JPH07191682A

JPH07191682A - ダクト消音制御装置

Info

Publication number: JPH07191682A
Application number: JP5331745A
Authority: JP
Inventors: Takuichi Nishimura; 拓一西村; Kazuhisa Kabeya; 和久壁矢; Kazunari Ishino; 和成石野; Tomonori Horikawa; 偕範堀川; Kunihiro Kondo; 國弘近藤; Satoshi Doi; 郷志土居
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JP3047721B2

Abstract

(57)【要約】【目的】単純な装置で大口径ダクトにおいてもセン
サ、音発生器等の配置制約が少なく、かつ消音効果が向
上するダクト消音装置を得ることを目的とする。【構成】ダクト１３の仕切板１２上流端から上流側に
所定距離Ｌｓ、離れた位置に配置された１個の上流側セ
ンサ１４ａからの音信号を各分割ダクトの制御手段３
０，２８に入力させ、各分割ダクトのアクチュエータ１
１ａ，１１ｂは仕切板１２上流端から所定距離Ｌｓより
長くした距離Ｌａにしたことにより、ダクト１３のアク
チュエータ１１ｂからの音は、初めに上流側センサ１４
ａに到達し、騒音と共に合成波となって上流側センサ１
４ａに受音される。そして、各分割ダクトの制御手段３
０又は２８は、合成波音を得て、この合成波音に基づい
て、それぞれの下流側センサ１６ａ又は１６ｂからのモ
ニタ音を参照しながら騒音制御アルゴリズムで、そのア
クチュエータ１１ａ又は１１ｂから音を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダクト消音制御装置に
関し、特に大型ダクトを仕切板で分離したときに簡単な
構成で低域から高域の騒音を除去するダクト消音制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来のダクト消音制御装置の概略
構成図である。図において、１はダクト、２はダクト１
内の上流側に設けられたマイクロホン（以下上流側セン
サという）、３は制御部、４は所定の音をダクト内に発
生させることによって、ダクト内の騒音を消音させるア
クチュエータ、５はダクト１内の消音効果を検出するた
めに下流側に設けらたマイクロホン（以下下流側センサ
という）、６ａ及び６ｃはＡ／Ｄ変換器、７はＤ／Ａ変
換器である。８ａ、８ｂ及び８ｃはアンプ及びローパス
フィルタからなるフィルタアンプである。９は吸音材料
である。ダクト１中の騒音の消音は、図７のように上流
側センサ２で検出した騒音をフィルタアンプ８ａ及びＡ
／Ｄ変換器６ａを介して制御部３が入力し、得られた騒
音信号をもとに、制御部３が騒音を消去するような制御
音に対応する制御信号をＤ／Ａ変換器７及びフィルタア
ンプ８ｂを介してアクチュエータ４に出力し、アクチュ
エータ４はこの制御信号に対応する制御音をダクト１内
に放射する。

【０００３】そして、下流側センサ５からの受音信号を
フィルタアンプ８ｃ、Ａ／Ｄ変換器６ｃを介して制御部
３が入力し、この下流側センサ５からの受音信号と上流
側センサ２からの騒音信号の誤差に基づいて、ダクト内
の消音効果が最大になるようアクチュエータ４からの制
御音を制御する。ここで用いている騒音制御アルゴリズ
ムは、文献１の「日本機械学会機械力学・計測制御講演
論文集、Ｖｏ１，Ｂ，１９９３，宮坂、宇都、浜田、局
所部分空間におけるアクティブコントロール、ｐ１４
８」に記載のＦｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳアルゴリズム
と呼ばれているもので、センサとアクチュエータの配置
の制約が比較的少なく、計算量も少ないというものであ
る。また、特開平４−２１３４９８号公報に開示されて
いる能動的消音制御方法には、消音対象の室内内壁を吸
音材で囲むことにより、内壁反射音と開口端反射音を低
減し、室内の共振を防止し、付加音源と下流側センサ間
のコヒーレンスを向上させ、さらにハウリングを抑制
し、室内の減音効果を大巾に改善するものであった。つ
まり、ダクト中を．消音材で吸音処理することによりハ
ウリングを防止し安定な騒音制御が可能となるものであ
った。

