JP2868331B2

JP2868331B2 - アクティブ消音装置

Info

Publication number: JP2868331B2
Application number: JP3066808A
Authority: JP
Inventors: 貞和中嶋; 慎一郎石田
Original assignee: Yanmar Diesel Engine Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH04301113A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのマフラーに
於ける消音や、送風機より発生する騒音を消音する技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から音源に対して逆波形の消音波形
を発生して、積極的に消音する技術は公知とされている
のである。例えば特開昭６２−２０６２１２号公報や特
開昭６２−２１０２１１号公報に記載の技術の如くであ
る。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】しかし、該特開昭６２−２０
６２１２号公報に記載の技術においては、騒音源からの
音波を採取する為のマイクロフォンが直接にマフラー通
路内に露出されているので、高熱化して短時間で損傷さ
れ、アクティブ消音装置の全体が作動しなくなるという
不具合があったのである。また、特開昭６２−２１０２
１１号公報に記載の技術においては、マイクロフォンの
回路内において、音波の反射が発生し、干渉により検出
が不正確となり、アクティブ消音装置が作動しなくなる
という不具合があったのである。本発明は以上のような
不具合を解消するものである。

【０００４】

【課題を解決する手段】本発明の解決すべき課題は以上
の如くであり、次に該課題を解決する手段を説明する。
請求項１においては、音波通路の出口に、音源からの音
波がその出口に到達した時の波形と逆向きの波形の音波
を放射し、該出口から放散される音源の音を打ち消すス
ピーカを配置し、該スピーカを駆動する消音波形を生成
すべく、前記音波通路内において、スピーカの下流側に
は残留音波検出手段を設け、該スピーカの上流側には音
波の進行方向に一定距離Ａを介して２本の奥詰まり導波
管１０・１１を配置し、一方の導波管１０は音波通路入
口側に、他方の導波管１１は音波通路出口側に、各々の
音波入口を開口し、両奥詰まり導波管の入口から異距離
位置で、一方の導波管１０の入口から長さａ１、他方の
導波管１１の入口から長さａ２だけ離れた位置で、かつ
長さａ２＝長さａ１＋距離Ａの関係となる位置に、両奥
詰まり導波管内差圧の変化に対応した信号を入力する手
段を配置したものである。請求項２においては、音波通
路の出口に、音源からの音波がその出口に到達した時の
波形と逆向きの波形の音波を放射し、該出口から放散さ
れる音源の音を打ち消すスピーカを配置し、該スピーカ
を駆動する消音波形を生成すべく、前記音波通路内にお
いて、音波の進行方向に一定間隔を介して奥詰まり導波
管の音波入口を開口し、該奥詰まり導波管の入口から互
いに異なる長さの導波管の出口が連通する結合室を設
け、該結合室と無反射端室との間の圧力差の変化に対応
した信号を入力するものである。請求項３においては、
請求項１又は請求項２において、音波通路の内部におい
て導波管を音波伝播ガスに露出し、音波通路内の温度の
変化を補償すべく構成したものである。請求項４におい
ては、請求項１において、導波管の入口と差圧検出装置
の間の長さを伸縮可能に構成し、音波通路内の流速の変
化を補償すべく構成したものである。

【０００５】

【作用】次に作用を説明する。即ち、本発明のアクティ
ブ消音装置は、音源から発生する音波を伝播する音波通
路１内に少なくとも２ヶ所以上に導波管を配置し、該導
波管により得た音波信号を消音波形成手段４に送信し、
該消音波形成手段４により音源からの音波と逆位相の音
波を発生させることにより、両者を相殺させて騒音を低
減するものである。本発明は、このようなアクティブ消
音装置において、音波検出手段の部分に指向性を持たせ
て、消音波スピーカ２からの音波には感度が低下するよ
うに構成したものである。

