JP4626299B2 - ダクト内騒音制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
るダクト内騒音制御方法及び装置に関するものである。
より発せられる騒音が、所要の空気流通路(ダクト)内を伝送されて放出されることがあ
る。たとえば、過給器や送風機(ブロワ)等では、ファンの回転騒音等の騒音が、吸気ダ
クトや排気ダクトに直接入り、これらのダクト内を伝送された後、放出されることがある
。
ダクトの途中位置にヘルムホルツ共鳴器を設けることが広く一般に知られている。
おいて共鳴するものである。そのため、特定の周波数近辺の狭い周波数帯域でしか騒音低
減効果を期待できない。そのために、より広範な周波数帯域で騒音を低減できるようにす
ることが望まれている。
物の上部に動吸振器を設置して、該動吸振器の質量(駆動マス)を、上記主構造の揺れに
対して所要位相ずらして振動させることにより、上記主構造の振動を制限させることが考
えられてきているが、上記のような動吸振器を用いて構造物の制振を行う場合、通常、主
構造と動吸振器の同調周波数は、上記駆動マスの固定した固有振動数の近くの帯域のみと
なり、この帯域でしか制振効果が得られない。このことに鑑みて、かかる動吸振器に広帯
域に亘る制振効果を発揮させる、すなわち、制御対象となる主構造のモデル化誤差、固有
振動数等のパラメータの変動が多少あっても制御効果が劣化しないようロバスト性を改善
できるようにするための制御理論として、たとえば、動吸振器における駆動マス主構造の
振動制御のロバスト性(性質)を改善すべくH無限大制御理論を用いた方法を採ることが
提案されている(たとえば、非特許文献1参照)。
構造の振動を抑制するようにする振動制御方法において、上記動吸振器の運動方程式で同
調周波数(固有振動数)が固定値でなく、任意周波数となるようにするための動吸振器の
駆動力を算出し、更に、上記動吸振器の駆動マス取付位置における主構造の速度に比例し
た力を加算してなる駆動力で動吸振器を駆動して振動を制御する振動制御方法を従来提案
している(たとえば、特許文献1参照)。
クト内を伝送される騒音を空気の振動としてとらえて、上記非特許文献1に記載されてい
るような振動制御方法を、騒音の制御に適用することを考えた場合、非特許文献1に記載
されている振動制御方法は、制御則を制御対象に依存して決定しているため、制御対象の
モデル化誤差や変動の許容範囲があまり大きくなく、ロバスト性はそれほど高いものとす
ることはできない。
の変動とともに制御効果が弱まり、固有振動数が20〜30%変わる程度の変動で不安定
になってしまう。
不安定発振が生じてしまうといった問題が生じる虞が懸念される。
る。
力の一成分となる駆動力を、該動吸振器が任意の周波数に同調することができるように設
定して、制振対象となる主構造の広帯域の振動に対して吸振作用を発揮することができる
ようにしたものであると共に、上記主構造の固有振動数が変化した場合にも、良好なロバ
スト制御を行なうことができるものとなっている。しかし、これは構造物の振動制御方法
であって、そのまま騒音の制御に適用できるものではない。
を、騒音発生源よりダクト内を伝送される騒音をアクティブに騒音制御する手法に拡張、
発展させることを考え、本発明をなした。
ダクト内騒音のアクティブな制御を行う際に、センサとアクチュエータのコロケイション
に伴う問題が発生する虞を抑制することが可能なダクト内騒音制御方法及び装置を提供し
ようとするものである。
p:ダクト内音圧
S a :騒音制御用スピーカの振動板の面積
L s :騒音制御用スピーカのx座標軸上の位置
q n :モード座標
X n (x):X n (x)=cos[π(2n−1)x/2L]で与えられるダクト内音圧pのn次モードの固有振動モード関数
ζ a :ζ a =c a /2(m a k a ) 1/2 で与えられえる騒音制御用スピーカの減衰比
ω a :ω a =(k a/ m a ) 1/2 で与えられる騒音制御用スピーカの固有振動数
とし、この運動方程式に、上記機械的動吸振器としてみた騒音制御用スピーカが任意の周波数gωに同時同調した形となるようにするときの運動方程式としての
gはg 2 <1で安定条件を満たす定数
ζ t 及びω t は所要の定数
G:ゲイン
が一致するようにするための駆動力を、
