JPH07210174A - Active noise insulating method - Google Patents

Active noise insulating method

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JPH07210174A
JPH07210174A JP6002800A JP280094A JPH07210174A JP H07210174 A JPH07210174 A JP H07210174A JP 6002800 A JP6002800 A JP 6002800A JP 280094 A JP280094 A JP 280094A JP H07210174 A JPH07210174 A JP H07210174A
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Japan
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wall
vibration
vibration mode
sound
actuator
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JP6002800A
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Japanese (ja)
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Kazuto Sedo
一登 背戸
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KYOWA GOKIN KK
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KYOWA GOKIN KK
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Abstract

PURPOSE:To improve the noise insulation of a wall partitioning between a noise source room and a sound receiving room without using a weight wall or honeycomb structure wall. CONSTITUTION:The vibration mode of the wall 1 partitioning between the noise source room A and the sound receiving room B is analyzed to specify a vibration mode relating to the radiation of sound, a low-dimensional model for the wall 1 in the vibration mode is prepared, sensors 12c, 12u, 12l for detecting the acceleration/displacement of vibration are arranged on respective points of the wall 1 which correspond to respective mass points of the obtained low-dimensional model, and an actuator for applying braking force to the wall 1 is fixed at least to one position of the wall 1 and driven so as to suppress the vibration of the wall 1 based upon detection signals outputted from the sensors 12c, 12u, 12l. Consequently the vibration of the wall 1 can be controlled so as to cancel only vibration relating to the radiation of sound without exciting the vibration of a vibration mode unrelated to the radiation of sound.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、騒音源室と受音室とを
仕切る壁の振動特性を考慮し、壁の振動を制御すること
によって遮音性を高めるようにしたアクティブ遮音方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active sound insulation method in which the sound insulation is enhanced by controlling the vibration of the wall in consideration of the vibration characteristics of the wall separating the noise source room and the sound receiving room. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】騒音対策として、騒音源から発せられた
音を空中で打ち消す方法と音の伝搬経路を途中で遮断す
る方法とが考えられる。前者については、騒音源からの
音をマイクロホンで検出し、それと逆位相・同一振幅の
信号をスピーカで生成して騒音検出点付近の音をキャン
セル(相殺)するいわゆるアクティブキャンセラーによ
る騒音制御技術が出現し、ダクト、冷蔵庫、乗用車の社
室内などの騒音低減に応用して成果をあげている。後者
については、騒音源を内蔵する騒音源室と騒音低減を希
望する受音室との間を音響透過損失の大きい壁で仕切る
ことにより騒音を遮蔽する受動的な方法が依然採用され
ている。
2. Description of the Related Art As a measure against noise, a method of canceling a sound emitted from a noise source in the air and a method of interrupting a sound propagation path on the way are considered. Regarding the former, noise control technology using so-called active canceller has emerged, in which sound from a noise source is detected by a microphone and a signal with the opposite phase and same amplitude is generated by a speaker to cancel the sound near the noise detection point (cancellation). However, it has been successfully applied to reduce noise in ducts, refrigerators, and company interiors of passenger cars. Regarding the latter, a passive method of shielding noise by partitioning a noise source chamber containing a noise source and a sound receiving chamber for which noise reduction is desired with a wall having a large sound transmission loss is still adopted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の遮音方
法によって高い遮音性を得るためには、壁に鉛や鉄など
の比重の大きい材料を用いるか、または、ハニカム構造
などの分厚い吸音材等を用いる必要があり、現代のビル
のように軽量化が要求され且つ容積的にも制限のある条
件下においては適用が困難である。
However, in order to obtain high sound insulation by the conventional sound insulation method, a material having a large specific gravity such as lead or iron is used for the wall, or a thick sound absorbing material such as a honeycomb structure is used. Must be used, and it is difficult to apply under conditions where weight reduction is required and volume is limited as in modern buildings.

【0004】本発明はこのような事情の下に創案された
ものであり、その目的は、重量壁やハニカム構造壁など
を用いることなく、高い遮音性を得ることのできるアク
ティブ遮音方法を提供することにある。
The present invention was created under such circumstances, and an object thereof is to provide an active sound insulation method capable of obtaining high sound insulation without using a heavy wall or a honeycomb structure wall. Especially.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアクティブ遮音方法においては、騒音源室
と受音室とを仕切る壁の振動モードを解析して音の放射
に関与する振動モードを特定し、その振動モードにおけ
る壁の低次元化モデルを作成し、得られた低次元化モデ
ルの各質点に対応する壁の各点に振動加速度乃至速度を
検出するためのセンサを配置すると共に壁の少なくとも
1箇所に壁に制振力を作用させるためのアクチュエータ
を取り付け、各センサからの検出信号に基づいて壁の振
動を抑制すべくアクチュエータを駆動する。
In order to achieve the above object, in the active sound insulation method of the present invention, the vibration mode of the wall separating the noise source room and the sound receiving room is analyzed and involved in sound emission. A vibration mode is specified, a wall dimension reduction model is created in that vibration mode, and a sensor for detecting vibration acceleration or velocity is arranged at each point on the wall corresponding to each mass point of the obtained reduction model. At the same time, an actuator for applying a damping force to the wall is attached to at least one location on the wall, and the actuator is driven to suppress the vibration of the wall based on the detection signal from each sensor.

