JPH0922292A - 音響減衰装置 - Google Patents

音響減衰装置

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JPH0922292A
JPH0922292A JP7287456A JP28745695A JPH0922292A JP H0922292 A JPH0922292 A JP H0922292A JP 7287456 A JP7287456 A JP 7287456A JP 28745695 A JP28745695 A JP 28745695A JP H0922292 A JPH0922292 A JP H0922292A
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JP
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sensors
side wall
mrm
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JP7287456A
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Laurent Gagliardini
ガグリアルディニ ローラン
Jacques Roland
ローラン ジャック
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Centre Scientifique et Technique du Batiment CSTB
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 音響減衰装置のアクティブ2重壁により与え
られる減衰効率を向上させる。 【解決手段】 逆ノイズ発生装置は4つのアクチュエー
タ14を含み、これらのアクチュエータのプレート1
0,11に平行なそれぞれの位置が角形の前記内部空間
12の側壁のほぼ中央に一致される。ノイズ検出手段は
4つのセンサー13を含み、これらのセンサーのプレー
ト10,11に平行なそれぞれの位置が角形の内部空間
12の長辺側壁に配置された4つの位置にほぼ一致さ
れ、また角形のコーナーに対して長辺側壁の長さの4分
の1の距離を有して配置される。4つのアクチュエータ
14は位相を制御される。最小限にされるべき量は4つ
のセンサー13の出力信号の合計で表されるようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、角形の内部空間を
画成する2つの実質的に平行なプレートと、この2つの
プレート間に配置されたノイズ検出手段と、この2つの
プレート間に配置された逆ノイズ発生手段と、ノイズ検
出手段で供給される量を最小限にするように逆ノイズ発
生手段を制御する制御手段とを含んでなる音響減衰装置
に関する。
【0002】本発明の応用例は、例えば、ノイズを発生
する設備用のカウリングの製造における特に2重ガラス
を備えた建物の遮音分野、または輸送手段の乗客室の遮
音分野である。重要な応用例は2重ガラスの分野であ
る。
【0003】
【従来の技術】アクテイブ2重壁と称される上述した形
式の装置は、以下に概要を説明する作動原理に基づいて
いる。
【0004】厚さdの空気膜で隔離された2つの平行な
長方形のプレートによって構成された2重壁である質量
−ばね−質量の構造における共振振動数は、次式で与え
られる。すなわち、
【数1】 ρ0 :プレート間に位置する媒体の密度(空気の場合は
1.18kg/m3 ) c0 :プレート間に位置する媒体中の音速(空気の場合
は340m/s) m1,m2:プレート単位面積当たりの質量(kg/m
2
【0005】この共振振動数は一般に50〜250Hz
である。
【0006】総体的に、与えられた振動数fに対して、
2重壁の音響的な作用は以下のように考えられる。すな
わち、 −f<fmrm :2つのプレートは同位相で振動する。プ
レート間の容積空間の振動は小さい。2重壁は同等質量
の単一壁と同様に作用する。 −f∝fmrm :空気膜で強固に連結されている2つのプ
レートは逆位相で振動する。これは空気膜の容積空間に
大きな振動(プレートの「ブレッシング」)をもたら
