JP2009065628A - 高速気流雑音防止マイクロホン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速気流中の音をマイクロホンの自己発生音を発生させずに検出する高速気流雑音防止マイクロホン装置を提供する。
【解決手段】 自己発生音を発生させることなく高速気流中の音を検出する装置において、マイクロホン１と、該マイクロホン１を収納する筒状カバー２と、該筒状カバー２の高速気流側に設けられた第１開口３と、前記筒状カバー２の静止又は低速気流側に設けられた第２開口４とから成り、前記マイクロホン１と前記筒状カバー２の内壁で挟まれる通気路の断面および前記第２開口４を前記第１開口３よりも十分大とした高速気流雑音防止マイクロホン装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速気流中の音をマイクロホンの自己発生音を発生させずに検出する高速気流雑音防止マイクロホン装置に関するものである。

道路トンネルの換気用のジェットファンや自動車のエンジン排気管から排出される騒音、あるいは、高速走行車両から放出される車輪転動音など、放・排出される騒音に対して逆位相・同振幅のスピーカ音を騒音の発生源近傍から放射して騒音を干渉消音するアクティブノイズコントロールシステムがある。このシステムで騒音を効率よく消音制御するためには、騒音を、ジェットファンでは約３０ｍ／ｓｅｃの高速気流中で検出したり、高速走行する車上に設置したマイクロホンで検出したりしなければならない。強い風がマイクロホンへ直接当たると、マイクロホン自身が発生する風雑音が大きく入力して、検出される騒音信号の品質は著しく劣化する。そこで、ノーズコーン型風防付マイクロホンや風雑音の発生しにくい位置に小さな孔を設けて音を検出する集音器を設置して風雑音の影響を軽減し、あるいは加速度センサで騒音発生源の振動を検知して制御用の音信号を得るなど、風雑音による影響を排除する手法が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
特開２００１−３５６７７７号公報 特開平９−２６９２６３号公報

しかしながら、上記ノーズコーン型風防付マイクロホンをジェットファンのケーシング内に設置して騒音を検出することは、高速気流の通気路内に突起物を挿入することになるため、風圧や気流の乱れによる圧力損失や新たな騒音の発生、あるいは内壁面に突起物が挿入されたためにメンテナンス性が悪くなるなど、高速噴流を効率よく放出することが求められるジェットファンにとって致命的な障害となりかねない。

また、風雑音の発生しにくい位置に設置する集音器や周期性の振動を検出して発生騒音を推測する加速度センサによる方式は、騒音信号を検出して打消し音をスピーカから出力するとき、騒音と打消し音の干渉ポイントで双方の音波伝播性状の相関がとり難いという問題が生ずる。特に広帯域の周波数を含む騒音を扱う場合は、放・排出される騒音の全帯域にわたって正確な逆位相・同振幅のスピーカ音を出力することが必要とされるアクティブノイズコントロールシステムの騒音信号の検出手段としては、制御用の信号を検出する初期段階から難しい課題を抱え込んでしまうという問題点があった。

自己発生音を発生させることなく高速気流中の音を検出する装置において、マイクロホンと、該マイクロホンを収納する筒状カバーと、該筒状カバーの高速気流側に設けられた第１開口と、前記筒状カバーの静止又は低速気流側に設けられた第２開口とから成り、前記マイクロホンと前記筒状カバーの内壁で挟まれる通気路の断面および前記第２開口を前記第１開口よりも十分大として、前記第１開口と前記第２開口の外側、すなわち高速気流側と静止又は低速気流側の気流の流速差から気圧差を生じさせて、前記筒状カバー内に高圧側前記第２開口から低圧側前記第１開口へ流れる気流の流通路をつくるとともに、前記第１開口を通過する気流の流速よりも前記マイクロホン近傍を通過する気流の流速を十分に小とする高速気流雑音防止マイクロホン装置である。

上記の高速気流雑音防止マイクロホン装置において、前記第１開口と前記マイクロホン間を囲う前記筒状カバーの内壁面を第１および第２の焦点を有する楕円面とするとともに、前記第１開口の中心に該楕円面の第１の焦点を配置し、前記マイクロホンの中心に該楕円面の第２の焦点を配置することによって、前記第１開口から入力して放射状に伝播する音信号成分を前記マイクロホンで集音する。

本発明による高速気流雑音防止マイクロホン装置は、高速気流とともに排出される騒音や高速走行体の車体外部の騒音などを、風雑音を発生させることなく検出できるようにしたものであって、流体に流れがあるときは、速さが大きいところは圧力が小さくなり、流体が管路を流れるときの単位時間当たりの流量は変わらない、という流体の流れに伴う性質を利用してマイクロホンに強い風が当たらないように構成したものである。
気流の流れに平行な面に設けた小さな孔から騒音を取り込むため、管路を流れる高速気流に圧力損失を与えることはなく、高速走行車両の車輪転動音などの外部騒音の検出は、騒音の発生源と見なせる直近の位置で検出できる。特に、時々刻々と変化する音の波動伝播の性状を厳密にとらえて音響的に適正に処理するアクティブノイズコントロールの騒音検出手法として有効である。