p:ダクト内音圧
S a :騒音制御用スピーカの振動板の面積
L s :騒音制御用スピーカのx座標軸上の位置
q n :モード座標
X n (x):X n (x)=cos[π(2n−1)x/2L]で与えられるダクト内音圧pのn次モードの固有振動モード関数
ζ a :ζ a =c a /2(m a k a ) 1/2 で与えられえる騒音制御用スピーカの減衰比
ω a :ω a =(k a/ m a ) 1/2 で与えられる騒音制御用スピーカの固有振動数
とし、この運動方程式に、上記機械的動吸振器としてみた騒音制御用スピーカが任意の周波数gωに同時同調した形となるようにするときの運動方程式としての
gはg 2 <1で安定条件を満たす定数
ζ t 及びω t は所要の定数
G:ゲイン
が一致するようにするための駆動力を、
取り付けるようにした構成、より具体的には、音圧検出マイク設置個所近傍となるダクト
内壁面に取り付けた吸音材の表面に、音圧検出マイクを設けるようにした構成とする。
、吸音性を有してなるものとし、該吸音性を有してなるダクト壁の内面に、音圧検出マイ
クを設けるようにした構成とする。
(1)騒音発生源からの騒音の伝送経路となるダクトの所要個所に該ダクト内音場の騒音に対して媒質流量を与えるようにするための騒音制御用スピーカを設けて、該騒音制御用スピーカを、スピーカマス、ばね定数、減衰定数をそれぞれm a 、k a 、c a とする機械的動吸振器としてみたときの該騒音制御用スピーカの運動方程式を、上記スピーカマスm a の変位をu、駆動力をfとして、
p:ダクト内音圧
S a :騒音制御用スピーカの振動板の面積
L s :騒音制御用スピーカのx座標軸上の位置
q n :モード座標
X n (x):X n (x)=cos[π(2n−1)x/2L]で与えられるダクト内音圧pのn次モードの固有振動モード関数
ζ a :ζ a =c a /2(m a k a ) 1/2 で与えられえる騒音制御用スピーカの減衰比
ω a :ω a =(k a/ m a ) 1/2 で与えられる騒音制御用スピーカの固有振動数
とし、この運動方程式に、上記機械的動吸振器としてみた騒音制御用スピーカが任意の周波数gωに同時同調した形となるようにするときの運動方程式としての
gはg 2 <1で安定条件を満たす定数
ζ t 及びω t は所要の定数
G:ゲイン
が一致するようにするための駆動力を、
p:ダクト内音圧
S a :騒音制御用スピーカの振動板の面積
L s :騒音制御用スピーカのx座標軸上の位置
q n :モード座標
X n (x):X n (x)=cos[π(2n−1)x/2L]で与えられるダクト内音圧pのn次モードの固有振動モード関数
ζ a :ζ a =c a /2(m a k a ) 1/2 で与えられえる騒音制御用スピーカの減衰比
ω a :ω a =(k a/ m a ) 1/2 で与えられる騒音制御用スピーカの固有振動数
とし、この運動方程式に、上記機械的動吸振器としてみた騒音制御用スピーカが任意の周波数gωに同時同調した形となるようにするときの運動方程式としての
gはg 2 <1で安定条件を満たす定数
ζ t 及びω t は所要の定数
G:ゲイン
が一致するようにするための駆動力を、
(2)更に、ゲインが増大しても制御が不安定になる虞を生じることなく音圧微分フィードバックを減衰要素とするダクト内騒音の制御を行うことができる。
(3)更に又、上記騒音制御用スピーカの駆動力の算出に際して、制御対象となるダクト内音圧に関するモード方程式を用いることなく、騒音制御用スピーカが任意周波数に同調するような制御入力を加えるのみであることから、ダクトのモデル化誤差や変動が生じたとしても、ダクト内を伝送される騒音に対し、広帯域に亘ってロバスト性の高い多数モードの騒音制御を行うことができる。