し、2重壁による遮音作用を阻害する。 −f>fmrm :2つのプレートの運動は空気膜により遮
断される。したがってこの壁の遮音作用は振動数につれ
て急激に増大する。
【0007】この音響装置は、fmrm の近くで2重壁に
より与えられる貧弱な遮音作用を補償することを目的と
する。この原理は、電子音響装置によって空気膜の容積
空間における全ての振動を阻止することにある。
【0008】空気膜の音圧場はモーダルシリーズの形態
で表記できる。すなわち、
【数2】 αlmn :モードl,m,nの振幅 φlmn :平行6面体の形状をした空気膜の場合には、次
式となる。すなわち、
【数3】φlmn (x,y,z)=cos(lπx/
x )cos(mπy/Ly )×cos(nπz/
z ) Lx ,Ly ,Lz (=d):空気膜の寸法 ω :角振動数(=2πf) x,y:プレートに平行な空間座標軸 z :プレートに直角な空間座標軸 t :時間
【0009】指数(l,m,n)を付したモードの空気
膜の固有振動数fmrm は次式で与えられる。すなわち、
【数4】
【0010】空気膜の容積空間の振動は、(0,0,
0)モードの振幅に調整に比例し、壁の共振振動数f
mrm に近い他のモードの振幅は影響を受けない。しかし
ながら、全てのモードを伴う作用でこのモードだけを測
定し、励起することは困難である。実際には、音圧に関
する上記した数2の式は、マイクロホンで行われる測定
が(0,0,0)モード以外のモードの応答を含むこと
を表している。
【0011】効果的な減衰を得るためには、最小限にす
るべき量に対する(0,0,0)モード以外の低振動数
モードの影響を減少させること、および逆ノイズ発生手
段は空気膜の(0,0,0)モードを著しく励起する
が、他のモードの励起はできるだけ小さくすることが望
ましい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、した
がってアクティブ2重壁装置により与えられる減衰の効
率を向上させることである。
【0013】
【課題を解決するための手段】このために、本発明は冒
頭に説明した形式の音響減衰装置であって、逆ノイズ発
生装置が4つのアクチュエータを含み、これらのアクチ
ュエータのプレートに平行なそれぞれの位置が角形の内
部空間の側壁のほぼ中央に一致すること、ノイズ検出手
段が4つのセンサーを含み、これらのセンサーのプレー
トに平行なそれぞれの位置が角形の内部空間の長辺側壁
に配置された4つの位置にほぼ一致し、それぞれの位置
は角形のコーナーに対して長辺側壁の長さの4分の1の
距離を有していること、4つのアクチュエータが位相を
制御されること、および最小限にされるべき量が4つの
センサーの出力信号の合計で表されることを特徴とする
音響減衰装置を提供する。
【0014】この構造によれば、センサーおよびアクチ
ュエータは、2つのプレート間に位置する空間が奇数モ
ード(すなわち指数lまたはmが奇数である(l,m,
n)の形式のモード)か、または(0,0,0)以外の
偶数モードのなかで最低の固有振動数を有する(2,
0,0)の形式のモードでは、実際に殆ど干渉しない。
それ故に低い固有振動数モードを励起して減衰効率に大
きな影響を及ぼすことなく、(0,0,0)モードの満
足できる制御を得ることができる。
【0015】本発明の同じ原理に基づく他の実施例で
は、センサーおよびアクチュエータのそれぞれの位置が
逆とされ、すなわちノイズ検出手段が4つのセンサーを
含み、これらのセンサーのプレートに平行なそれぞれの
位置が角形の内部空間の側壁のほぼ中央に一致するよう
になされ、また逆ノイズ発生装置が4つのアクチュエー
タを含み、これらのセンサーのプレートに平行なそれぞ
れの位置が角形の内部空間の長辺側壁に配置された4つ
の位置にほぼ一致され、それぞれの位置は角形のコーナ
ーに対して長辺側壁の長さの4分の1の距離を有するよ
うになされる。
【0016】2つの上述した実施例は、センサーおよび
アクチュエータがプレートの縁部に位置されるという利
点を有する。この利点は、プレートが長方形であると
き、または内部空間に容易にアクセスすることができな
い場合(例えば2重壁に作られている)に、重要とな
る。アクチュエータまたはセンサーを保持するためにプ
レート間に特別な構造体を備える必要はない。
【0017】空気よりも軽いガス、例えばヘリウムがプ
レート間に位置する内部空間を充満することが有利であ
