JPH01159406A

JPH01159406A - プロペラ音の能動消音方法及び装置

Info

Publication number: JPH01159406A
Application number: JP62315100A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Mihashi; 三橋　邦宏
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はプロペラ音の能動消音方法及び装置、更に詳し
くはプロペラ飛行機、ホーバークラフト、送風機、或い
は風車などのプロペラから出るプロペラ音を能動的に消
音する方法及び装置に関するものである。

〔従来技術〕

一般に、プロペラ飛行機やホーバークラフト等において
は騒音が激しいため、この騒音を低減させる必要がある
。

例えば、プロペラ飛行機を例に取ると、その音源は■プ
ロペラ音と■エンジン音に大別され、この騒音低減の方
法として、前者は翼数を増やしたり、翼の断面や先端形
状を変えたり、或いは翼を吸音材で作る等の提案がなさ
れ、また、後者においては排気消音器を取りつけるなど
の方法が知られている。

しかしながら、かかる騒音低減対策は何れもプロペラの
形状、構造を変更させるものであり、充分な騒音低減を
計ることができないという問題があった。

〔発明の目的〕

そこで、本発明者は、前記したような従来の問題点を解
消するため鋭意検討の結果、■　プロペラ音はプロペラ
回転音と渦音及び曲げ振動音とに区分され、その内、特
にプロペラ回転音が大きいこと、 ■　このプロペラ回転音はプロペラ１回転を周期とする
プロペラ回転音が支配的であること、■　消音の手段の
一つとして逆位相の周波数を有するキャンセル音を音域
に与える方法があること、に着目し、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は、プロペラ音のうち最も音の大きいプロ
ペラ回転音をプロペラの形状、構造を変更させることな
く大幅に低下させることを目的とするものである。

〔発明の構成〕

本発明は上記目的を達成するため、プロペラの近傍に複
数の発音体を円環状に設け、前記発音体からプロペラ音
をキャンセルするように発音することによってプロペラ
音を能動的に消音するものである。

プロペラの音は、発音源がプロペラと共に回転しており
、能動消音のための回転音もプロペラとともに回転させ
る。このため、プロペラの近傍に発音体を円環状に複数
個取付け、また、プロペラの回転角度位置に対応する信
号を検出するプロペラ回転検出器の信号を用いて消音の
ための信号を各発音体よりずらせて発音させ、プロペラ
回転と同じ速さと方向にキャンセル音を回転させるよう
に構成する。具体的には、プロペラのダクト又はボス内
に、複数の発音体を等間隔に少なくとも１つの円環上に
位置するように設置する。プロペラ回転検出器としては
、プロペラ回転軸に取り付けたロータリーエンコーダー
の回転パルスを用いることができる。各スピーカーへの
消音信号出力器は、プロペラ１回転分のキャンセル信号
の記憶部と、これを各発音体に対して、その取付角度だ
けずらせて角度位置信号に同期して出力する部分で構成
する。

これは１回転分のキャンセル信号をデジタルメモリで記
憶し、ロータリーエンコーダーの回転パルスによりＤ／
Ａ変換するメモリと、Ｄ／Ａ変換部を各発音体毎に準備
することによって実現することができる。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第５図に基づき本発明によるプロペラ
音の能動消音方法及び装置の実施例を説明する。

第１図は本発明に係るプロペラ音の能動消音方法を実施
するための装置の系統図であり、駆動軸１によって駆動
される被駆動軸２の先端にプロペラ３が取付られている
。そして、駆動軸１に取付られた傘歯車４ａと被駆動軸
２に取付られた傘歯車４ｂによって動力伝達手段４が構
成されている。

一方、プロペラ３の外側に円環状のダクト５が設置され
ており、このダクト５は支持部６を介してプロペラ飛行
機やホーバークラフト等の機体７に固定されている。

また、ダクト５は円環状の外壁８と円環状の内壁９から
できており、これら外壁８と内壁９の間に、第２図に示
すように、多数のスピーカー１０．．１０□、・・・１
０ｎが等間隔に配置されている。また、各スピーカー１
０１，１０２　。

・・・１０ｎに対応するように前記内壁９には多数の孔
１２が設けられている。

被駆動軸２に取付けられたプロペラ回転検出器１３の信
号は、第３図に示すように、プロペラ３が１回転する毎
にパルスを発生する第１の信号ｐ、と、この第１の信号
ｐ１を基準とし、かつ、プロペラ３の回転角に応じて多
数のパルスを発生する第２の信号ｐ２よりなり、この第
１の信号ｐ１はラインＬ１を経てＡ／Ｄ変換器１４へ導
かれると共に、ラインＬ３経て消音信号出力器１５に導
かれる。また、第２の信号ｐ２はラインＬ２を経てＡ／
Ｄ変換器１４へ導かれるとともにラインＬ４を経て消音
信号出力器１５に導かれるようになっている。

