JP2019164263A - 騒音低減装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】未知の指向特性を有する騒音に対する騒音低減制御の効果を向上可能な騒音低減装置を提供すること【解決手段】実施形態に係る騒音低減装置は、騒音源からの騒音を低減するための第一の制御音を発生する第一の制御音源と、前記騒音源からの騒音を受けて前記第一の制御音源から流れる第一の電流を検出する第一の電流検出部と、前記第一の制御音源とは異なる位置に設けられ、前記騒音源からの騒音を低減するための第二の制御音を発生する第二の制御音源と、前記騒音源からの騒音を受けて前記第二の制御音源から流れる第二の電流を検出する第二の電流検出部と、前記第一の電流と前記第二の電流とが所定の条件を満たすように前記第一の制御音と前記第二の制御音とを調整する調整部と、を具備する。【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、騒音低減装置に関する。
3次元空間を対象とした騒音低減制御においては、騒音源も制御音源も点音源群で近似できることを前提にしている。産業機器や発電設備等の非回転系騒音では低減対象音を低音域で近似できる。これは、実機でも実証されている。しかし、大型エンジン騒音に代表される回転を伴う動翼騒音では、運転状況によっては必ずしも無指向の点音源とはならない。このような未知の指向特性を有する騒音源を無指向の点音源で近似した場合、騒音低減制御の効果が劣化してしまう。
実施形態の目的は、未知の指向特性を有する騒音に対する騒音低減制御の効果を向上可能な騒音低減装置を提供することにある。
実施形態に係る騒音低減装置は、騒音源からの騒音を低減するための第一の制御音を発生する第一の制御音源と、前記騒音源からの騒音を受けて前記第一の制御音源から流れる第一の電流を検出する第一の電流検出部と、前記第一の制御音源とは異なる位置に設けられ、前記騒音源からの騒音を低減するための第二の制御音を発生する第二の制御音源と、前記騒音源からの騒音を受けて前記第二の制御音源から流れる第二の電流を検出する第二の電流検出部と、前記第一の電流と前記第二の電流とが所定の条件を満たすように前記第一の制御音と前記第二の制御音とを調整する調整部と、を具備する。
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる騒音低減装置を説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る騒音低減装置1の構成を示す図である。第1実施形態に係る騒音低減装置1は、騒音源10から発せられる騒音を低減する装置である。本実施形態に係る騒音低減装置1は、回転翼の回転に伴い騒音を発する回転系の騒音源10にも適用可能であるし、回転翼を有しない非回転系の騒音源10にも適用可能である。本実施形態に係る騒音低減装置1は、無指向性の騒音にも適用可能であるし、指向性を有する騒音にも適用可能である。
図1は、第1実施形態に係る騒音低減装置1の構成を示す図である。第1実施形態に係る騒音低減装置1は、騒音源10から発せられる騒音を低減する装置である。本実施形態に係る騒音低減装置1は、回転翼の回転に伴い騒音を発する回転系の騒音源10にも適用可能であるし、回転翼を有しない非回転系の騒音源10にも適用可能である。本実施形態に係る騒音低減装置1は、無指向性の騒音にも適用可能であるし、指向性を有する騒音にも適用可能である。
図1に示すように、騒音低減装置1は、参照信号取得器11、第一の制御フィルタ13、第一の制御スピーカ15、第一の電流検出器17、第二の制御フィルタ19、第二の制御スピーカ21、第二の電流検出器23、処理回路25、表示機器27、入力機器29及び記憶装置31を有する。このように騒音低減装置1は、第一の制御フィルタ13、第一の制御スピーカ15及び第一の電流検出器17から構成される第一の制御スピーカ系統と、第二の制御フィルタ19、第二の制御スピーカ21及び第二の電流検出器23から構成される第二の制御スピーカ系統とを装備する。騒音低減装置1は、二つのスピーカ系統を有することにより、指向性が未知である騒音に対しても、当該騒音の指向性に適応した指向性を有する制御音を発することができる。
参照信号取得器11は、騒音源10から発せられる騒音に相関する信号を取得する。以下、参照信号取得器11により取得された信号を参照信号と呼ぶ。騒音源10が回転系である場合、参照信号取得器11としては、騒音源10の駆動系に設けられたエンコーダ等の回転速度検出器が適当である。回転速度検出器は、騒音源10である回転翼の回転速度や回転周波数等の回転速度に依存する物理量を検出し、検出された物理量を電気信号である参照信号に変換する。なお、参照信号取得器11は、例えば、マイクロフォンでも良い。マイクロフォンは、騒音源10から発せられる騒音を電気信号である参照信号に変換する。参照信号は、第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とに供給される。
第一の制御フィルタ13は、参照信号の振幅及び位相の少なくとも一方を調整するフィルタである。第一の制御フィルタ13による調整後の参照信号を第一の制御信号と呼ぶ。第一の制御信号は、第一の制御スピーカ15を駆動するための制御信号である。第一の制御信号は、第一の制御スピーカ15に供給される。
第一の制御スピーカ15は、騒音源10から発せられる騒音を低減するための第一の制御音を発生する制御音源である。第一の制御スピーカ15は、第一の制御音源とも呼ぶ。第一の制御スピーカ15は、第一の制御信号を受けて駆動して、当該第一の制御信号に対応する第一の制御音を発生する。また、第一の制御スピーカ15は、騒音源10からの騒音を受けて逆起電力を発生する。逆起電力の発生により第一の制御スピーカに電流が流れる。以下、逆起電力の発生により第一の制御スピーカ15に流れる電流を第一の逆起電流と呼ぶ。
第一の電流検出器17は、第一の制御スピーカ15に流れる第一の電流を検出する電流検出器である。例えば、第一の電流検出器17は、第一の制御スピーカに流れる第一の逆起電流を検出し、検出した第一の逆起電流に対応する電気信号を発生する。以下、第一の電流検出器により検出された逆起電流に対応する電気信号を第一の電流検出信号と呼ぶ。第一の電流検出信号は、処理回路25に供給される。
第二の制御フィルタ19は、参照信号の振幅及び位相の少なくとも一方を調整するフィルタである。第二の制御フィルタ19による調整後の参照信号を第二の制御信号と呼ぶ。第二の制御信号は、第二の制御スピーカ21を駆動するための制御信号である。第二の制御信号は、第二の制御スピーカ21に供給される。
第二の制御スピーカ21は、騒音源10から発せられる騒音を低減するための第二の制御音を発生する制御音源である。第二の制御スピーカ21は、第二の制御音源とも呼ぶ。第二の制御スピーカ21は、第一の制御スピーカ15とは異なる位置に設けられる。第二の制御スピーカ21は、第二の制御信号を受けて駆動して、当該第二の制御信号に対応する第二の制御音を発生する。また、第二の制御スピーカ21は、騒音源10からの騒音を受けて逆起電力を発生する。逆起電力の発生により第二の制御スピーカ21に電流が流れる。以下、逆起電力の発生により第二の制御スピーカに流れる電流を第二の逆起電流と呼ぶ。
第二の電流検出器23は、第二の制御スピーカ21に流れる第二の電流を検出する電流検出器である。例えば、第二の電流検出器23は、第二の制御スピーカ21に流れる第二の逆起電流を検出し、検出した第二の逆起電流に対応する電気信号を発生する。以下、第二の電流検出器23により検出された逆起電流に対応する電気信号を第二の電流検出信号と呼ぶ。第二の電流検出信号は、処理回路25に供給される。
処理回路25は、第一の電流検出器17により検出された第一の電流と第二の電流検出器23により検出された第二の電流とが所定の条件を満たすように、第一の制御音と第二の制御音とを調整する。ハードウェア構成として処理回路25は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサとRAM(Random Access Memory)等のメモリとを有する。処理回路25は、記憶装置31に記憶されているプログラムを実行することにより総合電流振幅算出部33と振幅/位相調整部35とを実現する。なお、処理回路25のハードウェア実装は上記態様のみに限定されない。例えば、処理回路25は、総合電流振幅算出部33と振幅/位相調整部35とを実現する特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)等の回路により構成されても良い。総合電流振幅算出部33と振幅/位相調整部35とは、単一の集積回路に実装されても良いし、複数の集積回路に個別に実装されても良い。
総合電流振幅算出部33は、第一の電流検出器17により検出された第一の電流の振幅と第二の電流検出器23により検出された第二の電流の振幅を重み係数に従い重み付け加算する。重み付け加算後の電流振幅を総合電流振幅と呼ぶ。
振幅/位相調整部35は、総合電流振幅が所定の条件を満たすように第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とを調整する。第1実施形態に係る所定の条件は、総合電流振幅が略最大値をとることに規定される。以下、当該所定の条件を最大条件と呼ぶことにする。この場合、振幅/位相調整部35は、総合電流振幅が略最大値をとるように第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とを調整する。換言すれば、総合電流振幅が略最大値をとるように第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とが調整される。第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19との調整により、第一の制御スピーカ15から発せられる第一の制御音と第二の制御スピーカ21から発せられる第二の制御音との合成音の指向性が騒音の指向性に適応する。このような制御音により騒音低減対象空間を伝播する音響のパワーが最小化される。よって当該空間を伝播する騒音が低減される。なお、本実施形態に係る略最大値は、算出された幾つかの総合電流振幅のうちの最大値に設定されても良いし、入力機器29等を介して指定された許容値に設定されても良い。
表示機器27は、種々の情報を表示する。表示機器27としては、例えば、CRT(Cathode-Ray Tube)ディスプレイや液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、LED(Light-Emitting Diode)ディスプレイ、プラズマディスプレイ又は当技術分野で知られている他の任意のディスプレイが適宜利用可能である。
入力機器29は、ユーザからの各種指令を入力する。入力機器29としては、キーボードやマウス、各種スイッチ、タッチパッド、タッチパネルディスプレイ等が利用可能である。入力機器29からの出力信号は処理回路25に供給される。なお、入力機器29としては、処理回路25に有線又は無線を介して接続された、コンピュータであっても良い。
記憶装置31は、ROM(Read Only Memory)やHDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、集積回路記憶装置等により構成される。記憶装置31は、処理回路25による種々の演算結果や処理回路25が実行する種々のプログラムを記憶する。
以下、第1実施形態に係る騒音低減装置1の動作について説明する。
騒音低減装置1は、音響パワー最小時に起こる制御音源ゼロパワー現象を利用する。騒音源と制御音源とを合わせた全音響パワーをPwtは、下記の(1)式に規定され、制御音源の放射音響パワーPsは下記の(2)式に規定される。Hは共役転置を表す。全音響パワーが最小となるとき、制御音源の放射音響パワーPsは0となる。
(1)式の第1項は制御音源だけ単独で鳴らしたときの音響パワー、第4項は騒音源だけ単独で鳴らしたときの音響パワー、第2項及び第3項は制御音源と騒音源との干渉により生ずる音響パワーに相当する。ここで、qsは制御音源の複素振幅(体積速度)ベクトル、qpは騒音源の複素振幅(体積速度)ベクトル、b及びcも同様に複素ベクトルを表す。qs、b及びcは、それぞれ下記の(3)式、(4)式、(5)式のように記述される。
(1)式及び(2)式のマトリクスAの要素aij、ベクトルbの要素bi、ベクトルcの要素ci、マトリクスDの要素dijは、それぞれ下記の(6)式、(7)式、(8)式及び(9)式のように記述できる。Reは複素実部を表す。
ここで、rSiSjはi番目とj番目の制御音源間の距離、rPjSiはj番目の主音源とi番目の制御音源間の距離、rPiPjはi番目とj番目の主音源間の距離、jは純虚数、ωは角周波数、ρは空気密度,kは波数を表す。
制御音源の放射パワーに着目し、全音響パワーを最小化する。制御音源のゼロパワーから制御スピーカのエネルギー収支に着目すると、従来はマイクを使い音圧低減化していたが、制御音源の電流を制御することで音響パワー最小化が可能となる。
図2は、コーン型振動板を有する導電スピーカのメカニズムを示す図である。コイルに電圧Eを与え、電流Iが流れ、振動板には力Fが作用し速度Vで動くとすると下記の(10)式及び(11)式が成り立つ。
ここで、ZEは振動板を固定したときの電気入力インピーダンス、ZMはスピーカをバネ‐マス系と見たときの機械インピーダンス、Asは力係数(=Bl、磁速密度×有効コイル長)を表す。さらに、電源は電圧E0、外力は外部音場による加振力F0で供給されるものとすると、下記の(12)式及び(13)式となる。
