JP2005280546A

JP2005280546A - 遮音パネルと遮音パネルを備える旅客機の壁構造

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Publication number: JP2005280546A
Application number: JP2004099128A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Kasuya; 寿久粕谷; Katsuhiko Umeda; 克彦梅田
Original assignee: Jamco Corp
Current assignee: Jamco Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP3961502B2

Abstract

【課題】旅客機の室内の騒音低減を図る
【解決手段】大型ジェット旅客機の機体構造１００は胴体外板１１０を有し、胴体外板１１０の内側にグラスウール等の断熱遮音部材１２０を介して内装パネル２００がとりつけられる。内装パネル２００は、胴体外板１１０側に振動検知のためのピックアップコイル３１０がとりつけてあり、内装パネル２００の客室１０側には加振器であるエキサイター３２０がとりつけてある。アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）装置３００は、増幅部３３０と位相反転部３４０を有し、ピックアップコイル３１０が検知した内装パネル２００の振動を増幅するとともに、振動の位相を反転して、信号をエキサイター３２０へ送り、エキサイターを励振させる。この作用によって、胴体外板１１０側から断熱遮音部材１２０を通過して入力される騒音による内装パネルの振動は抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、遮音パネルと遮音パネルを備える旅客機の壁構造に関する。

従来から、図５に示すように、壁２で囲まれた部屋１の開口部４に室内の騒音Ｓ_１低減のため遮音パネル３が使われている。
遮音パネルの遮音特性を決める理論的な要素にはパネル密度と曲げ剛性があって、理論として、パネル密度が要素となる質量則と、パネルの剛性が要素となるスティフネス則がある。
質量則では、遮音性能はパネル密度と周波数に比例すること、スティフネス則ではパネルの共振周波数以下で効果が現れるとしている。

図６は、代表的なパネルの遮音特性を表している。遮音性能を高くするためには、密度が高く、板厚の厚い材料を用いる必要があること、および、密度が高い材料を用いても、いわゆる低音域、中音域の騒音を遮断することが難しいことを示している。
実際の遮音パネルでは、重いガラス板、鉄板、コンクリート壁などが使われているが、遮音性が認められるパネルの密度（面積当たりの重量）は３０ｋｇ／ｍ^２程度とされている。
遮音効果を補うために、吸音材のグラスウールを重ねて用いることもある。

図７はグラスウールの吸音特性であり、高い周波数で効果が顕著であるが、周波数の低い騒音には効果がないことから、遮音パネルにグラスウールを重ねても、中、低音域の騒音には効果が薄いことが分かる。
このように、遮音効果を持つパネルが重いために、一般家庭、店舗、事務所など、騒音に悩まされているにもかかわらず、遮音パネルが適用できない、あるいは適用困難な場所は多い。
その代表的な例に旅客機の客室がある。
旅客機の客室の騒音レベルは高く、乗客の快適性を阻害しているが、軽量化の強い要求から騒音対策に重量を割くことが許されない現状にある。

図８は旅客機の客室断面図で騒音の進入経路を示している。
旅客機の客室１０は、胴体の側壁パネル２０と床梁７０で囲まれており、胴体には、窓４０が設けられている。また、客室１０内には、天井パネル５０や、手荷物室６０が設けられる。胴体パネル２０内には断熱遮音ブランケット３０が挿入されている。

図９は、現在の代表的な旅客機の客室騒音のスペクトラムの実測値である。
客室を包む側壁パネル２０には、内装パネルと呼ばれる厚さが１センチ程度のハニカムパネルが用いられ、遮音パネルとしての特性が期待されているが、パネル密度が低い（１ｋｇ／ｍ^２以下）ため前記の理論からも遮音性に乏しいことが分かる。
パネルの裏面には断熱／遮音を目的とした吸音断熱材であるブランケット３０が装着されていて、ブランケット内にはグラスウールが充填されているが、重量の点から充填量が制限されている上、グラスウールは低い周波数の騒音には効果を表さないので、結果として、８０Ｈｚから８００Ｈｚの音域の騒音レベルが高くなっている。
一般家庭、店舗、事務所などでも、騒音低減に費用や重量を掛けたとしても、低音域、中音域の騒音低減が難しいと推定される。

