JPH04295116A - ダクト出口放射音の消音装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダクト出口放射音の消
音装置、特に液圧駆動スピ−カを用いた消音装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、逆位相の音を出して元の音を消す
というアクティブノイズコントロール技術が注目を集め
だし、最近のディジタル信号処理技術の進歩とあいまっ
て、研究が急に加速されてきている。なかでも、ダクト
の消音は、実用的ニーズも高く、１次元的取扱いが可能
でシステムが簡単になるため、一部実用化段階に入って
きている。アクティブノイズコントロールを適用した消
音器の特徴は、低周波の消音が得意で、流れの圧力損失
の増加がなく、コンパクトであることにある。

【０００３】ダクト音のアクティブノイズコントロール
システムには、ファンのような広帯域ランダム音を対象
としたシステムと、エンジンのような周期音を対象とし
たシステムとに大別される。その基本的考え方は、「ダ
クト中を伝搬してくる音波をマイクロフォンで検出し、
信号処理回路で逆位相の波を形成し、２次ソース（スピ
ーカ）から放射することにより、元の音をキャンセルし
消音する」というものである。この場合、２次ソースか
らの音が検出マイクロフォンに到達し、システムが発振
するという問題があるが、これについては、複数の検出
マイクロフォン、２次ソースを用いて、一方向に進行す
る音波のみを検出生成し、発振を防止するシステムへと
移行した。

【０００４】この種のダクト出口放射音を消音する実用
的なシステムとして、ダクト内に設置した２個の検出マ
イクロフォンとダクト出口端に設置した２次ソースを有
する２マイクロフォン，１ソースシステムが提唱されて
いる（西村，新井；日本音響学界誌４５巻９号，１９８
９，Ｐ６７２〜６８０　）。即ち、図４において、１次
ソースたるジーゼルエンジンａ（水冷６気筒，４サイク
ル，１３７０ｐｓ／１０００ｒｐｍ）からパッシブ型消
音器ｂを経た排気管ｃ（直径３００ｍｍ　，排ガス温度
　４１０℃，排ガス流速約４０ｍ／ｓ　）の下流側に、
２個の検出マイクロフォンｄ，ｅとしてピエゾマイクロ
フォンを水冷して設置すると共に、排気管出口に２次ソ
ースたるスピーカｆ（４０ｗの２０ｃｍのコーン形スピ
ーカ４台で、特に低周波音用にチューニングしたもの）
を、また排気管出口外にモニタマイクロフォンｇを設置
し、ＦＩＲディジタルフィルタで信号処理回路ｈを実現
したものである。システムが作動していない場合のモニ
タ点の音圧スペクトルは、上流側の消音器ｂで消音でき
ない５０，７５，１００Ｈｚのピークが目立つとされ、
このため制御対象周波数を３０〜１２０Ｈｚに定めたシ
ステムとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ダクト出口放
射音の消音すべき周波数は、上記消音をねらう制御対象
周波数３０〜１２０Ｈｚよりも更に広帯域にわたってお
り、しかも周波数が低い程音圧スペクトルが大きい傾向
にある。従って、より低周波域までも消音対象とするこ
とが望まれる。ところが、通常のコーン形スピーカでは
、上記文献に記載されているように、複数台用いたり低
周波音用にチューニング等の工夫をしても、スピーカの
周波数特性を超低周波域までフラットに延ばすことが本
質的に困難である。即ち、そのような超低周波での所望
のキャンセル音波を作り出すことができず、十分な消音
効果が得られない。

【０００６】本発明の目的は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、液圧駆動スピ−カを用い、ダクト出口の消
音をより低い周波数帯域まで有効に行える消音装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のダクト出口放射
音の消音装置は、ダクト中を伝搬してくる音波をマイク
ロフォンで検出し、信号処理回路で逆位相の波を形成し
、スピーカから放射することにより、元の音をキャンセ
ルする消音装置において、上記スピーカには、振動板を
固定したピストンロッドをスピ−カ枠の背面に設けたボ
ディのシリンダ内に挿通し、このピストンロッドを静圧
軸受によって軸方向に移動可能に支持し、ピストンロッ
ド中間のシリンダ内壁と摺接する仕切り部により形成し
た相前後する２つのシリンダ室への液圧供給制御を液圧
コントローラで行う構成の液圧駆動スピーカを用いるも
のである。

