JP4351986B2 - 振動・騒音低減装置 - Google Patents
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Description
[第1のシステム]
圧電素子、圧電スピーカ、圧電フィルムなどをアクチュエータとして利用し、透過音あるいは壁面振動に逆位相の騒音あるいは振動を加える能動制御(アクティブ制振技術)(例えば、特許文献1)。
圧電素子等を振動を抑制したい材料に取り付けるか、あるは透過音抑制のため騒音進入経路中に圧電材料を壁面状に取り付け、これに電気回路を接続する。圧電材料を振動エネルギーあるいは音響エネルギーから電気エネルギーへの変換器として使用し、これに抵抗器を含んだ電気回路を接続することで熱エネルギーとして消費するシステム。
電気回路は、圧電素子等の静電容量とコイルを組合せ、狭帯域周波数のインピーダンスを小さくするか、あるいは負性静電容量回路を接続し、理論上、全周波数帯域でインピーダンスを0にする方法が提案されている(例えば、非特許文献1)。
大久保朝直著"スマート材料による遮音"「騒音制御」騒音制御工学会2003年27巻4号269−272頁
すなわち、圧電素子、圧電スピーカ、圧電フィルムなどの圧電材料(以下、「圧電材料」という。)を、音響エネルギーから電気エネルギーに、又は振動エネルギーから電気エネルギーに変換するエネルギー変換器として使用し、圧電材料が有する静電容量を利用した発振回路に特定の周波数で外部より強制的に発振させて電気エネルギーE1 を発生させ、圧電材料に入力された発振周波数近傍の周波数帯の振動・騒音エネルギーE2 を発振周波数の電気エネルギーE1 に引き込むことにより、広帯域の振動及び騒音を抑制するようにしたものである。
上記構成により、発振回路を構成する圧電材料からの放射音あるいは振動の外部への放出を抑制することができる。
上記構成により、表側、裏側共に同じ吸音効果及び強制加振音の抑制効果が得られる。
図1は本発明装置において圧電材料を強制加振する場合の周波数引き込み現象を説明するためのイメージ図、図2は圧電材料として圧電スピーカを用いる場合の本発明装置の基本構成を示すブロック図、図3は制御対象部材が梁である場合の本発明装置の適用例を示すブロック図、図4ないし図8は、圧電材料として圧電スピーカを用いる場合の強制加振に伴う音響エネルギー増大の問題の対策を説明するものであり、図4は反共振の効果について説明するグラフ、図5は強制加振のための発振周波数の制御と制振効果の関係を示すグラフ、図6は圧電スピーカに弾性材料を追加した例を示す断面図、図7は圧電スピーカに対する片面対策の例と両面対策の例を示す断面図、図8は圧電スピーカの両面対策にさらに吸音システムを付加した例を示す断面図である。
圧電材料は、一般に特定の静電容量を持っているため、外部にインダクタンスを持つコイル(あるいはコイル相当の電子回路)を接続すると、ある周波数で共振特性を持つ電気回路(以下、「共振回路」という。)を構成することができる。この共振回路内に抵抗器を接続すると、共振回路内に流れる電気エネルギーの一部が抵抗器で熱エネルギーに変換され、エネルギーが消費される。
これは、梁に圧電素子を取り付けた場合も同様である。一般に単純梁は1次固有振動の際、梁の中央が振動の腹、梁の両端付近が振動の節となるが、2次固有振動では梁の中央が節になる。そこで、梁の中央に圧電素子を取り付け上記共振回路に2次固有振動数で強制加振を行った場合は、共振回路内で1次固有振動数の振動エネルギーは2次固有振動数の振動エネルギーに引き込まれるため、1次固有振動数の振動レベルは低減する。共振回路内では2次固有振動数の電気エネルギーは増大するが、圧電素子が2次固有振動数で梁を加振させても梁の中央での加振では振動しにくいため、結果的に1次固有振動数の振動レベルが低減し、かつ2次固有振動数でも梁の振動は現れないこととなる。
なお、図7(b)において、両側の5E´は制御対象部材であっても良いし、制御対象部材とは別の制振板を設けてモジュールを構成してもよい。
2 共振回路
5,5E 制御対象部材
5E´ 制振板
6 圧電素子
7 圧電材料
cN 強制加振音
Claims (6)
- 制御対象部材に取付けられる圧電材料を一つの静電容量を持つ電子部品として用い、その圧電材料にコイルあるいはコイルと同一の働きをする共振回路を接続して発振回路を構成し、その発振回路に外部より前記共振回路の共振周波数の信号を入力することにより強制的に発振させて、周波数引き込み現象によって前記発振回路の発振周波数近傍の電気エネルギーを前記発振周波数に周波数変換を行い、前記発振周波数以外の広帯域の騒音・振動を低減することを特徴とする振動・騒音低減装置。
- 圧電材料に接続した共振回路内にさらにコンデンサーを追加し、そのコンデンサーに可変コンデンサを用いるか、又は前記共振回路のコイルのインダクタンス調整手段を備えて、発振回路の発振周波数を可変としたことを特徴とする請求項1に記載の振動・騒音低減装置。
- 発振回路の発振周波数を前記発振回路を構成する圧電材料が持つ振動の反共振周波数に合わせることにより、前記圧電材料からの振動あるいは放射音の外部への放出を抑制することを特徴とする請求項1又は2に記載の振動・騒音低減装置。
- 発振回路の発振周波数における圧電材料からの振動あるいは放射音が小さくなるように、前記圧電材料の形状、構造又は材質を変更し、あるいは前記圧電材料に制振部材を追加したことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の振動・騒音低減装置。
- 発振回路の圧電材料に圧電スピーカを用い、その圧電スピーカの表裏に弾性材料を前記圧電スピーカの振動板を中心として対称的に配置したことを特徴とする請求項1,2,3又は4に記載の振動・騒音低減装置。
- 発振回路の圧電材料に圧電スピーカを用い、前記発振回路を構成する圧電スピーカの表裏に圧電材料を取り付け、前記圧電材料に接続したコイルあるいは負性静電容量回路による吸音システムにより強制加振音を抑制することを特徴とする請求項1,2,3,4又は5に記載の振動・騒音低減装置。
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