JPH1063271A - 能動吸音壁 - Google Patents
能動吸音壁Info
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- JPH1063271A JPH1063271A JP8215685A JP21568596A JPH1063271A JP H1063271 A JPH1063271 A JP H1063271A JP 8215685 A JP8215685 A JP 8215685A JP 21568596 A JP21568596 A JP 21568596A JP H1063271 A JPH1063271 A JP H1063271A
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- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods 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
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
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- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
Abstract
に音圧検出器を設け、その検出信号で各セル内の振動板
を振動させて表面の多孔質材で広い周波数帯で高い吸音
率を得る。 【解決手段】 表面の多孔質材又は多孔板1、背後に固
定された背後材4との間を仕切板3で複数に区分し、空
気層又は多孔質吸音材からなるセル10を構成する。各
セル10内には振動板6を配設し、振動板駆動装置5で
駆動し、振動させる。セル10内の多孔質材1に近接し
て音圧検出器7を設け、その検出信号を信号処理装置8
に入力し、同処理装置8は音圧検出器の出力が最小とな
るような信号を駆動装置5へ出力し、各振動板6を振動
させる。多孔質材1表面での音圧はあらゆる周波数で最
小となり、その表面の粒子速度は大となるので、粒子は
熱エネルギーとなり、高い吸音率が得られる。
Description
ジン、ファン又はコンプレッサの消音に適用される吸音
ナセルや吸音ケーシング、あるいは一般の消音器や部屋
の吸音壁として適用することのできる能動吸音壁に関す
る。
を示す図である。図20において、41は表面の多孔質
材、42は空気層、43は仕切板、44は固定部の背後
壁である。このように吸音壁は表面に多孔質材41を有
し、内部を複数の仕切板43で仕切り、空気層42を設
け、背後壁44に固定して構成している。
がない例であり、図22は表面の多孔質材41の代りに
複数の孔52aを有する多孔板52を用いた例、図23
は空気層42の代りに吸音材45が充填された例であ
る。
は、吸音壁の厚みHと表面の多孔質材の流れ抵抗を選定
することにより、特定の周波数範囲で最適な表面インピ
ーダンスになり、高い吸音率が得られるようにチューニ
ングされている。しかし、一般に低周波数領域の吸音率
を高くすることは難しく、特定の周波数で最適化する
と、必ず他の周波数は最適値にならず、たとえば、10
0Hzに対して完全吸音を実現するためには約850mm
の厚さが必要になり、厚さが極端に厚くなり、現実的で
ない。
吸音する能動吸音壁にすることにより、薄い吸音壁で低
周波から高周波まで広い周波数領域で最適インピーダン
スが実現でき、高い吸音率が得られる吸音壁を実現する
ことを目的としている。
うな手段を提供する。
多孔部材、多孔質材またはそれら両方を配してなる多孔
板と;その背後に設置した背後壁と;前記多孔板と背後
壁との間を複数区間に区分する仕切り板と;前記複数区
間にそれぞれ設置した振動板と;同振動板を振動させる
駆動装置と;前記多孔板の内部若しくは表面、前記振動
板の内部または前記仕切り板で区分した複数区間内にお
ける所望の位置に設けられた音圧検出器と;同音圧検出
器の出力を基に所望位置の吸音を行うよう振動板の振動
を制御する信号処理装置とを具備してなることを特徴と
する能動吸音壁。
間内には吸音材が充填されていることを特徴とする能動
吸音壁。
前記仕切り板を取り外し、複数区間が連通していること
を特徴とする能動吸音壁。
において、前記振動板と前記背後壁が一体に形成されて
いることを特徴とする能動吸音壁。
において、前記多孔板を取り外し、表面が開放している
ことを特徴とする能動吸音壁。
において、前記信号処理装置は振動板の振動を制御する
に際し、音圧検出器の出力を基にして求めた多孔板の表
面インピーダンスを所定値に近づくように制御すること
を特徴とする能動吸音壁。
において、前記信号処理装置は振動板の振動を制御する
に際し、音圧検出器の出力を最小とするように制御する
ことを特徴とする能動吸音壁。
において、前記信号処理装置は振動板の振動を制御する