【０００８】

【作用】振動板のピストンロッドを静圧軸受けによって
極めて円滑に移動自在に支承し、相前後する２つのシリ
ンダ室への液圧を液圧コントローラで供給制御するよう
にしているため、液圧駆動スピーカが、超低周波音放射
時の大振幅を行う場合でも、ピストンロッドは単に軸方
向に大きく変位するだけであり、コーン，ダイヤフラム
，ベロー等のように弾性変形する訳ではなく、また液の
圧縮性を除きバネ効果を有さない。従って、固有振動数
の存在に起因する周波数特性の悪化がないため、この液
圧駆動スピーカを音波打消し用のスピーカとして用いる
と、振動板は低い周波数域においても入力信号に忠実に
対応して高速応答し、広帯域にわたって有効に消音効果
を発揮する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。

【００１０】図１において、４０は１次ソースたるジー
ゼルエンジン（図示せず）からの排気管であり、上流に
はパッシブ型消音器（図示せず）が配設されている。こ
の排気管４０の途中には、出口４１より少し上流側にお
いて液体駆動スピーカ４２が配設され、その振動板２３
が排気管４０の管壁を中心として半径方向に振動可能に
位置している。４３は液体駆動スピーカ４２の液圧ドラ
イバ及び液圧コントローラを含むスピーカ本体、４４は
その液圧源である。

【００１１】更に、排気管４０内には、液体駆動スピー
カ４２より上流側にセンサマイク（センサマイクロフォ
ン）４５が配設され、また下流側の出口４１近傍にはモ
ニタマイク（モニタマイクロフォン）４６が配設されて
いる。これらのマイクロフォン４５，４６にはピエゾマ
イクロフォン等を使用することができ、必要に応じ水冷
してもよい。

【００１２】５０はＣＰＵを主体として構成された制御
装置であり、センサマイク４５からアンプ４７を通して
得られる検出信号とモニタマイク４６からアンプ４８を
通して得られる検出信号とを位相比較する位相比較器５
１と、その比較結果つまり位相差をデジジタル演算処理
して液体駆動スピーカ４２の振動系が動くべき変位量及
び方向の加振信号５３を求める信号処理回路５２と、こ
の信号処理回路５２からのディジタル加振信号５３をア
ナログ加振信号５５に変換して液体駆動スピーカ４２の
コントロールアンプ４９へ入力するＤ／Ａ変換器５４と
を有する。

【００１３】信号処理回路５２は、具体的には、ＦＩＲ
（有限インパルス応答）フィルタと呼ばれるディジタル
演算を行い、液体駆動スピーカ４２の振動系が実際に動
くべき変位量及び方向の加振信号５３を算出する。この
場合、排気管系の特性つまりセンサマイク４５，モニタ
マイク４６から液圧駆動スピーカ４２までの伝達関数や
、液圧駆動スピーカ４２における液圧コントローラや振
動系等の伝達関数は、予め実験により既知の値としてお
き、演算式から外すことができる。

【００１４】図２に液圧駆動スピ−カ４２の具体的構成
を示す。

【００１５】スピーカ枠１の背面中央に設けてある液圧
ドライバ２は、中央にシリンダ４を有するボディ３と、
このシリンダ４を軸方向に移動自在に貫通するピストン
ロッド５とを有する。ピストンロッド５の中央には、シ
リンダ内壁に摺接しシリンダ４を前後のシリンダ室７，
８に分ける仕切り部６が突出されている。６ａは仕切り
部６の摺接面に設けたラビリンスシールである。

【００１６】ボディ３の両端には、静圧軸受９と軸受枠
１０とから成る静圧軸受組立体１１が気密に嵌め込まれ
、そのフランジ部がネジ１２によりボディ３の端面に固
定されている。このボディ３の両端に嵌め込まれた軸受
枠１０の軸方向内側端と上記ピストンロッド中央の仕切
り部６との間が、シリンダ室７，８であり、ピストンロ
ッド５の軸方向の移動量をカバーするだけの長さに形成
されている。１０ａは軸受枠１０の摺接面に設けたシー
ル、３ａ，３ｂは軸受枠１０とボディ３との接合面に設
けたシールである。

【００１７】静圧軸受９は、それぞれ円周上に４箇所に
ポケット９ａを有し、これらに通路７０から絞りを通し
て供給される高圧液により、ピストンロッド５を浮かせ
、ピストンロッド５を極めて微小摩擦にて支承する働き
をする。従って、このボディ両端の静圧軸受９により、
ピストンロッド５は軸方向に極めて円滑に移動自在に支
持される。尚、静圧軸受組立体１１の外側端には、それ
ぞれフロントシールカバー１４，リアシールカバー１５
がネジ１６により取り付けられており、それぞれ静圧軸
受９のドレーン通路１３を形成する一要素として機能し
ている。

