相殺型振動モードの節線との位置関係、さらにアクチュエータのコストや設置スペースなどを考慮すると、問題となる全ての低次の相殺型振動モードの節線上にアクチュエータを配することは困難である。このような場合には、パネルの対称性を利用して、相殺型振動モードを励振しない方法が考えられる。すなわち、パネルを点対称形状又は線対称形状を有するものとし、節線予定線La上の点のうち、パネルの中心に対して点対称又は該中心を通る直線に対して線対称な位置にある少なくとも2点にアクチュエータを配置する方法である。 However, the positional relationship between the plurality of nodal lines of the canceling vibration mode cancellation type oscillation mode and the positional relationship and joint line will line L a between nodal lines of, when considering the further actuator of cost and installation space, a problem It is difficult to place the actuator on the nodal line of all the low-order canceling vibration modes. In such a case, a method that does not excite the cancellation type vibration mode by using the symmetry of the panel can be considered. That is, the panel shall have a point symmetrical shape or line symmetry shape, among the points on the nodal lines planned line L a, the line-symmetrical position with respect to the straight line passing through the point-symmetrical or said center relative to the center of the panel In this method, actuators are arranged at at least two points.

例えば、図11の配置Aにおいてアクチュエータが配される点には、2次の相殺型振動モード([2,1]次振動モード)の節線と、3次の相殺型振動モード([2,2]次振動モード)の節線が通っているものの、1次の相殺型振動モード([1,2]次振動モード)の節線は通っていない。しかし、2つのアクチュエータは、x軸(パネルの中心を原点とする。)に対して線対称な位置に配されているので、同じ力で加振することで、1次の相殺型振動モードの励振を防ぐことも可能となっている。   For example, at the point where the actuator is arranged in the arrangement A of FIG. 11, the nodal line of the second order cancellation type vibration mode ([2,1] order vibration mode) and the third order cancellation type vibration mode ([2,2, 2) The secondary vibration mode) node passes, but the primary cancellation type vibration mode ([1,2] order vibration mode) does not pass. However, the two actuators are arranged in a line-symmetrical position with respect to the x-axis (the center of the panel is the origin), so by exciting with the same force, the primary cancellation type vibration mode It is also possible to prevent excitation.

このように、アクチュエータの配置に工夫を施すことによって、非制御時には透過音に対して大きな影響を及ぼさなかった相殺型振動モード(特に低次の相殺型振動モード)が制御時に励振されないようにすることができる。したがって、能動遮音装置の遮音性能をさらに向上させることが可能になる。   Thus, by devising the arrangement of the actuators, the cancellation type vibration mode (especially the low-order cancellation type vibration mode) that did not significantly affect the transmitted sound during non-control is prevented from being excited during control. be able to. Therefore, the sound insulation performance of the active sound insulation device can be further improved.

ところで、パネルに対して音が斜めに入射(斜入射)する場合には、パネルに対して音が垂直に入射(垂直入射)する場合には励振されなかった相殺型振動モードが透過音に大きな影響を及ぼすようになる。   By the way, when the sound is incident on the panel obliquely (obliquely incident), the cancellation type vibration mode which is not excited when the sound is incident vertically (perpendicularly incident) on the panel is large in the transmitted sound. It comes to influence.

したがって、パネルの損失係数ηは、できるだけ大きくすると好ましい。これにより、斜入射の場合においても相殺型振動モードが励振されにくくすることができるので、パネルに対する音の入射方向にかかわらず、優れた遮音性能を得ることが可能になる。具体的には、パネルの損失係数ηは、0.05以上であると好ましい。   Therefore, it is preferable that the panel loss coefficient η be as large as possible. Thereby, even in the case of oblique incidence, the cancellation type vibration mode can be made difficult to be excited, so that excellent sound insulation performance can be obtained regardless of the direction of sound incidence on the panel. Specifically, the panel loss coefficient η is preferably 0.05 or more.

また、音源側と受音側との境界面の面積が広い場合には、パネルの面積を広くする必要があるが、この場合には、周波数の高い音に対して制御効果が得られにくくなる。パネルの面積が広くなればなるほど、パネルの固有周波数が低下するため、アクチュエータによる制御効果が得られる周波数帯域が低周波数側へシフトするからである。   In addition, when the area of the boundary surface between the sound source side and the sound receiving side is large, it is necessary to increase the area of the panel, but in this case, it is difficult to obtain a control effect for high frequency sound. . This is because the natural frequency of the panel decreases as the area of the panel increases, and the frequency band in which the control effect by the actuator is obtained shifts to the low frequency side.

したがって、パネルの面積を広くする必要がある場合には、パネルを複数の小パネルに分割し、それぞれの小パネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータを配することが好ましい。これにより、音源側と受音側との境界面の面積が広い場合であっても、周波数が高い音を遮音することが可能になる。 Therefore, when it is necessary to widen the area of the panel, the panel is divided into a plurality of small panels, it is preferable to arrange the actuator in at least one point on the nodal lines planned line L a in each of the small panels. As a result, even when the area of the boundary surface between the sound source side and the sound receiving side is large, it is possible to block a sound having a high frequency.

以上のように、本発明によって、制御スピルオーバを発現させることなく、広い周波数帯域の音に対して優れた遮音性能を発揮することができるだけでなく、実用化も容易な能動遮音装置を提供することが可能になる。また、この能動遮音装置に好適に用いることのできる能動遮音パネルを提供することも可能になる。さらに、この能動遮音装置を利用した能動遮音方法を提供することも可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an active sound insulation device that not only exhibits excellent sound insulation performance for sounds in a wide frequency band without causing a control spillover, but also can be easily put into practical use. Is possible. It is also possible to provide an active sound insulation panel that can be suitably used for this active sound insulation device. Furthermore, it is also possible to provide an active sound insulation method using this active sound insulation device.

2 本発明の能動遮音装置の具体的な実施態様
本発明の能動遮音装置の具体的な実施態様を、図面を用いて詳細に説明する。図10は、本発明の能動遮音装置の一例を示した図である。
2 Specific Embodiment of Active Sound Insulation Device of the Present Invention A specific embodiment of the active sound insulation device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram showing an example of the active sound insulation device of the present invention.

本実施態様の能動遮音装置は、図10に示すように、音源側と受音側を隔てるためのパネルと、音源から発せられた音を検知するためのセンサと、センサの検知した音に応じて制御信号を発する制御手段と、制御手段の発した制御信号に基づいてパネルの所定箇所を加振することによりパネルの透過音を抑制するアクチュエータとを備えたものとなっている。本実施態様の能動遮音装置において、パネルは、その諸元が上記表1のものを用いている。   As shown in FIG. 10, the active sound insulation device of the present embodiment includes a panel for separating the sound source side and the sound receiving side, a sensor for detecting the sound emitted from the sound source, and the sound detected by the sensor. Control means for emitting a control signal, and an actuator for suppressing the transmitted sound of the panel by exciting a predetermined portion of the panel based on the control signal issued by the control means. In the active sound insulation device according to the present embodiment, the panel has the specifications shown in Table 1 above.

2.1 センサ
センサとしては、音源の発した音を検知できるものや、パネルの振動を検知できるものなどが例示される。音源の発した音を検知するセンサとしては、マイクロホンが例示される。また、パネルの振動を検知するセンサとしては、加速度ピックアップやPVDFフィルムなどの圧電素子が例示される。本実施態様の能動遮音装置において、センサにはマイクロホンを用いている。
2.1 Sensor Examples of sensors include those that can detect sound emitted by a sound source and those that can detect panel vibration. A microphone is exemplified as a sensor that detects sound emitted by a sound source. Examples of sensors that detect panel vibration include piezoelectric elements such as acceleration pickups and PVDF films. In the active sound insulation device of this embodiment, a microphone is used as the sensor.

センサの場所は、特に限定されない。センサは、音源側に配してもよいし、受音側に配して(又はパネルに密着させて)もよい。前者の場合には、パネルに入射する入射音をセンサで検知し、その音を制御手段にフィードフォワードし、制御手段の発した制御信号に基づいてアクチュエータでパネルの振動を制御することになる。このような制御は、「フィードフォワード制御」と呼ばれる。   The location of the sensor is not particularly limited. The sensor may be arranged on the sound source side, or may be arranged on the sound receiving side (or in close contact with the panel). In the former case, the incident sound incident on the panel is detected by a sensor, the sound is fed forward to the control means, and the vibration of the panel is controlled by the actuator based on the control signal generated by the control means. Such control is called “feedforward control”.

これに対し、後者の場合には、パネルを透過した音やパネルの振動をセンサで検知し、その音や振動を制御手段にフィードバックし、制御手段の発した制御信号に基づいてアクチュエータでパネルの振動を制御することになる。このような制御は、「フィードバック制御」と呼ばれる。   On the other hand, in the latter case, the sound transmitted through the panel or the vibration of the panel is detected by the sensor, the sound or vibration is fed back to the control means, and the actuator is controlled by the actuator based on the control signal generated by the control means. Vibration will be controlled. Such control is called “feedback control”.