(4)音圧検出マイク近傍のダクト内壁面に吸音材を取り付けるようにした構成、より具体的には、音圧検出マイク設置個所近傍となるダクト内壁面に取り付けた吸音材の表面に、音圧検出マイクを設けるようにした構成とすることにより、騒音制御用スピーカから発した音波が対面するダクト壁面との間で往復伝播を繰り返すことによって高周波音が発生して、ダクトの高次音響モードが励起され易くなるという虞を緩和できる。又、音圧検出マイクの近傍となるダクト内壁面部にて吸音材による吸音を行わせることで、ハウリングが起こることを軽減できる。すなわち、吸音材による吸音によってマイク周辺の検出音圧を引き下げることができることから、音圧検出マイクが騒音制御用スピーカの近傍位置に設けてあることに起因して、騒音制御用スピーカの放射音場の方がダクト内全域音場を反映した音響モードよりも上記音圧検出マイクの検出信号に大きく寄与し、この検出信号にしたがって上記騒音制御用スピーカの作動が行なわれるという閉ループが繰り返されることによるハウリングを生じ難くできる。よって、アクチュエータとなる騒音制御用スピーカと、センサとなる音圧検出マイクのコロケイションに伴う上記のようなダクトの高次音響モードの励起や、ハウリングの問題が発生する虞を抑制することが可能になる。更に、ダクトにおける音圧検出マイクの設置個所に合わせて、ダクト内壁面に対する吸音材の取付位置を自在に設定することができる。
(5)音圧検出マイク設置個所近傍となるダクト壁面を、吸音性を有してなるものとし、該吸音性を有してなるダクト壁の内面に、音圧検出マイクを設けるようにした構成とすることにより、上記(4)と同様に、アクチュエータとなる騒音制御用スピーカと、センサとなる音圧検出マイクのコロケイションに伴うダクトの高次音響モードが励起され易いという問題や、ハウリングが起こる虞を抑制することができる。
置の一形態を示すもので、以下のような構成としてある。
ていて該騒音発生源2にて発せられる騒音が伝送されるダクト1の途中位置に、騒音制御
用スピーカ3を設置する。該騒音制御用スピーカ3の近傍位置には、上記ダクト1内を伝
送される騒音の音圧を上記騒音制御用スピーカ3の設置位置において検出するための音圧
検出マイク4を設ける。更に、該音圧検出マイク4にて検出されるダクト1内の騒音の音
圧の検出信号を入力して、後述する制御則にしたがって上記騒音制御用スピーカ3へ駆動
指令を与えるコントローラ5を備える。
てある騒音制御用スピーカ3を機械動吸振器とみて、上記騒音制御用スピーカ3を所要の
力で駆動するときの運動方程式を導く(ステップ1:S1)と共に、該騒音制御用スピー
カ3が、任意の周波数に同時同調するときの運動方程式を導いて(ステップ2:S2)、
両者が等価になるようにするための駆動力を算出する(ステップ3:S3)。次に、音圧
検出マイク4にて検出される検出音圧より上記ステップ3にて算出された駆動力までのコ
ントローラ伝達関数を算出する(ステップ4:S4)。次いで、算出されたコントローラ
伝達関数に基づき、音圧検出マイク4にて検出されるダクト1内音圧に応じた駆動力を、
騒音制御用スピーカ3へ駆動指令として付与させるようにする(ステップ5:S5)よう
にしてある。
同様の構成において、ダクト1の一端部に設ける騒音発生源2を、加振用スピーカ(騒音
発生源と同じ符号2で示してある)とする場合について考える。
、制御対象と独立で、ダクト内音圧(制御対象)に関するモード方程式を、制御則を導く
過程で使わない点に特徴、利点があるものであるが、上記ダクト内音圧に関するモード方
程式は、本発明のダクト内騒音制御方法の説明や後述する実施例における数値実験に必要
となるため、ここで導出を述べておく。
座標に関する微分方程式を導き、ダクト内音圧pのn次モードの減衰比ζnを導入すると
、所要のモード方程式が以下のように導かれる。
すなわち、音圧微分フィードバック制御を行う場合を考えてみる。
数をそれぞれma、ka、caとする機械動吸振器とみて、上記スピーカマスmaの変位
をuとし、駆動力をfとすると、騒音制御用スピーカ3の運動方程式は、次式によって与
えられる。
される。
ものである。そこで、この右辺に更にダクト内音圧の時間微分に比例する力を駆動力とし
て
第2項)が、制御対象となるダクト内音圧に対して減衰効果をもたらすことを期待してみ
る。この期待の妥当性を調べるため、上記駆動力を表す式(8)の下での式(6)
導くと、以下のようになる。
、不等式(12a,12b)はともに満たされる。一方、ゲインGが0から増えてゆくと
、式(11)から分かるようにゲインGはa1のみに1次項として含まれ、a1の式にお
けるGの係数は正値であるから、第1の安定条件の式(12a)は満たされるが、第2の
安定条件の式(12b)は満たされなくなる。したがって、上に述べた式(8)を安定減
衰コントローラとする期待は満たされないことになる。図3に示す実線6は、上述した音
圧微分フィードバック制御における不安定性を示すもので、各パラメータを図中に示すよ
