JP3842578B2

JP3842578B2 - Active silencer

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Publication number: JP3842578B2
Application number: JP2001104914A
Authority: JP
Inventors: 明彦江波戸; 匡平平井; 寿一永田; 浩史村松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2021-04-03
Also published as: JP2002303114A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器から発生する騒音（低減対象音）を低減するための能動消音装置に関し、特に機器からの廃熱処理等に使用するダクトを介して騒音を外部に放射させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機器から発生する熱と騒音をダクトを用いて外部に放射する装置が用いられている。このダクトから放射する騒音を低減する方法としては、能動的騒音低減手法と受動的騒音低減手法がある。中高周波音域については、主に吸音ダクトや干渉利用による消音器等の受動的騒音低減手法が用いられる。一方、低周波数音域については、ダクト内部を平面波で伝播する場合においていわゆる１次元能動消音方式が適用可能であり、空調騒音やエンジン排気騒音等の分野で既に実用化されている。
【０００３】
図６〜図８は、このような従来の能動的騒音低減手法を用いた能動消音装置の概略図である。なお、これらの図中Ｓは騒音源を示している。
【０００４】
図６の（ａ），（ｂ）に示す能動消音装置１０は、ダクト１１の騒音源Ｓ近傍の下流側に設けられた騒音あるいは振動を検知するセンサ１２と、ダクト開口部近くに設けられたスピーカ１３と、スピーカ１３の下流側に設けられた制御用マイク１４と、制御回路１５とを備えている。制御回路１５は、センサ１２の信号に基づき、ダクト１１を伝達する騒音に対してスピーカ１３から逆位相の補正音を発生させる機能を有しており、補正音の振幅は、制御用マイク１４で音圧が最小になるように制御される。
【０００５】
このような能動消音装置１０は、ダクト口径が騒音の波長の１／２以下である場合において、ダクト内部は平面波（ダクト口径方向はすべて同位相）となることからスピーカ１３及び制御用マイク１４は１組で適用可能である。これはダクトが騒音の遮断周波数に対応する波長の１／２以下の径を有している場合に、ダクト内部を騒音が平面波で伝播されるという性質に基づくものである。
【０００６】
これに対して、ダクト口径が低減対象音の波長の１／２以上の場合は図７の（ａ），（ｂ）に示す能動消音装置２０が用いられる。図７に示す能動消音装置２０は、ダクト２１の騒音源Ｓ近傍の下流側に設けられた騒音あるいは振動を検知するセンサ２２と、ダクト開口部近くに設けられたスピーカ２３ａ〜２３ｄと、これらスピーカ２３ａ〜２３ｄの下流側に設けられた制御用マイク２４ａ，２４ｂと、制御回路２５とを備えている。制御回路２５は、センサ２２の信号に基づき、ダクト２１を伝達する騒音に対してスピーカ２３ａ〜２３ｄから補正音を発生させる機能を有しており、補正音の位相・振幅は、制御用マイク２４ａ，２４ｂで音圧が最小になるように制御される。
【０００７】
このような能動消音装置２０は、ダクト口径方向において同位相でなくなり、モード放射音となる。この場合、内部には複数の制御用マイクマイク２４ａ，２４ｂ及びスピーカ２３ａ〜２３ｄを設置して、周波数毎に異なるモードに応じて特定のモードを検出し、低減させている。
【０００８】
図８に示す能動消音装置３０は、図６のものと同様に、ダクト口径が騒音の波長の１／２以下のものである。能動消音装置３０は、ダクト３１の騒音源Ｓ近傍の下流側に設けられた騒音あるいは振動を検知するセンサ３２と、ダクト開口部近くに設けられたスピーカ３３と、スピーカ３３の下流側に設けられた制御用マイク３４と、制御回路３５とを備えている。なお、図８中３１ａはダクト開口部を示している。制御回路３５は、センサ３２の信号に基づき、ダクト３１を伝達する騒音に対してスピーカ３３から逆位相の補正音を発生させる機能を有しており、補正音の振幅は、制御用マイク３４で音圧が最小になるように制御される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した能動的騒音低減手法を用いた能動消音装置にあっては、次のような問題があった。すなわち、能動消音装置１０，２０では、ダクト開口部放射音はダクト口径が騒音の遮断周波数以下であれば、波長の１／２以下（遮断周波数以下の音を対象）である場合は実用化されているが、それ以上となると、ダクト内部に複数の制御用マイクや複数のスピーカを設置し、複雑な制御構成が必要となるという問題があった。
【００１０】
また、能動消音装置３０では、ダクト口径が１／２以上の場合には、制御マイク３４の位置では音圧が低下しても、全体の開口部放射音響パワーが最小になっていない場合がある。このため、周囲全体の騒音を低減できないという虞があった。さらに、このような能動消音装置３０は、１つの開口部にしか適用できないという問題もあった。
【００１１】
例えば、図９に示すような能動消音装置４０について説明する。この能動消音装置４０は、３つのダクト４１〜４３を有し、これらにそれぞれ上述した能動消音装置３０と同様のシステムが組み込まれている。なお、図９中４１ａ〜４３ａは開口部、４１ｂ〜４３ｂは制御用マイク、４１ｃ〜４３ｃはスピーカを示している。
【００１２】
このような能動消音装置４０では、例えば制御用マイク４２ｂには開口部４２ａからの放射音の他に、隣接する開口部４１ａ，４３ａからの放射音も重畳されて入力されることになる。これらの干渉騒音分を考慮した制御アルゴリズムを用いるのは困難であり、同時に３つの制御用マイク４１ｂ〜４３ｂの音圧を低減できるとは限らない。
【００１３】
そこで本発明は、ダクトの径が低減対象音の平面波が発生する条件を満たしていない場合であっても簡単な制御構成で消音効果を得ることができる能動消音装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の能動消音装置は次のように構成されている。
【００１５】
（１）低減対象音源から発せられ、ダクト内部を伝達し、ダクト開口部から外部に放射される低減対象音を低減する能動消音装置において、上記低減対象音が平面波伝播するように上記ダクト開口部を複数の分割開口部に分割する分割手段と、上記分割開口部近傍に配置され所定の振幅と位相で音波を出力する付加音源と、上記分割開口部から所定の距離だけ離間し音圧を測定する制御用マイクと、上記ダクト内部に配置され上記低減対象音又は上記低減対象音源からの振動を検知するセンサと、上記センサからの信号に基づいて上記制御用マイクでの音圧を最小にするように上記付加音源で出力する音波の振幅と位相を制御する制御回路とを備え、上記制御用マイクは、上記各分割開口部の個数をＮ個、上記付加音源の個数をＭ個、上記各分割開口部から上記制御用マイクまでの距離をｈｐｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）、上記各付加音源から上記制御用マイクまでの距離をｈｓｉ（ｉ＝１，２，…，Ｍ）とすると、
【数２】