【0006】本発明の遮音方法において、上記音の放射
に関与する振動モードとして、その振動モード形が音響
的に非対象であるモードを特定することが望ましい。
In the sound insulation method of the present invention, it is desirable to specify, as the vibration mode related to the radiation of the sound, a mode whose vibration mode shape is acoustically asymmetric.

【0007】また、本発明の遮音方法において、上記壁
の上記低次元化モデルの質点に対応する箇所に上記アク
チュエータを取り付けることが望ましい。
Further, in the sound insulation method of the present invention, it is desirable that the actuator is attached to a portion of the wall corresponding to the mass point of the reduced model.

【0008】[0008]

【作用】本発明のアクティブ遮音方法は、騒音源室と受
音室とを仕切る壁が騒音と共振して振動することによっ
て音漏れが発生するという点に着目し、音の放射に関与
する振動のみを対象としてこれを打ち消すように壁の振
動を制御しようとするものである。振動制御に有効な現
代制御理論は制御対象のモデルが特定されなければ活用
できないのであるが、壁は無限自由度の分布定数の特性
を有するために、有限自由度のモデル作成する必要があ
る。しかも、自由度が大きいとコントローラが肥大化
し、センサの数が多く必要であるために、必要最小限に
モデルを低次元化することが望ましい。そのために、本
発明の方法では、まず壁の振動モード解析を行い、遮音
しようとする所定の周波数域内に数多く存在する振動モ
ードの中から音の放射に関与する振動モードを特定し、
その振動モードにおける壁の低次元化モデルを作成す
る。このように制御対象の低次元化モデルを作成するこ
とで、現代制御理論を適用して制御系を設計することが
可能となる。そして、得られた低次元化モデルの各質点
に対応する壁の各点すなわち特定された振動モードの最
大振幅点付近に振動加速度乃至変位を検出するためのセ
ンサを配置しておくことで、制御対象すなわち壁の振動
状態を観測でき、各センサからの検出信号に基づいてア
クチュエータを駆動することにより、壁の振動を効果的
に抑制することができる。
The active sound insulation method of the present invention focuses on the fact that sound leakage occurs due to the fact that the wall separating the noise source chamber and the sound receiving chamber resonates with the noise and vibrates. It is intended to control the vibration of the wall so as to cancel it only for the target. Modern control theory, which is effective for vibration control, cannot be used unless the model of the controlled object is specified. However, since the wall has the characteristic of a distributed constant with infinite degrees of freedom, it is necessary to create a model with finite degrees of freedom. Moreover, if the degree of freedom is large, the controller becomes large and a large number of sensors are required. Therefore, it is desirable to reduce the dimension of the model to the minimum necessary. Therefore, in the method of the present invention, first perform a vibration mode analysis of the wall, to identify the vibration mode involved in the radiation of sound from among the many vibration modes existing in a predetermined frequency range to be sound insulation,
A low-dimensional model of the wall in the vibration mode is created. By creating a low-dimensional model of the controlled object in this way, it becomes possible to design a control system by applying modern control theory. Then, by arranging a sensor for detecting vibration acceleration or displacement near each point on the wall corresponding to each mass point of the obtained reduced-dimensional model, that is, near the maximum amplitude point of the specified vibration mode, The vibration state of the object, that is, the wall can be observed, and the vibration of the wall can be effectively suppressed by driving the actuator based on the detection signal from each sensor.

【0009】図5は壁を構成する平板の振動モード解析
例であり、1〜5次の共振周波数と振動モード形が示さ
れている。振動モード形の対称性に着目すると、2〜4
次の振動モード形は音響的に対称、1次と5次の振動モ
ード形は音響的に非対称であり、音響的に対称のモード
の場合音の吐き出しと吸い込みの量が互いにキャンセル
すると仮定すると、音の放射に関与する問題となる振動
モードは音響的に非対称のモードである1次と5次のモ
ードである。このように振動モード形の対称性を調べる
ことによって、音の放射に関与する振動モードを容易に
特定できる。
FIG. 5 shows an example of vibration mode analysis of a flat plate forming a wall, and shows resonance frequencies of first to fifth orders and vibration mode shapes. Focusing on the symmetry of the vibration mode type, 2-4
Assuming that the following vibration mode shapes are acoustically symmetric, the first and fifth order vibration mode shapes are acoustically asymmetric, and in the acoustically symmetric mode, the amounts of sound emission and suction cancel each other, The vibrational modes that are of concern for sound emission are the acoustically asymmetrical modes, the first and fifth modes. In this way, by examining the symmetry of the vibration mode shape, the vibration mode involved in sound emission can be easily specified.

