JP2007298999A - Vibration/noise reduction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の壁面、建築物の壁面、機械自体又は機械の筐体などの比較的軽量物の振動又は騒音発生を抑制する振動・騒音低減装置に関する。
振動又は騒音発生の抑制の対象物を本明細書では抑制対象物という。
本発明は、周波数帯域が可聴領域の振動又は騒音を受けやすい環境に存在する抑制対象物の振動・騒音の低減にとくに好適である。
The present invention relates to a vibration / noise reduction device that suppresses vibration or noise generation of a relatively lightweight object such as a vehicle wall surface, a building wall surface, a machine itself, or a machine housing.
In this specification, an object for suppressing vibration or noise generation is referred to as an object to be suppressed.
The present invention is particularly suitable for reducing the vibration and noise of an object to be suppressed that exists in an environment where the frequency band is susceptible to vibration or noise in the audible range.
鉄道車両、その他の車両の壁面、建築物の壁面などの外来振動による振動又は騒音の発生もしくは外来音による振動の発生は、車両搭乗者又は建築物居住者などの閑静な生活を奪い、精神的安定を阻害し、健康を損なう場合がある。また、機械自体又はその筐体などの外来振動もしくは自己振動による騒音発生又は外来音による振動発生は、機械本来の機能の発揮を阻害するに止まらず、機械運転者や操作者の精神的安定を脅かして事故の危険度を高める。このため、車両や建築物の壁面、機械又はその筐体など比較的軽量物の振動又は騒音の発生を有効に抑制する技術が求められている。 Generation of vibration or noise due to external vibrations such as railway vehicles, wall surfaces of other vehicles, and wall surfaces of buildings, or the generation of vibrations due to external sounds deprives the quiet life of vehicle passengers or building residents, etc. Impairs stability and may impair health. In addition, the generation of noise due to external vibration or self-vibration of the machine itself or its casing, or the generation of vibration due to external sound not only impedes the performance of the original functions of the machine, but also the mental stability of machine operators and operators. Threaten and increase the risk of accidents. For this reason, there is a need for a technique that effectively suppresses the generation of vibrations or noise of relatively light objects such as walls of vehicles and buildings, machines, or housings thereof.
従来の振動・騒音低減装置のうち、振動又は騒音を電気に変換するためのエネルギー変換系と、変換された電気を熱エネルギーとして消費するエネルギー消費手段とから構成されているシステムにおいては、エネルギー変換系には、騒音−電気変換器として一般にマイクロホンを用い、振動−電気変換器として最近では圧電材料を用いるものが知られている。エネルギー消費手段としては、コイルと抵抗器を含むシャント回路が用いられ、圧電材料の静電容量Cとシャント回路のコイルインダクタンスLと抵抗器Rとで共振回路が構成されている。このシャント回路の抵抗器に電流を流してジュール熱を放出させることによりエネルギー消費をするものである(例えば、非特許文献1参照) Among conventional vibration / noise reduction devices, energy conversion in a system composed of an energy conversion system for converting vibration or noise into electricity and an energy consuming means for consuming the converted electricity as heat energy In the system, a microphone is generally used as a noise-electric converter and a piezoelectric material is recently used as a vibration-electric converter. As the energy consuming means, a shunt circuit including a coil and a resistor is used, and a resonance circuit is constituted by the capacitance C of the piezoelectric material, the coil inductance L of the shunt circuit, and the resistor R. Energy is consumed by causing a current to flow through the resistor of the shunt circuit to release Joule heat (for example, see Non-Patent Document 1).
上記従来の振動・騒音低減装置には、上記エネルギー変換系とエネルギー消費手段とにそれぞれ次のような問題点があった。
(1)エネルギー変換系の問題点
マイクロホンを用いるエネルギー変換系は、マイクロホンを取り付けた位置付近の微小範囲の空間中の音圧を電気信号に変換するだけであり、かつ、侵入音が持つ音響エネルギーを効率的に電気エネルギーに変換することができない。すなわち、エネルギー変換可能な地域的範囲が狭く、さらに変換効率が低い。
また、振動エネルギーから電気エネルギーへの変換器として圧電セラミックス等の圧電材料を用いる場合、圧電材料自体が持っている特性により、変換できる周波数領域が狭い。つまり、圧電材料はエネルギー変換性能に対する周波数依存性が高い。車両や建築物の壁体又は原動機やその筐体等の抑制対象物の種類によっては、あるいは音響的な環境により、それに伝達する振動又は騒音の周波数やレベルは、種々様々である。従って、実際上、現場で広帯域の振動又は騒音を広周波領域のまま変換性能を発揮することは期待できない。
The conventional vibration / noise reduction device has the following problems in the energy conversion system and the energy consumption means.
