CN116686304A - 主动噪声控制系统 - Google Patents

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CN116686304A
CN116686304A CN202180062638.6A CN202180062638A CN116686304A CN 116686304 A CN116686304 A CN 116686304A CN 202180062638 A CN202180062638 A CN 202180062638A CN 116686304 A CN116686304 A CN 116686304A
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piezoelectric speaker
sound
sound wave
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大户康平
河本裕介
梶川嘉延
牧山雄祐
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Nitto Denko Corp
Kansai University
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Nitto Denko Corp
Kansai University
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Abstract

主动噪声控制系统(500)具备结构物(80)和多个压电扬声器(10)。多个压电扬声器(10)配置在结构物(80)的表面(80s)上。各压电扬声器(10)的辐射面沿着第一方向(D1)和第二方向(D2)扩展。第一方向(D1)是连结相邻的各压电扬声器(10)的辐射面的中心间的方向。第二方向(D2)是与第一方向(D1)正交的方向。各压电扬声器(10)的辐射面的第一方向(D1)的尺寸(L1)比第二方向(D2)的尺寸(L2)短。

Description

主动噪声控制系统
技术领域
本发明涉及主动噪声控制系统。
背景技术
已知有主动噪声控制系统(以下,有时称为ANC系统)。在ANC系统中,通过相反相位的声音来降低噪声。在专利文献1中,记载了ANC系统的示例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2019/103017号
专利文献2:日本特开2016-122187号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的ANC系统中,在隔板上安装有多个压电扬声器。但是,关于增大可消音的区域,在专利文献1的技术中存在改善的余地。
用于解决课题的技术方案
本发明提供一种主动噪声控制系统,该主动噪声控制系统具备:
结构物;及
多个压电扬声器,配置在所述结构物的表面上,
各压电扬声器的辐射面沿着第一方向和与所述第一方向正交的第二方向扩展,该第一方向是将相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间连结的方向,
各压电扬声器的辐射面的所述第一方向的尺寸比所述第二方向的尺寸短。
发明效果
上述主动噪声控制系统适于增大可消音的区域。
附图说明
图1A是ANC系统的俯视图。
图1B是ANC系统的侧视图。
图1C是ANC系统的主视图。
图1D是ANC系统的立体图。
图1E是用于说明ANC系统的压电扬声器的辐射面的配置的放大图。
图1F是用于对相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间距离与消音之间的关系进行说明的图。
图1G是用于说明ANC系统的压电扬声器的辐射面的尺寸的放大图。
图1H是用于说明ANC系统的压电扬声器的辐射面的形状的其他示例的放大图。
图1I是用于说明ANC系统的压电扬声器的辐射面的区域的放大图。
图2A是用于说明衍射波的俯视图。
图2B是用于说明衍射波的侧视图。
图2C是用于说明衍射波的立体图。
图3A是用于说明ANC系统的压电扬声器形成的波阵面的俯视图。
图3B是用于说明ANC系统的压电扬声器形成的波阵面的侧视图。
图3C是用于说明ANC系统的压电扬声器形成的波阵面的立体图。
图4是以往的动态扬声器形成的波阵面的说明图。
图5是以往的平面扬声器形成的波阵面的说明图。
图6A是压电扬声器的辐射面的振动的说明图。
图6B是压电膜的支承结构的说明图。
图7是ANC系统的说明图。
图8是消音效果的示意性的说明图。
图9是压电扬声器的与厚度方向平行的截面的剖视图。
图10是从与固定面相反的一侧观察压电扬声器时的俯视图。
图11是表示其他结构例的压电扬声器的图。
图12是用于说明所制作的样品的结构的图。
图13是用于说明用于测定样品的结构的图。
图14是用于说明用于测定样品的结构的图。
图15是输出系统的框图。
图16是评价系统的框图。
图17A是表示样品的评价结果的表。
图17B是表示样品的评价结果的表。
图18是表示中间层的约束度与开始发出声音的频率之间的关系的图表。
图19是表示样品E1的声压电平的频率特性的图表。
图20是表示样品E2的声压电平的频率特性的图表。
图21是表示样品R1的声压电平的频率特性的图表。
图22是表示背景噪声的声压电平的频率特性的图表。
图23是参考ANC评价系统的结构图。
图24是表示扬声器关闭时的声压分布的图。
图25是表示扬声器关闭时的波阵面的传播的图。
图26是表示扬声器关闭时的声压分布的图。
图27是表示扬声器关闭时的波阵面的传播的图。
图28是表示源自压电扬声器的声压分布的图。
图29是表示源自压电扬声器的波阵面的传播的图。
图30是表示源自压电扬声器的声压分布的图。
图31是表示源自压电扬声器的波阵面的传播的图。
图32是表示源自动态扬声器的声压分布的图。
图33是表示源自动态扬声器的波阵面的传播的图。
图34是表示源自动态扬声器的声压分布的图。
图35是表示源自动态扬声器的波阵面的传播的图。
图36是表示源自平面扬声器的声压分布的图。
图37是表示源自平面扬声器的波阵面的传播的图。
图38是表示源自平面扬声器的声压分布的图。
图39是表示源自平面扬声器的波阵面的传播的图。
图40A是消音效果的说明图。
图40B是消音效果的说明图。
图40C是消音效果的说明图。
图41A是消音效果的说明图。
图41B是消音效果的说明图。
图41C是消音效果的说明图。
图42A是ANC评价系统的结构图。
图42B是用于说明压电扬声器的配置的俯视图。
图42C是用于说明压电扬声器的配置的侧视图。
图42D是用于说明压电扬声器的配置的主视图。
图42E是用于说明压电扬声器的配置的立体图。
图42F是测定用水平剖面及测定用矢状剖面的说明图。
图43A是消音效果的说明图。
图43B是消音效果的说明图。
图44A是消音效果的说明图。
图44B是消音效果的说明图。
图45A是消音效果的说明图。
图45B是消音效果的说明图。
图46A是消音效果的说明图。
图46B是消音效果的说明图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行说明,但以下只不过是本发明的实施方式的例示,并不是限制本发明的意思。以下,“上”、“下”、“左”、“右”、“高度”等术语是为了指定要素间的相互的配置而使用的,并不意图限定ANC系统的使用时的这些要素的姿势。另外,以下,对相同或类似的构成要素标注相同的符号,有时省略其说明。
[主动噪声控制系统]
如图1A~图1I所示,主动噪声控制系统(ANC系统)500具备结构物80和多个压电扬声器10。这些压电扬声器10配置在结构物80的表面80s上。在本实施方式中,多个压电扬声器10具有第一压电扬声器10A和第二压电扬声器10B。
在本实施方式中,结构物80是板状体。作为板状体的结构物80例如上下方向尺寸为20cm~400cm(在具体例中为20cm~200cm),左右方向尺寸为25cm~200cm(在具体例中为50cm~120cm),厚度方向尺寸为0.1cm~15cm。在此,上下方向、左右方向及厚度方向相互正交。上下方向尺寸与左右方向尺寸可以相同,也可以不同。
在本实施方式中,结构物80是隔板。
各压电扬声器10具有辐射面15。辐射面15通过振动而辐射声波。通过该声波降低噪声。在本实施方式中,辐射面15是连在一起的辐射面。
结构物80具有左端部81、右端部82、上端部83及下端部84。左端部81及右端部82在左右方向上相对。上端部83及下端部84在上下方向上相对。在图示的示例中,下端部84是与地面接触的端部。
ANC系统500适于降低在端部81、82及83产生的衍射音。以下,关于这一点,参照图2A~图3C进行说明。为了慎重起见,在以下的说明中,波阵面是指将波的相位相等的点相连而成的面。
在图2A及图2B中,符号200表示噪声源。结构物80的厚度方向上的噪声源200与结构物80之间的距离例如为0.3~5m。另外,噪声源200的高度例如为0~4m。在该上下文中,高度是上下方向的位置。
如图2A及图2B所示,假设来自噪声源200的噪声朝向结构物80传播过来。在该情况下,在左端部81及右端部82可能产生衍射。由在端部81及82的衍射产生的波阵面以回绕到结构物80的背后的方式传播。
关于这一点,ANC系统500适于降低如上述那样在端部81及82产生的衍射音。这是因为,在ANC系统500中,压电扬声器10的数量为多个,这能够有助于增大可消音的区域。
如图1E所示,相邻的各压电扬声器10的辐射面15的中心间距离Lc例如为160mm~3760mm。将中心间距离Lc设为160mm~3760mm适于增大可消音的区域。
中心间距离Lc可以为2610mm以下,也可以为660mm以下,还可以为590mm以下,还可以为430mm以下,还可以为380mm以下。中心间距离Lc可以为200mm以上。
具体而言,压电扬声器10的数量为多个、中心间距离Lc为160mm~3760mm适于在沿着中心间距离Lc的方向上增大可消音的区域。因此,例如位于结构物80的背后的人的姿势即使发生变化,该人感觉到的消音效果也不容易变化。
在此,对相邻的各压电扬声器10的辐射面15的中心间距离Lc为160mm~3760mm这样的表现详细地进行说明。该表现意味着,某压电扬声器10的辐射面15的几何中心和与该压电扬声器10相邻的压电扬声器10的辐射面15的几何中心之间的距离为160mm~3760mm这样的关系性对于由该表现所提及的多个压电扬声器10成立。
另外,上述的表现意图在于,在该表现中提及的压电扬声器10的数量为3个以上的情况下,允许中心间距离Lc存在偏差。具体而言,在多个压电扬声器10依次具有第二压电扬声器、第一压电扬声器及第三压电扬声器的情况下,将第二压电扬声器及第一压电扬声器之间的中心间距离Lc称为第一中心间距离,将第一压电扬声器及第三压电扬声器之间的中心间距离Lc称为第二中心间距离。此时,上述的表现意味着,第一中心间距离及第二中心间距离分别为160mm~3760mm,但第一中心间距离与第二中心间距离可以相同,也可以不同。第一中心间距离及第二中心间距离相同的方式能够使消音系统500的设计变得容易。第一中心间距离及第二中心间距离不同的方式能够提高消音系统500的设计的自由度。
参照图1F,对中心间距离Lc与消音之间的关系具体地进行说明。在以下的说明中,“高度”是指上下方向的位置。使用图1F的定量的的说明是例示性的说明,不应该用于ANC系统500的限定性的解释。
在图1F的示例中,考虑结构物80的右端部82所包含的高度的差为h的点P1及点P2。从噪声源200到点P1的距离a1与从噪声源200到点P2的距离a2不同。由于距离a1与距离a2存在差异,因此源自噪声源200的噪声的相位在点P1与点P2不同。点P1的高度与噪声源200的高度相同。结构物80的左右方向的中心位置与噪声源200的左右方向的中心位置相同。在图1F中,d是指结构物80的左右方向的尺寸。Ls是指结构物80的厚度方向上的结构物80与噪声源200之间的距离。
在此,假设将1个压电扬声器10配置在结构物80的表面80s上,使得关于上下方向的位置、即高度,点P1成为辐射面15的中心。这样,对于结构物80的背后的高度与点P1相同的区域,能够实现良好的消音。但是,对于结构物80的背后的高度与点P2相同的区域,有时难以实现良好的消音。这是因为,如上所述,源自噪声源200的噪声的点P2的相位与点P1的相位不同,该相位差也反映在结构物80的背后。特别是,在该相位差为180°的条件下,上述的困难性容易变得显著。该问题不仅因结构物80的右端部82的噪声的衍射而产生,也可能因结构物80的左端部81的噪声的衍射而产生。
关于这一点,在本实施方式中,配置在结构物80的表面80s上的压电扬声器10的数量不是1个,而是多个。因此,假设即使上述的相位差为180°,不仅在结构物80的背后的高度与点P1相同的区域,而且在与点P2相同的区域中也能够实现良好的消音。在一个具体例中,在将第一压电扬声器10A以使其的辐射面15的中心高度与点P1的高度相同的方式配置在结构物80的表面80s上的基础上,使第一压电扬声器10A承担结构物80的背后的高度与点P1相同的区域的消音。另外,在将第二压电扬声器10B以使其的辐射面15的中心高度与点P2的高度相同的方式配置在结构物80的表面80s上的基础上,使第二压电扬声器10B承担结构物80的背后的高度与点P2相同的区域的消音。由此,能够在结构物80的背后的高度与点P1相同的区域和与点P2相同的区域这双方实现良好的消音。
参照图1F对能够实现良好的消音的ANC系统500的数值例进行说明。
在图1F的示例中,噪声源200发出的噪声的频率为50~3000Hz。ANC系统500构成为能够发出50~3000Hz的频带的消音用的声波。结构物80是板状体。结构物80的左右方向的尺寸d为0.25m。结构物80的厚度方向上的噪声源200与结构物80之间的距离Ls为0.3m。
距离a1通过以下的数式1计算。
【数式1】
距离a2通过以下的数式2计算。
【数式2】
尺寸d、距离a1及距离a2满足数式3的关系。
【数式3】
