JP3792773B2

JP3792773B2 - Active silencer and active silencer design method

Info

Publication number: JP3792773B2
Application number: JP08875696A
Authority: JP
Inventors: 明彦江波戸; 裕一森川; 卓郎林
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2016-03-18
Also published as: JPH09258745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばエレベータの乗り篭のように音響反射の存在する空間に侵入する騒音を能動的に消音する能動消音装置および能動消音系の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、エレベータの乗り篭は音響反射の存在する閉空間を構成している。この乗り篭には、通常、ダクトを介して換気用のファンが設けられている。したがって、乗り篭内には、ファンで発生した騒音がダクトを介して侵入する。この侵入騒音はエレベータの乗り心地を悪くする虞がある。したがって、侵入騒音を消すための何等かの手段を乗り篭に設けることが望まれる。
【０００３】
ところで、図１２に示すような音響反射の存在する閉空間１にダクト２などを介して侵入する騒音３を閉空間１内において消音する方法としては、図１３(a) に示すように、閉空間１に吸音材４を内張して内部の音圧上昇を防ぐ手法が一般に採用されている。また、ダクト２から侵入する音の音響パワーを低減し、閉空間全領域を消音するのではなく、図１３(b) に示すように、放射エネルギーによって閉空間１内に生じた顕著な共鳴周波数成分に着目し、その音圧モードの振幅最大の位置５に誤差マイク６を設置し、周知の能動消音制御でそのモードを低減させる手法も知られている。
【０００４】
しかしながら、閉空間１に吸音材４を内張する方法では、一般に波長の長い低周波数成分を低減させることが難しい。また、閉空間１に生じる音圧モードを能動消音制御で制御する方法では、ある１つの音圧モードだけ低減できても、複数のモードが卓越している場合には消音効果が小さい。消音効果を向上させるには各モードに対して誤差マイク６を１つずつ、しかも音圧の一番大きい位置に配置しなければならい。しかし、閉空間１の形状、騒音の伝播状況によりモードの現れ方も異なることから、あまり実用的ではない。仮にモードの現れ方が一定で、この手法で複数のモードを抑制できたとしても、騒音が閉空間１に侵入する入口の音響パワーを低減させているのではないので、閉空間全領域を消音させることは難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の消音手法では、低周波の騒音成分を消音できなかったり、対象空間の影響を受けたり、システム全体が大掛かりになったり、閉空間全領域を消音させることが困難であったりする問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、上述した不具合を解消でき、音響反射の存在する空間に侵入した騒音を良好に消音できる能動消音装置および能動消音系の設計方法を提供することを目的としている。
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明では、騒音と相関のある信号を検出するセンシング手段、付加音源、前記センシング手段の出力と制御係数との演算出力で前記付加音源を制御する制御手段、誤差信号検出手段および前記誤差信号検出手段の出力と前記センシング手段の出力とを導入して前記制御手段の前記制御係数を時々刻々適応的に算出して更新する制御係数算出手段を用いて音響反射の存在する閉じた空間に、その隅の入口から侵入する騒音の音響パワーを低減する能動消音系を設計するに際して、前記音響反射は第一波のみの反射を仮定し、前記空間への騒音侵入口の音圧分布を測定して騒音源の位置を決定した後に付加音源の設置可能範囲内におけるパワー低下量の計算を行って付加音源の位置を決定し、上記騒音源の位置および付加音源の位置に基づいて上記付加音源から上記騒音の侵入口における振動面の騒音に対して逆位相で同じ体積速度（振幅）の音響エネルギを放出させたときにできる節（音圧最小点）の位置に前記誤差信号検出手段を配置できるか否かの判定を優先して行うことを特徴としている。
さらに、上記目的を達成するために、請求項２に係る発明では、騒音源から出力される騒音と相関のある信号を検出するセンシング手段、第１の付加音源、第２の付加音源、前記センシング手段の出力と制御係数との演算出力で前記第１の付加音源および前記第２の付加音源を制御する制御手段、誤差信号検出手段および前記誤差信号検出手段の出力と前記センシング手段の出力とを導入して前記制御手段の前記制御係数を時々刻々適応的に算出して更新する制御係数算出手段を用いて少なくとも第１の壁及び第２の壁を有する音響反射の存在する閉じた空間に、その隅の入口から侵入する騒音の音響パワーを低減する能動消音系を設計するに際して、前記音響反射は第一波のみの反射を仮定し、前記空間への騒音侵入口の音圧分布を測定して騒音源の位置を決定した後に付加音源の設置可能範囲内におけるパワー低下量の計算を行って付加音源の位置を決定し、上記騒音源の位置および付加音源の位置に基づいて上記付加音源から上記騒音の侵入口における振動面の騒音に対して逆位相で同じ体積速度（振幅）の音響エネルギを放出させたときに、前記騒音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｐ１、前記第１の付加音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｐ２、前記第２の付加音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｐ３、前記第１の壁の鏡像音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｑ１、前記第１の壁の鏡像音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｑ２、前記第１の壁の鏡像音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｑ３、前記第２の壁の鏡像音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｓ１、前記第２の壁の鏡像音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｓ２、前記第２の壁の鏡像音源からの誤差信号検出手段までの距離をｒ _Ｓ３としたとき
【数２】