(1) Problems with the energy conversion system The energy conversion system using a microphone only converts the sound pressure in a very small space near the position where the microphone is installed into an electrical signal, and the acoustic energy of the intrusion sound. Cannot be efficiently converted into electrical energy. That is, the regional range where energy can be converted is narrow, and the conversion efficiency is low.
When a piezoelectric material such as piezoelectric ceramics is used as a converter from vibration energy to electric energy, the frequency range that can be converted is narrow due to the characteristics of the piezoelectric material itself. That is, the piezoelectric material has high frequency dependence on the energy conversion performance. The frequency and level of vibration or noise transmitted to the vehicle or the wall of the building, the prime mover, the casing thereof, or the like, or the acoustic environment is varied. Therefore, in practice, it cannot be expected that the conversion performance of wideband vibration or noise in the field remains in the wide frequency range.
(2)エネルギー消費手段の問題点
エネルギー消費手段を構成する従来の共振回路は、一般的にコイルが持つインダクタンスLと圧電素子が持つ静電容量Cとにより構成されており、1/(2π√(LC))による周波数で共振が発生する。すなわち、LとCにより決定される共振周波数近傍においてはエネルギー消費用の抵抗器で効果的に電力を散逸することが可能であるが、それ以外の周波数では電力の散逸が小さい(共振回路の電流増幅に関する周波数依存性)。抑制対象物に伝達する振動又は騒音の周波数帯域は、環境により広範囲に渡る場合がある。従って、共振回路を構成する従来のシャント回路を用いる振動・騒音低減装置は、広帯域の振動又は騒音に対して十分なエネルギー消費効果を発揮することはできない。
(2) Problems of Energy Consumption Means Conventional resonance circuits constituting energy consumption means are generally composed of an inductance L of a coil and a capacitance C of a piezoelectric element, and 1 / (2π√ (LC)) resonance occurs at the frequency. That is, in the vicinity of the resonance frequency determined by L and C, it is possible to effectively dissipate power with a resistor for energy consumption, but at other frequencies, power dissipation is small (resonant circuit current). Frequency dependence on amplification). The frequency band of vibration or noise transmitted to the object to be suppressed may be in a wide range depending on the environment. Therefore, the vibration / noise reduction device using the conventional shunt circuit constituting the resonance circuit cannot exhibit a sufficient energy consumption effect with respect to broadband vibration or noise.
(3)個別信号変換器の使用の必要性
これまでの信号あるいはエネルギー変換器は、騒音−電気、振動−電気それぞれ単一系の変換器であるために、騒音と振動を電気に変換する場合は、それぞれの専用変換器を使用する必要がある。
(3) Necessity of using individual signal converters Since conventional signal or energy converters are single converters for noise-electricity and vibration-electricity, noise and vibration are converted into electricity. Need to use their own dedicated converter.
(4)取付方法に関する問題点
一般に、振動・騒音低減装置を抑制対象物に取り付ける場合は、その装置を抑制対象物に接着するか、ねじ等で機械的に取り付けることが一般的であった。抑制対象物によっては又はその使用環境によっては、振動又は音の強度や侵入方向が変わる場合がある。このような場合は振動・騒音低減装置の取り付け位置の変更や移動が望まれるが、従来は、一旦取り付けた後は取り外すことができないか、ねじ等を緩めて取り外すなど手間がかかった。
(4) Problems related to mounting method Generally, when a vibration / noise reduction device is attached to an object to be suppressed, the device is generally attached to the object to be suppressed or mechanically attached with a screw or the like. Depending on the object to be suppressed or the use environment thereof, the intensity of vibration or sound or the direction of entry may change. In such a case, it is desired to change or move the attachment position of the vibration / noise reduction device. However, conventionally, it has been difficult to remove the device once it has been attached, or it has been troublesome to loosen or remove a screw.
