JP6689241B2 - 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 - Google Patents
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Description
・推定マイク個数Lm個、半径c:0.35m
・主音源体積速度振幅比:αamp−i=amp×sin(hza×φi+π/10)+1
・主音源推定個数Lpes:14個
・主音源全体の相対位相角αinitialphase
・ステップサイズ:μ=0.005、μ2=0.01
上記シミュレーション条件にてα推定部によりwi=−eiαinitialphaseαamp−i(i=1,…,Lpes)を推定した結果を図12、図13及び図14に示す。図12は、第1のシミュレーション条件でのwiの推定結果を示すグラフである。第1のシミュレーション条件は、Lm=7、amp=0、hza=0、αinitialphase=2.1[rad]、主音源体積速度振幅比が存在しない、である。図13は、第2のシミュレーション条件でのwiの推定結果を示すグラフである。第2のシミュレーション条件は、Lm=7、amp=0.1、hza=3、αinitialphase=2.1[rad]である。図14は、第3のシミュレーション条件でのwiの推定結果を示すグラフである。第3のシミュレーション条件は、Lm=10、amp=0.3、hza=4、αinitialphase=−1.8[rad]である。図12、図13及び図14の(a)の縦軸は、wiに含まれる主音源体積速度振幅比αamp−iのうちのαampに規定され、横軸は角度[rad]に規定される。図12、図13及び図14の(b)の縦軸は、wiに含まれるαinitialphaseに規定され、横軸は角度[rad]に規定される。第1、第2及び第3のシミュレーション条件の何れも十分な精度でeiαinitialphaseαamp−iが推定されていることがわかる。マイクロフォン数は、空間エイリアスの影響を抑えるため、主音源体積速度振幅比の変動周波数hzaに基づき、2×hza+1以上に設定されている。
検証例1での推定体積速度を用い構成例1のq計算部を使用し、騒音低減をシミュレーションした結果を、図15、図16及び図17に示す。図15は、第1のシミュレーション条件での翼上方3m音圧分布における音響パワー低下量を示すグラフである。図16は、第2のシミュレーション条件での翼上方3m音圧分布における音響パワー低下量を示すグラフである。図17は、第3のシミュレーション条件での翼上方3m音圧分布における音響パワー低下量を示すグラフである。スピーカ数は、第1及び第2のシミュレーション条件においては、7個(Lc=7)であり、第3のシミュレーション条件においては、10個(Lc=10)である。制御音源配置半径bは、第1、第2及び第3のシミュレーション条件において0.3mとした。スピーカ数は、第1、第2及び第3のシミュレーション条件において、離散スピーカ配置と主音源との差であるエイリアスモードを低減するため、2M+1以上に設定された。図15、図16及び図17の縦軸はy軸方向の距離[m]に規定され、横軸はx軸方向の距離[m]に規定され、グレー値は音響パワーの低下量[dB]に規定される。図15に示すように、第1のシミュレーション条件において音響パワー低下量は38.5dB、図16に示すように、第2のシミュレーション条件において音響パワー低下量は5.9dB、図17に示すように、第3のシミュレーション条件において音響パワー低下量は16.6dBである。図15に示すように、主音源音圧分布が軸対称の場合、高い制御効果が達成できることがわかる。但し図16のように、主音源音圧分布が軸対称ではない場合、制御効果が低下する。