以下的数式4成立。在数式4中,φ是同一时刻的、源自噪声源200的噪声的在点P1处的相位与在点P2处的相位之差。λ是源自噪声源200的噪声的波长。
【数式4】
φ=360×(a2-a1)/λ···数式4
通过对将数式3的(a1 2+h2)1/2代入数式4的a2而得到的数式进行变形,得到以下的数式5。
【数式5】
通过将相位差φ=180°代入数式5,得到以下的数式6。
【数式6】
通过将相位差φ=120°代入数式5,得到以下的数式7。
【数式7】
源自噪声源200的噪声的速度V、频率F及波长λ满足数式8的关系。
【数式8】
λ=V/F···数式8
关于结构物80的左右方向的尺寸d,在距离Ls为0.3m、尺寸d为0.25m的情况下,通过数式1,求出距离a1为0.33m。
若将噪声的速度V近似为345m/秒,则在噪声的频率F为3000Hz的情况下,通过数式8求出噪声的波长λ为0.115m。通过将距离a1=0.33m及波长λ=0.115m代入数式6,求出频率F=3000Hz且相位差φ=180°的情况下的高度之差h为0.20m。
另外,若将速度V近似为345m/秒,则在噪声的频率F为50Hz的情况下,通过数式8求出噪声的波长λ为6.9m。通过将距离a1=0.33m及波长λ=6.9m代入数式6,求出频率F=50Hz且相位差φ=180°的情况下的高度之差h为3.76m。
在距离Ls为0.3m、尺寸d为0.25m的情况下,考虑将第一压电扬声器10A的辐射面的中心位置设定为点P1,将第二压电扬声器10B的辐射面的中心位置设定为点P2。而且,考虑基于通过上述的计算而得到的高度之差h来设定这些压电扬声器10A及10B的中心间距离Lc。在该情况下,可以说是以下的情况。
(x1)若将中心间距离Lc设为3.76m以下,则难以在结构物80的背后的高于点P1且低于点P2的位置上,产生对由频率F为50Hz的噪声引起的衍射音难以进行消音的区域。
(y1)若将中心间距离Lc设为0.20m以上,则容易一边避免将中心间距离Lc缩窄到必要以上,一边抑制由频率F为50~3000Hz的噪声引起的衍射音。这从确保宽的消音区域的观点来看是有利的。
在上述的说明中,对相位差φ=180°时的数值进行了讨论。从抑制噪声的衍射音的观点出发,讨论相位差φ=120°时的数值也是有益的。这是因为,在仅将1个压电扬声器10配置在结构物80的表面80s上而使得关于高度的点P1成为辐射面15的中心的情况下,即使在相位差φ=120°的条件下,也难以实现结构物80的背后的高度与点P2相同的区域的良好的消音。
通过将距离a1=0.33m及波长λ=0.115m代入数式7,求出频率F=3000Hz且相位差φ=120°的情况下的高度之差h为0.16m。通过将距离a1=0.33m及波长λ=6.9m代入数式7,求出频率F=50Hz且相位差φ=120°的情况下的高度之差h为2.61m。
与基于相位差φ=180°的项目(x1)及(y1)同样,根据基于相位差φ=120°得到的上述数值,可以说是以下的情况。
(x2)若将中心间距离Lc设为2.61m以下,则难以在结构物80的背后的高于点P1且低于点P2的位置上,产生对由频率F为50Hz的噪声引起的衍射音难以进行消音的区域。
(y2)若将中心间距离Lc设为0.16m以上,则容易一边避免将中心间距离Lc缩窄到必要以上,一边抑制由频率F为50~3000Hz的噪声引起的衍射音。这从确保宽的消音区域的观点来看是有利的。
关于项目(x1)及(x2),50Hz属于人的可听域中的频率低的区域。因此,若将中心间距离Lc的上限值设定为3.76m或2.61m,则容易在结构物80的背后的高于点P1且低于点P2的区域中,至少对人的可听域中的频率低的区域的噪声进行消音。
此外,在上述的计算中使用a1=0.33m这样的条件,计算出3.76m及2.61m这样的上限值。若采用a1>0.33m这样的条件,则计算出更大的上限值。这意味着,不仅在a1=0.33m的情况下,而且在a1>0.33m的情况下,通过将中心间距离Lc的上限值设定为3.76m或2.61m,也能够得到容易对人的可听域中的频率低的区域的噪声进行消音的上述效果。例如,在距离Ls为5m、尺寸d为2m的情况下,通过数式1,求出距离a1为5.10m。在该情况下,通过将中心间距离Lc的上限值设定为3.76m或2.61m,也能够得到上述效果。
有时也希望可听域中频率更高的区域中的噪声的良好的消音。在该情况下,考虑进一步减小中心间距离Lc。但是,若过度减小中心间距离Lc,则难以确保宽的消音区域。因此,如项目(y1)及(y2)那样,将中心间距离Lc的下限设定为0.16m或0.20m是有意义的。
实际上,在希望也良好地对高于50Hz的频率的噪声进行消音的情况下,可以考虑该频率来设定中心间距离Lc。例如,考虑ANC系统500的规模、计算负荷等,存在希望不最大限度地发挥ANC系统500的能力而仅发挥能力的一部分的情况。在该情况下,能够考虑该应发挥的能力来选择要抑制的噪声的频带,并基于该频带来设定中心间距离Lc。
例如,若将噪声的速度V近似为345m/秒,则在噪声的频率F为500Hz的情况下,通过数式8求出噪声的波长λ为0.69m。通过将距离a1=0.33m及波长λ=0.69m代入数式6,求出频率F=500Hz且相位差φ=180°的情况下的高度之差h为0.59m。若将中心间距离Lc设为0.59m以下,则难以在结构物80的背后的高于点P1且低于点P2的位置上,产生对由频率F为50~500Hz的噪声引起的衍射音难以进行消音的区域。
另外,若将噪声的速度V近似为345m/秒,则在噪声的频率F为1000Hz的情况下,通过数式8求出噪声的波长λ为0.35m。通过将距离a1=0.33m及波长λ=0.35m代入数式6,求出频率F=1000Hz且相位差φ=180°的情况下的高度之差h为0.38m。若将中心间距离Lc设为0.38m以下,则难以在结构物80的背后的高于点P1且低于点P2的位置上,产生对由频率F为50~1000Hz的噪声引起的衍射音难以进行消音的区域。
此外,从与ANC系统500的消音性能不同的观点出发,也可以设定中心间距离Lc的范围。例如,也可以根据结构物80的上下方向的尺寸来决定中心间距离Lc的上限值。在该情况下,中心间距离Lc的上限值例如可以设定为4000mm。
如图1E所示,各压电扬声器10的辐射面15沿第一方向D1和与第一方向D1正交的第二方向D2扩展,该第一方向D1沿着中心间距离Lc。各压电扬声器10的辐射面15的第一方向D1的尺寸L1比第二方向D2的尺寸L2短。
L1<L2适于增大可消音的区域。具体而言,尺寸L1是关于第一方向D1的尺寸,以关于该第一方向D1的辐射面15的中心位置(具体而言,几何中心位置)不同的方式排列有多个压电扬声器10。因此,关于第一方向D1,即使各个辐射面15的尺寸L1小,也能够通过排列多个压电扬声器10而得到宽的消音区域。另外,关于第二方向D2,能够通过增大各个辐射面15的尺寸L2而得到宽的消音区域。另外,在L1<L2的设计下,通过减小尺寸L1,容易提高可消音的声音的频率的上限。
尺寸L2相对于尺寸L1的比率L2/L1为1.2~6。在比率L2/L1在该范围内的情况下,关于第一方向D1及第二方向D2这双方,容易得到宽的消音区域。比率L2/L1也可以是1.5~4。
在本实施方式中,第一方向D1是铅垂方向。第二方向D2是与铅垂方向正交的水平方向。在该情况下,通过在第一方向D1上排列多个压电扬声器10,能够抑制位于结构物80的背后的、身高较高的人和身高较矮的人之间的消音效果的偏差。另外,在该情况下,通过在第一方向D1上排列多个压电扬声器10,能够抑制位于结构物80的背后的、人坐着时和站着时消音效果产生偏差。
在此,对辐射面15的尺寸L1及尺寸L2详细地进行说明。如图1G所示,考虑具有沿第一方向D1延伸的边及沿第二方向D2的边的长方形12、且收容辐射面15的最小的长方形12。尺寸L1是长方形12的沿第一方向D1延伸的边的长度。尺寸L2是长方形12的沿第二方向D2延伸的边的长度。
在图1E的示例中,第一方向D1及第二方向D2分别是沿着长方形12的边的方向。但是,如图1G所示,第一方向D1及第二方向D2也可以分别是从沿着长方形12的边的方向偏离的方向。
在图1E的示例中,第一方向D1是上下方向,第二方向D2是左右方向。在图1E的示例中,第一方向D1是各压电扬声器10的辐射面15的短边方向,第二方向D2是各压电扬声器10的辐射面15的长边方向。在图1E的示例中,辐射面15的形状是具有沿第一方向D1延伸的短边和沿第二方向D2延伸的长边的长方形。
各压电扬声器10的辐射面15的第一方向D1的尺寸L1可以与相邻的各压电扬声器10的辐射面15的中心间距离Lc相同,也可以比中心间距离Lc小。在本实施方式中,尺寸L1为160mm~3760mm。尺寸L1也可以为159~3759mm。
尺寸L1可以为4000mm以下,也可以为3999mm以下,还可以为2610mm以下,还可以为2609mm以下,还可以为660mm以下,还可以为659mm以下,还可以为590mm以下,还可以为589mm以下,还可以为430mm以下,还可以为429mm以下,还可以为380mm以下,还可以为379mm以下。尺寸L1可以为199mm以上,也可以为200mm以上。
也可以调整各压电扬声器10的辐射面15的第一方向D1的尺寸L1而调整可消音的声音的频率。从该观点出发,也可以设定尺寸L1的上限。例如,尺寸L1为500mm以下。这样,容易对频率高的噪声进行消音。尺寸L1也可以为400mm以下。
也可以设定各压电扬声器10的辐射面15的第一方向D1的尺寸L1的下限。例如,尺寸L1为150mm以上。尺寸L1也可以为200mm以上。
在本实施方式中,各压电扬声器10的辐射面15的第二方向D2的尺寸L2比中心间距离Lc长。这从在第二方向D2上得到宽的消音区域的观点来看是有利的。
各压电扬声器10的辐射面15的第二方向D2的尺寸L2例如为250mm以上。尺寸L2也可以为500mm以上。
各压电扬声器10的辐射面15的第二方向D2的尺寸L2的上限没有特别限定。尺寸L2例如为2000mm以下。尺寸L2也可以为1200mm以下。
辐射面15的形状不限于图1E等所示的长方形。例如,辐射面15的形状也可以是图1H所示的圆角长方形。圆角长方形的角部的曲率半径Cr例如大于0且为圆角长方形的短边方向的长度的一半以下。
以下,一边涉及声波的传播方向及相位,一边对ANC系统500适于降低衍射音进一步进行说明。
从图1I、图2A及图3A可以理解,根据ANC系统500,能够降低由左端部81及右端部82的衍射产生的衍射音。
具体而言,如图2A所示,由左端部81的衍射产生的波阵面81w及由右端部82的衍射产生的波阵面82w以接近轴80X的方式传播。在图2A中,由符号81d表示波阵面81w的传播方向,由符号82d表示波阵面82w的传播方向。轴80X是通过左端部81及右端部82之间并向离开结构物80的方向延伸的轴。具体而言,在图2A的示例中,轴80X与结构物80的表面80s正交,并通过表面80s的中心。
另一方面,如图1I所示,各压电扬声器10的辐射面15沿着第二方向D2依次具有第一区域15a、第三区域15c及第二区域15b。具体而言,在各压电扬声器10的辐射面15上,沿着第二方向D2,依次排列有第一区域15a、第三区域15c及第二区域15b。相邻的各压电扬声器10的第一区域15a沿着第一方向D1相邻。相邻的各压电扬声器10的第二区域15b沿着第一方向D1相邻。相邻的各压电扬声器10的第三区域15c沿着第一方向D1相邻。
如图3A所示,各压电扬声器10形成以从第一区域15a靠近基准轴10X的方式传播的第一波阵面16a、和以从第二区域15b靠近基准轴10X的方式传播的第二波阵面16b。具体而言,在本实施方式中,通过辐射面15振动,形成这样的第一波阵面16a及第二波阵面16b。在图3A中,由标号13a表示第一波阵面16a的传播方向,由标号13b表示第二波阵面16b的传播方向。基准轴10X是通过第三区域15c并以远离辐射面15的方式延伸的轴。
在典型例中,通过基于控制装置110的控制,各压电扬声器10形成以从第一区域15a靠近基准轴10X的方式传播的第一波阵面16a、和以从第二区域15b靠近基准轴10X的方式传播的第二波阵面16b。在一个具体例中,通过基于控制装置110的控制,维持各压电扬声器10形成以从第一区域15a靠近基准轴10X的方式传播的第一波阵面16a、和以从第二区域15b靠近基准轴10X的方式传播的第二波阵面16b的状态。
在本实施方式中,左端部81与右端部82在第二方向D2上相对,另外,辐射面15沿着第二方向D2依次具有第一区域15a、第三区域15c及第二区域15b。因此,在本实施方式中,也可以说源自左端部81处的衍射的波阵面81w及源自右端部82处的衍射的波阵面82w以靠近图3A所示的基准轴10X的方式传播。因此,源自左端部81的衍射的波阵面81w及源自右端部82的衍射的波阵面82w与源自ANC系统500的第一波阵面16a及第二波阵面16b在传播方向上具有共通性。这适于降低噪声在左端部81及右端部82衍射而产生的衍射音。
在本实施方式中,基准轴10X与非振动时的第三区域15c正交。从基准轴10X起的第一波阵面16a的传播方向的偏离角θ1例如在5°~85°的范围内,也可以在15°~75°的范围内,也可以在25°~65°的范围内。从基准轴10X起的第二波阵面16b的传播方向的偏离角θ2例如在5°~85°的范围内,可以在15°~75°的范围内,也可以在25°~65°的范围内。第三区域15c在非振动时也可以是平面。另外,辐射面15整体在非振动时也可以是平面。基准轴10X也可以是通过辐射面15的中心的轴。
图4是以往的动态扬声器610的说明图。动态扬声器610从其辐射面辐射大致半球面波。该大致半球面波的波阵面610w也是大致半球面状。在图4中,轴610X是通过动态扬声器610的辐射面并以远离其辐射面的方式延伸的轴。
图5是以往的平面扬声器620的说明图。平面扬声器620从其辐射面辐射大致平面波。该大致平面波的波阵面620w也是大致平面状。在图5中,轴620X是通过平面扬声器620的辐射面并以远离其辐射面的方式延伸的轴。
由图3A、图4及图5可知,本实施方式的以从第一区域15a靠近基准轴10X的方式传播的第一波阵面16a与以从第二区域15b靠近基准轴10X的方式传播的第二波阵面16b的组合在以往的扬声器610及710中无法得到。