に際し、同振動板の振動による発生音圧を介して前記音
圧検出器の出力に至る一巡伝達関数の特性を−1に近づ
くように制御することを特徴とする能動吸音壁。
において、前記音圧検出器は入射音波と反射音波をそれ
ぞれ分離計測する2種類の検出器からなり、前記信号処
理装置にて振動板の振動を制御するに際し、前記2種類
の音圧検出器からの信号を基にして求めた音波の反射係
数を所定値に近づくように制御することを特徴とする能
動吸音壁。
作用を図12乃至図14に基づいて詳しく説明する。背
後壁4が剛な図12に示す吸音壁では、吸音壁の厚みH
が1/4波長の奇数倍になる周波数において、表面の多
孔質材1付近の音圧モードM 1 が最小、粒子速度モード
M2 が最大となり、表面の多孔質材1の流れ抵抗を適切
に設定すれば、粒子運動がその抵抗により、その表面で
熱エネルギーに変換され、高い吸音率が得られることに
なる。
低周波数領域や、粒子速度モードM 2 が節になるHが1
/4波長の偶数倍になる周波数において、吸音率が大き
く低下する。図13はこの状態を示した図で、Hを1/
4波長とした場合の周波数が2f0 ,4f0 ,8f0 〜
で吸音率が低下する状態を示している。
振動板を入射してくる音波に合せて振動させ、あらゆる
周波数の音波に対して表面の多孔質材付近の音圧が常に
「0」になるように制御すると、その付近の粒子速度が
最大になり、すべての周波数で高い吸音率が得られるこ
とになる。
ち、図14において、x点での入射音圧をPi 、その粒
子速度をUi 、反射音圧をPr 、その粒子速度をUr 、
振動板4から放射される制御音圧をPc 、その粒子速度
をUc 、気体密度をρ、音速をC、kを定数とすると、
それぞれ次の(1)式のように表すことができる。
の(2)式のようになる。
(3)式で与えられる。
孔質材の流れ抵抗である。又吸収率αは次の(4)式の
ようになる。
れば、(2)式においてP=0となり、Rf ≒ρCとな
るように表面の多孔質材の流れ抵抗を定めれば、(3)
式において、P=0であるからζ≒1となり、又、
(4)式において、ζ≒1を代入すると、α≒1とな
り、吸収率がほぼ1となる。
0.17<ζ<6となり、流れ抵抗R f は、0.17ρ
C<Rf <6ρCとなれば良い。
(5)式のように制御する具体的な方法としては既存の
能動制御技術を使って、フィードフォワード制御、フィ
ードバック制御等で実施すれば良い。
ような制御を行うため、表面の多孔板、背後にある背後
壁を仕切板で複数に区分し、それら区間に振動板を、多
孔板の近辺に音圧検出器をそれぞれ設置し、音圧検出器
で検出した出力を信号処理装置へ入力し、(7)で特定
したように音圧検出器の出力が最小となるように信号処
理装置で信号処理して駆動装置で振動板を振動させ、前
述のようにx=−Hで、P=0となるように制御するも
のである。又、多孔板は複数の孔を有する多孔部材又は
多孔質材を単独で、あるいはそれらの両方を設置するよ
うにし、種々の仕様の吸音壁に対応できるものである。
作用について詳しく説明する。図15に示すように振動
板6のすぐ前の音圧検出器7で検出される音圧をPとす
るとPは次の(6)式で表わされる。
剛壁の場合に得られる反射音圧、P c は振動板の振動に
よる放射音圧である。ここで、音圧検出器7から信号処
理装置8、駆動装置5、振動板6、音波を介して音圧検
出器7に至る一循伝達関数をGとすると、(6)式は次
のようになり、(7)式となる。
て波長に比べて十分近接して設置されると、Pr ≒Pi
となる。つまり、(7)式は(8)式のようになる。
(9)式となる。
が得られる。
れる。
関係は図16のようになる。つまり、G=−1(利得
1、位相反転)でα=1となって完全吸音が実現でき、
逆位相で利得が1を越えた側で比較的高い吸音率が得ら
れる。つまり、上記のように一循伝達関数を調節するこ
とにより、剛壁反射音圧Pr が制御音圧Pc でキャンセ
ルされ、反射が無くなり、完全吸音が実現されることに
なる。
ように伝達関数Gの制御を行うために、表面の多孔板、
背後にある背後板を仕切板で複数に区分し、それらの区
間に振動板を、振動板の直前に音圧検出器をそれぞれ設
置し、その音圧検出器からの出力を信号処理装置に入力
し、信号処理して駆動装置で振動板を振動させ、音圧検
出器出力から信号処理装置、振動板、さらに発生音波を
介して音圧検出器出力に至る一循伝達関数の特性が−1
(利得1、位相反転)にできる限り近づくよう制御す
る。
(4)においては振動板と背後壁が一体的に組込むよう
にし、又(5)においては、多孔板をなくし、表面を開
放させ、更に、多孔板は複数の孔を有する多孔部材又は
多孔質材を単独で、あるいはそれらの両方を設置するよ
うにし、種々の仕様の吸音壁に対応できるものである。
の中に振動板を設置し、その振動板を入射してくる音波
に対して表面インピーダンスが最適になるように振動さ
せるもので、表面の多孔質材は表面インピーダンスに抵
抗を与える作用があり、流れ抵抗を適切に選定すること