本発明の能動遮音装置は、フィードフォワード制御とフィードバック制御のいずれにおいても有効なものである。本実施態様の能動遮音装置においては、説明の便宜上、フィードフォワード制御する場合について説明している。   The active sound insulation device of the present invention is effective in both feedforward control and feedback control. In the active sound insulation device of this embodiment, the case of feedforward control is described for convenience of explanation.

2.2 制御手段
制御手段は、センサの検知した音に応じて制御信号を発することができるものであれば特に限定されない。制御手段としては、デジタル信号処理装置などが例示される。本実施態様の能動遮音装置においては、DSPボードとD/AボードとA/Dボードとからなるデジタル信号処理装置を制御手段として用いている。
2.2 Control means The control means is not particularly limited as long as it can generate a control signal according to the sound detected by the sensor. Examples of the control means include a digital signal processing device. In the active sound insulation device of this embodiment, a digital signal processing device comprising a DSP board, a D / A board, and an A / D board is used as a control means.

制御手段の制御アルゴリズムは、能動遮音制御に用いられている各種のものを用いることができる。制御手段の制御アルゴリズムとしては、「Filtered-X LMSアルゴリズム」や、「Phase corrected filtered error LMS アルゴリズム」や、「最適アルゴリズム」や、「H∞制御アルゴリズム」などが例示される。本実施態様の能動遮音装置においては、「Filtered-X LMSアルゴリズム」を採用している。   Various algorithms used for active sound insulation control can be used as the control algorithm of the control means. Examples of the control algorithm of the control means include “Filtered-X LMS algorithm”, “Phase corrected filtered error LMS algorithm”, “optimum algorithm”, “H∞ control algorithm”, and the like. In the active sound insulation device of this embodiment, the “Filtered-X LMS algorithm” is adopted.

2.3 アクチュエータ
アクチュエータの種類は、特に限定されないが、通常、パネルにおける特定点を局所的に加振することのできるポイントアクチュエータが用いられる。本実施態様の能動遮音装置においては、アクチュエータとして、ボイスコイル型のポイントアクチュエータを用いている。
2.3 Actuator The type of actuator is not particularly limited, but a point actuator that can locally excite a specific point on the panel is usually used. In the active sound insulation device of this embodiment, a voice coil type point actuator is used as the actuator.

アクチュエータの配置は、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点に配していれば特に限定されない。例えば、図11に示す配置A〜Cを採用することができる。図11は、本発明の能動遮音装置におけるアクチュエータの配置の仕方を説明する図である。 The actuator is placed at least at one point on the nodal line L a on the panel that becomes a nodal line when the sound is incident perpendicularly to the non-control panel and anti-resonant at the anti-resonance frequency ω a. If arranged, it will not be specifically limited. For example, the arrangements A to C shown in FIG. 11 can be employed. FIG. 11 is a diagram for explaining how the actuators are arranged in the active sound insulation device of the present invention.

図11に示した配置A〜Cのうち、配置Aは、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωa(159.5Hzとする。)で反共振させた際に節線となるパネルにおける2本の節線予定線Laのそれぞれの中点にそれぞれアクチュエータを配したものとなっている。非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωb(277.5Hzとする。)で反共振させた際に節線となるパネルにおける2本の節線予定線Lbは節線予定線Laの中点を通っていない。 Among the arrangements A to C shown in FIG. 11, the arrangement A is obtained when the sound is vertically incident on the non-control panel and anti-resonant at an anti-resonance frequency ω a (159.5 Hz). each respective midpoints of the two nodal lines planned line L a in the panel as a nodal lines has become that arranged actuator. The two nodal line lines L b in the panel that becomes the nodal line when the sound is incident vertically on the non-control panel and anti-resonant at the anti-resonance frequency ω b (277.5 Hz) are does not pass through the midpoint of the section line will line L a.

また、配置Bは、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωa(159.5Hzとする。)で反共振させた際に節線となるパネルにおける2本の節線予定線Laと、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωb(277.5Hzとする。)で反共振させた際に節線となるパネルにおける2本の節線予定線Lbとの4つの交点のうち1つにアクチュエータを配したものとなっている。 In addition, the arrangement B has two nodes in the panel that become nodal lines when the sound is vertically incident on the non-control panel and anti-resonant at the anti-resonance frequency ω a (159.5 Hz). the line will line L a, is incident vertically sound to the panel in the non-controlled anti-resonant frequency omega b (the 277.5Hz.) at the time obtained by the anti-resonance of the two in the panel as a nodal lines It has become a thing which arranged the actuator to one of the four intersections of the nodal lines will line L b.

さらに、配置Cは、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωa(159.5Hzとする。)で反共振させた際に節線となるパネルにおける2本の節線予定線Laと、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωb(277.5Hzとする。)で反共振させた際に節線となるパネルにおける2本の節線予定線Lbとの4つの交点の全てにアクチュエータを配したものとなっている。 Furthermore, the arrangement C has two nodes in the panel that become nodal lines when the sound is vertically incident on the non-control panel and anti-resonant at the anti-resonance frequency ω a (159.5 Hz). the line will line L a, is incident vertically sound to the panel in the non-controlled anti-resonant frequency omega b (the 277.5Hz.) at the time obtained by the anti-resonance of the two in the panel as a nodal lines It has become a thing which arranged the actuator to all of the four intersections of the nodal lines will line L b.

アクチュエータの配置を決定する際に、複数存在する反共振周波数のうち、どれを反共振周波数ωaや反共振周波数ωbとして選択するかは特に限定されない。しかし、低周波数帯域の音に対する制御効果を考慮すると、できるだけ低次の非相殺型振動モード間の連成によって反共振する際の反共振周波数を選択すると好ましい。 In determining the arrangement of the actuator, there is no particular limitation on which of the plurality of anti-resonance frequencies is selected as the anti-resonance frequency ω a or the anti-resonance frequency ω b . However, in consideration of the control effect on the sound in the low frequency band, it is preferable to select an anti-resonance frequency at the time of anti-resonance by coupling between the lowest order non-cancellation vibration modes.

というのも、既に述べた通り、低周波数帯域においては、1次の放射モードによる透過音響パワーが、他次の放射モードによる透過音響パワーよりも圧倒的に大きく、全透過音響パワーにおいて支配的であるが、この1次の放射モードにおいては、当該放射モードを構成する非相殺型振動モードの次数が低ければ低いほどその振動モードの寄与が大きくなる傾向があるからである。   This is because, as already stated, in the low frequency band, the transmitted acoustic power by the first radiation mode is overwhelmingly larger than the transmitted acoustic power by the other radiation modes and is dominant in the total transmitted acoustic power. However, in this primary radiation mode, the contribution of the vibration mode tends to increase as the order of the non-cancellation vibration mode constituting the radiation mode decreases.

このとき選択する非相殺型振動モードの次数(全ての非相殺型振動モードのうち、固有周波数の低い方から数えた順番)は、特に限定されないが、通常、10次以下とされる。非相殺型振動モードの次数は、好ましくは5次以下であり、さらに好ましくは3次以下(例えば、パネルが横長の長方形である場合においては、1次([1,1]次)、2次([1,3]次)又は3次([3,1]次))である。   The order of the non-cancellation type vibration mode selected at this time (the order counted from the lowest natural frequency among all the non-cancellation type vibration modes) is not particularly limited, but is usually 10th or less. The order of the non-cancellation type vibration mode is preferably 5th order or less, more preferably 3rd order or less (for example, when the panel is a horizontally long rectangle, the 1st order ([1,1] order), 2nd order ([1,3] order) or 3rd order ([3,1] order)).

本実施態様の能動遮音装置のように、パネルが横長の長方形である場合には、1次の非相殺型の振動モード([1,1]次振動モード)と2次の非相殺型振動モード([1,3]次振動モード)との連成によって反共振する際の反共振周波数を反共振周波数ωaとして選択し、1次の非相殺型の振動モード([1,1]次振動モード)と3次の非相殺型振動モード([3,1]次振動モード)との連成によって反共振する際の反共振周波数を反共振周波数ωbとして選択すると最適である。 When the panel is a horizontally long rectangle as in the active sound insulation device of the present embodiment, the primary non-cancellation type vibration mode ([1,1] order vibration mode) and the secondary non-cancellation type vibration mode The anti-resonance frequency ω a is selected as the anti-resonance frequency ω a when anti-resonant by coupling with ([1,3] -order vibration mode), and the first non-cancellation type vibration mode ([1,1] -order vibration Mode) and the third order non-cancellation type vibration mode ([3,1] order vibration mode), it is optimal to select the antiresonance frequency at the time of antiresonance as the antiresonance frequency ω b .

図11における配置A〜Cも、[1,1]次振動モードと [1,3]次振動モードとの連成によって反共振する際の反共振周波数(159.5Hz)を反共振周波数ωaとして採用し、 [1,1]次振動モードと [3,1]次振動モードとの連成によって反共振する際の反共振周波数(277.5Hz)を反共振周波数ωbとして採用している。 Also arranged A~C in FIG. 11, as [1,1] Next vibration mode and [1,3] antiresonance frequency antiresonant frequency (159.5Hz) when anti-resonance by Coupling of the next oscillation mode omega a The anti-resonance frequency (277.5Hz) at the time of anti-resonance by coupling [1,1] order vibration mode and [3,1] order vibration mode is adopted as anti-resonance frequency ω b .