【０００６】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。図１は導波
管を２本配置し、無反射端を２組設けたアクティブ消音
装置の実施例を示す音波通路１の側面断面図、図２は同
じく差圧検出器１０の内部機構を示す側面断面図、図３
は３本の導波管を結合室Ｒに集めて、結合室Ｒと無反射
端９の間に差圧検出ダイアフラム６と圧力検出センサ５
を配置した実施例の側面断面図、図４は導波管３１・３
２を音波通路１の内部に配置して温度補償を行う実施例
の側面断面図、図５は同じく結合室Ｒにより３本の音波
通路１内に配置した導波管１５・１６・１７を連結した
実施例の側面断面図、図６は同じく平面断面図、図７は
１本の導波管に複数の開口を設けた実施例の側面断面
図、図８は１本の導波管に開口した孔の形状を示す拡大
側面図、図９は導波管の長さを変更可能とした実施例の
側面断面図、図１０は同じく導波管の長さ変更機構の拡
大側面断面図、図１１は導波管の長さをガバナーのラッ
ク及びエンジン回転により消去するように構成した制御
ブロック線図、図１２はエンジン回転数と排気ガス流量
の関係を示す図面、図１３は音波通路内温度より、音波
通路内流速を求めて、導波管長を制御する実施例のブロ
ック線図、図１４はエンジン回転数と排気ガス流量の関
係を示す図面、図１５は音波通路１内に設けた流速計に
より流速を得て、導波管長を制御する機構のブロック線
図である。

【０００７】図１と図２に示した実施例において説明す
る。本実施例においては、音源からの音波に対してはマ
イクロフォン出力が得られるが、反対方向からの音に対
しては、マイクロフォン出力が得られ無いように構成す
ることにより、該マイクロフォンが消音波スピーカ２か
らの信号は拾うことが無いように構成したのである。こ
のように、音源からの音波ではなくて、消音波スピーカ
２からの音波を検出すると消音装置からピィーという雑
音が発せられたりして、安定した作動が出来ないのであ
る。図１において、音波検出手段は、音波通路１内を音
源から音波が進行してくるのを検出するもので、導波管
１０・１１と指向性検出器４０と無反射端７・８により
構成されている。消音波形成手段４は音波検出手段で検
出した信号を、音波通路１の出口前に設けた消音波スピ
ーカ２により逆位相の音波を発生させて、音源の音波と
消去しあうように構成したものである。消音波形成手段
４は一般的にはデジタルフィルターを用いる。

【０００８】消音波スピーカ２は消音波形成手段４で生
成した信号を音波に変換し、音波通路１を通過してきた
音波と干渉を生ぜしめ、音波を消滅させる。モニターマ
イクロフォン３は、消音波形成手段４にどのような特性
を持たせれば良いかを検出すると共に、作動中の残留音
波を検出し、消音波形成手段４を常に最適状態とする為
のセンサである。上記制御系において、音波検出手段の
部分に、消音波スピーカ２からの音波が検出されると、
その消音波スピーカ２の音波が消音波形成手段４にフィ
ードバックされて、制御系の全体が不安定となるのであ
る。本発明はこれを防止する為に、音波検出手段の部分
に指向性を持たせて、消音波スピーカ２からの音波には
感度が低下するように構成したものである。

【０００９】図１において、該消音波スピーカ２の方向
からの音波を検出しないような指向性は、次の構成によ
り得られるのである。即ち、音波通路１に対して２本の
導波管１０・１１を開口しており、該導波管１０・１１
間を距離Ａとしている。また導波管１１は導波管１０よ
りも長く、導波管１０の長さａ１とすると、導波管１１
の長さａ２は（長さａ１＋距離Ａ）と等しくなるように
構成している。故に、消音波形成手段４から発生し、消
音波スピーカ２から発せられる消音波は、音波通路１の
下手側から流れて、まず導波管１１の開口から指向性検
出器４０に入り無反射端７に至る。また他方の消音波は
距離Ａを経てから導波管１０の開口より入り、長さａ１
を経て指向性検出器４０に至り、無反射端８で消えるの
である。