图6A是本实施方式的各压电扬声器10的辐射面15的振动的说明图。如图6A所示,本实施方式的扬声器10构成为辐射面15的端部也能够良好地振动。辐射面15整体的振动的自由度高。关于详细情况,需要等待今后的研究,但这可能有助于第一波阵面16a及第二波阵面16b的形成。另外,辐射面15有可能以在某种程度上接近自由端振动模式的模式进行振动。具体而言,辐射面15有可能以在某种程度上接近1次自由端振动模式的模式进行振动。
与以往的扬声器610及710相比的扬声器10的消音效果的优越性有在来自噪声源200的噪声的频率高时容易显现的倾向。
假设考虑使用以往的扬声器610或710,在第二方向D2上得到宽的消音区域。在该情况下,需要按照从扬声器610或710发出的声音的每个半端长度来排列扬声器610或710。与此相对,在使用压电扬声器10而应在第二方向D2上得到宽的消音区域的情况下,只要增大压电扬声器10的第二方向D2的尺寸L2即可。扬声器的数量可以较少也是使用压电扬声器10的优点。
在一个具体例中,在第一区域15a形成有辐射面15的端部的一部分。在第二区域15b形成有辐射面15的端部的一部分。
在此,考虑各压电扬声器10不振动,ANC系统500不发挥其消音功能的状况(以下,称为非消音状况)。在非消音状况下,虽然也取决于结构物80的尺寸及来自噪声源200的噪声的波长,但如图2C示意性所示,通过来自噪声源200的噪声在结构物80上衍射,由此,在各压电扬声器10中,能够出现如下期间:第一区域15a中的声波的相位与第二区域15b中的声波的相位的正负相同、第一区域15a中的声波的相位与第三区域15c中的声波的相位的正负相反、且第二区域15b中的声波的相位与第三区域15c中的声波的相位的正负相反。在图2C中,阴影11m与第一压电扬声器10A的第三区域15c、第二压电扬声器10B的第一区域15a及第二压电扬声器10B的第二区域15b相关联,这示意性地表示这些区域中的声波的相位为正和负中的一方。另外,在图2C中,阴影11n与第一压电扬声器10A的第一区域15a、第一压电扬声器10A的第二区域15b及第二压电扬声器10B的第三区域15c相关联,这示意性地表示这些区域中的声波的相位为正和负中的另一方。
关于这一点,根据本实施方式,如以下说明的那样,在第一区域15a、第二区域15b及第三区域15c中,能够通过源自ANC系统500的声音降低具有上述的相位分布的源自噪声源200的噪声。
将各压电扬声器10形成的第一区域15a中的声波定义为第一声波。将各压电扬声器10形成的第二区域15b中的声波定义为第二声波。将各压电扬声器10形成的第三区域15c中的声波定义为第三声波。在本实施方式中,如图3C示意性所示,在各压电扬声器10中,出现如下期间:第一声波的相位与第二声波的相位的正负相同、第一声波的相位与第三声波的相位的正负相反、且第二声波的相位与第三声波的相位的正负相反。根据本实施方式,在第一区域15a、第二区域15b及第三区域15c中,能够通过源自ANC系统500的声音降低具有上述的相位分布的源自噪声源200的噪声。在图3C中,阴影11m与第一压电扬声器10A的第一区域15a、第一压电扬声器10A的第二区域15b及第二压电扬声器10B的第三区域15c相关联,这示意性地表示这些区域中的源自ANC系统500的声波的相位为正和负中的一方。另外,在图3C中,阴影11n与第一压电扬声器10A的第三区域15c、第二压电扬声器10B的第一区域15a及第二压电扬声器10B的第二区域15b相关联,这示意性地表示这些区域中的源自ANC系统500的声波的相位为正和负中的另一方。
在典型例中,通过基于控制装置110的控制,在各压电扬声器10中,能够出现如下的期间T1:第一声波的相位与第二声波的相位的正负相同、第一声波的相位与第三声波的相位的正负相反、且第二声波的相位与第三声波的相位的正负相反。在将第一声波、第二声波或第三声波的一个周期设为Tp时,T1/Tp虽然也取决于噪声源200,但T1/Tp例如为0.01~1。另外,在噪声源200发出正弦波的情况下,期间T1能够持续或周期性地出现。T1/Tp可以为0.1~1,也可以为0.5~1,还可以为0.7~1,还可以为0.9~1。
如上所述,第一声波是扬声器10形成的第一区域15a中的声波。第一声波是包含面向第一区域15a的空间中无限接近第一区域15a的位置的声波的概念。因此,第一声波的测定能够通过该“无限接近的位置”的声波的测定来实现。关于第二声波及第三声波也同样。
能够得到上述的第一声波、第二声波及第三声波的相位分布的事实与使辐射面15以在某种程度上接近1次自由端振动模式的模式进行振动的假设相匹配。
另外,在非消音状况下,虽然也取决于结构物80的尺寸及来自噪声源200的噪声的波长,但由于来自噪声源200的噪声在结构物80中发生衍射,因此能够出现如下期间:相邻的各压电扬声器10的第一区域15a中的声波的相位的正负相反。具体而言,能够出现如下的期间:相邻的各压电扬声器10的第一区域15a中的声波的相位的正负相反、相邻的各压电扬声器10的第二区域15b中的声波的相位的正负相反、且相邻的各压电扬声器10的第三区域15c中的声波的相位的正负相反。
关于这一点,在本实施方式中,如图3C示意性所示,能够出现相邻的各压电扬声器10的第一声波的相位的正负相反的期间。具体而言,能够出现如下期间:相邻的各压电扬声器10的第一声波的相位的正负相反、相邻的各压电扬声器10的第二声波的相位的正负相反、且相邻的各压电扬声器10的第三声波的相位的正负相反。根据本实施方式,能够通过源自ANC系统500的声音来降低在第一区域15a、第二区域15b及第三区域15c中具有上述的相位分布的源自噪声源200的噪声。
在典型例中,通过基于控制装置110的控制,能够出现相邻的各压电扬声器10的第一声波的相位的正负相反的期间T2。具体而言,通过基于控制装置110的控制,能够出现如下的期间T2:相邻的各压电扬声器10的第一声波的相位的正负相反、相邻的各压电扬声器10的第二声波的相位的正负相反、且相邻的各压电扬声器10的第三声波的相位的正负相反。在将第一声波、第二声波或第三声波的一个周期设为Tp时,T2/Tp虽然也取决于噪声源200,但T2/Tp例如为0.01~1。另外,在噪声源200发出正弦波的情况下,期间T2能够持续或周期性地出现。T2/Tp可以为0.1~1,也可以为0.5~1,还可以为0.7~1,还可以为0.9~1。
由图2B及图3B可知,根据ANC系统500,能够降低由上端部83的衍射产生的衍射音。
具体而言,在图2B中,示意性地示出了由上端部83的衍射产生的波阵面83w和波阵面83w的传播方向83d。如图2B所示,在结构物80的背后,考虑从结构物80的表面80s离开相同距离、但上下方向的位置不同的点Q1及点Q2。从上端部83到点Q1的距离与从上端部83到点Q2的距离互不相同。因此,波阵面83w的相位在点Q1与点Q2偏移。在存在这样的相位偏移的情况下,利用单一的压电扬声器10在点Q1及点Q2这双方进行良好的消音未必容易。
关于这一点,在本实施方式中,第一方向D1是上下方向。多个压电扬声器10以在该第一方向D1上的辐射面15的中心位置(具体而言,几何中心位置)不同的方式排列。这使得能够在点Q1及点Q2这双方进行良好的消音。具体而言,如图3B示意性所示,能够通过第一压电扬声器10A实现以点Q1为中心的区域的消音,通过第二压电扬声器10B实现以点Q2为中心的区域的消音。更一般地,根据本实施方式,能够在第一方向D1上相互不同的位置进行良好的消音。
在本实施方式中,ANC系统500具备控制装置110。控制装置110构成为能够从扬声器10输出第一频率范围FR1的声音。频率范围FR1例如为50Hz~3000Hz,也可以是100~2000Hz。
在一个具体例中,在控制装置110中,能够设定第二频率范围FR2。控制装置110将从扬声器10输出的声音的频率控制为第二频率范围FR2内的值。第二频率范围FR2比第一频率范围FR1窄。现实中,考虑ANC系统500的规模、计算负荷等,有时希望不最大限度地发挥ANC系统500的能力而仅发挥能力的一部分。该具体例可以在这种情况下采用。具体而言,根据该具体例,能够选择期望的频带作为第二频率范围FR2。
如图1E所示,在本实施方式中,在俯视观察结构物80的表面80s时,辐射面15具有相对的左端部15j及右端部15k。在俯视观察结构物80的表面80s时,左端部15j与结构物80的端部之间的左边距M1为零以上且基准波长的1/10以下。在俯视观察结构物80的表面80s时,右端部15k与结构物80的端部之间的右边距M2为零以上且基准波长的1/10以下。在此,基准波长是第一频率范围FR1或第二频率范围FR2的上限的声音的波长。这样,适于降低噪声在左端部81及右端部82衍射而产生的衍射音。此外,所谓1/10的比率是由于一般的ANC的消音区域是成为控制对象的噪声的波长的1/10。
此外,现实中,为了便于产品化,有时也应该在某种程度上增大左边距M1及右边距M2。考虑到这一点,可以使左边距M1及右边距M2的上限大于基准波长的1/10。从在得到降低衍射音的效果的同时进行合理的产品化的观点出发,例如,可以使左边距M1为零以上且基准波长的1/3以下。另外,在俯视观察结构物80的表面80s时,可以使右边距M2为零以上且基准波长的1/3以下。
左边距M1例如为0cm~50cm,也可以为0cm~10cm。右边距M2例如为0cm~50cm,也可以为0cm~10cm。
左边距M1是在俯视观察辐射面15时的左端部15j与左端部81之间的距离(具体而言是最短距离)。在本实施方式中,右边距M2是俯视观察辐射面15时的右端部15k与右端部82之间的距离(具体而言是最短距离)。
在本实施方式中,在俯视观察结构物80的表面80s时,多个压电扬声器10中配置于最上侧的压电扬声器10的辐射面15的上端部15l与结构物80的端部之间的上边距M3为零以上且基准波长的1/10以下。上边距M3可以为零以上且基准波长的1/3以下。上边距M3例如为0cm~50cm,也可以是0cm~10cm。
上边距M3是在俯视观察表面80s时的多个压电扬声器10中配置于最上侧的压电扬声器10的辐射面15的上端部15l与上端部83之间的距离(具体而言为最短距离)。
在本实施方式中,在结构物80的表面80s上构成有沿第一方向D1延伸的压电扬声器10的列。在图示的示例中,该列的数量为1个。这从避免控制变得复杂并且确保宽的消音区域的观点出发来看是有利的。但是,该列的数量也可以是多个。
在使用压电扬声器的ANC系统中,与使用点声源或线声源的ANC系统相比,也容易降低比以中心间距离为半波长的噪声高的频率的噪声。这是因为压电扬声器的辐射面二维地扩展。
在一个示例中,ANC系统500具有多个压电扬声器10输出的声音的频率的上限为上限频率的规格。该上限频率比以中心间距离Lc为半波长的声音的频率高。在该示例中,利用了如下的优点:使用压电扬声器的ANC系统也容易降低高频率的噪声。在一个具体例中,上限频率是上述的第二频率范围FR2的上限。在其他具体例中,上限频率是由压电扬声器10的尺寸决定的频率,例如是第一频率范围FR1。
在本实施方式中,如图7所示,ANC系统500具备多个误差麦克风140和控制装置110。控制装置110使用多个误差麦克风140控制从多个压电扬声器10输出的声音。该结构适于增大可消音的区域。
具体而言,在本实施方式中,多个压电扬声器10和多个误差麦克风140一对一地建立对应。控制装置110也可以使用与压电扬声器10建立了对应的误差麦克风140来控制从各压电扬声器10输出的声音。该结构适于在抑制误差麦克风140的数量的同时增大可消音的区域。
在本实施方式中,ANC系统500的控制装置110具有多个噪声控制滤波器121。多个压电扬声器10和多个噪声控制滤波器121一对一地对应。控制装置110使用与压电扬声器10建立了对应的噪声控制滤波器121来控制从各压电扬声器10输出的声音。根据该结构,控制装置110能够独立地控制各压电扬声器10。这从在宽的区域内实现良好的消音的观点来看是有利的。
在本实施方式中,多个压电扬声器10、多个误差麦克风140及多个噪声控制滤波器121一对一地建立对应。噪声控制滤波器121进行动作,从而使由与自身建立了对应的误差麦克风140感测的声音变小(具体而言使该声音的大小接近极小值,更具体而言使该声音的大小收敛于极小值),并且使与自身建立了对应的压电扬声器10发出声音。
误差麦克风140的数量可以比压电扬声器10的数量多。在该情况下,如后所述,能够构成多通道ANC系统。
误差麦克风140的数量可以比压电扬声器10的数量少。在该情况下,多个压电扬声器10中的至少2个可以共用同一误差麦克风140。
在本实施方式中,ANC系统500具备至少1个参考麦克风130。控制装置110使用至少1个参考麦克风130来控制从各压电扬声器110输出的声音。根据参考麦克风130,能够进行非周期信号的消音。
使用图8对本实施方式的消音效果进行说明。在图8中,符号85a表示与上下方向垂直的基准面。符号85b表示与左右方向垂直的垂直面。根据本实施方式,能够实现基准面85a的消音及垂直面85b的消音这二者。具体而言,在图8的示例中,上下方向是铅垂方向。基准面85a是水平面。另外,垂直面85b是矢状面。
在图1A~图1I的示例中,ANC系统500中的压电扬声器10的数量为2个。但是,ANC系统500中的压电扬声器10的数量为3个以上,例如可以是4个。
在图1A~图1I的示例中,下端部84与地面接触。但是,也可以以在比下端部84靠下方处形成空间的方式配置结构物80。在该情况下,能够以降低在下端部84产生的衍射音的方式构成ANC系统500。
在一个示例中,在俯视观察结构物80的表面80s时,多个压电扬声器10中配置于最下侧的压电扬声器10的辐射面15的下端部与结构物80的端部之间的下边距为零以上且基准波长的1/10以下。下边距可以为零以上且基准波长的1/3以下。下边距例如为0cm~50cm,可以为0cm~10cm。
下边距是俯视观察表面80s时的多个压电扬声器10中配置于最下侧的压电扬声器10的辐射面15的下端部与下端部84之间的距离(具体而言为最短距离)。
此外,在结构物80的表面80s的哪个部分配置多个压电扬声器10没有特别限定。
[前馈控制ANC系统]
在一个具体例中,ANC系统500进行前馈控制。以下,有时将进行前馈控制的ANC系统500记为前馈控制ANC系统500。