【0010】このようにして特定された振動モードの最
大振幅点は、音の放射に関与しない他の振動モードの節
にあたる。したがって、この点にアクチュエータを取り
付けておけば、音の放射に関与しない振動モードの振動
を励起することなく、音の放射に関与する振動のみを対
象としてこれを打ち消すように壁の振動を制御すること
ができる。すなわち、本発明のアクティブ遮音方法は、
振動モードの節にアクチュエータを取り付ければ不可制
御、センサを取り付ければ不可観測になることを利用し
て、無視したいモードの節にセンサ、またはアクチュエ
ータを配置して壁の振動を制御するものであり、この方
法によれば構造的にスピルオーバを防止できる制御系を
構築できる。
The maximum amplitude point of the vibration mode thus identified corresponds to a node of another vibration mode that is not involved in sound emission. Therefore, if an actuator is attached to this point, the vibration of the wall is controlled so as to cancel only the vibration related to the sound emission without exciting the vibration of the vibration mode not related to the sound emission. be able to. That is, the active sound insulation method of the present invention is
By using the fact that it is impossible to control if an actuator is attached to the node of the vibration mode, and it becomes unobservable if the sensor is attached, the sensor or actuator is placed in the node of the mode you want to ignore and the vibration of the wall is controlled. According to this method, a control system that can structurally prevent spillover can be constructed.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明のアクティブ遮音方法の実施例
について説明する。
EXAMPLES Next, examples of the active sound insulation method of the present invention will be described.

【0012】図1は騒音源室(ピアノ室)Aと受音室
(勉強室)Bとを仕切る壁1に本発明のアクティブ遮音
方法を適用した場合の一例が示されている。騒音源室A
の騒音は壁1を介して受音室Bに伝達されるのであるか
ら、壁1に取り付けた振動センサ12c,12u,12
lからの信号に基づいてアクチュエータ4を駆動して壁
1の振動を効果的に抑制すれば受音室Bの騒音レベルが
大幅に低減する。
FIG. 1 shows an example in which the active sound insulation method of the present invention is applied to a wall 1 which partitions a noise source room (piano room) A and a sound receiving room (study room) B. Noise source room A
Noise is transmitted to the sound receiving chamber B through the wall 1, the vibration sensors 12c, 12u, 12 mounted on the wall 1
If the actuator 4 is driven based on the signal from 1 to effectively suppress the vibration of the wall 1, the noise level of the sound receiving chamber B is significantly reduced.

【0013】図2に、壁の振動を本発明の手法でアクテ
ィブに制御するためにとられる装置構成の2通りの形態
を示す。同図(a)は、アクチュエータ4を固定面に支
持させて壁1に取り付け、センサ12c,12u,12
lの検出信号に基づいてコントローラ19で作られた制
御量によってアクチュエータ4を制御して壁1に制振力
を作用させる方式であり、同図(b)は、アクチュエー
タ4を弾性体(ここでは支持ばね20でモデル化)を介
して壁1に取り付け、固定面の代りにアクチュエータ4
に設けた補助質量mdの慣性力を反力としてアクチュエ
ータ4の制振力を壁1に作用させる方式である。なお、
同図(a)において、固定面が得られない場合は別途支
持部材によってアクチュエータ4を支える。その場合、
支持構造物の特性を考慮してコントローラ19を設計す
ることが望ましい。
FIG. 2 illustrates two configurations of apparatus configurations that may be employed to actively control wall vibration with the technique of the present invention. In the same figure (a), the actuator 4 is supported on a fixed surface and attached to the wall 1, and the sensors 12c, 12u, 12
This is a system in which the actuator 4 is controlled by a control amount generated by the controller 19 based on the detection signal of 1 to exert a damping force on the wall 1. In FIG. Mounted on the wall 1 via a support spring 20) and the actuator 4 instead of the fixed surface
This is a system in which the damping force of the actuator 4 is applied to the wall 1 by using the inertial force of the auxiliary mass md provided on the wall as a reaction force. In addition,
In the same figure (a), when the fixed surface cannot be obtained, the actuator 4 is supported by a separate supporting member. In that case,
It is desirable to design the controller 19 considering the characteristics of the support structure.

【0014】次に、本発明のアクティブ遮音方法の有効
性を示すために、建築物の壁を構成する平板にこの方法
を適用した場合についてシミュレーションおよび実験に
より示す。
Next, in order to show the effectiveness of the active sound insulation method of the present invention, a case where this method is applied to a flat plate constituting a wall of a building will be shown by simulation and experiment.

【0015】実験に使用した平板は、1200×1000×3 mm
のベニヤ板である。図3に示すように、この平板18を
垂直壁2に固定された支持枠3に周辺部を固定して取り
付けることにより地面に対して垂直に保持した。そし
て、図4に示すように平板18を120 個の有限要素に分
解し、実験モード解析を行った。この解析結果からこの
平板には 0Hz〜40Hzの間に1次から7次の振動モードが
存在することがわかった。図5は、この場合の1次〜5
次の共振周波数と振動モード形を示したものであり、前
述したように、音響的に対称の振動モードの場合音の吐
き出しと吸い込みの量が互いにキャンセルすると仮定す
ると、ここで問題となる振動モードは1次と5次のモー
ドである。
The flat plate used in the experiment was 1200 × 1000 × 3 mm
It is a veneer board. As shown in FIG. 3, the flat plate 18 was held perpendicularly to the ground by fixing the periphery of the flat plate 18 to the support frame 3 fixed to the vertical wall 2. Then, as shown in FIG. 4, the flat plate 18 was decomposed into 120 finite elements, and an experimental mode analysis was performed. From this analysis result, it was found that there are first to seventh vibration modes in this plate between 0 Hz and 40 Hz. FIG. 5 shows the first to fifth cases in this case.
The following shows the resonance frequency and the vibration mode shape.As mentioned above, in the case of the acoustically symmetric vibration mode, assuming that the amounts of sound emission and suction cancel each other, the vibration mode in question here Are the first and fifth modes.

