JP6645991B2 - 動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム - Google Patents

動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP6645991B2
JP6645991B2 JP2017004535A JP2017004535A JP6645991B2 JP 6645991 B2 JP6645991 B2 JP 6645991B2 JP 2017004535 A JP2017004535 A JP 2017004535A JP 2017004535 A JP2017004535 A JP 2017004535A JP 6645991 B2 JP6645991 B2 JP 6645991B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
noise reduction
moving blade
evaluation
speakers
microphone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017004535A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018111461A (ja
Inventor
達彦 後藤
達彦 後藤
江波戸 明彦
明彦 江波戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2017004535A priority Critical patent/JP6645991B2/ja
Priority to US15/693,462 priority patent/US10438579B2/en
Priority to CN201710769438.XA priority patent/CN108305609A/zh
Publication of JP2018111461A publication Critical patent/JP2018111461A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6645991B2 publication Critical patent/JP6645991B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1785Methods, e.g. algorithms; Devices
    • G10K11/17857Geometric disposition, e.g. placement of microphones
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/175Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound
    • G10K11/178Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using interference effects; Masking sound by electro-acoustically regenerating the original acoustic waves in anti-phase
    • G10K11/1787General system configurations
    • G10K11/17879General system configurations using both a reference signal and an error signal
    • G10K11/17883General system configurations using both a reference signal and an error signal the reference signal being derived from a machine operating condition, e.g. engine RPM or vehicle speed
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10Applications
    • G10K2210/103Three dimensional
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10Applications
    • G10K2210/128Vehicles
    • G10K2210/1281Aircraft, e.g. spacecraft, airplane or helicopter
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3044Phase shift, e.g. complex envelope processing
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30Means
    • G10K2210/301Computational
    • G10K2210/3046Multiple acoustic inputs, multiple acoustic outputs

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Description

本発明の実施形態は、動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラムに関する。
近年、翼枚数2から3のプロペラを4つ以上有しこれらを回転させて飛行するマルチロータ飛行体は、運搬や撮影を目的に頻繁に用いられはじめている。マルチロータ飛行体は、これらのプロペラを回転させ飛行するため、翼流騒音を発生する。さらに、飛行体の大型化に伴い騒音が問題となることが多くなっている。
騒音を低減する方法として、能動消音制御(アクティブノイズコントロール、ANCとも称す)が知られている。ANCは、騒音と同振幅で逆位相の信号(制御音)を制御スピーカーから出力することにより、騒音を低減することを可能にするものである。
軸流送風機騒音の能動消音手法の理論的解析がなされている(例えば、非特許文献1から3参照)。非特許文献1は、多重音源である軸流送風機の動翼回転モデルを示し、音響パワーを最小化するように、制御スピーカーを動翼回転中心と同軸円周状に配置し、送風機騒音の低減方法を示している。また、非特許文献2及び3は、動翼回転モデルを球面調和関数に基づき展開し、モード振幅を、動翼回転による主音源と、円周上に並べた制御スピーカーによる制御音源とで、合わせ能動消音を実現している。円周上に並べる制御スピーカーの個数は、非特許文献1、2、及び3により最小個数が2M+1、最大個数が2M+3(しかし2M+3以上使用しても効果は落ちない)と割り出されている。
本田善久,佐部利誠司,松久寛,佐藤進:‘軸流送風機の動翼回転騒音の能動的最小化’; 日本機械学会論文集(C編), Vol.59, No. 562 (1993-6),論文No. 92-1472 青木琢哉,森下達哉,田中利幸,多氣昌生:‘球面調和関数展開に基づいた自由空間中でのファン騒音の能動制御’; 日本音響学会誌,Vol. 59 No .7 (2003),pp. 379-387 青木琢哉,田中利幸,多氣昌生:‘離散リング音源を用いた回転騒音源の能動制御に関する理論的検討’; 日本音響学会誌,Vol. 60 No .11 (2004),pp. 639-645
しかし、非特許文献1、2、及び3のいずれも、理論的解析による検討であり、主音源の基準位相を生ずる角度と、円周上に仮想的に配置される体積速度の大きさとが既知であることを前提としている。ただし、一般にこれらの情報は別途計測する必要があり、能動消音と同時には取得できない。
このように、実用可能な能動消音システムの低減手法は明らかになっていない。さらに、飛行体はホバリング時に類似した回転角周波数を各ロータが発生させるため、騒音干渉により通常のANC手法では能動消音を達成できない。
そこで本発明が解決しようとする課題は、複数の動翼による騒音を低減する動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラムを提供することである。