前馈控制ANC系统500具备1个参考麦克风130、多个误差麦克风140及控制装置110。控制装置110具有多个噪声控制滤波器121。多个压电扬声器10、多个误差麦克风140及多个噪声控制滤波器121一对一地建立对应。
假设应抵消的声波从噪声源200到达规定区域中的某误差麦克风140的位置,在该误差麦克风140的位置具有波形X。与该误差麦克风140建立了对应的压电扬声器10辐射在到达该误差麦克风140的位置时具有与波形X相位相反的波形Y的声波。这些声波在误差麦克风140的位置相互抵消。换言之,这些声波在误差麦克风140的位置被合成,生成具有振幅减低为零或低电平的波形Z的合成声波。同样的现象在彼此建立了对应的其他压电扬声器10及误差麦克风140的组合中也产生。在前馈控制ANC系统500中,这样实现消音。
在前馈控制ANC系统500中,进行使用参考麦克风130、多个误差麦克风140及控制装置110的前馈控制。具体而言,从压电扬声器10观察时参考麦克风130配置于噪声源200侧。参考麦克风130感测来自噪声源200的声音。多个误差麦克风140配置在上述规定区域,感测上述规定区域中的声音。控制装置110根据由参考麦克风130及多个误差麦克风140感测到的声音,调整从多个压电扬声器10辐射的声波。
在前馈控制ANC系统500中,1个误差麦克风140与1个压电扬声器10建立对应。可以将这样的前馈控制ANC系统500称为单通道ANC系统500。
在前馈控制ANC系统500中,也可以使多个误差麦克风140与1个压电扬声器10建立对应。可以将这样的前馈控制ANC系统500称为多通道ANC系统500。
单通道ANC系统500从实现简单的控制的观点来看是有利的。根据多通道ANC系统500,能够在各误差麦克风140的点上降低噪声。从实现宽的空间的消音的观点来看,设置多个能够通过多个误差麦克风140降低噪声的点(控制点)是有利的。
控制装置110具有第一前置放大器(以下,有时将放大器(amplifier)称为放大器(amp))、第一低通滤波器、第一模拟数字转换器(以下,有时称为AD转换器)、第二前置放大器、第二低通滤波器、第二AD转换器、功率放大器、第三低通滤波器、数字模拟转换器(以下,有时称为DA转换器)、运算部。
具体而言,第一前置放大器、第一低通滤波器、第一AD转换器、第二前置放大器、第二低通滤波器、第二AD转换器、功率放大器、第三低通滤波器、DA转换器、运算部在从多个压电扬声器10输出的声音的控制中被共用。另一方面,与误差麦克风140同样,噪声控制滤波器121针对各压电扬声器10各设置1个。
第一前置放大器对参考麦克风130的输出信号进行放大。第一低通滤波器使第一前置放大器的输出信号的低频成分通过。第一AD转换器将第一低通滤波器的输出信号转换为数字信号。由此,从第一AD转换器输出时刻n的参照信号x(n)。
第二前置放大器对误差麦克风140的输出信号进行放大。第二低通滤波器使第二前置放大器的输出信号的低频成分通过。第二AD转换器将第二低通滤波器的输出信号转换为数字信号。由此,从第二AD转换器输出时刻n的误差信号e(n)。
运算部根据参照信号x(n)及误差信号e(n)生成时刻n的控制信号y(n)。运算部例如由DSP(Digital Signal Processor:数字信号处理器)或FPGA(Field-ProgrammableGate Array:现场可编程门阵列)等构成。运算部例如基于filtered-x算法进行动作。
具体而言,运算部具有噪声控制滤波器121。运算部更新噪声控制滤波器121的滤波器系数,以使误差信号e(n)变小,具体而言使误差信号e(n)接近极小值,更具体而言使误差信号e(n)收敛于极小值。
DA转换器将控制信号y(n)转换为模拟信号。第三低通滤波器使DA转换器的输出信号的低频成分通过。功率放大器对第三低通滤波器的输出信号进行放大。从功率放大器输出的信号作为控制信号被发送到压电扬声器10。根据该信号,从辐射面15输出声音。
从以上的说明可知,前馈控制ANC系统500具备多个误差麦克风140、至少1个参考麦克风130及控制装置110。至少1个参考麦克风130、结构物80、多个压电扬声器10及多个误差麦克风140依次排列。控制装置110根据参考麦克风130的输出信号及多个误差麦克风140的输出信号,执行对从多个压电扬声器10输出的声音进行控制的前馈控制。根据前馈控制,不仅能够实现周期信号的消音,还能够实现非周期信号的消音。
[反馈ANC系统]
在一个具体例中,ANC系统500进行反馈控制。以下,有时将进行反馈控制的ANC系统500记作反馈ANC系统500。
反馈ANC系统500具备多个误差麦克风140和控制装置110。控制装置110具有多个噪声控制滤波器121。多个压电扬声器10、多个误差麦克风140及多个噪声控制滤波器121一对一地建立对应。
假设应抵消的声波从噪声源200到达规定区域中的某误差麦克风140的位置,在该误差麦克风140的位置具有波形X。与该误差麦克风140建立了对应的压电扬声器10辐射在到达该误差麦克风140的位置时具有与波形X相位相反的波形Y的声波。这些声波在误差麦克风140的位置相互抵消。换言之,这些声波在误差麦克风140的位置被合成,生成具有振幅降低为零或低电平的波形Z的合成声波。同样的现象也发生在彼此对应的其他压电扬声器10及误差麦克风140的组合中。在反馈ANC系统500中,这样实现消音。
在反馈ANC系统500中,进行使用了多个误差麦克风140及控制装置110的反馈控制。具体而言,多个误差麦克风140配置于上述规定区域,感测上述规定区域中的声音。控制装置110根据由多个误差麦克风140感测到的声音,调整从多个压电扬声器10辐射的声波。
在反馈ANC系统500中,1个误差麦克风140与1个压电扬声器10建立对应。可以将这样的反馈ANC系统500称为单通道ANC系统500。
在反馈ANC系统500中,也可以使多个误差麦克风140与1个压电扬声器10建立对应。可以将这样的反馈ANC系统500称为多通道ANC系统500。
单通道ANC系统500从实现简单的控制的观点来看是有利的。根据多通道ANC系统500,能够在各误差麦克风140的点降低噪声。从实现宽的空间的消音的观点来看,通过多个误差麦克风140设置多个控制点是有利的。
控制装置110具有第二前置放大器、第二低通滤波器、第二AD转换器、功率放大器、第三低通滤波器、DA转换器及运算部。
具体而言,第二前置放大器、第二低通滤波器、第二AD转换器、功率放大器、第三低通滤波器、DA转换器及运算部在从多个压电扬声器10输出的声音的控制中被共用。另一方面,与误差麦克风140同样,噪声控制滤波器121针对各压电扬声器10各设置有1个。
第二前置放大器对误差麦克风140的输出信号进行放大。第二低通滤波器使第二前置放大器的输出信号的低频成分通过。第二AD转换器将第二低通滤波器的输出信号转换为数字信号。由此,从第二AD转换器输出时刻n的误差信号e(n)。
运算部根据误差信号e(n)生成时刻n的控制信号y(n)。运算部例如由DSP或FPGA等构成。运算部例如基于filtered-x算法进行动作。
具体而言,运算部具有噪声控制滤波器121。运算部更新噪声控制滤波器121的滤波器系数,以使误差信号e(n)变小,具体而言使误差信号e(n)接近极小值,更具体而言使误差信号e(n)收敛于极小值。
DA转换器将控制信号y(n)转换为模拟信号。第三低通滤波器使DA转换器的输出信号的低频成分通过。功率放大器对第三低通滤波器的输出信号进行放大。从功率放大器输出的信号作为控制信号被发送到压电扬声器10。根据该信号,从辐射面15输出声音。
从以上的说明可知,反馈ANC系统500具备多个误差麦克风140和控制装置110。结构物80、多个压电扬声器10及多个误差麦克风140依次排列。控制装置110根据多个误差麦克风140的输出信号,执行对从多个压电扬声器10输出的声音进行控制的反馈控制。根据反馈控制,不需要参考麦克风130,就能够对周期信号进行消音。
从关于前馈控制ANC系统500及反馈ANC系统500的说明可知,ANC系统500的控制装置110可以具有至少1个放大器。控制装置110可以具有至少1个低通滤波器。控制装置110可以具有至少1个AD转换器。控制装置110可以具有至少1个DA转换器。这些要素能够有助于从压电扬声器10输出的声音的控制。
ANC系统500可以设置在办公室等中。在一个具体例中,压电扬声器10安装于作为隔板的结构物80。噪声源200使某会议空间的人。上述规定区域是其他会议空间。
[压电扬声器10的第一结构例]
使用图9及图10对第一结构例的压电扬声器10进行说明。
压电扬声器10具备压电膜35、第一接合层51、中间层40及第二接合层52。第一接合层51、中间层40、第二接合层52及压电膜35依次层叠。
压电膜35包括压电体30、第一电极61及第二电极62。
压电体30具有薄膜形状。压电体30通过施加电压而振动。作为压电体30,可以使用陶瓷膜、树脂膜等。作为陶瓷膜即压电体30的材料,可举出锆酸铅、锆钛酸铅、锆钛酸镧铅、钛酸钡、Bi层状化合物、钨青铜结构化合物、钛酸钡与铋铁氧体的固溶体等。作为树脂膜即压电体30的材料,可举出聚偏氟乙烯、聚乳酸等。作为树脂膜即压电体30的材料,也可以是聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃。另外,压电体30可以是无孔体,也可以是多孔体。
压电体30的厚度例如在10μm~300μm的范围内,也可以在30μm~110μm的范围内。
第一电极61及第二电极62以夹着压电体30的方式与压电体30接触。第一电极61及第二电极62具有薄膜形状。第一电极61及第二电极62分别与未图示的引线连接。第一电极61及第二电极62可以通过蒸镀、镀敷、溅射等形成在压电体30上。作为第一电极61及第二电极62,可以使用金属箔。金属箔可以通过双面胶带、粘合剂、粘接剂等粘贴在压电体30上。作为第一电极61及第二电极62的材料,可举出金属,具体而言,可举出金、铂、银、铜、钯、铬、钼、铁、锡、铝、镍等。作为第一电极61及第二电极62的材料,也可举出碳、导电性高分子材料等。作为第一电极61及第二电极62的材料,也可举出上述金属的合金。第一电极61及第二电极62也可以包含玻璃成分等。
第一电极61及第二电极62的厚度例如分别在10nm~150μm的范围内,也可以在20nm~100μm的范围内。
在图9及图10的示例中,第一电极61覆盖压电体30的一个主面整体。但是,第一电极61也可以仅覆盖压电体30的该一个主面的一部分。第二电极62覆盖压电体30的另一个主面整体。但是,第二电极62也可以仅覆盖压电体30的该另一个主面的一部分。
在第一结构例中,中间层40配置在压电膜35与第一接合层51之间。中间层40可以是粘接层及粘合层以外的层,也可以是粘接层或粘合层。在第一结构例中,中间层40是多孔体层和/或树脂层。在此,树脂层是包括橡胶层及弹性体层的概念,因此,作为树脂层的中间层40也可以是橡胶层或弹性体层。作为树脂层即中间层40,可举出乙丙橡胶层、丁基橡胶层、丁腈橡胶层、天然橡胶层、丁苯橡胶层、硅酮层、聚氨酯层、丙烯酸树脂层等。作为多孔体层即中间层40,可举出发泡体层等。具体而言,作为多孔体层及树脂层即中间层40,可举出乙丙橡胶发泡体层、丁基橡胶发泡体层、丁腈橡胶发泡体层、天然橡胶发泡体层、丁苯橡胶发泡体层、硅酮发泡体层、聚氨酯发泡体层等。作为不是多孔体层而是树脂层的中间层40,可举出丙烯酸树脂层等。作为不是树脂层而是多孔体层的中间层40,可举出金属的多孔体层等。在此,树脂层是指包含树脂的层,是指可以包含30%以上树脂、可以包含45%以上树脂、可以包含60%以上树脂、可以包含80%以上树脂的层。关于橡胶层、弹性体层、乙丙橡胶层、丁基橡胶层、丁腈橡胶层、天然橡胶层、丁苯橡胶层、硅酮层、聚氨酯层、丙烯酸树脂层、金属层等,也是同样的。另外,关于作为压电体30可采用的树脂膜、陶瓷膜等,也是同样的。中间层40可以是2种以上的材料的混合层。
中间层40的弹性模量例如为10000N/m2~20000000N/m2,也可以是20000N/m2~100000N/m2
在一个示例中,作为多孔体层的中间层40的孔径为0.1mm~7.0mm,也可以是0.3mm~5.0mm。在另一示例中,作为多孔体层的中间层40的孔径例如为0.1mm~2.5mm,可以是0.2mm~1.5mm,也可以是0.3mm~0.7mm。作为多孔体层的中间层40的孔隙率例如为70%~99%,可以为80%~99%,也可以为90%~95%。
作为发泡体层即中间层40,可以使用公知的发泡体(例如,可以使用专利文献2的发泡体)。作为发泡体层的中间层40可以具有连续气泡结构,也可以具有独立气泡结构,也可以具有半独立半连续气泡结构。连续气泡结构是指连续气泡率为100%的结构。独立气泡结构是指连续气泡率为0%的结构。半独立半连续气泡结构是指连续气泡率为大于0%且小于100%的结构。在此,连续气泡率例如可以进行将发泡体层沉入水中的试验,使用算式:连续气泡率(%)={(吸水的水的体积)/(气泡部分体积)}×100进行计算。在一个具体例中,“吸水的水的体积”通过如下方式得到:将发泡体层沉入水中并在-750mmHg的减压下放置3分钟后,测量发泡体层的气泡中的与空气置换的水的质量,将水的密度作为1.0g/cm3而换算为体积。“气泡部分体积”是使用算式:气泡部分体积(cm3)={(发泡体层的质量)/(发泡体层的表观密度)}-{(发泡体层的质量)/(材料密度)}计算的值。“材料密度”是形成发泡体层的母材(实心体)的密度。
作为发泡体层的中间层40的发泡倍率(发泡前后的密度比)例如是5~40倍,也可以是10~40倍。
非压缩状态下的中间层40的厚度例如在0.1mm~30mm的范围内,可以在1mm~30mm的范围内,可以在1.5mm~30mm的范围内,也可以在2mm~25mm的范围内。典型地,在非压缩状态下,中间层40比压电膜35厚。在非压缩状态下,中间层40的厚度相对于压电膜35的厚度的比率例如为3倍以上,可以为10倍以上,也可以为30倍以上。另外,典型地,在非压缩状态下,中间层40比第一接合层51厚。
第一接合层51由其表面形成固定面17。第一接合层51是与结构物80接合的层。在图9的示例中,第一接合层51与中间层40接合。