で、表面インピーダンスの最適化が容易になる。又、
(9)のように、壁に直角方向に2つの音圧検出器を設
置すれば、その出力から入射波と反射波を分離計測する
ことは可能であり、そこから反射係数を演算することが
可能である。よって、その反射係数が最適値になるよう
に振動板を制御することが可能である。
た場合も類似の作用効果がある。なお、この場合は、斜
めに入射してくる音波は減衰が大きく、必ずしも仕切板
は必要でない。又、(3)のように表面の多孔板を取外
し、表面を開放しても類似の作用、効果が期待できる。
なら、音波は完全に反射する。しかし、(4)のように
入射する音波の波動に対応させて適切に壁を振動させる
ことによっても、その反射係数を任意に調節できる。
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の第1形態に係る能動吸音壁の構成図である。図1に
おいて、表面には多孔質材1があり、この多孔質材1は
多孔質材や多孔板、又はその両方で構成されてもよい。
4は背後壁であり、3は複数の仕切板で、多孔質材1と
背後壁4との間を垂直又は斜め方向に仕切り、空気層2
を形成し、多孔質材1、背後壁4、仕切板3とでセル1
0を形成している。なお、このセル10内の空気層2は
グラスウールのような多孔質吸音材を充填しても良い。
には振動板6が設置され、振動板駆動装置5で駆動され
る。表面の多孔質材1の近傍(内側、外側、多孔質材1
内いずれでも良い)には音圧検出器7が設置され、信号
処理装置8に検出信号を入力し、信号処理装置8はその
信号を処理して振動板駆動装置5を駆動するようになっ
ている。
て、セル10内で検出された音圧信号は信号処理装置8
に入力し、その信号は信号処理されて振動板駆動装置5
で振動板6を振動させ、その振動により放射された音圧
によって音圧検出装置の出力が限りなく「0」に近づく
ように制御される。
C(ρ:密度、C:音速)に近い方が良い。又、この多
孔質材1は多孔質吸音材、等を設置してある程度厚みを
もたせても良い。又、ここで振動板6、振動駆動装置5
は普通のボイスコイルタイプのスピーカでも、圧電素子
や圧電フィルムのようなものでも良い。
ドバック制御となるが、アナログ式でもディジタル式で
もよい。このフィードバック制御に関しては、音圧検出
器7から信号処理装置8、振動板駆動装置5を経て振動
板6の振動によって音響放射された音圧が音圧検出器7
で検出される系の一循伝達関数Gが正帰還となって発振
する領域にならないように、できるだけ利得を大きくと
るように処理する。又、この制御は音圧検出信号を誤差
信号とおいた種々のアクティブノイズコントロールの信
号処理手法を適用することも可能である。
吸音壁の構成図である。この実施の第2形態では図1に
示す実施の第1形態に参照信号検出器11が付加された
構成である。この場合はあらかじめ、吸音壁に入射して
くる音の音源12が明確であったり、入射してくる音波
を上流側で検出することが可能な場合であり、その信号
を検出するために参照信号検出器11を設け、音源12
の検出信号を信号処理装置8に入力し、この信号を参照
し、前述の第1形態と同様の制御を行うので、精度の良
い吸音が可能となる。
器7の検出信号を誤差信号としたフィードフォワード制
御が行われ、Filtered−X−LMSなど種々のアクティ
ブノイズコントロールの信号処理手法を適用することが
可能である。
吸音装置の構成図である。この第3形態は図1に示す第
1形態の構成と、音圧検出器7の位置を除いては同じで
ある。音圧検出器7は図示のように振動板6の直前に近
接して配置される。
は、前述のように振動板6の直前に音圧検出器7が設置
され、検出された音圧信号は信号処理装置8に送られ
る。信号処理装置8では、音圧検出器7から信号処理装
置8を経て振動板駆動装置5から振動板6の振動によっ
て音響放射された音圧が音圧検出器7で検出されるまで
の一循伝達関数Gが−1(利得1、位相反転)にできる
限り近づくように調節する。
ても良いし、その場合、仕切板3がなくても良い。ただ
し、表面の多孔質材及び吸音材の流れ抵抗はできるだけ
小さくするのが良い。又、振動板6、振動駆動装置5は
普通のボイスコイルタイプのスピーカでも圧電素子や圧
電フィルムのようなものでも良い。音圧検出器7は図3
のように別途設置しても良いし、振動板6と一体化して
組み込んでも良い。又、信号処理装置8の回路はディジ
タル式でもアナログ式でも良い。
吸音装置の構成図である。この第3形態においては、図
3に示す第3形態の吸音壁から表面の多孔質材1、仕切
板3を取除いたものである。又、この例において仕切板
3のみを設置しても良いものである。このような実施の
第4形態においても、前述の実施の第3形態と同様な作
用となるので説明は省略する。
吸音壁の構成図である。図5において、表面には多孔質
材1が設置され、4は背後壁であり、3は複数の仕切板
で、多孔質材1と背後壁4との間を垂直又は斜め方向に