を満たす、節（音圧最小点）の位置に前記誤差信号検出手段を配置できるか否かの判定を優先して行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項１に係る能動消音装置では、付加音源を空間における騒音の侵入口の近くに配置するとともに上記付加音源から上記騒音の侵入口における振動面の騒音に対して逆位相で同じ体積速度（振幅）の音響エネルギを放出させたときにできる節（音圧最小点）の位置に誤差信号検出手段を配置している。
【００１１】
上述した節の位置（音圧最小点）に誤差信号検出手段を配置し、適応能動制御を実行することで、空間に放射する音響パワーを低減でき、空間全領域を消音することができる。
【００１２】
以下に、その理由を説明する。なお、ここでは、騒音源をモノポール音源としてとり扱い、付加音源をスピーカで構成し、誤差信号検出手段をマイクで構成するものとして扱う。
【００１３】
閉空間に限らず開放空間においても、適応能動制御で音響パワーを最小とする誤差マイクの最適配置導出法には次の２つの手法がある。
【００１４】
手法１．誤差マイクの位置と付加音源の音圧位相、振幅（体積速度）の関係をまず求め、これにより誤差マイクの位置の違いによる音響パワーの変化の様子を調べる。
【００１５】
手法２．付加音源の音圧が騒音に対して逆位相、同振幅になるときに音響パワーが最小となることを利用し、逆位相、同振幅の付加音源を配したときの節の位置を求め、この位置を誤差マイクの最適配置とする。
【００１６】
反射がない開放空間で付加音源が２個くらいまでならば、手法１で求める方が正確に誤差マイク位置と音響パワーとの関係を導くことができる。
【００１７】
たとえば、図３(a) のように、音源１１の音圧に対して２つの付加音源１２の音圧がどちらも位相θずれおり、かつ同振幅の場合には、音源１１からｒ1 離れた場所にある誤差マイク１３の音圧Ｐは、
【００１８】
【数３】

となる。
【００１９】
能動制御によりＰ＝０となることから、
【００２０】
【数４】

【００２１】
【数５】

【００２２】
【数６】

次に、音響パワーと付加音源１２の音圧の位相、振幅との関係が次式となることから、
【００２３】
【数７】

式(3) ,(4)を式(5) に代入することで、誤差マイク１３の位置の違いによる音響パワー低下量を求めることができる。
【００２４】
計算機を使用すれば、誤差マイク１３の位置毎の音響パワーを簡単に計算することができ、音響パワー最小となる誤差マイク１３の最適配置を求めることができる。
【００２５】
一方、最適配置だけを求めるのであるならば、音響パワーが最小となる付加音源１２の条件は音圧が逆位相、同振幅であることから、式(3) 、式(4) より、ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ3 が最適配置となる。図３(b) のようにｄ＝ｒ1 のときには正三角形、ｄ≠ｒ1 のときには図３(c) に示すように誤差マイク１３を遠ざけるほどｒ1 とｒ2 とが近い値となり音響パワーが低下する。
【００２６】
本発明が対象としている反射のある空間の場合、最適配置の導出に際して手法１がさらに複雑になることから、式(3) および式(4) を導くのに手間が非常に掛かる。また、式(5) に代入して最適配置を求める以前に、θ＝π、Ａ2 ／Ａ1 ＝1/2 を式(3) 式(4) に代入して配置を見積るにも手間がかかる。
【００２７】
具体的に式を使って説明する。
【００２８】
今、図４に示すように、騒音が閉空間１４の隅の入口から侵入し、第一波のみの反射を仮定した場合、鏡像音源の原理を用いて誤差マイク１３の位置における音圧を求めると式(6) となる。
【００２９】
【数８】

ここでＰ→０より
【００３０】
【数９】

【００３１】
【数１０】

【００３２】
【数１１】

とすると、
【００３３】
【数１２】

このようにして、音圧の位相を求めることは式(3) と比べて複雑になる。振幅についても同様で式(7) に代入することで得られるが複雑となる。
【００３４】
すなわち、反射のある空間を対象にしたときには、手法１を用いて誤差マイク１３の位置を手計算で求めることは難しい。
【００３５】
したがって、反射のある空間を対象にしたときには、まず手法２を用いて逆位相、同振幅の付加音源１２を配したときの節（音圧最小点）の位置を求めることで、誤差マイク１３の最適配置を見積る作業を優先することが得策である。
【００３６】
まず、θ＝π、Ａ2 ／Ａ1 ＝1/2 となる最適条件を式(6) に代入すると、
【００３７】
【数１３】

