JPH0692728B2 - 能動音響制御システム - Google Patents
能動音響制御システムInfo
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- JPH0692728B2 JPH0692728B2 JP59128374A JP12837484A JPH0692728B2 JP H0692728 B2 JPH0692728 B2 JP H0692728B2 JP 59128374 A JP59128374 A JP 59128374A JP 12837484 A JP12837484 A JP 12837484A JP H0692728 B2 JPH0692728 B2 JP H0692728B2
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は能動音響制御技術による音波減衰に係る。
本発明は特に、減衰の望まれる不必要な音波に反応する
ように構成された音響検出システムと、音発生システム
と、検出システムから出された信号に反応して発生シス
テムを動作させて選択された空間領域において不必要な
音波に破壊的に干渉する相殺音波を発生する制御システ
ムとから成る種類の能動音響制御システムに係る。この
ようなシステムは、実質的な減衰が周波数範囲に亘つて
達成されるように設計することが要求される。従つて相
殺音波の発生は、その範囲内にある何れの特定周波数に
おいても振動と位相の両方に関して制御されることが当
然必要となる。また関連する範囲の外にある周波数にお
いて発生システムが励起する可能性を最小限に留めるこ
とも通常必要である。従つて制御手段には信号処理シス
テムを組込むことが普通適当であり、この信号処理シス
テムを介して、検出システムから出た信号が発生システ
ムに送られ、これがその信号のいろいろな周波数の成分
に差動的に動作する。一定の設備について最適性能を達
成するために、このような信号処理システムは複雑な伝
達関数をもつ必要があり、その伝達関数の正確な形は不
必要な音波源の性質、音発生システムの構成、関連する
音響経路の形状、音検出システムと発生システムにおい
てそれぞれ使用されるトランスジユーサ（例えばマイク
ロホンやスピーカー）の特性と言つた要素によつて決ま
ることになる。
ように構成された音響検出システムと、音発生システム
と、検出システムから出された信号に反応して発生シス
テムを動作させて選択された空間領域において不必要な
音波に破壊的に干渉する相殺音波を発生する制御システ
ムとから成る種類の能動音響制御システムに係る。この
ようなシステムは、実質的な減衰が周波数範囲に亘つて
達成されるように設計することが要求される。従つて相
殺音波の発生は、その範囲内にある何れの特定周波数に
おいても振動と位相の両方に関して制御されることが当
然必要となる。また関連する範囲の外にある周波数にお
いて発生システムが励起する可能性を最小限に留めるこ
とも通常必要である。従つて制御手段には信号処理シス
テムを組込むことが普通適当であり、この信号処理シス
テムを介して、検出システムから出た信号が発生システ
ムに送られ、これがその信号のいろいろな周波数の成分
に差動的に動作する。一定の設備について最適性能を達
成するために、このような信号処理システムは複雑な伝
達関数をもつ必要があり、その伝達関数の正確な形は不
必要な音波源の性質、音発生システムの構成、関連する
音響経路の形状、音検出システムと発生システムにおい
てそれぞれ使用されるトランスジユーサ（例えばマイク
ロホンやスピーカー）の特性と言つた要素によつて決ま
ることになる。
上記の種類の音響制御システムの設計において主に考慮
されるのが、音発生システムと検出システムの間で発生
し得る音響結合についてである。場合によつては、例え
ば英国特許第1,456,018号および“Journal of Sound an
d Vibration",vol.27（1973）、411〜436頁に掲載の本
発明者の論文に開示されているように、発生システムと
検出システムの何れかまたは両方においてトランスジユ
ーサの適当な指向性アレーを用いることにより、このよ
うな音響結合を有効に回避できることがある。そうでな
ければ、例えば英国特許第1,548,362号に開示されてい
るように、音響制御システムの設計においてこのような
音響結合を故意に利用することもできる。ところが状況
によつてはこれらの方法のどちらを採用するのも不適当
であつたり不都合であることがあり、その時は検出シス
テムから出される信号から、発生システムと検出システ
ム間の音響結合に帰因する分を全て除去する効果をもつ
装置を、音響制御システムの中に組入れる可能性につい
て考慮が成されるのである。
されるのが、音発生システムと検出システムの間で発生
し得る音響結合についてである。場合によつては、例え
ば英国特許第1,456,018号および“Journal of Sound an
d Vibration",vol.27（1973）、411〜436頁に掲載の本
発明者の論文に開示されているように、発生システムと
検出システムの何れかまたは両方においてトランスジユ
ーサの適当な指向性アレーを用いることにより、このよ
うな音響結合を有効に回避できることがある。そうでな
ければ、例えば英国特許第1,548,362号に開示されてい
るように、音響制御システムの設計においてこのような
音響結合を故意に利用することもできる。ところが状況
によつてはこれらの方法のどちらを採用するのも不適当
であつたり不都合であることがあり、その時は検出シス
テムから出される信号から、発生システムと検出システ
ム間の音響結合に帰因する分を全て除去する効果をもつ
装置を、音響制御システムの中に組入れる可能性につい
て考慮が成されるのである。
本発明は先に述べた種類の能動音響制御システムの設計