ることもまた見出されている。これはプレート間に位置
する媒体の密度を減少し、この媒体中の音速を増大させ
て、それ故に様々なモードでの固有振動数の増大をもた
らす(数4の式を参照)。この結果、(0,0,0)モ
ード以外のモードによる音響伝播にはわずかしか影響せ
ず、それ故に(0,0,0)の選択的な制御によって良
好な減衰を得る。
【0018】本発明の他の特定の特徴および利点は、以
下の好ましいとされるが限定を意図するものではない実
施例の説明から、明らかになろう。
【0019】
【発明の実施の形態】図1に示された装置はアクティブ
2重壁を構成しており、これは壁のそれぞれの側に位置
される空間どうしの遮音を行うために使用できる。この
壁は2つの平行な長方形のプレート10,11を含み、
これらのプレートはその間に角形の内部空間12を画成
している。プレートは図面には平坦形として示されてい
る。しかしながら、それらのプレートが実質的に平行状
態を維持して多少彎曲できることは認識されよう。セン
サー13およびアクチュエータ14はそれぞれ空間12
内に発生したノイズを検出するため、および逆ノイズを
空間12へ向けて発生させるために、2つのプレート1
0,11の間に配置されている。
【0020】センサー13およびアクチュエータ14は
内部空間12の縁部に配置される。センサー13および
アクチュエータ14のプレートに平行な配置が図2に示
されている。4つのアクチュエータ14があり、これら
は角形空間12の側部の中央を定める4つの位置に配置
される。4つのセンサー13があり、その各々はコーナ
ーに対して長辺の長さの4分の1の距離で角形空間12
の長辺側壁に配置されている。
【0021】センサー13は、1つのセンサーから他の
センサーへ1%を超える変化のない感度および位相特性
を有するように選択された電子マイクロホンとされるこ
とができる。アクチュエータ14はスピーカーとされる
ことができる。使用可能なスピーカーの例はAUDAX
BMX 400モデルであり、これは音量出力および
寸法の間に良好な角形を示している(定格出力15W、
共振振動数150Hz付近、外形寸法77.8mm、全
重量290g)。
【0022】制御ユニット18は、センサー13で供給
されるエラー信号を最小限にするようにアクチュエータ
14を制御するために備えられる。最小限にすべきこの
エラー信号は4つセンサー13の出力信号の増幅して合
計することで構成されており、加算機22から導かれ
る。制御ユニット18は、フィルタ処理した基準信号を
グラジエントアルゴリズム(LMS)に付与するために
既知の方法でプログラムされている信号処理装置23を
含んでなる。有限インパルスレスポンス(FIR)によ
る適応フィルタリングモードはノイズ相殺技術の分野で
周知である(例えば、エム・リレンジャー氏による「デ
ジタル信号処理」と題する論文、エディション・メーソ
ン、パリ、1981年、およびビー・ウィドゥロウ氏お
よびエス・ディー・スターン氏による「適応信号処理」
と題する論文、プレンリス・ホール、1985年を参照
されたい)。減衰すべきノイズの音源の側に配置される
基準マイクロホン24が基準信号を供給するのであり、
この信号は帯域フィルタ21に与えられ、処理装置23
に送られる該帯域フィルタの出力は有限インパルスレス
ポンス(FIR)フィルタリングを受ける。このフィル
タの係数はエラー信号eを最小限にするように各サンプ
リングサイクル毎にアップデートされる。その後、処理
装置23は同じ制御信号をアクチュエータ14へ送り、
アクチュエータ14は位相で制御される。
【0023】典型例の実施例では、2つのプレート1
0,11はプレクシガラス(plexiglass)で
作られ、単位面積当たりm1=m2=6kg/m2 の質
量を有している。これらのプレートは厚さdが5cmの
内部空間を画成し、その角形は長さLx =1.6m、L
y =1.2mの側壁を有している。空間12は空気を充
満されているので、質量−ばね−質量構造の共振振動数
(数1)はfmrm =150Hzに等しい。プレートの臨
界振動数は6400Hzである。空気膜の1次偶数モー
ドの共振振動数(数2)は表1に与えられている。
【表1】
【0024】最小限にすべき信号eを表す4つのセンサ
ーの出力信号の合計は、プレート10,11の間に位置