１６はプロペラ音を検出するマイクロホンであって、こ
のマイクロホン１６の検出信号Ｐ、（ｔｌはラインＬ、
を経てＡ／Ｄ変換器１４へ導かれる。そして、このＡ／
Ｄ変換器１４へ導かれた検出信号Ｐ１（ｔｌは、ここで
Ａ／Ｄ変換されたあと、制御信号作成器１７に導かれ、
ここで制御信号Ｓ　（ｔｉ）が作成される。この制御信
号Ｓ　（ｔｉ）は消音信号出力器１５においてＤ／Ａ変
換されたあとスピーカー１０１．　１０ｚ　、・・・１
０ｎに導かれ、このスピーカー１０ｔ、Ｌｏｇ。

・・・１０ｎからキャンセル音が発せられる。

第４図及び第５図に基づいて消音信号の出力方法と消音
信号の作成方法について詳述する。

消音信号出力器１５は、各スピーカー１０１゜１０２、
・・・１０ｎに対するそれぞれのメモリ１９１．１９２
．　・　１９ｎ、及びＤ／Ａ変換部１５、．１５□、・
・・１５ｏから構成されており、消音信号Ｓ　（ｔｉ）
は、第５図に示すように、１回転のメモリをｍ個とした
場合、Δθｍ／２π個だけずつずらせてメモリ１９１，
１９□、・・・１９ｎに記憶させる。ここで、Δθは、
第２図に示すように、各スピーカー１０．，１０ｚ、・
・・１０ｎ間がプロペラ３の中心に対してなす角度であ
り、ｍは１回転中のｐ２パルスの数である。

ｎはスピーカーのｎ番目を意味する。

このようにして、各スピーカー１０□、１０ｚ。

・・・１０ｎに対して記憶されたメモリ１９１゜１９□
、・・・１９ｎを、第３図に示したプロペラ回転検出器
１３のパルスに合わせて出力する。

すなわち、１回転に１回のパルスｐ１が出力された直後
のｐ２パルスにより各メモリ１９１゜１９□、・・・１
９．内の第１番目のデータをＤ／Ａ変換部１５１．１５
ｇ、＝１５ｎでそれぞれ変換して出力し、その後も順次
ｐ２パルスに合わせて２番目、３番目、・・・と変換す
ることにより、第５図に示した同一の波形が各スピーカ
ー１０ｓ、Ｌｏｇ、・・・１０．からプロペラ３の回転
に同期して出力される。

すなわち、第５図における波形の振幅ａがメモリ１９□
上のＯ番位置とすると、メモリ１９□上ではΔθｍ／２
π番目となり、プロペラが０゜位置でメモリ１９．の振
幅ａが出力されたあと、Δθだけ回転したとき、Δθｍ
／２π番のｐ２パルスによりメモリ１９□の振幅ａがＤ
／Ａ変換される。このような手順により、各スピーカー
１０□、１０□、・・・１０ｎはプロペラ３の回転位置
に合わせて発音するので、キャンセル音がプロペラ回転
音と同じ速さで回転し、能動消音を実現する。

次に、制御信号Ｓ　（ｔｉ）の作成方法の一例について
説明する。第１図におけるマイクロホン１６の検出信号
Ｐｉ（ｔ）は、第４図に示すように、ローパスフィルタ
ー１８を通過して高周波数成分が除去されたあとＡ／Ｄ
変換器１４により回転パルスル工、Ｐｚに同期して１回
転分をひとかたまりとしてＡ／Ｄ変換れれる。１回転に
ｐ２パルスはｍ個であり、変換されたＰ　（ｔｉ）はｍ
個をひとかたまりとしている。この信号Ｐ　（ｔｉ）を
制御信号作成器１７に導入し、これをフーリエ変換する
。フーリエ変換されたＰ　（ｔｉ）をＰｏ　　（ω）と
する。前記ωは角振動数である。

ここで、Ｐｏ　（ω）はプロペラ回転成分以外の音を除
去するため、何回軽分かについて平均するのが望ましく
、これはフーリエ変換する前のＰ　（ｔｉ）を平均して
もよい。

