JPH10254458A - 能動遮音パネル - Google Patents

能動遮音パネル

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JPH10254458A
JPH10254458A JP9055819A JP5581997A JPH10254458A JP H10254458 A JPH10254458 A JP H10254458A JP 9055819 A JP9055819 A JP 9055819A JP 5581997 A JP5581997 A JP 5581997A JP H10254458 A JPH10254458 A JP H10254458A
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JP
Japan
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noise
panel
detector
vibration
control
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Application number
JP9055819A
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English (en)
Inventor
Isao Kakubari
勲 角張
Kenichi Terai
賢一 寺井
Hiroyuki Hashimoto
裕之 橋本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遮音壁の振動を制御することにより重量を増
すことなく十分な遮音性能を得る。 【解決手段】 遮音壁と遮音壁の振動状態を検知する誤
差検出器と、遮音壁に入射する騒音を検出する騒音検出
器と、誤差検出器および騒音検出器の出力を入力する制
御手段と、誤差検出器近傍に配設され制御手段の出力を
入力する制御音源からなり、制御手段は誤差検出器およ
び騒音検出器の出力から誤差検出器で検出した遮音壁の
振動が最小になるように制御音源を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、能動振動制御を行
う能動遮音パネルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、遮音パネルは広周波数にわたって
遮音性能を確保するため重量のかさむ材料によって構成
していた。以下、従来の遮音パネルを特開平5-86658に
ついて図11を参照しながら説明する。
【0003】図11において31は複合遮音材、32は
表面板、33は制振材である。複合遮音材31は表面板
32の裏面に損失係数0.2以上の制振材33を積層して
おり遮音パネルは複合遮音材31を壁の表面に配置する
構成となっている。このような構成の遮音パネルでは、
損失係数の大きな制振材33において騒音に起因する振
動を減少させ、複合遮音材31全体の振動を低減するこ
とにより騒音の伝達量を低減させることによって遮音性
能の向上を図っている。
【0004】また、特開平6-149271について図12を参
照しながら説明する。図12において41は遮音パネ
ル、42は遮音パネル41を励振するように設置したア
クチュエータ、43は遮音パネル41の振動を検出する
振動センサ、44は騒音検出センサ、45は振動センサ
43の出力を入力する換算回路、46は換算回路の出力
と騒音検出センサ44の出力を入力し制御信号をアクチ
ュエータ42に出力する制御回路である。複数の振動セ
ンサ43から出力する電気信号を遮音パネル41より放
射される音響放射パワーに換算回路45で換算する。制
御回路46は騒音検出センサ44の出力と換算回路45
の出力から換算回路45の出力信号である放射音圧換算
値が小さくなるような制御信号を生成しアクチュエータ
42に出力する。このような構成の遮音パネルでは、振
動センサ43を設置した点の騒音に起因する振動をアク
チュエータ42によって制振する事により騒音の伝達量
を低減させることによって遮音性能の向上を図ってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図11に