ところで、配置A〜Cのうち、配置Aと配置Cは、パネルの中心に対して点対称であるとともに該中心を通る直線に対して線対称な位置にアクチュエータが配されている。加振力及び加振方向の等しいアクチュエータをこのように配置することで、非制御時には透過音に対して大きな影響を及ぼさなかった放射効率の低い低次の相殺型振動モードが、制御時に励振されにくくすることが可能になる。   By the way, among the arrangements A to C, the arrangement A and the arrangement C are point-symmetric with respect to the center of the panel and the actuator is arranged at a line-symmetrical position with respect to a straight line passing through the center. By arranging actuators with the same excitation force and excitation direction in this way, low-order canceling vibration modes with low radiation efficiency that did not significantly affect the transmitted sound during non-control are excited during control. It becomes possible to make it difficult.

このような配置は、パネルが長方形以外の形状であっても、パネルが点対称形状や線対称形状を有していれば可能である。例えば、図8に示すように、パネルが(a)円形、(b)長丸形、(c)六角形、(d)鼓形である場合においても、パネルの中心に対して点対称又は該中心を通る直線に対して線対称な位置にアクチュエータを配することで、相殺型振動モードが制御時に励振されにくくすることが可能である。   Such an arrangement is possible even if the panel has a shape other than a rectangle as long as the panel has a point-symmetrical shape or a line-symmetrical shape. For example, as shown in FIG. 8, even when the panel is (a) circular, (b) oval, (c) hexagon, (d) hourglass, By arranging the actuator at a line-symmetrical position with respect to a straight line passing through the center, it is possible to make the cancellation type vibration mode difficult to be excited during control.

これに対し、図8の(e)に示すように、パネルが不整形であり、点対称形状と線対称形状のいずれも有さない場合には、有限要素法によるモード解析や実験モード解析などを事前に行って放射モードの形状を求め、放射効率の低い低次の相殺型振動モードが励振されないような位置にアクチュエータを配すればよい。   On the other hand, as shown in Fig. 8 (e), when the panel is irregular and does not have either a point-symmetrical shape or a line-symmetrical shape, mode analysis by the finite element method, experimental mode analysis, etc. The shape of the radiation mode is obtained in advance, and the actuator may be arranged at a position where the low-order canceling vibration mode with low radiation efficiency is not excited.

反共振周波数ωa, ωbとして採用しうる反共振周波数や、節線予定線La,Lbとして採用しうる節線予定線は、パネルの境界条件が明確な場合には、論理的に決定することができるものの、実際には、境界条件などが不明確であるため、理論的に決定することが困難であることが予想される。このような場合には、実験的に反共振周波数と節線予定線を見つる方法が考えられる。反共振周波数と節線予定線を実験的に見つける具体的な手順を以下に述べる。 The anti-resonance frequencies that can be used as the anti-resonance frequencies ω a and ω b and the no-node planned lines that can be used as the no-node planned lines L a and L b are logical when the panel boundary conditions are clear. Although it can be determined, in reality, it is expected that it is difficult to determine theoretically because boundary conditions and the like are unclear. In such a case, a method for experimentally finding the anti-resonance frequency and the nodal line is considered. A specific procedure for experimentally finding the anti-resonance frequency and the nodal line is described below.

まず、音をパネルに対して垂直に入射して透過音響パワーを計測し、その透過音響パワーが極小となる周波数を求める。その周波数よりも僅かに高い周波数で音響透過パワーが極大となれば、その透過音響パワーが極小となった周波数が反共振周波数である。一般に、反共振周波数は、複数存在するが、これら複数の反共振周波数のうち、どれを反共振周波数ωa, ωbとして採用するかは、上述した通りである。 First, sound is incident perpendicularly to the panel and the transmitted acoustic power is measured, and the frequency at which the transmitted acoustic power is minimized is obtained. If the sound transmission power is maximized at a frequency slightly higher than that frequency, the frequency at which the transmission sound power is minimized is the anti-resonance frequency. In general, there are a plurality of anti-resonance frequencies. Among these anti-resonance frequencies, which one is adopted as the anti-resonance frequencies ω a and ω b is as described above.

次に、見つけた反共振周波数ωa, ωbにおけるパネルの振動分布を振動加速度センサ、レーザードップラー振動計により計測し、パネルにおける振動しない点を見つける。パネルの振動分布は、音響ホログラフィ装置を用いて透過音から求めることもできる。この振動しない点の集合が反共振周波数ωa, ωbにおける節線予定線La,Lbとなる。振動しない点は、実可動解析を行うことによっても見つけることができる。 Next, the vibration distribution of the panel at the found anti-resonance frequencies ω a and ω b is measured by a vibration acceleration sensor and a laser Doppler vibrometer to find a point where the panel does not vibrate. The vibration distribution of the panel can also be obtained from the transmitted sound using an acoustic holography device. The set of points that do not vibrate become the nodal lines L a and L b at the antiresonance frequencies ω a and ω b . A point that does not vibrate can also be found by performing an actual motion analysis.

2.4 パネル
パネルの種類は、音源の種類や、能動遮音装置を設置する環境などを考慮して適宜決定される。遮音性や耐久性などを考慮して、アルミニウムなどの金属板がパネルに採用されることが多い。本実施態様の能動遮音装置においても、上記表1に示すアルミニウム板をパネルとして用いている。
2.4 Panel The type of panel is appropriately determined in consideration of the type of sound source and the environment in which the active sound insulation device is installed. In consideration of sound insulation and durability, a metal plate such as aluminum is often used for the panel. Also in the active sound insulation device of this embodiment, the aluminum plate shown in Table 1 is used as a panel.

パネルの面積は、制御効果を得たい音の周波数などを考慮して適宜決定される。一般に、パネルの面積が広くなればなるほど、制御効果の得られる周波数帯域は低周波数側へシフトし、パネルの面積が狭くなればなるほど、制御効果の得られる周波数帯域は高周波数側へシフトする。このため、パネルの面積が広くなると、比較的高い周波数帯域の音を遮音しにくくなる。   The area of the panel is appropriately determined in consideration of the frequency of the sound for which a control effect is desired. In general, as the panel area increases, the frequency band where the control effect can be obtained shifts to the low frequency side, and as the panel area decreases, the frequency band where the control effect can be obtained shifts to the high frequency side. For this reason, when the area of a panel becomes large, it becomes difficult to insulate the sound of a comparatively high frequency band.

したがって、遮音を行おうとする部分の面積が広いなど、パネルの面積を広くしなければならないような事情があり、かつ高い周波数の音も遮音する必要があるような場合には、パネルの厚さhを厚くする、パネルを剛性の高い材料で形成するなど、パネルの固有振動数を高くする対策を講じる必要がある。   Therefore, if there is a situation where the area of the panel needs to be widened, such as the area of the part to be sound-insulated is wide, and the sound of high frequencies needs to be sound-insulated, the thickness of the panel It is necessary to take measures to increase the natural frequency of the panel, such as increasing the thickness of h and forming the panel with a highly rigid material.

また、パネルを複数の小パネルに分割し、それぞれの小パネルにおける節線予定線Laや節線予定線Lbにアクチュエータを配することも好ましい。図21は、パネルを複数の小パネルに分割して、それぞれの小パネルにアクチュエータを配した状態を示した図である。これにより、パネルを厚くすることができない、パネルの剛性を高くすることができないなど、特殊な事情があっても、比較的高い周波数の音を抑制することが可能になる。 Further, the panel is divided into a plurality of small panels, it is also preferable to arrange the actuator nodal lines planned line L a and joint line will line L b in each of the small panels. FIG. 21 is a diagram showing a state in which the panel is divided into a plurality of small panels and an actuator is arranged on each of the small panels. As a result, it is possible to suppress relatively high frequency sound even when there are special circumstances such as the panel cannot be thickened or the rigidity of the panel cannot be increased.

小パネルの形状は、特に限定されないが、通常、四角形、三角形、正六角形など、敷き詰めることが可能な形状とされる。これにより、音源側と受音側との境界面を小パネルで隙間無く埋めることが可能になる。それぞれの小パネルは、異なる形状であってもよいが、この場合には、能動遮音装置の設置にかかる手間が増大するばかりか、節線予定線Laや節線予定線Lbの位置が小パネルごとに異なるために、アクチュエータの取り付けにかかる手間も増大する。このため、音源側と受音側との境界面が不整形であるなどの特殊な事情が無い限りは、それぞれの小パネルは、通常、同一形状とされる。 The shape of the small panel is not particularly limited, but is usually a shape that can be spread, such as a quadrangle, a triangle, or a regular hexagon. As a result, the boundary surface between the sound source side and the sound receiving side can be filled with a small panel without a gap. Each of the small panel may have different shapes, but in this case, not only labor required for installation of the active sound insulation device increases, the position of the joint line will line L a and joint line will line L b Since it is different for each small panel, labor for mounting the actuator is also increased. For this reason, unless there are special circumstances such as irregular interface between the sound source side and the sound receiving side, the respective small panels are usually formed in the same shape.