【０００４】また、大口径のダクトで消音制御する場合
は、以下に説明する構成で消音制御していた。図７は大
口径のダクトの消音制御の概略構成図である。同図にお
いては、ダクトは４分割されているが、この説明では２
分割の構成について列挙する。図において、１０は大口
径のダクト、１２は大口径のダクト１０を分割する仕切
板、１１ａ及び１１ｂはアクチュエータ、１４ａ及び１
４ｂはダクト１０の上流側に設けられた上流側センサ、
１６ａ及び１６ｂは下流側に設けられた下流側センサで
ある。この上流側センサ及び下流側センサは仕切板１２
によって分割されたダクト（以下第１の分割ダクト、第
２の分割ダクトという）にそれぞれ１個づつ設けてい
る。また、アクチュエータ１１ａは大口径のダクト１０
の上面に、アクチュエータ１１ｂは大口径のダクト１０
の裏面に設けられている。１８ａ、１８ｂ及び１８ｃは
第１の分割ダクト側のフィルタアンプ、２０ａ及び２０
ｃは第１の分割ダクト側のＡ／Ｄ変換器、２３は第１の
分割ダクト側のＤ／Ａ変換器、２３は第１の分割ダクト
側の制御部である。

【０００５】２４ａ、２４ｂ及び２４ｃは第２の分割ダ
クト側のフィルタアンプ、２６ａ及び２６ｃは第２の分
割ダクト側のＡ／Ｄ変換器、２７は第２の分割ダクト側
のＤ／Ａ変換器、２８は第２の分割ダクト側の制御部で
ある。図７の大口径のダクト１０では低周波数域で平面
波が成立せず低周波の消音効果が減るため、ダクト１０
を仕切板１２で分割し、分割部毎に、上記図６の動作と
同様に、それぞれの制御部が騒音制御することが試みら
れていた。このようなことは、文献２の「電子情報通信
学会技術研究報告、Ｖｏ１，８８，Ｎｏ１０５，１９８
８，高橋他、空調ダクト騒音に対する適応型電子消音シ
ステム、ｐｐ４９−５９」にも記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなダクト消
音制御装置は、図６、特開平４−２１３４９８号公報又
は文献１に示すように、比較的に小口径のダクトに音発
生器（付加音源）を取付け、騒音源からの音と同じ振幅
で逆位相の音をダクト内に放射させると共に、ダクト内
を吸音材で囲んでハウリングを防止するものである。し
かし、小口径のダクトでは、安定した騒音制御が可能だ
が、大口径ダクトに適用すると低周波域で平面波が成立
せず、効果が減少する欠点があった。このため、大口径
のダクトでは、図７又は文献２に示すように、ダクト内
を仕切板で分割し、この分割したダクト毎に、小口径の
ダクトと同様な消音制御装置を備えていた。このダクト
分割により、図６に示すような消音制御装置は適用でき
るが、分割無しの系を単純に分割数倍したものであり、
各分割数分毎に上流側センサからの騒音を制御部（コン
ピュータ等）に取込むためのフィルタアンプ、Ａ／Ｄ変
換器等が必要となりシステムが大型となると共に、複雑
になるという問題点があった。さらに、騒音制御アルゴ
リズムとしてＶＳ−ＬＭＳアルゴリズムを用いているた
め、音発生器に関しては下流側センサと上流側センサが
対称の関係である必要があり、配置の制約が比較的大き
いという問題点があった。本発明は、上記の課題を解決
するため、単純な装置で大口径ダクトにおいてもセン
サ、音発生器等の配置制約が少なく、かつ消音効果が向
上するダクト消音制御装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わるダクト消
音制御装置は、内部が所定長の複数の仕切板によって分
割された複数の分割ダクトからなり、騒音が入力する側
が上流側とされ、仕切板より長いダクトと、ダクトの下
流側の分割ダクト内の所定位置に、分割ダクト毎に配置
された複数の第１の受音器と、仕切板より上流側に所定
距離を有して、いずれかの分割ダクトの第１の受音器に
対向する位置に配置された１個の第２の受音器と、分割
ダクト毎に備えられ、上流側端から、それぞれ第２の受
音器と上流側分割端との距離以上の距離を有して配置さ
れた音発生器と、分割ダクト毎に備えられ、それぞれ第
２の受音器が受音した騒音信号を入力し、騒音信号に基
づいて、当該分割ダクトの第１の受音器からの受音信号
の音圧レベルを消音制御アルゴリズムを用いて小さくな
るように、当該分割ダクトに備えられた音発生器から音
を発生させる制御手段とを備えたものである。また、仕
切板の両面に、吸音材を取付けたものである。さらに、
音発生器と上流側分割端との距離は、第２の受音器と上
流側分割端との距離と制御手段の信号処理遅延時間に対
応する音の伝搬距離との和以上とすると更に良い。さら
に、騒音制御アルゴリズムとして、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−
ＸＬＭＳアルゴリズムを用いたものである。