一実施形態に係る動翼騒音低減装置は、複数の動翼を有している飛行体からの騒音を低減するものであって、複数のスピーカーと、1つ以上の評価マイクと、動翼回転角周波数推定部と、能動消音処理部と、を含む。複数のスピーカーは、動翼ごとに同軸円周状に配置されている。1つ以上の評価マイクは、複数の動翼から発せられる騒音と、複数のスピーカーから発せられる制御音とを取得する。動翼回転角周波数推定部は、複数の動翼のそれぞれの角周波数を推定する。能動消音処理部は、評価マイクでの音圧を下げるように複数の制御信号を生成し、同軸円周状に配置されているスピーカー間の円中心からの配置角、角周波数、及びスピーカー数に依存したスピーカーごとに対応した時間遅れにより、複数の制御信号を遅らせて対応するスピーカーに制御信号を入力する。
実施形態に係る主音源リングモデルと3次元極座標系とを示す図。 実施形態に係る主音源リングモデルと制御音源リングとの3つの位置関係を示す図。 第1実施形態に係る、制御スピーカー数が2M+3個以上の場合での評価マイクの設置位置を示す図。 図3の条件下の一例での仰角を変数とした式(5)の絶対値のプロットを示す図。 図3の条件下の一例での仰角を変数とした式(5)の位相のプロットを示す図。 例1での仰角を変数とした式(6)のプロットを示す図。 例1で評価マイク位置を主音源の近傍に変更した一例での仰角を変数とした式(6)のプロットを示す図。 例1で評価マイク位置を主音源リングの内側に変更した一例での仰角を変数とした式(6)のプロットを示す図。 実施形態に係る2M+1〜2M+2個の制御スピーカー数の場合の評価マイクの設置位置を示す図。 例2での仰角を変数とした式(9)のプロットを示す図。 第2実施形態に係る動翼騒音低減装置を示す図。 位相調整器を含む図10の能動消音処理系とその周辺を示す図。 図11Aの制御スピーカーの配置を示す図。 第2実施形態に係る動翼騒音低減装置の一例を示す図。 第2実施形態に係る動翼騒音低減装置の別例を示す図。 例3で主音源及び制御音源リングが設置される平面から3m上方の能動消音低減量音圧の分布を示す図。 例3で評価マイクが設置される位置を含むxy平面での能動消音低減量音圧の分布を示す図。 評価マイクが適切な位置でない一例の主音源及び制御音源リングが設置される平面から3m上方の能動消音低減量音圧の分布を示す図。 図15Aと同一条件での評価マイクが設置される位置を含むxy平面での能動消音低減量音圧の分布を示す図。 例4で主音源及び制御音源リングが設置される平面から3m上方の能動消音低減量音圧の分布を示す図。 例4で評価マイクが設置される位置を含むxy平面での能動消音低減量音圧の分布を示す図。 例4で評価マイクの仰角を1.5ラジアンに変更した場合での図16Aに対応する図。 例4で評価マイクの仰角を1.5ラジアンに変更した場合での図16Bに対応する図。 第2実施形態に係る動翼騒音低減装置のさらに別の例を示す図。 第3実施形態に係る動翼騒音低減装置が適用される形態を示す図。 例5で主音源及び制御音源リングが設置される平面から3m上方の能動消音低減量音圧の分布を示す図。 例5で評価マイクが設置される位置を含むxy平面での能動消音低減量音圧の分布を示す図。 第4実施形態に係る動翼騒音低減装置が適用される形態を示す図。 図21の形態で複数の評価マイクと、それらマイクからの出力信号の合成する装置部分を示す図。 図21のロータに配した評価マイクが設置される位置を含むxy平面での能動消音低減量音圧の分布を示す図。 図23での次数を3に変更した場合の能動消音低減量音圧の分布を示す図。 図24で評価マイク数を15個に増やした場合の能動消音低減量音圧の分布を示す図。
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。本実施形態では、飛行体が発生する動翼騒音を低減する装置、飛行体及びプログラムについて示す。
まず、実施形態の動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラムについて概要を説明する。
本実施形態では各ロータが発生する翼流騒音の低減手法を明らかにする。本実施形態での動翼騒音低減装置のANC(Active Noise Control)の構成は、例えば、リング状に配置した複数の制御スピーカーと1つの評価マイクとを用い評価点の音圧を低減するもので、複数の制御スピーカーの位相を翼角周波数に依存して調整することができる。また、本実施形態では、この評価点での音圧を球面調和関数展開で表すことにより、評価マイクの最適な設置位置を決定する。
さらに飛行体では、ホバリング時などに回転角周波数が各ロータで類似し、各ロータに付けた評価マイクに全てのロータからの騒音が混入する。従って、本実施形態の動翼騒音低減装置は、例えば、ロータ間で非干渉化を実施することによってロータごとに独立に能動消音を達成する。また本実施形態では、能動消音における消音点の設置位置(マイク位置)、及び周期騒音である動翼回転騒音低減のための動翼騒音低減装置を提供する。
またさらに、飛行体ではホバリング時に類似した回転角周波数を各ロータが発生させるため、騒音干渉により通常のANC手法では能動消音を達成できない。これに対して本実施形態の動翼騒音低減装置では、2つの解決方法を示す。1つ目は、MIMO型能動消音であり、各ロータのクロストークの影響を考慮して能動消音を行う(第3実施形態)。2つ目は、各ロータ円周上に評価マイクを複数並べ取得した各マイク信号をファン回転角周波数及び評価マイク数に応じて評価マイク信号を遅延させ、ロータ周りの騒音のみを取得するリングマイクアレイを構成しロータごとに独立に翼流騒音低減を行う(第4実施形態)。
本実施形態の要点は、最適な評価マイク設置箇所の提示(第1実施形態)、軸流騒音を低減するための動翼騒音低減装置の提案(第2実施形態)、及びロータ間の非干渉化手法の提案(第3実施形態及び及び第4実施形態)である。
以下、第1実施形態の説明に入るまでは、全ての実施形態で共通する手法について図1から図9を参照して説明する。
(動翼回転騒音モデル)
まず、多重音源である軸流送風機の動翼回転モデルについて図1を参照して説明する。
動翼回転騒音モデルでは、音圧の時間(t)依存性と回転方向の角度(φ)依存性が次式で表される。
この多重音源は、位相が動翼と共に回転し、一般の騒音放射特性とは異なる騒音特性を有する。ここで、Bは動翼の羽枚数、xは高調波の次数、Ωは翼回転角周波数、i=−1、infは無限大(∞)とする。発生する送風機騒音の角周波数は、ΩBxであり、x=1のΩBは翼通過周波数と呼ばれる。また、簡便化のため、M=Bxとおく。aはx次高調波の複素振幅とする。なおη、βは適当な定数である。また以降は、座標は図1に示す3次元極座標を使用する。なお、式(2)の双極音源による音圧を無視しても消音に与える影響は解析上問題ないため、以下の実施形態では動翼回転モデルとして式(1)を採用する。
(必要スピーカー数)
次に、非特許文献2及び3にならい、制御スピーカーの必要個数、及び主音源と制御音源それぞれのリング半径について説明する。非特許文献1に示されているように、制御スピーカーの必要個数の上限は2M+3個であり、これ以上個数を増やしても制御効果の向上は見込まれない。また、非特許文献2及び3では、連続リングモデルでは生じず、離散リングモデルで生じる不要なエイリアスモードの影響を無視できる範囲として、最小個数を2M+1個としている。従って、解析的には制御スピーカーの必要個数は2M+1以上2M+3以下となる。ただし、2M+2個は2M+1個に比べエイリアスモードが大幅に減り制御効果が大幅に改善するため、制御スピーカー個数に余裕がある場合は、最小個数を2M+2個とするのが望ましい。また、上限は理論的には2M+3個だが、制御リング半径と主音源リング半径の差が少ない場合は、制御スピーカー数を増やせば制御効果がさらに増加するため、多い方が望ましく2M+3個以上の制御スピーカーが設置可能であれば増やした方がよい。
また、翼枚数=2の下での次数xとその場合での制御スピーカーの設置すべき最低個数とは、表1に示される関係がある。例えば、翼枚数B=2枚、次数x=3次まで能動消音を実施する場合、表1を参照して制御効果の最大化を図り、15個の制御スピーカーを使うものとする。この場合、次数x=1、2では制御効果の上限個数を超えた数のスピーカーを用いることになるが、スピーカーが増える分には制御効果の劣化は生じないので、次数x=1、2の低減にも15個制御スピーカーを使うものとする。本実施形態では、以上に説明したように制御対象の最高次数の必要スピーカー数を用いるものとする。