パネルを複数の小パネルに分割する場合には、センサと制御手段をそれぞれの小パネルごとに1個ずつ、或いは複数個ずつ設けてもよい。しかし、この場合には、能動遮音装置の製造コストが大幅に増加するおそれがある。このため、音源側と受音側との境界面が広く、小パネルの位置によって入射音の性質が大きく異なるなどの特殊な事情が無い限り、センサと制御手段は、通常、全部の小パネルで1個ずつとされる。   When the panel is divided into a plurality of small panels, one or a plurality of sensors and control means may be provided for each small panel. However, in this case, the production cost of the active sound insulation device may increase significantly. For this reason, unless there are special circumstances such as the large boundary between the sound source side and the sound receiving side and the nature of the incident sound differing greatly depending on the position of the small panel, the sensor and the control means are usually all small panels. One by one.

3 応用例
本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法の具体的な応用例は特に限定されない。音源側と受音側の間にパネルを配することが可能な様々な場面に応用することができる。以下において、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を使用するのに適した応用例をいくつか紹介する。
3 Application Examples Specific application examples of the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention are not particularly limited. It can be applied to various scenes where a panel can be arranged between the sound source side and the sound receiving side. In the following, some applications suitable for using the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention will be introduced.

3.1 応用例1
本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法は、外部の音を低減して内部を静寂に保つための防音ボックスに応用できる。図26は、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を防音ボックスに応用した例を示した図である。図26では、防音ボックスの内部に走査型プローブ顕微鏡(SPM)を収容している。このほか、エンジンやコンプレッサーなどが発する音が外部へ漏れないようにするための防音ボックスにも応用できる。
3.1 Application example 1
The active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention can be applied to a soundproof box for reducing external sound and keeping the interior quiet. FIG. 26 is a diagram showing an example in which the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention are applied to a soundproof box. In FIG. 26, a scanning probe microscope (SPM) is accommodated in the soundproof box. In addition, it can also be applied to soundproof boxes to prevent sounds emitted by engines and compressors from leaking outside.

3.2 応用例2
本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法は、建築物にも応用できる。図27は、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を建築物における部屋と部屋とを仕切る壁に応用した例を示した図である。図28は、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を建築物における外壁に応用した例を示した図である。このほか、ドア、窓、天井、床などにも応用できる。
3.2 Application 2
The active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention can also be applied to buildings. FIG. 27 is a diagram showing an example in which the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention are applied to a wall partitioning a room in a building. FIG. 28 is a diagram showing an example in which the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention are applied to an outer wall in a building. In addition, it can be applied to doors, windows, ceilings, floors, etc.

3.3 応用例3
本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法は、乗り物にも応用できる。図29は、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を航空機に応用した例を示した図である。このほか、鉄道車両や自動車などにも応用できる。
3.3 Application 3
The active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention can also be applied to a vehicle. FIG. 29 is a diagram showing an example in which the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention are applied to an aircraft. In addition, it can be applied to railway vehicles and automobiles.

4 計算による遮音性能の検証
続いて、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法の遮音性能について、計算による検証を行った。以下において、パネルの寸法や材料、アクチュエータの種類、制御手段の制御アルゴリズムなどの条件は、特に言及しない限り、「2 本発明の能動遮音装置の具体的な実施態様」で採用したものと同じである。
4 Verification of sound insulation performance by calculation Subsequently, the sound insulation performance of the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention was verified by calculation. In the following, conditions such as panel dimensions and materials, actuator type, control algorithm of control means, etc. are the same as those adopted in “2 Specific Embodiment of Active Sound Insulation Device of the Present Invention” unless otherwise specified. is there.

4.1 アクチュエータの配置による影響
まず、アクチュエータを図11の配置A〜Cに配して制御を行った場合と、アクチュエータを配さなかった場合(非制御時)のそれぞれについて、音響透過損失を計算により求めてみた。ここでは、理想的に得られる制御効果について検討するため、透過音響パワーを最小化する最適フィードフォワード制御則が適用されたときの音響透過損失について計算を行った。
4.1 Effects of actuator placement First, the acoustic transmission loss is calculated for each of the cases where the actuator is placed in the positions A to C in Fig. 11 and when the actuator is not placed (when not controlled). I asked for it. Here, in order to examine the control effect that is ideally obtained, the sound transmission loss was calculated when the optimum feedforward control law that minimizes the transmitted sound power was applied.

図12に、アクチュエータを図11の配置A〜Cで配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合と、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合の音響透過損失の計算結果を示す。図12を見ると、配置Aと配置Cの場合ともに、非制御時の場合と比較して、広い周波数帯域で非常に大きな制御効果が得られることが分かる。また、配置Aと配置Cを比較すると、配置Cの方が高周波数帯域まで制御効果が得られていることも分かる。   12 shows the sound transmission loss when the sound is vertically incident on the panel in which the actuator is arranged in the arrangements A to C in FIG. 11 and when the sound is vertically incident on the panel when not controlled. The calculation result of is shown. Referring to FIG. 12, it can be seen that in both the arrangement A and the arrangement C, a very large control effect can be obtained in a wide frequency band as compared with the case of non-control. Further, comparing the arrangement A and the arrangement C, it can be seen that the arrangement C has a control effect up to a high frequency band.

これは、配置Aの場合、アクチュエータによる加振力とパネルに入射した音の加振力とが等しくなるのは、[1,1]次振動モード及び[1,3]次振動モードの2つの振動モードだけであるのに対して、配置Cの場合、 [1,1]次振動モード及び[1,3]次振動モードのほか、 [3,1]次振動モードでも、アクチュエータによる加振力とパネルに入射した音の加振力とが等しくなるからである。   In the case of arrangement A, the excitation force by the actuator and the excitation force of the sound incident on the panel are equal to each other in the [1,1] -order vibration mode and the [1,3] -order vibration mode. In the case of Arrangement C, in addition to the vibration mode only, the excitation force by the actuator is available in the [1,1] -order vibration mode and [1,3] -order vibration mode as well as in the [3,1] -order vibration mode This is because the excitation force of the sound incident on the panel becomes equal.

一方、配置Bの計算結果を見ると、非制御時の場合と比較して、一定の制御効果は得られるものの、配置Aや配置Cと比較して、その制御効果は限定的なものとなっている。これは、本来、低周波数帯域では放射効率が低く透過音に対する影響の小さかった相殺型振動モードが励振されたためである。   On the other hand, when looking at the calculation result of the arrangement B, a certain control effect can be obtained compared to the case of non-control, but the control effect is limited compared to the arrangement A and the arrangement C. ing. This is because the cancellation type vibration mode, which originally had low radiation efficiency in the low frequency band and had little influence on the transmitted sound, was excited.

4.2 計算による本発明と従来技術との比較
続いて、本発明の能動遮音装置と、従来の能動遮音装置との比較を行うため、図13に示す配置C〜Gで同様の計算を行った。図13は、パネルに対するアクチュエータの配置を示した図である。
4.2 Comparison of the Present Invention with the Prior Art by Calculation Subsequently, in order to compare the active sound insulation device of the present invention with the conventional active sound insulation device, the same calculation was performed with the arrangements C to G shown in FIG. FIG. 13 is a diagram showing the arrangement of the actuator with respect to the panel.

配置Cは、図11に示す配置Cと同じである(本発明4点制御)。   Arrangement C is the same as arrangement C shown in FIG. 11 (four-point control of the present invention).

配置Dは、パネルの中心((x座標,y座標)として (0,0))にアクチュエータを配したものとなっている(従来1点制御)。   In the arrangement D, an actuator is arranged at the center of the panel ((0,0) as (x coordinate, y coordinate) (conventional one point control).

配置Eは、パネルの周縁(配置Cよりも外側)の4点( (x座標,y座標)として(-a/3,-b/3),(-a/3,b/3),(a/3,-b/3),(a/3,b/3))にアクチュエータを配したものとなっている(従来4点制御)。4つのアクチュエータの加振力と加振方向は全て等しい。   Arrangement E is (-a / 3, -b / 3), (-a / 3, b / 3), ((x-coordinate, y-coordinate) as four points (outside of arrangement C) a / 3, -b / 3), (a / 3, b / 3)) with actuators (conventional 4-point control). All four actuators have the same excitation force and direction.

配置Fは、等間隔に配された16点((x座標,y座標)として(-3a/8,-3b/8),(-3a/8,-b/8),(-3a/8,b/8),(-3a/8,3b/8),(-a/8,-3b/8),(-a/8,-b/8),(-a/8,b/8),(-a/8,3b/8),(a/8,-3b/8),(a/8,-b/8),(a/8,b/8),(a/8,3b/8),(3a/8,-3b/8),(3a/8,-b/8),(3a/8,b/8),(3a/8,3b/8))にアクチュエータを配したものとなっている(従来16点制御)。16個のアクチュエータの加振力と加振方向は全て等しい。   Arrangement F is 16 points (x coordinate, y coordinate) (-3a / 8, -3b / 8), (-3a / 8, -b / 8), (-3a / 8) , b / 8), (-3a / 8, 3b / 8), (-a / 8, -3b / 8), (-a / 8, -b / 8), (-a / 8, b / 8) ), (-a / 8, 3b / 8), (a / 8, -3b / 8), (a / 8, -b / 8), (a / 8, b / 8), (a / 8, 3b / 8), (3a / 8, -3b / 8), (3a / 8, -b / 8), (3a / 8, b / 8), (3a / 8, 3b / 8))) (Conventional 16-point control). The excitation force and direction of the 16 actuators are all equal.