について標準的要件を満たしながら、この可能性を実現
する特に簡単な方法を提供するものである。
について標準的要件を満たしながら、この可能性を実現
する特に簡単な方法を提供するものである。
本発明によれば、先に特定された種類の能動音響制御シ
ステムが提供され、その制御システムにおいては音発生
システムと音検出システムとの間に音響結合が存在し、
また制御手段は信号処理システムを組入れておりその信
号処理システムを介して検出システムから出された信号
が発生システムに送られ、信号処理システムは少なくと
も一定の周波数範囲に亘つて定数値Ｇである利得係数を
有する順方向信号翻訳成分と、実質的に式（Ds＋1/F−1
/G）の伝達関数を有する負帰還ループとから成り、式中
Dsは前記音響結合を介しての信号処理システムの出力か
ら入力への伝達関数を表わし、Ｆはその通過帯域が前記
周波数範囲に対応する概念上の帯域フイルタの伝達関数
を表わしており、フイルタは前記音響結合がもし存在し
ない場合、前記範囲内の周波数を有する不必要な音波の
どの成分についても前記選択された領域で実質的減衰を
達成できるように、実際の信号処理システムの代わりに
当該フイルタを用いるのが適当となるような特性を有し
ている。
ステムが提供され、その制御システムにおいては音発生
システムと音検出システムとの間に音響結合が存在し、
また制御手段は信号処理システムを組入れておりその信
号処理システムを介して検出システムから出された信号
が発生システムに送られ、信号処理システムは少なくと
も一定の周波数範囲に亘つて定数値Ｇである利得係数を
有する順方向信号翻訳成分と、実質的に式（Ds＋1/F−1
/G）の伝達関数を有する負帰還ループとから成り、式中
Dsは前記音響結合を介しての信号処理システムの出力か
ら入力への伝達関数を表わし、Ｆはその通過帯域が前記
周波数範囲に対応する概念上の帯域フイルタの伝達関数
を表わしており、フイルタは前記音響結合がもし存在し
ない場合、前記範囲内の周波数を有する不必要な音波の
どの成分についても前記選択された領域で実質的減衰を
達成できるように、実際の信号処理システムの代わりに
当該フイルタを用いるのが適当となるような特性を有し
ている。
添付図面を参照しながら、本発明についてさらに説明す
ることにする。
ることにする。
第１図はソース１から出て矢印２で示される音波をＰ点
において減衰しようとする状態（簡略化のため一次元的
に扱われている）を概略的に示している。この目的のた
めに設けられているが、マイクロホン３で示される検出
システムとスピーカ４で示される発生システムを含む能
動音響制御システムである。検出システム３は音波２に
反応するように構成されており、その出力は信号処理シ
ステム５を通つて発生システム４に送られ、矢印６で示
される相殺音波を発生する。システム３はシステム４に
より発生される音にも反応すると仮定され、これらのシ
ステムの間の音響結合は矢印７で示されている。さら
に、音波２の成分で一定範囲の周波数を有するものをＰ
点において有効に相殺すべく、制御システムを設計する
ことが必要であると仮定される。
において減衰しようとする状態（簡略化のため一次元的
に扱われている）を概略的に示している。この目的のた
めに設けられているが、マイクロホン３で示される検出
システムとスピーカ４で示される発生システムを含む能
動音響制御システムである。検出システム３は音波２に
反応するように構成されており、その出力は信号処理シ
ステム５を通つて発生システム４に送られ、矢印６で示
される相殺音波を発生する。システム３はシステム４に
より発生される音にも反応すると仮定され、これらのシ
ステムの間の音響結合は矢印７で示されている。さら
に、音波２の成分で一定範囲の周波数を有するものをＰ
点において有効に相殺すべく、制御システムを設計する
ことが必要であると仮定される。
音波２の一定周波数の成分をＰ点で有効に相殺するには
もちろん音波６が、Ｐ点において２つの成分が同一振動
をもつが位相は逆になるような同一周波数をもつていな
ければならない。この条件は等式 NPn＋SPs＝０ …………（１） で表わされる。式中N,S,Pn,Psはそれぞれ関連周波数に
おけるソース１の出力、システム５の出力、ソース１か
らＰ点への伝達関数、システム５の出力からＰ点への伝
達関数の数値を表わしている。振幅と位相特性の両方が
関連している以上、これらの数値は一般的に複素数とな
る（もちろん周波数と共に変化し易い）。そこでｓは等
式 Ｓ＝Ｔ（NDn＋SDs） ………（２） で与えられる。式中,Dn,Dsはそれぞれ関連周波数におけ
るシステム５の伝達関数、ソース１からシステム５の入
力への伝達関数、システム４とシステム３の間の音響結
合を介してシステム５の出力から入力への伝達関数の数
値である。等式（２）を配列し直して等式（１）のＳに
代入すると、等式 Ｔ＝（Ds−PsDn/Pn）-1 ……（３） を満足すれば、またこの満足する場合にのみ、等式
（１）が満足されるということがすぐに推論できる。
もちろん音波６が、Ｐ点において２つの成分が同一振動
をもつが位相は逆になるような同一周波数をもつていな
ければならない。この条件は等式 NPn＋SPs＝０ …………（１） で表わされる。式中N,S,Pn,Psはそれぞれ関連周波数に
おけるソース１の出力、システム５の出力、ソース１か
らＰ点への伝達関数、システム５の出力からＰ点への伝
達関数の数値を表わしている。振幅と位相特性の両方が
関連している以上、これらの数値は一般的に複素数とな
る（もちろん周波数と共に変化し易い）。そこでｓは等
式 Ｓ＝Ｔ（NDn＋SDs） ………（２） で与えられる。式中,Dn,Dsはそれぞれ関連周波数におけ
るシステム５の伝達関数、ソース１からシステム５の入
力への伝達関数、システム４とシステム３の間の音響結
合を介してシステム５の出力から入力への伝達関数の数