となる。
【００３８】
節となる位置は、Ｐ＝０より、
【００３９】
【数１４】

となる。
【００４０】
ここで、低周波数を対象としていることから、
【００４１】
【数１５】

【００４２】
【数１６】

ここで、空間の壁面が剛で完全反射である場合には、
【００４３】
【数１７】

となり、
【００４４】
【数１８】

したがって、この式(16)を満たす誤差マイク１３の位置が節となる。
【００４５】
節に誤差マイク１３を配して能動制御をかけると、誤差マイク１３の音圧が最小となるように付加音源１２の音圧が騒音とは逆位相、同振幅に近づくので、音響パワーは最小となる。
【００４６】
このときの音響パワー変化量は、式(5) にθ＝π、Ａ2 ／Ａ1 ＝1/2 を代入することによって得られ、式(17)となる。したがって、低周波数ほど、また付加音源１２を音源１１に近づけるほど消音効果が向上する。
【００４７】
【数１９】

このように、反射の影響のある閉空間では鏡像音源も含めて音源の数が複数になることから、手法１で音響パワーを最小とする最適配置を導出することは難しく、節の位置を見積る手法２を優先させることによって簡単に導出できることが判る。
【００４８】
図５には反射の影響のある空間を対象にして実際に能動消音系を設計する場合の手順が示されている。この場合には、先に説明したように、まず手法２を用いて誤差マイクの最適位置を見積り、最適化を図る。そして、手法２では目標を達成できないときには手法１を用いて誤差マイクの最適位置を求める。このような手順によって能動消音系の設計を能率よく行うことができる。
【００４９】
なお、図５中、対策１とは先の狭まった管を付加音源に取り付けることにより、付加音源を音源に近付けることで消音効果を向上させるなどの処置をとることを指し、対策２とは初めに誤差マイク位置をきめた場合の付加音源最適配置の導出などの処置をとることを指している。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施形態を説明する。
【００５１】
図１には本発明の一実施形態に係る能動消音装置の概略構成が示されている。
【００５２】
同図において、２１はエレベータの乗り篭のように音響反射が存在する閉空間を示している。この閉空間２１にはダクト２２が通じており、このダクト２２を介して騒音２３が閉空間２１内に侵入し得る状況にある。
【００５３】
この能動消音装置は適応制御方式を採用しており、ダクト２２から侵入する騒音２３と相関のある信号を検出するセンシング手段としてセンサ２４と、ダクト２２の閉空間側の開口部近くに設けられ付加音源としてのスピーカ２５ａ，２５ｂと、センサ２４の出力と制御係数との演算出力でスピーカ２５ａ，２５ｂを制御する制御器２６と、閉空間２１内に設けられた誤差信号検出手段としての誤差マイク２７と、この誤差マイク２７の出力とセンサ２４の出力信号をスピーカ２５ａ，２５ｂから誤差マイク２７までの空間インパルス関数に相当する遅延回路２８を通して得られた信号とを導入して制御器２６の制御係数を時々刻々適応的に算出して更新する制御係数演算器２９とで構成されている。
【００５４】
そして、前述の如くスピーカ２５ａ，２５ｂを閉空間２１における騒音２３の侵入口、つまりダクト２２の開口近くに配置するとともに、スピーカ２５ａ，２５ｂから騒音２３の侵入口における振動面３０の騒音に対して逆位相で同じ体積速度（振幅）の音響エネルギを放出させたときにできる節（音圧最小点）の位置に誤差マイク２７を配置している。
【００５５】
このように、上述した節の位置３１に誤差マイク２７を配置しているので、適応能動制御を実行することで、前述した理由で閉空間２１に放射する音響パワーを低減でき、空間全領域を消音することができる。
【００５６】
なお、図２に示すように、誤差マイク２７を閉空間２１内のある限られた領域３２のみにしか配置できず、節の位置（音圧最小点）３１が領域３２の外部にある場合には、領域３２の内部において音圧最小となる位置３３に誤差マイク２７を配置しても、消音効果は図１に比べやや劣化するものの、閉空間２１に放射する音響パワーを低減することができる．
次に、実際に本発明を応用して消音効果を確認した例について説明する。
【００５７】
対象とした騒音はエレベータの換気用ファンの騒音である。このファン騒音が図６(a) に示すようにダクトを通り、乗り篭内に放射する際の放射音響パワーを低減し、乗り篭内全領域を消音させることを目的とした。
【００５８】
本発明の有効性を検証する意味でファンの代りにダクト内部に騒音源としてのスピーカを設置し、これからランダムノイズを出力し、このノイズがダクト出口から乗り篭内に放射するパワーを低減させる実験を実施した。図６(a) ,(b)にダクト、付加音源用のスピーカなどの配置を示す。
【００５９】
計算で仮定するモノポール音源（騒音源）の位置は、ダクト出口（乗り篭空間への侵入口）の最上部中央に位置し、モノポール付加音源の位置はスピーカの振動中心である。アクティブスピーカの設置範囲は室内から見えない位置、つまり、照明用の天井裏空間と限定されていることから、設置した時点で図３(b),(c) に示した開放空間における最適配置とは異なり、図６(c) に示すように騒音源との間に６７．９度の開き角度が生じた。
【００６０】
なお、このように最適配置からずれていると、従来では音源、付加音源の配置を変更する手段をとるが、本発明では音源、付加音源がどのような位置関係にあっても、また反射の影響を受けようとも、節の位置を見つけることに主力をおいている。したがって、制約を受けにくく最適配置の自由度が大きくなり、実用的であることが大きな特徴である。
【００６１】
この例において、図４に示したような完全反射を仮定した場合でも、計算による節の位置は、反射のない結果と比べてほとんど変化がなく、実際に室内の空間伝達関数を測定した結果からも、誤差マイクの出力は反射音よりも直接音が支配的であったため、結果的には乗り篭は閉空間でありながら、反射の影響が極めて少ない空間であることが判った。
【００６２】
計算により導出した節の位置は図７に示すように、室内の天井よりも約２０ｃｍくらい下の側壁、つまり設置条件である天井裏の照明用の空間の外部であった。そこで、照明用空間領域において、音圧が最小となる位置を再度見積った結果、図７のように２箇所存在した。
【００６３】
実際に騒音源用スピーカから周期音を発生させ、この音のダクト出口の騒音振動面に対して逆位相、同振幅（アクティブスピーカ２個使用のときは１／２）をアクティブスピーカから出力し、音響パワーが最小になったことを確認した後に、図８(a) に示す誤差マイク設置可能範囲のダクト出口付近の音圧分布を測定したところ、図８(b) に示す結果が得られた。この図から判るように、周波数に左右されずに２箇所で音圧が低減することを確認した。これは図７のシミュレーション（線上（天井面）の２点）結果とほぼ一致している。
【００６４】
したがって、この位置（左側１箇所）に誤差マイクを設置して、ランダムノイズ音源を対象として適応能動制御を実施した。
【００６５】
そして、室内の図９に示す４隅及中間（Ａ１〜Ｃ２計６点）で音圧を測定したところ、能動制御前後において、図１０，図１１に示すように音圧スペクトル変化値（Ａスケール）が観測された。なお、これらの図において、上側のデータが能動制御前、下側のデータが能動制御を行ったときのものである。
【００６６】
図１０，図１１から判るように、本発明の手法を採用することにより、閉空間に放射するパワーを低減でき、室内全領域で音圧レベルが約５〜８ｄＢ低下し、聴感上もはっきりと消音効果を確認することができた。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、節の位置に誤差マイクを配置し、適応能動制御を実行することで、反射の影響のある閉空間に放射する騒音の音響パワーを低減させることができる。また、節の位置（音圧最小点）が誤差マイクの設置可能範囲外にある場合でも、設置可能範囲内において音圧最小となる位置に誤差マイクを配置することにより、節に配置した場合と比べやや劣化するものの、閉空間に放射する音響パワーを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る能動消音装置の概略構成図
【図２】本発明の別の実施形態に係る能動消音装置の概要構成図
【図３】音源に対して２つの付加音源と誤差マイクとを使用して能動制御で音響パワーを最小とすることを説明するための図
【図４】反射がある閉空間にある音源に対して２つの付加音源と誤差マイクとを使用して能動制御で音響パワーを最小とすることを説明するための図
【図５】本発明に係る設計方法の手順を示す図
【図６】エレベータの乗り篭の設けられた換気用ファンの騒音を本発明を用いて消音したときの各部の配置関係等を示す図
【図７】音源と付加音源の位置関係により決まる節の位置と誤差マイク設置範囲が限定されたときの誤差マイクの最適配置を説明するための図
【図８】音源付近の音圧分布実測値例を説明するための図
【図９】エレベータの乗り篭内の消音効果を評価する位置を示す図
【図１０】エレベータの乗り篭内の消音効果を示す図
【図１１】エレベータの乗り篭内の消音効果を示す図
【図１２】従来技術を説明するための図
【図１３】従来技術を説明するための図
【符号の説明】
２１…閉空間
２２…ダクト
２３…騒音
２４…センシング手段としてのセンサ
２５ａ，２５ｂ…付加音源としてのスピーカ
２６…制御器
２７…誤差信号検出手段としての誤差マイク
２８…遅延回路
２９…制御係数演算器
３０…騒音振動面
３１…節の位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active silencer that actively silences noise that enters a space where acoustic reflection exists, such as an elevator ride, and a method for designing an active silencer system.
[0002]
[Prior art]
As is well known, an elevator ride forms a closed space where acoustic reflection exists. This riding board is usually provided with a fan for ventilation through a duct. Therefore, noise generated by the fan enters the ride through the duct. This intrusion noise may worsen the ride comfort of the elevator. Therefore, it is desirable to provide some means for extinguishing intrusion noise on the ride.
[0003]
By the way, as shown in FIG. 13 (a), as a method of muting the noise 3 entering the closed space 1 where the acoustic reflection exists as shown in FIG. A technique is generally employed in which the sound absorbing material 4 is lined in the space 1 to prevent an increase in the internal sound pressure. In addition, the acoustic power of the sound entering from the duct 2 is not reduced, and the entire closed space is not muted, but a significant resonance frequency generated in the closed space 1 by the radiant energy as shown in FIG. 13 (b). A method is also known in which an error microphone 6 is installed at the position 5 having the maximum amplitude in the sound pressure mode by paying attention to the component, and the mode is reduced by well-known active mute control.
[0004]