示した上記の従来の遮音パネルで広帯域の騒音に対して
優れた遮音特性を確保するためには大きな損失係数を確
保する必要があり、一般に重量の大きい材料を制振材と
して用いる必要があった。さらに重量の大きい遮音パネ
ルを支えるために構造体等も堅固に作る必要があった。
【0006】また、図12に示した従来の遮音パネルで
はアクチュエータによる加振を行っているため対象とな
る振動の周波数が高くなるにつれて、制振できるエリア
はアクチュエータ直下のみとなり広周波数帯域での制振
を行うには多数の振動センサとアクチュエータが必要に
なり、それに伴い制御回路の規模が大きくなっていた。
【0007】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、装置の規模を大きくすることなく広周波数帯域に渡
って騒音に起因する振動を制御し、軽量かつ高遮音性能
を有する能動遮音パネルを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の能動遮音パネルは、第1の発明として、パ
ネルと、前記パネルの振動状態を検出する誤差検出器
と、前記パネルに入射する騒音を検出する騒音検出器
と、前記誤差検出器および前記騒音検出器の出力を入力
する制御手段と、前記制御手段の出力を入力し制御音と
して放射する制御音源からなり、前記制御手段は前記誤
差検出器および前記騒音検出器の出力から前記誤差検出
器で検出した前記パネルの振動が最小になるように前記
制御音源を駆動する構成とする。この構成により騒音に
起因するパネルの振動が制振されることで騒音伝達経路
が遮断され、遮音性能の良好な能動遮音パネルとなる。
【0009】第2の発明として、パネルは中空な匡体か
らなり、制御音源はパネルの匡体表面に設置した加振器
と前記加振器によって励振する前記パネルの匡体であ
り、誤差検出器は前記加振器を配設した匡体面と対向す
る匡体面に設置する構成とする。この構成により騒音に
起因するパネルの振動は制振されることで騒音伝達経路
が遮断され、遮音性能の良好な能動遮音パネルとなる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0011】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1の構成を示すブロック図である。図3は本発明の実
施の形態1を救急車について実施する場合の構成を示す
ブロック図である。図において1はパネル、2はパネル
1に接して配設した誤差検出器、3はパネル1に入射す
る騒音を検出する騒音検出器、4は騒音検出器3および
誤差検出器2の出力を入力し、誤差検出器2の位置のパ
ネル1の振動と逆位相同音圧になる制御信号を生成する
制御手段、5は制御手段4の出力である制御信号を入力
し制御音に変換した後、放射する制御音源、nは騒音
源、sは警報信号源、Sは警報音源、Mは搭乗者であ
る。
【0012】以下、本実施の形態の動作を説明する。パ
ネル1の振動に制御音源5を作用させ、その誤差振動を
誤差検出器2で検出し、誤差信号として制御手段4に出
力する。また、騒音検出器3ではパネル1に入射する騒
音を検出し、騒音信号として制御手段4に出力する。制
御手段4ではLMS(Least Mean Square)アルゴリズム
等により騒音信号と相関の有る誤差信号が常に小さくな
るような制御信号を生成して制御音源5に出力する。
【0013】この構成により、騒音検出器3から誤差検
出器2までの伝達関数をG、制御音源5から誤差検出器
2までの伝達関数をCとすると、制御手段4が動作して
誤差検出器2の出力がゼロに近づき、制御手段は−G/
Cとなる。従って、騒音信号Nに対して誤差検出器2で
の騒音による振動はN・Gとなり、制御音源5による制
御音によるパネル1の振動は誤差検出器2で、 N・(−G/C)・C=−N・G となり、誤差検出器2の点で騒音による振動と制御音に
よる振動は互いに干渉し、 N・G+(−N・G)=0 となる。従って、パネル1の誤差検出器2を設置した点
近傍の振動が制御音による振動との干渉によって低減さ
れる。図2(a)に制御信号をパネル1に接して設置し
た加振器に入力してパネルを直接加振することで振動を
低減した場合の低減効果、図2(b)に制御信号を制御