うに設定した条件の下において、単位振幅加振加速度sin(2π×86t)に対する音
圧p(0.8L,t)の応答が不安定発振する例を示すものである。比較として、小振幅
の破線7は無制御の場合を示してある。上記不安定性の理由は、a4が正になること、す
なわち、騒音制御用スピーカ3が固定した周波数ωaにのみ同調することに起因して生じ
るものである。
ィードバック制御の安定化を図ることを考え、騒音制御用スピーカ3の方程式が任意周波
数に同時同調した形となるようにアクティブ制御する方法を導入するようにする。
記と同様にして求めた式(6)(図1(ロ)の制御則のステップ1)が、式(9)とは対
照的に任意周波数gωに同時同調した形(gは後で導く安定条件を満たす定数、ζt及び
ωtはそれぞれ所要の定数である。)となるようにするためのコントローラ(ターゲット
コントローラ)の式を
に決定する(図1(ロ)の制御則のステップ3)。
るモード方程式(4)(n=1)と、式(13)で
により表す)、
gの範囲を定める。
いたa0a3が、a1第1項とa2第2項の積を相殺するので、Gが大きくなっても満た
され、安定条件の式(12b)は、式(11)と異なりa4=0となるため、満たされる
。
式detA1がsを因子にもつが、周波数0の極限(s→0)で解は有限であり不安定に
ならないことが、式(17)の解
求めることは困難であるが、gを1より少しずつ小さくしてシミュレートして安定制御で
きるgを見出すようにすれば、容易にgの許容値を見出すことができる。このように、式
(14)で示される駆動力により式(13)をコントローラとして実現しようとする本制
御法は、音圧の微分フィードバック制御の式(8)の安定化に重要な役割を果たす。
速度、加速度のパラメータを含んだ式となっているが、以下のように音圧のみの検出によ
って実装可能な形に変換して利便性を高めることができるようにしてある。
クト内音圧のモード方程式の媒質流入項は、式(24)を用いることにより、
同調することに起因して不安定因子であったゲインGの項が、本発明のダクト内騒音制御
方法によれば、ハイパスフィルタs/(s+A)を介して音圧微分に比例した減衰項とし
てきくようになったことが分かる。
きに、音圧検出マイク4よりコントローラ5へ入力されるダクト内音圧pに応じて、該コ
ントローラ5より騒音制御用スピーカ3へ上記式(26)のコントローラ伝達関数H(s
)に基づいて算出される駆動力を付与する駆動指令を与える(図1(ロ)の制御則のステ
ップ5)と、上記騒音制御用スピーカ3の駆動により上記ダクト1内音場の騒音に対し、
該騒音制御用スピーカ3を任意の周波数の騒音に対し同時同調するよう駆動した状態の媒
質流量を与えることができるようになるため、ダクト1内音場の騒音を低減させることが
できる。したがって、上記騒音発生源2よりダクト内を伝送された後、放出される騒音を
低減させることが可能になる。
が任意の周波数gωに同時同調した形となるようにして該騒音制御用スピーカ3の駆動力
を算出してあるため、ダクト1内の広帯域の騒音に対して制御作用を発揮させることがで
きる。又、単にダクト内音圧の時間微分に比例する力を騒音制御用スピーカ3の駆動力と
する音圧微分フィードバック制御を行おうとする場合には、ゲインGの増加に伴い不安定
発振する等、安定な制御を行なうことができなかったが、本発明のダクト内騒音制御方法
及び装置においては、ゲインGが増大しても制御が不安定になる虞を生じることなく音圧
微分フィードバックを減衰要素とするダクト内騒音の制御を行うことができる。
るダクト内音圧に関するモード方程式(4)を用いず、騒音制御用スピーカ3が任意周波
数に同時同調するような制御入力を加えるのみであることから、ダクト1のモデル化誤差
や変動が生じたとしても、ダクト1内を伝送される騒音に対し、広帯域に亘ってロバスト
性の高い多数モードの騒音制御を行うことができる。このことは、後述する実施例の結果
からも明らかである。
示したと同様としてあるダクト内騒音制御方法及び装置において、図1(イ)に示したと
同様のダクト1における音圧検出マイク4の設置個所近傍のダクト内壁面に、吸音材8を
張る等により取り付けた構成としたものである。
するダクト壁の内面に、ダクト1の長手方向に上記騒音制御用スピーカ3の径の2〜3倍