【0016】次に、上記考察の下に、実験モード解析に
より求まった分布定数系の平板18の振動モード形に基
づき、図4に示した平板18上の位置に3つの質点を指
定して図4のような3質点系モデルを作成する。ここに
各質点の質量をm1 ,m2 ,m3 、各質点をつなぐばね
のばね定数をkij(i,jは各質点の番号)、各質点と
固定面間のばねのばね定数をki (i=1,2,3)と
定義する。ただし、各質点には、各々制御力を含む外力
i (i=1,2,3)が作用するものとする。この3
質点系モデルの運動方程式をたてると次のようになる。
Next, based on the above consideration, based on the vibration mode shape of the flat plate 18 in the distributed constant system obtained by the experimental mode analysis, three mass points are designated at the positions on the flat plate 18 shown in FIG. Create a three-mass system model such as 4. Here, the mass of each mass point is m 1 , m 2 , m 3 , the spring constant of the spring that connects each mass point is k ij (i and j are the numbers of each mass point), and the spring constant of the spring between each mass point and the fixed surface is It is defined as k i (i = 1, 2, 3). However, an external force f i (i = 1, 2, 3) including a control force acts on each mass point. This 3
The equation of motion of the mass system model is as follows.

【0017】[0017]

【数1】 [Equation 1]

【0018】この式を行列表示すると、When this equation is displayed in matrix,

【0019】[0019]

【数2】 [Equation 2]

【0020】となる。そこでこの式の固有値問題を解い
て得られた固有モード行列を以下のようにおく。
[0020] Therefore, the eigenmode matrix obtained by solving the eigenvalue problem of this equation is set as follows.

【0021】[0021]

【数3】 [Equation 3]

【0022】一方、物理座標系の質量行列Mの逆行列と
固有モード行列との関係は、
On the other hand, the relationship between the inverse matrix of the mass matrix M in the physical coordinate system and the eigenmode matrix is

【0023】[0023]

【数4】 [Equation 4]

【0024】加速度連成の無い質量行列の性質より、
A,B,Cは零でなければならない。そこで誤差関数ε
1 ,ε2 を次のように定義し、これらを零に近付けるこ
とを考える。
From the property of the mass matrix without acceleration coupling,
A, B and C must be zero. Then the error function ε
Let us define 1 and ε 2 as follows, and consider bringing them closer to zero.

【0025】[0025]

【数5】 [Equation 5]

【0026】各式に含まれる5つの変数φ11,φ2
1,φ12,φ13,φ23の感度行列を式(7)のよ
うに定義し、さらに補正ベクトル{δφ}を定義すれば
式(8)によって誤差関数を零に近付けることができ
る。
Five variables φ11 and φ2 included in each expression
If the sensitivity matrices of 1, φ12, φ13, and φ23 are defined as in Expression (7) and the correction vector {δφ} is defined, the error function can be brought close to zero by Expression (8).

【0027】[0027]

【数6】 [Equation 6]

【0028】式(8)によって式(6)を対角化する固
有モード行列を求め、質量行列を計算すると次のように
求まる。
The eigenmode matrix for diagonalizing the equation (6) is obtained by the equation (8), and the mass matrix is calculated as follows.

【0029】[0029]

【数7】 [Equation 7]

【0030】さらに、剛性行列を計算すると次のように
求まる。
Further, the stiffness matrix is calculated as follows.

【0031】[0031]

【数8】 [Equation 8]

【0032】これらの式から、図4に示した集中定数系
3自由度モデルの物理定数は次のように求まる。
From these equations, the physical constants of the lumped-constant system three-degree-of-freedom model shown in FIG. 4 are obtained as follows.

【0033】[0033]

【数9】 [Equation 9]

【0034】実際の実験モード解析で得られた振動モー
ド形と本モデル化法で得られた振動モード形との比較を
図7に示す。同図において、細い実線が実験モード解析
により求められたモード形、太い実線が本モデル化手法
で得られたモード形であり、3つの質点でモードが一致
していることがわかる。
FIG. 7 shows a comparison between the vibration mode shape obtained by the actual experimental mode analysis and the vibration mode shape obtained by the present modeling method. In the figure, the thin solid line is the mode shape obtained by the experimental mode analysis, and the thick solid line is the mode shape obtained by this modeling method, and it can be seen that the modes match at three mass points.

【0035】上記のように作成された低次元化モデルに
対し、各モードの中でも振幅が最大の1次の振動モード
を制御することを重視し、中央の質点(質量m2 )にア
クチュエータを取り付けた場合における制御系の設計を
行う。この中央の点は、2次、3次、4次の振動モード
の節にあたるので、これらのモードの振動を励起いない
点である。また、この点は実際の平板18の中央の点に
相当する。
With respect to the low-dimensional model created as described above, it is important to control the first-order vibration mode having the largest amplitude among the modes, and the actuator is attached to the central mass point (mass m 2 ). Design the control system for the case. This central point corresponds to the nodes of the 2nd, 3rd, and 4th order vibration modes, and is therefore the point at which the vibrations of these modes are not excited. Also, this point corresponds to the center point of the actual flat plate 18.