仕切り、空気層2を形成し、多孔質材1、背後壁4、仕
切板3とでセル10を形成している。
れ振動板6が設置され、それら空気層2内には2個の音
圧検出器17−1、17−2が背後壁4に垂直な方向に
設置されており、その出力はコントローラ13に入力さ
れている。
7−1、17−2の出力から音波の反射係数又は表面イ
ンピーダンスが演算され、その演算値をあらかじめ設定
した最適値と比較し、その値が最適値に近ずくように振
動板6を振動させる制御信号を出力する。
検出器17−1、17−2から得られる反射係数が最適
値になるようにフィードバック制御されるが、音源があ
らかじめ明確な場合には、音源の波形を検出し、それを
参照信号としてフィードバック制御することができる。
実施の第6形態に係る能動吸音壁の構成図である。図6
において、装置の構成は図5に示す実施の第5形態と同
じであるが、異る部分は、音源12を参照信号検出器1
1で検出し、参照信号9をコントローラ13へ入力する
系が付加されている。
かじめわかっている音源12の波形を参照信号検出器1
1で検出し、参照信号9をコントローラ13にフィード
バックして、この参照信号9を参照して実施の第5形態
と同じように制御するので精度の良い吸音が可能とな
る。
吸音壁の構成図である。上記の実施の第5、第6形態に
おいては、振動板6は仕切板3で囲まれたセル10内ご
とにそれぞれ制御されているが、音波の入射方向が明確
な場合には、それぞれのセルの制御は代表的セルの信号
で行うことができる。図7は代表的なセル101にのみ
音圧検出器17−1、17−2を配置し、コントローラ
13にそれらの信号を入力し、遅延回路14をそれぞれ
介して適切に遅延させて各セル内の振動板6を振動させ
るように制御している。
吸音壁の構成図である。図8において、図5の形態と異
る部分はセル10内に設置した振動板6を振動さす代り
に、背後壁16を直接振動させるように構成したもので
ある。その他の構成は図5と同じであり、第5形態と同
様に制御される。
吸音壁の構成図である。図9において、この形態は表面
の多孔質材1がない場合であり、仕切板3で区分した空
気層2内の吸音を図5の場合と同様に行うものである。
能動吸音壁の構成図である。図10においては、図5の
第5形態における表面の多孔質材1を多孔板18とした
ものであり、その他は図5と同じ構成である。
能動吸音壁の構成図で、この形態においては、図7に示
す実施の第7形態における空気層2に吸音材19を充填
し、仕切板3の無い場合であり、その他は、図7と同じ
構成である。
吸音壁における効果を示す図で、(a)は吸音壁の構成
図、(b)は(a)の構成の吸音壁での各周波数帯にお
ける吸音率を示す。(a)に示すように多孔質材21を
介してスピーカ25を設け、多孔質材21の近辺に誤差
マイクロホン27を配置し、制御装置28に誤差マイク
ロホン27及び参照信号検出用マイクロホン31からの
検出信号を入力してスピーカ25の振動音を制御する構
成として、(b)に示すような8〜1.5kHzの周波
数帯での吸音率を調べたものである。
(a)に示すような制御を適用した場合Aと制御を適用
しない場合Bとでは吸音率がAの方が周波数帯全般にわ
たって良好であることがわかる。
係る吸音壁における効果を示す図で、(a)は吸音壁の
構成図、(b)は(a)の構成の吸音壁での各周波数帯
における吸音率を示す。(a)に示すように、背後板4
を100mmピッチで仕切板3で仕切り、100mm角のセ
ルを形成し、上部に吸音材15を配置し、振動板6の近
くに近接して音圧検出器7を配置し、その検出信号を信
号処理装置8に入力して振動板6を制御する構成とし
て、(b)に示すような0〜1.2kHzの周波数帯で
の吸音率を調べたものである。
しで制御を行った場合、Dは吸音材15を配置し、制御
を行わない場合、Eは吸音材15なしで制御も行わない
場合のデータである。この図18の結果から、このよう
な第3、第4形態のような吸音壁により吸音率が大幅に
向上することがわかる。
1形態に係る能動吸音壁の効果を示す図で、周波数と吸
音率との関係を示し、符号Gで示すように、100mm×
100mmのセル表面に多孔質材を配置した従来の吸音壁
の特性をJで示し、符号Fで示すように、100mm×1
00mmのセルとコントローラ、振動板、2個の音圧検出
器とで構成した本発明の能動吸音壁の特性をHで示して
いる。特性JとHとを比較すると本発明の能動吸音壁F
の特性Hが低周波から高周波まで広い周波数範囲にわた
り、薄い吸音壁で吸音率を高くすることが可能である。
は、表面の多孔板、背後に設置した背後板、これらの間
を複数区間に区分する仕切板、各区間に設けられた振動
板、振動板の駆動装置、音圧検出器及び音圧検出器から
の検出信号により信号処理し、駆動装置を駆動して振動
板を振動させる信号を出力する信号処理装置を設けた能
動吸音壁を基本的な特徴としているので、低周波から高
周波まで広い周波数範囲で高い吸音率が得られる。
成図である。
成図である。
成図である。