する空間12の(0,0,0)モードの応答を反映す
る。エラー信号eにおいて、対称的なセンサー配列に鑑
みて実際には1または奇数のmを有する奇数のモード
(1,m,n)による寄与、または最低の固有振動数モ
ード(2,0,0)を有する偶数モードによる寄与は実
際にない。(0,0,0)モードは別にして、信号eに
影響するとともに最低固有振動数を有するモードは、L
x ≧2Ly であるならば(4,0,0)モードであり、
x ≦2Ly であるならば(0,2,0)モードであ
る。しかしながら、このモードでの固有振動数は共振振
動数fmrm から比較的離れており、したがって音響伝播
におけるこのモードおよび高次モードでの影響は顕著で
ない。
【0025】位相制御されるアクチュエータはそれらの
配置によって、奇数モードおよび(2,0,0)モード
および(0,2,0)モードを実際に殆ど励起しない。
したがって、アクチュエータ14の励起は、他の低い固
有振動数モードの振幅を増大させずに(0,0,0)モ
ードによる伝播を主として補償するように作用する。
【0026】図3は、上述で説明したパラメータの例に
おいて、図1に示した装置(フィルタ21はない)で与
えられる音響減衰のシミュレーションの結果を示してい
る。破線曲線は、(0,0,0)モードのアクティブ制
御が行われる場合の減衰されるべきノイズの振動数fの
関数としての減衰係数Rの値に対応しており、また実線
寄与はアクティブ制御のない状態での同じ値に対応して
いる。本発明によるアクティブ制御は、共振振動数f
mrm に近い低振動数の範囲での減衰係数を実質的に増大
させる。
【0027】共振振動数fmrm から離れた振動数に関し
ては、減衰係数の向上が常に得られるわけでなく、ある
場合には僅かながらの悪化が生じる場合がある。これ
が、何故に帯域フィルタ21が制御ユニット18に備え
られているのかということの理由である。有限インパル
スレスポンス(FIR)のフィルタリング処理の前に基
準信号が付与されるフィルタ21は、(0,0,0)モ
ードの制御が減衰効率に好ましい効果を有するこれらの
振動数、すなわち、fmrm /2および最小(2f mrm
200 )の間の振動数を常に通過させるようになすので
あり、f200 は偶数モードの低固有振動数を示してお
り、すなわち2つのプレート10,11の間に位置する
媒体中の音速をc0 で示すとしてf200 =c0 /最大
(Lx ,Ly )である。
【0028】図1および図2を参照して上述した例の各
種の変更形態が本発明の範囲から逸脱せずに予想できる
ことは理解されよう。
【0029】したがって、(0,0,0)モードの等し
く良好な選択的な制御を得る一方、センサーとアクチュ
エータとの相対的な位置を逆にする(図2)ことは可能
である。また、プレート内部をガラスウールのような遮
音材料で内バリすることも可能である。上述した適応フ
ィルタリング以外の制御モードを更に使用することがで
きる。
【0030】特に有利な実施例では、プレート10,1
1の間に位置する空間12が空気よりも軽いガスで充満
される。これはプレート間に位置する媒体中の音速を高
め、このことは低振動数での固有モードの密度を低下さ
せる(数4)一方、共振振動数fmrm は低く変化され
る。音響伝播に対する無(0,0,0)モードの相対的
な関与はしたがって増大し、このモードのアクティブ制
御の効率は向上される。この効果は選択スリーブ質量が
低下されるにつれて顕著となる。したがってヘリウムは
このガスの好ましい例である。この効果はまた、図2に
示される以外のセンサーおよびアクチュエータの配置に
関しても生じる。したがって、例として上述で説明した
2重壁で、4つのセンサーおよび中央のアクチュエータ
を有する配置の場合に、出願人はデシベルdB(A)で
平均減衰係数Rm を経験的に測定し、空間12が空気ま
たはヘリウムで充満されているときのそれらの値を表2
に示している。これらの測定は減衰すべき2種類のノイ
ズ、すなわちピンクノイズおよび走行ノイズで行われて
いる。ヘリウムにより与えられた減衰性の向上は無
(0,0,0)モードのアクティブ制御が使用されると
きに著しく大きくなることが観測されている。
【表2】
【0031】出願人は(0,0,0)モード制御で良好
な遮音を生じるプレートパラメータを決定するために、
同様な数多くのシミュレーションをおこなった。図4に