第４図における回転パルスｐｔ＋　　ｐｇはプロペラ回
転検出器１３からの信号であるが、プロペラ３の回転を
停止したプロペラ音が発生していない状態で全く同一の
パルスｐ□Ｉり２を別の手段により発生させる。このパ
ルスの発生は発振器により簡単に行うことができる。ま
た、適当な消音信号Ｓ　ｃ　（ｔｉ）を仮定し、これを
消音信号出力器１５に入力してプロペラ３を回転させず
に仮のキャンセル音をスピーカー１０１゜１０□、・・
・１０ｎより発音させ、この時の音を前述のマイクロホ
ン１６より検出し、これをＰｃ（ｔ）とする。更に、こ
れが制御信号作成器１７でフーリエ変換されたものをＰ
ｃ（ω）とし、仮に出力した制御信号Ｓ　ｃ　（ｔｉ）
のフーリエ成分Ｓｃ（ω）とすると、消音信号に対する
応答の関係である伝達関数、即ち、Ｈ（ω）＝Ｐｃ（ω）／Ｓｃ（ω）　・・・（１）が求
まり、ｐ、（ω）＋Ｈ（ω）Ｓ（ω）＝０の関係より消音信号のフーリエ成分が、Ｓ（ω）　＝−
Ｈ（ω）−’ＰＧ（ω）　・・・（２）となる。

制御信号作成器１７は、この式（１）、　（２）の計算
を行いないＳ（ω）を逆フーリエ変換して消音信号Ｓ　
（ｔｉ）を作成する。この消音信号は１度作成しておけ
ばよいため、マイクロホン１６は後で取り外しておくこ
ともできる。

スピーカーの間隔は消音の点から考えると、できるだけ
小さくするのが好ましいが、装置の複雑化、或いは重量
増加を避けるためには、この間隔は大きくするのがよい
。

ところで、スピーカーを１つの円環に無限個設置した場
合と有限個設置した場合において、音を再現する上で実
質的に相違がないようにするには、プロペラの回転数を
Ｍ（ｒｐｍ）、プロペラの翼数をＢ（枚）、媒体の音速
をＣ（ｍ／５ｅｃ）としたとき、このスピーカーの間隔
ｌは１５Ｃ／ＭＢより小さく、かつ、スピーカーの個数
Ｎは２．５Ｂより多くすることが必要でなる。

すなわち、円環上の無限音源点の作る音場を有限音源点
の作る音場で４０ｄＢ以上消音できることを基準として
種々計算した結果は第９図の如くなる。

ｌをスピーカーの間隔、λを音波の波長とすると、第９
図より、消音できるためには、□〈１ λ 一二一一＜０．４である必要がある。

即ち、ところで、次数ｎはプロペラ数がＢ個の場合、ｎ＝ＢＸ
Ｋの成分が大きく。この内でもに＝１、すなわち、ｎ＝
Ｂの音が大きい。

この場合、（３）式に適用すると、プロペラの回転数を
ｍ（ｒｐｍ）とすると、 λ・ｆ＝ｃより従って、となるようにスピーカーを配設すればよい。

第６図及び第７図はスピーカーを２列に設置した場合を
示すものである。即ち、プロペラ音は、第８図に示すよ
うに、プロペラの後方に約１５°遅れて大きい音域２２
が存在する。

したがって、第１実施例に示すように１つの円周上に設
置された多数のスピーカー１０１゜１０２、・・・、１
０ｏに加えて音域２２の中心線２３の延長上にプロペラ
音検出器としての第２マイクロホン１６ａを配設すると
ともに、発音体としての第２のスピーカー２０．．２０
ｇ。

・・・、２０．を配設する。

この第２実施例では第１実施例におけるＡ／Ｄ変換器１
４及び消音信号出力器１５の他に第２のＡ／Ｄ変換器１
４ａ及び第２の消音信号出力器１５ａを備える。

消音信号は式（１１，（２）をマトリックス表現したも
のより作成される。

第１０図（ａｌ〜（ｆ）及び第１１図は、発音体である
スピーカーをプロペラ近傍に配置する場合の他の実施例
を示すものであって、第１０図（ａ）はスピーカーの背
面からの音をダクト５の別の場所から孔１２ａを開けて
出力することにより２極性の音を発生するようにしたも
のであり、キャンセル音の指向性を、その配置によって
調整できるメリットがある。ただし、この場合、隣接す
るスピーカー間には仕切りが必要である。

上記ダクト５はステー２５を介して機体７に取りつけら
れ、また、プロペラ回転検出器１３は駆動軸１に取付ら
れる。

第１０図（ｂ）は第１０図（ａ）の場合と同様に１つの
スピーカーで（図ではスピーカー１０．のみを示す）２
つのスピーカーの機能を持たせたものであり、ダクト５
の後縁にスリット状の孔１２ｂを設けている。

