JP3187948B2 - 消音装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、自動車、建物
の室内等の室内空間の騒音レベルを下げるための消音装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の消音技術を航空機の機内音低減法
を例にとって示す。図６は従来の受動的な航空機防音対
策例を示す。

【０００３】機体外板構造の内側には外板形状にそって
内装トリムが設置され、外板と内装トリムの間の空間に
は吸音性がすぐれたグラスウールが充填されている。こ
うした外板と内装トリムの２重構造をとることにより遮
音性の向上をはかっている。また外板にはダンピング材
が貼付され、外板の振動放射音を低減する対策をおこな
っている。以上のような遮音、吸音といった特性を利用
した受動的な防音対策がもっぱら実用的な方法として実
施されているのが現状である。

【０００４】一方、騒音を低減するための２次的な音を
付加する能動的な方法を用いた航空機客室内の防音対策
も提案され、試験的な試みもなされているが、その場合
にも２次音源設置位置を合理的にきめるような方法につ
いては述べられていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題を航空機やヘリコプタ機内音の低減を例にとっ
て示す。航空機・ヘリコプタの機内音としては、（１）
境界層の圧力変動が外板を加振し、機内へ放射される
音、（２）航空機のエンジン振動、ヘリコプタのトラン
スミッション振動等が、構造を伝播してくる固体伝播
音、（３）ジェットエンジン音、プロペラ音等が空中を
伝播して外板を透過してくる音等がある。

【０００６】これらの騒音のうち高い周波数成分につい
ては遮音、吸音という特性を利用した従来技術で比較的
効率よく低減することが可能であったが、低い周波数成
分について十分な減音効果を達成しようとすると、対策
に必要なスペース、重量等が膨大になり実用的ではなか
った。

【０００７】室内での低周波音を低減する目的で２次的
な音を付加して減音をはかることも提案されているが、
減音域が非常に限られてしまう等の問題があり、有効な
方法になっていない。これにはどこから２次的な音を付
加すればよいかが明らかとなっていないということにも
一因がある。本発明は、従来の技術が有する以上のよう
な問題点を解決し、室内全域にわたって減音域を得るこ
とができる消音装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る消音装置
は、室内空間へ騒音を発する騒音源の近傍に設けた騒音
源特性検出器１と、前記室内空間で騒音の低減を狙う領
域の近傍に設置する複数の騒音受音信号検出器２と、前
記騒音受音信号検出器の位置での騒音を打ち消すための
複数の２次音付加器３と、騒音制御装置４からなる消音
装置において、前記騒音制御装置４は、騒音源特性検出
器１で得られた信号を受取り、該信号にフィルタ係数を
たたみ込んだ信号を２次音付加器３に送り込む手段を有
するとともに、前記騒音受音信号検出器２で検出される
信号を最小化するようにフィルタ係数を修正する適応型
の手段を具備し、前記騒音受音信号検出器２と２次音付
加器３の数は騒音に対して寄与しているモード数と同数
とし、前記２次音付加器３の設置位置は、音圧の２乗値
の対象領域内での積分値を目的関数として最適化法によ
り得られる最適位置にし、前記騒音受音信号検出器２の
設置位置は、各対象モードの検出は行なうが、対象外モ
ードの検出は行なわない位置すなわち対象外モードの節
の位置にすることを特徴とする。

【０００９】

【作用】騒音を発生する騒音源の近傍に設けた騒音源特
性検出器（例えばエンジン、回転パルス検出器、エンジ
ン振動検出器等）で騒音源信号を検知する。騒音制御装
置は、この信号を受取り２次音付加手段に騒音信号を入
力する。この駆動信号は２次音が騒音を打ち消す音場を
形成するように騒音制御装置内で設定される。この駆動
信号に従って２次音付加手段は騒音を打ち消す２次音音
場を形成する。

【００１０】またこの際、２次音付加器及び騒音受音信
号検出器を本発明で示す設置場所に設置することによ
り、高次モードの影響をできるだけ避けながら音場の最
も効率的制御を達成することができる。

【００１１】

【実施例】本発明の第１実施例を図１に示す。

【００１２】第１実施例は騒音源の近傍に設けた騒音源
特性検出器１と、各音場モードの低減を狙って空間内に
設置する騒音受音信号検出器２と、騒音受音信号検出器
の位置での騒音を打ち消すための２次音付加器３と、騒
音源特性検出器により得られた信号を受取り、これにフ
ィルタ係数をたたみ込んだ信号を２次音付加器へ送り込
む騒音制御装置４で構成され、上記騒音受音信号検出器
２で検出される信号を最小化するように制御装置内のフ
ィルタ係数を修正して行く適応型のコントローラであ
る。この騒音制御装置４のコントロール方法及び全空間
的な減音効果を得るための２次音付加器３及び騒音受音
信号検出器２の設置法は以下に示すようにする。こうし
た音場制御を実施した場合、減音を狙う領域すなわち室
内全域（図１の斜線部）において効果的な消音効果が得
られる。