However, in the method of lining the sound absorbing material 4 in the closed space 1, it is generally difficult to reduce low frequency components having a long wavelength. Further, in the method of controlling the sound pressure mode generated in the closed space 1 by active silencing control, even if the sound pressure mode can be reduced by a certain sound pressure mode, the silencing effect is small when a plurality of modes are excellent. In order to improve the silencing effect, one error microphone 6 must be arranged for each mode, and at the position where the sound pressure is the highest. However, since the mode appears differently depending on the shape of the closed space 1 and the noise propagation state, it is not very practical. Even if the appearance of the mode is constant and a plurality of modes can be suppressed by this method, the acoustic power at the entrance where the noise enters the closed space 1 is not reduced. It is difficult to let
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventional noise reduction techniques cannot mute low-frequency noise components, are affected by the target space, the entire system becomes large, and it is difficult to mute the entire closed space. There was a problem to do.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide an active silencer device and an active silencer design method that can eliminate the above-described problems and can satisfactorily silence noise that has entered a space where acoustic reflection exists.
[0009]
To achieve the above Symbol object, in the invention according to claim 1, sensing means for detecting a signal correlated with the noise, the additional sound source, controls said additional sound source in operation the output of the output control factor of the sensing means And a control coefficient calculation means for introducing the output of the error signal detection means and the output of the error signal detection means and the output of the sensing means to adaptively calculate and update the control coefficient of the control means from time to time. in a closed space in the presence of acoustic reflector used, on the occasion to design an active silencer system to reduce the sound power of the noise entering from the entrance of the corner, the acoustic reflections assuming the reflection of only the first wave the determining the position of the additional sound source by performing calculations of the power decrease in the installation range of the additional sound source after determining the position of the noise source by measuring the sound pressure distribution of noise entering port to the space, the noise A node (sound pressure) generated when acoustic energy having the same volume velocity (amplitude) is emitted in the opposite phase to the noise of the vibration surface at the noise entrance from the additional sound source based on the position of the sound source and the position of the additional sound source It is characterized in that priority is given to determining whether or not the error signal detecting means can be arranged at the position of the minimum point).
Furthermore, in order to achieve the above object, in the invention according to claim 2, sensing means for detecting a signal correlated with noise output from a noise source, a first additional sound source, a second additional sound source, and the sensing The control means for controlling the first additional sound source and the second additional sound source by the output of the means and the control coefficient, the error signal detection means, the output of the error signal detection means, and the output of the sensing means In a closed space where there is an acoustic reflection having at least a first wall and a second wall using a control coefficient calculation means that introduces and adaptively calculates and updates the control coefficient of the control means from time to time, When designing an active silencing system that reduces the acoustic power of noise entering from the corner entrance, the acoustic reflection is assumed to reflect only the first wave, and the sound pressure distribution of the noise entrance to the space is measured. After determining the position of the noise source, the power reduction amount within the installable range of the additional sound source is calculated to determine the position of the additional sound source, and the position from the additional sound source is determined based on the position of the noise source and the position of the additional sound source. When acoustic energy having the same volume velocity (amplitude) is emitted in the opposite phase with respect to the noise on the vibration surface at the noise entrance, the distance from the noise source to the error signal detection means is represented by r _P1 . The distance from the additional sound source to the error signal detection means is r _P2 , the distance from the second additional sound source to the error signal detection means is r _P3 , and the error signal detection means from the mirror image sound source of the first wall R _Q1 , the distance from the mirror image sound source of the first wall to the error signal detection means r _Q2 , the distance from the mirror image sound source of the first wall to the error signal detection means r _Q3 , the first 2 wall mirror R _S1 the distance to the error signal detection means from a sound _source, until the error signal detection means from said second distance to the error signal detection means from the wall of the mirror image sound source r _S2, the mirror image sound source of said second wall When the distance of r is _S3 ,