【0036】この発明のアクティブ遮音方法において使
用されるアクチュエータ4は、スピーカの改良品であ
り、図9に示すように可動芯管5の周囲に巻き付けられ
たムービングコイル6と、これを包囲するリング状磁石
7とを備え、ムービングコイル6への通電を制御するこ
とによりこれに電磁力を作用させて可動芯管3に取り付
けられた振動板8を駆動する仕組みになっている。アク
チュエータ4は、図1に示すように平板18の支持枠2
に互いに平行に掛け渡して設けられた一対の支持部材9
にリング状磁石7のフランジ部7aをボルト10で固定
することによって平板18の中央位置に保持され、平板
18との接続は、振動板8の中央部に突設された先細の
接続子11の先端部を平板18の中央の点に接着などの
方法によって接続することによりなされる。なお、図9
において、リング状磁石7を含む固定側要素に対する振
動板8を含む可動側要素の支持部は、ばね(ばね定数k
s )と減衰要素(減衰係数Cs )とでモデル化して示さ
れている。
The actuator 4 used in the active sound insulation method of the present invention is an improved speaker, and as shown in FIG. 9, a moving coil 6 wound around a movable core tube 5 and a ring surrounding the moving coil 6. The magnet 7 is provided, and the electromagnetic force is applied to the moving coil 6 by controlling the energization to the moving coil 6 to drive the diaphragm 8 attached to the movable core tube 3. The actuator 4 includes a support frame 2 for the flat plate 18 as shown in FIG.
A pair of support members 9 provided in parallel with each other
The flange portion 7a of the ring-shaped magnet 7 is fixed to the central portion of the flat plate 18 by fixing the flange portion 7a of the ring magnet 7 with the bolt 10, and the connection with the flat plate 18 is made by the tapered connector 11 protruding from the central portion of the diaphragm 8. This is done by connecting the tip portion to the central point of the flat plate 18 by a method such as adhesion. Note that FIG.
In the above, the supporting portion of the movable side element including the diaphragm 8 with respect to the fixed side element including the ring-shaped magnet 7 is a spring (spring constant k
s) and the damping element (shown by modeling out the damping coefficient C s).

【0037】そこで、このアクチュエータ4を平板18
に取り付けた場合の低次元化物理モデルは図8のように
表わされる。なお、この物理モデルは、支持部材9を完
全な剛体として考えており、図2(a)の場合のモデル
に相当する。
Therefore, the actuator 4 is attached to the flat plate 18
FIG. 8 shows a reduced-dimensional physical model when attached to the. This physical model considers the support member 9 as a completely rigid body, and corresponds to the model in the case of FIG.

【0038】この物理モデルを用いて質量m2 にアクチ
ュエータ4を取り付けた場合の運動方程式を作成し、こ
れを状態方程式で表すと以下のようになる。
Using this physical model, the equation of motion when the actuator 4 is attached to the mass m 2 is created, and this is represented by the equation of state as follows.

【0039】[0039]

【数10】 [Equation 10]

【0040】このように制御系が状態方程式で表された
ならば現代制御理論である最適制御理論が適用できる。
最適制御理論では、次のような状態フィードバックによ
って制御量を決定する。
When the control system is represented by the state equation in this way, the optimum control theory which is a modern control theory can be applied.
In the optimal control theory, the controlled variable is determined by the following state feedback.

【0041】[0041]

【数11】 [Equation 11]

【0042】以上の設計値を用いて平板18の振動制御
のシミュレーションを行った。その周波数応答の結果を
図10に示す。同図において、(a)は平板18の中央
の点における周波数応答を示し、(b)は平板18の5
次の振動モードの一方の腹に取り付けられるセンサの点
での応答を示す。(a)に示すようにアクティブ制御を
加えた場合には1次および5次のモードの振動のピーク
が低減しており、有効な遮音効果が期待できる。また
(b)においてはアクチュエータ4の取り付け位置が平
板18の中央であることから2次の振動モードに対して
は不可制御になるが、本シミュレーションの結果から2
次の振動モードのピークに影響を与えずに1次および5
次の振動モードのピークを低減できることがわかる。
The vibration control of the flat plate 18 was simulated using the above design values. The result of the frequency response is shown in FIG. In the figure, (a) shows the frequency response at the center point of the flat plate 18, and (b) shows the frequency response of the flat plate 18.
The response at the point of the sensor attached to one antinode of the next vibration mode is shown. When active control is added as shown in (a), the peak of vibration in the first and fifth modes is reduced, and an effective sound insulation effect can be expected. Further, in (b), since the mounting position of the actuator 4 is at the center of the flat plate 18, the control cannot be performed for the secondary vibration mode, but from the result of this simulation, 2
1st and 5th without affecting the peak of next vibration mode
It can be seen that the peak of the next vibration mode can be reduced.