【００１８】上記ピストンロッド５の移動を液圧により
制御するため、ボディ３の上には、サーボバルブを内蔵
した液圧コントローラ１７がブロック１８を介して設け
てある。ブロック１８には、サーボバルブに対する圧油
の通路１９，２０（図３）と、サーボバルブからの圧液
を上記ピストンロッド５における前後のシリンダ室７，
８に導くための通路２１，２２とが設けてある。２１ａ
，２２ａはこの通路２１，２２についてブロック１８と
ボディ３との間の気密性を保つＯリングである。尚、通
路２１，２２は、上記シリンダ室７の前側部分，シリン
ダ室８の後側部分にて、シリンダ室７，８と連通してい
る。

【００１９】上記構成により、サーボバルブの制御の下
で、圧液を通路２１から前側のシリンダ室７に導くと、
上記ピストンロッド５は後側に変位し、また、圧液を通
路２２から後側のシリンダ室８に導くと、スピーカ本体
４３の上記ピストンロッド５は前側に変位する。

【００２０】このピストンロッド５は上記スピーカ枠１
を貫通してスピーカ本体４３から前方に延在しており、
その先端の先細状テーパ部５ａには振動板２３の中央孔
が嵌合され、かつ、振動板２３の中央凹部２３ａより突
出した端にナット２４を螺着することにより、ピストン
ロッド５に振動板２３がしっかりと固定されている。こ
のため、ピストンロッド５が上記のように軸方向に前後
に変位した場合、振動板２３も一緒に前後に変位する。

【００２１】この場合、ピストンロッド５は静圧軸受け
により支承されているため、ボディ３との摩擦は極めて
小さく、しかも前後のシリンダ室７，８の軸方向長さの
範囲で自在に突出後退し得る構成であるから、ダイヤフ
ラムやベロー等のように弾性変形することなく、超低周
波音の放射に見合う大きな振幅動作を行うことができる
。しかも、液の圧縮性を除きバネ効果を有さないから、
ダイヤフラム等を用いた場合のような固有振動周波数の
ピークを生じない。即ち、ダイヤフラム等で生じる固有
振動数の存在に起因する周波数特性の悪化がない。

【００２２】液圧駆動スピ−カには、ピストンロッド５
の動きを検出する位置センサ２５と、加速度センサ３４
とが付属している。

【００２３】位置センサ２５は、ピストンロッド５の動
きに伴って相対移動する磁石２６と差動トランス式のコ
イル２７とから成る。磁石２６を可動部側として中空の
ピストンロッド５の後端内部に配設するため、ピストン
ロッド５には後端側から、磁石２６を保持したホルダ２
８が捩じ込まれており、ネジ２９によりピストンロッド
５に対し回動不能に固定されている。他方、コイル２７
を固定側として上記磁石２６の近傍に位置させるため、
上記ボディ３の後端、即ちリアシールカバー１５上には
、同カバーと共通のネジ１６によりセンサケース３０が
取り付けられている。上記コイル２７は棒状に形成され
て、このセンサケース３０の後端内面から突出し、セン
サケース３０内部を通り、更に上記磁石２６の近傍を通
過して、ピストンロッド５の中空内部を同軸的に延在し
ている。センサケース３０の後端には、増幅器等を担持
したアンプ基板３１がネジ３２で取り付けてあり、上記
コイル２７はこのアンプ基板３１と電気的に接続されて
いる。３３はこのアンプ基板３１からの電気的引出線を
示す。

【００２４】一方、加速度センサ３４は、ピストンロッ
ド５の先端からピストンロッド内部にネジ込んだ取り付
け座３５に設けてある。加速度センサ３４は圧電素子か
ら成り、その電気的引出線３６は、ピストンロッド５の
中空内部を通って、ピストンロッド５後端のホルダ２８
に設けた開口部３７から外部へ取り出される。

【００２５】上記引出線３３，３６から得られる位置セ
ンサ２５，加速度センサ３４の検出信号Ｓ１，Ｓ２は、
コントロ−ルアンプ４９にフィードバックされる。

【００２６】コントロ−ルアンプ４９は、加振信号５５
を制御装置５０から受け、これを液圧コントロ−ラ１７
の駆動に適する電圧または電流の変化に変換し、液圧コ
ントロ−ラ１７のサーボバルブを制御する。液圧コント
ロ−ラ１７により制御された液圧が液圧ドライバ２の液
圧室７，８に供給され、ピストンロッド５が加振信号５
５に応じて左右に動く。このピストンロッド５の動きは
振動板２３に伝えられ、この振動板２３の動きで空気の
疎密ができて音波として放射される。