It is characterized in that priority is given to determining whether or not the error signal detection means can be placed at the position of the node (sound pressure minimum point) that satisfies the above.
[0010]
In the active silencer according to claim 1, the additional sound source is disposed near the noise entrance in the space, and the same volume velocity (amplitude) is in phase opposite to the noise on the vibration surface at the noise entrance from the additional sound source. The error signal detection means is arranged at the position of the node (sound pressure minimum point) that can be generated when the acoustic energy of) is released.
[0011]
By placing the error signal detection means at the node position (sound pressure minimum point) described above and executing adaptive active control, the acoustic power radiated to the space can be reduced, and the entire space can be silenced.
[0012]
The reason will be described below. Here, the noise source is treated as a monopole sound source, the additional sound source is constituted by a speaker, and the error signal detecting means is constituted by a microphone.
[0013]
There are the following two methods for deriving the optimum arrangement of error microphones that minimizes the acoustic power by adaptive active control, not only in closed spaces but also in open spaces.
[0014]
Method 1. First, the relationship between the position of the error microphone and the sound pressure phase and amplitude (volume velocity) of the additional sound source is obtained, and the state of the acoustic power due to the difference in the position of the error microphone is examined.
[0015]
Method 2. Using the fact that the sound power of the additional sound source is at the opposite phase and the same amplitude with respect to the noise, the position of the node when the additional sound source with the opposite phase and the same amplitude is arranged is obtained. The position is the optimal placement of the error microphone.
[0016]
If there are up to about two additional sound sources in an open space where there is no reflection, the relationship between the error microphone position and the sound power can be accurately derived by the method 1.
[0017]
For example, as shown in FIG. 3A, when the sound pressures of the two additional sound sources 12 are both out of phase θ with respect to the sound pressure of the sound source 11 and have the same amplitude, the location is r 1 away from the sound source 11. The sound pressure P of the error microphone 13 is
[0018]
[Equation 3]