【0043】次に、図11にこの周波数応答に対応した
時間応答を示す。平板18の中央の点での時間応答は、
同図(a)に示すように、アクティブ振動制御により急
速に収斂している。また、平板18の上部の点での時間
応答は、同図(b)に示すように、周波数応答と同じく
2次のピークが残留するが、1次、5次のモードは収斂
している。
Next, FIG. 11 shows a time response corresponding to this frequency response. The time response at the center point of the plate 18 is
As shown in FIG. 7A, the active vibration control causes rapid convergence. Further, as shown in FIG. 2B, the time response at the upper point of the flat plate 18 has a second-order peak remaining as in the frequency response, but the first- and fifth-order modes are convergent.

【0044】次に、図3に示すように、平板18の中央
の点Pc及び5次の振動モードの2つの腹(上部および
下部)の点Pu,Plに各点の変位を検出するための非
接触センサ12c,12u,12lを配置し、アクチュ
エータ4を作動させた場合と非作動の場合のそれぞれの
変位デ−タを測定した。
Next, as shown in FIG. 3, for detecting the displacement of each point at the center point Pc of the flat plate 18 and the points Pu and Pl of the two antinodes (upper and lower sides) of the fifth-order vibration mode. The non-contact sensors 12c, 12u, and 12l were arranged, and the displacement data when the actuator 4 was operated and when the actuator 4 was not operated were measured.

【0045】この実験で使用したコントローラ19の構
成を図12に示す。この構成において、各非接触センサ
12c,12u,12lからの変位信号はサンプリング
周波数1kHzでA/Dコンバータ13を通してパーソ
ナルコンピュ−タ14に入力される。パーソナルコンピ
ュータ14は、この変位信号の微分により速度信号を算
出し、各状態量を得る。そして得られた状態量に最適制
御理論を用いて決定したフィードバックゲインを乗算す
ることにより制御量を算出する。パーソナルコンピュ−
タ14で算出された制御量はD/Aコンバータ15でア
ナログ信号に変換されたのちアンプ16で増幅されてア
クチュエータ4に入力される。この入力信号によってア
クチュエータ4が駆動して平板18の振動を抑制する。
The structure of the controller 19 used in this experiment is shown in FIG. In this configuration, the displacement signals from the non-contact sensors 12c, 12u, 12l are input to the personal computer 14 through the A / D converter 13 at a sampling frequency of 1 kHz. The personal computer 14 calculates the velocity signal by differentiating the displacement signal to obtain each state quantity. Then, the control quantity is calculated by multiplying the obtained state quantity by the feedback gain determined using the optimal control theory. Personal computer
The control amount calculated by the controller 14 is converted into an analog signal by the D / A converter 15, amplified by the amplifier 16, and input to the actuator 4. The actuator 4 is driven by this input signal to suppress the vibration of the flat plate 18.

【0046】図13に、平板18の上部をインパルス加
振し、FFT解析器で得られた周波数応答を示す。同図
において、点線が非制御時の応答、実線が制御時の応答
である。また、(a)は平板18の中心部に取り付けた
センサ12cで検出された応答であり、(b)は平板1
8の上部に取り付けたセンサ12uの点での応答を示し
ている。双方とも非制御時は1次、5次の周波数のピー
クが観測される。この平板18に制御をかけると、1
次、5次のピーク値は大きく低下しており、振動が有効
に制御されていることがわかる。また、図14(b)に
おいては、アクチュエータ4を2次の振動モードの不可
制御点である平板18の中央の点に設けたことにより、
2次のモードの振動が励起されずに観測されている。こ
れはシミュレーションの結果と非常に良く一致してお
り、これにより3質点系モデルの有効性がわかる。ま
た、同時にさらに高次のモードである6次、7次のモー
ドについてもスピルオーバーヲ発生させずに振動を抑制
できることがこの実験結果からわかる。
FIG. 13 shows a frequency response obtained by an FFT analyzer when the upper part of the flat plate 18 is subjected to impulse excitation. In the figure, the dotted line is the response at the time of non-control, and the solid line is the response at the time of control. Further, (a) is the response detected by the sensor 12c attached to the central portion of the flat plate 18, and (b) is the flat plate 1
8 shows the response at the point of sensor 12u mounted on top of 8. When both are not controlled, peaks of the first and fifth frequencies are observed. When this flat plate 18 is controlled, 1
The peak values of the 5th and 5th orders are greatly reduced, indicating that the vibration is effectively controlled. Further, in FIG. 14B, since the actuator 4 is provided at the center point of the flat plate 18 which is the uncontrollable point of the secondary vibration mode,
The vibration of the second mode is observed without being excited. This agrees very well with the result of the simulation, which shows the effectiveness of the three-mass system model. Further, it is clear from this experimental result that the vibrations can be suppressed at the same time even in the higher-order modes of the 6th and 7th modes without causing spillover.

