JPH1049175A - アクティブノイズコントロール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘリコプター等、多数の騒音源を有する機器
に対して効果的に消音すると共に、ヘリコプター等のよ
うに飛行する機器では、ヘリコプター等の高度が変化し
ても常に効果的に消音することである。 【解決手段】 騒音源特性センサー１７により検知され
た一つの騒音源特性を逓倍して、他の騒音源の騒音源特
性を生成して夫々の音響信号を発生し、スピーカー２０
から複数の騒音源の騒音を夫々低減する相殺音を発生す
る。また、スピーカー２０からエラー・マイク１７間の
音響伝播特性を温度変化に追随して事前に測定して記録
し、機器の運行中、機器における温度を監視し、その温
度に対応する上記音響伝播特性を記録装置１４から出力
して、最適制御回路に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリコプター等、
多数の騒音源を有する機器に対して効果的に消音するこ
とができると共に、ヘリコプター等のように飛行する機
器では、ヘリコプターの高度が変化しても常に効果的に
消音することができるアクティブノイズコントロール装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音響信号処置及び騒音制御の分野におい
ては、ここ数年におけるＬＳＩ技術の著しい発展に伴う
高速演算機能を有するデェジタルシグナルプロセッサの
発展に伴って、音響信号のリアルタイム処理が可能にな
り、騒音の時間的変化に対しても十分追随して騒音を最
適に低減するように制御するアクティブノイズコントロ
ール装置が実用可能になっている。

【０００３】例えば、特開平５−６１４８９号公報に
は、航空機等の室内の騒音を低減するために、ＬＭＳ
（Least Mean Square）アルゴリズムを用いたアクテ
ィブノイズコントローラ装置が開示されている。このＬ
ＭＳアルゴリズムは、最適フィルター係数を求める計算
式を簡略化するため、フィルターの修正式が再帰式であ
ることを利用し、平均自乗誤差を瞬間自乗誤差で近似し
て求める理論をいう。

【０００４】このＬＭＳを用いたアクティブノイズコン
トロール装置では、エンジン等の騒音源を主要因として
発生する室内騒音を消音する場合には、エンジン等の騒
音源の振動と相関の高い信号を騒音源信号（プライマリ
ーソース）として振動センサー（騒音源特性センサー）
により検出し、この騒音源信号から最適フィルターによ
って騒音に対する相殺音信号（キャンセル信号）を合成
し、スピーカーから相殺音を発生し、これにより、騒音
と相殺音とを互いに打ち消しあわせて、騒音を低減して
いる。さらに、受聴点における騒音低減状態を誤差信号
としてエラー・マイクによって検出し、この誤差信号と
プライマリソースとからＬＭＳアルゴリズムにより、上
記最適フィルターのフィルター係数を更新し、受聴点に
おける騒音低減を最適な値にするように、スピーカーか
らの相殺音を制御するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】先ず、第１には、ヘリ
コプター、ディーゼル列車、バス等では、アクティブノ
イズコントロールによる消音効果が期待できる騒音源が
多数個存在している。例えば、ヘリコプターの場合に
は、騒音源として、メイン・ロータ、テイル・ロータ、
エンジン出力軸、トランスミッション等のギヤ、パワー
・タービンが存在し、ディーゼル列車の場合には、ディ
ーゼル・エンジン、空気圧縮機、冷却ファン等が存在
し、バスの場合には、エンジン、ラジエータ・ファン等
が存在している。

【０００６】しかしながら、上記公報に係るアクティブ
ノイズコントロール装置では、各騒音源毎に、振動セン
サー（騒音源特性センサー）が設けられている。そのた
め、上記のように多数の騒音源を有する場合には、各騒
音源毎に、振動センサー（騒音源特性センサー）を設け
なければならず、その結果、振動センサー（騒音源特性
センサー）からの信号伝達ケーブルを騒音制御装置まで
比較的長く伸ばす必要があり、取付、点検、整備が困難
になるといったことがある。

【０００７】次いで、第２には、上記公報に係るアクテ
ィブノイズコントロール装置では、スピーカー〜エラー
・マイク間の音響伝播特性が大きく変化する高周波数の
音が想定されていない。その結果、ヘリコプターのよう
に飛行する機器の場合には、上昇、降下するに伴い機体
内の気温が急激に変動し、スピーカー〜エラー・マイク
間の音響伝播特性が大きく変化することがあるが、この
ような場合であっても、音響伝播特性の変化に追随して
高周波数の機内騒音を可能な限り消音したいという要望
があった。