下記の特許文献に示すような最近の騒音低減技術に、アクティブノイズコントロール（ＡｃｔｉｖｅＮｏｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ＝ＡＮＣ）がある。
音が疎密波である特性を利用して、騒音と同じレベルで逆位相の音を放射し、密の部分に疎の部分を、疎の部分に密の部分を組み合わせて相殺させる技術で、各分野で実用化が進んでいる。

室内の騒音低減にＡＮＣを適用する従来の考え方は、室内に入り込んだ騒音を複数個のマイクロフォンで検知し、室内に設置した複数個のスピーカーから逆位相の音を放射して低減しようとするものであった。
しかし、広い部屋では、一旦室内に入り込んだ騒音は、反射を繰り返すので、マイクロフォンで検出し電気信号として、逆位相の音をスピーカーから放射しても、人の位置が異なるため、逆位相放射スピーカーから各人までの距離が異なるので、打ち消し合う割合が少なく効果を挙げていない。
特に高い周波数、非周期性の騒音には効果がなかった。

飛行機では、小型ターボプロップ旅客機のサーブ２０００などでＡＮＣが効果を挙げている。
サーブ２０００では、客室内に設置した７２個のマイクロフォンで騒音を検知し、３６個のスピーカーから逆位相とした音を放射しているが、いずれも８５Ｈｚを基本周波数とするプロペラ騒音が低減対象で、ジェットノイズと呼ばれる４００〜１０００Ｈｚの高い周波数の風切り騒音は対象としていない。

ここで、遮音パネルの振動について、旅客機の内装パネル（サイドパネル、天井パネル）の振動を例として図１０で説明する。
旅客機が飛行中、胴体周辺の空気Ａ１の流れは乱流となり、胴体外板２１を振動させ、外板に接している内側の空気Ａ２が振動し、その音の圧力が内装パネル２２を振動させている。
胴体周辺の空気の流れは場所によって異なる上、アルミ合金製の外板の厚さは、強度要求によって決まるので場所によって異なる。外板の内側にはフレームや縦通材が接合しているので、外板パネルの区画の大きさもそれぞれ異なるので共振周波数や振動形態も様々である。外板２１の内側には、吸音断熱材３０が挿入されている。
それらの合成振動による圧力変化（音圧）が内装パネルを駆動して振動させ、振動した内装パネルが騒音Ｓ１を室内に放射している。

従って、外板の振動と内装パネルの振動（騒音）とは同じではない。
そこで、内装パネルの振動を検出し、この電気信号を利用して逆位相で内装パネルを加振して、内装パネルの振動を抑制することとした。
実測によれば、対象音域で７５ｄｂの音圧レベルとなっているが、この値を基に計算すると、振幅の最大値は、３×１０^−６ｍｍ、必要な音響出力も０．０１Ｗ程度なのでＡＮＣの適用は充分可能である。
飛行機に限らず、一般家庭や事務所の騒音も、種々雑多な騒音の合成であることに変わりはないし、騒音レベル、騒音スペクトラムも大きな差異はない。
周波数帯域は必ずしも同じではないが、高い周波数はグラスウールによって吸音できるので、８０Ｈｚから８００Ｈｚの音域を対象とすることによって、一般の騒音低減にも効果が期待できる。
特開２００２−３５６８１７号公報

発明が解決しようとする課題は、部屋、客室などの密閉空間に侵入しようとする音を、軽量な遮音パネルで遮断して、室内の騒音を低減することである。

本発明では、課題を解決する手段として、遮音パネルにＡＮＣを適用して、遮音パネルの振動を抑制して、密閉空間に侵入する音を遮断する方法を採った。
軽量な遮音パネルは、客室に入り込もうとしている騒音によって振動させられ、パネルの物理的な特性によって固有の騒音を創りだして室内に放射している。
本発明では、この点に着目して、遮音パネルの質量、曲げ剛性、パネルの大きさ、縦横比などを変えることによって、ＡＮＣで制御し易い振動形態に変換し、パネルの振動をピックアップコイルなどで検知し、遮音パネルに装着した励振器（エキサイター）によって逆加振して、パネルの振動を抑制して騒音放射を減少させ、結果的に客室の騒音を低減する手段を採った。
併せて、グラスウールなどの吸音材を遮音パネルに張り付けて、遮音パネルを振動させる高い周波数の音のエネルギーを予め吸収させる方法を採った。