在第一结构例中,第一接合层51是粘合性或粘接性的层。换言之,第一接合层51是粘接层或粘合层。固定面17是粘接面或粘合面。第一接合层51可以粘贴于结构物80。在图1的示例中,第一接合层51与中间层40接触。
作为第一接合层51,可举出具有基材、涂布在基材的两面的粘合剂的双面胶带。作为用作第一接合层51的双面胶带的基材,可举出无纺布等。作为用作第一接合层51的双面胶带的粘合剂,可举出含有丙烯酸树脂的粘合剂等。但是,第一接合层51也可以是不具有基材的粘合剂的层。
第一接合层51的厚度例如为0.01mm~1.0mm,也可以为0.05mm~0.5mm。
第二接合层52配置在中间层40与压电膜35之间。在第一结构例中,第二接合层52是粘合性或粘接性的层。换言之,第二接合层52是粘接层或粘合层。具体而言,第二接合层52与中间层40和压电膜35接合。
作为第二接合层52,可举出具有基材、涂布在基材的两面的粘合剂的双面胶带。作为用作第二接合层52的双面胶带的基材,可举出无纺布等。作为用作第二接合层52的双面胶带的粘合剂,可举出包含丙烯酸树脂的粘合剂等。但是,第二接合层52也可以是不具有基材的粘合剂的层。
第二接合层52的厚度例如为0.01mm~1.0mm,也可以为0.05mm~0.5mm。
在第一结构例中,通过使粘接面或粘合面与压电膜35接触,压电膜35与固定面17侧的层被一体化。具体而言,在第一结构例中,该粘接面或粘合面是由第二粘合层或粘接层52的表面形成的面。
使用多个第一结构例的压电扬声器10,能够构成ANC系统500。压电扬声器10与动态扬声器相比,从电信号到达自身到发出声音为止花费的时间(以下,有时称为延迟时间)短。因此,压电扬声器10不仅在自身的尺寸小这一点上,而且在能够缩短参考麦克风130与压电扬声器10的距离的这一点上,也适于小型的ANC系统的结构。例如,也可以将参考麦克风130、控制装置110以及压电扬声器10安装于1个隔板。
在压电扬声器10固定于结构物80的状态下,电压经由引线施加于压电膜35。由此,压电膜35振动,从压电膜35辐射声波。
关于压电扬声器10及应用了压电扬声器10的ANC系统500,进一步进行说明。
压电扬声器10可通过固定面17固定于结构物80。这样,能够构成使用了压电扬声器10的ANC系统500。在ANC系统500中,中间层40配置在压电膜35与结构物80之间。在图示的示例中,中间层40仅约束压电膜35的2个主面中的一个主面。
关于作用的详细情况,需要等待今后的研究,但通过利用中间层40适度地约束压电膜35的一个主面,有可能容易从压电膜35产生可听音域中的低频侧的声音。考虑到这一点,在俯视观察压电膜35时,能够在压电膜35的面积的25%以上的区域中配置中间层40。在俯视观察压电膜35时,可以在压电膜35的面积的50%以上的区域中配置中间层40,可以在压电膜35的面积的75%以上的区域中配置中间层40,也可以在压电膜35的整个区域中配置中间层40。另外,能够由压电膜35构成压电扬声器10中的与固定面17相反的一侧的主面38的50%以上。也可以由压电膜35构成主面38的75%以上,也可以由压电膜35构成主面38整体。
在第一结构例中,通过第二接合层52防止压电膜35与中间层40的分离。从上述的“适度的约束”的观点出发,在俯视观察压电膜35时,能够在压电膜35的面积的25%以上的区域中配置第二接合层52及中间层40。在俯视观察压电膜35时,可以在压电膜35的面积的50%以上的区域中配置第二接合层52及中间层40,可以在压电膜35的面积的75%以上的区域中配置第二接合层52及中间层40,也可以在压电膜35的整个区域中配置第二接合层52及中间层40。
在此,在中间层40为多孔体的情况下,配置中间层40的区域的比率不是由考虑到源自该多孔质结构的细孔的微观的观点来规定,而是由更宏观的观点来规定。例如,在压电膜35、作为多孔体的中间层40以及第二接合层52为在俯视时具有共同的轮廓的板状体的情况下,表现为在压电膜35的面积的100%的区域中配置有第二接合层52及中间层40。
在第一结构例中,中间层40的约束度为5×109N/m3以下。中间层40的约束度例如为1×104N/m3以上。中间层40的约束度优选为5×108N/m3以下,更优选为2×108N/m3以下,进一步优选为1×10 5~5×107N/m3。在此,中间层40的约束度(N/m3)如以下的式子所示,是通过中间层40的弹性模量(N/m2)与中间层40的表面填充率的积除以中间层40的厚度(m)所得的值。中间层40的表面填充率是中间层40的压电膜35侧的主面的填充率(从1减去孔隙率得到的值)。在中间层40的孔均等地分布的情况下,表面填充率可以视为与中间层40的3维的填充率相等。
约束度(N/m3)=弹性模量(N/m2)×表面填充率÷厚度(m)
约束度可以认为是表示中间层40对压电膜35的约束的程度的参数。由上述的式子示出“中间层40的弹性模量越大,则约束的程度越大”。由上述的式子示出“中间层40的表面填充率越大,则约束的程度越大”。由上述的式子示出“中间层40的厚度越小,则约束的程度越大”。关于中间层40的约束度与从压电膜35产生的声音之间的关系需要等待今后的研究,但在约束度过大的情况下,有可能妨碍发出低频侧的声音所需的压电膜35的变形。相反,在约束度过小的情况下,压电膜35在其的厚度方向上不充分变形,仅在其面内方向(与厚度方向垂直的方向)上伸缩,有可能妨碍低频侧的声音的产生。可以认为,通过将中间层40的约束度设定为适度的范围,压电膜35的面内方向的伸缩适当变换为厚度方向的变形,压电膜35作为整体适当地弯曲,容易产生低频侧的声音。
由上述的说明可知,在压电膜35与固定面17之间,也可以是与中间层40不同的层。该不同的层例如是第二粘合层52。
与中间层40相比,结构物80可以具有大的约束度。即使在这种情况下,通过中间层40的作用,也可以从压电膜35产生低频侧的声音。但是,结构物80可以具有与中间层40相同的约束度,也可以具有比中间层40小的约束度。在此,结构物80的约束度(N/m3)是通过结构物80的弹性模量(N/m2)与结构物80的表面填充率的积除以结构物80的厚度(m)所得的值。结构物80的表面填充率为结构物80的压电膜35侧的主面的填充率(从1减去孔隙率而得到的值)。
典型地,与中间层40相比,结构物80具有大的刚性(杨氏模量与截面二次力矩的积)、大的杨氏模量和/或大的厚度。但是,结构物80也可以具有与中间层40相同的刚性、杨氏模量和/或厚度,也可以具有比中间层40小的刚性、杨氏模量和/或厚度。结构物80的杨氏模量例如为1GPa以上,可以是10GPa以上,也可以是50GPa以上。结构物80的杨氏模量的上限没有特别限定,例如为1000GPa。
在图示的示例中,压电膜35并非完全被中间层40包围。在图示的示例中,存在依次通过中间层40及压电膜35之后不经由中间层40而到达扬声器10的外部的假想直线。在此,“存在假想直线”是指能够画出这样的直线的意思。在图示的示例中,从压电膜35观察,中间层40仅向固定面17侧扩展。
在图示的示例中,压电膜35的与固定面17相反的一侧的主面38构成辐射面15。即,压电膜35的与中间层40相反的一侧的主面38构成辐射面15。在该结构中,压电膜35的中间层40侧的主面被中间层40约束,从而压电膜35的面内方向的伸缩可以适度地转换为厚度方向的变形。但是,也可以采用其他方式。
具体而言,也可以在压电膜35的与中间层40的相反的一侧设置有第一层。例如,第一层用于压电膜35的保护。在该情况下,第一层的主面可以构成辐射面15。或者,第一层以外的第二层可以构成辐射面15。
第一层的厚度例如为0.05mm~5mm。第一层的材料例如是聚酯系的材料。在此,聚酯系的材料是指含有聚酯的材料,是指可以包含30%以上的聚酯、可以包含45%以上的聚酯、可以包含60%以上的聚酯、可以包含80%以上聚酯的材料。在一个示例中,中间层40的材料与第一层的材料不同。在中间层40的材料与第一层的材料不同的情况下,能够使压电膜35的中间层40侧的主面受约束的程度与压电膜35的第一层侧的主面受约束的程度产生差。这能够将压电膜35的面内方向的伸缩适度地转换为厚度方向的变形。中间层40的约束度与第一层的约束度也可以不同。在此,第一层的约束度(N/m3)是第一层的弹性模量(N/m2)与第一层的表面填充率的积除以第一层的厚度(m)所得的值。第一层的表面填充率是第一层的压电膜35侧的主面的填充率(从1减去孔隙率而得到的值)。中间层40的约束度与第一层的约束度不同可以将压电膜35的面内方向的伸缩适度地转换为厚度方向的变形。在一个具体例中,中间层40的约束度比第一层的约束度大。第一层可以具有薄膜形状。第一层可以是无纺布。
在第一结构例中,在俯视观察压电膜35时,以压电膜35的至少一部分与固定面17重叠(在图9的示例中,与第一接合层51重叠)的方式,配置有固定面17。从将压电扬声器10稳定地固定于结构物80的观点来看,在俯视观察压电膜35时,能够在压电膜35的面积的50%以上的区域中配置固定面17。在俯视观察压电膜35时,可以在压电膜35的面积的75%以上的区域中配置固定面17,也可以在压电膜35的整个区域中配置固定面17。
在第一结构例中,存在于压电膜35与固定面17之间的相互相邻的层被接合。在此,“压电膜35与固定面17之间”包括压电膜35及固定面17。具体而言,第一接合层51与中间层40接合,中间层40与第二接合层52接合,第二接合层52与压电膜35接合。因此,不论向结构物80的安装姿态如何,都能够稳定地配置压电膜35,而且向结构物80的安装也容易。而且,由于中间层40的作用,无论安装姿态如何,都从压电膜35发出声音。因此,在第一结构例中,这些相辅相成,实现使用便利性良好的压电扬声器。此外,“相互相邻的层接合”是指相互相邻的层整体或部分地接合的意思。在图示的示例中,在沿着压电膜35的厚度方向延伸并依次通过压电膜35、中间层40以及固定面17的规定区域中,接合有相互相邻的层。
在第一结构例中,压电膜35及中间层40各自的厚度实质上是恒定的。多数情况下,这从压电扬声器10的保管、使用便利性、从压电膜35发出的声音的控制等各种观点来看是有利的。此外,“厚度实质上恒定”例如是指厚度的最小值为最大值的70%以上且100%以下。压电膜35及中间层40也可以分别是厚度的最小值为最大值的85%以上且100%以下。
此外,树脂与陶瓷等相比,是难以产生裂纹的材料。在一个具体例中,压电膜35的压电体30是树脂膜,中间层40是不作为压电膜发挥功能的树脂层。从以不在压电体30或中间层40产生裂纹的方式用剪刀、人的手等切断压电扬声器10的观点来看这样设置是有利的(能够用剪刀、人的手等切断压电扬声器10有助于提高ANC系统500的设计自由度,另外,容易构筑ANC系统500)。另外,若这样设置,则即使弯曲压电扬声器10,在压电体30或中间层40也难以产生裂纹。另外,从不在压电体30或中间层40产生裂纹的方式将压电扬声器10固定在弯曲面上的观点来看,压电体30为树脂膜、中间层40为树脂层是有利的。
在图9的示例中,压电膜35、中间层40、第一接合层51以及第二接合层52在俯视时轮廓一致。但是,这些轮廓也可以错开。
在图9的示例中,压电膜35、中间层40、第一接合层51以及第二接合层52是在俯视时具有短边方向及长边方向的长方形。但是,它们也可以是正方形、圆形、椭圆形等。
另外,压电扬声器10也可以包含图9所示的层以外的层。图15所示的层以外的层例如是上述的第一层及第二层。
[压电扬声器10的第二结构例]
以下,使用图11对第二结构例的压电扬声器110进行说明。以下,对于与第一结构例相同的部分,有时省略说明。
压电扬声器110具备压电膜35、固定面117及中间层140。固定面117能够用于将压电膜35固定于结构物80。
中间层140配置在压电膜35与固定面117之间(在此,“之间”包含固定面117。关于第一结构例,也是同样的)。固定面117由中间层140的表面(主面)形成。
中间层140是多孔体层和/或树脂层。中间层140是粘合层或粘接层。作为中间层140,可以使用包含丙烯酸树脂的粘合剂。作为中间层140也可以使用其他的粘合剂,例如也可以使用包含橡胶、硅酮或聚氨酯的粘合剂。中间层140也可以是2种以上的材料的混合层。
中间层140的弹性模量例如为10000N/m2~20000000N/m2,也可以是20000N/m2~100000N/m2
非压缩状态下的中间层140的厚度例如在0.1mm~30mm的范围内,可以在1mm~30mm的范围内,可以在1.5mm~30mm的范围内,也可以在2mm~25mm的范围内。典型地,在非压缩状态下,中间层140比压电膜35厚。在非压缩状态下,中间层140的厚度相对于压电膜35的厚度的比率例如为3倍以上,可以是10倍以上,也可以是30倍以上。
在第二结构例中,中间层140的约束度为5×109N/m3以下。中间层140的约束度例如为1×104N/m3以上。中间层140的约束度优选为5×108N/m3以下,更优选为2×108N/m3以下,进一步优选为1×105~5×107N/m 3。约束度的定义如前面说明的那样。
在第二结构例中,通过粘接面或粘合面与压电膜35接触,压电膜35与固定面117侧的层一体化。具体而言,在第二结构例中,该粘接面或粘合面是由中间层140形成的面。
压电扬声器110也可以通过固定面117固定于结构物80。这样,能够构成使用多个第二结构例的压电扬声器110的ANC系统500。
也可以使用至少1个第一结构例的压电扬声器10和至少1个第二结构例的压电扬声器10来构成ANC系统500。
[实验例]
通过实验例,对本发明详细地进行说明。但是,以下的实验例表示本发明的一例,本发明不被以下的实验例限定。
(样品E1)
通过将压电扬声器10的固定面17粘贴在固定的支承部件680上,制作了图12所示的结构。具体而言,作为支承部件680,使用了厚度5mm的不锈钢平板(SUS平板)。作为第一接合层51,使用了在无纺布的两面浸渍有丙烯酸系粘合剂的厚度0.16mm的粘合片(双面胶带)。作为中间层40,使用将包含乙丙橡胶和丁基橡胶的混合物以约10倍的发泡倍率发泡而成的、厚度3mm的独立气泡型的发泡体。作为第二接合层52,使用基材为无纺布且在该基材的两面涂布了包含无溶剂型的丙烯酸树脂的粘合剂的厚度0.15mm的粘合片(双面胶带)。作为压电膜35,使用在两面蒸镀有铜电极(包含镍)的聚偏氟乙烯膜(总厚度33μm)。样品E1的第一接合层51、中间层40、第二接合层52以及压电膜35在俯视时具有横37.5mm×纵37.5mm的尺寸,具有俯视时轮廓重复的非分割且非框状的板状形状(在后述的样品E2~E17及R1中,也是同样的)。支承部件680俯视时具有横50mm×纵50mm的尺寸,整体覆盖第一接合层51。这样,制作了具有图12所示的结构的样品E1。