【0047】したがって、上記制御系の構成を実際の建
築物の騒音源室と受音室とを仕切る壁1に適用すること
により、音の放射に関与する壁の振動を防止でき、重量
壁やハニカム構造壁などを用いることなく高い遮音性を
得ることができる。なお、実際の壁1にこの方法を適用
する場合、図12に示したコントローラ19のパーソナ
ルコンピュータ14をマイコンチップやメモリ素子など
必要最小限度のものにおきかえることができる。
Therefore, by applying the configuration of the above control system to the wall 1 that separates the noise source room and the sound receiving room of an actual building, it is possible to prevent the vibration of the wall related to the radiation of the sound, and High sound insulation can be obtained without using a honeycomb structure wall or the like. When this method is applied to the actual wall 1, the personal computer 14 of the controller 19 shown in FIG. 12 can be replaced with a necessary minimum such as a microcomputer chip or a memory element.

【0048】上記実施例において、アクチュエータ4を
支持する支持部材9の振動を考慮して制御系を設計して
おけば、より効果的に壁の振動を制御でき、上記の例よ
りもさらに高い遮音性を得ることが可能である。この制
御系を設計するための物理モデルは、例えば図14のよ
うに作成される。この物理モデルは、図8に示したモデ
ルにおいてアクチュエータ4のモデル要素と固定面との
間に支持部材9のモデル要素、すなわち支持部材9の集
中質量mc 並びにばね定数kc を加えたものである。
In the above embodiment, if the control system is designed in consideration of the vibration of the support member 9 for supporting the actuator 4, the wall vibration can be controlled more effectively, and the sound insulation higher than that in the above embodiment can be obtained. It is possible to obtain sex. A physical model for designing this control system is created, for example, as shown in FIG. This physical model is obtained by adding the model element of the support member 9, that is, the lumped mass m c of the support member 9 and the spring constant k c between the model element of the actuator 4 and the fixed surface in the model shown in FIG. is there.

【0049】この物理モデルを用いて運動方程式を作成
し、これを状態方程式で表すと以下のようになる。ただ
し簡単のため、アクチュエータ4の減衰要素Cs は無視
する。
A motion equation is created using this physical model, and this is represented by the following equation of state. However, for simplicity, the damping element C s of the actuator 4 is ignored.

【0050】[0050]

【数12】 [Equation 12]

【0051】この状態方程式に最適制御理論を適用して
制御量を決定することにより、アクチュエータ4の支持
部材9をも含めた制御系を設計することができる。その
場合の制御装置は、コンピュ−タ14に格納するプログ
ラムやデータなどを変更することにより、図12と同じ
構成のものが使用できる。
By applying the optimum control theory to this state equation to determine the control amount, the control system including the support member 9 of the actuator 4 can be designed. The control device in that case can use the same configuration as that in FIG. 12 by changing the programs and data stored in the computer 14.

【0052】なお、本発明のアクティブ遮音方法は以上
の実施例に限定されるものではなく、例えば、アクチュ
エータ4の取り付け箇所は、音の放射に関与する振動モ
ードに制振力を作用させることができ、且つ音の放射に
関与しない振動モードを励起しない箇所であれば平板1
8の中央部以外でもよく、また、平板18の複数の箇所
に取り付けてもよい。アクチュエータ4を複数使用した
場合、制御系は上記の例よりも複雑なものになるが、よ
り遮音性の高い平板18の振動制御が可能である。
The active sound insulation method of the present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the mounting position of the actuator 4 can apply a damping force to a vibration mode related to sound emission. A flat plate 1 if it is possible and does not excite vibration modes that do not contribute to sound emission.
Other than the central portion of 8, the flat plate 18 may be attached to a plurality of places. When a plurality of actuators 4 are used, the control system becomes more complicated than that in the above example, but vibration control of the flat plate 18 having higher sound insulation is possible.

【0053】また、上記非接触センサ12c,12u,
12lに代えて加速度センサを使用してもよい。加速度
センサは平板18に直接取り付けて使用できるので、支
持フレーム3などの振動を平板18の振動として誤検出
することがなく、実際の制御系には非接触センサよりも
適している。
Further, the non-contact sensors 12c, 12u,
An acceleration sensor may be used instead of 12l. Since the acceleration sensor can be directly attached to the flat plate 18 for use, it does not erroneously detect the vibration of the support frame 3 as the vibration of the flat plate 18, and is more suitable for the actual control system than the non-contact sensor.

【0054】また、本発明のアクティブ遮音方法は、上
記例で示したベニヤ板の他に、鉄板や硝子板、その他種
々の壁材に適用でき、また、乗用車や船舶などの壁にも
有効に適用できる。
Further, the active sound insulation method of the present invention can be applied to iron plates, glass plates, and various other wall materials in addition to the veneer plate shown in the above example, and can also be effectively applied to walls of passenger cars and ships. it can.

【0055】また、騒音室の事例としてはこの実施例に
示したピアノ室の他にも各種演奏室や機関室など種々な
事例が考えられる。さらに、壁を船体の外壁と考えれ
ば、音のパターンで認識される船の特徴を本発明のアク
ティブ遮音方法によって任意に変えることもできる。
In addition to the piano room shown in this embodiment, various examples such as various performance rooms and engine rooms can be considered as examples of the noise room. Further, if the wall is considered to be the outer wall of the hull, the characteristics of the ship recognized by the sound pattern can be arbitrarily changed by the active sound insulation method of the present invention.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上要するに、本発明のアクティブ遮音
方法によれば以下のごとき優れた効果を発揮できる。
In summary, according to the active sound insulation method of the present invention, the following excellent effects can be exhibited.