また第1実施形態では、制御スピーカー個数が2M+1〜2M+2個の場合と、制御スピーカー個数が2M+3個以上の場合とに分け動翼騒音低減装置における評価マイク位置の設置位置を示す。
(スピーカーリング半径)
主音源リングと、制御音源リング(制御スピーカーリングとも称す)との位置関係は図2に示すように3パターンが考えられる(例えば、非特許文献1参照)。以降、主音源リング半径をa、制御音源リング半径をbとして説明する。
図2(a)の場合(b<a)、スピーカー個数が2M+1以上の場合、制御性能が高く制御効果の観点からは望ましいが、ファン半径内部に制御スピーカーを設置することになる。従って、ファン気流を制御スピーカーが阻害するため、ファン性能が劣化してしまうという観点からb<aは望ましくない。
図2(b)の場合(b〜a)(ここで「〜」は「≒」と同様の意味)、制御性能が高く、制御スピーカーの配置も主音源の外側に設定可能なため望ましい。
図2(c)の場合(b>a)、制御性能が劣化するため制御効果の観点からは望ましくない。しかし例えば、主音源近くに制御スピーカーを配置できない場合は図2(c)の形態をとる必要がある。例えば、マッハ数(Ωa)/c(ここでcは音速)が0.1以下の場合(小型から中型飛行体プロペラはおおよそこの条件を満たす)、かつ、スピーカー数が2M+3個以上の場合、かつb<10aの条件の下では、20dB以上の低減効果が見込まれる(例えば、非特許文献1の図6)。また、スピーカー数が、2M+2個、2M+1個と少ない場合、2M+2個ではb<3aの条件の下20dBの低減効果が見込まれ、2M+1個ではb<2aの条件の下10dBの低減効果が見込まれる(例えば、非特許文献1の図5)。
以上を踏まえ本実施形態では、制御スピーカーのリング半径bは、主音源のリング半径aに可能な限り近づけ少なくとも2a以下とする。なお、b<2a以下の条件は、制御音源リング半径がファン半径の2倍以下であるため厳しいものではなく通常容易に実現できるものである。
非特許文献1、2、及び3での能動消音手法はいずれも、理論的解析検討であり、主音源の基準位相地点及び円周上に仮想的に配置される体積速度の大きさが既知であることを前提としている。一般にこれらの情報は別途計測する必要があり、能動消音と同時には取得できない。
そこで、本実施形態では評価マイクが1つ、もしくは出力信号が単一のアレイマイクを用い、評価点(評価信号)での音圧を低減する動翼騒音低減装置を用い、翼流送風機(動翼を有する装置)の能動消音を達成可能なことを示す。以下に、評価マイクの設置箇所、動翼騒音低減装置、及びそのシミュレーション結果について記載する。
[第1実施形態]
(評価マイク最適設置位置)
本実施形態では、実施形態の動翼騒音低減装置に含まれる騒音を評価する評価マイクの設置位置について説明する。動翼騒音低減装置の詳細については第2実施形態以降で説明する。
制御スピーカー個数が2M+1〜2M+2個の場合と、2M+3個以上の場合との2つに分け、動翼騒音低減装置における評価マイクの最適設置位置を示す。
非特許文献2から、複数制御スピーカーを円周上に並べた場合、評価マイク点(r,θ,φ)における音圧は、球面調和関数展開により以下で表される。
ここで、B :モード振幅、h:n次第二種球ハンケル関数、Y :球面調和関数、ω:振動の角周波数、rp:回転リング半径、k:波数、L:スピーカー個数である。また、rは以下で表される。
このrは離散リング音源上の一点から評価マイクまでの距離である。
<2M+3個以上の場合>
2M+3個以上の制御スピーカーを用いる場合、非特許文献2によれば主要モードは(m,n)=(M,M)のみとなり、制御スピーカーは主音源である連続リング音源と同じモードの音のみを発生することになる。従って、評価マイクの設置位置は、リング半径aの主音源が発生する音圧分布に対し、リング半径bの制御音源が発生する音圧分布の複素定数倍との差異が最小になる位置に設定すればよいことになる。
ここで、φはリング音源に関して対称なため任意定数でよい(今回はφ=0とする)。rは制御スピーカー単体の近接場の影響を受けないように制御リング半径bよりも大きくとるのが望ましい。残りの仰角θは、式(3)の内、仰角θに依存する項は以下で定義されるT(r,rp,θ)である。
ここで、P :ルジャンドル陪関数である。そして、以下の評価関数J(r,θ)を最小とする仰角θを決定し、この仰角の評価マイクの最適な設置位置点(r,θ,φ)を決定する。
ここで、式(6)中のk(θ)は以下の式を満たす複素定数である。
評価関数を最小にする仰角θはおおよそ1.1〜2.1rad(ラジアン)に存在する(図3参照)。この範囲においては、式(6)で表される評価関数Jの値も小さいため、便宜上θ=π/2、つまりリング音源と同一平面上に評価マイクを設置してよい。
[例1]以下の条件の下、評価関数の式(6)を検証する。
・リング状音源数:36個(主音源も便宜的に離散リング音源とする)
・制御音源個数:10個
・主音源リング半径a:0.38m
・制御音源リング半径b:0.45m
・評価マイク位置:(r,θ,φ)=(0.7,θ,0)
・r=0.7m
・翼枚数:B=2
・検討次数:x=1
・回転角周波数:Ω=45×2×π
・検証モード:(n,m)=(M,M)=(2,2)
図4Aは半径a、bそれぞれの場合での式(5)の絶対値のプロットの比較であり、図4Bは半径a、bそれぞれの場合での式(5)の位相のプロットの比較である。図5は式(6)のプロットである。図5から上述した評価マイク配置(仰角θをおおよそ1.1〜2.1radに設定)の妥当性がみられる。
これとは別に、諸事情によりマイクを主音源や制御音源の近傍に設置する場合、例えばr=0.3の場合には図6に示す結果となるため、85deg(約1.48rad)以下に設置することが望ましい。また、マイクを主音源や制御音源の近傍に設置する場合は、図6でθ=1.6位で式(6)の値が大きくなることがわかる。この原因はリング音源と同一平面上にマイクを設置すると、音圧勾配がリング半径付近で急に変化するためであり、リング音源からと制御音源からとの音波の波面を合わせることが難しいためである。
またさらに内側にマイクを設置した場合では、例えばr=0.2(図7)など、外側の場合と同様に仰角θをおおよそ1.1〜2.1radに設定すればよい。ただし、波面は音源リングの内側で合わせるよりも外側で合わせた方が低減効果を得る空間が大きい(例えば、非特許文献1参照)ので、空間全体の低減効果を高めるためには、外側にマイクを設置することが望ましい 。
<2M+1〜2M+2個の場合>
制御スピーカー個数が2M+1個の場合、非特許文献1、2に示されるエイリアスモードの影響が、(|M−L|,M−L)モードで数パーセント程度生じる。例えば、例1の条件では、エイリアスモードが生じ、表2に示すようにSP数5個の場合14%の寄与率を持つ。
評価マイク点にて制御スピーカーのエイリアスモードの影響が強く生じると、連続リングにはないモードを用い、動翼騒音低減装置で評価マイクを低減することになり、その結果、空間全体の低減効果が下がってしまう。そこで、本実施形態ではエイリアスモードの影響を受けにくく、かつ式(6)の評価値をできる限り小さくなるように評価マイクの配置を決定する。ここでは、簡単のため、式(3)における球面調和関数の内、θとモードに関する次式について考える。
この式から以下の比について検討する。
式(9)は主要モード(M,M)に対するエイリアスモード(|M−L|,M−L)の影響度を示す。従って、式(9)の値は低い方がよく、一般にθは小さい方が望ましい。ただし、θを小さくすると式(6)の評価値が大きくなる。従って、エイリアスモードの取得を抑制するマイクの最適な配置と、主要モードを主音源に近づけるマイクの最適な配置とはトレードオフの関係になる。このため本実施形態では、式(9)が0.5程度となるθを採用することにする。この場合、おおよその評価マイクの配置位置は、リング円の中心から制御リングの円盤内部の上方空間までの距離よりも遠方の距離にあり、かつθ=0.5程度に設定する(第8図)。本実施形態では、後述する例3、例6でも示すように評価マイク近傍で10dB以上の減衰を実現するように評価マイクの配置を設定し、この場合は0.3<θ<0.7が評価マイク位置の範囲になる。評価マイク近傍での減衰程度によってθの範囲は変動し、減衰率が大きいほどθの範囲は狭くなる。