【００２７】この場合、位置センサ２５からの位置検出
信号Ｓ１は、応答性の向上及び無信号時の可動体即ちピ
ストンロッド５の中心位置（原点）保持機能向上のため
のフィ−ドバック信号として働く。また、加速度センサ
３４からの加速度信号Ｓ２は、加速度信号そのまま及び
これを積分して得た速度信号の双方がフィードバック信
号とされ、追従性の改善が図られる。この速度信号は位
置センサ３３の信号を微分して得ることもできる。尚、
上記センサ２５，３４の他に、シリンダ室７，８に対す
る液圧センサ又は差圧センサを設け、その液圧検出信号
を、制御性の改善と液圧源４４の圧力変動によるノイズ
（低周波域の脈動）の発生を防ぐためのフィ−ドバック
信号として、コントロ−ルアンプ４９に入力することも
できる。

【００２８】かくして、コントロールアンプ４９，液圧
コントローラ１７及びセンサ２５，３４により、制御装
置５０からの加振信号５５に忠実に対応した加速度波形
を作り出すことが可能な駆動装置が構築される。液圧ド
ライバ２は、この駆動装置の出力信号（液圧コントロー
ラ１７の出力信号）を受け、ピストンロッド５を電気入
力信号に高速応答せしめて振動板２３を加振するため、
超低周波域の音圧特性が根本的に改善される。殆どゼロ
付近から１００Ｈｚ　程度までの超低周波域の音をフラ
ットな周波数特性で強力に放射できる。

【００２９】よって、図１の消音装置において、音源た
るジーゼルエンジンから発生された排気音に関し、セン
サマイク４５において採取した音圧データの丁度逆位相
の音圧を正確に発生することができ、モニタマイク４６
で監視される対象物への音源の影響すなわち騒音を、音
波の干渉として打ち消すことができる。よって、極めて
実用的な消音装置が提供される。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のダクト出口
放射音の消音装置は、音波を打ち消すためのスピーカと
して、振動板のピストンロッドを静圧軸受けによって極
めて円滑に移動自在に支承し、相前後する２つのシリン
ダ室への液圧を液圧コントローラで供給制御するように
した液圧駆動スピーカを用いているため、超低周波音放
射時に大振幅を行う場合でもピストンロッドは単に軸方
向に大きく変位するだけであり、コーン，ダイヤフラム
，ベロー等のように弾性変形する訳ではなく、また液の
圧縮性を除きバネ効果を有さないから固有振動数を持た
ない。このため、５０Ｈｚ以下の低い周波数域において
も入力信号に忠実に振動板を高速応答させ、超低周波で
の所望のキャンセル音波を作り出すことができ、ダクト
出口放射音を広帯域にわたって有効に消音することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダクト出口放射音の消音装置のー実施
例を示す図である。

【図２】本発明で用いた液圧駆動スピ−カの具体例を示
す部分縦断面図である。

【図３】図３の液圧駆動スピ−カをそのスピーカ枠を除
去した状態で示した正面図である。

【図４】従来のダクト出口放射音の消音装置の構成図で
ある。

【符号の説明】

１　　スピーカ枠 ２　　液圧ドライバ ３　　ボディ ４　　シリンダ ５　　ピストンロッド ６　　仕切り部 ７，８　　シリンダ室 ９　　静圧軸受 ９ａ　　ポケット １０　　軸受枠 １１　　静圧軸受組立体 １３　　ドレーン通路 １７　　液圧コントローラ １８　　ブロック １９，２０　　サーボバルブに対する圧油の通路２１，
２２　　サーボバルブからの圧油の通路２３　　振動板 ２５　　位置センサ ３１　　アンプ基板 ３３　　電気的引出線 ３４　　加速度センサ ３６　　電気的引出線 ４０　　排気管（ダクト） ４１　　出口 ４２　　液圧駆動スピーカ ４３　　スピーカ本体 ４４　　液圧源 ４５　　センサーマイクロホン（マイクロホン）５０　
　制御装置 ５１　　位相比較器 ５２　　信号処理回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ダクト中を伝搬してくる音波をマイク
   ロフォンで検出し、信号処理回路で逆位相の波を形成し
   、スピーカから放射することにより、元の音をキャンセ
   ルする消音装置において、上記スピーカには、振動板を
   固定したピストンロッドをスピ−カ枠の背面に設けたボ
   ディのシリンダ内に挿通し、このピストンロッドを静圧
   軸受によって軸方向に移動可能に支持し、ピストンロッ
   ド中間のシリンダ内壁と摺接する仕切り部により形成し
   た相前後する２つのシリンダ室への液圧供給制御を液圧
   コントローラで行う構成の液圧駆動スピーカを用いるこ
   とを特徴とするダクト出口放射音の消音装置。