値である。等式（２）を配列し直して等式（１）のＳに
代入すると、等式 Ｔ＝（Ds−PsDn/Pn）-1 ……（３） を満足すれば、またこの満足する場合にのみ、等式
（１）が満足されるということがすぐに推論できる。
従つて制御システムを設計する際にまず目的となるの
は、一定周波数範囲Ｔに亘つて等式（３）で与えられる
理想値に近付けることを保証することである。これには
もちろん、この等式の右辺にあるパラメータが周波数と
共に変化する方法についての知識が必要となるが、これ
は検出システム３とＰ点に位置する別の音検出システム
（図示せず）からそれぞれ出される信号の解析を含む予
備実験から容易に獲得できるものである。例えばDsとPs
に関する情報はシステム４を適当なノイズ信号で励起す
ることにより（システム５はもちろん存在しない）行な
われる実験から獲得され、比率（Dn/Pn）に関する情報
はソース１を有効としシステム４を無効として行なわれ
る実験から獲得される。次に一定の周波数範囲内で等式
（３）により与えられる伝達関数の理想的形に適当に近
付けるべくシステム５に必要措置を行なうことは、既知
のいろいろな方法によつて実施できるが、通常この目的
にはデイジタル信号処理技術を用いるのが便利である。
得られる近似化の精度は多くの要素に依つて決まるもの
であるが、その数値がDs,Dn,Ps,Pnで表わされる伝達関
数が安定しており実現可能であつても、等式（３）の右
辺の式によつて表わされる逆関数についても事情が同じ
であるとは限らないということを考慮することが大切で
ある。
は、一定周波数範囲Ｔに亘つて等式（３）で与えられる
理想値に近付けることを保証することである。これには
もちろん、この等式の右辺にあるパラメータが周波数と
共に変化する方法についての知識が必要となるが、これ
は検出システム３とＰ点に位置する別の音検出システム
（図示せず）からそれぞれ出される信号の解析を含む予
備実験から容易に獲得できるものである。例えばDsとPs
に関する情報はシステム４を適当なノイズ信号で励起す
ることにより（システム５はもちろん存在しない）行な
われる実験から獲得され、比率（Dn/Pn）に関する情報
はソース１を有効としシステム４を無効として行なわれ
る実験から獲得される。次に一定の周波数範囲内で等式
（３）により与えられる伝達関数の理想的形に適当に近
付けるべくシステム５に必要措置を行なうことは、既知
のいろいろな方法によつて実施できるが、通常この目的
にはデイジタル信号処理技術を用いるのが便利である。
得られる近似化の精度は多くの要素に依つて決まるもの
であるが、その数値がDs,Dn,Ps,Pnで表わされる伝達関
数が安定しており実現可能であつても、等式（３）の右
辺の式によつて表わされる逆関数についても事情が同じ
であるとは限らないということを考慮することが大切で
ある。
以上に述べた目的を満たす一方で、制御システムの動作
によつて、一定範囲外の周波数を有する成分に関するＰ
点における音位が高まるという重大な危険性が生じるこ
とないよう保証することが重要である。それ故システム
５は、その周波数範囲に対応する通過帯域を有する帯域
フイルタの特性を示すよう構成するのが適当である。
によつて、一定範囲外の周波数を有する成分に関するＰ
点における音位が高まるという重大な危険性が生じるこ
とないよう保証することが重要である。それ故システム
５は、その周波数範囲に対応する通過帯域を有する帯域
フイルタの特性を示すよう構成するのが適当である。
システム４とシステム３の間の音響結合が存在しない場
合には、上に述べた分析は等式（２）を等式 Ｓ＝TNDn …………（４） で置き換えて修正され、従つて等式（１）について満足
すべき条件は単に等式 Ｔ＝−Pn/DnPs …………（５） で表わされることが理解されるであろう。システム４と
システム３の間の音響結合は、実際面では第２図に示さ
れる修正形式の制御システムを採用することにより完全
に無くすことができる。この制御システムでは、一定周
波数におけるその伝達関数の値がDsに密接に近付くよう
に設計された第２信号処理システムを組込んだ負帰還ル
ープが加えられている。この効果はもちろん、システム
３の出力からシステム４と３の間の音響結合に帰し得る
分を引き去ることである。こうしてシステム５の設計と
いう問題は等式（３）の代りに等式（５）を使つて、
「オープンループ」ベースで処理することができるよう
になる。特に帯域フイルタ特性の「ロールオフ」率に対
し、安定度拘束を課す必要は全くない。
合には、上に述べた分析は等式（２）を等式 Ｓ＝TNDn …………（４） で置き換えて修正され、従つて等式（１）について満足
すべき条件は単に等式 Ｔ＝−Pn/DnPs …………（５） で表わされることが理解されるであろう。システム４と
システム３の間の音響結合は、実際面では第２図に示さ
れる修正形式の制御システムを採用することにより完全
に無くすことができる。この制御システムでは、一定周
波数におけるその伝達関数の値がDsに密接に近付くよう
に設計された第２信号処理システムを組込んだ負帰還ル
ープが加えられている。この効果はもちろん、システム
３の出力からシステム４と３の間の音響結合に帰し得る
分を引き去ることである。こうしてシステム５の設計と
いう問題は等式（３）の代りに等式（５）を使つて、
「オープンループ」ベースで処理することができるよう
になる。特に帯域フイルタ特性の「ロールオフ」率に対
し、安定度拘束を課す必要は全くない。
第２図の配置は合成を要する伝達関数が２つでなく１つ
だけであることから、実用面で実施がより簡単である
が、本発明はそのような配置と同等の物を提供し得ると
いう認識の上に立つている。この点に関しての考慮で重
要なのは、厳しいフイルタ要件が存在するという仮定で
あり、このことは第２図の配置におけるシステム５に適
当な伝達関数が、やはり安定性である実現可能な逆関数
