JPH0772872A - 能動的消音方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一次元音場における音波を音波検出器によっ
て検出しその音波を打ち消すような音波を音波発生器よ
り送出して消音を行う能動的消音方法であって、音波検
出器、音波発生器の少なくとも一方を複数個使用し、音
波検出器同志、音波発生器同志を、消音したい最高周波
数の音波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然数）に相
当する距離だけ音波の進行方向に離して配置したことを
特徴とする方法。 【効果】 １個の音波検出器又は音波発生器が消音した
い周波数の一次元平面進行波の節の位置に当たる場合で
も、他の少なくとも１個の音波検出器又は音波発生器は
節でない位置になり、特定周波数で減音効果が低下する
ことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、能動的消音方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの爆発音、送風機ファンの回転
音等は、回転に同期した繰り返し波形を持つ周期音であ
る。このような周期音による騒音を低減するために、音
波の干渉を利用して騒音低減を図る能動的消音技術が注
目されている。これは、例えば特開平２ー 94900号公報
に記載されるようなもので、モニターマイクで検出した
騒音信号を信号処理装置に送り、信号処理装置で音波を
打ち消すような信号を演算して作成し、この信号に基づ
いて消音用スピーカから音波を発信し、騒音と干渉させ
て騒音を低減するものである。この方法は、音源からの
音波がダクト等の管状体の中を進行し事実上一次元の平
面進行波であるとみなされる場合に特に有効である。特
開平４−306477号公報には、この能動的消音技術を冷却
装置に応用した例が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の能動的消音装置
においては検出用マイクロホンおよび付加音源スピーカ
（消音用スピーカ）は、通常それぞれ１個が用いられて
いる。しかし、音波が事実上一次元の平面進行波である
とみなされる場合に、検出用マイクロホン又は付加音源
スピーカがある周波数の進行波の振動の節の位置に当た
ってしまうと、不可観測あるいは不可制御になってしま
い、その周波数について減音効果が低下する。図６はこ
の状態を示す図であり、ダクト中を進行する平面進行波
の節の位置にマイクロホン３Ａ、付加音源スピーカ４Ａ
が位置している例を示している。

【０００４】このような場合には、マイクロホン３Ａの
位置では音波が検出されない。又、付加音源スピーカの
位置にでは、音波を発しても平面進行波を打ち消すこと
は不可能である。マイクロホンおよび付加音源スピーカ
をダクトの出口に配置すればこの問題は避けられるが、
実プラントにおいてはこのような配置が可能でない場合
がある。また、ダクトの出口においては、音波が一次元
の平面進行波とみなせなくなるので、マイクロホンおよ
び付加音源スピーカをダクトの出口に配置した場合に
は、消音効果に指向性が出てしまう可能性もある。

【０００５】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、特定周波数での減音効果が低下す
ることのない、高性能の能動的消音方法を得ることを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、一次元音場
における音波を音波検出器で検出し、その音波を打ち消
すような音波を音波発生器より発信して消音を行う能動
的消音方法であって、音波検出器、音波発生器の少なく
とも一方を複数個使用し、音波検出器同志、音波発生器
同志を、消音したい最高周波数の音波の波長の（２ｎ−
１）／４ （ｎは自然数）に相当する距離だけ音波の進
行方向に離して配置した方法により達成される。

【０００７】

【作用】複数の音波検出器と音波発生器を上記のように
配置することにより、１個の音波検出器又は音波発生器
が消音したい周波数の一次元平面進行波の節の位置に当
たる場合でも、他の少なくとも１個の音波検出器又は音
波発生器は、節でない位置になる。図１は本発明の原理
を示す図である。

【０００８】図１に示すように、第１のマイクロホン
（音波検出器）３Ａと第２のマイクロホン３Ｂ、第１の
付加音源スピーカ（音波発生装置）４Ａと第２の付加音
源スピーカ４ＢとはΔＳ（＝１／４λ：λは消音したい
最高周波数における波長）だけ離して設置されている。
第１のマイクロホン３Ａによって検出された音波は図示
しない演算装置に入力され、これを打ち消すのに必要な
音波が演算されて第１のスピーカ４Ａより出力される。