検証例2では、制御音源体積速度振幅比を一定にしていたため、第2のシミュレーション条件のように、主音源音圧分布が軸対称から大きくずれる場合、制御効果が低下する。検証例3では、構成例2のq計算部を使用し、制御音源体積速度に対しても振幅比βamp−kxを含め、制御効果が高まることを示す。検証例1での推定体積速度を用い構成例2のq計算部を使用し、騒音低減をシミュレーションした結果を、図18及び図19に示す。図18は、第2のシミュレーション条件での翼上方3m音圧分布における音響パワー低下量を示すグラフである。図19は、第3のシミュレーション条件での翼上方3m音圧分布における音響パワー低下量を示すグラフである。図18及び図19の縦軸はy軸方向の距離[m]に規定され、横軸はx軸方向の距離[m]に規定され、グレー値は音響パワーの低下量[dB]に規定される。図18に示すように、第2のシミュレーション条件において音響パワー低下量は22.2dB、図19に示すように、第3のシミュレーション条件において音響パワー低下量は19.2dBである。第2及び第3のシミュレーション条件の何れも検証例2に比べ音響パワー低下量が向上、すなわち、制御効果が増加していることがわかる。
例えば、検証例1の第2のシミュレーション条件において、マイクロフォン数6個のように空間エイリアス条件を満たさない場合、図20に示す通り、主音源体積速度の推定精度が大幅に下がる。また、検証例3の第3のシミュレーション条件において、マイクロフォン数、スピーカ数を7個とした場合、図21の通り主音源体積速度が推定されるが(たまたま推定がうまくいっている)、図22(音響パワー低下量4.6dB)の通り制御効果が低い。これは、スピーカ数が空間エイリアス条件を満たしていないためである。
実施例1は、回転翼11が回転速度一定で回転する場合である。回転速度が一定の場合、制御信号生成部231は、回転速度推定部41を有する必要はない。
実施例2は、回転翼11が回転速度一定で回転し且つ回転の再現性が高い場合である。回転の再現性とは、駆動装置16の起動から回転翼11が定常回転に達するまでの回転翼11の挙動の再現性を指す。回転の再現性が良好な場合、主音源体積速度にも再現性があるといえる。この場合、主音源体積速度を能動騒音制御中に推定する必要はなく、事前に主音源体積速度及び当該主音源体積速度に基づく制御音源体積速度を決定しておく事が可能になる。
Claims (24)
- 回転翼の周囲に配置され、制御信号に基づいて制御音を発するスピーカと、
前記回転翼の周囲に配置され、前記制御音と前記回転翼から発せられる騒音とを収集してマイク信号に変換するマイクロフォンと、
前記マイク信号と前記回転翼の回転速度と前記回転翼から前記マイクロフォンに到達する騒音の位相とに基づいて、前記マイクロフォンの位置の音響パワーを低減するための前記制御信号を生成する制御信号生成部と、を具備し、
前記制御信号生成部は、
前記回転翼の騒音発生箇所を模擬する主音源に関する主音源体積速度を推定する主音源体積速度推定部と、
前記主音源体積速度と前記スピーカの制御音発生箇所を模擬する制御音源に関する制御音源体積速度位相差とに基づいて前記制御信号を算出する制御信号算出部と、を有する、
騒音低減装置。 - 前記主音源体積速度推定部は、前記主音源から前記マイクロフォンへの音の伝達特性に基づいて前記主音源体積速度を推定する、請求項1記載の騒音低減装置。
- 前記マイクロフォンは複数個あり、
前記スピーカは複数個あり、
前記主音源体積速度推定部は、前記複数のマイクロフォン各々について、前記マイク信号と前記伝達特性から推定される前記主音源から前記マイクロフォンへ到達する騒音に関する計算上のマイク信号との差分と、前記主音源体積速度の位相差を前記回転翼による回転遅延のみに制限する拘束条件とから構成される評価関数を低減するような前記主音源体積速度を推定する、
請求項2記載の騒音低減装置。 - 前記制御信号生成部は、前記回転翼の設置環境と前記回転翼を構成する複数の翼間の位置関係とに基づく予測計算に基づいて伝達特性を決定する伝達特性決定部を更に有する、請求項2記載の騒音低減装置。
- 前記制御信号生成部は、前記主音源の位置に設置された経路計測用スピーカから発生され、前記マイクロフォンにより収集された経路計測用音に関する経路計測用マイク信号に基づいて前記伝達特性を決定する伝達特性決定部を更に有する、請求項2記載の騒音低減装置。
- 前記制御信号生成部は、前記回転翼の回転を検出する検出器からの出力信号、前記回転翼を回転するための動力源への電流を検出する検出器からの出力信号又は前記マイク信号に対する周波数解析に基づいて前記回転速度を推定する回転速度推定部を有する、請求項1記載の騒音低減装置。