をもつということを意味している。関連する原理は第３
図に示されており、その中で第１図配置のシステム５は
全体として５′で指示される信号処理システムに代えら
れている。このシステムは順方向信号翻訳成分９と信号
処理システム10を組入れた負帰還ループとから成る。成
分９が一定周波数範囲に亘つて定数値Ｇである利得係数
を有するならば、従来の帰還理論からその帰結として、
範囲内にあるどの一定周波数についても Ｔ′＝（Tf＋1/G）-1 ……（６） となる。式中ＴとTfはそれぞれ関連周波数におけるシス
テム５′とシステム10の伝達関数の値を表わす。上記の
説明からＴ′について等式（３）で与えられる数値に密
接に近付けたいということが分かるであろう。そしてそ
の等式を等式（６）と比較することによつて、この目的
はもしTfが（Ds−PsDn/Pn−1/G）にほぼ等しければ達成
されることが理解されるであろう。Tfの理想的な式は従
つて、システム４と３の間に音響結合がなければ第１図
の配置に対して等式（５）により与えられたであろうＴ
の理想値をToで表わすとすれば、（Ds＋1/To−1/G）と
表現することができる。
だけであることから、実用面で実施がより簡単である
が、本発明はそのような配置と同等の物を提供し得ると
いう認識の上に立つている。この点に関しての考慮で重
要なのは、厳しいフイルタ要件が存在するという仮定で
あり、このことは第２図の配置におけるシステム５に適
当な伝達関数が、やはり安定性である実現可能な逆関数
をもつということを意味している。関連する原理は第３
図に示されており、その中で第１図配置のシステム５は
全体として５′で指示される信号処理システムに代えら
れている。このシステムは順方向信号翻訳成分９と信号
処理システム10を組入れた負帰還ループとから成る。成
分９が一定周波数範囲に亘つて定数値Ｇである利得係数
を有するならば、従来の帰還理論からその帰結として、
範囲内にあるどの一定周波数についても Ｔ′＝（Tf＋1/G）-1 ……（６） となる。式中ＴとTfはそれぞれ関連周波数におけるシス
テム５′とシステム10の伝達関数の値を表わす。上記の
説明からＴ′について等式（３）で与えられる数値に密
接に近付けたいということが分かるであろう。そしてそ
の等式を等式（６）と比較することによつて、この目的
はもしTfが（Ds−PsDn/Pn−1/G）にほぼ等しければ達成
されることが理解されるであろう。Tfの理想的な式は従
つて、システム４と３の間に音響結合がなければ第１図
の配置に対して等式（５）により与えられたであろうＴ
の理想値をToで表わすとすれば、（Ds＋1/To−1/G）と
表現することができる。
以上の説明は、単独の点Ｐにおける能動音響制御システ
ムの効果についてのみ考慮した場合を取り扱つたもので
ある。このように単純化した取扱い方でも、能動音響シ
ステムのある種の用途、例えばダクトに沿つての音波の
伝播の減衰に関連する用途では十分である。しかしなが
らその他考えられる能動音響制御システムの用途におい
ては、問題は二次元的性質のものであり（あるいは三次
元的であることさえある）、音発生システムの形状に対
する実際面での制限によつて、等式（１）が減衰の必要
な範囲であらゆる点について同時に満足されるように手
段を講じる可能性が妨げられることがある。このような
場合、Toを関連する範囲の単一点に関して確認されたも
のとして、式（Ds＋1/To−1/G）に従つてTfが決定され
るようにアレンジすることは可能であるが、これでは関
連する範囲を全体として考慮した場合、減衰に関して最
適動作を生む結果とならないのが普通である。その代わ
りTfの理想形を求める式の中で、Toの代わりに関連範囲
の中に適当に分散した一連の点に関して行なう観察に従
つて決定される平均値を置くことが望ましい。これら
の点をP1,P2,etc.……で表わすと、を決定するに適す
る定式は等式 ＝（Σ1/Tr＊）／（Σ1/TrTr＊） ……（７） によつて与えられる。式中Trは点Prに関する（−Pn/DnP
s）の値、Tr＊はTrの共役複素数であり、合計はそれぞ
れ一連の点全体に亘つてとられる。
ムの効果についてのみ考慮した場合を取り扱つたもので
ある。このように単純化した取扱い方でも、能動音響シ
ステムのある種の用途、例えばダクトに沿つての音波の
伝播の減衰に関連する用途では十分である。しかしなが
らその他考えられる能動音響制御システムの用途におい
ては、問題は二次元的性質のものであり（あるいは三次
元的であることさえある）、音発生システムの形状に対
する実際面での制限によつて、等式（１）が減衰の必要
な範囲であらゆる点について同時に満足されるように手
段を講じる可能性が妨げられることがある。このような
場合、Toを関連する範囲の単一点に関して確認されたも
のとして、式（Ds＋1/To−1/G）に従つてTfが決定され
るようにアレンジすることは可能であるが、これでは関
連する範囲を全体として考慮した場合、減衰に関して最
適動作を生む結果とならないのが普通である。その代わ
りTfの理想形を求める式の中で、Toの代わりに関連範囲
の中に適当に分散した一連の点に関して行なう観察に従
つて決定される平均値を置くことが望ましい。これら
の点をP1,P2,etc.……で表わすと、を決定するに適す
る定式は等式 ＝（Σ1/Tr＊）／（Σ1/TrTr＊） ……（７） によつて与えられる。式中Trは点Prに関する（−Pn/DnP
s）の値、Tr＊はTrの共役複素数であり、合計はそれぞ
れ一連の点全体に亘つてとられる。
等式（７）により与えられるの値は、平均減衰が最適
化される条件を表わしているが、もつと一般式な式は であり、式中Wrはある所望の結果を得るためにｒ番めの
点に与えられた加重であり、例えば周波数など変数の関
数であり得る。いくつかの点が比較的静穏であるところ