【０００８】

【作用】本発明においては、ダクトの仕切板から上流側
に所定距離、離れた位置に配置された１個の第２の受音
器が受音すると、各分割ダクトの制御手段がこの第２の
受音信号をそれぞれ騒音として入力し、それぞれの当該
分割ダクトの音発生器に、この騒音のレベルが低下する
音を発生させ、当該分割ダクトの下流側の第１の受音器
が受音した音をモニタしながら音発生器から発生させる
音を制御させる。このとき、各分割ダクトの音発生器は
仕切板の上流側の端に対して、第２の受音器と仕切板と
の間の距離より長くされているため、隣接する分割ダク
ト側に回折して、その分割ダクトの音発生器に到達する
前に、上流側の１個の第２の受音器側に初めに到達して
受音される。つまり、隣接する各分割ダクトの音発生器
からの音は、初めに上流側の第２の受音器に到達し、騒
音と共に合成波となって第２の受音器に受音される。そ
して、各分割ダクトの制御手段は、その分割ダクトの音
発生器に到達する前に、隣接する分割ダクトの音声発生
器からの音と騒音との合成波を得て、この合成波に基づ
いて、それぞれの下流側の第１の受音器からのモニタ音
を参照しながら騒音制御アルゴリズムで分割ダクト内の
騒音を消す。また、仕切板の両面に、吸音材を取付けた
ことにより、音発生器からの音、入力する騒音、他の分
割ダクトからの高域音は吸収される。また、第２の受音
器と上流側分割端との距離と制御手段の信号処理遅延時
間に対応する音の伝搬距離との和以上としたことによ
り、電気的な遅れを考慮した消音制御をする。さらに、
騒音制御アルゴリズムとして、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ
ＬＭＳアルゴリズムを用いるため、音発生器及びダクト
の特性を考慮した消音をする。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の一実施例の概略構成図であ
る。これは、４分割し吸音処理した直径１０００ｍｍの
大口径のダクトに対して、消音制御を行ったものである
が本例では２分割のみを説明する。図において、１３及
び３０を除いて，９〜２８は上記と同様なものである。
１３は円柱の大口径のダクトである。３０は制御部であ
る。制御部３０は、上流側センサ１４ａが受波した騒音
信号を対向する分割ダクト側のローパスフィルタ２４
ａ、Ａ／Ｄ変換器２６ａを介して、対向する分割ダクト
側の制御部２８と共に入力する。また、円柱の大口径の
ダクト１３は十字の吸音処理した仕切板１２で４分割さ
れている。この処理により、高周波数の音が消音され、
パッシブ消音の効果が現れるものである。また、実施例
では、具体的にはセンサはマイク、音発生器であるアク
チュエータはスピーカを用いている。