配置Gは、6点((x座標,y座標)として(-a/6,-b/3),(-a/6,0),(-a/6,b/3),(a/6,-b/3),(a/6,0),(a/6,b/3))にアクチュエータを配したものとなっている。6個のアクチュエータの加振力は全て等しいが、(-a/6,-b/3),(-a/6,b/3), (a/6,-b/3),(a/6,b/3))に配された4個のアクチュエータの加振方向と、(-a/6,0),(a/6,0)に配された2個のアクチュエータの加振方向は逆となっている。配置Gは、低周波数帯域においては、近似的に[1,3]次振動モードの励振が可能である。   Arrangement G has 6 points ((x coordinate, y coordinate) (-a / 6, -b / 3), (-a / 6,0), (-a / 6, b / 3), (a / 6, -b / 3), (a / 6,0), (a / 6, b / 3)) with actuators. The excitation forces of the six actuators are all equal, but (-a / 6, -b / 3), (-a / 6, b / 3), (a / 6, -b / 3), (a / 6, b / 3)) and the excitation directions of the four actuators arranged in (-a / 6,0) and (a / 6,0) are The reverse is true. The arrangement G can approximately excite the [1,3] order vibration mode in the low frequency band.

図14は、音の周波数と、アクチュエータを図13の配置C〜Gで配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合の音響透過損失、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合における音響透過損失との関係を示したグラフである。   14 shows the sound frequency, sound transmission loss when the sound is vertically incident on the panel in which the actuators are arranged in arrangements C to G in FIG. 13, and the sound perpendicular to the panel when not controlled. It is the graph which showed the relationship with the sound transmission loss in the case of making it inject into.

図14を見ると、周波数が100Hz以下の帯域においては、非制御時の場合と比較して、配置C〜Gの全ての場合で、顕著な制御効果が得られていることが分かる。しかし、周波数がそれよりも高くなると、配置D〜Fでは、制御効果が得られない周波数があることが分かる。また、配置Gは、周波数が100Hz以下の帯域においては、配置D〜Fと比較して制御効果は劣っているものの、比較的広い周波数帯域に亘って一定の制御効果が得られていることが分かる。   As can be seen from FIG. 14, in the band where the frequency is 100 Hz or less, a remarkable control effect is obtained in all of the arrangements C to G as compared with the case of non-control. However, when the frequency is higher than that, it can be seen that in the arrangements D to F, there is a frequency at which the control effect cannot be obtained. In addition, the arrangement G is inferior in control effect compared to the arrangements D to F in the frequency band of 100 Hz or less, but a constant control effect is obtained over a relatively wide frequency band. I understand.

これに対して、配置Cでは、略全ての周波数帯域において、配置D〜Gよりも優れた制御効果が得られていることが分かる。配置Cにおいても、制御効果が落ち込む周波数は存在するが、その周波数は反共振周波数と一致しているため、問題とはならない。反共振周波数においては、アクチュエータによる制御効果が得られなくても、パネルは優れた遮音性能を発揮するからである。   On the other hand, in the arrangement C, it can be seen that control effects superior to the arrangements D to G are obtained in almost all frequency bands. Even in the arrangement C, there is a frequency at which the control effect is reduced, but since this frequency matches the anti-resonance frequency, there is no problem. This is because at the anti-resonance frequency, the panel exhibits excellent sound insulation performance even if the control effect by the actuator is not obtained.

以上の結果から、本発明が、低周波数帯域の広範囲に亘って非常に顕著な制御効果が得られることが分かった。   From the above results, it has been found that the present invention provides a very remarkable control effect over a wide range of low frequency bands.

図15は、音の周波数と、アクチュエータを図13の配置C〜Gで配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合のパネルの二乗平均速度(振動速度vの二乗平均)、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合におけるパネルの二乗平均速度とを示したグラフである。また、図16は、音の周波数と、アクチュエータを図13の配置C〜Gで配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合の放射効率、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合の放射効率との関係を示したグラフである。   FIG. 15 shows the frequency of sound, the mean square speed of the panel (square mean of vibration speed v) when the sound is vertically incident on the panel in which the actuators are arranged in arrangements C to G in FIG. It is the graph which showed the root mean square speed | velocity | rate of the panel at the time of making a sound vertically inject with respect to the panel at the time of control. FIG. 16 shows the sound frequency, the radiation efficiency when the sound is vertically incident on the panel in which the actuators are arranged in the arrangements C to G in FIG. 13, and the sound on the panel when not controlled. It is the graph which showed the relationship with the radiation efficiency at the time of making it enter perpendicularly.

図15を見ると、配置Cでは、非制御時の場合と比較して、低周波数帯域において振動速度vが大きく低下していることが分かる。これに対して、配置D〜Gでは、低周波数帯域においても、非制御時の場合よりも振動速度vが増加する周波数があることが分かる。また、図16を見ると、配置Cでは、非制御時や配置D〜Gと比較して、広い周波数帯域において、放射効率が低下していることが分かる。   As can be seen from FIG. 15, in the arrangement C, the vibration speed v is greatly reduced in the low frequency band as compared with the case of non-control. On the other hand, in arrangements D to G, it can be seen that even in the low frequency band, there is a frequency at which the vibration velocity v increases compared to the case of non-control. In addition, when FIG. 16 is viewed, it can be seen that in the arrangement C, the radiation efficiency is reduced in a wide frequency band as compared with the non-control and the arrangements D to G.

以上の結果から、配置Cでは、パネルの振動と放射効率の両方が抑制され、本発明によって大きな制御効果が得られることが分かった。   From the above results, it was found that in the arrangement C, both the vibration of the panel and the radiation efficiency are suppressed, and a large control effect can be obtained by the present invention.

4.3 パネルの材料による影響
続いて、パネルの材料が、アクチュエータの制御効果に対してどのような影響を及ぼすのかについて、検証を行った。この検証を行うため、まず、パネルの厚さhを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させ、音響透過損失がそれぞれの厚さhにおいてどのような値となるのかを計算により求めた。
4.3 Effects of panel material Next, we examined how the panel material affects the actuator control effect. In order to perform this verification, first, the panel thickness h was changed to 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 5 mm, and the value of the sound transmission loss at each thickness h was obtained by calculation.

図17は、音の周波数と、パネルの厚さhを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の非制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。また、図18は、音の周波数と、パネルの厚さhを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。   FIG. 17 is a graph showing the relationship between the sound frequency and the sound transmission loss during non-control when the panel thickness h is changed to 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 5 mm. FIG. 18 is a graph showing the relationship between the sound frequency and the sound transmission loss during control when the panel thickness h is changed to 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 5 mm.

図18を見ると、厚さhを大きくしていくことによって、制御効果が得られる周波数帯域が高周波数側へシフトすることが分かる。この現象は、以下のように説明することができる。   As can be seen from FIG. 18, by increasing the thickness h, the frequency band where the control effect is obtained shifts to the high frequency side. This phenomenon can be explained as follows.

既に述べたとおり、配置Cでは、[1,1]次振動モード、[1,3]次振動モード及び[3,1]次振動モードにおいて、アクチュエータによる加振力と、パネルに入射する入射音による加振力とを等しくすることが可能であった。すなわち、制御効果が得られる周波数帯域は、これら低次の非相殺型振動モードが透過音に対して大きな影響を及ぼす周波数帯域ということになる。つまり、概ね[3,1]次振動モードの共振周波数以下の領域で制御効果が得られる。したがって、パネルを厚くすることで、パネルの共振周波数が上昇し、制御効果が得られる周波数帯域も高周波数側へシフトしたと考えられる。   As already mentioned, in arrangement C, in the [1,1] -order vibration mode, [1,3] -order vibration mode and [3,1] -order vibration mode, the excitation force by the actuator and the incident sound incident on the panel It was possible to equalize the excitation force by. That is, the frequency band in which the control effect is obtained is a frequency band in which these low-order non-cancellation vibration modes have a great influence on the transmitted sound. That is, the control effect can be obtained in a region below the resonance frequency of the [3, 1] order vibration mode. Therefore, it is considered that by increasing the thickness of the panel, the resonance frequency of the panel is increased and the frequency band in which the control effect is obtained is also shifted to the high frequency side.

また、パネルを厚くすると、パネルの単位面積当たりの質量(面密度)も上昇することから、全体的に音響透過損失が上昇している。パネルのヤング率Eを高くした場合、パネルの剛性が増大するために、共振周波数が上昇し、パネルを厚くした場合と同様に、制御効果が得られる周波数帯域が高周波数側へシフトする。パネルの密度ρSを小さくした場合には、パネルの面密度が小さくなって全体的に音響透過損失が低下するとともに、モード質量も低下することから、共振周波数が上昇する。 Further, when the panel is thickened, the mass per unit area (surface density) of the panel is also increased, so that the sound transmission loss is generally increased. When the Young's modulus E of the panel is increased, the rigidity of the panel is increased, so that the resonance frequency is increased, and the frequency band in which the control effect is obtained is shifted to the high frequency side as in the case where the panel is thickened. When the panel density ρ S is decreased, the surface density of the panel is decreased, the sound transmission loss is decreased as a whole, and the mode mass is also decreased, so that the resonance frequency is increased.