では、Wrは例えばより均一で低い音圧レベルを得るよう
に選択されても良い。選択的にはＴの他の関数で個々
の要件を満たすものに代えても良い。
化される条件を表わしているが、もつと一般式な式は であり、式中Wrはある所望の結果を得るためにｒ番めの
点に与えられた加重であり、例えば周波数など変数の関
数であり得る。いくつかの点が比較的静穏であるところ
では、Wrは例えばより均一で低い音圧レベルを得るよう
に選択されても良い。選択的にはＴの他の関数で個々
の要件を満たすものに代えても良い。
次に本発明の一実施態様について例示的に、固定式ガス
タービン設備の排気から出る音を減衰するべく設計され
た能動音響制御システムに関連して説明することにす
る。この場合に特定される要件は、設備周辺の範囲にお
いて20〜50Hzの範囲にある周波数を有する音の成分を実
質的に減衰することである。それより高い周波数成分の
実効抑制は既に、従来型式の受動消音器により行なわれ
るようになつているが、これでは最低可聴オクターブに
ゴロ雑音を残してしまい、設備から１キロメートルの距
離でも一定の気象条件下では、その可聴性によつて騒音
となることがある。受動消音器は直径3.25メートルの垂
直に延びるダクトの形式をとり、それを通つて排気ガス
が通過して、地上約12メートルのところにある上端部か
ら出て行く。ダクトは裏が吸音性の材料でできており、
この材料はさらに別のダクト内部の中心に、上端部に隣
接して約５メートルの長さに亘つて延びるように配置さ
れている。
タービン設備の排気から出る音を減衰するべく設計され
た能動音響制御システムに関連して説明することにす
る。この場合に特定される要件は、設備周辺の範囲にお
いて20〜50Hzの範囲にある周波数を有する音の成分を実
質的に減衰することである。それより高い周波数成分の
実効抑制は既に、従来型式の受動消音器により行なわれ
るようになつているが、これでは最低可聴オクターブに
ゴロ雑音を残してしまい、設備から１キロメートルの距
離でも一定の気象条件下では、その可聴性によつて騒音
となることがある。受動消音器は直径3.25メートルの垂
直に延びるダクトの形式をとり、それを通つて排気ガス
が通過して、地上約12メートルのところにある上端部か
ら出て行く。ダクトは裏が吸音性の材料でできており、
この材料はさらに別のダクト内部の中心に、上端部に隣
接して約５メートルの長さに亘つて延びるように配置さ
れている。
十分なパワーの相殺音波を発生するために能動音響制御
システムは直径38cmの円すい振動板を有するコイルスピ
ーカを72個組込んだ音発生システムを含んでおり、これ
らのコイルスピーカは６個１組で受動消音器の上端部の
周りに連続して円形に配置された12個の同一キヤビネツ
トに装着されている。このシステムの配置については第
４図と第５図に、それぞれ概略平面図と垂直断面図が示
されており、図中消音器ダクト11は簡略化のため外郭線
しか示されていない。各キヤビネツト12はその中に関連
グループの６個のスピーカ14が装着される長方形室13
と、下端部で閉塞され上端部で開放している断面長方形
の垂直方向に延びるダクト15を提供するべく形成されて
おり、室13とダクト15は共通の壁部16を有している。６
個のスピーカ14は２列垂直に並ぶように配置されており
（第４図中キヤビネツト12についてのみ示されているよ
うに）、スピーカの振動板はダクト15の中に放射するよ
うに壁部16に形成された６つの口とそれぞれ重なり合つ
ている。スピーカ列によつて構成される音源について実
施可能な最小の有効直径を達成するために、キヤビネツ
ト12はダクト15の方が室13より消音器ダクト11に近くな
るように配置されている。
システムは直径38cmの円すい振動板を有するコイルスピ
ーカを72個組込んだ音発生システムを含んでおり、これ
らのコイルスピーカは６個１組で受動消音器の上端部の
周りに連続して円形に配置された12個の同一キヤビネツ
トに装着されている。このシステムの配置については第
４図と第５図に、それぞれ概略平面図と垂直断面図が示
されており、図中消音器ダクト11は簡略化のため外郭線
しか示されていない。各キヤビネツト12はその中に関連
グループの６個のスピーカ14が装着される長方形室13
と、下端部で閉塞され上端部で開放している断面長方形
の垂直方向に延びるダクト15を提供するべく形成されて
おり、室13とダクト15は共通の壁部16を有している。６
個のスピーカ14は２列垂直に並ぶように配置されており
（第４図中キヤビネツト12についてのみ示されているよ
うに）、スピーカの振動板はダクト15の中に放射するよ
うに壁部16に形成された６つの口とそれぞれ重なり合つ
ている。スピーカ列によつて構成される音源について実
施可能な最小の有効直径を達成するために、キヤビネツ
ト12はダクト15の方が室13より消音器ダクト11に近くな
るように配置されている。
音響制御システムはまた、減衰すべき音に反応するよう
に構成された１対のコンデンサマイクロホンを組込んだ
音検出システムを含んでいる。第５図に示されるよう
に、マイクロホン17は消音器ダクト11の内部と連通する
短かい管18の端部に配置されており、ダクト11の上端部
から下へ約1.8メートルの所で互いに直径方向に相対し
て配置されている。マイクロホン17はスピーカ列によつ
て発生される音に対しても反応することが理解されよ
う。さらに別のマイクロホン（図示せず）をダクト出口
の外側に配置しても良い。
に構成された１対のコンデンサマイクロホンを組込んだ
音検出システムを含んでいる。第５図に示されるよう
に、マイクロホン17は消音器ダクト11の内部と連通する
短かい管18の端部に配置されており、ダクト11の上端部
から下へ約1.8メートルの所で互いに直径方向に相対し
て配置されている。マイクロホン17はスピーカ列によつ
て発生される音に対しても反応することが理解されよ