【００１０】また、制御部の消音制御アルゴリズムは、
適応型の比較的計算量の少ないＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ
ＬＭＳアルゴリズムを用いており、騒音信号を入力し、
騒音信号に基づいて、当該分割ダクトの下流側センサ１
６ｂからの受音信号の音圧レベルが小さくなるようにす
る。さらに、上流側センサ１４ａは仕切板１２の上流側
の端からの距離がＬｓになるように配置され、かつアク
チュエータは仕切板１２の上側の端からの距離がＬａと
なるように配置され、距離Ｌａが距離Ｌｓより長くなる
ようにされている。この距離Ｌａは、Ｌｓと信号処理遅
延時間に対応する音の伝搬距離との和としている。

【００１１】上記のように構成されたダクト消音制御装
置について以下に動作を説明する。制御部２８は従来と
同様に上流側センサ１４ａからの騒音信号をローパスフ
ィルタ２４ａ、Ａ／Ｄ変換器２６ａを介して入力し、こ
の騒音信号と同じ振幅で逆位相の消音信号を作成し、Ｄ
／Ａ変換器２７、フィルタアンプ２４ｂを介して音発生
器１１ｂに出力する。そして、下流側センサ１６ｂから
の受音信号をフィルタアンプ２４ｃ、Ａ／Ｄ変換器２６
ｃより入力し、この下流側センサ１６ｃが採集した受音
信号に基づいて、消音効果を判断し、この判断値に基づ
いてアクチュエータ１１ｂから放射させて、消音を制御
する。また、制御部３０は同様に、上流側センサ１４ａ
からの騒音信号を対向する分割ダクト側のＡ／Ｄ変換器
２６ｂより入力して、この騒音信号と同じ振幅で逆位相
の消音信号を作成し、Ｄ／Ａ変換器２３、フィルタアン
プ１８ｂを介してアクチュエータ１１ａに出力する。そ
して、制御部３０は下流側センサ１６ａからの受音信号
をフィルタアンプ１８ｃ、Ａ／Ｄ変換器２０ｃより入力
し、この下流側センサ１６ａが採集した受音信号に基づ
いて、消音効果を判断し、この判断値に基づいてアクチ
ュエータ１１ａから放射させて、騒音を制御する。

【００１２】つまり、円柱の大口径のダクト１３の上流
側にある１本の上流側センサ１４ａから得られた騒音信
号をもとに、各分割ダクト側の制御部が騒音を消去する
ような制御音をそのアクチュエータから出力し、各分割
ダクトの下流側センサを用いて消音効果が最大になるよ
う制御する。次に、センサ及びアクチュエータの配置関
係を具体的に説明する。図２は大型ダクト内のセンサと
アクチュエータの配置関係の説明図である。図におい
て、９〜１６ｂは上記と同様なものである。同図に示す
ように、大型ダクト１３の長さが５０００ｍｍで仕切板
１２及び吸音材９の長さが４０００ｍｍの場合は、下流
側センサ１６ｂは大型ダクト１３の後端から３００ｍｍ
に配置され、アクチュエータ１１ａは大型ダクト１３の
後端から１５００ｍｍに配置され、上流側センサ１４ａ
は大型ダクト１３の後端から４５００ｍｍにする。

【００１３】このような配置関係にすると、他の分割ダ
クトの制御音が回折してアクチュエータに達する前に、
他の分割ダクトの制御音の直接音を取れるようになり、
他の分割ダクトの制御音の回折音を消去できる。つま
り、この実施例では、信号の制御部への入出力による遅
延と、計算による遅延との和に相当する音の伝搬距離Ｌ
ｄ以上、上流側分割端とアクチュエータとの距離Ｌａ
が、上流側分割端と上流側センサ１４ａとの距離Ｌｓよ
り大きくなるよう下流側センサ１６ｂを配置することに
より、騒音を消音制御する。従ってＬａ＞Ｌｓ＋Ｌｄのとき、制御部のコンピュータによって、効果的な能動
的消音制御が可能となるのである。