(样品E2)
作为中间层40,使用将包含乙丙橡胶的混合物以约10倍的发泡倍率发泡而成的、厚度3mm的半独立半连续气泡型的发泡体。该发泡体包含硫。制作了除此以外与样品E1同样的样品E2。
(样品E3)
在样品E3中,作为中间层40,使用与样品E2的中间层40相同材料且相同结构的厚度5mm的发泡体。制作了除此以外与样品E2同样的样品E3。
(样品E4)
在样品E4中,作为中间层40,使用与样品E2的中间层40相同材料且相同结构的厚度10mm的发泡体。制作了除此以外与样品E2同样的样品E4。
(样品E5)
在样品E5中,作为中间层40,使用与样品E2的中间层40相同材料且相同结构的厚度20mm的发泡体。制作了除此以外与样品E2同样的样品E5。
(样品E6)
作为中间层40,使用将包含乙丙橡胶的混合物以约10倍的发泡倍率发泡而成的、厚度20mm的半独立半连续气泡型的发泡体。该发泡体不包含硫,比作为样品E2~E5的中间层40所使用的发泡体柔软。制作了除此以外与样品E1同样的样品E6。
(样品E7)
作为中间层40,使用将包含乙丙橡胶的混合物以约20倍的发泡倍率发泡而成的、厚度20mm的半独立半连续气泡型的发泡体。制作了除此以外与样品E1同样的样品E7。
(样品E8)
作为中间层40,使用金属多孔体。该金属多孔体的材料为镍,孔径为0.9mm,厚度为2.0mm。作为第二接合层52,使用与样品E1的第一接合层51相同的粘合层。制作了除此以外与样品E1同样的样品E8。
(样品E9)
省略样品E1的第一接合层51及第二接合层52,在压电膜35与结构物80之间仅夹设中间层140。作为中间层140,使用由丙烯酸系粘合剂构成的厚度3mm的无基材粘合片。制作了除此以外与样品E1同样的具有在图12的支承部件680安装有图11的层叠体的结构的样品E9。
(样品E10)
作为中间层40,使用与样品E9的中间层140相同的中间层。制作了除此以外与样品E8同样的样品E10。
(样品E11)
作为中间层40,使用厚度5mm的聚氨酯泡沫。制作了除此以外与样品E8同样的样品E11。
(样品E12)
作为中间层40,使用厚度10mm的聚氨酯泡沫。该聚氨酯泡沫与作为样品E11的中间层40所使用的聚氨酯泡沫相比,孔径更小。制作了除此以外与样品E8同样的样品E12。
(样品E13)
作为中间层40,使用厚度5mm的独立气泡型的丙烯腈丁二烯橡胶的发泡体。制作了除此以外与样品E8同样的样品E13。
(样品E14)
作为中间层40,使用厚度5mm的独立气泡型的乙丙橡胶的发泡体。制作了除此以外与样品E8同样的样品E14。
(样品E15)
作为中间层40,使用混合有天然橡胶和丁苯橡胶的厚度5mm的独立气泡型的发泡体。制作了除此以外与样品E8同样的样品E15。
(样品E16)
作为中间层40,使用厚度5mm的独立气泡型的硅酮的发泡体。制作了除此以外与样品E8同样的样品E16。
(样品E17)
作为中间层40,使用与样品E1的中间层40相同材料且相同结构的厚度10mm的发泡体。作为第二接合层52,使用与样品E1相同的粘合片。作为压电膜35的压电体30,使用厚度35μm的以源自玉米的聚乳酸为主原料的树脂片。压电膜35的第一电极61及第二电极62分别是厚度0.1μm的铝膜,通过蒸镀形成。这样,得到总厚度为35.2μm的压电膜35。制作了除此以外与样品E1同样的样品E17。
(样品R1)
将样品E1的压电膜35作为样品R1。在与地面平行的台上不粘接地放置样品R1。
以如下方式评价样品E1~E17及R1。
<中间层的厚度(非压缩状态)>
中间层的厚度使用测厚仪测定。
<中间层的弹性模量>
从中间层中切出小片。对于所切出的小片,使用拉伸试验机(TA Instruments公司制造的“RSA-G2”)在常温下进行压缩试验。由此得到应力-应变曲线。根据应力-应变曲线的初始斜率计算出弹性模量。
<中间层的孔径>
利用显微镜得到了中间层的放大图像。通过对该放大图像进行图像解析而求出了中间层的孔径的平均值。将所求出的平均值作为中间层的孔径。
<中间层的孔隙率>
从中间层中切出长方体的小片。根据所切出的小片的体积和质量求出表观密度。表观密度除以形成中间层的基材(实心体)的密度。由此,计算出填充率。然后,1减去填充率。由此得到了孔隙率。
<中间层的表面填充率>
对于样品E2~E16,将上述的填充率作为表面填充率。在样品E1和E17中,由于中间层具有表层,因此将表面填充率设为100%。
<样品的声压电平的频率特性>
在图13中示出用于测定样品E1~E8和E10~E17的结构。在压电膜35的两面角部安装有厚度70μm、横70mm×纵5mm的导电性铜箔胶带70(3M公司制造的CU-35C)。另外,在这些导电性铜箔胶带70上分别安装有鳄鱼夹(みのむしクリップ)75。导电性铜箔胶带70和鳄鱼夹75构成用于对压电膜35施加交流电压的电路的一部分。
在图14中示出用于测定样品E9的结构。在图14的结构中不具有图13的第一接合层51和第二接合层52。在图14的结构中具有中间层140。
用于测定样品R1的结构为仿照图13和图14的结构。具体而言,仿照图13和图14,在压电膜35的两面的角部安装有导电性铜箔胶带70,并且在这些胶带70上安装有鳄鱼夹75。将以这样的方式得到的组件放置在与地面平行的台上而不粘接。
在图15和图16中示出用于测定样品的声学特性的框图。具体而言,图15示出输出系统,图16示出评价系统。
在图15所示的输出系统中,将声音输出用个人计算机(以下有时将个人计算机简化记载为PC)401、音频接口402、扬声器放大器403以及样品404(样品E1~E17和R1的压电扬声器)依次连接。还将扬声器放大器403与示波器405连接以使得能够确认从扬声器放大器403到样品404的输出。
在声音输出用PC 401中安装有WaveGene。WaveGene是用于产生测试用声音信号的免费软件。作为音频接口402,使用罗兰株式会社制造的QUAD-CAPTURE。音频接口402的采样频率设定为192kHz。作为扬声器放大器403,使用安桥株式会社制造的A-924。作为示波器405,使用泰克公司制造的DPO2024。
在图16所示的评价系统中,将麦克风501、声学评价装置(PULSE)502以及声学评价用PC 503依次连接。
作为麦克风501,使用B&K公司制的Type4939-C-002。麦克风501配置在距样品404分离开了1m的位置处。作为声学评价装置502,使用B&K公司制造的Type3052-A-030。
以这样的方式构成输出系统和评价系统,并且从声音输出用PC401经由音频接口402和扬声器放大器403对样品404施加交流电压。具体而言,使用声音输出用PC 401产生在20秒内频率从100Hz扫描至100kHz的测试用声音信号。此时,通过示波器405确认了从扬声器放大器403输出的电压。另外,利用评价系统评价了从样品404产生的声音。以这样的方式进行了声压频率特性测定试验。
输出系统和评价系统的设定的详细情况如下所述。
[输出系统的设定]
·频率范围:100Hz~100kHz
·扫描时间:20秒
·有效电压:10V
·输出波形:正弦波
[评价系统的设定]
·测定时间:22秒
·峰值保持
·测定范围:4Hz~102.4kHz
·线数:6400
<开始发出声音的频率的判断>
将声压电平比背景噪声高3dB以上的频率范围(不包括声压电平保持在背景噪声+3dB以上的频率范围不满足峰值频率(声压电平达到峰值的频率)的±10%这样的陡峭的峰部)的下端判断为开始发出声音的频率。
在图17A及图17B中示出样品E1~E17及样品R1的评价结果。在图18中示出与样品E1~E17相关的约束度与开始发出声音的频率之间的关系。在图18中,E1~E17与样品E1~E17对应。在图19、图20及图21中示出与样品E1、E2及R1相关的声压电平的频率特性。在图22中示出背景噪声的声压电平的频率特性。
[参考ANC系统的评价]
除了将俯视时的尺寸设为横50cm×纵35cm以外,使用与样品E1的压电扬声器10同样的压电扬声器10,构成图23所示的ANC评价系统800。在参考ANC评价系统800中使用的压电扬声器10的数量为1个。
将压电扬声器10安装于隔板780的表面780s。将噪声源700、参考麦克风730、隔板780的中心、压电扬声器10的中心、误差麦克风735以依次在直线上排列的方式配置。另外,从隔板780观察,在压电扬声器10侧设定了控制区域790。在控制区域790配置了测定用麦克风740。
在图23中,x方向是控制区域790的横向。y方向是控制区域790的纵向。z方向是控制区域790的进深方向。x方向、y方向及z方向是相互正交的方向。
z方向也是噪声源700、参考麦克风730、隔板780的中心、压电扬声器10的中心及误差麦克风735排列的方向。z方向也是压电扬声器10的辐射面15所面对的方向。
作为噪声源700,使用富士通天株式会社制造的Eclipse TD508MK3。作为隔板780,使用有限会社三桥工艺制造的桌面侧屏R。作为参考麦克风730,使用索尼株式会社制造的ECM-PC60。作为误差麦克风735,使用索尼株式会社制造的ECM-PC60。作为测定用麦克风740,使用索尼株式会社制造的ECM-PC60。
噪声源700与参考麦克风730的间隔为5cm。参考麦克风730与隔板780的间隔为60cm。压电扬声器10的辐射面15与误差麦克风735的间隔为17.5cm。这些间隔为z方向的尺寸。
隔板780在俯视时具有长方形的板状形状。隔板780的尺寸为横60cm×纵45cm×厚度0.5cm。控制区域790的尺寸为横60cm×纵45cm×进深60cm。这些横向为x方向。这些纵向为y方向。这些厚度方向或进深方向为z方向。
另外,压电扬声器10的横向、即50cm的方向是x方向。压电扬声器10的纵向、即35cm的方向是y方向。压电扬声器10的厚度方向是z方向。
左边距M1为5cm。右边距M2为5cm。边距M1及M2为x方向的尺寸。
在ANC评价系统800中,使用了输出信号PC(个人计算机)750、测定用PC 760、控制装置710。将输出信号PC 750与噪声源700及测定用PC 760连接。
输出信号PC 750向噪声源700发送噪声信号。由此,输出信号PC 750使噪声源700辐射正弦波。另外,输出信号PC 750向测定用PC 760发送触发信号。通过触发信号,能够对各测定数据提供共同的基准时间。具体而言,对于后述的176个测定点,能够得到时间轴一致的声压数据。这使得能够进行后述的图24~图39所示的声压分布的映射。
参考麦克风730感测来自噪声源700的声音。参考麦克风730的输出信号被发送到控制装置710。
误差麦克风735感测控制区域790中的声音。误差麦克风735的输出信号被发送到控制装置710。
控制装置710根据参考麦克风730和误差麦克风735的输出信号向压电扬声器10发送控制信号。由此,控制装置710控制从压电扬声器10辐射的声波。
测定用麦克风740感测自身配置的位置上的声音。测定用麦克风740的输出信号被发送到测定用PC 760。
测定用PC 760接收来自输出信号PC 750的触发信号、测定用麦克风740的输出信号。
控制区域790具有沿x方向及z方向延伸的测定用剖面790CS。在ANC评价系统800中,在测定用剖面790CS设置有176个测定点。具体而言,测定用剖面790CS在x方向上均等地分割为11份,在z方向上均等地分割为16份。176个测定点的数量是x方向的分割数11和z方向的分割数16的积。测定用剖面790CS的y方向的位置与辐射面15的y方向的中心位置相同。在测定用剖面790CS上设置有误差麦克风735。
在ANC评价系统800中,使测定用麦克风740依次移动到176个测定点。这样,麦克风740与测定用PC 760协作,测定176个测定点的声压。具体而言,测定用PC 760将176个测定点的声压的分布进行映射。通过该映射,使测定用剖面790CS的声场可视化。
以下,参照图24~图41C,进行基于实测的数据的说明。此外,在图24~图41C中,省略了图23所示的控制区域790中的远离隔板780的一部分的图示。在图24、图26、图28、图30、图32、图34、图36及图38中,色条的数值是指声压电平,其单位为帕斯卡(Pa)。该数值为正意味着声压为正,该数值为负意味着声压为负。
(第一参考例:衍射音的测定)
在压电扬声器10不发出声音且噪声源700辐射正弦波的状况下,测定并映射测定用剖面790CS的176个测定点的声压。在图24~图27中示出通过映射得到的声压分布。此外,在图24~图27中,为了易于直观地理解正在进行衍射音的测定,省略压电扬声器10的图示。但是,第一参考例的测定与后述的第二参考例同样地,在压电扬声器10安装于隔板780的状态下进行。
具体而言,图24表示噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下的与某时刻相关的源自噪声源700的声压分布。图25的一系列的线表示由辐射500Hz的正弦波的噪声源700产生的随着时间经过的某波阵面的传播。图26表示噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下的与某时刻相关的源自噪声源700的声压分布。图27的一系列的线表示由辐射800Hz的正弦波的噪声源700产生的随着时间经过的某波阵面的传播。
在图25中,一系列的线分别表示相互不同的时刻的“某波阵面”的位置。概括性地说,在图25中,相互相邻的2个线中的更远离隔板780的线表示更超前的时刻的“某波阵面”。图25的块箭头表示波阵面的传播方向。与一系列的线及块箭头相关的这些说明关于图27、图29、图31、图33、图35、图37及图39也是同样的。