以上のことから、パネルを厚くすると、制御効果が得られる周波数帯域が高周波数側へシフトすることが確認できた。また、パネルの材料を変えることで、制御効果が得られる周波数帯域が変化することも分かった。   From the above, it was confirmed that when the panel is thickened, the frequency band where the control effect is obtained shifts to the high frequency side. It was also found that changing the panel material changes the frequency band where the control effect can be obtained.

4.4 パネルの寸法による影響の検証
続いて、パネルの面積が、アクチュエータの制御効果に対してどのような影響を及ぼすのかについて、検証を行った。図19は、音の周波数と、大型のパネル(縦の長さaが0.8m、横の長さbが1.1314m)の厚さhを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の非制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。また、図20は、音の周波数と、大型のパネル(縦の長さaが0.8m、横の長さbが1.1314m)の厚さhを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。
4.4 Verification of influence due to panel dimensions Next, we examined how the panel area affects the control effect of the actuator. Fig. 19 shows the non-frequency values when the sound frequency and the thickness h of a large panel (vertical length a is 0.8m, horizontal length b is 1.1314m) are changed to 1mm, 2mm, 3mm, and 5mm. It is the graph which showed the relationship with the sound transmission loss at the time of control. Also, Fig. 20 shows the case where the sound frequency and the thickness h of the large panel (vertical length a is 0.8m, horizontal length b is 1.1314m) are changed to 1mm, 2mm, 3mm and 5mm. It is the graph which showed the relationship with the sound transmission loss at the time of control.

図18と図20を見比べると、パネルの面積が広くなると、制御効果が得られる周波数帯域が低周波数側へシフトすることが分かる。これは、パネルの面積が広くなったことによる固有振動数の低下が原因である。パネルが横長の長方形である場合には、既に述べたとおり、概ね[3,1]次振動モードの共振周波数以下の周波数帯域で制御効果が得られる。したがって、パネルの面積が広くなり、固有振動数が低くなると、制御効果が得られる周波数も低下するというわけである。   Comparing FIG. 18 and FIG. 20, it can be seen that as the panel area increases, the frequency band where the control effect is obtained shifts to the lower frequency side. This is due to a decrease in the natural frequency due to an increase in the panel area. When the panel is a horizontally long rectangle, as described above, the control effect can be obtained in a frequency band below the resonance frequency of the [3, 1] order vibration mode. Therefore, when the area of the panel is increased and the natural frequency is lowered, the frequency at which the control effect can be obtained also decreases.

以上のことから、パネルの面積を広くしながらも、高い周波数まで制御効果を得るためには、パネルを厚くする,比剛性が高い材料を用いるなど板の固有振動数を高くすればよい。パネルを厚くできない場合は、図21に示すようにパネルを小面積に分割し、それぞれの小パネルを制御する方法が考えられる。   From the above, in order to obtain a control effect up to a high frequency while widening the panel area, it is only necessary to increase the natural frequency of the plate, such as thickening the panel or using a material with high specific rigidity. If the panel cannot be thickened, a method of dividing the panel into small areas and controlling each small panel as shown in FIG.

4.5 斜入射の場合
ここまでは、パネルに対して音が垂直に入射(垂直入射)する場合について検討してきたが、以下においては、パネルに対して音が斜めに入射(斜入射)する場合について検討する。
4.5 In the case of oblique incidence Up to this point, we have examined the case where sound enters the panel vertically (normal incidence). However, in the following, the case where sound enters the panel obliquely (oblique incidence). consider.

斜入射の場合には、垂直入射の場合に励振されなかった振動モードが透過音に影響を及ぼすようになるため、アクチュエータによる制御効果が低下することが考えられる。例えば、パネルが長方形であると、垂直入射の場合には、[奇数,奇数]次振動モードのみしか励振されないのに対して、斜入射の場合には、[奇数,偶数]次振動モード、[偶数,奇数]次振動モード又は[偶数,偶数]次振動モードが励振されるようになる。   In the case of oblique incidence, the vibration mode that is not excited in the case of normal incidence has an effect on the transmitted sound, so that the control effect by the actuator may be reduced. For example, if the panel is rectangular, only [odd, odd] order vibration mode is excited in the case of normal incidence, whereas [odd, even] order vibration mode in the case of oblique incidence, [ The even or odd order vibration mode or the [even, even] order vibration mode is excited.

この影響を調べるため、斜入射の場合に音響透過損失を計算により求めた。図22は、音の周波数と、パネルに対する音の入射角度を0°(垂直入射),15°,30°,60°と変えた場合の制御時における音響透過損失、及びパネルに音を垂直入射させた場合の非制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。   In order to investigate this effect, sound transmission loss was obtained by calculation in the case of oblique incidence. Figure 22 shows the sound transmission loss and the sound transmission loss during normal control when the sound frequency and the sound incident angle on the panel are changed to 0 ° (vertical incidence), 15 °, 30 °, and 60 °. It is the graph which showed the relationship with the sound transmission loss at the time of non-control at the time of letting it be.

図22を見ると、パネルに対する音の入射角度が大きくなればなるほど、音響透過損失が低下することが分かる。しかし、アクチュエータによる制御効果は、垂直入射の場合よりは低下するものの、低周波数帯域においては十分に奏されていることも分かる。これは、パネルの寸法よりも音の波長が長くなる低い周波数においては、斜入射した場合であっても、パネル上での音圧がほぼ均一となるため、条件が垂直入射の場合に近くなるからである。   Referring to FIG. 22, it can be seen that the sound transmission loss decreases as the incident angle of sound with respect to the panel increases. However, it can also be seen that the control effect by the actuator is sufficiently achieved in the low frequency band, although it is lower than in the case of normal incidence. This is because the sound pressure on the panel is almost uniform at a low frequency where the wavelength of the sound is longer than the panel size, even when obliquely incident. Because.

斜入射の場合に問題となるのは、相殺型振動モードの固有振動数近傍で制御効果が低下することである。これは、本発明は、1次の放射モードを抑制するようなアクチュエータの配置となっているため、非相殺型振動モード以外の振動モード(相殺型振動モード)による放射モードを制御できなくなるからである。   A problem in the case of oblique incidence is that the control effect is reduced in the vicinity of the natural frequency of the cancellation type vibration mode. This is because in the present invention, since the actuator is arranged to suppress the primary radiation mode, the radiation mode by the vibration mode (cancellation type vibration mode) other than the non-cancellation type vibration mode cannot be controlled. is there.

この問題を改善するため、パネルの制振性を向上させる方法を考えた。図23は、パネルに対して入射角度30°で入射する音の周波数と、パネルの損失係数ηを0.01,0.05,0.1,0.2,0.5と変化させた場合の音響透過損失との関係を示したグラフである。   In order to improve this problem, we devised a method to improve the vibration control of the panel. FIG. 23 shows the relationship between the frequency of sound incident on the panel at an incident angle of 30 ° and the sound transmission loss when the panel loss coefficient η is changed to 0.01, 0.05, 0.1, 0.2, 0.5. It is a graph.

図23を見ると、パネルの損失係数ηを大きくしてパネルの制振性を向上させることで、相殺型振動モードの固有振動数近傍での制御効果の落ち込みが改善されることが分かる。相殺型振動モードは放射効率が低いため、固有振動数近傍においてのみ透過音に影響を及ぼす。したがって、これらの振動モードの共振を抑えることにより、斜入射の場合に相殺型振動モードの固有振動数近傍で制御効果が低下する問題を改善できる。   Referring to FIG. 23, it can be seen that the drop in the control effect near the natural frequency of the cancellation type vibration mode is improved by increasing the panel loss coefficient η to improve the panel damping performance. Since the cancellation type vibration mode has low radiation efficiency, it affects the transmitted sound only near the natural frequency. Therefore, by suppressing the resonance of these vibration modes, it is possible to improve the problem that the control effect decreases in the vicinity of the natural frequency of the cancellation type vibration mode in the case of oblique incidence.

また、図23の結果から、斜入射の場合において広い周波数帯域で制御効果を得ようとすると、パネルの損失係数ηを0.05以上とすることが好ましいと考えられる。   Further, from the result of FIG. 23, it is considered that the panel loss coefficient η is preferably 0.05 or more in order to obtain a control effect in a wide frequency band in the case of oblique incidence.

このほか、パネルの制振性を向上させるためには、パネル自体を制振性が高い材料によって製作する、制振材料をパネルに貼付する、制振材料を2枚のパネルに挟む積層構造とする、支持部で振動を吸収する、パネルに振動ピックアップやアクチュエータを用いて制振性を向上させるアクティブ振動制御を行う、などの対策が考えられる。   In addition, in order to improve the damping performance of the panel, the panel itself is made of a highly damping material, the damping material is attached to the panel, and the laminated structure is sandwiched between two panels. For example, measures can be taken such as absorbing vibrations at the support, or using active vibration control to improve vibration suppression using a vibration pickup or actuator on the panel.