(5)制振効果上の問題点
既に市販されている制振材及び各種ANCシステム(Active Noise Control System) はそれぞれ狭帯域毎に使用され、単一システムでの制振効果のみが発揮される。一般的に制振材は高周波領域のみ、またANCシステムは低周波領域において効果的である。従って、車両の壁面、高速道路や鉄道線路や公共通報用スピーカなどの付近の建築物の壁面などが広周波数帯域の振動又は騒音を受ける場合に、満足的な制振効果又は防音効果が得られるためには、複数種類の振動・騒音低減装置の設置が必要となり、コスト高になるため、実現は困難であった。
(5) Problems related to vibration suppression effects The vibration damping materials and various ANC systems (Active Noise Control System) that are already on the market are used for each narrow band, and only the vibration suppression effect of a single system is exhibited. . In general, the damping material is effective only in the high frequency region, and the ANC system is effective in the low frequency region. Therefore, when a wall surface of a vehicle, a wall surface of a building in the vicinity such as a highway, a railroad track, or a public notification speaker receives vibration or noise in a wide frequency band, a satisfactory vibration suppression effect or soundproof effect can be obtained. In order to achieve this, it is necessary to install a plurality of types of vibration / noise reduction devices, which increases the cost and is difficult to realize.
本発明は、以上の各問題に鑑みてなされたものであり、解決しようとする課題は、上記エネルギー変換系の問題点を解決するとともに、上記取付方法に関する問題点を解決すること、すなわち、可及的に広い面積に渡って、かつ、広い周波数範囲の振動又は騒音を電気エネルギーに効率的に変換可能であって、振動・騒音低減装置の取り付け位置の変更や移動及び追加が求められた場合に取付位置の変更や移動が容易にできる振動・騒音低減装置を提供することにある。(エネルギー変換可能な地域的範囲の拡大と変換効率の向上及び取付位置の変更・移動の容易性) The present invention has been made in view of the above problems, and the problem to be solved is to solve the problems of the energy conversion system and to solve the problems related to the mounting method. When it is possible to efficiently convert vibration or noise in a wide frequency range to electrical energy over a wide area, and it is necessary to change, move, or add the installation position of the vibration / noise reduction device It is another object of the present invention to provide a vibration / noise reduction device that can easily change or move the mounting position. (Expansion of the area where energy can be converted, improvement of conversion efficiency, and ease of changing or moving the mounting position)
上記課題を解決するため、本発明は、(a)振動又は騒音を電気に変換するためのエネルギー変換系と、変換された電気を熱エネルギーとして消費するエネルギー消費手段とからなる振動・騒音低減装置において、(b)前記エネルギー変換系を、圧電セラミックス等で構成された振動板を弾性支持体に支持し、その振動板に電極を接続してなる圧電式スピーカにより構成するとともに、(c)それらの圧電式スピーカをシート状の磁石に取り付け、その磁石を磁性体である抑制対象物に磁気吸着により取り付けたことを特徴としている(請求項1)。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vibration / noise reduction apparatus comprising: (a) an energy conversion system for converting vibration or noise into electricity; and energy consuming means for consuming the converted electricity as thermal energy. (B) the energy conversion system is constituted by a piezoelectric speaker in which a diaphragm made of piezoelectric ceramics or the like is supported on an elastic support and an electrode is connected to the diaphragm, and (c) them. The piezoelectric speaker is attached to a sheet-like magnet, and the magnet is attached to an object to be suppressed, which is a magnetic body, by magnetic adsorption (claim 1).
圧電式スピーカをシート状の磁石に取り付ける際は、複数の圧電式スピーカを重ね合わせて取り付けることが望ましい(請求項2)。 When attaching a piezoelectric speaker to a sheet-like magnet, it is desirable to attach a plurality of piezoelectric speakers in an overlapping manner (claim 2).
上記振動・騒音低減装置において、抑制対象物が音響用圧電式スピーカである場合は、その音響用圧電式スピーカの裏側に、音響−電気変換器としての圧電式スピーカをシート状の磁石に取り付けて、音響用圧電式スピーカの裏側に発生する不必要な騒音を抑制することが望ましい(請求項3)。 In the vibration / noise reduction apparatus, when the object to be suppressed is an acoustic piezoelectric speaker, a piezoelectric speaker as an acoustic-electric converter is attached to a sheet-like magnet on the back side of the acoustic piezoelectric speaker. It is desirable to suppress unnecessary noise generated on the back side of the acoustic piezoelectric speaker.