【００１０】故に、消音波は、長さａ２＝長さａ１＋距
離Ａの長さだけ、どちらも通過してから、指向性検出器
４０に入るので、位相が全く同じ音波となり、図２に示
す指向性検出器４０の、導波管１０・１１に同じ位相の
消音波が導入されて、圧力ダイアフラム６を振動させた
としても、同じタイミングで導波管１０・１１の両方か
ら押し引きされるのであるから、両者が打ち消し合うこ
ととなるのである。故に、圧力ダイアフラム６は消音波
によっては振動されないので、圧力検出センサ５により
検出される音波は無いと同然となるのである。これに対
して、エンジン等の音源から、マフラー等の音波通路１
内に発散される音波は、上手から導入されて、まず一部
が導波管１０から長さａ１の距離を経て指向性検出器４
０に至る。

【００１１】また、音源からの音波は、音波通路１を距
離Ａだけ移動して、導波管１１の開口からも導入され、
（距離Ａ＋長さａ２）の距離だけ通過した後に、指向性
検出器４０に至るのである。故に導波管１１からの音波
は、（距離Ａ＋長さａ２）から長さａ１を引いただけ余
分な経路を経てから、指向性検出器４０に至ることとな
り、両者の音波の波形は位相が逆となるように、距離Ａ
と長さａ１と長さａ２の長さを設定しているのである。
故に、該指向性検出器４０を構成する圧力ダイアフラム
６の左右の導波管１０・１１に導入された、音源が同じ
の２つの音波は、位相がずれており、圧力ダイアフラム
６の両側から同じ方向で押すのではなくて、互い違いに
押し引きすることとなり、そのまま圧力検出センサ５に
より検出されるのである。故に、該指向性検出器４０に
よって、音源からの音波は検出するが、消音波スピーカ
２からの消音波は検出しないという指向性を具備したセ
ンサとすることができたのである。

【００１２】即ち、音源からの音波に対しては、圧力ダ
イアフラム６には位相差を生じた状態の音波が到達し圧
力検出センサ５により検出されるが、消音波スピーカ２
からの消音波に対しては、圧力ダイアフラム６の両側が
全く同じ波形となるので、両者が打ち消し合って、圧力
ダイアフラム６は振動せず、圧力検出センサ５は何も検
出しなくなるのである。そして、該指向性検出器４０を
通過した音波と消音波は、それぞれ無反射端７・８に至
るので、再度反射して指向性検出器４０に戻ることがな
いように構成しているのである。もし該無反射端７・８
の部分において反射して戻った場合には、この音波も指
向性検出器４０が検出するので、またアクティブ消音装
置が十分な作動をしなくなるのである。そして、該指向
性検出器４０が指向性を持って検出した音源からの音波
のみが、消音波形成手段４に供給されて、該消音波形成
手段４において変調増幅されて、音源からの音波を消音
する消音波として、消音波スピーカ２に送信され、消音
波スピーカ２から消音波が発せられるのである。

【００１３】図３においては、結合室Ｒと無反射端室９
と圧力ダイアフラム６と圧力検出センサ５により構成し
た、指向性検出器４０について説明する。該構成におい
ては、音波通路１に対して３本の導波管１２・１３・１
４が開口されている。そして該３本の導波管１２はそれ
ぞれの端部が結合室Ｒ内に開口されている。該結合室Ｒ
は無反射端室９との間を差圧ダイアフラム６により分割
しており、該結合室Ｒ内の圧力が上下すると差圧ダイア
フラム６が振動して、該差圧ダイアフラム６の振動が差
圧検出センサ５に検出されるのである。そして、該構成
においては、導波管１４の長さをｂ１とし、導波管１３
の長さをｂ２とし、導波管１２の長さをｂ１とし、導波
管１４の開口と導波管１３の開口の距離をＢ２、導波管
１４の開口と導波管１２の開口の距離をＢ１とすると。
ｂ１＝ｂ２＋Ｂ２＝ｂ３＋Ｂ３に構成している。