程度の大きさの領域を覆うように張り付けるようにしてある。又、図4(ロ)に示す如く
、ダクト1における上記騒音制御用スピーカ3と相対向するダクト壁に周方向に連なる両
側のダクト壁の内面にも、所要寸法、たとえば、騒音制御用スピーカ3と相対向する壁面
側寄りの半分程度の領域を覆うよう吸音材8を張り付けるようにしてあり、該ダクト内壁
面に取り付けられた吸音材8の表面に、音圧検出マイク4を設けるようにしてある。
が付してある。
則に基づいて算出されるコントローラ伝達関数に基づき、音圧検出マイク4にて検出され
るダクト内音圧に応じた駆動力を、騒音制御用スピーカ3へ駆動指令として与えて作動さ
せることにより、ダクト1内の騒音制御を行わせるようにする。
圧検出マイク4が、騒音制御用のアクチュエータである騒音制御用スピーカ3の近傍にて
、該騒音制御用スピーカ3と相対向するダクト内壁面に設けてあることに起因して、ダク
ト1内全域の音場を反映した音響モードより、音圧検出マイク4のすぐ近くにある騒音制
御用スピーカ3の放射する音場(ニアフィールド)の方が、音圧検出マイク4による検出
信号に大きく寄与し、この検出信号に応じて騒音制御用スピーカ3が作動されるという閉
ループの繰り返しによってハウリングが発生する虞が懸念されるが、このような場合に、
本実施の形態のようにすれば、ハウリングを起こり難くすることができる。すなわち、音
圧検出マイク4の近傍となるダクト内壁面に吸音材8を張り付けて、該音圧検出マイク4
近傍のダクト内壁面部分が吸音性を有するようにすれば、該音圧検出マイク4による検出
音圧を引き下げることができて、上記のようなハウリングが発生することを軽減できる。
面が剛壁面として作用するのに対し、本実施の形態では音圧検出マイク4近傍のダクト内
壁面に吸音材8が設けてあることにより、剛壁面となるダクト壁面で音圧極大になるとい
う境界条件が吸音材8によって緩和されることから、ニアフィールドに起因する音圧検出
マイク4の周辺の検出音圧が下がるようになる。このためハウリングが起こり難くなる。
上記図1(イ)(ロ)の実施の形態で述べた騒音制御も同様である。しかし、図1(イ)
に示した如く、ダクト1の途中位置に、騒音制御用スピーカ3を、ダクト1の内側へ向け
て設け、ダクト1における上記騒音制御用スピーカ3と相対向するダクト壁面に音圧検出
マイク4を設けている場合には、騒音制御用スピーカ3によって注入される媒質流量はダ
クト1の長手方向に対して垂直であるため、音圧検出マイク4近傍(ニアフィールド)は
、複雑な多次元音場となる。又、固い反響性のダクト1内では、騒音制御用スピーカ3か
ら発した音波が対面するダクト壁面で反射して、騒音制御用スピーカ3と対面するダクト
壁面との間の狭い空間で往復伝播を繰り返す結果、高周波音が発生してダクト1の高次音
響モードが励起され易くなる虞が懸念される。しかし、本実施の形態では、図2(イ)(
ロ)に示した如く、騒音制御用スピーカ3と対面するダクト内壁面に吸音材8が設けてあ
ることから、上記のような騒音制御用スピーカ3から発した音波が対面するダクト壁面と
の間の狭い空間で往復伝播を繰り返して、高周波音が発生し、ダクト1の高次音響モード
が励起されるという虞は緩和されるようになる。
イク4と騒音制御用スピーカ3のコロケイションに伴い、上記ハウリングが生じたり、ダ
クト1の高次音響モードが励起されるという問題が発生する虞を低減できる。
、吸音材8による吸音効果は、500Hz以上の高周波域で発揮され、それ以下のアクテ
ィブ制御の対象となる帯域では吸音効果が小さいことから、吸音材8がアクティブ制御対
象の低次音響モードを直接低減する作用は小さいため、本実施の形態では、吸音材8によ
るニアフィールド音場防止を介して、アクティブ制御の効果を更に高めることができる。
と同様の構成において、ダクト1における音圧検出マイク4の設置個所近傍となるダクト
内壁面に吸音材8を取り付けることに代えて、ダクト1における音圧検出マイク4の設置
個所近傍のダクト壁面を吸音性を有してなるものとし、該吸音性を有してなるダクト壁9
の内面に、音圧検出マイク4を設けるようにしたものである。
を有する材質製のダクト壁9として、音圧検出マイク4の設置個所近傍のダクト壁9にの
み部分的に吸音性を付与するようにし、該吸音性の付与されたダクト壁9の内面に、音圧
検出マイク4を設置するようにしてある。ダクト1における上記吸音性を有するダクト壁