は、最高の減衰特性を与えるパラメータの範囲がハッチ
ングで示されている。この範囲は、共振振動数fmrm
近での音響伝播が本質的に(0,0,0)モード制御で
調整されるプレート部材に対応している。これは次式に
対応する。すなわち、
【数5】fc /(Lx y )2 >800 および f
mrm <f200 または
【数6】fc /(Lx y 2 >300 および f
mrm <f200 /2 ここで、fc はHzで表され、一つのプレートの臨界振
動数を示し、プレート10,11が異なる部材であると
きは両方のプレートの臨界振動数のうちの大きい方の臨
界振動数を示し(均質な平板プレートの場合は臨界振動
数は
【数7】 m=プレートの単位面積当たりの質量、D=Eh3 /1
2(1−ν2 )=プレートの曲げ剛性、E=ヤング率、
ν=ポアソン係数、h=プレートの厚さ)、Lx および
y はメートル(m)で表され、角形の内部空間(1
2)の側壁の長さであり、fmrm は数1で与えられた質
量−ばね−質量系の共振振動数であり、およびf200
0 /最大(Lx ,Ly )は低固有振動数を有する空間
の偶数モードの固有振動数である。
【0032】プレートの各種部材のシミュレーションに
よつて得られた減衰曲線(振動数の関数としての減衰係
数R)の例は図5(A)〜図5(F)に示されており、
これらは図4の線図上の点A〜Fにそれぞれ対応してい
る。実線曲線はアクティブ制御のない状態での減衰係数
を示し、破線曲線は(0,0,0)モードの関与を減じ
ることでシミュレーションされた減衰係数を示してい
る。プレートの配置は以下の表3に与えられる。
【0033】図5(A)〜図5(F)において、数5ま
たは数6が満足される場合(C,EおよびF)は共振振
動数fmrm 付近での減衰の大幅な向上がもたらされる。
ほぼ満足できる(0,0,0)モードを与えるセンサー
およびアクチュエータの配置を使用したアクティブ制御
は、プレートの材料および寸法が数5または数6にした
がうときにかなりの減衰の向上をもたらす。
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】図2に示す線Iに沿う断面図で本発明による音
響減衰装置を示す概略図。
【図2】図1の装置のセンサーおよびアクチュエータの
位置を示す概略図。
【図3】図1および図2に示されるような装置が与える
ことのできる音響減衰を示すグラフ。
【図4】本発明による装置の好ましいパラメータ範囲を
示すグラフ。
【図5】図5(A)〜図5(F)はプレート部材の各種
の例で得ることのできる音響減衰を示すグラフ。
【符号の説明】 10,11 プレート 12 内部空間 13 センサー 14 アクチュエータ 18 制御ユニット 21 帯域フィルタ 22 加算機 23 信号処理装置 24 マイクロホン

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角形の内部空間(12)を画成する2つ
    の実質的に平行なプレート(10,11)と、この2つ
    のプレート間に配置されたノイズ検出手段(13)と、
    この2つのプレート間に配置された逆ノイズ発生手段
    (14)と、ノイズ検出手段で供給される量(e)を最
    小限にするように逆ノイズ発生手段を制御する制御手段
    とを含んでなる音響減衰装置であって、逆ノイズ発生装
    置が4つのアクチュエータ(14)を含み、これらのア
    クチュエータのプレート(10,11)に平行なそれぞ
    れの位置が角形の前記内部空間(12)の側壁のほぼ中
    央に一致すること、ノイズ検出手段が4つのセンサー
    (13)を含み、これらのセンサーのプレート(10,
    11)に平行なそれぞれの位置が角形の前記内部空間
    (12)の長辺側壁に配置された4つの位置にほぼ一致
    し、それぞれの位置は前記角形のコーナーに対して長辺
    側壁の長さの4分の1の距離を有していること、4つの
    アクチュエータ(14)が位相を制御されること、およ
    び最小限にされるべき量が4つのセンサー(13)の出
    力信号の合計で表されることを特徴とする音響減衰装
    置。
  2. 【請求項2】 角形の内部空間(12)を画成する2つ
    の実質的に平行なプレート(10,11)と、この2つ