- 前記スピーカは、前記回転翼の回転軸を中心とする第1の円周上に複数個設けられ、
前記マイクロフォンは、前記回転翼の回転軸を中心とする、前記第1の円周の半径よりも長い半径を有する第2の円周上に複数個設けられる、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記マイクロフォンの個数は、前記回転翼により生成される円周状音圧分布の変動周波数の2倍よりも大きい、請求項7記載の騒音低減装置。
- 前記制御信号生成部は、前記回転速度と前記主音源体積速度と前記制御音源体積速度位相差とに基づいて制御音源体積速度を算出する制御音源体積速度算出部を更に備え、
前記制御信号算出部は、前記制御音源体積速度に基づいて前記制御信号を算出する、 請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記制御信号生成部は、
高調波に関する複数の次数と複数の位相差とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記複数の位相差のうちの制御対象次数に関連付けられた位相差を前記制御音源体積速度位相差として決定する制御音源体積速度位相差決定部と、を更に有する、
請求項9記載の騒音低減装置。 - 前記スピーカの個数は、前記回転翼を構成する複数の翼の枚数と前記制御対象次数の最大値との積の2倍よりも大きい、請求項10記載の騒音低減装置。
- 前記制御信号生成部は、
前記マイク信号の周波数分析に基づいて前記スピーカの位置における振幅比を出力する振幅比出力部と、
高調波に関する複数の次数と複数の位相差とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記振幅比と前記複数の位相差のうちの制御対象次数に関する位相差とに基づいて前記制御音源体積速度位相差を算出する制御音源体積速度位相差算出部と、を更に有する、
請求項9記載の騒音低減装置。 - 前記スピーカの個数は、前記回転翼により生成される円周状音圧分布の変動周波数の2倍よりも大きく、且つ、前記回転翼を構成する複数の翼の枚数と前記制御対象次数の最大値との積の2倍よりも大きい、請求項12記載の騒音低減装置。
- 前記振幅比出力部は、前記マイクロフォンの個数と前記スピーカの個数とが等しく且つ前記マイクロフォンと前記スピーカとが近接している場合、前記振幅比として、前記スピーカのうちの特定のスピーカの位置におけるマイク信号の振幅に対する各スピーカの位置におけるマイク信号の振幅の比を出力する、請求項12記載の騒音低減装置。
- 前記振幅比出力部は、前記マイクロフォンの個数と前記スピーカの個数とが等しくない場合、前記マイクロフォン各々からの実測のマイク信号の振幅比を前記回転翼の回転中心回りの角度でスプライン補間することにより前記スピーカ各々の位置における計算上のマイク信号の振幅比を算出する、請求項12記載の騒音低減装置。
- 前記回転翼により生成される円周状音圧分布の変動周波数と前記スピーカの実際の個数と前記回転翼を構成する翼の枚数とに基づいて最適なスピーカの個数を算出する最適スピーカ数算出部と、
前記変動周波数に基づいて最適なマイクロフォンの個数を算出する最適マイクロフォン数算出部と、
前記最適なスピーカの個数と前記最適なマイクロフォンの個数とを表示する表示部と、を更に備える、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記変動周波数を、前記マイク信号に基づく自己相関処理又はフーリエ変換により推定する変動周波数推定部を更に有する、請求項8、13又は16記載の騒音低減装置。
- 前記スピーカから前記マイクロフォンへの音の伝達特性と前記スピーカへの入力信号とに基づいて、前記マイク信号から前記制御音の信号成分を除去した除去後マイク信号を生成する除去部を更に有し、
前記主音源体積速度推定部は、前記マイク信号として前記除去後マイク信号を使用する、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記制御信号生成部は、前記マイク信号に、高調波に関する複数の次数にそれぞれ対応する複数の帯域通過フィルタを並列的に施して前記複数の次数毎にフィルタ後マイク信号を出力するフィルタ部を更に有し、