【０００９】同様に、第２のマイクロホン３Ｂによって
検出された音波は図示しない演算装置に入力され、これ
を打ち消すのに必要な音波が演算されて第２のスピーカ
４Ｂより出力される。第１のマイクロホン３Ａと第１の
付加音源スピーカ３Ｂは一次元平面進行波の節に位置し
ているため不可観測、不可制御の状態にあるが、第２の
マイクロホン３Ａと第２の付加音源スピーカ３Ｂはこの
位置から１／４λ離れているので、一次元平面進行波の
腹に位置することになり、これらを使用して消音を行う
ことができる。

【００１０】なお、図１においては、マイクロホンとス
ピーカをそれぞれ２個ずつ使用しているが、例えばスピ
ーカの取り付け位置が平面進行波の節にならないことが
確実であるような場合には、マイクロホンのみを複数個
使用する方式とすることもできる。この場合には、それ
ぞれのマイクロホンで検出した音波を打ち消すのに必要
な音波をそれぞれ演算装置で演算して求め、これらを合
成した出力でスピーカーを駆動すればよい。

【００１１】また、逆にマイクロホンの取り付け位置が
平面進行波の節にならないことが確実であるような場合
には、スピーカのみを複数個使用する方式とすることも
できる。この場合には、マイクロホンで検出した音波を
打ち消すために各々のスピーカが送出すべき音波をそれ
ぞれ求め、これにより各々のスピーカを駆動すればよ
い。

【００１２】

【実施例】つぎに、本発明の実施例として、本発明をガ
スエンジンの排気音の消音に利用した例について説明す
る。本実施例においては、音波検出器を２個使用し、音
波発生器を１個使用している。ガスエンジンの排気音
は、エンジン回転数を基本周波数とし、その整数倍およ
び０．５次成分を主体とする約２００Ｈｚ以下の低周波
域の音圧レベルが高い。その他は、徐々に音圧レベルを
下げながら約５００Ｈｚ近辺まで広がっている。

【００１３】能動的消音器の構造を図２と図３を用いて
説明する。能動的消音器をダクト２の途中に設置する場
合には、排気ガス８の熱と含有成分から付加音源スピー
カ４やマイクロホン３を保護しなければならない。ガス
エンジン１の排気ガス８の温度は排気ダクト２の沿道で
は、約３００℃以上である。また、排気ガス８の成分に
は水蒸気が含まれている。このような環境に耐え、かつ
配管のデッドスペースに納まるコンパクトな構造にする
ために、ここでは図３のような構造にした。

【００１４】すなわち、水蒸気を含んだ高温排気ガスが
直接消音器側に流入するのを防ぐために耐熱性膜７を置
き、かつ多数の細いパイプを埋め込んだ冷却部６を介し
て付加音源スピーカ４とマイクロホン３を設置する構造
とした。消音器には、４０ｃｍコーンスピーカ５を２個
とコンデンサマイクロホンを使用しており、特別なスピ
ーカやマイクロホンは使用せず、市販の安価なものを用
いている。こうして自然冷却だけで、熱は遮断するが音
響的には、透明な構造の消音器を実現した。エンジン排
気音は周期音であるため、消音アルゴリズムは同期型波
形合成法を用いた。信号処理は、（１）式および（２）
式に示す論理式で行っている。

【００１５】

【数１】

【００１６】（１）式と（２）式を実現するために、図
４に示す能動的消音装置を製作した。すなわち、Ａ／Ｄ
変換器１１は、エンジン回転数に同期したパルス１３を
基に、マイクロホン３からの音圧信号を外部サンプリン
グし、コンピュータ１０にダイレクトメモリアクセス転
送する。コンピュータ１０は、転送されたデータを４ブ
ロックに分けて各ブロックごとにフーリエ変換を行な
う。