請求項1の発明によれば、第1に、エネルギー変換系を、圧電セラミックス等で構成された振動板を弾性支持体に支持し、その振動板に電極を接続してなる複数枚の圧電式スピーカにより構成したので、エネルギー変換系は従来用いられてきた圧電素子よりも広い面積に渡って、かつ広い周波数帯域において効率的に電気エネルギーに変換することができる。従って、広周波帯域において制振又は吸音効果を発揮することができる。第2に、圧電式スピーカは、従来のエネルギー変換系と異なって薄肉であるので、車両の壁面、建築物の壁面、機械自体又は機械の筐体などの比較的軽量物の振動又は騒音発生を抑制する振動・騒音低減装置として有用である。第3に、圧電式スピーカを予めシート状磁石に取り付け、その磁石を磁性体である抑制対象物に磁気吸着力により容易に固定するので、取付け手間を省くことができ、簡単に取り外すことが可能であり、必要に応じて容易に移動又は追加が可能である。 According to the first aspect of the present invention, first, the energy conversion system includes a plurality of piezoelectric systems in which a vibration plate made of piezoelectric ceramics or the like is supported on an elastic support, and electrodes are connected to the vibration plate. Since it is constituted by a speaker, the energy conversion system can efficiently convert into electric energy over a wider area and in a wider frequency band than conventionally used piezoelectric elements. Therefore, it is possible to exhibit a vibration damping or sound absorbing effect in a wide frequency band. Secondly, unlike conventional energy conversion systems, piezoelectric speakers are thin-walled, so that vibrations or noises of relatively lightweight objects such as vehicle wall surfaces, building wall surfaces, machines themselves, or machine housings are not generated. It is useful as a vibration and noise reduction device to suppress. Thirdly, the piezoelectric speaker is attached to the sheet-shaped magnet in advance, and the magnet is easily fixed to the object to be suppressed, which is a magnetic body, by magnetic attraction. This saves mounting effort and enables easy removal. It can be easily moved or added as needed.
請求項2の発明によれば、抑制対象物に入力する騒音の量が多い場合に、複数の圧電式スピーカが前段の圧電式スピーカを通過した騒音を順次電気エネルギーに変換し、先のスピーカを透過した騒音は後のスピーカでさらに電気エネルギーに変換されるため、エネルギー変換効率がさらに向上する。 According to the second aspect of the present invention, when the amount of noise to be input to the object to be suppressed is large, the plurality of piezoelectric speakers sequentially convert the noise that has passed through the previous piezoelectric speaker into electric energy, and the previous speaker is Since the transmitted noise is further converted into electric energy by a later speaker, the energy conversion efficiency is further improved.
請求項3の発明によれば、音響用圧電式スピーカの裏側に音響−電気変換器としての圧電式スピーカを取り付けて音響用圧電式スピーカの裏側に発生する不必要な騒音を抑制することができるので、音響用圧電式スピーカの表側には雑音の影響を受けない明晰な音を出すことができる。 According to the invention of claim 3, unnecessary noise generated on the back side of the acoustic piezoelectric speaker can be suppressed by attaching a piezoelectric speaker as an acoustic-electric converter to the back side of the acoustic piezoelectric speaker. Therefore, a clear sound that is not affected by noise can be produced on the front side of the acoustic piezoelectric speaker.