【０００８】本発明は、上述したような鑑みてなされた
ものであって、ヘリコプター等、多数の騒音源を有する
機器に対して、騒音源特性センサーを騒音源同士で共有
させた装置を以って効果的に消音することができると共
に、ヘリコプター等のように飛行する機器では、上昇・
降下するに伴って変動するスピーカー〜エラー・マイク
間の音響伝播特性に追随させる制御則を採用することに
より、ヘリコプターの高度が変化しても常に効果的に消
音することができるアクティブノイズコントロール装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明に係るアクティブノイズコントロール装置
は、複数の騒音源を備えた機器に装着され、相殺音を発
して複数の騒音を低減するアクティブノイズコントロー
ル装置であって、一つの騒音源における騒音源特性を検
知する騒音源特性センサーと、この検知された一つの騒
音源特性を逓倍して、他の騒音源の騒音源特性を生成し
て夫々の音響信号を発生する騒音制手段と、これらの音
響信号に基づいて、複数の騒音源の騒音を夫々低減する
相殺音を発生するスピーカーと、を備えていることを特
徴としている。

【００１０】このように、本発明では、例えば、ヘリコ
プターの場合、機内騒音源である、メイン・ロータ、テ
イル・ロータ、エンジン出力軸、トランスミッション等
のギヤ、パワー・タービンが、全てギヤやドライブシャ
フトを介して結合されていることから、これらの騒音源
の周波数は、結合ギヤ比等の機械的比率で関連付けられ
る。そのため、検知された一つの騒音源の騒音源特性を
逓倍し（電気的に増減させ）て、他の騒音源の騒音源特
性を生成することができる。従って、ヘリコプター等、
多数の騒音源を有する機器に対して、騒音源特性センサ
ーを騒音源同士で共有させた装置を以って効果的に消音
することができる。

【００１１】また、他の本発明に係るアクティブノイズ
コントロール装置は、騒音源を備えた機器に装着され、
相殺音を発して騒音を低減するアクティブノイズコント
ロール装置であって、騒音源における騒音源特性を検知
する騒音源特性センサーと、この検知された騒音源特性
に基づいて相殺音信号を合成する騒音制御手段と、相殺
音信号に基づいて騒音に対する相殺音を発するスピーカ
ーと、この相殺音による騒音の低減状態を誤差信号とし
て検知するエラー・マイクと、この誤差信号が所定のア
ルゴリズムに基づいて最小になるように騒音の低減状態
を最適に制御する最適制御手段と、上記スピーカーから
エラー・マイク間の音響伝播特性を、機器における温度
変化に追随して事前に測定して記録する記録手段と、機
器の運行中、機器における温度を監視し、その温度に対
応する上記音響伝播特性を上記記録手段から出力して、
上記最適制御手段に供給する監視手段と、を備えたこと
を特徴としている。

【００１２】このように、他の本発明では、アクティブ
ノイズコントロール装置をヘリコプターのように飛行す
る機器に搭載する前に、気温を変えて、音速（あるいは
波長）を変化させた場合の音響伝播特性を、記録手段
（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）に記録しておく。ヘリコプターの
飛行中、上記機内の気温をモニターし、これらにおける
音響伝播特性を、記録装置から気温の関数としてマップ
式に読み出し、騒音制御に反映させる。

【００１３】従って、ヘリコプター等のように飛行する
機器では、上昇・降下するに伴って変動するスピーカー
〜エラー・マイク間の音響伝播特性に追随させる制御則
を採用することにより、ヘリコプターの高度が変化して
も常に効果的に消音することができる。なお、ここでい
う音響伝播特性とは、スピーカーから出した各周波数で
の音がマイクに検出されるまでの到達時間遅れ（即ち、
位相遅れ）と残響音の周波数特性・残響レベル・残響時
間のことである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施形態に係るアクティブノイズコントロール装置を説
明する。図１及び図２は、本発明の第１実施形態を示
し、本発明をヘリコプターのアクティブノイズコントロ
ール装置にに適用した場合である。図１（ａ）に示すよ
うに、ヘリコプター内における騒音源としては、エンジ
ン１、パワータービン１ａ、エンジン出力軸２、トラン
スミッションのギヤ３，４、メイン・ロータ５、発電機
用減速ギヤ６ａ、発電機６、ドライブシャフト７、及び
テイルロータ８が存在している。