音源5であるスピーカに入力して制御音によってパネル
を加振することで振動を低減した場合の低減効果を示
す。なお、図2(a)、図2(b)において正の値は振
動が低減していることを、負の値は振動が増加している
ことを示す。加振器を用いた場合、振動低減効果が加振
器位置の限られた部位の振動低減であるのに対して、制
御音源5であるスピーカを用いた場合、振動低減効果は
広い領域で得られている。従って、制御信号を制御音源
5から制御音として放射することにより従来の加振器を
用いた場合に比べ、パネルの振動を広い範囲で低減する
ことが可能になり小規模かつ軽量で優れた遮音性能を有
する能動遮音パネルが実現できる。また、図3に示すよ
うに救急車に実施した場合、警報信号源sを出力した警
報信号は警報音源Sに入力する。警報音源Sでは警報信
号を変換し警報音として放射する。警報音源Sから放射
した警報音は救急車近傍に伝達して注意を喚起するのと
同時に救急車体であるところのパネル1内部を伝達して
救急車室内に騒音として伝搬する。救急車体であるとこ
ろのパネル1の振動に制御音源5を作用させ、その誤差
振動を誤差検出器2で検出し、誤差信号として制御手段
4に出力する。また、騒音検出器3では警報信号源sか
ら直接電気信号で警報音源Sから警報信号を検出し、騒
音信号として制御手段4に出力する。制御手段4ではL
MS(Least Mean Square)アルゴリズム等により警報信
号と相関の有る誤差信号が常に小さくなるような制御信
号を生成して制御音源5に出力する。
【0014】この構成により、騒音検出器3から誤差検
出器2までの伝達関数をG、制御音源5から誤差検出器
2までの伝達関数をCとすると、制御手段4が動作して
誤差検出器2の出力がゼロに近づき、制御手段は−G/
Cとなる。従って、警報信号sに対して誤差検出器2で
の警報音による振動はs・Gとなり、制御音源5による
制御音によるパネル1の振動は誤差検出器2で、 s・(−G/C)・C=−s・G となり、誤差検出器2の点で警報音による振動と制御音
による振動は互いに干渉し、 s・G+(−s・G)=0 となる。従って、パネル1の誤差検出器2を設置した点
近傍の振動が制御音による振動との干渉によって低減さ
れる。
【0015】以上より救急車室内に伝搬する警報音に対
して図3に示す構成により図1に示した場合と同様にパ
ネル1の振動を低減することによってパネル1の遮音性
能を向上させて救急車室内に伝達する警報音を低減し、
車室内空間を静音化し搭乗者Mの居住空間では良好な音
環境が実現できる。
【0016】なお、本実施の形態では救急車に実施した
場合について示したが、パトカー、広報車等の拡声装置
を搭載している車両、船舶、その他騒音信号が直接騒音
検出器3によって電気信号として得られる場合について
も同様な効果が得られる。
【0017】(実施の形態2)次に、本実施の形態2に
ついて図2を参照しながら説明する。図4は本発明の実
施の形態の電気信号の流れを示すブロック図である。図
4において6は騒音検出器3の出力を入力し制御音源5
から誤差検出器2までの伝達関数と同等な特性を有する
フィルタ、7は係数更新器、8は適応フィルタである。
なお、実施の形態1と同一部分には同一符号を付してそ
の説明を省略する。以下の各実施の形態においても同様
とする。
【0018】以下、本実施の形態の動作を説明する。騒
音に起因するパネル1の振動に制御音源5から放射する
制御音を作用させ、その誤差振動を誤差検出器2で検出
し、誤差信号として係数更新器7の誤差入力に入力す
る。また、騒音検出器3で検出した騒音信号を適応フィ
ルタ8とフィルタ6に入力し、フィルタ6の出力は係数
更新器7の基準入力に入力する。係数更新器7はLMS
(Least Mean Square)アルゴリズム等により基準入力と
相関の有る誤差入力が常に小さくなるように係数更新演
算を行い、適応フィルタ8の係数を更新し、適応フィル
タ8は制御音源5に制御信号を出力する。この構成によ
り騒音検出器3から誤差検出器2までの伝達関数をG、
制御音源5から誤差検出器2までの伝達関数をCとする
とフィルタ6の特性はCとなる。ここで係数更新器7を
動作して適応フィルタ8を収束させることにより誤差検
出器2の出力信号における騒音成分は零に近づき適応フ