【００１４】この構成は、図１・図２とは全く導波管の
長さの構成が逆となっているのである。即ち、音源から
の音波がすべて同じ距離を経て、結合室Ｒに導入される
が、逆に消音波スピーカ２からの消音波は、導波管１２
・１３・１４のそれぞれの開口部の間隔が、位相がずれ
るように構成されているので、それぞれがずれて結合室
Ｒに導入されることとなるのである。故に、消音波スピ
ーカ２からの消音波は、互いに位相がずれたままで各々
が別々に差圧ダイアフラム６を押す力となり、相乗作用
を受けないのである。これに対して音源からの音波は、
すべてが同じ位相となって、３本の導波管１２・１３・
１４から導入されるので、同じタイミングで、差圧ダイ
アフラム６を押し引きすることとなり、３倍に強調され
ることとなるのである。故に、消音波は拡大されず、音
源からの音波のみが拡大されるので、結果として消音波
スピーカ２の消音波が相殺されることとなるのである。
これにより指向性を具備した指向性検出器４０が構成さ
れるのである。また該結合室Ｒに至り、差圧ダイアフラ
ム６を突き抜けた音波と消音波は、無反射端室９におい
て吸収されるので、反射されないのである。

【００１５】図４から図８においては、上記実施例にお
ける構成では、音波通路１の内部の温度が高温である為
に、音波通路１内の音速と、導波管の内部の音速が相違
する場合において、両通路内の音速が同一となるように
構成したものである。即ち、音波通路１内の温度が高温
である場合において、指向性検出器４０の温度補償機構
を構成した実施例が開示されている。図４に示す温度補
償機構においては、図１の実施例において図示した導波
管１０・１１を、そのまま音波通路１の内部に封入した
ものである。これにより音波通路１内の高温と、導波管
内の温度の低温により、音速のズレが発生し、アクティ
ブ消音装置が正確に作動しなくなり雑音が発生するとい
うことが無くなったのである。

【００１６】図５・図６の実施例においては、図３の実
施例の導波管１２・１３・１４を音波通路１の内部に配
置している。該導波管１２・１３・１４は音波通路１の
パイプ壁部に並べて配置している。該導波管１２・１３
・１４が結合室Ｒに連結し、差圧ダイアフラム６と差圧
検出センサ５を振動させている点については、図３の実
施例の場合と同じである。該図５・図６の実施例におい
ては、導波管１２・１３・１４の向きが、音源の方を向
いていると、音源であるエンジンのシリンダーヘッドか
らの煤や塵埃が、該導波管１２・１３・１４内に詰まる
恐れがあるので、本発明においては、先端部分１２ａ・
１３ａ・１４ａを音波通路１の流速の下手側に曲げてい
るのである。

【００１７】次に、図７・図８の実施例について説明す
る。該実施例については、温度補償機構を構成する為
に、導波管を音波通路１の内部に配置した点は同じであ
るが、該導波管を１本にし、該導波管１８に管楽器状の
開口２０・２１・２２を穿設しているのである。各導波
管１２・１３・１４内の音波は、結局は結合室Ｒにおい
て合流するのであるから、導波管１８は１本として、開
口２０・２１・２２を設けるだけで、複数本の導波管を
設けたと同じ効果を発揮するのである。図８において
は、開口２２を複数開口とした実施例を示している。

【００１８】図９・図１０は、音波通路１内を流れる音
速が、逆方向に流れる排気の流速により抵抗を受けて遅
くなり、導波管２５内を伝播される消音波の音速は排気
の抵抗を受けないので通常の音速であり、両者の間の開
きが大きくなると、両方から伝播される音波の位相が、
一致する筈の部分がややずれたり、ずれる筈の位相が合
致してしまったりするので、両者を合致させる為の流速
補償機構が構成されている。即ち、図９においては流速
信号変換器１９により流速信号を変換し、駆動装置２３
により、伸縮杆２６を操作し、導波管２４・２５の長さ
を調節するのである。即ち、具体的には図１０に示す如
く、導波管２４・２５に互いに向かいあったＵ字管２７
・２８の部分を構成し、該Ｕ字管２７・２８を駆動装置
２３と伸縮杆２６により左右に移動可能としているので
ある。故、Ｕ字管２７・２８が互いに逆の方向であるの
で、Ｕ字管２７・２８の一方が長くなると、他方が短く
なるという、逆の伸縮状態となっているので、伸縮杆２
６の僅かな操作で、導波管２４・２５の長さが変化し、
流速補償が簡単に出来るのである。２９はローパスフィ
ルタ、３０はハイパスフィルタである。