本発明によって、内装パネルの振動をＡＮＣで抑制することができ、結果として室内の騒音を低減することが出来た。
実施例１は基本的な構成であり、低い周波数の騒音低減に効果があるが、フィードバック回路の時間遅れから、高い周波数では限界が出てくる。実施例２から実施例３は、２重パネルとし、偽似パネルの振動を検知して、内装パネルを逆位相駆動する方式で、パネルの間隔を広くすることによって、フィードバック回路の時間遅れを補い、８００Ｈｚという高い周波数まで効果を挙げることができた。
本発明は、密閉空間内で発生した騒音を遮断して外部に放射させない方法としても有効である。

図１は、本発明の第１の実施例を示す説明図である。
大型ジェット旅客機の機体構造１００は胴体外板１１０を有し、胴体外板１１０の内側にグラスウール等の断熱遮音部材１２０を介して内装パネル２００がとりつけられる。

内装パネル２００は、胴体外板１１０側に振動検知のためのピックアップコイル３１０がとりつけてあり、内装パネル２００の客室１０側には加振器であるエキサイター３２０がとりつけてある。
アクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）装置３００は、増幅部３３０と位相反転部３４０を有し、ピックアップコイル３１０が検知した内装パネル２００の振動を増幅するとともに、振動の位相を反転して、信号をエキサイター３２０へ送り、エキサイターを励振させる。この作用によって、胴体外板１１０側から断熱遮音部材１２０を通過して入力される騒音による内装パネルの振動は抑制される。
したがって、客室１０内に達する騒音は低減する。

実機での振動情況を分析して、パネルの曲げ剛性値、質量分布を部分的に変えて、パネルに制御容易な振動特性を付与した。
内装パネル２００の振動は、必ずしも均一（単純なピストン運動）ではないので、複数個のピックアップとそれに対応するエキサイターの装着が必要となる。この実施例１では、１メートル四方のパネルに４組のピックアップコイル３１０とエキサイター３２０を装着した。

図１に示す基本的なＡＮＣ装置の構成では、同一のパネルで検知した振動を、増幅し、位相反転させてエキサイターを駆動してパネルの振動を止めるものである。
この原理は、建物の揺れなどのように低い周波数では効果を挙げるが、高い周波数では、増幅回路の時間遅れなどが原因となって、位相ずれが生じ、効果が半減したり逆効果になることがある。本来１８０°ずれているべき位相が、さらに３０°ずれると効果は８６％、６０°では７０％、９０°以上ずれると低減効果はなくなり、あるいはは逆転してしまう。実験では、周波数２００Ｈｚｂが限度であった。

図２は、内装パネルを２重構造とした実施例を示す。すなわち、内装パネル２００と完全に等しい大きさと材料構成を持つパネル２０２（ここでは、偽似パネルと呼ぶ）を内装パネルの裏側（胴体外板側）に配している。偽似パネル２０２は内装パネル２００と物理的な特性が同じである。

偽似パネル２０２に装着したピックアップコイル４１０で振動を検知し、ＡＮＣ装置４００の増幅部４３０で増幅し、位相反転部で、逆位相とした電力を内装パネル２００に装着したエキサイター４２０に加えて内装パネル２００の振動を抑制する方式である。
内装パネル２００の振動抑制の効果を、内装パネル２００に装着したピックアップコイル４１５で検知し、増幅部４３０に送って、逆位相とした電力の電圧レベルや位相を変化させてエキサイターに加え、最大効果を得る。