9とする部分は、図4(イ)(ロ)に示した如きダクト1に対する吸音材8の取付領域と
同様に、ダクト1に設置してある騒音制御用スピーカ3と対面するダクト壁におけるダク
ト1の長手方向に上記騒音制御用スピーカ3の径の2〜3倍程度の大きさの領域の部分、
及び、ダクト1における上記騒音制御用スピーカ3と対面するダクト壁に周方向に連なる
両側のダクト壁における騒音制御用スピーカ3と対面する壁面側寄りの半分程度の領域の
部分となるようにすればよい。
が付してある。
されるコントローラ伝達関数に基づき、音圧検出マイク4にて検出されるダクト内音圧に
応じた駆動力を、騒音制御用スピーカ3へ駆動指令として与えて作動させることにより、
ダクト1内の騒音制御を行うことができ、このダクト1内の騒音制御の際、音圧検出マイ
ク4の近傍となるダクト壁9が吸音性を有するようにしてあることにより、図4(イ)(
ロ)に示したと同様に、該音圧検出マイク4による検出音圧を引き下げることができて、
ハウリングが発生することを軽減できる。又、固い反響性のダクト1内にて、騒音制御用
スピーカ3から発した音波が対面するダクト壁面で反射して、騒音制御用スピーカ3と対
面するダクト壁面との間の狭い空間で往復伝播を繰り返して高周波音が発生し、ダクト1
の高次音響モードが励起されるという虞も緩和されるようになる。したがって、ダクト内
騒音制御を行う場合における音圧検出マイク4と騒音制御用スピーカ3のコロケイション
に伴い、上記ハウリングが生じたり、ダクト1の高次音響モードが励起されるという問題
が発生する虞を低減できる。
ていないこと、及び、吸音性を有するダクト壁9による吸音効果は、500Hz以上の高
周波域で発揮され、それ以下のアクティブ制御の対象となる帯域では吸音効果が小さいこ
とから、上記吸音性を有するダクト壁9がアクティブ制御対象の低次音響モードを直接低
減する作用は小さいため、本実施の形態においても、図4(イ)(ロ)に示した実施の形
態と同様に、ニアフィールド音場防止を介して、アクティブ制御の効果を高めることが可
能になる。
2より発せられてダクト1内を伝送されて放出される騒音の低減化を図ることが望まれる
個所であれば、騒音発生源2としては、過給器、送風機(ファン)以外のいかなる機器、
あるいは、スピーカ等の音源であってもよい。又、本発明は、騒音発生源2側と騒音の放
出側の途中位置に騒音制御用スピーカ3と音圧検出マイク4を設置することができるダク
ト1であれば、その全体形状や断面形状、長さは任意のものに適用でき、更に、騒音発生
源1より発せられる騒音を伝送する内部空間が存在するダクト状のものであれば、吸気ダ
クトや排気ダクトのように積極的に空気を流通させるようなダクト1以外のものにも適用
できる。更に、ダクト1としては、一端側の外部位置に存在する騒音発生源2よりダクト
1内部へ伝送される騒音が、該ダクト1内部を通して他端側より放出されるものであれば
適用でき、必ずしも騒音発生源2が一端に直接接続されていない場合であってもよい。図
4(イ)(ロ)の実施の形態にてダクト壁面における吸音材8を設ける領域、及び、図5
の実施の形態にてダクト1における吸音性を有するダクト壁9とする部分は、ダクト1の
サイズや形状、騒音制御用スピーカ3の口径等に応じて適宜変更してもよい。図4(イ)
(ロ)の実施の形態では、ダクト内壁面に吸音材8を取り付け、該吸音材8の表面に音圧
検出マイク4を設けるものとして示したが、ダクト内壁面に音圧検出マイク4を設け、該
音圧検出マイク4の近傍のダクト内壁面に、吸音材8を取り付けるようにしてもよい。そ
の他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
図2に示したと同様の装置モデルを用いて、本発明のダクト内騒音制御方法及び装置に
よる騒音の制御効果を、約50〜800Hzと広帯域に亘る周波数応答として、ダクト1
の長さ寸法Lを1mと1.8mとする2つの条件の下でそれぞれ検証した。ダクト1の長
さ寸法L以外の各パラメータの設定は同様であり、個々のパラメータの数値については結
果と共に図6(イ)(ロ)中に記載してある。
証するため、解をeiωtに比例する形において振幅に関する代数方程式を解くことによ
って定常振幅を求める周波数領域での方法によらず、時間領域で時刻歴応答解析を行なう