【００１９】該図９と図１０の流速補償は、指向性検出
器４０により検出した信号をローパスフィルタ２９と流
速信号変換器１９により、流速信号のみを取出して、該
信号に比例して駆動装置２３を駆動することにより、Ｕ
字管２７・２８を移動させているのである。もし流速が
速い場合には、音波通路１の内部を通過する音波が時間
を要するので、その分だけ導波管２５の方を長くし、導
波管２４の方を短くする操作を行うのである。故に伸縮
杆２６が右方向に移動するように、駆動装置２３を操作
する。

【００２０】図１１と図１２においては、該音波通路１
内の流速の検出を、エンジンの回転数ｎと電子ガバナー
機構のラック位置により、発生する排気ガス流量を図１
２のマップから読み取り、該読みとった排気ガス流量Ｑ
を音波通路１の断面積により割って、流速ｖを得るので
ある。該流速ｖを電圧発生器により電圧信号として駆動
装置２３に送信する。図１３と図１４に示す実施例にお
いては、音波通路１内の排気ガス温度ＴＧを検出し、該
排気ガス温度ＴＧから図１４のマップにより、排気ガス
流量Ｑを読み取る。そして該排気ガス流量Ｑと音波通路
１内の断面積より、流速ｖを得て、駆動装置２３を駆動
するのである。図１５においては、該音波通路１の内部
にピトー管を挿入し、該ピトー管により音波通路１の内
部流速を直接に検出し、該流速信号を電圧信号に変換
し、駆動装置２３を操作して伸縮杆２６からＵ字管２７
・２８を操作すべく構成している。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上の如く構成したので、次の
ような効果を奏するのである。請求項１においては、次
のような効果を奏するのである。アクティブ消音装置に
おいて、音源からの音波ではなくて、消音波スピーカ２
からの音波を検出すると、騒音原音を正しく検知でき
ず、消音精度が低下するのである。本発明は、音波検出
手段であるマイクロフォンに指向性を持たせて、消音波
スピーカ２からの音波を、指向性検出器４０までの経路
を同一距離、つまり、長さａ２＝長さａ１＋距離Ａにな
るように構成した導波管１０・１１に各々入力させて、
互いに打ち消し合わすように構成することにより、該マ
イクロフォンが消音波スピーカ２からの信号は拾うこと
が無いように構成でき、騒音原音だけを検知できるの
で、消音精度を高めることが出来たのである。また、２
本の奥詰まり導波管１０・１１が音波通路１の通路から
離れた位置まで消音波と音波を案内して、該位置で奥詰
まり導波管内差圧の変化に対応した信号を入力する手段
により音波を検出するので、該検出部を高温・高速気流
から保護することが出来るのである。また、音波通路１
を隣合わせとして、間に、奥詰まり導波管内差圧の変化
に対応した信号を入力する手段を配置しているので、指
向性検出器４０が１個で良くなるのである。また、導波
管１０・１１を太く構成するについても何の支障も無い
ので、煤等により導波管１０・１１の詰まりを防止する
ことが出来るのである。

【００２２】また、請求項２の如く構成したことより、
結合室と無反射端室により指向性検出器４０を構成でき
るので、指向性検出器４０の構成が簡単に出来るのであ
る。また導波管１２・１３・１４も端部では結合してお
り、また管楽器状に開口を設けたものに構成出来るの
で、導波管の数を減少することも出来るのである。

【００２３】また、請求項３の如く、音波通路１内が高
温となると、外部に配置した導波管内は低温であるの
で、音波の音速が相違して、所定の位相の一致やずれが
得られないのであるが、本発明においては、該導波管を
音波通路の内部に配置することにより、この温度補償機
構を簡単に構成することが出来たのである。また、請求
項４の如く、音波通路１内の流速の変化により、所定の
位相の一致やずれが得られない場合が発生するが、本発
明は、Ｕ字管２７・２８により、流速補償機構を設ける
ことににより、この不具合を解消することができたので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】導波管を２本配置し、無反射端を２組設けたア
クティブ消音装置の実施例を示す音波通路１の側面断面
図である。