ここで、Z0Eは電気内部インピーダンス、Z0Mは機械系から音場を見た機械インピーダンス(音響自己放射インピーダンス)を表す。従って、(10)式及び(11)式は、(12)式及び(13)式を用いて下記の(14)式及び(15)式で表すことができる。
スピーカは外部音場から力を受けないため、(15)式の左辺F0はゼロとなる。これがスピーカの駆動メカニズムであるが、騒音低減装置1における第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21は音響パワー最小化のために騒音源10に近接配置することが条件となる。従って、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21は、騒音源10からの音響放射による外力を受ける。この場合、F0は下記の(16)式で表される。
ここで、ZNは音響相互放射インピーダンス、VNは騒音源の振動速度となる。そこで、騒音源と制御音源の近接配置によってのみ発生する外力F0に着目し、この外力と制御音源ゼロパワーの関係、外力の変化が電気・機械・音響系にもたらす効果を考察することで、制御音源ゼロパワーによる全音響パワー最小化の可能性を検証する。
図3は、制御音源ゼロパワーによる全音響パワー最小化の可能性検証のためのスピーカ構成を示す図である。図3に示すように、騒音源と制御音源とは、簡単のため、同じスピーカを用いて互いに近接対向配置される。騒音源と制御音源とが同時に音を鳴らす状態で検討する。
騒音源側のコイルに電圧EPを与え、電流IPが流れ、振動板は速度VPで動くとすると、下記の(17)式及び(18)式が成り立つ。
同時に制御音源側のコイルにも電圧ESを与え、電流ISが流れ、振動板は速度VSで動くとすると、下記の(19)式及び(20)式が成り立つ。
ここで、Z0E,Pは騒音源の電気内部インピーダンス、Z0E,Sは制御音源の電気内部インピーダンス、ZE,Pは騒音源の電気インピーダンス、ZE,Sは制御音源の電気インピーダンスを表し、Ap及びAsは力係数(=Bl、磁速密度×有効コイル長)を表す。本仮定ではスピーカは同じものを使用していることから、Ap=As、Z0E,P=Z0E,Sとなる。Z0M,Pは騒音源の音響自己放射インピーダンス,すなわち,振動系から音場を見た機械インピーダンス、Z0M,Sは制御音源の音響自己放射インピーダンス、すなわち,振動系から音場を見た機械インピーダンス、ZM,Pはスピーカをバネ−マス系と見たときの騒音源の機械インピーダンス、ZM,Sはスピーカをバネ−マス系と見たときの制御音源の機械インピーダンスを表す。
騒音源側の外力FPについては下記の(21)式、制御音源側の外力FSについては下記の(22)式の関係が成り立つ。
ここで、相反定理よりZSP=ZPSとなる。
そこで、(19)式及び(20)式より、制御音源の振動速度VSを消去して(17)式及び(18)式により電流を求めると、下記の(23)式となる。
(23)式に示すように、制御音源に流れる電流値ISは、制御音源の騒音源に対する位相の関数となり、逆位相のときに最大となる。音響パワーがゼロとなることで、音響抵抗がなくなる分、電流が流れやすくなる。
図4は、制御音源の位相と電流パワースペクトルとの関係を示すグラフであり、図5は、制御音源の位相と中点マイク及び周囲マイク各々の音圧レベルとの関係を示すグラフである。図4の横軸は制御音源の位相[deg]に規定され、縦軸は電流パワースペクトルI・I*に規定される。図5の横軸は制御音源の位相[deg]に規定され、縦軸は音圧レベルdB[F]に規定される。中点マイクは、騒音源用スピーカと制御音源用スピーカとの中点に設けられたマイクであり、周囲マイクは、騒音源用スピーカと制御音源用スピーカとの周囲に設けられたマイクである。図4及び図5に示すように、逆位相のときに電流が最大になり、音圧は最小になる。
騒音低減装置1は、総合電流振幅が最大値を有するように第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とを調整することにより、第一の制御スピーカ15からの制御音と第二の制御スピーカ21からの制御音との合成音により音響パワーを最小化することができる。この際、第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21とを用いることにより、騒音源10の騒音の指向性に適用した指向性を有する合成音を生成することができるので、単一のスピーカを用いる場合に比して、騒音源の騒音の指向性に応じた適切な騒音低減制御を行うことができる。
次に、第1実施形態に係る騒音低減装置1による第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相の調整処理について説明する。
図6は、第1実施形態に係る騒音低減装置1による第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相の調整処理の典型的な流れを示す図である。図6に示すように、まず、騒音源10の近くに第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21とが配置される(ステップSA1)。具体的には、第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21とは、騒音源10から発せられる騒音に起因する逆起電流を発生可能な距離に配置される。
ステップSA1が行われると振幅/位相調整部35は、第一の制御音の振幅及び位相と第二の制御音の振幅及び位相とを初期的に設定する(ステップSA2)。ステップSA2において振幅/位相調整部35は、第一の制御音の振幅と第二の制御音の振幅とを騒音源10からの騒音の振幅に略一致するように第一の制御フィルタの振幅特性と第二の制御フィルタ19の振幅特性とを調整する。例えば、騒音源10と第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21との各々に騒音計が設置され、騒音計各々により計測される騒音圧値が略一致するように第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量とが調整される。騒音圧値が既知の場合、当該既知の値に第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量とが調整されても良い。なお、ステップSA3以降において第一の制御音の振幅と第二の制御音の振幅とが厳密に調整されるので、ステップSA2においては、制御音と騒音との音圧が干渉する程度に調整されれば良い。
ステップSA2において振幅/位相調整部35は、第一の制御音の位相と第二の制御音の位相とが任意の初期値になるように第一の制御フィルタ13の位相特性と第二の制御フィルタ19の位相特性とを調整する。位相の初期値は、何度でも良いが、例えば、0度に設定されると良い。
ステップSA2が行われると総合電流振幅算出部33は、総合電流振幅の計算に使用する重み係数βを決定する(ステップSA3)。総合電流振幅は、騒音源10からの騒音に起因する第一の制御スピーカ15からの起電流と第二の制御スピーカ21からの起電流とを評価するための指標である。総合電流振幅Jは、下記の(24)式に示すように、第一の制御スピーカ15からの起電流に関する第一の電流検出信号の振幅I1と第二の制御スピーカ21からの起電流に関する第二の電流検出信号の振幅I2との重み係数βによる重み付け加算より計算される。重み係数βは、騒音源10から発せられる騒音の周波数と、騒音源10の位置と、第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21との間の距離とに応じた値を有する。
ステップSA3が行われると振幅/位相調整部35は、総合電流振幅が最大になるように第一の制御音の位相を調整する(ステップSA4)。ステップSA4において振幅/位相調整部35は、参照信号取得器11からの参照信号に基づいて第一の制御音の位相を調整する。参照信号取得器11からの参照信号としては、例えば、回転速度検出器により検出された、回転系の騒音源10に搭載される回転翼の回転速度に関する信号である。
騒音は、例えば、回転速度による主成分(例えば、100Hz)やその倍調成分(例えば、200Hz)等を含む。低減対象の成分毎に位相が調整される。例えば、主成分を低減対象とした場合、主成分の周波数に対して第一の制御スピーカ15の位相が調整される。具体的には、振幅/位相調整部35は、まず、第一の制御音の位相を0度から360度まで変化するように第一の制御フィルタ13の位相変化量(移相量)を調整する。一方、総合電流振幅算出部33は、所定位相毎に、第一の電流検出器17からの第一の電流検出信号と第二の電流検出器23からの第二の電流検出信号とに基づいて、ステップSA3において決定された重み係数βを用いて、上記(24)式に従い総合電流振幅を算出する。総合電流振幅算出部33は、所定位相毎の総合電流振幅を比較し、総合電流振幅が最大値をとる位相を探索する。その後、振幅/位相調整部35は、特定された位相が第一の制御音の位相に一致するように第一の制御フィルタ13の位相変化量を調整する。第一の制御フィルタ13の位相変化量は当該位相変化量に固定される。
ステップSA4が行われると振幅/位相調整部35は、総合電流振幅が最大になるように第二の制御音1の位相を調整する(ステップSA5)。ステップSA5において振幅/位相調整部35は、ステップSA4と同様の処理により、第二の制御音の位相を調整する。具体的には、振幅/位相調整部35は、第二の制御音の位相を0度から360度まで変化するように第二の制御フィルタ19の位相変化量(移相量)を調整する。この際、第一の制御音の位相は、ステップSA4において特定された位相に固定されている。総合電流振幅算出部33は、所定位相毎に、第一の電流検出器17からの第一の電流検出信号と第二の電流検出器23からの第二の電流検出信号とに基づいて、ステップSA3において決定された重み係数βを用いて、上記(24)式に従い総合電流振幅を算出する。総合電流振幅算出部33は、所定位相毎の総合電流振幅を比較し、総合電流振幅が最大値をとる位相を特定する。その後、振幅/位相調整部35は、第二の制御音の位相が特定された位相に一致するように第二の制御フィルタ19の位相変化量を調整する。第二の制御フィルタ19の位相変化量は当該位相変化量に固定される。
ステップSA5が行われると振幅/位相調整部35は、騒音の音圧値が最小になるように第一の制御音の振幅と第二の制御音の振幅とを調整する(ステップSA6)。ステップSA6において振幅/位相調整部35は、第一の制御音及び第二の制御音の位相の固定の下、騒音計により計測された音圧値が最小になるように第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量とを個別に調整する。騒音計により計測された音圧値が最小になる第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量との組合せが特定される。第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量とは、当該振幅変化量に固定される。ステップSA1〜ステップSA6の処理により、第一の制御音の振幅及び位相と第二の制御音の振幅及び位相とが決定される。
ステップSA6が行われると、第1実施形態に係る騒音低減装置1による第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相の調整が終了する。
なお、上記の調整処理は、種々の変更が可能である。例えば、ステップSA4及びステップSA5において参照信号取得器11は、回転系騒音源10の回転翼の回転速度又は回転周波数以外に、駆動電流信号を参照信号として検出しても良い。駆動電流信号の初期位相に対して第一の制御音及び第二の制御音の位相を調整することが可能である。
また、参照信号取得器11は、騒音計からの音圧信号を参照信号として検出しても良い。音圧信号の初期位相に対して第一の制御音及び第二の制御音の位相を調整することが可能である。
図7は、第1実施形態に係る騒音低減装置1の効果を模式的に示す図である。図7の上段は調整前の騒音の指向性PD及び制御音の指向性SD1を示し、図7の下段は調整後の騒音の指向性PD及び制御音の指向性SD2を示す。
上記の通り、第1実施形態に係る騒音低減装置は、第一の制御スピーカ15、第一の電流検出器17、第二の制御スピーカ21、第二の電流検出器23及び処理回路25を有する。第一の制御スピーカ15は、騒音源からの騒音を低減するための第一の制御音を発生する。第一の電流検出器17は、騒音源からの騒音を受けて第一の制御スピーカ15から流れる第一の電流を検出する。第二の制御スピーカ21は、第一の制御スピーカ15とは異なる位置に設けられ、騒音源からの騒音を低減するための第二の制御音を発生する。第二の電流検出器23は、騒音源からの騒音を受けて第二の制御スピーカ21から流れる第二の電流を検出する。処理回路25は、第一の電流と第二の電流とが所定の条件を満たすように第一の制御音と第二の制御音とを調整する。より詳細には、処理回路25の総合電流振幅算出部33は、第一の電流の振幅と第二の電流の振幅とを重み係数βに従い重み付け加算して総合電流振幅を算出する。処理回路25の振幅/位相調整部35は、総合電流振幅が最大値をとるように第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とを調整する。