次に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図1は、第1の実施の形態の基本構成を示す概念図、図2は圧電スピーカとエネルギー消費手段の一例を示す回路図、図3は圧電スピーカとエネルギー消費手段の等価回路を示す回路図、図4は負性静電容量の一つの実現例を示す回路図、図5は負性静電容量の他の実現例を示す回路図、図6は蓄電手段の一例を示す電気回路図、図7は圧電スピーカの取付構造の一例を示す図であり、(a)は正面図、(b)は断面図、図8は振動低減効果を比較例とともに示すグラフ、図9は圧電式スピーカを重ねて取り付ける場合の取付構造を示す図であり、(a)は圧電式スピーカを単に重ねて取り付けた場合の概念図、(b)は最初の圧電式スピーカに支柱を備えた場合の概念図、図10は圧電素子と圧電式スピーカの圧電性能の周波数依存性を示すグラフ(圧電素子と圧電式スピーカのエネルギー変換特性グラフ)である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of the first embodiment, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a piezoelectric speaker and energy consuming means, and FIG. 3 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the piezoelectric speaker and energy consuming means. 4 is a circuit diagram showing one implementation example of the negative capacitance, FIG. 5 is a circuit diagram showing another implementation example of the negative capacitance, and FIG. 6 is an electric circuit diagram showing an example of the storage means, 7A and 7B are diagrams showing an example of a mounting structure of a piezoelectric speaker. FIG. 7A is a front view, FIG. 7B is a cross-sectional view, FIG. 8 is a graph showing a vibration reduction effect together with a comparative example, and FIG. It is a figure which shows the attachment structure at the time of attaching in a pile, (a) is a conceptual diagram at the time of attaching a piezoelectric speaker simply in piles, (b) is a conceptual diagram at the time of providing the support | pillar in the first piezoelectric speaker, Figure 10 shows the frequency dependence of the piezoelectric performance of piezoelectric elements and piezoelectric speakers. It is a graph (energy conversion characteristic graph of the piezoelectric element and the piezoelectric speaker).
図1において、1は抑制対象物であり、2は抑制対象物1に取付けられた、音響又は振動を電気エネルギーに変換する圧電式スピーカであり、3はその圧電式スピーカ2により取出された電気エネルギーを消費するエネルギー消費手段である。
In FIG. 1,
抑制対象物1は鉄道車両その他の車両の壁面、建築物の壁面、機械自体又は機械の筐体などの比較的軽量の物体又は部材であり、本発明の効果を有効に発揮するのは、これらの抑制対象物1が比較的広帯域の周波数の振動又は騒音を受けやすい環境に存在する場合である。
The
圧電式スピーカ2は、圧電セラミックス等で構成された振動板21を弾性支持体22に支持し、その振動板に電極を接続したものであり、本来のスピーカとしての使用する場合は、電極を介して音声信号を受けると所定周波数で振動して音波を発生するのであるが、本発明においては、圧電式スピーカの振動板21の圧電効果(機械的振動を受けると電荷を発生する現象)を利用して、受けた振動又は騒音による歪みを電気エネルギーに変換する一種のエネルギー変換系として用いる。
The
図10は、圧電素子と圧電式スピーカの出力の周波数特性を示すグラフであり、細線が圧電素子の出力、太線が圧電式スピーカの出力である。同図に示されるように、圧電素子は500Hz近辺、1000〜2000Hzにおいて出力レベルが低いのに対し、圧電式スピーカは750〜1100Hz、1700〜2000Hzの狭い範囲では出力レベルがやや低いが、それ以外の広い範囲で良好な出力が得られることが判る。
そのため、上記構成において、基本的に圧電式スピーカは抑制対象物上あるいは空間内に平面的に敷設され外来の又は自己発生の振動又は騒音を広周波数帯域において効率的に電気エネルギーに変換して出力する。その電気エネルギーはエネルギー消費手段3により熱エネルギーに変換されて消費される。
FIG. 10 is a graph showing the frequency characteristics of the output of the piezoelectric element and the piezoelectric speaker, where the thin line is the output of the piezoelectric element and the thick line is the output of the piezoelectric speaker. As shown in the figure, the piezoelectric element has a low output level in the vicinity of 500 Hz and 1000 to 2000 Hz, while the piezoelectric speaker has a slightly low output level in the narrow range of 750 to 1100 Hz and 1700 to 2000 Hz. It can be seen that good output can be obtained in a wide range.
Therefore, in the above configuration, basically the piezoelectric speaker is laid flat on the object to be suppressed or in the space, and external or self-generated vibration or noise is efficiently converted into electric energy in a wide frequency band and output. To do. The electric energy is converted into heat energy by the energy consuming means 3 and consumed.