【0057】(1) 請求項1記載の発明によれば、音
の放射に関与する壁の振動モードを特定しこれを打ち消
すように壁の振動を制御するので、重量壁やハニカム構
造壁などの音響透過損失の大きい壁を使用することなく
遮音性の向上を図ることができる。
(1) According to the first aspect of the present invention, the vibration mode of the wall that is involved in sound radiation is specified and the vibration of the wall is controlled so as to cancel it. It is possible to improve the sound insulation without using a wall having a large sound transmission loss.

【0058】(2) 請求項2記載の発明によれば、振
動モード形の対称性を調べることによって、音の放射に
関与する振動モードを容易に特定できる。
(2) According to the second aspect of the invention, by examining the symmetry of the vibration mode shape, the vibration mode involved in sound emission can be easily specified.

【0059】(3) 請求項3記載の発明によれば、音
の放射に関与しない振動モードの振動を励起することな
く、音の放射に関与する振動のみを対象としてこれを打
ち消すように壁の振動を制御することができる。
(3) According to the third aspect of the present invention, the vibration of the vibration mode that does not contribute to the sound radiation is not excited, and only the vibration that is involved in the sound radiation is targeted so as to cancel it. Vibration can be controlled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のアクティブ遮音方法の一実施例を示す
概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of an active sound insulation method of the present invention.

【図2】本発明のアクティブ遮音を実施するための装置
構成を示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a device configuration for implementing active sound insulation of the present invention.

【図3】本発明のアクティブ遮音方法の有効性を示すた
めの実験装置の一例を示す図であり、(a)は正面図、
(b)は(a)のA−A´断面図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of an experimental device for showing the effectiveness of the active sound insulation method of the present invention, (a) is a front view,
(B) is an AA 'sectional view of (a).

【図4】壁を構成する平板の構造とその物理モデルの質
量を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a structure of a flat plate forming a wall and a mass of a physical model thereof.

【図5】実験モード解析によって得られた平板の振動モ
ードを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing vibration modes of a flat plate obtained by experimental mode analysis.

【図6】平板の物理モデル(低次元化モデル)を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a physical model (a reduced-dimensional model) of a flat plate.

【図7】実験および計算によって得られた平板の振動モ
ード形とその平板の低次元化モデルを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a vibration mode shape of a flat plate and a reduced-dimensional model of the flat plate obtained by experiments and calculations.

【図8】アクチュエータを取り付けた場合の物理モデル
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a physical model when an actuator is attached.

【図9】アクチュエータの構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of an actuator.

【図10】シミュレーションによる周波数応答の結果を
示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a result of frequency response by simulation.

【図11】図8の周波数応答に対応した時間応答を示す
図である。
11 is a diagram showing a time response corresponding to the frequency response of FIG.

【図12】実験に用いたコントローラの構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a controller used in the experiment.

【図13】シミュレーションによる周波数応答の結果を
示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a result of frequency response by simulation.

【図14】アクチュエータを取り付けた場合の物理モデ
ルの他の例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing another example of a physical model when an actuator is attached.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 壁 4 アクチュエータ 12c センサ 12u センサ 12l センサ A 騒音源室 B 受音室 1 wall 4 actuator 12c sensor 12u sensor 12l sensor A noise source room B sound receiving room

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 騒音源を内蔵する騒音源室と騒音低減を
希望する受音室とを仕切る壁の振動モードを解析して音
の放射に関与する振動モードを特定し、その振動モード
における壁の低次元化モデルを作成し、得られた低次元
化モデルの各質点に対応する壁の各点に振動加速度乃至
変位を検出するためのセンサを配置すると共に壁の少な
くとも1箇所に壁に制振力を作用させるためのアクチュ
エータを取り付け、各センサからの検出信号に基づいて
壁の振動を抑制すべくアクチュエータを駆動するように
したことを特徴とするアクティブ遮音方法。
1. A vibration mode of a wall separating a noise source room containing a noise source and a sound receiving room for which noise reduction is desired is analyzed to identify a vibration mode involved in sound emission, and the wall in the vibration mode is identified. A low-dimensional model is created, sensors for detecting vibration acceleration or displacement are arranged at each point on the wall corresponding to each mass point of the obtained low-dimensional model, and at least one place on the wall is controlled by the wall. An active sound insulation method characterized in that an actuator for applying a vibration force is attached, and the actuator is driven so as to suppress vibration of a wall based on a detection signal from each sensor.
【請求項2】 上記音の放射に関与する振動モードとし
て、その振動モード形が音響的に非対象であるモードを
特定するようにした請求項1記載のアクティブ遮音方
法。
2. The active sound insulation method according to claim 1, wherein a mode whose vibration mode shape is acoustically asymmetric is specified as a vibration mode related to radiation of the sound.
【請求項3】 上記壁の上記低次元化モデルの質点に対
応する箇所に上記アクチュエータを取り付けるようにし
た請求項1または2記載のアクティブ遮音方法。
3. The active sound insulation method according to claim 1, wherein the actuator is attached to a portion of the wall corresponding to a mass point of the reduced model.
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