う。さらに別のマイクロホン（図示せず）をダクト出口
の外側に配置しても良い。
音響制御システムの全体的な電気的関係が第６図の略図
に示されている。その中に示されている通り、マイクロ
ホン17の出力と他にマイクロホンがあればその出力とは
加算回路19で結合されて、緩衝増幅器20を経由して全体
として21で指示される信号処理システムへと送られる信
号を出す。信号処理システムについては後に詳述するこ
とにする。システム21の出力は直流ブロツクコンデンサ
22、積分回路23、緩衝増幅器24を経由して一連のパワー
増幅器25に平列に接続され、その出力には12グループの
スピーカ14がそれぞれ接続されている。増幅器25はそれ
ぞれ１キロワツトのピーク電力定格をもつのが適当であ
り、各グループのスピーカ14のコイルは適当な直並列の
組合せで接続されて対応する増幅器25に適切な負荷イン
ピーダンスを与えるようになつている。積分回路23は１
秒という時定数をもつのが適当であり、その働きとして
は高周波数減衰を与えると共に低周波数利得を増強する
が、これは一部には共振周波数以下に急速に減衰すると
いうスピーカ14の低周波数特性を補償するためである。
従つてスピーカ14のもつ固有周波数応答性と結合した場
合の回路23の効果は、総合帯域通過特性を与えることで
ある。第６図に示されたシステムを分析する際、特に第
３図の配置と比較するためには成分19および20はマイク
ロホン17と共に音検出システムの一部を成すものとして
取扱い、また成分22〜25についてはスピーカ14と共に音
発生システムの一部を成すものとして取扱うのが妥当で
ある。
に示されている。その中に示されている通り、マイクロ
ホン17の出力と他にマイクロホンがあればその出力とは
加算回路19で結合されて、緩衝増幅器20を経由して全体
として21で指示される信号処理システムへと送られる信
号を出す。信号処理システムについては後に詳述するこ
とにする。システム21の出力は直流ブロツクコンデンサ
22、積分回路23、緩衝増幅器24を経由して一連のパワー
増幅器25に平列に接続され、その出力には12グループの
スピーカ14がそれぞれ接続されている。増幅器25はそれ
ぞれ１キロワツトのピーク電力定格をもつのが適当であ
り、各グループのスピーカ14のコイルは適当な直並列の
組合せで接続されて対応する増幅器25に適切な負荷イン
ピーダンスを与えるようになつている。積分回路23は１
秒という時定数をもつのが適当であり、その働きとして
は高周波数減衰を与えると共に低周波数利得を増強する
が、これは一部には共振周波数以下に急速に減衰すると
いうスピーカ14の低周波数特性を補償するためである。
従つてスピーカ14のもつ固有周波数応答性と結合した場
合の回路23の効果は、総合帯域通過特性を与えることで
ある。第６図に示されたシステムを分析する際、特に第
３図の配置と比較するためには成分19および20はマイク
ロホン17と共に音検出システムの一部を成すものとして
取扱い、また成分22〜25についてはスピーカ14と共に音
発生システムの一部を成すものとして取扱うのが妥当で
ある。
信号処理システム21は単位利得の差動増幅器26から成
り、増幅器26の非反転入力と出力がそれぞれシステム21
の入力と出力とを構成している。システム21はさらに、
その入力が増幅器26の出力に接続されているアナログ・
デイジタル変換器27と、その入力はフイルタ28の出力
に、出力は増幅器26の反転入力に接続されているデイジ
タル・アナログ変換器29とを組入れた負帰還ループから
成る。デイジタルフイルタ28は800Hzのサンプリング周
波数で動作し、かつ８ビツトの入力、12ビツトの出力を
有する非再帰型式のものが適当である。93の係数を有す
るこのようなフイルタは、例えば８ビツト標準型マイク
ロプロセツサユニツト、容量２キロバイトのEPROM、容
量１キロバイトの読み書きメモリを用いる周知の手段に
拠つて構成することができる。
り、増幅器26の非反転入力と出力がそれぞれシステム21
の入力と出力とを構成している。システム21はさらに、
その入力が増幅器26の出力に接続されているアナログ・
デイジタル変換器27と、その入力はフイルタ28の出力
に、出力は増幅器26の反転入力に接続されているデイジ
タル・アナログ変換器29とを組入れた負帰還ループから
成る。デイジタルフイルタ28は800Hzのサンプリング周
波数で動作し、かつ８ビツトの入力、12ビツトの出力を
有する非再帰型式のものが適当である。93の係数を有す
るこのようなフイルタは、例えば８ビツト標準型マイク
ロプロセツサユニツト、容量２キロバイトのEPROM、容
量１キロバイトの読み書きメモリを用いる周知の手段に
拠つて構成することができる。
フイルタ28の係数は、先に挙げたような予備実験の結果
に従つて、形式（Ds＋1/F−１）にできるだけ近付くよ
うにプログラムされる。このときDsは前と同じ意味をも
ち（すなわち、スピーカ14を組入れた音発生システムと
マイクロホン17を組入れた音検出システムとの間の音響
結合を経由してのシステム21の出力から入力までの伝達
関数を表わす）、Ｆは20〜50Hzの通過帯域を有する概念
的帯域フイルタの伝達関数を表わし、この範囲にあるど
の周波数でもＦの値は、地上レベルに位置し、かつ消音
器11の垂直軸を中心とする半径100メートルの円周上に
等間隔をおいて配置された一連の点に関して等式（７）
により与えられるの値に等しくなる。この場合の予備
実験はもちろんマイクロホン17を組入れた音検出システ
ムから出される信号（すなわち増幅器20の出力に現われ
る）の分析と、関連する一連の点にそれぞれ配置された
別の音検出システム（図示せず）から出される信号の分
析が含まれる。この分析から、周波数領域の中で帰還ル
ープの伝達関数の所望の形（TD）を特定するデータが獲
得される。これらのデータを利用する適当なコンピユー