成図である。
成図である。
成図である。
成図である。
成図である。
成図である。
の構成図である。
の構成図である。
音壁の音圧モード、粒子速度モードの説明図である。
音壁の周波数と吸音率の関係を示す図である。
音壁における音圧の入射、反射、放射の説明図である。
音壁の作用の説明図である。
数と吸音率、反射率との関係を示す図である。
示す図で、(a)は吸音壁の構成図、(b)は周波数と
吸音率の関係を示す図である。
示す図で、(a)は吸音壁の構成図、(b)は周波数と
吸音率の関係を示す図である。
果を示す図である。
図である。
る。
である。
である。
Claims (9)
- 【請求項1】 表面に設置し、複数の孔を有する多孔部
材、多孔質材またはそれら両方を配してなる多孔板と;
その背後に設置した背後壁と;前記多孔板と背後壁との
間を複数区間に区分する仕切り板と;前記複数区間にそ
れぞれ設置した振動板と;同振動板を振動させる駆動装
置と;前記多孔板の内部若しくは表面、前記振動板の内
部または前記仕切り板で区分した複数区間内における所
望の位置に設けられた音圧検出器と;同音圧検出器の出
力を基に所望位置の吸音を行うよう振動板の振動を制御
する信号処理装置とを具備してなることを特徴とする能
動吸音壁。 - 【請求項2】 前記複数区間内には吸音材が充填されて
いることを特徴とする請求項1記載の能動吸音壁。 - 【請求項3】 前記仕切り板を取り外し、複数区間が連
通していることを特徴とする請求項1または2記載の能
動吸音壁。 - 【請求項4】 前記振動板と前記背後壁が一体に形成さ
れていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1
つに記載の能動吸音壁。 - 【請求項5】 前記多孔板を取り外し、表面が開放して
いることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに
記載の能動吸音壁。 - 【請求項6】 前記信号処理装置は振動板の振動を制御
するに際し、音圧検出器の出力を基にして求めた多孔板
の表面インピーダンスを所定値に近づくように制御する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載
の能動吸音壁。 - 【請求項7】 前記信号処理装置は振動板の振動を制御
するに際し、音圧検出器の出力を最小とするように制御
することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに
記載の能動吸音壁。 - 【請求項8】 前記信号処理装置は振動板の振動を制御
するに際し、同振動板の振動による発生音圧を介して前
記音圧検出器の出力に至る一巡伝達関数の特性を−1に
近づくように制御することを特徴とする請求項1乃至5
のいずれか1つに記載の能動吸音壁。 - 【請求項9】 前記音圧検出器は入射音波と反射音波を
それぞれ分離計測する2種類の検出器からなり、前記信
号処理装置にて振動板の振動を制御するに際し、前記2
種類の音圧検出器からの信号を基にして求めた音波の反
射係数を所定値に近づくように制御することを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれか1つに記載の能動吸音壁。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21568596A JP3510427B2 (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 能動吸音壁 |
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EP96119227A EP0824255B1 (en) | 1996-08-15 | 1996-11-29 | Active acoustic wall |
US08/769,381 US6041125A (en) | 1996-08-15 | 1996-12-19 | Active acoustic wall |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21568596A JP3510427B2 (ja) | 1996-08-15 | 1996-08-15 | 能動吸音壁 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH1063271A true JPH1063271A (ja) | 1998-03-06 |
JP3510427B2 JP3510427B2 (ja) | 2004-03-29 |
Family
ID=16676469
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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