5 実験による遮音性能の検証
続いて、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法の遮音性能について、実験による検証を行った。以下において、パネルの寸法や材料、アクチュエータの種類、制御手段の制御アルゴリズムなどの条件は、特に言及しない限り、「2 本発明の能動遮音装置の具体的な実施態様」で採用したものと同じである。
5 Verification of sound insulation performance by experiment Subsequently, the sound insulation performance of the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention was verified by experiments. In the following, conditions such as panel dimensions and materials, actuator type, control algorithm of control means, etc. are the same as those adopted in “2 Specific Embodiment of Active Sound Insulation Device of the Present Invention” unless otherwise specified. is there.

図24は、実験に用いた実験設備の概要を示した図である。本実験は、図24に示すように、音源側となる部屋と、受音側となる部屋とをパネルで仕切ることによって行った。パネルは、その諸元が上記表1で表されるアルミニウム板に、厚さ1mmの制振材を貼り付けた複層板を用いた。パネルは、その周縁をナイフエッジで挟み込み、単純支持した。パネルの所定箇所にはアクチュエータを取り付けた。アクチュエータには、ボイスコイル型のポイントアクチュエータを用いた。アクチュエータの配置は、図11の配置Cと同様である。   FIG. 24 is a diagram showing an outline of experimental equipment used in the experiment. In this experiment, as shown in FIG. 24, the room on the sound source side and the room on the sound receiving side were separated by a panel. As the panel, a multilayer board in which a vibration damping material having a thickness of 1 mm was attached to an aluminum plate whose specifications are shown in Table 1 above was used. The panel was simply supported by sandwiching the periphery with a knife edge. An actuator was attached to a predetermined part of the panel. A voice coil type point actuator was used as the actuator. The arrangement of the actuator is the same as the arrangement C in FIG.

また、音源側の部屋には、音源となるスピーカを配した。スピーカは、パネルに対向する壁面に4つ配置した。パネルからスピーカまでの距離は2.0mである。音源側となる部屋の各壁面には、厚さ500 mmの吸音くさびを取り付け、パネルに対して音が垂直に入射するようにした。   In the room on the sound source side, a speaker as a sound source was arranged. Four speakers were placed on the wall facing the panel. The distance from the panel to the speaker is 2.0m. A sound-absorbing wedge with a thickness of 500 mm was attached to each wall of the room on the sound source side so that the sound was incident perpendicular to the panel.

一方、受音側の部屋には、パネルを透過する音を検知するためのセンサと、後述する音響パワーW0及び透過音響パワーWTを測定するための音響パワー測定手段と、音響パワー測定手段を移動可能に支持するための支持手段とを配した。センサには、マイクロホンを用いた。このセンサは、パネルから2.5mの位置に設置した。音響パワー測定手段には、インテンシティプローブを用いた。音響パワーW0及び透過音響パワーWTの測定は1/12オクターブバンドで行った。受音側の部屋は、無響室とした。 On the other hand, the received sound side room, and a sensor for detecting the sound transmitted through the panel, and sound power measuring means for measuring the sound power W 0 and transmission acoustic power W T will be described later, sound power measuring means And a supporting means for supporting the movably. A microphone was used as the sensor. This sensor was installed 2.5m from the panel. An intensity probe was used as the sound power measuring means. Measurement of acoustic power W 0 and transmission acoustic power W T was performed in 1/12 octave band. The receiving room was an anechoic room.

さらに、音源と、アクチュエータと、センサは、外部に配した制御手段に接続した。制御手段には、DSPボードとD/AボードとA/Dボードとからなるデジタル信号処理装置を用いた。制御手段のサンプリング周波数は3kHz、タップ数は1000である。制御手段の制御アルゴリズムは、「Filtered-X LMSアルゴリズム」とし、マイクロホンが設置された位置での音圧が最小となるように適応制御を行うようにした。実験には、1.6kHz以下のホワイトノイズを用いた。   Furthermore, the sound source, the actuator, and the sensor were connected to control means arranged outside. As a control means, a digital signal processing device comprising a DSP board, a D / A board, and an A / D board was used. The sampling frequency of the control means is 3 kHz, and the number of taps is 1000. The control algorithm of the control means is “Filtered-X LMS algorithm”, and adaptive control is performed so that the sound pressure at the position where the microphone is installed is minimized. In the experiment, white noise of 1.6 kHz or less was used.

さらにまた、遮音性能を評価する指標としては、上記式21で定義される音響透過損失R[dB]ではなく、下記式38で定義される挿入損失IL[dB]を採用した。これは、入射音響パワーを実験的に求めることが困難であり、垂直入射時の音響透過損失R[dB]の測定が困難であるからである。
Furthermore, as an index for evaluating the sound insulation performance, the insertion loss IL [dB] defined by the following formula 38 is adopted instead of the sound transmission loss R [dB] defined by the above formula 21. This is because it is difficult to experimentally determine the incident sound power, and it is difficult to measure the sound transmission loss R [dB] at the time of normal incidence.

以上の実験設備を用いて、下記手順に従って実験を行った。
[1] パネルを取り付けていない状態で、音源側から受音側へ到達する音響パワーW0を測定する。
[2] アクチュエータを配したパネルで音源側と受音側とを仕切り、受音側へ透過してくる透過音響パワーWTを測定する。
[3] 挿入損失IL[dB]を上記式38によって求める。
The experiment was conducted according to the following procedure using the above experimental equipment.
[1] Measure the acoustic power W 0 that reaches the sound receiving side from the sound source side without the panel attached.
[2] partition the source side and the sound receiving side panel arranged actuator, measuring the transmission sound power W T coming transmitted to the sound receiving side.
[3] The insertion loss IL [dB] is obtained by the above equation 38.

図25は、音の周波数と、図24の実験設備を用いて測定した制御時の挿入損失IL[dB]、及び非制御時の挿入損失IL[dB]との関係を示したグラフである。図25を見ると、本実験においては、計算で得られたほどの優れた結果が得られていないことが分かる。これは、実験では、パネル周辺の遮音性能が低いためと考えられる。しかし、それでもなお、制御時には、低周波数帯域の広い範囲において、挿入損失IL[dB]が10dB以上向上していることが分かる。以上のことから、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法が優れた遮音性能を発揮するということが、実験によって実証された。   FIG. 25 is a graph showing the relationship between the sound frequency and the insertion loss IL [dB] at the time of control and the insertion loss IL [dB] at the time of non-control measured using the experimental equipment of FIG. As can be seen from FIG. 25, in this experiment, an excellent result as obtained by calculation is not obtained. This is considered to be due to the low sound insulation performance around the panel in the experiment. However, it is still understood that the insertion loss IL [dB] is improved by 10 dB or more in a wide range of the low frequency band at the time of control. From the above, it was proved by experiments that the active sound insulation device and the active sound insulation method of the present invention exhibit excellent sound insulation performance.