ィルタ8は−G/Cの特性に収束する。従って、騒音検
出器3で検出される騒音をNとすると、適応フィルタ8
の出力は、 N・(−G/C) となり制御音源5に入力する。
【0019】従って、騒音検出器3で検出される騒音N
は誤差検出器2に騒音に起因する振動として伝達したと
きはN・Gとなるため、誤差検出器2における制御音源
5からの制御音による振動、 N・(−G/C)・C と合成され、 N・G+N・(−G/C)・C=0 となり、誤差検出器2では騒音検出器3で検出された騒
音と相関のあるパネル1の振動が低減され、パネル1か
らの騒音放射を低減させることによって、小規模かつ軽
量で優れた遮音性能を有する能動遮音パネルを実現でき
る。
【0020】(実施の形態3)次に、本実施の形態3に
ついて図5および図6を参照しながら説明する。図5は
本発明の実施の形態を示す構成図、図6は本発明の実施
の形態の電気信号の流れを示すブロック図である。図5
および図6において3aはパネル1に入射する騒音を検
出する第1の騒音検出器、3bは第1の騒音検出器3a
に対してパネル1の反対側に設置してあり、第1の誤差
検出器3aの設置してある方向と反対の方向からパネル
1に入射する騒音を検出する第2の騒音検出器、9は騒
音検出器3a、3bの出力を比較し、最も騒音レベルが
大きい騒音検出器の騒音信号を選択して出力する騒音判
定手段、10は騒音判定手段9の出力を入力し制御音源
5から誤差検出器2までの伝達関数と同等な特性を有す
るFXフィルタである。以下、本実施の形態の動作を説
明する。騒音に起因するパネル1の振動に制御音源5か
ら放射する制御音に起因する振動を作用させ、その誤差
振動を誤差検出器2で検出し、誤差信号として係数更新
器7の誤差入力に入力する。また、第1の騒音検出器3
a、第2の騒音検出器3bで検出した騒音信号を騒音判
定手段9に入力する。騒音判定手段9では複数の騒音検
出器から出力された騒音信号のレベルを比較し、最も大
きいレベルの騒音信号を選択して出力する。また、騒音
判定手段9の出力は適応フィルタ8とFXフィルタ10
に入力し、FXフィルタ10の出力は係数更新器7の基
準入力に入力する。係数更新器7はLMS(Least MeanS
quare)アルゴリズム等により基準入力と相関の有る誤差
入力が常に小さくなるように係数更新演算を行い、適応
フィルタ8の係数を更新し、適応フィルタ8は制御音源
5に制御信号を出力する。この構成により騒音判定手段
9で選択された騒音信号を出力する騒音検出器から誤差
検出器2までの伝達関数をG、制御音源5から誤差検出
器2までの伝達関数をCとするとFXフィルタ10の特
性はCとなる。ここで係数更新器7を動作して適応フィ
ルタ8を収束させることにより誤差検出器2の出力信号
における騒音成分は零に近づき適応フィルタ8は−G/
Cの特性に収束する。従って騒音判定手段9で選択され
た騒音信号を出力する騒音検出器で検出される騒音をN
とすると、適応フィルタ8の出力は、 N・(−G/C) となり制御音源5に入力する。
【0021】従って、騒音判定手段9で選択された騒音
信号を出力する騒音検出器で検出される騒音Nは誤差検
出器2に騒音に起因する振動として伝達したときはN・
Gとなるため、誤差検出器2における制御音源5からの
制御音による振動、 N・(−G/C)・C と合成され、 N・G+N・(−G/C)・C=0 となり、誤差検出器2では騒音判定手段9で選択された
騒音信号を出力する騒音検出器で検出された騒音と相関
のあるパネル1の振動が低減され、パネル1からの騒音
放射を低減させることによって、小規模かつ軽量で優れ
た遮音性能を有する能動遮音パネルを実現できる。ま
た、第1の騒音検出器3aと第2の騒音検出器3bはパ
ネル1を間に挟むように対向して設置しているため、パ
ネル1のどちらの面方向に騒音源があっても騒音の到来
方向を検知しパネル1の振動を低減して、優れた遮音特
性を得ることができる。
【0022】なお、本実施の形態では騒音検出器を2つ
としたが、3、4、5、・・・とその数を増しても同様
な効果が得られる。
【0023】(実施の形態4)次に、本実施の形態4に
ついて図7、図8(a)、図8(b)を参照しながら説
明する。図7は本発明の実施の形態で用いる誤差検出器
の指向特性を示したものである。また図8(a)は本実