[例2]として、例1の条件において制御スピーカー数(制御音源数)を5個とした場合、式(9)の結果は図9のグラフとなり、θを上げるにつれエイリアスモードの影響が強く生じることがわかる。従って、比率0.5程度のθ=0.5程度が望ましい。ここでは本実施形態の動翼騒音低減装置における評価マイク位置を2つのケースにおいて示した。
以上の第1実施形態によれば、実施形態の動翼騒音低減装置の評価マイクをどの位置に配置すれば、騒音を効果的に低減できるかが判明する。従って、動翼騒音低減装置の評価マイクを最適な位置に配置することが可能になる。
[第2実施形態]
(動翼騒音低減装置)
本実施形態の動翼騒音低減装置は、図10に示すように、評価マイク1001、マイクアンプ1002、アンチエイリアスフィルタ1003、能動消音処理系(能動消音処理部とも称す)1004、動翼回転角周波数推定部1005、補間フィルタ1006、スピーカーアンプ1007、及び、制御スピーカー1008を備える。本実施形態の動翼騒音低減装置は、複数の動翼を有している飛行体からの騒音を低減する。
評価マイク1001は、本実施形態の手法によって決定される位置に配置されて音波を検出し音波を電気信号へ変換する。評価マイク1001は、複数の動翼から発せられる騒音と、前記複数のスピーカーから発せられる制御音とを取得する。なお、評価マイク1001は誤差マイクとも呼ばれる。
マイクアンプ1002は、評価マイク1001から出力された電気信号を増幅する。
アンチエイリアスフィルタ1003は、後段の能動消音処理系1004に合わせたカットオフを有するローパスフィルタである。
能動消音処理系1004は、アンチエイリアスフィルタ1003が出力した信号に基づいて、評価マイク1001で受け取る騒音を消すように制御スピーカー1008から出力する音を制御するために制御スピーカー1008のそれぞれへ出力する信号を制御する。能動消音処理系1004は、評価マイクでの音圧を下げるように制御信号を生成し、同軸円周状に配置されているスピーカー間の円中心からの配置角、角周波数、及びスピーカー数に依存したスピーカーごとに対応した時間遅れにより、制御信号を遅らせて対応するスピーカーに制御信号を入力する。
動翼回転角周波数推定部1005は、騒音の源である飛行体の動翼の回転角周波数を推定する。動翼回転角周波数推定部1005は、例えば、動翼駆動モータや回転機器への指令値を用いたり、発生騒音や発生風速から、回転角周波数を推定し、能動消音処理系1004へ回転角周波数を渡す。
補間フィルタ1006は、能動消音処理系1004の出力に合わせたカットオフを有するローパスフィルタである。
スピーカーアンプ1007は、補間フィルタ1006が出力した複数の電気信号のそれぞれを、対応する制御スピーカー1008に合わせてそれぞれ増幅して対応する制御スピーカー1008へ出力する。
制御スピーカー1008は、騒音低減対象である翼(ファン)と同軸円周状に複数個配置される。制御スピーカー1008はそれらの位置で能動消音処理系1004によって制御された音を発する。制御スピーカー1008は、動翼ごとに同軸円周状に配置されている。
次に、能動消音処理系1004の詳細について図11Aを参照して説明する。
本実施形態の能動消音処理系1004は、一般的な能動消音処理装置とは異なり、位相調整器1101を制御スピーカー1008に対応して備えている。すなわち、位相調整器1101はそれぞれ制御入力信号を受け取り、それぞれ対応する制御スピーカー1008に応じて制御入力信号の位相を調整して対応する制御スピーカー1008に調整した信号を出力する。位相調整器1101が、離散リング音源を構成する複数のスピーカーへ、次式に対応する位相調整を制御入力に施し各制御スピーカー1008に信号を分配する。
位相調整器1101は、上式に対応する位相調整(信号遅れdi(i=1,…,Lc)、Lcは制御スピーカー数)を施し分配する。ここで、制御スピーカー1008のスピーカー番号は図11Bに示すように、動翼回転方向に並んでいるものとする。また、式(10)において、動翼回転角周波数Ωを用いるため、位相調整器1101は動翼回転角周波数推定部1005から動翼回転角周波数Ωを教えてもらう必要がある。なお、動翼回転角周波数推定部1005は、能動消音処理系1004に含まれていてもいなくてもどちらもあり得る。さらに、図11Aでは、遅れ要素としたが、各スピーカーに個体差がある場合は、制御スピーカー1008ごとに対応する個体差補正フィルタを式(10)の右辺に付加して、位相調整器1101がこのフィルタを実装してもよい。また、この個体差補正フィルタは、位相調整器1101と制御スピーカー1008との間であれば、どこに設置されていてもよい。
翼流送風機から発生する騒音は、式(1)に示したように、翼通過周波数ΩBのx倍周期騒音であるため、能動消音処理系は適応型フィードバックや、single adaptive notchフィルタ方式を用いた能動消音処理系で十分である。ただし、高速スピンアップやスピンダウンを起こす動翼の場合は、参照信号を動翼駆動モータや回転機器への指令値としたフィードフォワードタイプの能動消音処理系が望ましい。以降では、制御性能の良さ、フィルタ構成のシンプルさ、計算負荷の少なさから、single adaptive notchフィルタ方式を適用した際のシステム構成を示す。この場合の本実施形態の動翼騒音低減装置について図12、及び図13を参照して説明する。
まず、1つの周期音(ω=Ω×M)を低減するsingle adaptive notchフィルタ方式を適用した動翼騒音低減装置の概要を図12に示す。適応更新は2変数(w,w)のみであるため、計算負荷が少なく適応速度も速いことがこの手法の特徴である。図12の正弦波信号(αcos(ωt)とαsin(ωt))は処理系内部で発生させてもよいし、外部のジェネレータから発生させてもよい。本実施形態では、動翼回転角周波数推定部1005がΩを推定して、このΩを信号生成部1251が入力して周期音ωの正弦波信号を生成する。信号生成部1251は、正弦波信号の角周波数ωを、動翼回転角周波数推定部1005からの情報Ωを元に導出する。
本実施形態の動翼騒音低減装置は、二次経路特性Cが制御入力uから評価マイク1001までの伝達特性であることと、図11Aに示した各スピーカーへの遅れ要素を含む点が特徴である。ここで、c、cはそれぞれ、対象周波数ωに対応する二次経路特性の実部と虚部である。定数更新式は、以下の2つの式で表される。ここで、rはフィルタ1221とフィルタ1222からの出力信号を加算した信号を示し、rはフィルタ1231とフィルタ1232からの出力信号を加算した信号を示す。定数更新式は以下になる。ここでeは誤差信号を表す。
なお、評価マイク1001は、スピーカーからの制御音と騒音とを含む空間上の音を誤差信号eに変換する。例えば、評価マイク1001は、騒音源からの騒音とスピーカーからの制御音との合成音圧を検出し、検出した合成音圧を示す誤差信号eを生成する。誤差マイク104と信号処理部(LMS)1201との間には、図示しないアナログデジタルコンバータが設けられ、誤差信号eは、このアナログデジタルコンバータによってデジタル信号に変換されてLMS1201に与えられる。LMS1201は、誤差信号eに基づいて制御フィルタ202を適応的に制御する。具体的には、信号処理部102は、誤差信号eに基づいた評価関数を最小にするように、フィルタ1211とフィルタ1212を更新する。
ここで、周期騒音低減時の定数更新では、更新スピードが速まり発散する場合がよくある。そこで本実施形態では、図13に示す構成にし、発散を抑え、かつ速い収束を達成させる。本実施形態の図13に示す動翼騒音低減装置の特徴は、信号zと信号wの差が広がりすぎないように抑制をかけていることにある。これにより、二次経路特性に遅れ特性が多く含まれる場合においても十分速い適応更新が達成される。本実施形態の場合、各制御スピーカー1008の個体差補正フィルタや、評価マイク1001の設置位置により遅れ要素が多くなる。
この場合の更新式は以下である。ここでe(t)は誤差信号を表す。
(シミュレーション結果)
[例3](2M+1個の場合)
制御スピーカー1008の数が2M+1個の場合において、評価マイク1001の位置を上記の検討結果を踏まえ(r,θ,φ)=(0.6,0.5,0)とした場合の結果を示す。シミュレーション条件は以下の通りである。
・主音源リング状音源数:36個(主音源も便宜的に離散リング音源とする)