上記構成により、騒音低減装置1は、2系統のスピーカ系列を装備しているので、第一の制御スピーカ15からの第一の制御音と第二の制御スピーカ21からの第二の制御音との合成制御音に指向性を付与することができる。2系統のスピーカ系列を装備したうえで、逆起電流を用いて第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相を調整することにより、図7に示すように、騒音源P1からの騒音の指向性PDが未知の場合においても合成制御音の指向性SD2を騒音源の指向性PDに追従させることができる。これにより、騒音低減空間における音響パワーが最小化されるので、単一の制御スピーカによる騒音低減装置に比して騒音低減制御の効果を向上させることができる。
複数の複素振幅の音源群が存在する場合、一般的な音源群による空間全体の低減化の方法は、次の手順により行われる。まず、マイクロフォンを用いた、騒音低減空間における騒音源の放射特性の調整が行われる。マイクロフォンにより計測された音圧に基づいてスピーカの最適配置が導出される。導出された配置にスピーカが配置されることにより、騒音低減空間における騒音の音響パワーが一度に低減される。これには、エンジニアリングが必要で手間かかる。特に、騒音によっては初めから逆位相放射の形態もある。この状態を知りながら、制御音源を設置すると、逆に騒音が増加してしまう。ここにも、事前に解析による確認が必要となる。
上記の通り、本実施形態に係る騒音低減装置1は、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21からの逆起電流に基づき第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相を調整する。すなわち、本実施形態に係る騒音低減装置1は、騒音源10からの騒音を集音するマイクロフォンは必須ではない。上記の構成により騒音低減装置1、制御音源を順次付加(制御則順次更新)して段階的に音響パワーを低減できる。
図8は、制御音源の順次付加による騒音低減制御を模式的に示す図である。図8の左図に示すように、複数の複素振幅の低減対象音源群が存在する場合を考える。図8の中央図に示すように、本実施形態に係る音響パワー最小制御の場合、予め複数の制御音源群を配さずに、例えば、1個の制御音源が配置される。この制御音源は、騒音源群のうちの音響干渉可能な騒音源からの騒音の音響パワーのみを部分的に低減する。図8の右図に示すように、低減されていない騒音源の付近に他の制御音源を順次付加することにより、低減対象空間内の騒音の音響パワーを漸次低減していく。これが可能なのは、音響パワー制御で与える振幅は常にその状態で最適であるからである。制御音源の順次付加が可能であるので、本実施形態に係る騒音低減装置は、構築済の騒音低減システムに後付が可能である。従って見通しを持った直感的な空間設計がし易い。
次に、第1実施形態に係る騒音低減装置1による騒音低減制御の制御効果を予測計算により検証する。
図9は、ダイポール騒音源P1及びP2と制御音源S1及びS2との配置を示す図である。第一の騒音源P1の電圧EP1は下記の(25)式、外力FP1は下記の(26)式により記述される。
第一の制御音源S1の電圧ES1は下記の(27)式、外力FS1は下記の(28)式により記述される。
外力FS1=音響加振には、下記の(29)式に示すように、クロストーク項が入る。
第一の制御スピーカの振動速度VS1を消去すると、第一の制御音源の電流IS1は、下記の(30)式により記述される。
ここで、cosθP1S1は第一の制御スピーカS1に対する騒音源P1の位相差、cosθP2S1は第一の制御スピーカS1に対する騒音源P2の位相差、cosθS2S1は第一の制御スピーカS1に対する第二の制御スピーカS2の位相差を表す。
次に幾つかの計算条件に基づく予測計算例を示す。図10は、第1−1の予測計算条件に関する制御音源と騒音源との関係を示す図である。図10に示すように、ダイポール騒音源P1及びP2の周波数=200Hz、騒音源P1及びP2の間隔Lp=0.2m、制御スピーカS1及びS2の間隔Ls=0.2m、騒音源P1及びP2と制御スピーカS1及びS2の間隔d=0.3m、騒音源P1の位相=0度、騒音源P2の位相=180度である。また、振動速度Vp1=Vp2=Vs1=Vs2であるとする。第一の予測計算の条件のもと電流パワースペクトルI*I’が計算された。
図11は、図10に示す第1−1の予測計算条件にもとに計算された第一の制御音源S1に関する電流パワースペクトル分布を示す図である。図11の横軸は騒音源P1と制御音源S1との位相差θP1S1[deg]、縦軸は制御音源S1と制御音源S2との位相差θS2S1[deg]に規定される。図11に示すように、騒音源P1と制御音源S1の位相差は逆位相、制御音源S1と制御音源S2の位相差も逆位相のときに電流が最大になっていることがわかる。
図12は、図10に示す第1−1の予測計算条件にもとに計算された第二の制御音源S2に関する電流パワースペクトル分布を示す図である。図12も図11と同様に、騒音源P1と制御音源S1の位相差は逆位相、制御音源S1と制御音源S2の位相差も逆位相のときに電流が最大になっていることがわかる。お互いにダイポール音源が形成されているときに音響パワーが最小になることから、電流最大を実現すればよいことがこれからもわかる。
図13は、第1−2の予測計算条件に関する制御音源と騒音源との関係を示す図である。図13に示すように、ダイポール騒音源P1及びP2の周波数=200Hz、騒音源P1及びP2の間隔Lp=0.8m、制御スピーカS1及びS2の間隔Ls=0.2m、騒音源P1及びP2と制御スピーカS1及びS2の間隔d=0.3m、騒音源P1の位相=0度、騒音源P2の位相=180度である。また、振動速度Vp1=Vp2=Vs1=Vs2であるとする。第二の予測計算の条件のもと電流パワースペクトルI*I’が計算された。第二の予測計算条件は、第一の予測計算条件とはLpのみが異なる。
図14は、図13に示す第1−2の予測計算条件にもとに計算された第一の制御音源S1に関する電流パワースペクトル分布を示す図である。騒音源P1と制御音源S1の位相差は逆位相、制御音源S1と制御音源S2の位相差も逆位相のときに電流が最大になっていることがわかる。図15は、図13に示す第1−2の予測計算条件にもとに計算された第二の制御音源S2に関する電流パワースペクトル分布を示す図である。騒音源P1と制御音源S1の位相差は逆位相のままであるが、制御音源S1と制御音源S2の位相差は同位相のときに電流が最大になっていることがわかる。
これは図8で述べた音響パワー制御の特徴でもあり、騒音源P2は2つの制御音源S1及びS2から離れているために、干渉効果は弱まり、結果として、2つの制御音源S1及びS2は、近くの騒音源P1のみを対象に制御する。そこで、騒音源P1の位相0度に対しては、2つの制御音源S1及びS2はどちらも逆位相、つまり、制御音源S1及びS2が同位相の方が、逆位相の場合に比して低減効果は向上する。上記の予測計算により、騒音低減装置1による電流制御は、これを自動的に実施していることがわかる。
図16は、2つの騒音源P1及びP2の間隔Lpのみを変化させたときの電流パワースペクトル分布の推移を示す図である。図16の上段は第一の制御音源S1に関する電流パワースペクトル分布を示し、図16の下段は第二の制御音源S2に関する電流パワースペクトル分布を示す。各電流パワースペクトル分布の縦軸は第一の制御音源S1に対する第二の制御音源S2の位相差θS2S1[deg]に規定され、横軸は第一の制御音源S1に対する騒音源P1の位相差θP1S1[deg]に規定される。図17は、ダイポール騒音源の距離(第一の騒音源P1と第二の騒音源P2との間の距離)の変化に伴う第一の制御音源S1に対する第二の制御音源S2の位相差θS2S1の変化を示すグラフである。図17の横軸は騒音源間の間隔Lp、縦軸は第二の制御音源の電流最大のときの位相差θS2S1に規定される。図16及び図17に示すとおり、Lp=0.4mを境に逆位相から同位相に変化しているのがわかる。
図18は、2つの制御音源S1及びS2の間隔をLs=0.2mから0.4mに変えたときの、ダイポール騒音源の距離(第一の騒音源P1と第二の騒音源P2との間の距離)の変化に伴う第一の制御音源S1に対する第二の制御音源S2の位相差θS2S1の変化を示すグラフである。図18に示すように、第二の制御音源S2が第二の騒音源P2に近づくことで、位相反転する閾値がLp=0.4mから0.8mに拡大していることがわかる。
図11及び図12に示した騒音源位相の条件は、第一の騒音源=0度、第二の騒音源=180度である。図19は、図11及び図12に示す騒音源位相条件のもとに予測計算された第一の制御音源及び第二の制御音源に関する電流パワースペクトル分布を示す図である。第一の制御音源及び第二の制御音源に関する電流パワースペクトルが最大のときの第一の制御音源及び第二の制御音源の位相が図19に示される。
図19においては、第一の騒音源と第二の制御音源との位相差=180度、第一の制御音源と第二の制御音源との位相差=180度(第一の制御音源=180度、第二の騒音源=0度)であったが、図20には、騒音源位相の条件を第一の騒音源=45度、第二の騒音源=225度にしたときの結果を示す。第一の制御音源及び第二の制御音源に関する電流パワースペクトル最大時は、第一の騒音源と第一の制御音源との位相差=180度、第一の制御音源と第二の制御音源との位相差=180度(第一の制御音源=225度、第二の騒音源=45度)に、初期位相も変化していることがわかる。実際の騒音では初期位相が未知のため、本実施形態に係る騒音低減制御は有効となる。
次に、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21及び騒音源10の配置について説明する。
図21は、第一の制御スピーカ15と騒音源P1との配置の一例を示す図である。図21に示すように、第一の制御スピーカ15は、λを騒音源10から発せられる騒音の波長とした場合、騒音源P1からλ/3以内に配置されると良い。すなわち、dを第一の制御スピーカ15と騒音源P1との間の距離とした場合、d<λ/3に設定される。第一の制御スピーカ15からの制御音と騒音源P1からの騒音とが互いに干渉し、騒音低減対象空間における音響パワーが低減するためである。なお、図21に図示しない第二の制御スピーカ21については、騒音源10からλ/3以内に配置されても良いし、配置されなくても良い。
図22は、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2の配置の一例を示す図である。図22に示すように、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2が配置される。第一の騒音源P1と第一の制御スピーカ15との間の距離dは0.3m、第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21との間の距離Lsは0.2m、第一の騒音源P1と第二の騒音源との間の距離Lpは0.2mであるとする。また、第一の騒音源P1の初期位相は0度、第二の騒音源P2の初期位相は180度であるとする。この条件の下、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2から発せられる騒音の周波数が200Hzの場合、λ/3=0,56となる。よって図22の配置の場合、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21及び第二の騒音源P2の全てが第一の騒音源P1からλ/3以内に配置される。この配置により、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21からの制御音と第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2からの騒音とが互いに干渉するので、騒音低減対象空間における音響パワーを低減することができる。
図23は、図22の配置における総合電流振幅の分布を示す図である。図23の縦軸は第一の制御スピーカ15に対する第二の制御スピーカ21の位相差[deg]に規定され、横軸は第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差[deg]に規定される。なお、総合電流振幅の重み係数βは0.5に設定された。図23に示すように、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は180度(横軸)に決定され、第一の制御スピーカ15に対する第二の制御スピーカ21の位相差は180度(縦軸)であるので、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は180度(横軸)+180度(縦軸)=0度に決定される。
図24は、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2の配置の他の例を示す図である。図24に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、距離Lpは0.4m、第一の騒音源P1の初期位相は0度、第二の騒音源P2の初期位相は180度であるとする。この条件の下、騒音の周波数が200Hzの場合、λ/3=0,56となる。よって図24の配置の場合、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21及び第二の騒音源P2の全てが第一の騒音源P1からλ/3以内に配置される。この配置により、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21からの制御音と第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2からの騒音とが互いに干渉するので、騒音低減対象空間における音響パワーを低減することができる。