【００１５】これらの主な騒音源の音を計測して周波数
解析すると、図１（ｂ）に示すように、低周波数に現れ
る騒音源は、次の通りである。 ・メイン・ロータ５の周期騒音（ロータ回転数×ブレー
ド枚数の整数倍にピークを有する） ・テイル・ロータ８の周期騒音（ロータ回転数×ブレー
ド枚数の整数倍にピークを有する） ・エンジン出力軸２の周期騒音（出力軸回転数にピーク
を有する） ・トランスミッション等のギヤ３，４の回転騒音（ギヤ
軸回転数×ギヤの歯数にピークを有する） なお、ギヤには、トランスミッション・ギヤの他に、発
電機用の減速ギヤ６ａ等がある。 ・パワー・タービン１ａの回転騒音（タービン回転数に
ピークを有する）

【００１６】これらの騒音源を、本実施形態によるヘリ
コプターを例とする、アクティブノイズコントロール装
置の対象騒音とする。さらに、本実施形態では、ヘリコ
プターの場合、機内騒音源である、メイン・ロータ５、
テイル・ロータ８、エンジン出力軸２、トランスミッシ
ョン等のギヤ３，４、パワー・タービン１ａが、全てギ
ヤやドライブシャフト７を介して結合されていることか
ら、これらの騒音源の周波数は、結合ギヤ比等の機械的
比率で関連付けられる。そのため、検知された一つの騒
音源の騒音源特性を逓倍し（電気的に増減させ）て、他
の騒音源の騒音源特性を生成することができる。

【００１７】従って、本実施形態では、これらの騒音源
のうち一例として、図２に示すように、エンジン出力軸
２の騒音源特性（騒音波形、又は振動波形や、騒音基本
周波数と同じ周波数を有するパルス信号等）をピックア
ップする騒音源特性センサー１１（振動センサー）が設
けられており、他の騒音源の騒音源特性を生成するた
め、騒音源特性センサー１１に逓倍器１２が接続されて
おり、この逓倍器１２は、メイン・ロータ５用の騒音制
御回路２１、テイル・ロータ８用の騒音制御回路２２、
エンジン出力軸２用の騒音制御回路２３、トランスミッ
ションギヤ３用の騒音制御回路２４、トランスミッショ
ンギヤ４用の騒音制御回路２５、発電機用減速ギヤ６ａ
用の騒音制御回路２６、及びパワータービン１ａ用の騒
音制御回路２７に接続されている。

【００１８】さらに、これら騒音制御回路２１〜２７に
は、機室１６内に設けられ相殺音による騒音の低減状態
を誤差信号として検知するエラー・マイク１７，１８が
接続されいる。この誤差信号が所定のアルゴリズムに基
づいて最小になるように騒音の低減状態を最適に制御す
る最適制御回路（図示略）は各騒音制御回路２１〜２７
内に設けられている。さらに、騒音制御回路２１〜２７
は、アンプ１３を介して相殺音を出力するスピーカー２
０に接続されている。

【００１９】さらに、機室１６内には、気温センサー１
９が設けられており、スピーカー２０からエラー・マイ
ク１７，１８間の音響伝播特性を気温変化に追随して事
前に測定して記録する記録装置１４が設けられている。
さらに、ヘリコプターの飛行中、気温センサー１９から
の信号に基づいて機室１６の気温を監視し、その温度に
対応する上記音響伝播特性を記録装置１４から出力し
て、最適制御回路（図示略）に供給する音響伝播特性読
み取り装置１５が設けられている。なお、上述した騒音
源特性とは、 ・メイン・ロータ５の周期騒音の基本周波数（ロータ回
転数×ブレード枚数の周波数）の騒音源特性 ・テイル・ロータ８の周期騒音の基本周波数（ロータ回
転数×ブレード枚数の周波数）の騒音源特性 ・エンジン出力軸２の周期騒音の基本周波数（出力軸回
転数に等しい周波数）の騒音源特性 ・トランスミッション等のギヤ３，４の周期騒音の基本
周波数（ギヤ軸回転数×ギヤの歯数の周波数）の騒音源
特性 ・パワー・タービン１ａの周期騒音の基本周波数（ター
ビン回転数に等しい周波数）の騒音源特性 である。

【００２０】次に、第１実施形態の作用を説明する。ヘ
リコプターの機内騒音源である、メイン・ロータ５、テ
イル・ロータ８、エンジン出力軸２、トランスミッショ
ン等のギヤ３，４、パワー・タービン１ａが、全てギヤ
やドライブシャフト７のうち一例として、図２に示すよ
うに、エンジン出力軸２の騒音源特性（騒音波形や、騒
音基本周波数と同じ周波数を有するパルス信号等）が騒
音源特性センサー１１（振動センサー）がピックアップ
される。