・主音源リング半径a:0.38m
・制御音源リング状音源数:5個
・制御音源リング半径b:0.45m
・評価マイク位置:(r,θ,φ)=(0.6,0.5,0)
・翼枚数:B=2
・検討次数:x=1
・回転角周波数:Ω=45×2×π
図14Aは、マルチロータ飛行体の翼、主音源及び制御音源リングが設置される平面から3m上方の能動消音低減量音圧の分布を示す。横軸と縦軸がマルチロータ飛行体の翼が設置される平面に平行な2次元平面の直交する2軸x、yを示す。なお、図14A以降の音圧分布図では明るい色調になるほど消音低減量が大きいことを示す。図14Aの翼付近で30−40dBの低減効果があり、翼と翼の間は20dB程度の低減効果があることがわかる。図14Aでは、図14Aから一見ではわからないが、16dB以上の低減効果が全体的に生じていることがわかる。また図14Aからは直接は読み取れないが、シミュレーションの結果では遠方(12,12,12)(=(x,y,z))地点での低減量は22.6dBである。
一方、図14Bは、評価マイク1001が設置されている位置を含むxy平面での制御効果音圧分布である。ここでxy平面はマルチロータ飛行体の翼が設置される平面に平行である。図14Aと同様に図14Bでも横軸と縦軸がマルチロータ飛行体の翼が設置される平面に平行な2次元平面の直交する2軸x及びyを示す。評価マイク1001はr=0.6mなので、図14Bの方が図14Aよりもマルチロータ飛行体の翼が設置される平面に近い位置での音圧分布になる。
図14A及び図14Bによれば、スピーカー配置に対応した5個の特徴的な音圧分布勾配が生じていることがわかる。この音圧分布勾配が、エイリアスモードの影響であり、制御スピーカー数が少ないとこのように、低減量音圧分布が一様ではなく、スピーカー配置位置に依存した低減量分布を持つことになる。ただし、全体低減量が22.6dBであるため、本実施形態の動翼騒音低減装置及び評価マイクのこの設定位置では消音は十分機能しているといえる。
なお、参考値として、本実施形態の評価マイク位置としては適切でない位置である評価マイク位置(r,θ,φ)=(0.6,0.8,0)の場合の結果を図15A及び15Bに示す。図15A及び図15Bはそれぞれ、図14A及び図14Bとは評価マイク位置だけが異なり他は同一な条件での音圧分布を示す。この場合には、本実施形態によって設定されるべきθの値(0.5ラジアン)からはかなり外れた値である。図14A及び図14Bと、図15A及び図15Bとを比較すると、本実施形態に対応する方の図14A及び図14Bの制御効果が優れていることがわかる。また、図15Bでは図14Bに比較するとエイリアスモードの影響幅が増えていることがわかる。以上から、本実施形態の動翼騒音低減装置での評価マイクの設定位置が適切であることがわかる。
[例4](2M+2よりも非常に多い場合)
次に、制御スピーカー数10個>>2M+2の場合においての一例を示す。この場合には上記の「<2M+3個以上の場合>」が対応し、評価関数J(r,θ)を最小とする仰角θは約1.1〜2.1radとなる。この例では、評価マイク位置を(r,θ,φ)=(0.6,1.25,0)とした場合の結果を図16A及び図16Bに示す。他のシミュレーション条件は[例3]と同様とする。図16Aによれば、制御スピーカー数が少ない[例3]に比べ遠方であるz=3(m)の断面にて一様に低減効果が生じていることがわかる。また、この場合の遠方(12,12,12)(=(x,y,z))での低減量は54.3dBである。図16Aによるとリング中心に関してほぼ完全に対称であり、リング音源からと制御音源からとの音波の波面が正確に一致しているといえる。
一方、図16Bは評価マイクを設置した位置での、マルチロータ飛行体の翼が設置される平面に平行なxy平面上での制御効果音圧分布結果であり、制御スピーカー単体の特性が多少生じていることがわかる。これは、評価マイクを制御スピーカー近くに設置した場合((r,θ,φ)=(0.6,1.25,0))、スピーカー単体の特性の影響を受け図16Bのように非対称分布になるためである((0.57,0)付近の低減量大)。ただし図16Bによれば、図15Bに比較して中心に関し対称に近いので[例3]に比べスピーカー単体の影響は少ない。さらに図16Aと図16Bを比較すると、評価マイクを離せば(rを大きくする)、その評価マイクの位置での制御効果はより増加することがわかる。
また、式(6)を最小にはしないが、本実施形態で提案する範囲に含まれるθ=1.5radを用いた結果を図17A及び図17Bに示す。この場合、遠方(12,12,12)での低減量は14.8dBと図16A及び図16Bに比べ低減量は大幅に下がるが、一般的な能動消音低減量基準15dB付近であるため許容範囲である。ここまでは、単一周波数を低減するsingle adaptive notchフィルタ方式を示している。
(multi-Channel SAN方式)
以降では、倍長周波数も低減可能なmulti-Channel SAN方式の場合について説明する。この動翼騒音低減装置は図18に示す通り、図12でのフィルタ1211、1212、1221、1222、1231、1232を1つのユニットとして、複数のユニットを設置したものである。
複数の角周波数(ω=ΩB,ω=2ΩB,...,ω=nΩB(i=1,…,n))の正弦波信号をそれぞれ別々に内部で作成し、各正弦波信号xに対し制御定数wi0、wi1を用意し適応更新を行う。定数ベクトル更新式は以下の式による(ri0、ri1はそれぞれ図18に示す加算器の出力信号)。
ここで、c0i、c1iはそれぞれ、対象周波数ωに対応する二次経路特性の実部と虚部である。また、単一周波数制御時と同様に、発散を抑えかつ速い収束を達成させる場合は、図13を拡張した構成にして定数ベクトル更新式を下記の式にする。
また、本実施形態では、single adaptive notch方式のANCアルゴリズムを記載したが、適応型フィードバックANCなど周期騒音低減に用いるANC手法を適用してもよい。
以上の第2実施形態によれば、評価マイクでの音圧を下げるように複数の制御信号を生成し、同軸円周状に配置されているスピーカー間の円中心からの配置角、前記角周波数、及びスピーカー数に依存したスピーカーごとに対応した時間遅れにより、前記複数の制御信号を遅らせて対応するスピーカーに制御信号を入力することによって、動翼からの騒音を低減することができる。
以下では、複数のロータによる騒音干渉を考慮した動翼騒音低減装置について図19以降を参照して説明する。
(各ロータからの騒音非干渉化手法)
飛行体ではホバリング時に類似回転角周波数を発生させるため、各ロータの騒音干渉により通常のANC手法では能動消音を達成できない。本実施形態では、複数のロータを有する飛行体が発生する翼流騒音を解決する手法を2つ提案する。
[第3実施形態]
(MIMO型クロストーク除去ANC)
1つ目はMIMO型能動消音システムである。この手法は、各ロータのクロストークの影響を考慮して能動消音を行うものであり、上記と同様にsingle adaptive notch手法を用いた場合、図12や図13を拡張したものとなる。制御定数の更新式は、J(j=1,...,J)を制御リング個数(ロータ個数)とし、制御リングjに対応するジェネレータ信号i(i=1,...,I)とし、K(k=1,...,K)を評価マイク個数とした場合、以下になる。
ここではI=J=Kとする。wji 、wji はそれぞれ、各single adaptive notchへの入力x=cos(ωt)、x2i=sin(ωt)から制御リング音源jへの制御定数ゲインである。ci0 kj、ci1 kjはそれぞれxの駆動角周波数ωに対応する周波数での二次経路特性の実部と、虚部である。上記のMIMO方式により、xの駆動角周波数ωが各ロータで類似するホバリング時にも能動消音を効果的に発揮できる。また、複数の次数に対応させる場合は、基本的には、式(21)〜(27)は、対象周波数に対し独立に動作するため(例えば90Hz、180Hz、270Hz)、並列に実行すればよい。
本実施形態の動翼騒音低減装置は、動翼の近傍ごとに配置された評価マイクでの音圧を下げるように、各動翼の角周波数に対応する制御信号と、前記各評価マイクからのマイク信号と、各円周状に配置された複数のスピーカーから前記各評価マイクまでの空間伝達特性とを使用して、干渉を考慮した能動消音アルゴリズムにより各制御信号を生成する各制御フィルタを更新する。
[例5]