此外,图25以如下的步骤制作。首先,取得多个与图24同样的基于与相互不同的时刻相关的实测的声压分布图。接下来,在这些多个声压分布图的每一个中,用手工作业画出与某波阵面对应的线。接下来,将画线后的多个声压分布图重合。由此,得到图25所示的描绘了表示波阵面的传播的一系列的线的图。与图的制作步骤相关的这些说明关于图27、图29、图31、图33、图35、图37及图39也是同样的。
图24~图27表示在隔板780的相对的端部产生了衍射。另外,图24~图27表示由这些端部上的衍射产生的波阵面以回绕到隔板780的背后的方式传播的情况。具体而言,图24~图27表示由这些端部上的衍射产生的波阵面以通过隔板780的中心并靠近沿z方向延伸的轴的方式传播的情况。图24~图27所示的波阵面的传播的方式与图2A~图2C相同。
(第二参考例:压电扬声器10发出的声音的测定)
与第一参考例同样地,在噪声源700辐射正弦波的状态下,使用控制装置710使压电扬声器10振动,从压电扬声器10产生消音用的声波。此时,使控制装置710存储发送给压电扬声器10的控制信号。然后,在噪声源700没有辐射声音的状态下,使控制装置710将存储的控制信号发送给压电扬声器10。这样,在噪声源700没有辐射声音的状态下,再现压电扬声器10的振动,对测定用剖面790CS的176个测定点的声压进行测定并进行映射。图28~图31中示出通过映射得到的声压分布。
具体而言,图28表示噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下的与某时刻相关的源自压电扬声器10的声压分布。图29的一系列的线表示在噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下由压电扬声器10产生的随着时间经过的某波阵面的传播。图30表示噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下的与某时刻相关的源自压电扬声器10的声压分布。图31的一系列的线表示在噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下由压电扬声器10产生的随着时间经过的某波阵面的传播。
图28~图31表示波阵面以从夹着压电扬声器10的辐射面15的中央区域的2个外侧区域通过中央区域并靠近沿着z方向延伸的轴的方式传播的情况。图28~图31所示的波阵面的传播的方式与图3A~图3C相同。具体而言,来自噪声源700的噪声在隔板780衍射而产生的衍射波的波阵面与源自压电扬声器10的波阵面在一边靠近上述轴一边传播这一点上是共通的。在后述的实施例1中,也认为压电扬声器10A及10B形成相同的波阵面。
另外,由图24~图27可知,通过隔板780上的衍射,出现了第一区域15a中的声波的相位与第二区域15b中的声波的相位的正负相同、第一区域15a中的声波的相位与第三区域15c中的声波的相位的正负相反、且第二区域15b中的声波的相位与第三区域15c中的声波的相位的正负相反的期间(关于区域15a、15b以及15c,请参照图1A~3C以及相关的说明)。由图28~图31可知,通过压电扬声器10,出现了如下的期间:第一声波的相位与第二声波的相位的正负相同、第一声波的相位与第三声波的相位的正负相反、且第二声波的相位与第三声波的相位的正负相反(关于第一声波、第二声波以及第三声波,请参照通过参照图1A~3C而进行的说明)。关于第一区域15a、第二区域15b以及第三区域15c中的相位分布,在源自噪声源700的噪声与源自压电扬声器10的声音中也能看到共通性。在后述的实施例1中,也认为压电扬声器10A及10B形成相同的相位分布。
(第三参考例:动态扬声器610发出的声音的测定)
将第二参考例的压电扬声器10置换为动态扬声器610。该动态扬声器610是丰达电机株式会社制造的Fostex P650K。除了进行该置换以外,与第二参考例同样地,对源自动态扬声器610的测定用剖面790CS的176个测定点的声压进行测定并进行映射。图32~图35中示出通过映射得到的声压分布。此外,动态扬声器610埋入隔板780。
具体而言,图32表示噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下的与某时刻相关的源自动态扬声器610的声压分布。图33的一系列的线表示在噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下由动态扬声器610产生的随着时间经过的某波阵面的传播。图34表示噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下的与某时刻相关的源自动态扬声器610的声压分布。图35的一系列的线表示噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下由动态扬声器610产生的随着时间经过的某波阵面的传播。
图32~图35表示从动态扬声器610的辐射面辐射大致半球面波,该大致半球面波的波阵面也是大致半球面状的情况。图32~图35所示的波阵面的传播的方式与图4相同。
(第四参考例:平面扬声器620发出的声音的测定)
将第二参考例的压电扬声器10置换为平面扬声器620。该平面扬声器620是株式会社FPS制造的FPS2030M3P1R。除了进行该置换以外,与第二参考例同样地,对源自平面扬声器620的测定用剖面790CS的176个测定点的声压进行测定并进行映射。图36~图39中示出通过映射得到的声压分布。
具体而言,图36表示噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下的与某时刻相关的源自平面扬声器620的声压分布。图37的一系列的线表示在噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下由平面扬声器620产生的随着时间经过的某波阵面的传播。图38表示噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下的与某时刻相关的源自平面扬声器620的声压分布。图39的一系列的线表示在噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下由平面扬声器620产生的随着时间经过的某波阵面的传播。
图36~图39表示从平面扬声器620的辐射面辐射大致平面波,该大致平面波的波阵面也为大致平面状的情况。图36~图39所示的波阵面的传播的方式与图5相同。
(消音效果)
使用图40A~图41C,对第二参考例与第四参考例的消音效果的不同进行说明。在以下的说明中,有时使用扬声器开启时及扬声器关闭时这样的术语。扬声器开启时是指从扬声器辐射消音用的声音时。扬声器关闭时是指没有从扬声器辐射消音用的声音时。
图40A及图41A的色图表示从噪声源700辐射正弦波的某时刻的消音状态。在图40A及图41A中,左侧的色图表示第二参考例的压电扬声器10的消音状态。右侧的色图表示第四参考例的平面扬声器620的消音状态。图40A表示噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下的某时刻的声压分布。图41A表示噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下的某时刻的声压分布。
在图40A及图41A中,色条的右侧的数值是指放大率,其单位为dB。放大率为X表示以扬声器关闭时为基准,扬声器开启时的声压放大XdB的情况。放大率为负表示出现了消音效果。放大率为正表示相反地,噪声被放大的情况。减少区域(R.A)表示在测定用剖面790CS中放大率为-6dB以下的区域(即消音效果良好地出现的区域)所占的比例。放大区域(A.A)表示在测定用剖面790CS中放大率大于0dB的区域(即噪声被放大的区域)所占的比例。与色条、减少区域及放大区域相关的说明对于后述的图43A、图44A、图45A及图46A也是同样的。
图40B是对图40A中的放大率小于0dB的区域附加细阴影,对放大率大于0的区域附加粗阴影的图。图41B是对图41A中的放大率小于0dB的区域附加细的阴影,对放大率大于0的区域附加粗的阴影的图。即,在图40B及图41B中,对噪声降低的区域附加细的阴影,对放大区域附加粗的阴影。此外,图40B及图41B中的阴影是基于图40A及图41A的目视通过手工作业附加的大致的阴影。基于目视由手工作业附加的点对于后述的图40C、图41C、图43B、图44B、图45B及图46B也是同样的。
图40C是对图40A中的放大率为-6dB以下的区域附加细的阴影,对放大率大于0的区域附加粗的阴影的图。图41C是对图41A中的放大率为-6dB以下的区域附加细的阴影,对放大率大于0的区域附加粗的阴影的图。即,在图40C及图41C中,对减少区域附加细的阴影,对放大区域附加粗的阴影。这一点对后述的图43B、图44B、图45B及图46B也是同样的。
如图40A~图41C所示,在使用第二参考例的压电扬声器10的情况下,与使用第四参考例的平面扬声器620的情况相比,降低了噪声的区域及减少区域大,放大区域小。
具体而言,在使用第二参考例的压电扬声器10的情况下,在噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下,减少区域约为58%,放大区域约为18%。在噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下,减少区域约为27%,放大区域约为18%。
另一方面,在使用第四参考例的平面扬声器620的情况下,在噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz的情况下,减少区域约为38%,放大区域约为21%。在噪声源700辐射的正弦波的频率为800Hz的情况下,减少区域约为13%,放大区域约为61%。
根据图40A~图41C,压电扬声器10相对于平面扬声器620的消音效果的优越性与噪声源700辐射的正弦波的频率为500Hz时相比,800Hz时表现得更显著。
此外,在使用第三参考例的动态扬声器610的情况下,可以预想,与使用第四参考例的平面扬声器620的情况相比,噪声降低的区域及减少区域变小,放大区域变大。
[ANC系统中的水平面及矢状面的消音性评价]
在参照图23~图41C说明的参考ANC评价系统800中,如上所述,对于沿x方向及z方向延伸的测定用剖面790CS,能够实现良好的消音。但是,根据本发明者们的研究,在参考ANC评价系统800中,对于沿y方向及z方向延伸的面、即与测定用剖面790CS正交的面,不容易实现良好的消音。根据本发明者们的进一步研究,为了对与测定用剖面790CS正交的面实现良好的消音,使用多个压电扬声器是有效的。以下,关于这一点,通过比较例1及实施例1进行说明。
在比较例1及实施例1中,x方向是左右方向,y方向是上下方向。沿x方向及z方向延伸的平面是水平面。有时将作为水平面的测定用剖面称为测定用水平剖面。作为与该水平面垂直的垂直面(沿y方向及z方向延伸的平面)的测定用剖面是左右对称地切断隔板及压电扬声器的组合的剖面。因此,有时将作为垂直面的测定用剖面称为测定用矢状剖面。
在实施例1中,如图42A~图42F所示,构成了ANC评价系统900。比较例1的ANC评价系统是从实施例1的ANC评价系统900中删除了压电扬声器10B、与压电扬声器10B对应的误差麦克风735后的评价系统。以下,关于比较例1及实施例1,参照图42A~图42F详细地进行说明。
(比较例1)
在比较例1的ANC评价系统中,除了将俯视时的尺寸设为横80cm×纵34cm以外,使用与样品E1的压电扬声器10相同的压电扬声器10。在比较例1的ANC评价系统中使用的压电扬声器10的数量为1个。在比较例1中,将该压电扬声器10称为压电扬声器10A。
将隔板980配置成其下端部984与地面接触。将压电扬声器10A安装于隔板980的表面980s。将噪声源700配置成距离地面120cm。以噪声源700、参考麦克风730、隔板980、压电扬声器10A的中心、误差麦克风735依次排列在直线上的方式配置它们。另外,从隔板980观察,在压电扬声器10A侧设定了控制区域990。在控制区域990配置有测定用麦克风740。
在图42A~图42F中,x方向是控制区域990的横向。y方向是控制区域990的纵向。z方向是控制区域990的进深方向。x方向、y方向及z方向是相互正交的方向。
z方向也是噪声源700、参考麦克风730、隔板980、压电扬声器10A的中心、误差麦克风735排列的方向。z方向也是压电扬声器10A的辐射面15所面对的方向。
隔板980是为了实验用而试制的。噪声源700、参考麦克风730、误差麦克风735及测定用麦克风740与参考ANC评价系统800中使用的相同。
噪声源700与参考麦克风730的间隔为20cm。参考麦克风730与隔板980的间隔为100cm。压电扬声器10A的辐射面15与误差麦克风735的间隔为50cm。这些间隔是z方向的尺寸。
隔板980具有俯视下长方形的板状形状。隔板980的尺寸为横100cm×纵180cm×厚度5cm。控制区域990的尺寸为横70cm×纵70cm×进深60cm。这些横向是x方向。这些纵向是y方向。这些厚度方向或进深方向是z方向。隔板980的y方向的一端与地面接触。
另外,压电扬声器10A的横向、即80cm的方向是x方向。压电扬声器10A的纵向、即34cm的方向是y方向。压电扬声器10A的厚度方向是z方向。
左边距M1为10cm。右边距M2为10cm。边距M1及M2是x方向的尺寸。
y方向上的压电扬声器10A的中心位于从隔板980的下端部84向上120cm的位置。下边距M4为103cm。下边距M4是y方向的尺寸。
与参考ANC评价系统800同样,在比较例1的ANC评价系统中,使用了输出信号PC750、测定用PC760、控制装置710。将输出信号PC750与噪声源700及测定用PC760连接。
比较例1的ANC评价系统中的参考麦克风730、误差麦克风735、输出信号PC750、测定用PC760及控制装置710的动作与参考ANC评价系统800相同。
从图42F可知,控制区域990具有测定用水平剖面990CSH和测定用矢状剖面990CSV。测定用水平剖面990CSH沿x方向及z方向延伸。测定用矢状剖面990CSV沿y方向及z方向延伸。