抑制対象物1に圧電式スピーカ2を取付ける方法の一つには、前記弾性支持板22又は圧電式スピーカ2の筐体を壁体などに直接貼り付ける方法又は粘着テープ等を用いて固定する方法、あるいは、ねじなどの固着具を用いて固定する方法等があり得る。
音響エネルギーあるいは振動エネルギーを電気エネルギーに変換するのに、従来、圧電素子を使用することが提案されているが、この圧電素子は図10に示すように、一般に形状により決まる固有周波数(100〜300Hz)付近では効率的にエネルギー変換が行われるが、その他の周波数では慨してエネルギー変換効率が低い。
One of the methods for attaching the
Conventionally, it has been proposed to use a piezoelectric element to convert acoustic energy or vibration energy into electric energy. As shown in FIG. 10, this piezoelectric element generally has a natural frequency (100 to 300 Hz) determined by its shape. ) Energy conversion is performed efficiently in the vicinity, but energy conversion efficiency is much lower at other frequencies.
これに対して、圧電式スピーカ2は音響スピーカとして使用されることを前提に製作され、音響放射の周波数帯域が広くなるよう設計されている。この圧電式スピーカ2を歪み−電気変換器として用いる場合も、図10に示すように50〜1700Hzの広い周波数帯域の振動又は騒音による歪みを電気に変換することが可能であるという特長がある。本発明は、広周波数帯域を持つ圧電式スピーカをエネルギー変換器として使用することで、音響エネルギーおよび振動エネルギーを広帯域で電気エネルギーに変換できるようにしてある。
On the other hand, the
抑制対象物1に加わる振動又は騒音の強さが大きい場合は、複数枚の圧電式スピーカを使用し、それぞれの圧電式スピーカの正極と負極を並列又は直列に結合することとなる。
When the intensity of vibration or noise applied to the
電気エネルギー消費手段3は、図2に例示するように、圧電式スピーカ2の振動板21に接続された両電極の間に直列接続されたコイル31と抵抗器32を含む周知のシャント回路S1で構成することができる。圧電式スピーカ2にシャント回路S1が接続されていることにより、振動板21の静電容量(C)とコイル31のインダクタンス(L)と抵抗器32の抵抗(R)によりLCR共振回路が構成されている。
上記構成により、抑制対象物1に外来振動又は騒音が侵入した時は、その振動又は騒音が圧電式スピーカ2の振動板21に伝達され、その振動板に発生する歪みが電荷に変換されて、シャント回路S1に共振電流が流れ、その電流は抵抗器32においてジュール熱に変換されて、大気中に放出されることにより、エネルギーが消費される。
As illustrated in FIG. 2, the electric energy consuming means 3 is a known shunt circuit S <b> 1 including a
With the above configuration, when an external vibration or noise enters the
上述のように、共振回路を構成するシャント回路S1を用いる場合は、抑制対象物1が共振周波数と同一の周波数で振動する場合には圧電式スピーカ2から最大の電流がシャント回路S1に流れるので、良い振動減衰効果が得られるが、それ以外の周波数の振動を受けた場合には、振動減衰効果が低くなる。
As described above, when the shunt circuit S1 constituting the resonance circuit is used, when the
図3は、上記の難点を解消した実施の形態を示している。すなわち、この実施の形態では、シャント回路S2が圧電式スピーカ2が持っている静電容量Cとほぼ等価な負性静電容量(−C)と、負性静電容量に直列に抵抗Reを接続して構成されている。
負性静電容量(−C)は、一例として、図4に示すように、オペアンプからなる反転回路33と、その反転回路の出力を積分する積分回路34とで生成することができ、また、図5に示すような回路を用いて生成することもできる。
圧電式スピーカ2が持っている静電容量(C)と、この静電容量とほぼ等価な負性静電容量(−C)を結合すると、全周波数帯域で合成インピーダンスが0となるため、理論的には周波数特性がなくなり、圧電式スピーカ2から効率的に電流を抵抗器32に流すことが可能となる。従って、この実施の形態によれば、質量則以上の制振効果又は消音効果が期待できる。
FIG. 3 shows an embodiment in which the above difficulties are eliminated. That is, in this embodiment, the shunt circuit S2 has a negative capacitance (-C) substantially equivalent to the capacitance C possessed by the
For example, as shown in FIG. 4, the negative electrostatic capacitance (−C) can be generated by an inverting circuit 33 formed of an operational amplifier and an integrating
When the electrostatic capacity (C) of the
また、所要の面積をカバーしたり、重ね合わせて取り付ける場合など、複数の圧電式スピーカを使用する場合は、その圧電式スピーカの合成静電容量に合う負性静電容量を接続することで、シャント回路を1つあるいは最小個数とすることが可能である。 In addition, when using a plurality of piezoelectric speakers, such as when covering the required area or mounting by overlapping, by connecting a negative capacitance that matches the combined capacitance of the piezoelectric speakers, One or a minimum number of shunt circuits can be used.