【００２１】このエンジン出力軸２の騒音源特性に基づ
いて、逓倍器１２により、他の騒音源特性、具体的に
は、メイン・ロータ５騒音源特性、テイル・ロータ８の
騒音源特性、トランスミッションギヤ３の騒音源特性、
トランスミッションギヤ４の騒音源特性、発電機用減速
ギヤ６ａの騒音源特性、及びパワータービン１ａの騒音
源特性が生成される。これを、騒音源特性が波形である
場合、騒音源特性がパルス信号である場合を、各々図３
（ａ）（ｂ）に示す。

【００２２】このようにして得られた騒音源特性（騒音
波形や、騒音の基本周波数のパルス信号）毎に、それら
に割り当てられた騒音制御回路２１〜２７は、フィルタ
ー係数を乗じた信号を複数の騒音源同士で共有させたス
ピーカー２０に送り込み、スピーカー２０から相殺音を
発生させる。これにより、騒音と相殺音とを互いに打ち
消しあわせて、騒音を低減している。従って、ヘリコプ
ター等、多数の騒音源を有する機器に対して、騒音源特
性センサーを騒音源同士で共有させた装置を以って効果
的に消音することができる。

【００２３】次いで、最適制御回路（図示略）は、受聴
点における騒音低減状態を誤差信号としてエラー・マイ
ク１７，１８によって検出し、この誤差信号とプライマ
リソースとからＬＭＳアルゴリズムにより、上記最適フ
ィルターのフィルター係数を更新し、受聴点における騒
音低減を最適な値にするように、スピーカー２０からの
相殺音を制御する。この場合、アクティブノイズコント
ロール装置をヘリコプターのように飛行する機器に搭載
する前に、気温を変えて、音速（あるいは波長）を変化
させた場合のスピーカー２０〜エラー・マイク１７，１
８間の音響伝播特性を事前に計測し、記録装置１４（Ｒ
ＡＭ、ＲＯＭ等）に記録しておく。

【００２４】次いで、ヘリコプターの飛行中、上記機室
１６内の気温を気温センサー１９により検出して音響伝
播特性読み取り装置１５によってモニターし、これらに
おける音響伝播特性を、記録装置１４から気温の関数と
してマップ式に読み出し、騒音制御に反映させる。この
音響伝播特性の読み出し方法を図４に示す。気温の変化
により、音速（あるいは波長）が変化し、位相の遅れ、
残響時間等が変わる。そこで、音速を、例えば、次の式
で求める。 Ｃs ＝Ｃso（Ｔ／Ｔo ）^1/2 ここで、Ｃs ：音速 [ ａｔ 機内の気温] （ｍ／
ｓ）、 Ｔ：機内の気温（Ｋ） Ｃso：３４０．４（ｍ／ｓ） Ｔo
：２８８．２（Ｋ）

【００２５】そして、該当する音速での音響伝播特性を
読み出す。従って、ヘリコプター等のように飛行する機
器では、上昇・降下するに伴って変動するスピーカー２
０〜エラー・マイク１７，１８間の音響伝播特性に追随
させる制御則を採用することにより、ヘリコプターの高
度が変化しても常に効果的に消音することができる。

【００２６】次に、図５に、図２に示した騒音制御回路
２１〜２７の機能を個々の回路に行わせて一つの騒音制
御装置３０にまとめた例を示す。次に、図６に、本発明
に係るアクティブノイズコントロール装置をディーゼル
列車に適用した第２実施形態を示す。ディーゼル列車内
における騒音源としては、ディーゼル・エンジン４１、
エンジン出力軸４２、トルクコンバータ４３、空気圧縮
機４４、ベルト４５、冷却ファン４６、及びベルト４７
が存在する。本実施例においても、これらの騒音源の周
波数は、結合ギヤ比等の機械的比率で関連付けられる。
そのため、検知された一つの騒音源の騒音源特性を逓倍
し（電気的に増減させ）て、他の騒音源の騒音源特性を
生成することができる。

【００２７】本実施形態でも、エンジン出力軸４２の騒
音源特性に基づいて、逓倍器１２により、他の騒音源特
性が生成される。このようにして得られた騒音源特性
（騒音波形や、騒音の基本周波数のパルス信号）毎に、
それらに割り当てられた騒音制御回路２１〜２３は、フ
ィルター係数を乗じた信号を複数の騒音源同士で共有さ
せたスピーカー２０に送り込み、スピーカー２０から相
殺音を発生させる。これにより、騒音と相殺音とを互い
に打ち消しあわせて、騒音を低減している。従って、ヘ
リコプター等、多数の騒音源を有する機器に対して、騒
音源特性センサーを騒音源同士で共有させた装置を以っ
て効果的に消音することができる。次に、図７に、本発
明に係るアクティブノイズコントロール装置をバスに適
用した第３実施形態を示す。バス内における騒音源とし
ては、エンジン５１、エンジン出力軸５１ａ、ラジエー
タ５２、ラジエータファン５３、及びベルト５４が存在
する。本実施例においても、これらの騒音源の周波数
は、結合ギヤ比等の機械的比率で関連付けられる。その
ため、検知された一つの騒音源の騒音源特性を逓倍し
（電気的に増減させ）て、他の騒音源の騒音源特性を生
成することができる。