It becomes.
[0019]
Since P = 0 by active control,
[0020]
[Expression 4]

[0021]
[Equation 5]

[0022]
[Formula 6]

Next, since the relationship between the acoustic power and the phase and amplitude of the sound pressure of the additional sound source 12 is as follows,
[0023]
[Expression 7]

By substituting Equations (3) and (4) into Equation (5), it is possible to obtain the amount of decrease in acoustic power due to the difference in the position of the error microphone 13.
[0024]
If the computer is used, the acoustic power for each position of the error microphone 13 can be easily calculated, and the optimum arrangement of the error microphone 13 that minimizes the acoustic power can be obtained.
[0025]
On the other hand, if only the optimal arrangement is to be obtained, the condition of the additional sound source 12 that minimizes the acoustic power is that the sound pressure is in the opposite phase and the same amplitude, so that r1 = r2 = r3 is the optimum arrangement. As shown in FIG. 3B, when d = r1, the regular triangle is obtained. When d.noteq.r1, as shown in FIG. 3C, as the error microphone 13 is moved away, r1 and r2 become closer to each other and the sound power is reduced.
[0026]
In the case of a space with reflection, which is the subject of the present invention, the method 1 is further complicated in deriving the optimum arrangement, so that it takes much time to derive the equations (3) and (4). Also, before substituting into equation (5) to obtain the optimum arrangement, it takes time to estimate the arrangement by substituting θ = π and A 2 / A 1 = 1/2 into equation (3) and equation (4).
[0027]
This will be explained specifically using equations.
[0028]
As shown in FIG. 4, when noise enters from the entrance of the corner of the closed space 14 and the reflection of only the first wave is assumed, the sound pressure at the position of the error microphone 13 is obtained using the principle of the mirror image sound source. And Equation (6).
[0029]
[Equation 8]

From P → 0 [0030]
[Equation 9]

[0031]
[Expression 10]

[0032]
[Expression 11]

Then,
[0033]
[Expression 12]

In this way, obtaining the phase of the sound pressure is more complicated than Equation (3). The same applies to the amplitude, but it can be obtained by substituting into equation (7), but it is complicated.
[0034]
That is, when a space with reflection is targeted, it is difficult to manually calculate the position of the error microphone 13 using the method 1.
[0035]
Therefore, when a space with reflection is targeted, first, the position of the node (minimum sound pressure point) when the additional sound source 12 having the opposite phase and the same amplitude is arranged by using the method 2 is obtained. It is a good idea to prioritize the task of estimating the optimal placement.
[0036]
First, substituting the optimum condition for θ = π and A2 / A1 = 1/2 into equation (6),
[0037]
[Formula 13]

It becomes.
[0038]
The position of the node is P = 0,
[0039]
[Expression 14]

It becomes.
[0040]
Here, because we are targeting low frequencies,
[0041]
[Expression 15]

[0042]
[Expression 16]

Here, if the wall of the space is rigid and completely reflective,
[0043]
[Expression 17]

And
[0044]
[Formula 18]

Therefore, the position of the error microphone 13 that satisfies this equation (16) is a node.
[0045]
When the error microphone 13 is placed at the node and active control is performed, the sound pressure of the additional sound source 12 approaches the same phase and amplitude as the noise so that the sound pressure of the error microphone 13 is minimized. It becomes.
[0046]
The amount of change in the acoustic power at this time is obtained by substituting θ = π and A 2 / A 1 = 1/2 into equation (5), and becomes equation (17). Therefore, the silencing effect improves as the frequency decreases and the closer the additional sound source 12 is to the sound source 11.
[0047]
[Equation 19]

Thus, since there are a plurality of sound sources including a mirror image sound source in a closed space affected by reflection, it is difficult to derive an optimum arrangement that minimizes the acoustic power by Method 1, and the position of the node is estimated. It can be seen that it can be easily derived by prioritizing Method 2.
[0048]
FIG. 5 shows a procedure for actually designing an active silencing system for a space affected by reflection. In this case, as described above, first, the optimum position of the error microphone is estimated by using the method 2, and optimization is performed. Then, when the target cannot be achieved by the method 2, the optimal position of the error microphone is obtained by using the method 1. By such a procedure, the active silencer can be designed efficiently.
[0049]
In FIG. 5, Measure 1 refers to taking measures such as improving the muffling effect by attaching the narrowed tube to the additional sound source to bring the additional sound source closer to the sound source. This means taking measures such as derivation of the optimal arrangement of additional sound sources when the error microphone position is determined.
[0050]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0051]
FIG. 1 shows a schematic configuration of an active silencer according to an embodiment of the present invention.
[0052]
In the same figure, 21 has shown the closed space where acoustic reflection exists like the riding board of an elevator. A duct 22 communicates with the closed space 21, and noise 23 can enter the closed space 21 through the duct 22.
[0053]
This active silencer employs an adaptive control method, and is provided near the opening on the closed space side of the duct 22 as a sensing means for detecting a signal correlated with the noise 23 entering from the duct 22.