ことによって求めるようにしてある。すなわち、ある加振周波数での時間応答をルンゲ・
クッタ・ギル法で定常振幅に達するまで数値計算し、定常振幅に達したときの振幅を加振
周波数の関数としてプロットした。この方法では、もし制御が不安定であると発振して定
常振幅に達せず、図6(イ)(ロ)のような周波数応答曲線を描くことはできないので、
安定性検証に有効である。
線10で示す。図6(イ)に破線11で示したものは、比較として同寸法のダクト1にお
ける無制御の場合の周波数応答を示すものである。これにより、本発明のダクト内騒音制
御方法及び装置を適用した場合(実線10)には、無制御の場合(破線11)に対し、多
数モードの広い周波数範囲でよい騒音制御効果(騒音低減効果)を得ることができること
が判明した。
)に実線12で示す。図6(ロ)に破線13で示したものは、比較として同寸法のダクト
1における無制御の場合の周波数応答を示すものである。この場合にも、本発明のダクト
内騒音制御方法及び装置を適用した場合(実線12)は、無制御の場合(破線13)に対
し、多数モードの広い周波数範囲でよい騒音制御効果を得ることができることが判明した
。
破線11及び図6(ロ)における破線13にてそれぞれ示される無制御時の共振周波数の
変化からも分かるように制御対象の特性を大きく変化させたとしても、制御則のパラメー
タを同一とした条件の下で、制御効果が維持されており、高いロバスト性を有することが
判明した。
てあるダクト1に対し、図2に示すモデル図における騒音制御用スピーカ3の取付位置に
、騒音制御用スピーカ3に代えて所要のヘルムホルツ共鳴器を取り付けて受動制御を行わ
せる場合の制御効果について、図6(イ)(ロ)に示したと同様に周波数応答を求めた結
果についてそれぞれ示すものである。図7(イ)では、設置するヘルムホルツ共鳴器の同
調周波数は、ωr/2π=255Hzとしてあり、又、図7(ロ)では、同調周波数をω
r/2π=142Hzとしてある。その他の各パラメータは、図7(イ)(ロ)中に記載
してある。
制御では、設置するヘルムホルツ共鳴器の同調周波数近くの狭い帯域でしか制御効果が得
られないことが分かる。
上記実施例(1)の図2に示したと同様の装置モデルにおいて、図4(イ)(ロ)に示
したと同様に、騒音制御用スピーカ3と相対向するダクト壁面に吸音材8を張り付け、該
吸音材8の表面に音圧検出マイク4を設けてなる構成の実験装置モデルを用いて、本発明
のダクト内騒音制御方法及び装置による騒音の制御効果を、約50〜500Hzと広帯域
に亘る周波数応答として、ダクト1の長さ寸法Lを1mとする条件の下で検証した。周波
数応答は、FFTスペクトルアナライザーで広帯域正弦波加振入力を与えて計測した。ダ
クト1の長さ寸法L以外の各パラメータの設定、並びに、個々のパラメータの数値につい
ては結果と共に図8中に記載してある。
のは、比較として同寸法のダクト1における無制御の場合の周波数応答を示すものである
。これにより、図4(イ)(ロ)に示した実施の形態を適用した場合(実線14)におい
ても、図6(イ)(ロ)に示した上記実施例(1)の場合の結果と同様に、無制御の場合
(破線15)に対して、多数モードの広い周波数範囲でよい騒音制御効果を得ることがで
きることが判明した。又、本実施例の場合(実線14)は、無制御の場合(破線15)に
比して、共振ピークを14〜15dB程度低下させることができ、これは、直接比較する
図は示してはいないが、吸音材を入れない場合の、無制御の場合に比して得られる共振ピ
ークの低下量よりも、5〜6dB程度、低減効果が向上していることが判明した。
2 加振用スピーカ(騒音発生源)
3 騒音制御用スピーカ
4 音圧検出マイク
5 コントローラ
8 吸音材
9 吸音性を有するダクト壁
Claims (5)
- 騒音発生源からの騒音の伝送経路となるダクトの所要個所に該ダクト内音場の騒音に対して媒質流量を与えるようにするための騒音制御用スピーカを設けて、該騒音制御用スピーカを、スピーカマス、ばね定数、減衰定数をそれぞれm a 、k a 、c a とする機械的動吸振器としてみたときの該騒音制御用スピーカの運動方程式を、上記スピーカマスm a の変位をu、駆動力をfとして、
ここで、
x:ダクトにおける騒音入射位置を原点とするダクトの長手方向の座標軸上の位置
p:ダクト内音圧
S a :騒音制御用スピーカの振動板の面積