タ手続きを行なつて、フイルタ28の係数として適当な値
を引き出す。この手続きは業界で「システムの同定」と
言われる周知の技術と同類のものであるが、所望の伝達
関数TDがはつきりと限定されているためアプローチにお
いて相違している。標準的なシステム同定方法において
は、基礎データが入力時系列と出力時系列によつて構成
されるのが普通であり、そこから自己相関関数と相互相
関関数が決定される。これらの関数は相関マトリツクス
を計算するために用いられ、それがまた反転されてデイ
ジタルフイルタ係数を引き出す。ところが本件の場合で
は、採用される手続きが適当な入力信号スペクトルを特
定して、そこからTDの形の伝達関数を有するシステムに
対して対応する出力信号スペクトルとIOクロススペクト
ルを算出することを必要とする。この３つのスペクトル
が次に変換されて自己相関データと相互相関データを生
み、これらのデータが標準的なシステム同定と同じ方法
でデイジタルフイルタ係数の誘導に用いられる。入力信
号スペクトルは、ガスタービンは運転しているがスピー
カ14を組入れた音発生システムは励起しないで獲得され
る増幅器20の出力を測定することで引き出すのが適当で
ある。場合によつては測定されたスペクトルをそのまま
使つても良いが、その他の場合は例えば最適消音性能が
要求される周波数範囲においてその部分のスペクトルを
強調するなど、特定の設計要件を考慮するべく測定され
たスペクトルを加重する。
に従つて、形式（Ds＋1/F−１）にできるだけ近付くよ
うにプログラムされる。このときDsは前と同じ意味をも
ち（すなわち、スピーカ14を組入れた音発生システムと
マイクロホン17を組入れた音検出システムとの間の音響
結合を経由してのシステム21の出力から入力までの伝達
関数を表わす）、Ｆは20〜50Hzの通過帯域を有する概念
的帯域フイルタの伝達関数を表わし、この範囲にあるど
の周波数でもＦの値は、地上レベルに位置し、かつ消音
器11の垂直軸を中心とする半径100メートルの円周上に
等間隔をおいて配置された一連の点に関して等式（７）
により与えられるの値に等しくなる。この場合の予備
実験はもちろんマイクロホン17を組入れた音検出システ
ムから出される信号（すなわち増幅器20の出力に現われ
る）の分析と、関連する一連の点にそれぞれ配置された
別の音検出システム（図示せず）から出される信号の分
析が含まれる。この分析から、周波数領域の中で帰還ル
ープの伝達関数の所望の形（TD）を特定するデータが獲
得される。これらのデータを利用する適当なコンピユー
タ手続きを行なつて、フイルタ28の係数として適当な値
を引き出す。この手続きは業界で「システムの同定」と
言われる周知の技術と同類のものであるが、所望の伝達
関数TDがはつきりと限定されているためアプローチにお
いて相違している。標準的なシステム同定方法において
は、基礎データが入力時系列と出力時系列によつて構成
されるのが普通であり、そこから自己相関関数と相互相
関関数が決定される。これらの関数は相関マトリツクス
を計算するために用いられ、それがまた反転されてデイ
ジタルフイルタ係数を引き出す。ところが本件の場合で
は、採用される手続きが適当な入力信号スペクトルを特
定して、そこからTDの形の伝達関数を有するシステムに
対して対応する出力信号スペクトルとIOクロススペクト
ルを算出することを必要とする。この３つのスペクトル
が次に変換されて自己相関データと相互相関データを生
み、これらのデータが標準的なシステム同定と同じ方法
でデイジタルフイルタ係数の誘導に用いられる。入力信
号スペクトルは、ガスタービンは運転しているがスピー
カ14を組入れた音発生システムは励起しないで獲得され
る増幅器20の出力を測定することで引き出すのが適当で
ある。場合によつては測定されたスペクトルをそのまま
使つても良いが、その他の場合は例えば最適消音性能が
要求される周波数範囲においてその部分のスペクトルを
強調するなど、特定の設計要件を考慮するべく測定され
たスペクトルを加重する。
第４図から第６図を参照して説明したシステムの使用に
おいて、関連周波数範囲全体に亘つて不必要な音に対し
10dB程度の減衰を達成できることが分かつた。
おいて、関連周波数範囲全体に亘つて不必要な音に対し
10dB程度の減衰を達成できることが分かつた。
図面を参照しての以上の説明から、音響制御システムの
設計は永久的基礎の上に立つて取扱うことができ、所望
の伝達関数を得るための信号処理システムの設定は一度
限りの操作となると考えられる。ただし理解されるべき
は、本発明はその伝達関数の所望の形式を決定する要因
における時間的変化を考慮に入れるべく信号処理システ
ムを調整することを目的とする。適応型式の音響制御シ
ステムにも応用できるということである。
設計は永久的基礎の上に立つて取扱うことができ、所望
の伝達関数を得るための信号処理システムの設定は一度
限りの操作となると考えられる。ただし理解されるべき
は、本発明はその伝達関数の所望の形式を決定する要因
における時間的変化を考慮に入れるべく信号処理システ
ムを調整することを目的とする。適応型式の音響制御シ
ステムにも応用できるということである。
第１図から第３図は特定された種類の能動音響制御シス
テムの原理を示す概略図である。 第４図と第５図は本発明による能動音響制御システムの
変換器の配置を示す概略図である。 第６図は本発明のシステムの電気的成分の配列を示す概
略図である。 １……ソース、２……音波、 ３……音検出システム、４……音発生システム、 ５……信号処理システム、６……相殺音波、 ９……順方向信号翻訳成分、 10……信号処理システム、 11……消音器ダクト、12……キヤビネツト、 14……スピーカ、15……ダクト、 17……マイクロホン、19……加算回路、 20……緩衝増幅器、 21……信号処理システム、 25……パワー増幅器、26……差動増幅器、 27……アナログ・デイジタル変換器、 28……デイジタルフイルタ、 29……デイジタル・アナログ変換器。