Speakers

25a and 25b as sound sources, a controller 26 for controlling the

speakers

25a and 25b by calculation output of the output of the sensor 24 and a control coefficient, and an error microphone 27 as error signal detection means provided in the closed space 21 And the control signal of the controller 26 by introducing the output of the error microphone 27 and the signal output from the sensor 24 through the delay circuit 28 corresponding to the spatial impulse function from the

speakers

25a and 25b to the error microphone 27. And a control coefficient computing unit 29 that adaptively calculates and updates the moment from time to time.
[0054]
As described above, the

speakers

25 a and 25 b are arranged near the entrance of the noise 23 in the closed space 21, that is, near the opening of the duct 22, and against the noise of the vibration surface 30 at the entrance of the noise 23 from the

speakers

25 a and 25 b. The error microphone 27 is arranged at the position of the node (sound pressure minimum point) that is formed when acoustic energy having the same volume velocity (amplitude) is released in the opposite phase.
[0055]
As described above, since the error microphone 27 is arranged at the node position 31 described above, by executing adaptive active control, the acoustic power radiated to the closed space 21 can be reduced for the reason described above, and the entire space area can be reduced. Can be muted.
[0056]
As shown in FIG. 2, when the error microphone 27 can be arranged only in a limited area 32 in the closed space 21 and the node position (sound pressure minimum point) 31 is outside the area 32. Even if the error microphone 27 is arranged at the position 33 where the sound pressure is minimized within the region 32, the sound-muffling effect is slightly deteriorated compared with FIG. 1, but the acoustic power radiated to the closed space 21 can be reduced. .
Next, an example in which the silencing effect is confirmed by actually applying the present invention will be described.
[0057]
The noise of interest is the noise of an elevator ventilation fan. The purpose of this fan noise is to reduce the radiated sound power when the fan noise passes through the duct as shown in FIG.
[0058]
In order to verify the effectiveness of the present invention, a speaker as a noise source is installed in the duct instead of the fan, and random noise is output from this, and the experiment is performed to reduce the power that this noise radiates from the duct exit into the carriage. Carried out. 6 (a) and 6 (b) show the arrangement of ducts, additional sound source speakers, and the like.
[0059]
The position of the monopole sound source (noise source) assumed in the calculation is located at the center of the uppermost part of the duct exit (entrance to the riding space), and the position of the monopole additional sound source is the vibration center of the speaker. The installation range of the active speaker is limited to the position where it cannot be seen from inside the room, that is, the ceiling ceiling space for lighting. Therefore, the optimal placement in the open space shown in Fig. 3 (b) and (c) However, as shown in FIG. 6 (c), an opening angle of 67.9 degrees was generated between the noise source and the noise source.
[0060]
In this case, if it deviates from the optimum arrangement as described above, conventionally, a means for changing the arrangement of the sound source and the additional sound source is taken. Regardless of the influence, he focuses on finding the position of the verse. Therefore, it is difficult to be restricted, and the degree of freedom in optimal arrangement is increased, which is a great feature.
[0061]
In this example, even when perfect reflection as shown in FIG. 4 is assumed, the calculated position of the node is almost unchanged compared to the result without reflection, and from the result of actually measuring the indoor space transfer function. However, the output of the error microphone was dominated by the direct sound rather than the reflected sound, and as a result, it was found that the ride was a closed space, but was a space with very little influence of reflection.
[0062]
As shown in FIG. 7, the position of the node derived by calculation was a side wall about 20 cm below the ceiling in the room, that is, outside the illumination space behind the ceiling, which is the installation condition. Therefore, as a result of re-estimating the position where the sound pressure is minimized in the illumination space region, there are two places as shown in FIG.
[0063]
A periodic sound is actually generated from the speaker for the noise source, and the opposite phase and the same amplitude (1/2 when two active speakers are used) are output from the active speaker with respect to the noise vibration surface of the duct outlet, After confirming that the sound power was minimized, the sound pressure distribution near the duct outlet in the error microphone installation range shown in Fig. 8 (a) was measured, and the result shown in Fig. 8 (b) was obtained. . As can be seen from this figure, it was confirmed that the sound pressure was reduced at two locations regardless of the frequency. This substantially coincides with the simulation result (two points on the line (ceiling surface)) in FIG.
[0064]
Therefore, an error microphone was installed at this position (one place on the left side), and adaptive active control was performed for a random noise source.
[0065]
Then, when the sound pressure was measured at the four corners and the middle (A1 to C2 total 6 points) shown in FIG. 9 in the room, before and after the active control, as shown in FIGS. ) Was observed. In these figures, the upper data is before active control, and the lower data is when active control is performed.
[0066]
As can be seen from FIGS. 10 and 11, by adopting the method of the present invention, the power radiated to the closed space can be reduced, the sound pressure level is reduced by about 5 to 8 dB in the entire room, and the audibility is clearly seen. The mute effect was confirmed.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the acoustic power of noise radiated to a closed space affected by reflection can be reduced by placing an error microphone at the node position and executing adaptive active control. it can. In addition, even when the position of the node (sound pressure minimum point) is outside the range where the error microphone can be installed, by placing the error microphone at the position where the sound pressure is minimum within the settable range, Although it is slightly deteriorated, the acoustic power radiated to the closed space can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an active silencer according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an active silencer according to another embodiment of the present invention. Fig. 4 is a diagram for explaining that sound power is minimized by active control using a sound source and an error microphone. Fig. 4 uses two additional sound sources and an error microphone for a sound source in a closed space with reflection. FIG. 5 is a diagram for explaining the procedure of the design method according to the present invention. FIG. 6 is a diagram showing the noise of a ventilation fan provided with an elevator ride. FIG. 7 is a diagram showing an arrangement relationship of each part when the sound is muted using the present invention. FIG. 7 is an optimal arrangement of error microphones when the position of nodes determined by the positional relationship between the sound source and the additional sound source and the error microphone installation range are limited. Fig. 8 Sound pressure distribution near the sound source FIG. 9 is a diagram for explaining a measurement example. FIG. 9 is a diagram showing a position for evaluating the silencing effect in the elevator ride. FIG. 10 is a diagram showing the silencing effect in the elevator ride. The figure which shows the silencing effect in the bag. [FIG. 12] The figure for demonstrating a prior art. [FIG. 13] The figure for demonstrating a prior art.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Closed space 22 ... Duct 23 ... Noise 24 ...