一例として6つのロータを有する飛行体がホバリングする時の能動消音を本実施形態の制御手法で行った結果を以下に示す。
ホバリングしている時なので、各ロータは同一回転角周波数で回転しているものとする。シミュレーション条件は以下の通りである。なお、それぞれの評価マイクの下記に示した位置は、各ロータの中心を原点とした極座標表示を表し、ロータの中心から飛行体の中心へx軸が伸び、飛行体の上方(すなわち、鉛直上方)にz軸が伸びているとする。この例では評価マイクは6個設定され、それぞれのロータに対応して下記のように極座標表示される。
・主音源リング状音源数:36個(主音源も便宜的に離散リング音源とする)
・主音源リング半径a:0.38m
・制御音源リング状音源数:10個
・制御音源リング半径b:0.45m
・評価マイク位置:(r,θ,φ)=(0.7,1.3,0)
・翼枚数:B=2
・検討次数:x=1
・回転角周波数:Ω=45×2×π
・飛行体機体中心から各ロータ中心までの距離:0.95m
図20A及びBが能動騒音制御結果であり、遠方(12,12,12)(=(x,y,z))地点での低減量は36.1dBのため十分に低減していることがわかる。
以上の第3実施形態によれば、動翼の近傍ごとに配置された評価マイクでの音圧を下げるように、各動翼の角周波数に対応する制御信号と、前記各評価マイクからのマイク信号と、各円周状に配置された複数のスピーカーから前記各評価マイクまでの空間伝達特性とを使用して、干渉を考慮した能動消音アルゴリズムにより各スピーカーの制御信号を生成する各制御フィルタを更新することによって、各動翼(ロータ)のクロストークの影響を考慮して効果的に動翼の騒音を低減することができる。
[第4実施形態]
(リング状アレイマイクによる取得エリア制限)
本実施形態では、ロータごとに複数の評価マイクを用い干渉を抑える手法を示す。本実施形態では図21に示すように、ロータの円周上に評価マイク(リング評価マイクとも称す)を複数並べ、かつ取得した信号をファン回転角周波数及び、各ロータに配置する評価マイク数に応じて各評価マイクから出力される信号を遅延させ、特定のロータ周りのみの騒音を取得するリングマイクアレイを構成する。これにより、ロータごとに独立に翼流騒音低減が可能となる。
本実施形態の動翼騒音低減装置のうちのロータごとに複数の評価マイクからの出力信号を合成する装置部分の具体的な構成例を図22に示す。各マイク信号での遅れ時間は以下で表され、式(10)の遅れを補うものとして設定する。
本実施形態の手法は、評価マイク数mhは増えるが、処理系はシンプルであり、計算負荷は少ない。さらに、能動消音システムは第3実施形態のような複雑な演算を必要とせず、図12や図13の簡易な処理でロータごとに能動消音を行える。ここで、マイク数は多い方がよいが、コストの面から各ロータに使用している制御スピーカー数2M+1以上とする。また、これらの配置位置は、主音源リング半径a以上とし、天頂角は第1実施形態を元に決定する。
[例6]以下のシミュレーション条件でマイクリングの音圧取得分布をシミュレーションした結果を図23に示す。
図23は、1つのロータ周り(座標(0,0.95,0)中心)に配したリングマイクの取得音圧分布を示すものであり、各位置から発せられた音波の取得しやすさをあらわす。値は、最大取得地点の音圧を0dBとして決定している。つまり、図中色が明るい範囲から発せられる騒音を取得しやすい。
・主音源リング状音源数:36個(主音源も便宜的に離散リング音源とする)
・主音源リング半径a:0.38m
・評価マイクリング半径:0.42m
・評価マイク数mh:9個
・評価マイク位置(座標(0,0.95,0)を原点とする極座標):(r,θ,φ)=(0.42,π/2,2πi/9)(i=0,…,8)
・翼枚数:B=2
・検討次数:x=1
・回転角周波数:Ω=45×2×π
・飛行体機体中心から各ロータまでの距離:0.95m
この結果からロータ円周上に十分数のマイクを並べ、適切に遅れ処理を施せば、マイクリング円周上の騒音を強調して取得することが可能なことがわかる。また、次数x=3とした結果は、図24に示すものであり、図23と同様にアレイマイク外周近傍での音圧分布が円状ではなくマイク個数に依存する分布となる。
この対処としては、マイク数を増やせばよく、例えば15個とすれば図25のように音圧分布は円状になり解決する。以上から本提案では、評価マイク数は、2M+1個以上を用いるものとする。
以上の第4実施形態によれば、飛行体の動翼ごとに配置したリングマイクアレイを構成する複数のリング評価マイクに対し、円周上に配置されているリング評価マイク間の円中心からの配置角、角周波数、及び、リング評価マイクの個数に依存した時間遅れにより、各リング評価マイクからの出力信号を遅らせ加算平均した信号を、能動消音処理部が誤差信号として使用することによって、動翼(ロータ)ごとに独立してその騒音を低減することが可能になる。
また、以上の各装置及びそれらの装置部分は、それぞれハードウェア構成、またはハードウェア資源とソフトウェアとの組み合せ構成のいずれでも実施可能となっている。組み合せ構成のソフトウェアとしては、予めネットワークまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体からコンピュータにインストールされ、当該コンピュータのプロセッサに実行されることにより、各装置の機能を当該コンピュータに実現させるためのプログラムが用いられる。また、動翼が生成する風による制御効果低下を低減するため、羽外周に適当な高さのダクトを取り付けることも本特許の範囲とする。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1001…評価マイク、1002…マイクアンプ、1003…アンチエイリアスフィルタ、1004…能動消音処理系、1005…動翼回転角周波数推定部、1006…補間フィルタ、1007…スピーカーアンプ、1008…制御スピーカー、1101…位相調整器、1211,1212,1221,1222,1231,1232…フィルタ、1251…信号生成部。

Claims (15)

  1. 複数の動翼を有している飛行体からの騒音を低減する動翼騒音低減装置であって、
    前記動翼ごとに同軸円周状に配置された複数のスピーカーと、
    前記複数の動翼から発せられる騒音と、前記複数のスピーカーから発せられる制御音とを取得する1つ以上の評価マイクと、
    前記複数の動翼のそれぞれの角周波数を推定する動翼回転角周波数推定部と、
    前記評価マイクでの音圧を下げるように評価マイクごとの制御信号を生成し、配置角、前記角周波数、及びスピーカー数に依存した時間遅れにより、前記制御信号を遅らせて対応するスピーカーに制御信号を入力する能動消音処理部と、を備え
    前記配置角は同軸円周状に配置されているスピーカー間の円中心からの角度であり、
    前記時間遅れはスピーカーごとに対応している動翼騒音低減装置。
  2. 動翼半径がaの場合、できる限りaに近い半径、少なくとも2a以下の半径bの円周上に前記スピーカーを並べる請求項1記載の動翼騒音低減装置。
  3. 翼枚数Bの動翼に対し制御対象次数xまで前記騒音を低減する場合、前記スピーカーはこの動翼に関して2Bx+1個以上配置する請求項1または2記載の動翼騒音低減装置。
  4. 翼枚数Bの動翼に対し制御対象次数xまで前記騒音を低減する場合に、前記スピーカーを動翼ごとに2Bx+1個から2Bx+2個円状に配置し、さらに、前記スピーカーを円状に配置する円の半径b以上の距離を前記動翼の中心からとり、かつ、天頂角0.3rad以上0.7rad以下に評価マイクを配置する請求項1または2記載の動翼騒音低減装置。
  5. 翼枚数Bの動翼に対し制御対象次数xまで前記騒音を低減する場合に、前記スピーカーを動翼ごとに2Bx+3個以上円状に配置し、さらに、前記スピーカーを円状に配置する円の半径b以上のrとし、(r,θ,φ)に評価マイクを配置し(φは任意の数)、動翼半径をa、m次第二種球ハンケル関数をh、回転リング半径をrp、スピーカー個数をL、ルジャンドル陪関数をP 、とした場合、
    上式(6)を最小にする天頂角θに前記評価マイクを配置する請求項1または2記載の動翼騒音低減装置。
  6. 翼枚数Bの動翼に対し制御対象次数xまで前記騒音を低減する場合に、前記スピーカーを動翼ごとに2Bx+3個以上円状に配置し、さらに、前記スピーカーを円状に配置する円の半径b以上の距離を前記動翼の中心からとり、かつ、前記動翼及び前記スピーカーと同一平面上に前記評価マイクを配置する請求項1または2記載の動翼騒音低減装置。