施の形態の指向特性を有する誤差検出器を用いた場合の
制御音の相互影響、図8(b)は無指向性の振動センサ
を誤差検出器とした場合の制御音の相互影響を示す図で
ある。図7、図8(a)、図8(b)において11、1
1aは無指向特性の振動センサ、a,gは誤差検出器2
の指向特性、b,hは誤差検出器2の主たる振動検出方
向の主軸、c,iは振動センサ11、11aの指向特性
である。
【0024】以下、本実施の形態の動作を説明する。誤
差検出器2は設置したパネル1の表面と垂直方向の振動
である横波のみを検出し誤差信号として出力する1軸振
動計である。一般に振動に起因する固体からの音響放射
はその固体の振動成分の横波が原因となるため、パネル
1の横波をS/N良く誤差検出器2によって検出するこ
とで高精度な振動制御が可能になる。また、図8(a)
に示すように、パネル1上の複数の点の振動を同時に制
御する場合には他の点の振動を制御するために放射され
た制御音の誤差検出器2への混入量を低減することがで
きる。一方、図8(b)に示すような無指向性の振動セ
ンサ11、11aを誤差検出器としてを用いた場合、全
方向の振動を検出するため、一般に音として放射しない
パネルの縦波や他の点に対する制御音を検出してしま
い、その影響をうけて振動低減効果が低下したり、振動
制御が不安定になる。以上、本実施例で示すような1軸
方向の振動のみ検出する指向特性を有する誤差検出器を
用いることによって高精度かつ安定した振動制御が可能
になり小規模かつ軽量で優れた遮音性能を有する能動遮
音パネルが実現できる。
【0025】(実施の形態5)次に、本実施の形態5に
ついて図9を参照しながら説明する。図9は本発明の実
施の形態で用いる騒音検出器の指向特性を示した図であ
る。図9においてdは騒音検出器3の指向特性、eは騒
音検出器3の主たる騒音検出方向の主軸である。
【0026】以下、本実施の形態の動作を説明する。騒
音検出器3は単一指向特性dを有し、その騒音検出方向
の主軸eをパネル1の方向と反対側に向けて設置してい
る。この構成により、制御音源5から放射された制御音
の騒音検出器3への混入量を低減することができ、パネ
ル1に入射する騒音をS/N良く騒音検出器3によって
検出することで高精度な振動制御が可能になる。以上、
本実施の形態で示すような指向特性を有する誤差検出器
を用いることによって高精度かつ安定した振動制御が可
能になり小規模かつ軽量で優れた遮音性能を有する能動
遮音パネルが実現できる。
【0027】(実施の形態6)次に、本実施の形態6に
ついて図10を参照しながら説明する。図10は本発明
の実施の形態で用いる制御音源を示した図である。図1
0において1は中空な匡体によって構成されているパネ
ル、1a、1bはパネル1の匡体面、12はパネル1の
表面に設置した加振器である。
【0028】以下、本実施の形態の動作を説明する。加
振器12は中空な匡体によって構成されているパネル1
の匡体面1bに設置されており、匡体面1bと対向する
匡体面1aに設置した誤差検出器2を設置した点の振動
を最小にするように駆動する。加振器12を設置してい
るパネル1は中空な構造になっているため、加振器12
は匡体面1bを加振して匡体面1bからの放射音を制御
音として励起する。匡体面1bから放射した制御音はパ
ネル1内部の中空部分を伝搬し誤差検出器2の位置にお
いて匡体面1aの振動と干渉し騒音Nに起因する匡体面
1aの振動を低減する。この構成により、加振器12に
よる匡体面1bの振動部位は広範囲になり、また匡体面
1bから放射された制御音はパネル1内部の中空部分を
伝達する際に広がるため、制御音源としてスピーカを用
いた場合と同様に誤差検出器2を中心として広い範囲で
の振動低減が可能になり、小規模かつ軽量で優れた遮音
性能を有する能動遮音パネルが実現できる。
【0029】なお、本実施の形態ではパネル1内部を単
に中空として示したが、多孔質吸音材等の吸音材を内部
に充てんした場合にも同様に小規模かつ軽量で優れた遮
音性能を有する能動遮音パネルを実現できる。
【0030】
【発明の効果】以上、各実施の形態から明らかなよう
に、本発明に係わる能動遮音パネルによれば、小規模か
つ軽量で優れた遮音性能を有する能動遮音パネルを実現
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の能動遮音パネルの構成