Sensor

25a, 25b as sensing means ... Speaker 26 as additional sound source ... Controller 27 ... Error microphone 28 as error signal detection means ... Delay circuit 29 ... Control coefficient calculator 30 ... Noise vibration surface 31 ... Node position

Claims

Sensing means for detecting a signal correlated with noise, an additional sound source, control means for controlling the additional sound source by an output of the sensing means and a control coefficient, an error signal detecting means, and an output of the error signal detecting means From the entrance of the corner to the closed space where acoustic reflection exists using the control coefficient calculation means that introduces the output of the sensing means and adaptively calculates and updates the control coefficient of the control means from moment to moment When designing an active silencing system that reduces the acoustic power of intruding noise, the acoustic reflection is assumed to reflect only the first wave, and the sound pressure distribution of the noise entrance to the space is measured to determine the position of the noise source. And determining the position of the additional sound source by calculating the power reduction amount within the installable range of the additional sound source, and determining the position of the additional sound source based on the position of the noise source and the position of the additional sound source. The error signal detection means is arranged at the position of the node (minimum sound pressure point) that is generated when acoustic energy having the same volume velocity (amplitude) is emitted in the opposite phase to the noise of the vibration surface at the noise entrance. A method for designing an active silencing system, wherein priority is given to determining whether or not it can be performed.

  Sensing means for detecting a signal correlated with the noise output from the noise source, the first additional sound source, the second additional sound source, the first additional sound source by the output of the sensing means and the control coefficient, and A control means for controlling the second additional sound source, an error signal detection means, an output of the error signal detection means and an output of the sensing means are introduced to adaptively calculate the control coefficient of the control means from time to time. An active silencing system for reducing the acoustic power of noise entering from the entrance of the corner of the closed space having at least the first wall and the second wall in the presence of acoustic reflection using the control coefficient calculating means to be updated When designing,
  Assuming that the acoustic reflection is a reflection of only the first wave, the sound pressure distribution at the noise entrance to the space is measured to determine the position of the noise source, and then the power reduction amount within the installable range of the additional sound source is calculated. To determine the position of the additional sound source, and based on the position of the noise source and the position of the additional sound source, the same volume velocity (amplitude) in the opposite phase with respect to the noise on the vibration surface at the noise entrance from the additional sound source When the acoustic energy of
  The distance from the noise source to the error signal detection means is r _Ｐ１P1 , The distance from the first additional sound source to the error signal detection means is r _Ｐ２P2 , The distance from the second additional sound source to the error signal detection means is r _Ｐ３P3 , R is the distance from the mirror image sound source of the first wall to the error signal detection means. _Ｑ１Q1 , R is the distance from the mirror image sound source of the first wall to the error signal detection means. _Ｑ２Q2 , R is the distance from the mirror image sound source of the first wall to the error signal detection means. _Ｑ３Q3 , R is the distance from the mirror image sound source of the second wall to the error signal detection means. _Ｓ１S1 , R is the distance from the mirror image sound source of the second wall to the error signal detection means. _Ｓ２S2 , R is the distance from the mirror image sound source of the second wall to the error signal detection means. _Ｓ３S3 When

A method for designing an active silencing system, wherein priority is given to determining whether or not the error signal detecting means can be arranged at a position of a node (sound pressure minimum point) that satisfies the above.