  7. 翼枚数Bの動翼に対し制御対象次数xまで前記騒音を低減する場合に、前記スピーカーを動翼ごとに2Bx+3個以上円状に配置し、さらに、前記スピーカーを円状に配置する円の半径b以上の距離を前記動翼の中心からとり、かつ、天頂角1.1rad以上2.1rad以下に前記評価マイクを配置する請求項1または2記載の動翼騒音低減装置。
  8. 前記能動消音処理部は、前記時間遅れに加え、スピーカーごとの個体差を補正するフィルタを含む請求項1乃至7のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置。
  9. 前記動翼回転角周波数推定部は、前記動翼を駆動する回転機器への指令値から角周波数を推定する、または発生する騒音や発生する風速から角周波数を推定する請求項1乃至8のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置。
  10. 前記能動消音処理部は、前記評価マイクでの音圧を下げるように、前記制御信号と、前記評価マイクからのマイク信号と、円周状に配置された複数の前記スピーカーから前記評価マイクまでの空間伝達特性とを使用して、能動消音アルゴリズムにより制御信号を生成する制御フィルタを更新する請求項1乃至9のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置。
  11. 前記能動消音処理部は、前記動翼の近傍ごとに配置された評価マイクでの音圧を下げるように、各動翼の角周波数に対応する制御信号と、前記各評価マイクからのマイク信号と、各円周状に配置された複数のスピーカーから前記各評価マイクまでの空間伝達特性とを使用して、干渉を考慮した能動消音アルゴリズムにより各制御信号を生成する各制御フィルタを更新する請求項1乃至9のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置。
  12. 前記飛行体の動翼ごとに配置したリングマイクアレイを構成する複数のリング評価マイクに対し、円周上に配置されているリング評価マイク間の円中心からの配置角、前記角周波数、及び、前記リング評価マイクの個数に依存した時間遅れにより、各リング評価マイクからの出力信号を遅らせ加算平均した信号を、前記能動消音処理部が誤差信号として使用する請求項1乃至10のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置。
  13. 翼枚数Bの動翼に対し、制御対象次数xまで前記騒音を低減する場合、前記評価マイクはこの動翼に関して2Bx+1以上配置する請求項12記載の動翼騒音低減装置。
  14. 請求項1乃至13のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置を備える飛行体。
  15. コンピュータを、請求項1乃至13のいずれか1項記載の動翼騒音低減装置として機能させるためのプログラム。
JP2017004535A 2017-01-13 2017-01-13 動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム Active JP6645991B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017004535A JP6645991B2 (ja) 2017-01-13 2017-01-13 動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム
US15/693,462 US10438579B2 (en) 2017-01-13 2017-08-31 Device for reducing noise, flight vehicle, and program
CN201710769438.XA CN108305609A (zh) 2017-01-13 2017-08-31 动翼噪音降低装置、飞行体及程序

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017004535A JP6645991B2 (ja) 2017-01-13 2017-01-13 動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018111461A JP2018111461A (ja) 2018-07-19
JP6645991B2 true JP6645991B2 (ja) 2020-02-14

Family

ID=62841047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017004535A Active JP6645991B2 (ja) 2017-01-13 2017-01-13 動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10438579B2 (ja)
JP (1) JP6645991B2 (ja)
CN (1) CN108305609A (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6689241B2 (ja) 2017-09-15 2020-04-28 株式会社東芝 騒音低減装置、飛行体、発電装置、騒音低減方法及び騒音低減プログラム
JP6783813B2 (ja) 2018-03-15 2020-11-11 株式会社東芝 騒音低減装置およびジェットファン
JP6822999B2 (ja) 2018-03-20 2021-01-27 株式会社東芝 動翼騒音低減システム、飛行体、騒音低減システム
JP6826067B2 (ja) 2018-03-20 2021-02-03 株式会社東芝 動翼静翼干渉騒音低減システムおよび飛行体
JP7149498B2 (ja) * 2018-07-26 2022-10-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 無人飛行体、情報処理方法およびプログラム
JP7039512B2 (ja) 2019-03-12 2022-03-22 株式会社東芝 動翼静翼干渉騒音低減システムおよび飛行体
CN110751939B (zh) * 2019-09-18 2022-11-18 江苏大学 区域个性化汽车主动噪声控制系统
CN112487730B (zh) * 2020-10-30 2024-05-28 南京航空航天大学 一种基于相角控制的多旋翼飞行器噪声抑制方法
CN112770208B (zh) * 2021-01-18 2022-05-31 塔里木大学 一种基于自控分级的智能语音降噪采集装置
JP7467377B2 (ja) * 2021-03-17 2024-04-15 株式会社東芝 音発生装置及び翼騒音低減装置
CN113421537B (zh) * 2021-06-09 2022-05-24 南京航空航天大学 一种旋翼飞行器的全局主动降噪方法
CN113689841B (zh) * 2021-07-08 2023-09-15 宁波方太厨具有限公司 吸油烟机的降噪方法
GB2612990A (en) * 2021-11-18 2023-05-24 Bae Systems Plc System and method
CN114201819B (zh) * 2021-12-06 2024-01-12 南京航空航天大学 一种融合声阵列和在桨控制的直升机主动噪声抑制装置
US11948547B2 (en) * 2021-12-17 2024-04-02 Hyundai Motor Company Information quantity-based reference sensor selection and active noise control using the same
CN114613196B (zh) * 2022-01-24 2023-06-06 中国民用航空中南地区空中交通管理局海南分局 多重流量管理策略对同一航班延误分析方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233192A (en) 1978-11-30 1980-11-11 Johnson & Johnson Detergent compositions