    のプレート間に配置されたノイズ検出手段(13)と、
    この2つのプレート間に配置された逆ノイズ発生手段
    (14)と、ノイズ検出手段で供給される量(e)を最
    小限にするように逆ノイズ発生手段を制御する制御手段
    とを含んでなる音響減衰装置であって、ノイズ検出手段
    が4つのセンサーを含み、これらのセンサーのプレート
    (10,11)に平行なそれぞれの位置が角形の前記内
    部空間(12)の側壁のほぼ中央に一致すること、逆ノ
    イズ発生装置が4つのアクチュエータを含み、これらの
    センサーのプレート(10,11)に平行なそれぞれの
    位置が角形の前記内部空間(12)の長辺側壁に配置さ
    れた4つの位置にほぼ一致し、それぞれの位置は前記角
    形のコーナーに対して長辺側壁の長さの4分の1の距離
    を有していること、4つのアクチュエータ(14)が位
    相を制御されること、および最小限にされるべき量が4
    つのセンサー(13)の出力信号の合計で表されること
    を特徴とする音響減衰装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の音響減
    衰装置であって、プレート(10,11)の材料および
    寸法が以下の関係式、すなわち fc /(Lx y 2 >800 および fmrm <f
    200 または以下の関係式、すなわち fc /(Lx y 2 >300 および fmrm <f
    200 /2 を満たすように選択されたことを特徴とし、これらの式
    においてfc はHzで表され、一方のプレートの臨界振
    動数、またはプレート(10,11)が異なる部材であ
    るときは両方の臨界振動数のうちの大きい方の臨界振動
    数を示し、 Lx およびLy はメートル(m)で表され、2つのプレ
    ート間に位置する角形の内部空間(12)の側壁の長さ
    であり、 fmrm は2つのプレート(10,11)およびそれらの
    間に配置された媒体で構成される質量−ばね−質量系の
    共振振動数であり、 f200 は2つのプレート(10,11)の間に配置する
    媒体中の音速をc0 で表すと式f200 =c0 /最大(L
    x ,Ly )で与えられる固有振動数である、音響減衰装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1から請求項3までのいずれか1
    項に記載の音響減衰装置であって、基準信号を供給する
    センサー(24)と、基準信号が与えられる帯域フィル
    タ(21)とを含み、アクチュエータを制御するために
    帯域フィルタ(21)の出力は有限インパルスレスポン
    ス(FIR)による適応フィルタリングを受け、帯域フ
    ィルタ(21)はfmrm /2と最小(2fmrm
    200 )との間の振動数を通過させるようにすることを
    特徴とし、ここでfmrm は2つのプレート(10,1
    1)とそれらの間に配置された媒体とで構成される質量
    −ばね−質量系の共振振動数であり、 f200 は、2つのプレートの間に位置する媒体中の音速
    をc0 で表し、また2つのプレート(10,11)の間
    に位置する角形の内部空間(12)の側壁の長をLx
    よびLy で表すと式f200 =c0 /最大(Lx ,Ly
    で与えられる固有振動数である、 音響減衰装置。
  5. 【請求項5】 請求項1から請求項4までのいずれか1
    項に記載の音響減衰装置であって、空気よりも軽いガス
    が2つのプレート(10,11)の間に位置する内部空
    間(12)内を充満していることを特徴とする音響減衰
    装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の音響減衰装置であっ
    て、空気よりも軽い前記ガスがヘリウムであることを特
    徴とする音響減衰装置。
JP7287456A 1994-11-03 1995-11-06 音響減衰装置 Pending JPH0922292A (ja)

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