第１０図（Ｃ）は第１、第２、第３、第４及び第５の５
つのグループのスピーカー（図ではスピーカー１０１．
．２０ｎ、３０．．４０ｎ、５０ｎのみを示す）を設置
した場合であり、この場合、指向性の制御能力が向上し
、消音効果がより一層向上する。この実施例ではダクト
５の前縁にスリット状の孔１２ｃを設け、ダクト５の後
縁に孔１２ｂを設けている。

第１０図（ｄ）は第１、第２及び第３の３つのグループ
のスピーカー（図ではスピーカー１０ｎ。

２Ｏｎ、３０ｎのみ示す）にスピーカーボックス１１を
取付けた場合であり、これによりダクト５の外壁８が省
略できる。また、ボス部２８ａにもスピーカー４０ｎを
取り付は消音効果を増大させている。

第１０図（ｅ）は第１のスピーカー１０ｔ　、　　１０
ｚ　。

・・・、及び第２のスピーカー２０ｓ、２０□、・・・
をファンエンジン２７のポス２８に配設した例である。

この場合、ファンブレード２９が小さいため、ボス２８
のみにスピーカーを設置することによって能動的に消音
できる。第１０図（ｆ）は第１０図（ｅ）の断面図であ
る。

第１１図は第１のスピーカー列１０１，４０ｚ。

・・・１０ｎの前面から出る音と背面から出る音をダク
ト５の孔１２ｄ、１２ｅにそれぞれ導いて２極性の音を
出し、第２のスピーカー２０１゜２０□、・・・２０ｎ
は１極性の音を出すことによってプロペラ回転音に近時
して能動消音するものである。この配置では第１列のス
ピーカー１０１．１０ｚ、　・　１０ｎは、第１２図及
び第１３図に示すように、仕切壁２６によってそれぞれ
仕切られているが、第２の１掻性の音を出すスピーカー
２０１．２０ｚ、　・　２０．は、第１３図に示すよう
に、仕切りを設けず円周全長にわたってスピーカーボッ
クスとしてのダクト５の一部を共用することにより１個
当たりのボックスの容積を大きくしている。

また、本発明にかかるプロペラ音の能動消音方法及び装
置は船舶推進用プロペラの消音にも適用が可能である。

〔発明の効果〕

上記のように、本発明によれば、プロペラ音のうち最も
音の大きいプロペラ回転音をプロペラの形状、構造を変
更することなく消去し、もって、プロペラ騒音の大幅な
低下を計ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるプロペラ音の能動消音方法を実
施するための装置の系統図、第２図は第１図のｎ−ｍ断
面図、第３図は回転パルスの説明図、第４図は制御装置
の詳細図、第５図はキャンセル音の波形のずれを示す説
明図、第６図は第２実施例の装置の系統図、第７図はそ
の制御装置の詳細図、第８図はプロペラ回転音の指向性
を示す図、第９図は発音点数とその能動消音域を示す図
、第１０図（ａｌ〜（ｆ）及び第１１図はスピーカーを
プロペラ近傍に配置する場合の他の実施例を示す断面図
、第１２図は第１１図のｘｉ−ｘｎ断面図、第１３図は
第１１図のｘｍ−ｘｍ断面図である。１０ｓ、　　１０ｚ、−１０−，２０ｔ、　　２０ｇ。・・・、２０ｎ・・・発音体、１３・・・プロペラ回転
検出器、１６．１６ａ・・・プロペラ回転音検出器、１
７・・・制御信号作成器。代理人　弁理士　小　川　信　−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プロペラの近傍に複数の発音体を円環状に設け、
前記発音体から発音することによってプロペラ音を能動
的に消音するプロペラ音の能動消音方法。
（２）プロペラの近傍に複数の発音体を円環状に設け、
前記発音体から発音することによってプロペラ音を能動
的に消音するプロペラ音の能動消音方法において、プロ
ペラの１回転を１周期とする能動消音用の信号を１円環
上の各発音体に対して発音体の位置とプロペラ中心を結
ぶ線間をプロペラが通過する時間だけずつ遅らせて入力
し、発音体からの音を発音させることによりプロペラ音
を能動的に消音するプロペラ音の能動消音方法。
（３）プロペラの近傍の少なくとも１つの円周上に間隔
をおいて配置した多数の発音体と、プロペラ回転軸の角
度に対応させられる情報を含む信号を検出するプロペラ
回転検出器と、能動消音の信号を前記プロペラ回転検出
器の信号に同期させて各発音体に送り出す消音信号出力
器とから構成されていることを特徴とするプロペラ音の
能動消音装置。