実施の形態１

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき詳細に説明する。
なお、各図中、同一部分は同一符号を付し、重複する説明は省略する。

本発明の実施形態１を図１、図２、図４を用いて説明する。図１は、本発明の構成を示す断面図である。図２は、本発明を用いた消音アクチュエータの断面図であり、図４は、本発明を用いたジェットファン騒音低減装置と評価装置の略図である。
図１、図２、図４において、１はマイクロホン、２は筒状カバー、３は第１開口、４は第２開口、５は楕円壁面、６は音波誘導壁、７は音波整流体、８は気流導入筒、９は吸音材、１０はフィルタ、１１は消音アクチュエータ、１２はスピーカ、１３はエンクロージャ、１４は打消し音放出口、１５はコントロール回路、１６はアンプ、２１はジェットファン、２２は軸流送風機である。

図１に本発明の高速気流雑音防止マイクロホン装置を示すように、マイクロホン１は、筒状カバー２で囲われた内壁のほぼ中央に収納されており、筒状カバー２の高速気流側には第１開口３が、静止又は低速気流側には第２開口４が設けられている。マイクロホン１と筒状カバー２の内壁面で挟まれる通気路の断面および第２開口４の開口面は、第１開口３の開口面よりも十分に大となる面としてある。

また、第１開口３とマイクロホン１間を囲う筒状カバー２の内壁面を、第１および第２の焦点を有する楕円壁面５とするとともに、第１開口３の中心に楕円壁面５の第１の焦点を配置し、マイクロホン１の中心に楕円壁面５の第２の焦点を配置してある。楕円壁面５、音波誘導壁６、音波整流体７は、音をよく反射する反射率の高い材料が用いられ、気流導入筒８の内壁面は多孔性の吸音材９が取り付けられ、第２開口４は防塵用のフィルタ１０が取り付けられている。

このような本発明の高速気流雑音防止マイクロホン装置は、第１開口３の外側は高速気流の流れに面しており、第２開口４の外側は気流の流れのない静止か低速の気流の流れに面していて、第１開口３と第２開口４の間には気圧差を生ずるが、気流の流れの速い第１開口３側は気圧が低く、気流の流れの遅い第２開口４の側の気圧は高くなる。したがって、筒状カバー２内には高圧側の第２開口４から低圧側の第１開口３へ流れる気流の流通路ができる。

筒状カバー２内の筒状流通路を流れる気流は、連続的で、流通路内のどの位置でも単位時間当たりの流量は変わらないから、開口面の小さな第１開口３の開口部を通過する気流の流速は速く、マイクロホン１周辺と第２開口４の開口面は、第１開口３の開口面よりも十分に大きな流通路としてあるため、通過する気流の流速は遅くなる。通過する気流の早さの比は、それぞれの気流通過部の断面の大きさに逆比例する関係である。

図２は、本発明の高速気流雑音防止マイクロホン装置を、高速気流中の騒音検出装置としてエンクロージャ１３に組み込んで消音アクチュエータ１１としたものである。消音アクチュエータ１１は、図４に示すように、ジェットファン２１の吸・排気口の外周に取り付けられて、道路トンネル換気用ジェットファン騒音低減装置として用いたものである。

軸流送風機２２から放出されてジェットファン２１の、例えば排気口方向へ送出される高速気流中には、高速気流を媒体として伝播する騒音も同時に放出される。騒音は、消音アクチュエータ１１に設けられた第１開口３から筒状カバー２内へ導入され、放射状に拡散伝播する。第１開口３、すなわち楕円壁面５の第１の焦点より放射された騒音は、音波誘導壁６および円錐状の音波整流体７で音の伝播方向が矯正され、楕円壁面５で反射されて、楕円壁面５の第２の焦点、すなわちマイクロホン１へ再び収束し、音の信号成分が強められてマイクロホン１へ入力される。マイクロホン１の出力信号は能動的消音制御するコントロール回路１５へ供給され、コントロール回路１５の出力によりアンプ１６を介してスピーカ１２からは打消し音が出力され、打消し音は打消し音放出口１４より放出される。

軸流送風機２２から放出されて高速気流中を直進伝播する騒音が、第１開口３から打消し音放出口１４の位置へ至る騒音の伝播距離と、第１開口３から入力して楕円壁面５で反射されてマイクロホン１へ至る伝播距離とスピーカ１２から打消し音放出口１４へ至る伝播距離を加え合わせた打消し音側の伝播距離を、双方の音の伝播ルートの違いから干渉ポイントで狂いの出ないような音響的な伝播性状が等価の関係としつつ、双方の音を干渉消音する。