図25は、図24の配置における総合電流振幅の分布を示す図である。総合電流振幅の重み係数βは0.5に設定された。図25に示すように、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は180度(横軸)に決定され、第一の制御スピーカ15に対する第二の制御スピーカ21の位相差は180度(縦軸)であるので、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は180度(横軸)+180度(縦軸)=0度に決定される。
図26は、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2の配置の他の例を示す図である。図24の条件との差異は、距離Lpが0.6mである点である。図26の配置の場合、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21が第一の騒音源P1からλ/3以内に配置されるが、第二の騒音源P2は第一の騒音源P1からλ/3よりも外側に配置される。
図27は、図26の配置における総合電流振幅の分布を示す図である。総合電流振幅の重み係数βは0.5に設定された。図27に示すように、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は0度(横軸)に決定され、第一の制御スピーカ15に対する第二の制御スピーカ21の位相差は0度(縦軸)であるので、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は0度(横軸)+0度(縦軸)=0度に決定される。しかしながら、後述の第2実施形態に示す調整方法によれば、図26の配置では、第二の制御スピーカ21の位相差は180度が正解である。従って第二の騒音源P2が第一の騒音源P1からλ/3の外側に配置される場合、β=0.5に設定することができないことが分かる。
図28は、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2の配置の他の例を示す図である。図26の条件との差異は、距離Lpが0.8mである点である。図28の配置の場合、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21が第一の騒音源P1からλ/3以内に配置されるが、第二の騒音源P2は第一の騒音源P1からλ/3よりも外側に配置される。
図29は、図28の配置における総合電流振幅の分布を示す図である。総合電流振幅の重み係数βは0.5に設定された。図29に示すように、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は0度(横軸)に決定され、第一の制御スピーカ15に対する第二の制御スピーカ21の位相差は0度(縦軸)であるので、第一の騒音源P1に対する第一の制御スピーカ15の位相差は0度(横軸)+0度(縦軸)=0度に決定される。しかしながら、後述の第2実施形態に示す調整方法によれば、後述の図47及び図48に示す通り、図28の配置では、第二の制御スピーカ21の位相差は180度が正解である。従って第二の騒音源P2が第一の騒音源P1からλ/3の外側に配置される場合、β=0.5に設定することができないことが分かる。
(応用例1)
第1実施形態に係る騒音低減装置1の第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とは既存の騒音低減装置に後付けが可能である。以下、第1実施形態の応用例1に係る騒音低減装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
第1実施形態に係る騒音低減装置1の第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とは既存の騒音低減装置に後付けが可能である。以下、第1実施形態の応用例1に係る騒音低減装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図30は、第1実施形態の応用例1に係る騒音低減装置2の構成を示す図である。図30に示すように、第1実施形態の応用例1に係る騒音低減装置2は、参照信号取得器11、第一の制御フィルタ13、第一の制御スピーカ15、第一の電流検出器17、第二の制御フィルタ19、第二の制御スピーカ21、第二の電流検出器23、処理回路25、表示機器27、入力機器29及び記憶装置31の他に、無指向性フィルタ37を有する。第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とは、無指向性フィルタ37に対して後付けされたものとする。
無指向性フィルタ37は、第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とが取り付けられていない状態において、第一の制御スピーカ15から無指向性の制御音が発せられるようにするための制御信号を生成する制御フィルタである。
次に、応用例1に係る騒音低減装置2の動作例について説明する。
図31は、第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19の取り付け前後における合成制御音の指向性の変化を模式的に示す図である。図31に示すように、第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とが取り付けられていない状態において、第一の制御スピーカ15に無指向性フィルタ37が先付けされている。無指向性フィルタ37には無指向の指向性WDが与えられる。
次いで、図31に示すように、第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とが後付けされる。第一の制御フィルタ13は、無指向性フィルタ37と第一の制御スピーカ15との間に設けられる。この状態において第1実施形態と同様、総合電流振幅が最大条件を満たすような第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19との振幅特性及び位相特性が決定される。当該振幅特性及び位相特性に第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とが調整されることにより、第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とが、騒音源10からの騒音に対して最適に調整される。これにより、合成制御音の指向性SDは騒音の指向性に適応する。
上記の通り、応用例1によれば、第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とは、稼働中の騒音低減装置に後付け可能である。第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とを後付けすることにより、当該騒音低減装置による騒音低減制御の効果を簡便且つ低コストで向上させることができる。
なお、上記の説明において稼働中の騒音低減装置には第一の制御スピーカ15に対して無指向性フィルタ37が設けられるとしたが、第二の制御スピーカ21に対して無指向性フィルタ37が設けられていても良いし、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21各々に無指向性フィルタ37が設けられていても良い。
(応用例2)
上記応用例1においては、稼働中の騒音低減装置には無指向性の制御フィルタが先付けされているとした。応用例2においては、稼働中の騒音低減装置には指向性を有する制御フィルタが先付けされているものとする。以下、第1実施形態の応用例2に係る騒音低減装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
上記応用例1においては、稼働中の騒音低減装置には無指向性の制御フィルタが先付けされているとした。応用例2においては、稼働中の騒音低減装置には指向性を有する制御フィルタが先付けされているものとする。以下、第1実施形態の応用例2に係る騒音低減装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図32は、第1実施形態の応用例2に係る騒音低減装置3の構成を示す図である。図32に示すように、第1実施形態の応用例2に係る騒音低減装置3は、参照信号取得器11、第一の制御フィルタ13、第一の制御スピーカ15、第一の電流検出器17、第二の制御フィルタ19、第二の制御スピーカ21、第二の電流検出器23、処理回路25、表示機器27、入力機器29及び記憶装置31の他に、指向性フィルタ39を有する。第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とは、指向性フィルタ39に対して後付けされたものとする。
指向性フィルタ39は、第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19とが取り付けられていない状態において、第二の制御スピーカ21から所定の指向性の制御音が発せられるようにするための制御信号を生成する制御フィルタである。
次に、応用例2に係る騒音低減装置3の動作例について説明する。
図33は、第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19の取り付け前における合成制御音の指向性を模式的に示す図である。図33に示すように、第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19の取り付け前においては、指向性フィルタ39により合成制御音に所定の指向性GDが与えられている。第一の制御スピーカ15から等距離により方位角が異なる複数の位置において音圧が計測される。例えば、第一の制御スピーカの略正面(方位角略0度)に第一の騒音計が配置され、第一の騒音計を挟んで方位角方向に略等間隔に第二の騒音計と第三の騒音計とが配置される。Peは、第一の騒音計により計測された音圧を示す。Paは、第二の騒音計により計測された音圧を示す。Pbは第三の騒音計により計測された音圧を示す。
下記の(31)式及び(32)式に示すように、Peを最小化しつつ、その両側の音圧比がαにあるような指向性フィルタ39の振幅特性及び位相特性が導出される。
騒音源に関する体積速度Qp及び制御音源に関する体積速度Qsは、それぞれ下記の(33)式及び(34)式により記述される。
図34は、上記方法により導出された振幅特性及び位相特性を有する指向性フィルタ39を介して発せられた合成制御音の音圧分布を示す図である。図34の縦軸は方位角方向の距離に規定され、横軸は音響伝播方向の距離に規定される。振幅/位相調整部35は、導出された振幅特性及び位相特性を指向性フィルタ39に設定する。そして第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19を騒音低減装置3に後付けし、図6に示す調整方法による制御音の振幅及び位相の調整が行われる。
図35は、第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19の取り付け前後における合成制御音の指向性を模式的に示す図である。図6に示す調整方法により、第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19の振幅特性及び位相特性が調整される。これにより、第一の制御音及び第二の制御音の合成制御音の指向性SDが騒音の指向性に適応する。指向性フィルタ39に対して第一の制御フィルタ13及び第二の制御フィルタ19を後付けすることにより、合成制御音の指向性を最終目標の騒音源の指向性に短時間で近づけることが可能となる。
(応用例3)
第1実施形態の応用例1に係る騒音低減の動翼回転騒音源への実施例を応用例3として説明する。なお以下の説明において、第1実施形態の応用例1と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
第1実施形態の応用例1に係る騒音低減の動翼回転騒音源への実施例を応用例3として説明する。なお以下の説明において、第1実施形態の応用例1と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。
図36は、第1実施形態の応用例3に係る騒音低減システム100の構成を示す図である。図36に示すように、応用例3に係る騒音低減システム100は、参照信号取得器11、応用例2に係る複数の騒音低減装置2及び処理回路41を含む。
参照信号取得器11は、動翼回転騒音源から発せられる騒音に相関する参照信号を取得する。応用例3に係る参照信号取得器11として、動翼回転騒音源の駆動系に設けられたエンコーダ等の回転速度検出器が用いられる。参照信号は、複数の騒音低減装置2に供給される。
複数の騒音低減装置2−mは参照信号取得器11に並列に接続されている。騒音低減装置2−mの台数mは特に限定されず、2以上であれば幾つでも良い。騒音低減装置2−mは、第一の電流検出器17からの電流検出信号と第二の電流検出器23からの電流検出信号とに基づいて総合電流振幅を算出し、算出された総合電流振幅に関する信号を処理回路41に供給する。