【００１４】例えば、フィルタの遅れは約３．４ｍ秒、
コンピュータの遅れは約１ｍ秒なので、Ｌｄは約１５０
０ｍｍとなり、Ｌｓ＜Ｌａ（２５００）−Ｌｄ（１５００）＝１０００となり、Ｌｓは１０００ｍｍ未満にすれば良いことがわ
かる。また、実施例では、この条件を満たすよう図２の
寸法のように、上流側の分割ダクト端と下流側センサと
の距離Ｌｓを５００ｍｍとした。図３は本発明を説明す
る説明図である。図において、９〜１６ｂは上記と同様
なものである。例えば、大型ダクト１３の上流側にある
１本の上流センサ１４ａから得られた騒音信号をもと
に、各分割ダクト側の制御部が騒音を消去するような制
御音をアクチュエータから出力し、それぞれの分割ダク
トの下流側センサを用いて消音効果が最大になるよう制
御しているとする。

【００１５】しかし、図３のように各分割ダクトの消音
が他の分割ダクトに回折して侵入し、消音効果が減少す
る。このようなことは、消音制御アルゴリズムとして分
割ダクト毎の干渉を考慮した制御である文献３の「電子
情報通信学会、ＥＡ９０−２、１９９０、浜田他、アク
ティブ・ノイズコントローラ・チェアの実現」にも記載
されているが、この制御法は非常に複雑である。そこ
で、本発明では、上流側センサとアクチュエータの距離
間隔を上記実施例のような配置間隔とし、他の分割ダク
トの消音が回折して本ダクトのアクチュエータに達する
前に、他の分割ダクトの制御音を直接音を取れるように
することで、例えば上記のように、アクチュエータから
放射させる消音を制御して他の分割ダクトからの制御音
を消去させると共に、上流側からの騒音を消すようにす
る。このような配置関係にしたときの消音効果を図を用
いて説明する。

【００１６】図４は騒音源として白色雑音を用いたとき
の消音効果の説明図である。同図は大型ダクト１３の出
口（以下パッシグ部という）における消音効果であり、
非消音制御時には、仕切板１２及び吸音材９等により、
５００Ｈｚでは、騒音源である白色雑音の音圧レベル
（点線）に対して、約３０ｄＢ消音されているが、しか
し、５００Ｈｚ以下の音では効果は少なく、２００Ｈｚ
以下では全く無い。図５は消音制御したときのアクティ
ブ効果の説明図である。同図に示すように、低周波数域
を注目して横軸のスケールを５００Ｈｚとすると、低周
波数域で効果的に消音出来ており、結果として５００Ｈ
ｚ以下でオーバーオール２０ｄＢの消音効果が得られて
いることがわかる。つまり、本発明は、上流側センサを
１つにして、図１又は図２に示すように、センサ及びア
クチュエータとの配置関係をとることにより、制御音が
回折して本分割ダクトのアクチュエータに達する前に、
他の分割ダクトの消音を直接音を取れるようにするよう
にしたものであり、また従来例と比較して、分割長が短
くて良く、１つの上流側のセンサで制御できるため、分
割ダクト毎に上流側センサからの騒音を制御部に取込み
させるためのフィルタアンプ、Ａ／Ｄ変換器は必要では
なくなり、装置が簡単になっている。