前記主音源体積速度推定部は、前記マイク信号として前記フィルタ後マイク信号を使用して前記複数の次数毎に前記主音源体積速度を推定し、
前記制御信号算出部は、前記主音源体積速度を使用して前記複数の次数毎に次数毎制御信号を生成し、前記複数の次数に亘り前記次数毎制御信号を加算して前記制御信号を生成する、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 前記回転翼の翼端を覆う環形状を有する支持構造体を更に備え、
前記スピーカと前記マイクロフォンとは、前記支持構造体に設けられる、
請求項1記載の騒音低減装置。 - 回転軸回りに回転する複数の翼を有する回転翼と、
前記回転翼の回転により発生する推力及び揚力により飛行する機体と、
前記回転翼の周囲に配置され、制御信号に基づいて制御音を発するスピーカと、
前記回転翼の周囲に配置され、前記制御音と前記回転翼から発せられる騒音とを収集してマイク信号に変換するマイクロフォンと、
前記マイク信号と前記回転翼の回転速度と前記回転翼から前記マイクロフォンに到達する騒音の位相とに基づいて、前記マイクロフォンの位置の音響パワーを低減するための前記制御信号を生成する制御信号生成部と、を具備し、
前記制御信号生成部は、
前記回転翼の騒音発生箇所を模擬する主音源に関する主音源体積速度を推定する主音源体積速度推定部と、
前記主音源体積速度と前記スピーカの制御音発生箇所を模擬する制御音源に関する制御音源体積速度位相差とに基づいて前記制御信号を算出する制御信号算出部と、を有する、
飛行体。 - 外力を受けて回転軸回りに回転する複数の翼を有する回転翼と、
前記回転翼の回転に連動して電力を発生する発電部と、
前記回転翼の周囲に配置され、制御信号に基づいて制御音を発するスピーカと、
前記回転翼の周囲に配置され、前記制御音と前記回転翼から発せられる騒音とを収集してマイク信号に変換するマイクロフォンと、
前記マイク信号と前記回転翼の回転速度と前記回転翼から前記マイクロフォンに到達する騒音の位相とに基づいて、前記マイクロフォンの位置の音響パワーを低減するための前記制御信号を生成する制御信号生成部と、を具備し、
前記制御信号生成部は、
前記回転翼の騒音発生箇所を模擬する主音源に関する主音源体積速度を推定する主音源体積速度推定部と、
前記主音源体積速度と前記スピーカの制御音発生箇所を模擬する制御音源に関する制御音源体積速度位相差とに基づいて前記制御信号を算出する制御信号算出部と、を有する、
発電装置。 - 回転翼の周囲に配置されたスピーカから制御信号に基づいて制御音を発し、
前記回転翼の周囲に配置されマイクロフォンにより、前記制御音と前記回転翼から発せられる騒音とを収集してマイク信号に変換し、
前記マイク信号と前記回転翼の回転速度と前記回転翼から前記マイクロフォンに到達する騒音の位相とに基づいて、前記マイクロフォンの位置の音響パワーを低減するための前記制御信号を生成する、ことを具備し、
前記制御信号を生成することにおいては、
前記回転翼の騒音発生箇所を模擬する主音源に関する主音源体積速度を推定し、
前記主音源体積速度と前記スピーカの制御音発生箇所を模擬する制御音源に関する制御音源体積速度位相差とに基づいて前記制御信号を算出する、
騒音低減方法。 - コンピュータに、
回転翼の周囲に配置されたスピーカから制御信号に基づいて制御音を発する機能と、 前記回転翼の周囲に配置されマイクロフォンにより生成された前記制御音と前記回転翼から発せられる騒音とに関するマイク信号と、前記回転翼の回転速度と、前記回転翼から前記マイクロフォンに到達する騒音の位相とに基づいて、前記マイクロフォンの位置の音響パワーを低減するための前記制御信号を生成する機能と、を実現させ、
前記制御信号を生成する機能は、
前記回転翼の騒音発生箇所を模擬する主音源に関する主音源体積速度を推定する機能と、
前記主音源体積速度と前記スピーカの制御音発生箇所を模擬する制御音源に関する制御音源体積速度位相差とに基づいて前記制御信号を算出する機能と、を有する、
騒音低減プログラム。
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