L s :騒音制御用スピーカのx座標軸上の位置
q n :モード座標
X n (x):X n (x)=cos[π(2n−1)x/2L]で与えられるダクト内音圧pのn次モードの固有振動モード関数
ζ a :ζ a =c a /2(m a k a ) 1/2 で与えられえる騒音制御用スピーカの減衰比
ω a :ω a =(k a/ m a ) 1/2 で与えられる騒音制御用スピーカの固有振動数
とし、この運動方程式に、上記機械的動吸振器としてみた騒音制御用スピーカが任意の周波数gωに同時同調した形となるようにするときの運動方程式としての
ここで、
gはg 2 <1で安定条件を満たす定数
ζ t 及びω t は所要の定数
G:ゲイン
が一致するようにするための駆動力を、
として求め、該求めた駆動力で上記騒音制御用スピーカを駆動して騒音を制御することを特徴とするダクト内騒音制御方法。 - 騒音発生源からの騒音の伝送経路となるダクトの所要個所に該ダクト内音場の騒音に対して媒質流量を与えるようにするための騒音制御用スピーカを設けると共に、該騒音制御用スピーカの近傍位置に、スピーカ設置位置における騒音の音圧を検出するための音圧検出マイクを設け、更に、上記音圧検出マイクからの信号を処理して上記騒音制御用スピーカへ駆動指令を与えるコントローラを備えてなり、該コントローラを、上記騒音制御用スピーカをスピーカマス、ばね定数、減衰定数をそれぞれm a 、k a 、c a とする機械的動吸振器としてみたときの該騒音制御用スピーカの運動方程式を、上記スピーカマスm a の変位をu、駆動力をfとして、
ここで、
x:ダクトにおける騒音入射位置を原点とするダクトの長手方向の座標軸上の位置
p:ダクト内音圧
S a :騒音制御用スピーカの振動板の面積
L s :騒音制御用スピーカのx座標軸上の位置
q n :モード座標
X n (x):X n (x)=cos[π(2n−1)x/2L]で与えられるダクト内音圧pのn次モードの固有振動モード関数
ζ a :ζ a =c a /2(m a k a ) 1/2 で与えられえる騒音制御用スピーカの減衰比
ω a :ω a =(k a/ m a ) 1/2 で与えられる騒音制御用スピーカの固有振動数
とし、この運動方程式に、上記機械的動吸振器としてみた騒音制御用スピーカが任意の周波数gωに同時同調した形となるようにするときの運動方程式としての
ここで、
gはg 2 <1で安定条件を満たす定数
ζ t 及びω t は所要の定数
G:ゲイン
が一致するようにするための駆動力を、
として求めて、該求めた駆動力を上記騒音制御用スピーカへ駆動指令として与える機能を有するものとした構成を有することを特徴とするダクト内騒音制御装置。 - 音圧検出マイク近傍のダクト内壁面に吸音材を取り付けるようにした請求項2記載のダクト内騒音制御装置。
- 音圧検出マイク設置個所近傍となるダクト内壁面に取り付けた吸音材の表面に、音圧検出マイクを設けるようにした請求項3記載のダクト内騒音制御装置。
- 音圧検出マイク設置個所近傍となるダクト壁面を、吸音性を有してなるものとし、該吸音性を有してなるダクト壁の内面に、音圧検出マイクを設けるようにした請求項2記載のダクト内騒音制御装置。
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JPH1077998A (ja) * | 1996-09-05 | 1998-03-24 | Ebara Corp | 能動消音装置 |
JP2000204921A (ja) * | 1999-01-14 | 2000-07-25 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | アクティブ制御騒音低減法 |
JP2002055684A (ja) * | 2000-08-07 | 2002-02-20 | Fuji Xerox Co Ltd | フィードバック型能動騒音制御装置 |
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- 2004-12-27 JP JP2004375970A patent/JP4626299B2/ja not_active Expired - Fee Related
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