上記の実施の形態では、圧電スピーカより取出された電気エネルギーを抵抗器32(Re)により熱エネルギーに変換して消費してしまったが、その電気エネルギーを消費せずに、図6に示すように、シャント回路S3に蓄電手段4を接続して、蓄電することが可能である。蓄電手段4は、第2コイル41と整流器42と蓄電池43とを有するものであり、シャント回路S3の第1コイル31と第2コイル41とでそれぞれ変圧器44の一次巻線及び二次巻線を形成している。
蓄電手段4を備えた場合は、この蓄電手段4を負性静電容量を生成する回路を駆動するための電源として利用することができる。すなわち、圧電式スピーカを複数枚用い、そのいずれかに図4又は図5の圧電式スピーカ全体の有する静電容量とほぼ等価な負性静電容量と抵抗器を含むシャント回路S2を接続し、他の圧電式スピーカには、図6のシャント回路S1及び蓄電手段4を接続して、蓄電手段の蓄電器43から負性静電容量を生成する回路、例えば図4の反転回路33及び積分回路34に駆動電源を供給することができる。
In the above embodiment, the electric energy extracted from the piezoelectric speaker is converted into heat energy by the resistor 32 (Re) and consumed. As shown in FIG. 6, the electric energy is not consumed. In addition, it is possible to store power by connecting the power storage means 4 to the shunt circuit S3. The power storage means 4 includes a
When the
圧電式スピーカをエネルギー変換系として用いる場合は、抑制対象物から圧電式スピーカの振動板への振動伝達の良否が制振効果又は吸音効果を左右する。好ましい実施の形態においては、図7に示すように、振動板21の好ましくは中心と抑制対象物の間に支柱5を設けて、抑制対象物1の振動を圧電式スピーカ2の振動板21に直接伝達するようにしている。この支柱5は金属などの剛体とゴムなどの弾性体いずれも考えられる。
圧電式スピーカ単体では、基本的に印加される音響エネルギーのみが電気エネルギーに変換されるが、圧電式スピーカ2の振動板21と抑制対象物1を支柱5で結合することにより抑制対象物1の振動エネルギーを圧電式スピーカ2の振動板21に直接伝達することができるため、エネルギー変換効率の向上が見込まれる。さらに、抑制対象物の振動が印加される音響エネルギーによって励振される成分のみならず、他要因による振動の固体伝搬振動も合わせて電気エネルギーに変換することが可能である。
図8に示すように、振動板21と抑制対象板1の間に支柱5を設けない場合の出力(同図(a))と、設けた場合の出力(同図(b))を比較すると、支柱ありの場合は抑制対象板の振動に忠実に追従した出力が得られることが判る。
When a piezoelectric speaker is used as an energy conversion system, the quality of vibration transmission from the object to be suppressed to the diaphragm of the piezoelectric speaker determines the damping effect or the sound absorbing effect. In the preferred embodiment, as shown in FIG. 7, a
In the piezoelectric speaker alone, basically only the applied acoustic energy is converted into electric energy. However, by connecting the
As shown in FIG. 8, the output when the
複数の圧電式スピーカ2を使用する場合、抑制対象物1の対象面に平面的に貼り付けるだけでなく、図9(a)に例示するように、圧電式スピーカ2a,2b,2cを重ねて使用することが可能である。エネルギーの変換効率を上げるために、同一面上に重ねて圧電スピーカを取り付けることで、音響入射方向に対し振動又は騒音を複数段階で電気エネルギーに変換することが可能となり、全体のエネルギー変換効率が向上する。
When a plurality of
前述の通り圧電式スピーカを重ねて使用する場合は、図9(b)に例示するように、抑制対象物1に直接貼る圧電式スピーカ2aには支柱5を取り付け、その上に貼り付けた圧電式スピーカ2bは支柱なしで使用することが良い。
抑制対象物1に直接取り付ける圧電式スピーカ2aに支柱5を取り付けることで抑制対象物1の振動エネルギーを主に圧電式スピーカ2aにより電気エネルギーに変換し、その上の圧電式スピーカ2bには支柱を取り付けないことにより音響エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能となり、それぞれ別のエネルギーを電気エネルギーに変換することが可能である。
As described above, when the piezoelectric speakers are used in an overlapping manner, as shown in FIG. 9B, the