【００１７】つぎに、消音対象となるすべての周波数成
分に関して、式（１）に示すベクトル演算を行い、最適
値を求めた後、逆フーリエ変換を行なう。その結果をＤ
／Ａ変換器１２に再度ダイレクトメモリアクセス転送
し、付加音源スピーカ４から合成音を放射している。こ
のとき、Ａ／Ｄ変換器１１からの入力およびコンピュー
タ１０によるつぎの出力信号の演算も同時に実行されて
いる。この一連のサイクルを繰り返すことにより、デー
タの入出力が連続的に処理される。

【００１８】能動的消音器の減音効果を説明する。能動
的消音器単独の減音効果を調べるために以下の実験を行
なった。実験対象は、出力５００ｋＷ、基本周波数１
６．７Ｈｚのガスエンジンである。エンジン運転時に能
動的消音器のＯＮ、ＯＦＦを行い、図２のマイクロホン
３Ａの制御点地点とダクト２の出口から１ｍ地点（図２
のＣ）の減音効果を測定した。その結果、８０Ｈｚ、１
８０Ｈｚ近傍で減音効果が得られていなかった。そこ
で、マイクロホン３Ｂの距離を５０ｃｍ離し、Ａ／Ｄ変
換器１１に取り込んだ。これは、制御点マイクロホン３
Ａ地点が両周波数における音圧の節に近いため入力され
る音圧レベルが小さくなり、十分な制御が行なえなかっ
たためである。そこで、図１に示すマイクロホン３Ａ、
３Ｂの２点で制御を行なったところ、すべての周波数ピ
ークで減音され、最大で約３０ｄＢの効果を得ることが
できた。

【００１９】排気ガス８のダクト２の出口からの指向性
を調べるために、図２の計測点Ｄ（４５°方向）および
Ｅ（９０°方向）の減音効果を計測した。当然のことな
がら、ダクト２の内部で消音しているためいずれの方向
も同様の減音効果が得られており、減音に対する指向性
はあらわれていない。

【００２０】本能動的消音器の耐久性確認のため、現在
稼働中の設備で長期テストを実施した。能動的消音器内
部の温度の時間的変化を図５に示す。温度は、ほぼ１時
間ほどで飽和し、排気ガス８の温度が３５０℃のとき、
付加音源スピーカ４およびマイクロホン３Ａ、３Ｂの直
前はせいぜい４０〜５０℃に保たれており十分に耐えら
れる温度環境であった。また、水蒸気に関しても耐熱性
膜７を通過してくる水分はなく特に問題はなかった。本
システムは、１０００時間順調に稼働した。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、音波検出器、音波発生器の少なくとも一方を複数個
使用し、音波検出器同志、音波発生器同志を、消音した
い最高周波数の音波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自
然数）に相当する距離だけ音波の進行方向に離して配置
しているので、１個の音波検出器又は音波発生器が消音
したい周波数の一次元平面進行波の節の位置に当たる場
合でも、他の少なくとも１個の音波検出器又は音波発生
器は節でない位置になり、特定周波数で減音効果が低下
することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す図である。

【図２】本発明の１実施例におけるマイクロホンと付加
音源スピーカを配置した図である。

【図３】本発明の１実施例におけるダクトにマイクロホ
ンと付加音源スピーカを配置したときの詳細図である。

【図４】能動的消音装置のブロック図である。

【図５】能動的消音器内部の温度の時間的変化を示した
図である。

【図６】従来の能動的消音装置におけるマイクロホンと
付加音源スピーカの配置図である。

【符号の説明】

１ ガスエンジン ２ ダクト ３ ３Ａ、３Ｂ マイクロホン ４ ４Ａ、４Ｂ 付加音源スピーカ ５ スピーカ単体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次元音場における音波を音波検出器に
   よって検出しその音波を打ち消すような音波を音波発生
   器より送出して消音を行う能動的消音方法において、音
   波検出器、音波発生器の少なくとも一方を複数個使用
   し、音波検出器同志、音波発生器同志を、消音したい最
   高周波数の音波の波長の（２ｎ−１）／４（ｎは自然
   数）に相当する距離だけ音波の進行方向に離して配置し
   たことを特徴とする能動的消音方法。