テムの原理を示す概略図である。 第４図と第５図は本発明による能動音響制御システムの
変換器の配置を示す概略図である。 第６図は本発明のシステムの電気的成分の配列を示す概
略図である。 １……ソース、２……音波、 ３……音検出システム、４……音発生システム、 ５……信号処理システム、６……相殺音波、 ９……順方向信号翻訳成分、 10……信号処理システム、 11……消音器ダクト、12……キヤビネツト、 14……スピーカ、15……ダクト、 17……マイクロホン、19……加算回路、 20……緩衝増幅器、 21……信号処理システム、 25……パワー増幅器、26……差動増幅器、 27……アナログ・デイジタル変換器、 28……デイジタルフイルタ、 29……デイジタル・アナログ変換器。
Claims (7)
- 【請求項１】減衰したい不必要な音波に反応するべく構
成された音検出システムと、前記検出システムと音響結
合する音発生システムと、検出システムから出される信
号に反応して前記発生システムを操作して選択された空
間領域において不要音波に破壊的に干渉する相殺音波を
発生させる制御手段とからなり、前記制御手段はそれを
経由して検出システムから出される信号が発生システム
に送られる信号処理システムを組込んでおり、前記信号
処理システムは少なくとも、一定周波数範囲にわたって
単位利得係数を有する順方向信号翻訳成分と、実質的に
式（Ds＋1/F−１）の伝達関数を有する単一のディジタ
ルフィルタを含む負帰還ループとからなり、前記式中Ds
は信号処理システムの出力から前記音響結合を介して当
該システムの入力までの伝達関数を表わし、Ｆはその通
過帯域が前記周波数範囲に対応する理論上の帯域フィル
タの伝達関数を表わしており、前記帯域フィルタはもし
前記音響結合が存在しなければ前記範囲内にある周波数
を有する不要音波の成分を前記選択された領域において
実質的に減衰するために実際の信号処理システムの代わ
りに当該フィルタを用いるのが適当となるような特性を
有することを特徴とする能動音響制御システム。 - 【請求項２】Ｆが通過帯域を超えて−Pn/PsDnに接近
し、前記式中Pnは不要音波のソースと前記領域内の点の
間の伝達関数を表わし、Psは音発生システムと前記点と
の間の伝達関数、Dnは前記ソースと信号処理システムへ
の入力との間の伝達関数を表わすことを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載のシステム。 - 【請求項３】Ｆが通過帯域を超えて個別の伝達関数Trか
ら引き出される伝達関数に接近し、Trは−Pnr/PsrDnに
よって決定され、Pnrは不要音波のソースと前記領域内
にあるｒ個の点のうちｒ番目との間の伝達関数を表わ
し、Psrは音発生システムとｒ番目の点との間の伝達関
数を、Dnは前記ソースと信号処理システムへの入力との
間の伝達関数を表わすことを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のシステム。 - 【請求項４】Ｆが通過帯域を超えてΣ1/Tr＊／Σ1/Tr/T
r＊に接近し、式中Tr＊はTrの共役複素数であることを
特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のシステム。 - 【請求項５】音発生システムがそこから不要音波を放散
するダクト端部の周辺に分布された複数個の音源列から
なることを特徴とする、ダクトから不要音波を減衰する
ための特許請求の範囲第３項に記載のシステム。 - 【請求項６】各音源列がダクトに隣接するが外側にある
開口部を有する音チャネルを形成するハウジングと前記
音チャネルの中に音を向ける複数の音源からなることを
特徴とする特許請求の範囲第５項に記載のシステム。 - 【請求項７】帰還ループが出力をディジタルフィルタに
接続したアナログ・ディジタル変換器からなり、フィル
タの出力はディジタル・アナログ変換器の入力に接続さ
れており、フィルタの係数はＦに従って決定されること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (2)
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| GB8317086 | 1983-06-23 | ||
| GB838317086A GB8317086D0 (en) | 1983-06-23 | 1983-06-23 | Attenuation of sound waves |
Publications (2)
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| JPS6020700A JPS6020700A (ja) | 1985-02-01 |
| JPH0692728B2 true JPH0692728B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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- 1984-06-21 JP JP59128374A patent/JPH0692728B2/ja not_active Expired - Lifetime
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|---|
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Also Published As
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