図３は、この方式の原理を示す。
この方式は、偽似パネル２０２と内装パネル２００が、物理的な特性が同じなので、偽似パネル２０２の振動を検知し、内装パネル２００を逆位相で加振することによって、内装パネル２００の振動を止めるものである。
グラスウール１２０は偽似パネル２０２の外側に配されていて、胴体外板１１０からの騒音の高周波成分を予め吸収する。

図４は本発明の第３の実施例を示し、偽似パネル２０２と内装パネル２００の間を広くとり、偽似パネル２０２から内装パネル２００に音圧が伝達する時間を長くして、フィードバック回路の時間遅れを解決した構成を示している。
この図ではＡＮＣ制御装置を省略している。

グラスウール１２０を両パネルの間に配することによって、厚さが厚くなる欠点を除くと同時に、グラスウール１２０を内装パネル２００に固着してグラスウール１２０の持っている質量を内装パネル２００の遮音効果の増加に役立てている。
グラスウール１２０を内装パネル２００に固着すると、高い周波数音域において、偽似パネル２０２と内装パネル２００の振動に差が出るが、ＡＮＣ適用の範囲外であるので問題はない。

両パネルの間隔Ｌは、長い方が望ましいが仮に実用的な間隔６８ミリメートルとした場合、音の速度から計算すると、０．２ミリ秒（ｍＳｅｃ）の時間がかかる。この値は、電気的なフィードバック回路の時間遅れを補うのに充分な値である。
換言すれば、６８ミリメートルの距離は、１０，０００Ｈｚの音の２波長（７２０゜）に相当し、５，０００Ｈｚで１波長（３６０゜）、２，５００Ｈｚで半波長（１８０゜）、１，２５０Ｈｚで９０゜，８３３Ｈｚで６０゜，４１６Ｈｚで３０゜に相当する。
高い音域までＡＮＣ効果を期待する場合、両パネルの間隔を広く取ればよいこととなる。

内装パネルにＡＮＣを適用した例を示す図内装パネルにＡＮＣを適用した他の例を示す図内装パネルと偽似パネルの振動を示す図内装パネルにＡＮＣを適用した他の例を示す図遮音パネルを持つ部屋を示す図代表的なパネルの遮音特性図グラスウールの吸音特性図旅客機の客室断面図旅客機の客室の騒音スペクトラムの例（実測値）を示す図旅客機の内装パネルの振動と騒音放射を示す図

符号の説明

１０旅客機の客室
１００機体構造
１１０外板
２００内装パネル
３００ＡＮＣ装置
３１０ピックアップコイル
３２０エキサイター
３３０増幅部
３４０位相反転部

Claims

ハニカムパネルで形成される遮音パネルと、パネルの音源側の面にとりつけられる振動の検知器と、パネルの他方の面にとりつけられる加振器と、振動検出器と加振器に電気的に連結されるアクティブノイズコントロール装置を備え、
アクティブノイズコントロール装置は、振動検出器の電気信号を増幅する増幅部と、増幅された振動の位相を反転させて加振器へ電力を供給する位相反転部を備える遮音パネル。
ハニカムパネルで形成される室内側に配置される第１の遮音パネルと、第１の遮音パネルに平行に音源側に配置される第１の遮音パネルと同特性を有する第２の遮音パネルと、第２の遮音パネルの音源側の面にとりつけられる振動検知器と、第１の遮音パネルの音源側の面にとりつけられる加振器と、振動検出器と加振器に電気的に連結されるアクティブノイズコントロール装置を備え、
アクティブノイズコントロール装置は、振動検出器の電気信号を増幅する増幅部と、増幅された振動の位相を反転させて加振器へ電力を供給する位相反転部を備える遮音パネル。
第１の遮音パネルのエキサイターとは反対側の面にとりつけられる補正用のパックアップコイルを備える請求項２記載の遮音パネル。
第１の遮音パネルと第２の遮音パネルの間の空間に挿入される吸音断熱材を備える請求項２又は３記載の遮音パネル。
請求項１乃至４のいずれかに記載の遮音パネルを室内側に装備した旅客機の壁構造。