【００２８】本実施形態でも、エンジン出力軸５１ａの
騒音源特性に基づいて、逓倍器１２により、他の騒音源
特性が生成される。このようにして得られた騒音源特性
（騒音波形や、騒音の基本周波数のパルス信号）毎に、
それらに割り当てられた騒音制御回路２１〜２３は、フ
ィルター係数を乗じた信号を複数の騒音源同士で共有さ
せたスピーカー２０に送り込み、スピーカー２０から相
殺音を発生させる。これにより、騒音と相殺音とを互い
に打ち消しあわせて、騒音を低減している。従って、ヘ
リコプター等、多数の騒音源を有する機器に対して、騒
音源特性センサーを騒音源同士で共有させた装置を以っ
て効果的に消音することができる。なお、本発明は、上
述した実施形態に限定されないのは勿論であり、種々変
改可能であることは勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、ヘリコ
プター等、多数の騒音源を有する機器に対して、騒音源
特性センサーを騒音源同士で共有させた装置を以って効
果的に消音することができると共に、ヘリコプター等の
ように飛行する機器では、上昇・降下するに伴って変動
するスピーカー〜エラー・マイク間の音響伝播特性に追
随させる制御則を採用することにより、ヘリコプターの
高度が変化しても常に効果的に消音することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るアクテ
ィブノイズコントロール装置をヘリコプターに適用した
例を示し、ヘリコプターの模式図であり、（ｂ）は、ヘ
リコプターの機内騒音を周波数解析したグラフ。

【図２】本発明の第１実施形態に係るアクティブノイズ
コントロール装置をヘリコプターに適用した例を示し、
ヘリコプターの模式図、及びブロック図。

【図３】騒音源特性を逓倍する例を示す図。

【図４】音響伝播特性の読み出し方法を示す図。

【図５】本発明の第１実施形態の変形例に係るアクティ
ブノイズコントロール装置をヘリコプターに適用した例
を示し、ヘリコプターの模式図、及びブロック図。

【図６】本発明の第２実施形態に係るアクティブノイズ
コントロール装置をディーゼル列車に適用した例を示
し、ディーゼル列車の模式図、及びブロック図。

【図７】本発明の第３実施形態に係るアクティブノイズ
コントロール装置をバスに適用した例を示し、バスの模
式図、及びブロック図。

【符号の説明】

１１ 騒音源特性センサー １２ 逓倍器 １４ 記録装置（記録手段） １５ 音響伝播特性読み取り装置（監視手段） １７，１８ エラー・マイク １９ 気温センサー ２０ スピーカー ２１〜２７ 騒音制御回路（騒音制御手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の騒音源を備えた機器に装着され、相
   殺音を発して複数の騒音を低減するアクティブノイズコ
   ントロール装置であって、 一つの騒音源における騒音源特性を検知する騒音源特性
   センサーと、 この検知された一つの騒音源特性を逓倍して、他の騒音
   源の騒音源特性を生成して夫々の音響信号を発生する騒
   音制御手段と、 これらの音響信号に基づいて、複数の騒音源の騒音を夫
   々低減する相殺音を発生するスピーカーと、を備えてい
   ることを特徴とするアクティブノイズコントロール装
   置。
2. 【請求項２】騒音源を備えた機器に装着され、相殺音を
   発して騒音を低減するアクティブノイズコントロール装
   置であって、 騒音源における騒音源特性を検知する騒音源特性センサ
   ーと、 この検知された騒音源特性に基づいて相殺音信号を合成
   する騒音制御手段と、 相殺音信号に基づいて騒音に対する相殺音を発するスピ
   ーカーと、 この相殺音による騒音の低減状態を誤差信号として検知
   するエラー・マイクと、 この誤差信号が所定のアルゴリズムに基づいて最小にな
   るように騒音の低減状態を最適に制御する最適制御手段
   と、 上記スピーカーからエラー・マイク間の音響伝播特性
   を、機器における温度変化に追随して事前に測定して記
   録する記録手段と、 機器の運行中、機器における温度を監視し、その温度に
   対応する上記音響伝播特性を上記記録手段から出力し
   て、上記最適制御手段に供給する監視手段と、を備えた
   ことを特徴とするアクティブノイズコントロール装置。