【００１３】次に第１実施例の騒音制御装置４の処理内
容を図２を用いて説明する。騒音源からとられた騒音源
特性データに対して、使用する２次音付加器３の個数Ｎ
組（Ｓ1 …Ｓi …Ｓn ）のフィルタ係数Ｗsiをたたみこ
んだ信号をそれぞれの２次音付加器３へ入力する。ここ
でフィルタ係数ＷsiはＭ個の騒音受音信号検出器２で得
られた受音信号の２乗値の和が、最小化されるようにＬ
ＭＳ（Least Meam Square ）アルゴリズムにより修正さ
れていくものとする。図２中のhsi,Mjは各２次音付加器
３から各騒音受音信号検出器２までの伝達特性を示すイ
ンパルスレスポンスであり、制御を開始する前に伝達関
数の計測、または適応型な同定法により決定する。次に
第１実施例の２次音付加器３及び騒音受音信号検出器２
の設置法を以下に示す。能動音響制御を実施していると
きの室内の音圧分布については、以下のようにすること
ができる。以下において〈〉でベクトルを表すものとす
ると、室内の座標〈ｘ〉における角周波数ωの音圧値Ｐ
は、ｎ次モードΨn （〈ｘ〉）と、複素振幅ａn （ω）
を用いて次式のように表わされる。

【００１４】

【数１】 ここでＴは複素マトリックスの転置を示す。

【００１５】騒音源による複素振幅をａpn（ω），ｍ＝
１〜Ｍの各２次音付加器３の強さをｑsm( ω）、各２次
音付加器３のｎ次モードへの寄与率をＢnm（ω）とする
と、騒音源及び各２次音付加器からのトータルの寄与に
より複素振幅ａn （ω）は次のように示される。

【００１６】

【数２】 今騒音源及び各２次音付加器が作動とている。このと
き、室内全域における音圧の２乗値の領域積分値は次の
ように表わされる。

【００１７】

【数３】 ここでＶは室内容積、ρ0 は空気密度、ｃ0 は音速、Ｈ
は転置を示すものとする。（２）式を（３）式へ代入す
ると、

【００１８】

【数４】 ここでＥp を最小化する２次音付加強さ分布〈ｑs 〉は
次のように求められる。

【００１９】

【数５】 （５）式を（４）式に代入すると、最適の２次音強さを
与えたときのＥp 値すなわちＥp0が次のように得られ
る。

【００２０】

【数６】 ある２次音付加器の位置を求め、最適な能動音響制御が
行なわれた場合に、Ｅp0の値が室内全域で得られる音圧
２乗値の領域積分の最小値になる。従ってＥp0をできる
だけ小さくなるように２次音付加器、騒音受音信号検出
器の配置を行なえばよいということになる。

【００２１】実際に制御を行なう場合には（５）式で示
した複素振幅ベクトル〈ａp 〉を観測することは出来な
い。そこで実際的には（５）式のかかわりに騒音受音信
号検出器の位置で観測される音圧〈ＰL 〉＝〈ΨL 〉・
〈ａp 〉の２乗和を最小化する２次音源強さ〈ｑs'〉が
用いられる。

【００２２】

【数７】 このと得られる室内全域で得られる音圧２乗値の領域積
分の最小値は次のようになる。

【００２３】

【数８】

【００２４】したがって実際には、Ｅp0' をできるだけ
最小化するように２次音付加器の配置及び騒音受音信号
検出器の配置をおこなえばよい。その具体的な手順を以
下に示す。 （１）必要な２次音付加器及び騒音源特性検出器の数

【００２５】必要な２次音付加器及び騒音源特性検出器
の数を見積るためには、騒音に対して寄与しているモー
ド数を見積る必要がある。寄与しているモード数の見積
り方を図３を用いて説明する。

【００２６】ある騒音源の周波数ないしは周波数バンド
が明かとなったとき、その周波数に対して最大の寄与を
しているモードが定まる。寄与の程度を示す指標として
は以下のようなものがある。

【００２７】

【数９】 ここでωは対象周波数、ωn はｎ次モードの固有周波
数、ξn はｎ次モードの減衰率である。

【００２８】そして、騒音に対して寄与しているモード
数としては騒音の周波数付近で最大寄与のモードの１／
１０以上の寄与をもつモードの数を採用する。２次音付
加器及び騒音受音信号検出器の数はこのようにして得ら
れたモード数とする。 （２）２次音付加器の設置法

【００２９】（６）式に示すＥp0値を最小化するように
２次音付加器を設置する。Ｅp0が騒音源の寄与〈ａp0〉
によらず最小値０をとるのは、２次音付加器の寄与を示
すマトリックスＢが次の関係を満足するときである。

【００３０】

【数１０】

【００３１】２次音付加器の位置が定まると、マトリッ
クスＢがきまるので、Ｅp0の値を最小にするには、（１
０）式が満足されるように２次音付加器位置を定めれば
よい減音効果が得られることになる。しかし、マトリッ
クスＢを求めるのは容易ではないので実際的には次に示
すマトリックスＢx を用いて、Ｂx ［Ｂx ^H Ｂx ］^-1Ｂ
x ^H が単位行列に近くなるように２次音付加器の位置を
求める。