処理回路41は、各騒音低減装置から供給された総合電流振幅に基づいて各騒音低減装置から発せられる制御音を制御する。ハードウェア構成として処理回路25は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサとRAM(Random Access Memory)等のメモリとを有する。処理回路41は、図示しない記憶装置に記憶されているプログラムを実行することによりスピーカ間微調整部43及び評価値算出部45を実現する。なお、処理回路41のハードウェア実装は上記態様のみに限定されない。例えば、処理回路41は、スピーカ間微調整部43と評価値算出部45とを実現する特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)等の回路により構成されても良い。スピーカ間微調整部43と評価値算出部45とは、単一の集積回路に実装されても良いし、複数の集積回路に個別に実装されても良い。
スピーカ間微調整部43は、各騒音低減装置2−mの第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の位相シフト量に応じて、当該第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21から発せられる制御音の位相を調整する。
評価値算出部45は、複数の騒音低減装置2から供給された複数の総合電流振幅に基づいて当該複数の総合電流振幅の評価値を算出する。評価値に応じて各騒音低減装置2の第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の振幅及び位相が調整される。
図37は、複数の騒音低減装置2と動翼回転騒音源200との配置を示す図である。動翼回転騒音源200は、複数の動翼から構成される回転翼である。動翼回転騒音源200は、離散的な回転速度に応じた遅延時間を有する離散音源群(回転リング音源)で表すことができる。従って複数の騒音低減装置2を、動翼回転騒音源200の周囲に離散的に配置された複数個の制御音源群とする音源モデルで表すことができる。
各騒音低減装置2に含まれる第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21は、動翼回転騒音源200からλ/3以内の距離に配置される。また、Bを動翼回転騒音源200の動翼の枚数とし、xを騒音の低減対象次数とした場合、翼端騒音源と制御スピーカとの個数差に基づく空間エイリアス現象の発生を低減するため、制御スピーカの個数は2Bx+1以上であると良い。また、動翼回転騒音源200の動翼半径がaの場合、制御スピーカは、動翼回転騒音源200の回転中心から距離aに可能な限り近い距離に配列されると良い。制御スピーカは、少なくとも動翼回転騒音源200の中心から2a以内の距離に円周上に配列されると良い。
次に、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2の向きについて説明する。
図38、図39、図40及び図41は、第一の制御スピーカ15、第二の制御スピーカ21、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2の向きの一例を示す図である。図38、図39、図40及び図41に示すように、第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2は、回転翼の翼端騒音に関する騒音源であるとする。
図38及び図39に示すように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21からの制御音の音響放射面51が第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2に対向するように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21が第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2に対して配置されると良い。これにより、制御音と騒音とを効率良く干渉させることができる。なお、図38に示すように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の音響放射面51が略並行するように配置されても良いし、図39に示すように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の音響放射面51が一点を照準するように配置されても良い
図40及び図41に示すように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の音響放射面51が同一向きであり、且つ第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の音響放射面51が第一の騒音源P1及び第二の騒音源P2に照準しないように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21が第一の騒音源及び第二の騒音源に対して配置されると良い。図40に示すように、第一の制御スピーカ15が第二の制御スピーカ21の音響放射面51の前方に配置されても良いし、図41に示すように、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の音響放射面51が一列に配置されるように第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21が並列されても良い。
次に、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の防風治具について説明する。本実施形態に係る振幅及び位相の調整方法は、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の音響放射面にかかる騒音源からの音響加振力によって発生する逆起電流を評価関数とする手法をとる。騒音低減制御の効果を向上するため、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21を、騒音源である動翼に可能な限り近づけることが好ましい。しかしながら、近接配置では同時に風の影響も第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21は受けてしまい、この外力に音響加振力が埋もれてしまう可能性がある。そこで、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21に防風治具が取り付けられる。
図42は、防風治具53が取り付けられた第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21を示す図である。図42に示すように、第一の制御スピーカ15には第一の防風治具53−1が、第二の制御スピーカ21には第二の防風治具53−2が取り付けられている。各防風治具53は、制御スピーカ15,21の音響放射面51が騒音源からの風による空力の影響を受けないよう、当該音響放射面51を覆うように装着される。具体的には、防風治具53として、風の影響を受けずに音のみを透過させる防風スクリーンや薄いフィルムが用いられる。
応用例3に係る騒音低減システム100の構成は、図36に示す構成のみに限定されない。例えば、各騒音低減装置2−mの処理回路25には、総合電流振幅算出部33が設けられなくても良い。この場合、処理回路41に総合電流振幅算出部33が設けられると良い。処理回路41の総合電流振幅算出部33は、各騒音低減装置2から第一の電流検出信号と第二の電流検出信号とを受け取り、受け取った第一の電流検出信号と第二の電流検出信号とに基づいて総合電流振幅を算出すれば良い。
応用例3において、騒音低減システム100に含まれる騒音低減装置は、無指向性フィルタ37を有する応用例1に係る騒音低減装置であるとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。騒音低減システム100に含まれる騒音低減装置は、指向性フィルタ39を有する応用例2に係る騒音低減装置3でも良いし、無指向性フィルタ37及び指向性フィルタ39を有しない第1実施形態に係る騒音低減装置1でも良い。また、騒音低減システム100に含まれる騒音低減装置として、第1実施形態に係る騒音低減装置1、応用例1に係る騒音低減装置2及び応用例2に係る騒音低減装置の少なくとも2種類が混合されても良い。
応用例3において、回転騒音源の周囲に複数の騒音低減装置2を配置する応用例3において処理回路41は必須構成ではない。すなわち、回転騒音源の周囲に配置された各騒音低減装置2に対して第1実施形態において説明した調整方法により、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の振幅及び位相の少なくとも一方が調整されれば良い。
(第2実施形態)
上記第1実施形態に係る騒音低減装置は、第一の電流検出器からの第一の電流検出信号(第一の逆起電流)と第二の電流検出器からの第二の電流検出信号(第二の逆起電流)とを同時に監視して第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相を調整するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。第2実施形態に係る騒音低減装置は、第一の電流検出器からの第一の電流検出信号(第一の逆起電流)と第二の電流検出器からの第二の電流検出信号(第二の逆起電流)とを個別に監視して第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相を調整する。以下、第2実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。また、同一符合を示した構成要素については、上記第1実施形態、応用例1、応用例2及び応用例3として記載した各種実施例に適用可能である。
上記第1実施形態に係る騒音低減装置は、第一の電流検出器からの第一の電流検出信号(第一の逆起電流)と第二の電流検出器からの第二の電流検出信号(第二の逆起電流)とを同時に監視して第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相を調整するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。第2実施形態に係る騒音低減装置は、第一の電流検出器からの第一の電流検出信号(第一の逆起電流)と第二の電流検出器からの第二の電流検出信号(第二の逆起電流)とを個別に監視して第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相を調整する。以下、第2実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお以下の説明において、第1実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。また、同一符合を示した構成要素については、上記第1実施形態、応用例1、応用例2及び応用例3として記載した各種実施例に適用可能である。
図43は、第2実施形態に係る騒音低減装置4の構成を示す図である。図43に示すように、第2実施形態に係る騒音低減装置4は、参照信号取得器11、第一の制御フィルタ13、第一の制御スピーカ15、第一の電流検出器17、第二の制御フィルタ19、第二の制御スピーカ21、第二の電流検出器23、処理回路25、表示機器27、入力機器29及び記憶装置31を有する。
第2実施形態に係る処理回路25は、記憶装置31に記憶されているプログラムを実行することにより振幅/位相調整部61を実現する。振幅/位相調整部61は、第一の電流検出器17からの第一の電流検出信号(第一の逆起電流)と第二の電流検出器23からの第二の電流検出信号(第二の逆起電流)とが最大条件を満たすように第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とを調整する。第2実施形態に係る最大条件は、第一の電流検出信号の電流振幅と第二の電流検出信号の電流振幅との各々が略最大値をとることに規定される。この場合、振幅/位相調整部61は、第一の電流検出信号の電流振幅が略最大値をとるように第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方を調整し、第二の電流検出信号の電流振幅が略最大値をとるように第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方を調整する。換言すれば、第一の電流検出信号の電流振幅が略最大値をとるように第一の制御フィルタ13が調整され、第二の電流検出信号の電流振幅が略最大値をとるように第二の制御フィルタ19が調整される。第一の制御フィルタ13と第二の制御フィルタ19との調整により、第一の制御スピーカ15から発せられる第一の制御音と第二の制御スピーカ21から発せられる第二の制御音との合成音の指向性が騒音の指向性に適応する。このような制御音により騒音低減対象空間を伝播する音響のパワーが最小化される。よって当該空間を伝播する騒音が低減される。
次に、第2実施形態に係る騒音低減装置4による第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21の振幅及び位相の調整処理について説明する。