【００１７】なお、上記実施例では円柱の大型ダクトを
用いて説明したダクトが分割されていたときに本発明の
構成にすると、同様な効果が得られる。また、上記実施
例では第１の受音器又は第２の受音器としてマイクロホ
ン等のセンサとしたが音声に相関のある信号を得られる
ものであればよい。例えば、振動ピックアップ、圧力セ
ンサなどの空気の振動を取ることができるものであれば
よい。また、音発生器は、スピーカ、圧電素子などの、
空気に振動を与えるものであればよい。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ダクトの
仕切板から上流側に所定距離、離れた位置に配置された
１個の第２の受音器からの音信号を各分割ダクトの制御
手段に入力させ、各分割ダクトの音発生器は仕切板の上
流側の端に対して、第２の受音器と仕切板との間の距離
より長くしたことにより、隣接する各分割ダクトの音発
生器からの音は、初めに上流側の第２の受音器に到達
し、騒音と共に合成波となって第２の受音器に受音され
る。そして、各分割ダクトの制御手段は、その分割ダク
トの音発生器に到達する前に、隣接する分割ダクトの音
声発生器からの制御音と騒音との合成波を得て、この合
成波に基づいて、それぞれの下流側の第１の受音器から
のモニタ音を参照しながら騒音制御アルゴリズムで、そ
の音発生器から音を発生させるため、上流側の受音器及
びローパスフィルタ、Ａ／Ｄ変換器等を省略できると共
に、回折音、低音及び高周波数の騒音を消すことができ
るという効果が得られている。また、仕切板の両面に、
吸音材を取付けたことにより、ハウリングを防止し、さ
らに高周波数の騒音を消すことができるという効果が得
られている。また、音発生器と上流側分割端器との距離
は、第２の受音器と上流側分割端との距離以上と制御手
段の信号処理遅延時間に対応する音の伝搬距離との和以
上としたことにより、高い精度で消音制御をすることが
できるという効果が得られている。さらに、消音制御ア
ルゴリズムとして、Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳアル
ゴリズムを用いるため、音発生器及びダクトの特性を考
慮した消音をするという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】大型ダクト内のセンサとアクュエータの配置関
係の説明図である。

【図３】本発明を説明する説明図である。

【図４】騒音源として白色雑音を用いたときの消音効果
の説明図である。

【図５】騒音制御したときの効果の説明図である。

【図６】従来のダクト消音装置の概略構成図である。

【図７】大口径のダクトの消音制御の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ダクト２上流側センサ３制御部４アクチュエータ５下流側センサ６ａＡ／Ｄ変換器６ｃＡ／Ｄ変換器７Ｄ／Ａ変換器８ａフィルタアンプ８ｂフィルタアンプ８ｃフィルタアンプ９吸音材料１０大口径のダクト１２仕切板１１ａアクチュエータ１１ｂアクチュエータ１４ａ上流側センサ１４ｂ上流側センサ１６ａ下流側センサ１６ｂ下流側センサ１８ａフィルタアンプ１８ｂフィルタアンプ１８ｃフィルタアンプ２０ａＡ／Ｄ変換器２０ｃＡ／Ｄ変換器２３Ｄ／Ａ変換器２３制御部３０制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ１０Ｋ 11/04 (72)発明者堀川偕範東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者近藤國弘東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者土居郷志東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部が所定長の複数の仕切板によって分
割された複数の分割ダクトからなり、騒音が入力する側
が上流側とされ、前記仕切板より長いダクトと、前記ダクトの下流側の分割ダクト内の所定位置に、分割
ダクト毎に配置された複数の第１の受音器と、前記仕切板より上流側に所定距離を有して、前記いずれ
かの分割ダクトの第１の受音器に対向する位置に配置さ
れた１個の第２の受音器と、前記分割ダクト毎に備えられ、上流側分割端から、それ
ぞれ前記第２の受音器と前記上流側分割端との距離以上
の距離を有して配置された音発生器と、前記分離ダクト毎に備えられ、それぞれ前記第２の受音
器が受音した騒音信号を入力し、該騒音信号に基づい
て、当該分割ダクトの前記第１の受音器からの受音信号
の音圧レベルを消音制御アルゴリズムを用いて小さくな
るように、前記当該分割ダクトに備えられた音発生器か
ら音を発生させる制御手段とを有することを特徴とする
ダクト消音制御装置。
【請求項２】前記仕切板の両面に、吸音材を取付けた
ことを特徴とする請求項１記載のダクト消音制御装置。
【請求項３】前記音発生器と上流側分割端器との距離
は、第２の受音器と上流側分割端との距離と前記制御手
段の信号処理遅延時間に対応する音の伝搬距離との和以
上とすることを特徴とする請求項１記載のダクト消音制
御装置。
【請求項４】前記消音制御アルゴリズムとして、Ｆｉ
ｌｔｅｒｅｄ−ＸＬＭＳアルゴリズムを用いることを
特徴とする請求項１記載のダクト消音制御装置。