【００３２】

【数１１】 （３）騒音受音信号検出器の設置法

【００３３】上記のように２次音付加器が設置された場
合、２次音の強さが正しく与えられれば、よい減音効果
が得られることになる。すなわち、（７）式で示される
２次音の強さが（６）式で示される２次音の強さに一致
するとき、最適の減音効果が期待できる。（１）項で示
した２次音付加器の数に対して厳密な意味で寄与してい
るモード数の数はこれより多いためマトリックスＢは正
方行列ではない。従って、一般的には〈ｑs'〉≠〈ｑs
〉となっている。両者の差は対象モードに含まれな
い、低次と高次のモードの影響のために生じている。従
って次のように騒音受音信号検出器を設置することによ
り、この差を小さくすることとする。騒音受音信号検出
器の位置できまる式（１２）のマトリックスΨL が対象
モード数Ｍと同じランクをもつようにする。いいかえれ
ば逆行列をもつようにする。

【００３４】さらに対象モード外で影響が比較的大きい
モードについては、これをできるだけ検出できないよう
な位置すなわちこれらのモードの節の位置に全ての騒音
受音信号検出器を配置するようにする。このようにする
ことにより〈ｑs'〉と〈ｑs〉の差をできるだけ小さく
することが可能になり、よい減音効果が期待できる。

【００３５】

【数１２】

【００３６】以上述べた設置法とは別に次のように２次
音付加器と騒音受音信号検出器の位置を一度に探索する
方法もある。すなわち（８）式に示すＥp0' を最小化す
るように以下の式が近似的に成立するマトリックスＢx
とマトリックスΨL の組み合わせが得られるように、２
次音付加器と騒音受音信号検出器を配置するというもの
である。

【００３７】

【数１３】

【００３８】本発明装置を航空機の機内音低減に適用し
た第２の実施例を図４に示す。プロペラ回転パルス等を
騒音源特性検出器で検出し、第１実施例で示した位置
に、２次音付加器及び騒音受音信号検出器を設置し、図
２で示した制御を行なうことにより、室内の全空間的な
減音効果が達成される。

【００３９】本発明装置をヘリコプタの機内音低減に適
用した第３実施例を図５に示す。主ロータやテールロー
タやトランスミッション等の回転パルス等を騒音源特性
検出器で検出し、第１実施例で示した位置に、２次音付
加器及び騒音受音信号検出器を設置し、図２で示した制
御を行なうことにより、室内の全空間的な減音効果が達
成される。

【００４０】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。

【００４１】（１）従来技術では対策が困難であった低
周波数減音を効果的に低減することが出来る。そのため
防音対策のために重量をさくことが厳しく制限される航
空機等には特に有効である。

【００４２】（２）大騒音を発生する騒音源の近くで静
かな室内空間を得ようとすると従来技術では大規模な防
音工事が必要となるが、本発明装置を並用すれば容易に
防音対策をとることができる。 （３）本発明の設置法に基づいて２次音付加器、及び騒
音受音信号検出器を設置することにより、最も効率的な
制御ができ、全空間的な減音効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図。

【図２】第１実施例の装置による処理方法を示す図。

【図３】第１実施例のモード寄与の検討図。

【図４】本発明の第２実施例を示す図。

【図５】本発明の第３実施例を示す図。

【図６】従来の航空機の防音技術を示す図。

【符号の説明】

１…騒音源特性検出器、２…騒音受音信号検出器、３…
２次音付加器、４…騒音制御装置、４１１１〜４１２２
…インパルスレスポンスのたたみこみ手段、４２１１〜
４２２２…フィルタ係数の修正手段、４３１〜４３２…
フィルタ係数のたたみ込み手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 室内空間へ騒音を発する騒音源の近傍に
   設けた騒音源特性検出器（１）と、前記室内空間で騒音
   の低減を狙う領域の近傍に設置する複数の騒音受音信号
   検出器（２）と、前記騒音受音信号検出器の位置での騒
   音を打ち消すための複数の２次音付加器（３）と、騒音
   制御装置（４）からなる消音装置において、前記騒音制
   御装置（４）は、騒音源特性検出器（１）で得られた信
   号を受取り、該信号にフィルタ係数をたたみ込んだ信号
   を２次音付加器（３）に送り込む手段を有するととも
   に、前記騒音受音信号検出器（２）で検出される信号を
   最小化するようにフィルタ係数を修正する適応型の手段
   を具備し、前記騒音受音信号検出器（２）と２次音付加
   器（３）の数は騒音に対して寄与しているモード数と同
   数とし、前記２次音付加器（３）の設置位置は、音圧の
   ２乗値の対象領域内での積分値を目的関数として最適化
   法により得られる最適位置にし、前記騒音受音信号検出
   器（２）の設置位置は、各対象モードの検出は行なう
   が、対象外モードの検出は行なわない位置すなわち対象
   外モードの節の位置にすることを特徴とする消音装置。