図44は、第2実施形態に係る騒音低減装置4による第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相の調整処理の典型的な流れを示す図である。図44に示すように、まず、騒音源10の近くに第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21とが配置される(ステップSB1)。
ステップSB1が行われると振幅/位相調整部61は、第一の制御音の振幅及び位相と第二の制御音の振幅及び位相とを初期的に設定する(ステップSB2)。ステップSB2において振幅/位相調整部61は、第一の制御音の振幅と第二の制御音の振幅とを騒音源10の振幅に略一致するように第一の制御フィルタ13の振幅特性と第二の制御フィルタ19の振幅特性とを調整する。例えば、騒音源10と第一の制御スピーカ15と第二の制御スピーカ21との各々に騒音計が設置され、騒音計各々により計測される騒音レベルが略一致するように第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量とが調整される。騒音源10の騒音レベルが既知の場合、当該既知の値に第一の制御フィルタ13の振幅変化量と第二の制御フィルタ19の振幅変化量とが調整されても良い。なお、ステップSB3以降において第一の制御音の振幅と第二の制御音の振幅とが厳密に調整されるので、ステップSB2においては、第一の制御スピーカ15及び第二の制御スピーカ21からの制御音と騒音源10からの騒音との音圧が干渉する程度に調整されれば良い。
ステップSB2が行われると振幅/位相調整部61は、第一の制御スピーカ15からの電流振幅が最大になるように、第一の制御スピーカ15の位相と第二の制御スピーカ21の位相とを調整する(ステップSB3)。ステップSB3において振幅/位相調整部61は、参照信号取得器11からの参照信号に基づいて第一の制御音の位相と第二の制御音の位相とを調整する。参照信号取得器11からの参照信号としては、例えば、回転速度検出器により検出された、回転系の騒音源10に搭載される回転翼の回転速度に関する信号である。騒音は、例えば、回転速度による主成分(例えば、100Hz)やその倍調成分(例えば、200Hz)等を含む。低減対象の成分毎に位相が調整される。例えば、主成分を低減対象とした場合、主成分の周波数に対して第一の制御スピーカ15の位相が調整される。具体的には、振幅/位相調整部61は、まず、第一の制御スピーカ15の位相を0度から360度まで変化するように第一の制御フィルタ13の位相変化量(移相量)を調整する。一方、振幅/位相調整部61は、所定位相毎に第一の電流検出信号の電流振幅を監視し、電流振幅が最大値をとる位相を探索する。その後、振幅/位相調整部61は、第一の制御音の位相が特定された位相に一致するように第一の制御フィルタ13の位相変化量を調整する。第一の制御フィルタ13の位相変化量は当該位相変化量に固定される。
次に振幅/位相調整部61は、第一の制御フィルタ13の位相変化量の固定下において、同様に、第二の制御音の位相を0度から360度まで変化するように第二の制御フィルタ19の位相変化量(移相量)を調整する。一方、振幅/位相調整部61は、所定位相毎に第二の電流検出信号の電流振幅(パワースペクトル)を監視し、電流振幅が最大値をとる位相を探索する。その後、振幅/位相調整部61は、特定された位相に第二の制御音の位相が一致するように第二の制御フィルタ19の位相変化量を調整する。第二の制御フィルタ19の位相変化量は当該位相変化量に固定される。
ステップSB3が行われると振幅/位相調整部61は、騒音の音圧値が最適になるように第一の制御音の振幅と第二の制御音の振幅とを調整する(ステップSB4)。ステップSB4において振幅/位相調整部61は、第一の制御スピーカ15の位相と第二の制御スピーカ21の位相との固定下において、周囲聴感又は騒音計で計測された音圧値を監視し、音圧値が最適になるように第一の制御フィルタ13の振幅特性と第二の制御フィルタ19の振幅特性とを調整する。例えば、音圧値が最小になるように第一の制御フィルタ13の振幅特性と第二の制御フィルタ19の振幅特性とを調整されると良い。これにより、第一の制御音の振幅及び位相が最終的に決定される。
ステップSB4が行われると振幅/位相調整部61は、第二の制御スピーカ21からの電流振幅が最大になるように第二の制御音の位相を調整する(ステップSB5)。ステップSB5において振幅/位相調整部61は、参照信号取得器11からの参照信号に基づいて第二の制御音の位相を調整する。具体的には、振幅/位相調整部61は、まず、第二の制御音の位相を0度から360度まで変化するように第二の制御フィルタ19の位相変化量(移相量)を調整する。一方、振幅/位相調整部61は、所定位相毎に第二の電流検出信号の電流振幅を監視し、電流振幅が最大値をとる位相を探索する。その後、振幅/位相調整部61は、最大値をとる位相に第二の制御音の位相(第一の制御音の位相に対する第二の制御音の位相)が一致するように第二の制御フィルタ19の位相変化量を調整する。第二の制御フィルタ19の位相変化量は、当該位相変化量に固定される。
ステップSB5が行われると振幅/位相調整部61は、騒音の音圧値が最適になるように第二の制御音の振幅を調整する(ステップSB6)。ステップSB6において振幅/位相調整部61は、第一の制御音の振幅及び位相と第二の制御音の位相との固定下において、周囲聴感又は騒音計で計測された音圧値を監視し、音圧値が最適になるように第二の制御フィルタ19の振幅特性を調整する。例えば、音圧値が最小になるように第二の制御フィルタ19の振幅特性が調整されると良い。これにより、第二の制御音の振幅及び位相が最終的に決定される。
ステップSB6が行われると、第2実施形態に係る騒音低減装置4による第一の制御音及び第二の制御音の振幅及び位相の調整が終了する。
なお、上記の調整処理は、種々の変更が可能である。例えば、ステップSB3及びステップSB5において参照信号取得器11は、回転系騒音源10の回転翼の回転速度又は回転周波数以外に、駆動電流信号を参照信号として検出しても良い。駆動電流信号の初期位相に対して第一の制御音及び第二の制御音の位相を調整することが可能である。また、参照信号取得器11は、騒音計からの音圧信号を参照信号として検出しても良い。音圧信号の初期位相に対して第一の制御音及び第二の制御音の位相を調整することが可能である。
上記の通り、第2実施形態に係る騒音低減装置は、第一の制御スピーカ15、第一の電流検出器17、第二の制御スピーカ21、第二の電流検出器23及び処理回路25を有する。第一の制御スピーカ15は、騒音源からの騒音を低減するための第一の制御音を発生する。第一の電流検出器17は、騒音源からの騒音を受けて第一の制御スピーカから流れる第一の電流を検出する。第二の制御スピーカ21は、第一の制御スピーカとは異なる位置に設けられ、騒音源からの騒音を低減するための第二の制御音を発生する。第二の電流検出器23は、騒音源からの騒音を受けて第二の制御スピーカから流れる第二の電流を検出する。処理回路25は、第一の電流と第二の電流とが所定の条件を満たすように第一の制御音と第二の制御音とを調整する。より詳細には、処理回路25の振幅/位相調整部35は、参照信号に基づいて第一の制御音の振幅及び位相と第二の制御音の振幅及び位相とを初期的に設定し、第一の電流の電流振幅が略最大値をとるように第一の制御音の振幅及び位相を決定し、第一の制御音の振幅及び位相の固定の下、第二の電流の電流振幅が略最大値をとるように第二の制御音の振幅及び位相を決定する。
上記の構成により、第2実施形態に係る騒音低減装置4は、総合電流振幅を用いず、逆起電流を直接的に用いることにより、第一の制御音の振幅及び位相と第二の制御音の振幅及び位相とを決定することができる。総合電流振幅を用いないことにより、重み係数βを決定する必要もないため、重み係数βの設定間違いに起因する騒音低減効果の低下も防止することができる。
次に、第2実施形態に係る騒音低減装置4による騒音低減制御の制御効果ついて検証する。まず、各種予測計算条件の下に計算された第一の制御音の位相と第二の制御音の位相とについて説明する。
図45は、第2−1−1の予測計算条件を示す図である。図45に示すように、第一の騒音源P1と第一の制御音源S1との間の距離dは0.3m、第一の制御音源S1と第一の制御音源との間の距離Lsは0.2m、第一の制御音源S1と第二の制御音源S2との間のd方向のずれ量hは0.0m、第一の騒音源P1と第二の騒音源P2との間の距離Lpは0.2m。第一の騒音源P1の初期位相は0度、第二の騒音源P2の初期位相は180度に設定された。なお、実運用において初期位相は未知であるが、ここでは検証用に設定されたものとする。なお、以下の説明において第一の騒音源P1の位相は、第一の騒音源P1から発せられた時点の騒音の位相を指し、第二の騒音源P2から発せられた時点の騒音の位相を指す。
図46は、図45に示す第2−1−1の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図46の左図は、第一の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示し、図46の右図は、第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す。図46の各分布の縦軸は第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差θS2S1[deg]に規定され、横軸は第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相差θP1S1[deg]に規定される。図46の分布に重畳された矢印は位相の探索軌跡の一例である。
図46の左図に示すように、まず、第一の制御音源の電流振幅が最大となる位相及び振幅が決定される。第2−1−1の予測計算条件においては、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定される。次に、図46の右図に示すように、第二の制御音源の電流振幅が最大となる位相及び振幅が決定される。第2−1−1の予測計算条件においては、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は0度に決定される。逆位相の関係にある第一の騒音源及び第二の騒音源の位相(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、180)に対して、逆位相である第一の制御音源及び第二の制御音源の位相(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、0)に決定される。
図47は、第2−1−2の予測計算条件を示す図である。図47に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.0m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は180度に設定された。
図48は、図47に示す第2−1−2の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図48の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図48の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は180度に決定される。(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、180)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。第二の騒音源が干渉距離から離れているため、第一の制御音源及び第二の制御音源からは、第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做されているためである。
図49は、第2−1−3の予測計算条件を示す図である。図49に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.2m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は180度に設定された。なお、ずれ量hに関し、騒音源P1及びP2に近づく方向は−方向に規定され、遠ざかる方向は+方向に規定される。
図50は、図49に示す第2−1−3の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図50の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図50の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は180度に決定される。(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、180)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。第二の騒音源が干渉距離から離れているため、第一の制御音源及び第二の制御音源からは、第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做されているためである。
図51は、第2−1−4の予測計算条件を示す図である。図51に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.8m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は180度に設定された。