JP2615628B2 (ja) 1987-07-07 1997-06-04 松下電器産業株式会社 電磁型発音体
JPH0644079B2 (ja) 1987-11-12 1994-06-08 新技術事業団 生物観察x線顕微鏡用の位相ゾーンプレート
JPH01159406A (ja) 1987-12-15 1989-06-22 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd プロペラ音の能動消音方法及び装置
US5515444A (en) 1992-10-21 1996-05-07 Virginia Polytechnic Institute And State University Active control of aircraft engine inlet noise using compact sound sources and distributed error sensors
JP2003233133A (ja) 2002-02-12 2003-08-22 Canon Inc 消音装置およびこれを備えた光学装置
US7272234B2 (en) * 2002-04-04 2007-09-18 Brigham Young University Multi-channel active control system and method for the reduction of tonal noise from an axial fan
JP2006003756A (ja) 2004-06-18 2006-01-05 Toshiba Corp 三次元能動消音装置
JP2006211770A (ja) 2005-01-26 2006-08-10 Toshiba Corp 回転機およびその運転方法
EP1770685A1 (en) * 2005-10-03 2007-04-04 Maysound ApS A system for providing a reduction of audiable noise perception for a human user
JP5728378B2 (ja) 2011-12-26 2015-06-03 株式会社竹中工務店 騒音低減装置
US9190071B2 (en) * 2012-09-14 2015-11-17 Sikorsky Aircraft Corporation Noise suppression device, system, and method
US9442496B1 (en) 2015-09-18 2016-09-13 Amazon Technologies, Inc. Active airborne noise abatement
TWI597987B (zh) * 2016-02-19 2017-09-01 中強光電股份有限公司 風扇降噪方法、系統及其應用電子裝置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018111461A (ja) 2018-07-19
US10438579B2 (en) 2019-10-08
US20180204561A1 (en) 2018-07-19
CN108305609A (zh) 2018-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6645991B2 (ja) 動翼騒音低減装置、飛行体及びプログラム
JP6689241B2 (ja) 騒音低減装置、飛行体、発電装置、騒音低減方法及び騒音低減プログラム
US7272234B2 (en) Multi-channel active control system and method for the reduction of tonal noise from an axial fan
Pannert et al. Rotating beamforming–motion-compensation in the frequency domain and application of high-resolution beamforming algorithms
JP2620274B2 (ja) 航空機キャビンの騒音制御装置
JP2014059487A (ja) 能動消音装置
JP7039512B2 (ja) 動翼静翼干渉騒音低減システムおよび飛行体
US10408129B1 (en) Rotor-stator blade interference noise reduction system and flying object
US20180102124A1 (en) Reducing computer fan noise
Wang et al. A study of active tonal noise control for a small axial flow fan
JP6822999B2 (ja) 動翼騒音低減システム、飛行体、騒音低減システム
JP6270136B2 (ja) アクティブノイズ制御装置およびアクティブノイズ制御方法
Narine Active noise cancellation of drone propeller noise through waveform approximation and pitch-shifting
Wang et al. Active control of drag noise from a small axial flow fan
JP2020086206A (ja) 能動騒音低減装置、移動体装置、及び、騒音低減方法
Walker et al. Active resonators for control of multiple spinning modes in an axial flow fan inlet
Schiller et al. Initial developments toward an active noise control system for small unmanned aerial systems
JPWO2012093477A1 (ja) 能動型振動騒音制御装置、能動型振動騒音制御方法及び能動型振動騒音制御プログラム
Han et al. A min-max optimization algorithm for global active acoustic radiation control
Li et al. A simplified algorithm for hybrid active sound quality control system
Horváth et al. Separating apart the contributions from multiple tonal noise sources which are localized to the Mach radius
Li et al. Active noise control in the application of large suction side type range hood
Zillmann et al. Tonal Noise Radiation from UHBR Fan-Active Control of Radiation Characteristic
Wong Analysis and control of computer cooling fan noise
Rust et al. Active noise control of an exhaust-mounted, two-fan array

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180913

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190730

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191004

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200109

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6645991

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151