従来行われている能動遮音制御の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the active sound insulation control currently performed. 能動遮音制御の計算モデルを示した図である。It is the figure which showed the calculation model of active sound insulation control. 100Hzにおける1次から3次までの放射モードの形状を示した図である。It is the figure which showed the shape of the radiation mode from the 1st order to the 3rd order in 100Hz. 音の周波数と非制御時の音響透過損失との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the frequency of sound, and the sound transmission loss at the time of non-control. 音の周波数と、非制御時における1次から3次までの放射モードの音響パワー、及び全透過音の音響パワーとの関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the frequency of sound, the acoustic power of the radiation mode from the 1st order to the 3rd order at the time of non-control, and the acoustic power of all the transmitted sound. パネルをその反共振周波数である159.5Hzと277.5Hzで振動させたときの振動分布を示した図である。It is the figure which showed the vibration distribution when a panel is vibrated with 159.5Hz and 277.5Hz which are the antiresonance frequencies. 音の周波数と、パネルの周縁を単純支持した場合の音響透過損失、及びパネルの周縁を固定支持した場合の音響透過損失との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the frequency of sound, the sound transmission loss when the periphery of a panel is simply supported, and the sound transmission loss when the periphery of a panel is fixedly supported. パネルとして採用しうる形状の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the shape which can be employ | adopted as a panel. 音の周波数と、図8に示す形状のパネルを用いた場合における非制御時の音響透過損失R[dB]との関係を示したグラフである。9 is a graph showing the relationship between sound frequency and sound transmission loss R [dB] during non-control when the panel having the shape shown in FIG. 8 is used. 本発明の能動遮音装置の具体的な実施態様を示した図である。It is the figure which showed the specific embodiment of the active sound-insulation apparatus of this invention. 図10に示した能動遮音装置におけるアクチュエータの配置を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the arrangement of actuators in the active sound insulation device shown in FIG. 音の周波数と、アクチュエータを図11の配置A〜Cで配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合の音響透過損失、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合の音響透過損失との関係を示したグラフである。Sound frequency, sound transmission loss when the sound is vertically incident on the panel with the actuators arranged in the arrangements A to C in FIG. 11, and the sound is vertically incident on the non-control panel. It is the graph which showed the relationship with the sound transmission loss in a case. パネルに対するアクチュエータの配置を示した図である。It is the figure which showed arrangement | positioning of the actuator with respect to a panel. 音の周波数と、アクチュエータを図13の配置で配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合の音響透過損失、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合における音響透過損失との関係を示したグラフである。Sound frequency, sound transmission loss when the sound is vertically incident on the panel with the actuator arranged in FIG. 13, and sound when the sound is vertically incident on the panel when not controlled It is the graph which showed the relationship with transmission loss. 音の周波数と、アクチュエータを図13の配置で配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合のパネルの二乗平均速度、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合におけるパネルの二乗平均速度とを示したグラフである。The frequency of sound, the mean square speed of the panel when the sound is vertically incident on the panel with the actuator arranged in Fig. 13, and the sound is vertically incident on the panel when not controlled It is the graph which showed the square mean speed of the panel in. 音の周波数と、アクチュエータを図13の配置C〜Gで配したパネルに対して音を垂直に入射させた場合の放射効率、及び非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させた場合の放射効率との関係を示したグラフである。Sound frequency, radiation efficiency when sound is vertically incident on a panel with actuators arranged in arrangements C to G in Fig. 13, and when sound is vertically incident on a panel when not controlled It is the graph which showed the relationship with the radiation efficiency of. 音の周波数と、パネルの厚さを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の非制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the sound transmission loss at the time of non-control at the time of changing the thickness of a panel with the thickness of 1mm, 2mm, 3mm, and 5mm. 音の周波数と、パネルの厚さを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the sound transmission loss at the time of control when changing the sound frequency and the thickness of the panel to 1 mm, 2 mm, 3 mm and 5 mm. 音の周波数と、大型のパネルの厚さを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の非制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the sound transmission loss at the time of non-control at the time of changing the thickness of a large-sized panel with 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 5 mm. 音の周波数と、大型のパネルの厚さを1mm,2mm,3mm,5mmと変化させた場合の制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。6 is a graph showing the relationship between sound frequency and sound transmission loss during control when the thickness of a large panel is changed to 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 5 mm. パネルを複数の小パネルに分割して、それぞれの小パネルにアクチュエータを配した状態を示した図である。It is the figure which showed the state which divided | segmented the panel into several small panels and has arrange | positioned the actuator to each small panel. 音の周波数と、パネルに対する音の入射角度を0°(垂直入射),15°,30°,60°と変えた場合の制御時における音響透過損失、及びパネルに音を垂直入射させた場合の非制御時における音響透過損失との関係を示したグラフである。Sound transmission loss during control when the sound frequency and the sound incident angle on the panel are changed to 0 ° (vertical incidence), 15 °, 30 °, 60 °, and when the sound is vertically incident on the panel It is the graph which showed the relationship with the sound transmission loss at the time of non-control. パネルに対して入射角度30°で入射する音の周波数と、パネルの損失係数ηを0.01,0.05,0.1,0.2,0.5と変化させた場合の音響透過損失との関係を示したグラフである。6 is a graph showing the relationship between the frequency of sound incident on a panel at an incident angle of 30 ° and the sound transmission loss when the panel loss coefficient η is changed to 0.01, 0.05, 0.1, 0.2, and 0.5. 実験に用いた実験設備の概要を示した図である。It is the figure which showed the outline | summary of the experimental equipment used for experiment. 音の周波数と、図24の実験設備を用いて測定した制御時の挿入損失IL[dB]、及び非制御時の挿入損失IL[dB]との関係を示したグラフである。25 is a graph showing the relationship between the sound frequency and the insertion loss IL [dB] during control and the insertion loss IL [dB] during non-control measured using the experimental equipment of FIG. 本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を防音ボックスに応用した例を示した図である。It is the figure which showed the example which applied the active sound insulation apparatus and active sound insulation method of this invention to the soundproof box. 本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を建築物における部屋と部屋とを仕切る壁に応用した例を示した図である。It is the figure which showed the example which applied the active sound insulation apparatus and active sound insulation method of this invention to the wall which partitions off the room in a building. 本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を建築物における外壁に応用した例を示した図である。It is the figure which showed the example which applied the active sound insulation apparatus and active sound insulation method of this invention to the outer wall in a building. 本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を航空機に応用した例を示した図である。It is the figure which showed the example which applied the active sound-insulation apparatus and active sound-insulation method of this invention to the aircraft.

Claims (8)

音源側と受音側を隔てるためのパネルと、音源から発せられた音又はパネルの振動を検知するためのセンサと、センサの検知した音又は振動に応じて制御信号を発する制御手段と、制御手段の発した制御信号に基づいてパネルの所定箇所を加振することによりパネルの透過音を抑制するアクチュエータとを備えた能動遮音装置であって、
非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータが配されていることを特徴とする能動遮音装置。
A panel for separating the sound source side and the sound receiving side, a sensor for detecting sound emitted from the sound source or vibration of the panel, control means for generating a control signal in accordance with the sound or vibration detected by the sensor, and control An active sound insulation device including an actuator that suppresses sound transmitted through the panel by exciting a predetermined portion of the panel based on a control signal emitted by the means,
Actuator is disposed on at least one point on the nodal lines planned line L a in the panel as a nodal lines in the sound with respect to the panel in the non-control was anti-resonance in vertically incident allowed by the anti-resonance frequency omega a by An active sound insulation device characterized by comprising:
節線予定線La上の点のうち、低次の相殺型振動モードの節線と重なる点にアクチュエータが配された請求項1記載の能動遮音装置。 Among the points on the nodal lines planned line L a, active sound insulation device according to claim 1, wherein the actuator that overlaps the nodal lines of the low-order cancellation vibration mode is provided. パネルが点対称形状又は線対称形状を有し、節線予定線La上の点のうち、パネルの中心に対して点対称又は該中心を通る直線に対して線対称な位置にある少なくとも2点にアクチュエータが配された請求項1記載の能動遮音装置。 Panel has a point-symmetrical shape or line symmetry shape, among the points on the nodal lines planned line L a, at least with respect to a straight line passing through the point-symmetrical or said center relative to the center of the panel in a line symmetrical positions 2 2. The active sound insulation device according to claim 1, wherein an actuator is disposed at the point. 非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線Laと、非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωb(>ωa)で反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線Lbとの交点のうち、少なくとも1点にアクチュエータが配された請求項1記載の能動遮音装置。 A joint line will line L a in the panel as a nodal lines in the sound with respect to the panel in the non-control was anti-resonance in vertically incident allowed by the anti-resonance frequency omega a, the sound to the panel at the time of non-control The actuator is arranged at at least one of the intersections with the nodal line L b in the panel that becomes the nodal line when the beam is vertically incident and anti-resonant at the antiresonance frequency ω b (> ω a ) 2. The active sound insulation device according to claim 1. パネルの損失係数が0.05以上である請求項1記載の能動遮音装置。   2. The active sound insulation device according to claim 1, wherein the panel has a loss coefficient of 0.05 or more. パネルが複数の小パネルに分割され、それぞれの小パネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータが配された請求項1記載の能動遮音装置。 Panel is divided into a plurality of small panels, each of the active sound insulation device according to claim 1, wherein the actuator is arranged on at least one point on the nodal lines planned line L a in the small panel. 音源側と受音側を隔てるためのパネルの所定箇所に、パネルを加振することによりパネルの透過音を抑制するアクチュエータを取り付けた能動遮音パネルであって、
非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータが配されていることを特徴とする能動遮音パネル。
An active sound insulation panel with an actuator that suppresses sound transmitted through the panel by vibrating the panel at a predetermined position of the panel for separating the sound source side and the sound receiving side,
Actuator is disposed on at least one point on the nodal lines planned line L a in the panel as a nodal lines in the sound with respect to the panel in the non-control was anti-resonance in vertically incident allowed by the anti-resonance frequency omega a by An active sound insulation panel.
音源側と受音側を隔てるためのパネルと、音源から発せられた音又はパネルの振動を検知するためのセンサと、センサの検知した音又は振動に応じて制御信号を発する制御手段と、制御手段の発した制御信号に基づいてパネルの所定箇所を加振するアクチュエータとを用いて、パネルの透過音を抑制する能動遮音方法であって、
非制御時のパネルに対して音を垂直に入射させて反共振周波数ωaで反共振させた際に節線となるパネルにおける節線予定線La上の少なくとも1点にアクチュエータを配することを特徴とする能動遮音方法。
A panel for separating the sound source side and the sound receiving side, a sensor for detecting sound emitted from the sound source or vibration of the panel, control means for generating a control signal in accordance with the sound or vibration detected by the sensor, and control An active sound insulation method that suppresses sound transmitted through the panel using an actuator that vibrates a predetermined portion of the panel based on a control signal emitted by the means,
Placing the actuator in at least one point on the nodal lines planned line L a in the panel as a nodal lines when obtained by the anti-resonance is incident perpendicularly sounds to the panel at the time of non-control by the anti-resonance frequency omega a An active sound insulation method characterized by the above.
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