図52は、図51に示す第2−1−4の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図52の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図52の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は0度に決定される。(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、180)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、0)に決定される。第二の騒音源が干渉距離から離れ且つ第二の制御音源も第一の騒音源及び第二の騒音源から離れているため、第一の制御音源からは第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做され、且つ第二の制御音源は干渉に寄与しなくなるためである。
図53は、第2−1−5の予測計算条件を示す図である。図53に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは−0.2m、距離Lpは0.2m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は180度に設定された。
図54は、図53に示す第2−1−5の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図54の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図54の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は0度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、180)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、0)に決定される。第二の制御音源が第一の騒音源及び第二の騒音源に近く、干渉し易いためである。
図55は、第2−1−6の予測計算条件を示す図である。図55に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.0m、距離Lpは0.2m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は0度に設定された。
図56は、図55に示す第2−1−6の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図56の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図56の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は180度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、0)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。
図57は、第2−1−7の予測計算条件を示す図である。図57に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.0m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は0度に設定された。
図58は、図57に示す第2−1−7の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図58の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図58の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は180度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、0)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。第二の騒音源は干渉距離から離れているため第二の騒音源の影響はない。第一の制御音源及び第二の制御音源からは第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做されるためである。
図59は、第2−1−8の予測計算条件を示す図である。図59に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.2m、距離Lpは0.2m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は0度に設定された。
図60は、図59に示す第2−1−8の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図60の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図60の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は180度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、0)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。第二の騒音源は干渉距離から離れているため、第一の制御音源及び第二の制御音源は第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做されるためである。
図61は、第2−1−9の予測計算条件を示す図である。図61に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.2m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は0度に設定された。
図62は、図61に示す第2−1−9の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図62の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図62の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は0度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、0)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、0)に決定される。第二の騒音源は干渉距離から離れているため、第一の制御音源及び第二の制御音源は第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做され、更に第二の制御音源も第一の制御音源から離れているため干渉劣化するためである。
図63は、第2−1−10の予測計算条件を示す図である。図63に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.8m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は0度に設定された。
図64は、図63に示す第2−1−10の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図64の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図64の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は0度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、0)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、0)に決定される。第二の騒音源は干渉距離から離れ第二の制御音源も離れているため、第一の制御音源からは第一の騒音源及び第二の騒音源が1個の0度の騒音源と見做され、更に第二の制御音源も第一の制御音源から離れているため干渉に寄与しなくなるためである。
図65は、第2−1−11の予測計算条件を示す図である。図65に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは−0.2m、距離Lpは0.2m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は0度に設定された。
図66は、図65に示す第2−1−11の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図66の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図66の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は180度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、0)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。第二の制御音源が第一の騒音源及び第二の騒音源に近く干渉し易いためである。
図67は、第2−1−12の予測計算条件を示す図である。図67に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.0m、距離Lpは0.2m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は90度に設定された。
図68は、図67に示す第2−1−12の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図68の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は240度に決定される。図68の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相が更に調整され、90度に決定され、240度+90度=270度に決定される。すなわち、互いに90度ずれた(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、90)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、270)に決定される。
図69は、第2−1−13の予測計算条件を示す図である。図69に示すように、距離dは0.3m、距離Lsは0.2m、ずれ量hは0.0m、距離Lpは0.8m。第一の騒音源の初期位相は0度、第二の騒音源の初期位相は90度に設定された。
図70は、図69に示す第2−1−13の予測計算条件のもとに計算された第一の制御音源及び第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す図である。図70の左図に示すように、第一の騒音源に対する第一の制御音源の位相は180度に決定され、図70の右図に示すように、第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相は0度に決定される。すなわち、(第一の騒音源の位相、第二の騒音源の位相)=(0、90)に対して、(第一の制御音源の位相、第二の制御音源の位相)=(180、180)に決定される。第二の騒音源が干渉距離から離れるため第二の騒音源は第一の制御音源及び第二の制御音源に影響を与えないためである。
次に、各種予測計算条件の下に距離Lpを変化させた場合における電流パワースペクトルの分布の変化について説明する。
図71は、第2−2−1の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−1の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.0m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が180度、騒音の周波数が200Hzである。
図71の上段は第一の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示し、下段は第二の制御音源の電流パワースペクトルの分布を示す。図71に示すように、Lpが0.4mから0.6mへ変化する間において第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が180度から0度に変化することが分かる。これは、第一の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源から離れることに伴い第二の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源に影響を与えないためである。
図72は、第2−2−2の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−2の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.2m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が180度、騒音の周波数が200Hzである。