このように、本発明によれば、強い風がマイクロホンへ直接当たりマイクロホン自身が発生する自己発生音を出すことなく、良質な騒音信号を高速気流中で検出することができる。第１開口３の開口周辺は高速気流が流れていて、第１開口３の開口エッジに風が当たり風雑音の発生が懸念されるが、ジェットファン２１の吸・排気口周辺の騒音は、気流の流れにより発生する騒音よりも軸流送風機２２のファン回転により発生する騒音の方がはるかに高いレベルであるため、ジェットファン２１の騒音はファン騒音が支配的な騒音として扱うことができる。

実施の形態２

本発明の実施形態２を図３、図４を用いて説明する。図３は、本発明を用いた風防塔の内部の構造図である。本発明の実施形態２は、道路トンネル換気用ジェットファン騒音低減装置から放出される高速気流中の音の評価装置に用いたものである。
２３は風防塔、２４はトンネル天井壁面である。

図３は、本発明の高速気流雑音防止マイクロホン装置を風防塔２３内に収納したものである。風防塔２３は、高速気流の風圧で生ずる気流の乱れや剥離を防止するために、前方先端と後方先端を尖らせ胴部が流線形の船形断面となる筒状の風防としたものである。
図４で示すとおり、風防塔２３は、消音アクチュエータ１１が吸・排気口の外周に取り付けられた騒音低減装置付ジェットファン２１とともに、トンネル天井壁面２４より吊り下げられている。風防塔２３は、ジェットファン２１の中心軸上の開口前方、数メートル離れた位置に風防塔２３の下端が一致するようにして設置されている。

軸流送風機２２が回転すると、ジェットファン２１の排気口からは吹出平均風速約３０ｍ／ｓｅｃの高速気流とともに騒音も排出される。この高速気流は、ジェットファン２１の開口直近の位置と開口の前方に設置される風防塔２３の下端周辺の位置では、気流の速度は大きく変わることなく、風速の衰えはほとんど出ない。したがって、風防塔２３の下端の平坦な面に設けられている第１開口３の外側に面する気流の流速は約３０ｍ／ｓｅｃである。一方、第２開口４は気流導入筒８がトンネル天井壁面２４近くまで引き延ばされているため、第２開口４の外側は、第１開口３の外側のような高速気流による影響を直接受けることがないので、第１開口３の外側の気流の流速よりはるかに遅い流速である。

気流の流れの速い第１開口３側は気圧が低く、気流の流れの遅い第２開口４の側の気圧は高くなる。筒状カバー２内には高圧側の第２開口４から低圧側の第１開口３へ流れる気流の流通路ができる。開口面の小さな第１開口３の開口部を通過する気流の流速は速く、第１開口３の開口面よりも十分に大きなマイクロホン１周辺の流通路を通過する気流の流速は遅くなる。したがって、マイクロホン１へは強い風が直接当たることはないので、マイクロホン１自身が発生する自己発生音を防止しながら騒音を検出することができる。

上記の実施形態においては、本発明を道路トンネル換気用ジェットファン騒音低減装置や高速気流中の音の評価装置に適用した場合について説明したが、本発明は、自動車エンジンの排気管内の排出騒音や高速走行車両から放出される騒音などを風雑音の発生を抑えて検出することができる。また、音の伝播媒体となる流体は、高速気流に代えて高速水流の場合であってもよく、上記実施形態と同様に本発明を適用することが可能である。そして、このように本発明を適用した場合においても、上記実施形態と同様な作用効果が得られる。

本発明の構成を示す断面図である。 本発明を用いた消音アクチュエータの断面図である。 本発明を用いた風防塔の内部の構造図である。 本発明を用いたジェットファン騒音低減装置と評価装置の略図である。

符号の説明

１…マイクロホン、２…筒状カバー、３…第１開口、４…第２開口、５…楕円壁面、６…音波誘導壁、７…音波整流体、８…気流導入筒、９…吸音材、１０…フィルタ、１１…消音アクチュエータ、１２…スピーカ、１３…エンクロージャ、１４…打消し音放出口、１５…コントロール回路、１６…アンプ、２１…ジェットファン、２２…軸流送風機、２３…風防塔、２４…トンネル天井壁面

Claims (2)

1. マイクロホンと、
   該マイクロホンを収納する筒状カバーと、
   該筒状カバーの高速気流側に設けられた第１開口と、
   前記筒状カバーの静止又は低速気流側に設けられた第２開口とから成り、
   前記マイクロホンと前記筒状カバーの内壁で挟まれる通気路の断面および前記第２開口を前記第１開口よりも十分大としたことを特徴とする高速気流雑音防止マイクロホン装置。
2. 請求項１記載の高速気流雑音防止マイクロホン装置において、
   前記第１開口と前記マイクロホン間を囲う前記筒状カバーの内壁面を第１および第２の焦点を有する楕円面とするとともに、前記第１開口の中心に該楕円面の第１の焦点を配置し、前記マイクロホンの中心に該楕円面の第２の焦点を配置する請求項１に記載の高速気流雑音防止マイクロホン装置。

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