在比较例1的ANC评价系统中,在测定用水平剖面990CSH设置有56个测定点。具体而言,测定用水平剖面990CSH在x方向上被均等地分割为8份,在z方向上被均等地分割为7份。56个测定点的数量是x方向的分割数8与z方向的分割数7之积。测定用水平剖面990CSH的y方向的位置与压电扬声器10A的辐射面15的y方向的中心位置相同。
在比较例1的ANC评价系统中,在测定用矢状剖面990CSV设置有56个测定点。具体而言,测定用矢状剖面990CSV在y方向上被均等地分割为7份,在z方向上被均等地分割为8份。56个测定点的数量是y方向的分割数7与z方向的分割数8之积。测定用水平剖面990CSH的x方向的位置与压电扬声器10A的辐射面15的x方向的中心位置相同。
误差麦克风735设置于测定用水平剖面990CSH与测定用矢状剖面990CSV交叉的部分。
在比较例1的ANC评价系统中,使测定用麦克风740依次移动到测定用水平剖面990CSH中的56个测定点。这样,麦克风740与测定用PC760协作,对测定用水平剖面990CSH中的56个测定点的声压进行测定。具体而言,测定用PC760对这些测定点的声压的分布进行映射。通过该映射,使x-z方向上扩展的测定用水平剖面990CSH的声场可视化。
在比较例1的ANC评价系统中,使测定用麦克风740依次移动到测定用矢状剖面990CSV中的56个测定点。这样,麦克风740与测定用PC760协作,对测定用矢状剖面990CSV中的56个测定点的声压进行测定。具体而言,测定用PC760对这些测定点的声压的分布进行映射。通过该映射,使y-z方向上扩展的测定用矢状剖面990CSV的声场可视化。
以下,使用图43A~图44B对测定用水平剖面990CSH及测定用矢状剖面990CSV上的消音效果进行说明。此外,在图43A~图44B中,示出了测定用水平剖面990CSH及测定用矢状剖面990CSV的一部分。
图43A的色图表示测定用水平剖面990CSH中的声压分布。图44A的色图表示测定用矢状剖面990CSV中的声压分布。具体而言,图43A及图44A的色图表示从噪声源700辐射噪声的某时刻的声压分布。具体而言,该噪声是通过使白噪声通过150~650Hz频带限制滤波器而生成的。更具体而言,通过了频带限制滤波器的白噪声实质上均等地包含150~650Hz的各频率成分。
如图43A~图44B所示,在测定用水平剖面990CSH中,减少区域大,放大区域小。具体而言,减少区域为23.2%,放大区域为5.4%。但是,在测定用矢状剖面990CSV中,减少区域小,放大区域大。具体而言,减少区域为5.4%,放大区域为46.4%。
(实施例1:ANC评价系统900)
如图42A~图42E所示,构成了ANC评价系统900。ANC评价系统900通过在比较例1的ANC评价系统中追加压电扬声器10B、和与压电扬声器10B建立了对应的误差麦克风735而构成。因此,在ANC评价系统900中,压电扬声器10的数量为2个。另外,在ANC评价系统900中,误差麦克风735的数量为2个。
此外,在图42A及图42B中,为了表示存在2个误差麦克风735而描绘了2个误差麦克风735,但实际上,2个误差麦克风73的x方向及z方向的位置相同。这一点对于后述的图45A及图45B也是同样的。
压电扬声器10B是与压电扬声器10A相同的压电扬声器。将压电扬声器10B以面对z方向的方式安装于隔板980。与压电扬声器10B建立了对应的误差麦克风735和与压电扬声器10A建立了对应的误差麦克风735相同。以隔板980、压电扬声器10B的中心、与压电扬声器10B建立了对应的误差麦克风735依次在z方向上在直线上排列的方式配置它们。
如上所述,压电扬声器10A的辐射面15和与压电扬声器10A建立了对应的误差麦克风735的间隔为50cm。同样地,压电扬声器10B的辐射面15和与压电扬声器10B建立了对应的误差麦克风735的间隔为50cm。这些间隔是z方向的尺寸。
与压电扬声器10A同样,压电扬声器10B的横向、即80cm的方向是x方向。压电扬声器10B的纵向、即34cm的方向是y方向。压电扬声器10B的厚度方向是z方向。
压电扬声器10B的端部与隔板980的左边距M1为10cm。压电扬声器10B的端部与隔板980的右边距M2为10cm。边距M1及M2是x方向的尺寸。
y方向上的压电扬声器10B的中心位于从隔板980的上端部83向下22cm的位置。上边距M3为5cm。上边距M3是y方向的尺寸。
压电扬声器10A的辐射面15与压电扬声器10B的辐射面15的中心间距离Lc为40cm。
ANC评价系统900在与比较例1的ANC评价系统相同的位置具有测定用水平剖面990CSH和测定用矢状剖面990CSV(参照图42F)。在实施例1中,与比较例1同样地,得到了测定用水平剖面990CSH及测定用矢状剖面990CSV的声压分布。
以下,使用图45A~图46B,对测定用水平剖面990CSH及测定用矢状剖面990CSV上的消音效果进行说明。图45B及图46B分别是对图45A及图46A的减少区域附加细的阴影,对放大区域附加粗的阴影的图。
图45A的色图表示测定用水平剖面990CSH中的声压分布。图46A的色图表示测定用矢状剖面990CSV中的声压分布。具体而言,图45A及图46A的色图表示从噪声源700辐射噪声的某时刻的声压分布。具体而言,该噪声是通过使白噪声通过150~650Hz的频带限制滤波器而生成的。更具体而言,通过频带限制滤波器的白噪声实质上均等地包含150~650Hz的各频率成分。
如图45A~图46B所示,在测定用水平剖面990CSH及测定用矢状剖面990CSV这双方,减少区域大,放大区域小。具体而言,在测定用水平剖面990CSH中,减少区域为25%,放大区域为1.8%。在测定用矢状剖面990CSV中,减少区域为64.3%,放大区域为1.8%。
[压电膜的支承结构与振动的自由度]
参照本发明的压电扬声器的支承结构的一例。由图6A、图9、图11、图12以及与它们相关联的说明可知,在压电扬声器10中,压电膜35的整面经由接合层51、52以及中间层40固定于结构物80。
为了使压电膜35的振动不被结构物80阻碍,也可以考虑支承压电膜35的一部分而使其从结构物80分离。图6B中例示了基于该设计思想的支承结构。在图6B所示的假想的压电扬声器108中,框体88在从结构物80分离的位置对压电膜35的周缘部进行支承。
从预先向一方弯曲而弯曲的朝向被固定的压电膜容易确保足够的音量。因此,考虑例如在压电扬声器108中,在被压电膜35、框体88以及结构物80包围的空间48配置上表面为凸面的厚度不恒定的夹杂物,将压电膜35的中央部向上方上推。但是,这样的夹杂物不会以阻碍压电膜35的振动的方式与压电膜35接合。因此,即使在空间48中配置有夹杂物,以规定其振动的方式支承压电膜35的仅是框体88。
如上所述,在图6B所示的压电扬声器108中,采用了压电膜35的局部的支承结构。与此相对,在图6A等的压电扬声器10中,压电膜35没有被特定的部分支承。意外的是,压电扬声器10尽管压电膜35的整面固定于结构物80,但显示出实用的声学特性。具体而言,在压电扬声器10中,到压电膜35的周缘部都能上下振动。压电膜35的整体也能够上下振动。因此,与压电扬声器108相比,压电扬声器10的振动的自由度高,在实现良好的发音特性上,是相对地有利的。
如参照图6A说明的那样,振动的自由度的高度可能有助于第一波阵面16a及第二波阵面16b的形成。此外,在图6A中,描绘了扬声器10是图9所示的压电扬声器10的情况。在图6A中,省略了第一接合层51及第二接合层52的图示。振动的高自由度在扬声器10是图11所示的压电扬声器110的情况下也能够得到。
根据本发明者们的研究,中间层为多孔体层及/或树脂层适于确保振动的自由度。事实上,在中间层为多孔体层及/或树脂层的样品E1~E17中,尽管压电膜35的整面固定于支承部件680,但发挥了实用的声学特性。认为在ANC评价系统900中即使将压电扬声器10从样品E1的尺寸不同品变更为样品E2~E17的尺寸不同品,也会出现与图45A~图46B同样的倾向的声压分布。

Claims (16)

1.一种主动噪声控制系统,具备:
结构物;及
多个压电扬声器,配置在所述结构物的表面上,
各压电扬声器的辐射面沿着第一方向和与所述第一方向正交的第二方向扩展,该第一方向是将相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间连结的方向,
各压电扬声器的辐射面的所述第一方向的尺寸比所述第二方向的尺寸短。
2.根据权利要求1所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器的辐射面具有第一区域,
相邻的各压电扬声器的所述第一区域沿着所述第一方向相邻,
在将各压电扬声器形成的所述第一区域中的声波定义为第一声波时,出现如下期间:相邻的各压电扬声器的所述第一声波的相位的正负相反。
3.根据权利要求1或2所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器的辐射面沿着所述第二方向依次具有第一区域、第三区域及第二区域,
相邻的各压电扬声器的所述第一区域沿着所述第一方向相邻,
相邻的各压电扬声器的所述第二区域沿着所述第一方向相邻,
相邻的各压电扬声器的所述第三区域沿着所述第一方向相邻,
在将各压电扬声器形成的所述第一区域中的声波定义为第一声波、将各压电扬声器形成的所述第二区域中的声波定义为第二声波、将各压电扬声器形成的所述第三区域中的声波定义为第三声波时,出现如下期间:相邻的各压电扬声器的所述第一声波的相位的正负相反、相邻的各压电扬声器的所述第二声波的相位的正负相反、且相邻的各压电扬声器的所述第三声波的相位的正负相反。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器的辐射面沿着所述第二方向依次具有第一区域、第三区域及第二区域,
相邻的各压电扬声器的所述第一区域沿着所述第一方向相邻,
相邻的各压电扬声器的所述第二区域沿着所述第一方向相邻,
相邻的各压电扬声器的所述第三区域沿着所述第一方向相邻,
在将各压电扬声器形成的所述第一区域中的声波定义为第一声波、将各压电扬声器形成的所述第二区域中的声波定义为第二声波、将各压电扬声器形成的所述第三区域中的声波定义为第三声波时,在各压电扬声器中,出现如下期间:所述第一声波的相位与所述第二声波的相位的正负相同、所述第一声波的相位与所述第三声波的相位的正负相反、且所述第二声波的相位与所述第三声波的相位的正负相反。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器的辐射面沿着所述第二方向依次具有第一区域、第三区域及第二区域,
在将在各压电扬声器中通过所述第三区域并以远离所述辐射面的方式延伸的轴定义为基准轴时,各压电扬声器形成以从所述第一区域靠近所述基准轴的方式传播的第一波阵面和以从所述第二区域靠近所述基准轴的方式传播的第二波阵面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间距离为160mm~3760mm。
7.一种主动噪声控制系统,具备:
结构物;及
多个压电扬声器,配置在所述结构物的表面上,
相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间距离为160mm~3760mm。
8.根据权利要求6或7所述的主动噪声控制系统,其中,
所述中心间距离为660mm以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器的辐射面沿着第一方向和与所述第一方向正交的第二方向扩展,该第一方向沿着相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间距离,
各压电扬声器的辐射面的所述第二方向的尺寸比所述中心间距离长。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器的辐射面的沿着相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间距离的第一方向的长度为160mm~3760mm。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
所述主动噪声控制系统具备控制装置和多个误差麦克风,
所述控制装置使用所述多个误差麦克风来控制从所述多个压电扬声器输出的声音。
12.根据权利要求11所述的主动噪声控制系统,其中,
所述多个压电扬声器与所述多个误差麦克风一对一地建立对应,
所述控制装置使用与压电扬声器建立了对应的所述误差麦克风来控制从各压电扬声器输出的声音。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
所述主动噪声控制系统具备控制装置,
所述控制装置具有多个噪声控制滤波器,
所述多个压电扬声器与所述多个噪声控制滤波器一对一地建立对应,
所述控制装置使用与压电扬声器建立了对应的所述噪声控制滤波器来控制从各压电扬声器输出的声音。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
所述主动噪声控制系统具备控制装置和至少1个参考麦克风,
所述控制装置使用所述至少1个参考麦克风来控制从各压电扬声器输出的声音。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
各压电扬声器具有:压电膜;和中间层,该中间层配置在所述压电膜与所述结构物之间,
所述中间层是多孔体层及/或树脂层。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的主动噪声控制系统,其中,
所述主动噪声控制系统具有所述多个压电扬声器输出的声音的频率的上限为上限频率的规格,
所述上限频率比以相邻的各压电扬声器的辐射面的中心间距离为半波长的声音的频率高。
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