By attaching the
圧電式スピーカ2の取付構造に関し、上述の例はいずれも抑制対象物1に直接を貼り付けた。しかし、抑制対象物によっては又はその使用環境によっては、振動又は音の強度や侵入方向が変わる場合がある。このような場合は、振動・騒音低減装置の取り付け位置の変更や移動が望まれるが、上記のような取付構造では、一旦取り付けた後は取り外すことができないか、ねじ等を緩めて取り外すなど手間がかかる。
そこで、本発明では、次のような取付構造を採用している。この取付構造は、抑制対象物1が鉄板などの磁性体である場合に、採用することができるものであり、図1、図8に示すように、圧電式スピーカ2をシート状の磁石6に貼り付け、その磁石6を抑制対象物1に磁気的に吸着させて固定するようにした。圧電式スピーカ2をシート状の磁石6に取り付け、これを抑制対象物1に磁気的に吸着させるので、専用の取り付け具(ネジなど)を使用せず、簡単に取り付けることが可能となる。また、振動源、音源の移動又は増減に応じて圧電式スピーカ2の配設位置の移動又は増減が容易にできる利点がある。
Regarding the mounting structure of the
Therefore, in the present invention, the following mounting structure is adopted. This mounting structure can be employed when the
以上の説明において、抑制対象物1が外来騒音により振動したり音を発生したりする場合の制振及び騒音を低減する装置を考察してきたが、本発明は、圧電式スピーカ2の音響−電気変換又は振動−電気変換(圧電効果)を利用して制振防音を行うことを基本原理とするので、抑制対象物1が自ら振動又は騒音を発生する場合にも適用できることはいうもでもない。本発明の技術的思想をさらに展開すれば、抑制対象物1が本来の音響発生の用途に供される圧電式スピーカである場合にも適用すると、その音響発生用圧電式スピーカの機能の一層の向上を図ることができる。すなわち、抑制対象物に相当する音響発生用圧電式スピーカの裏面に、騒音抑制用圧電式スピーカを取り付けたシート状の磁石を設け、後者の騒音抑制用スピーカの振動板に電極を介してエネルギー消費手段及び又は蓄電手段を接続することにより、音響発生用スピーカの裏側に放射される逆位相の音、すなわち雑音を低減することができ、これにより音響発生用スピーカの表側には雑音の無い又は非常に少ない、澄んだ明晰な音響が供給される。エネルギー消費手段及び又は蓄電手段に代えて、低減対象周波数に対応する共振周波数を設定するためのリアクタンス(L)又は抵抗値(R)を調整する制御回路を接続することにより、音響発生用スピーカの裏側から放射される必要範囲以外の騒音の抑制又は消滅させることができる。
In the above description, a device for suppressing vibration and reducing noise when the
1 抑制対象物
2 圧電式スピーカ
3 エネルギー消費手段
S1,S2 シャント回路
31 コイル
32 抵抗器
C 静電容量
−C 負性静電容量
4 蓄電手段
42 整流器
43 蓄電器
44 変圧器
31 第1コイル
41 第2コイル
5 支柱
6 磁気シート
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記エネルギー変換系を、圧電セラミックス等で構成された振動板を弾性支持体に支持し、その振動板に電極を接続してなる圧電式スピーカにより構成し、
それらの圧電式スピーカをシート状の磁石に取り付け、
その磁石を磁性体である抑制対象物に磁気吸着により取り付けたことを特徴とする振動・騒音低減装置。 In a vibration / noise reduction device comprising an energy conversion system for converting vibration or noise into electricity and an energy consuming means for consuming the converted electricity as heat energy,
The energy conversion system is configured by a piezoelectric speaker in which a diaphragm made of piezoelectric ceramics or the like is supported on an elastic support and an electrode is connected to the diaphragm.
Attach those piezoelectric speakers to a sheet-like magnet,
A vibration / noise reduction device characterized in that the magnet is attached to an object to be suppressed, which is a magnetic body, by magnetic adsorption.
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