を示すブロック図
【図2】本発明の実施の形態1においてパネルの振動制
御を行った場合の振動低減効果の分布図
【図3】本発明の実施の形態1を救急車について実施す
る場合の構成を示すブロック図
【図4】本発明の実施の形態2の電気信号の流れを示す
ブロック図
【図5】本発明の実施の形態3の能動遮音パネルの構成
を示すブロック図
【図6】本発明の実施の形態3の電気信号の流れを示す
ブロック図
【図7】本発明の実施の形態4の誤差検出器の指向特性
を示した図
【図8】本発明の実施の形態4において制御音の相互干
渉を示した図
【図9】本発明の実施の形態5の騒音検出器の指向特性
を示した図
【図10】本発明の実施の形態6の制御音源の構成を示
した図
【図11】従来例の遮音パネルの構成を示す斜視図
【図12】従来例の遮音パネルの構成を示すブロック図
【符号の説明】
1 パネル 1a,1b 匡体面 2 誤差検出器 3 騒音検出器 3a 第1の騒音検出器 3b 第2の騒音検出器 4 制御手段 5 制御音源 6 フィルタ 7 係数更新器 8 適応フィルタ 9 騒音判定手段 10 FXフィルタ 11 第1の誤差検出器 11a 第2の誤差検出器 12 加振器 31 複合遮音材 32 表面板 33 制振材 41 遮音パネル 42 アクチュエータ 43 振動センサ 44 騒音検出センサ 45 換算回路 46 制御回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パネルと、 前記パネルの振動状態を検出する誤差検出器と、 前記パネルに入射する騒音を検出する騒音検出器と、 前記誤差検出器および前記騒音検出器の出力を入力する
    制御手段と、 前記制御手段の出力を入力し制御音として放射する制御
    音源からなり、 前記制御手段は前記誤差検出器および前記騒音検出器の
    出力から前記誤差検出器で検出した前記パネルの振動が
    最小になるように前記制御音源を駆動することを特徴と
    する能動遮音パネル。
  2. 【請求項2】前記制御手段は前記騒音検出器の出力信号
    を入力する適応フィルタと、 前記騒音検出器の出力を入力するフィルタと、 前記フィルタの出力と前記誤差検出器の出力を入力する
    係数更新器とを有し、 前記適応フィルタの出力を前記制御音源に入力し、前記
    係数更新器は前記誤差検出器の出力が小さくなるように
    演算して前記適応フィルタの係数を更新し、前記フィル
    タは、前記制御音源から前記誤差検出器までの伝達関数
    に等しい特性を有する事を特徴とする請求項1記載の能
    動遮音パネル。
  3. 【請求項3】前記騒音検出器は前記パネルを挟むように
    少なくとも2つ配設しており、 前記フィルタとは前記騒音検出器各々の出力を比較し最
    も騒音レベルが大きい前記騒音検出器の騒音信号を選択
    し出力する騒音判定手段と、 前記騒音判定手段の出力を入力するFXフィルタからな
    り、 前記FXフィルタは前記制御音源から前記誤差検出器まで
    の伝達関数に等しい特性を有することを特徴とする請求
    項1または請求項2記載の能動遮音パネル。
  4. 【請求項4】前記誤差検出器は設置面の垂直方向の振動
    のみ検出する1軸振動計であることを特徴とする請求項
    1、請求項2または請求項3記載の能動遮音パネル。
  5. 【請求項5】前記騒音検出器は主たる集音方向を前記パ
    ネルの方向の反対側に向けて配設した単一指向特性マイ
    クであることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項
    3または請求項4記載の能動遮音パネル。
  6. 【請求項6】前記パネルは中空な匡体からなり、 前記制御音源はパネルの匡体表面に設置した加振器と前
    記加振器によって励振する前記パネルの匡体であり、 前記誤差検出器は前記加振器を設置した匡体面と対向す
    る匡体面に設置することを特徴とする請求項1、請求項
    2、請求項3、請求項4または請求項5記載の能動遮音
    パネル。
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