【図２】同じく差圧検出器１０の内部機構を示す側面断
面図である。

【図３】３本の導波管を結合室Ｒに集めて、結合室Ｒと
無反射端９の間に差圧検出ダイアフラム６と圧力検出セ
ンサ５を配置した実施例の側面断面図である。

【図４】導波管３１・３２を音波通路１の内部に配置し
て温度補償を行う実施例の側面断面図である。

【図５】同じく結合室Ｒにより３本の音波通路１内に配
置した導波管１５・１６・１７を連結した実施例の側面
断面図である。

【図６】同じく平面断面図である。

【図７】１本の導波管に複数の開口を設けた実施例の側
面断面図である。

【図８】１本の導波管に開口した孔の形状を示す拡大側
面図である。

【図９】導波管の長さを変更可能とした実施例の側面断
面図である。

【図１０】同じく導波管の長さ変更機構の拡大側面断面
図である。

【図１１】導波管の長さをガバナーのラック及びエンジ
ン回転により消去するように構成した制御ブロック線図
である。

【図１２】エンジン回転数と排気ガス流量の関係を示す
図面である。

【図１３】音波通路内温度より、音波通路内流速を求め
て、導波管長を制御する実施例のブロック線図である。

【図１４】エンジン回転数と排気ガス流量の関係を示す
図面である。

【図１５】音波通路１内に設けた流速計により流速を得
て、導波管長を制御する機構のブロック線図である。

【符号の説明】

１音波通路２消音波スピーカ３モニターマイクロフォン４消音波形成手段５差圧検出センサ６差圧ダイアフラム７・８無反射端９無反射端室１０・１１導波管１２・１３・１４導波管２３駆動装置２６伸縮杆２７・２８Ｕ字管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】音波通路の出口に、音源からの音波がそ
の出口に到達した時の波形と逆向きの波形の音波を放射
し、該出口から放散される音源の音を打ち消すスピーカ
を配置し、該スピーカを駆動する消音波形を生成すべ
く、前記音波通路内において、スピーカの下流側には残
留音波検出手段を設け、該スピーカの上流側には音波の
進行方向に一定距離Ａを介して２本の奥詰まり導波管１
０・１１を配置し、一方の導波管１０は音波通路入口側
に、他方の導波管１１は音波通路出口側に、各々の音波
入口を開口し、両奥詰まり導波管の入口から異距離位置
で、一方の導波管１０の入口から長さａ１、他方の導波
管１１の入口から長さａ２だけ離れた位置で、かつ長さ
ａ２＝長さａ１＋距離Ａの関係となる位置に、両奥詰ま
り導波管内差圧の変化に対応した信号を入力する手段を
配置したことを特徴とするアクティブ消音装置。
【請求項２】音波通路の出口に、音源からの音波がそ
の出口に到達した時の波形と逆向きの波形の音波を放射
し、該出口から放散される音源の音を打ち消すスピーカ
を配置し、該スピーカを駆動する消音波形を生成すべ
く、前記音波通路内において、音波の進行方向に一定間
隔を介して奥詰まり導波管の音波入口を開口し、該奥詰
まり導波管の入口から互いに異なる長さの導波管の出口
が連通する結合室を設け、該結合室と無反射端室との間
の圧力差の変化に対応した信号を入力することを特徴と
するアクティブ消音装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、音波通
路の内部において導波管を音波伝播ガスに露出し、音波
通路内の温度の変化を補償すべく構成したことを特徴と
するアクティブ消音装置。
【請求項４】請求項１において、導波管の入口と差圧
検出装置の間の長さを伸縮可能に構成し、音波通路内の
流速の変化を補償すべく構成したことを特徴とするアク
ティブ消音装置。