図72に示すように、Lpが0.4mから0.6mへ変化する間において第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が180度から0度に変化することが分かる。これは、第一の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源から離れることに伴い第二の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源に影響を与えないためである。
図73は、第2−2−3の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−3の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.8m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が180度、騒音の周波数が200Hzである。
図73に示すように、Lpが変化しても第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が180度で一定であることが分かる。これは、第二の制御音源が第一の制御音源から離れており干渉に寄与しないためである。
図74は、第2−2−4の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−4の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが−0.2m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が180度、騒音の周波数が200Hzである。
図74に示すように、Lpが0.4mから0.6mへ変化する間において第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が180度から0度に変化することが分かる。これは、第一の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源から離れることに伴い第二の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源に影響を与えないためである。
図75は、第2−2−5の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−5の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.0m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が0度、騒音の周波数が200Hzである。
図75に示すように、Lpが変化しても第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が0度で一定であることが分かる。
図76は、第2−2−6の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−6の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.2m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が0度、騒音の周波数が200Hzである。
図76に示すように、Lpが0.6mから0.8mへ変化する間において第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が180度から0度に変化することが分かる。これは、第一の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源から離れることに伴い第二の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源に影響を与えないためである。
図77は、第2−2−7の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−7の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.8m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が0度、騒音の周波数が200Hzである。
図77に示すように、Lpが変化しても第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が180度で一定であることが分かる。
図78は、第2−2−8の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−8の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが−0.2m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が0度、騒音の周波数が200Hzである。
図78に示すように、Lpが変化しても第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が0度で一定であることが分かる。
図79は、第2−2−9の予測計算条件のもとに計算された電流パワースペクトルの分布の変化を示す図である。第2−2−9の予測計算条件は、距離dが0.3m、距離Lsが0.2m、ずれ量hが0.0m、第一の騒音源の初期位相が0度、第二の騒音源の初期位相が90度、騒音の周波数が200Hzである。
図79に示すように、Lpが長くなるにつれて第一の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が240度から180度に変化し、第二の制御音源に関する電流パワースペクトルの最大値をとる位相差(第一の制御音源に対する第二の制御音源の位相差)が60度から0度に変化する。これは、第二の騒音源が遠ざかるにつれて第二の騒音源が第一の制御音源及び第二の制御音源に対して影響しなくなるためである。
上記の通り、第2実施形態によれば、未知の騒音指向性に対して第一の制御音及び第二の制御音の合成制御音の指向性が自動的に追従するように第一の制御音及び第二の制御音各々の位相が適切に設定されることが分かる。
上記の少なくとも1の実施形態において騒音低減装置は、2系統のスピーカ系列を装備するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されない。すなわち、本実施形態に係る騒音低減装置は。3系統以上のスピーカ系列を装備しても良い。制御スピーカの個数を増やすほど音響パワー低減効果が向上すると考えられる。回転系騒音源の場合、複数の制御スピーカは、回転中心を中心とする同一円周上に均等間隔に配置されると良い。
かくして、上記の少なくとも1の実施形態によれば、未知の指向特性を有する騒音に対する騒音低減制御の効果を向上可能な騒音低減装置を提供することが可能になる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1、2、2−m、3、4…騒音低減装置、10…騒音源、11…参照信号取得器、13…第一の制御フィルタ、15…第一の制御スピーカ、17…第一の電流検出器、19…第二の制御フィルタ、21…第二の制御スピーカ、23…第二の電流検出器、25…処理回路、27…表示機器、29…入力機器、31…記憶装置、33…総合電流振幅算出部、35…振幅/位相調整部、37…無指向性フィルタ、39…指向性フィルタ、41…処理回路、43…スピーカ間微調整部、45…評価値算出部、51…音響放射面、53…防風治具、53−1…第一の防風治具、53−2…第二の防風治具、61…位相調整部、100…騒音低減システム
Claims (15)
- 騒音源からの騒音を低減するための第一の制御音を発生する第一の制御音源と、
前記騒音源からの騒音を受けて前記第一の制御音源から流れる第一の電流を検出する第一の電流検出部と、
前記第一の制御音源とは異なる位置に設けられ、前記騒音源からの騒音を低減するための第二の制御音を発生する第二の制御音源と、
前記騒音源からの騒音を受けて前記第二の制御音源から流れる第二の電流を検出する第二の電流検出部と、
前記第一の電流と前記第二の電流とが所定の条件を満たすように前記第一の制御音と前記第二の制御音とを調整する調整部と、
を具備する騒音低減装置。 - 前記騒音源からの騒音に相関する参照信号を取得する取得部と、
前記参照信号の振幅及び位相の少なくとも一方を調整して前記第一の制御音源に供給される第一の制御信号を生成する第一の制御フィルタと、
前記参照信号の振幅及び位相の少なくとも一方を調整して前記第二の制御音源に供給される第二の制御信号を生成する第二の制御フィルタと、を更に備え、
前記調整部は、前記第一の電流と前記第二の電流とが前記所定の条件を満たすように前記第一の制御フィルタと前記第二の制御フィルタとを調整する、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記第一の制御音源と前記第二の制御音源との少なくとも一方に設けられ、前記第一の制御音源と前記第二の制御音源との少なくとも一方から発生される制御音に所定の指向特性を与えるための付加フィルタを更に備え、
前記第一の制御フィルタと前記第二の制御フィルタとは、前記第一の制御音源と前記第二の制御音源と前記付加フィルタとを含む騒音低減システムに後付け可能である、
請求項2記載の騒音低減装置。 - 前記所定の条件は、前記第一の電流の振幅と前記第二の電流の振幅とが個別に略最大値をとることに規定され、
前記調整部は、前記第一の制御音の振幅及び位相と前記第二の制御音の振幅及び位相とを順番に決定する、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記騒音源からの騒音に相関する参照信号を取得する取得部を更に備え、
前記調整部は、前記参照信号に基づいて前記第一の制御音の振幅及び位相と前記第二の制御音の振幅及び位相とを初期的に設定し、前記第一の電流の振幅が最大になるように前記第一の制御音の振幅及び位相を決定し、前記第一の制御音の振幅及び位相の固定の下、前記第二の電流の振幅が最大になるように前記第二の制御音の振幅及び位相を決定する、
請求項4記載の騒音低減装置。 - 前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、前記騒音源から、前記騒音源からの騒音の波長の略1/3以内の距離に配置される、請求項1記載の騒音低減装置。
- 前記所定の条件は、前記第一の電流の振幅と前記第二の電流の振幅とに基づく総合電流振幅が最大値をとることに規定され、
前記調整部は、前記総合電流振幅が前記最大値をとるように前記第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と前記第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とを調整する、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記調整部は、前記第一の電流の振幅と前記第二の電流の振幅とを重み係数に従い重み付け加算して前記総合電流振幅を算出し、
前記重み係数は、前記騒音源から発せられる騒音の周波数と、前記騒音源の位置と、前記第一の制御音源と前記第二の制御音源との間の距離とに基づいて調整される、
請求項7記載の騒音低減装置。 - 前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、前記騒音源から、前記騒音源からの騒音の波長の略1/3以内の距離に配置され、
前記重み係数は、0.5である、
請求項8記載の騒音低減装置。 - 前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、制御音の放射面が前記騒音源に含まれる騒音の放射面に対向するように配置される、請求項9記載の騒音低減装置。
- 前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、制御音の放射面が略同一方向を向くように配置される、請求項9記載の騒音低減装置。
- 前記第二の制御音源は、複数個設けられ、
前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、回転翼の回転により騒音を発生する前記騒音源の動翼の枚数をB、低減対象次数をxとした場合、2Bx+1個以上設けられる、
請求項9記載の騒音低減装置。 - 前記第二の制御音源は、複数個設けられ、
前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、回転翼の回転により騒音を発生する前記騒音源の回転中心の回りに、前記騒音源の動翼の半径の2倍よりも短い半径で円周状に配列される、
請求項9記載の騒音低減装置。 - 前記第一の制御音源と前記第二の制御音源とは、音響放射面を空力から防護する防風治具が装着される、請求項1記載の騒音低減装置。
- 前記調整部は、前記第一の電流と前記第二の電流とが所定の条件を満たすように前記第一の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方と前記第二の制御音の振幅及び位相の少なくとも一方とを調整する、請求項1記載の騒音低減装置。
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