を満たす位置関係で配置されていることを特徴とする。
【００１６】
（２）上記（１）に記載された能動消音装置であって、上記分割手段は、上記ダクト開口部を矩形状に分割する複数の矩形ダクトであり、かつ、上記矩形の長辺が上記低減対象音の波長の１／２以下になるように形成されていることを特徴とする。
【００１７】
（３）上記（１）に記載された能動消音装置であって、上記分割手段は、上記ダクト開口部を円形に分割する円形ダクトであり、かつ、上記円の内径が上記低減対象音の波長の３／５以下になるように形成されていることを特徴とする。
【００１８】
（４）上記（１）〜（３）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源と上記分割開口部との離間距離は、上記低減対象音の波長の１／４以下であることを特徴とする。
【００１９】
（５）上記（１）〜（４）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源は、スピーカと、このスピーカと上記分割開口部間に配置され上記スピーカからの音を伝達する伝達手段とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る能動消音装置５０の構成を示す模式図である。能動消音装置５０は、ダクト５１の騒音源Ｓ近傍に設けられた騒音あるいは振動を検知するセンサ５２と、ダクト開口部近くに設けられた付加音源５３ａ〜５３ｆと、付加音源５３ａ〜５３ｆの下流側に設けられた制御用マイク５４と、制御回路５５とを備えている。制御回路５５は、センサ５２の信号に基づき、後述する矩形ダクト６１ａ〜６１ｆを伝達する騒音に対してスピーカ等の付加音源５３ａ〜５３ｆから補正音を発生させる機能を有しており、補正音の位相・振幅は、制御用マイク５４で音圧が最小になるように制御される。
【００２３】
一方、ダクト５１内部は、図１の（ｂ）に示すように、仕切板６０により６つの矩形ダクト６１ａ〜６１ｆが形成されている。これら矩形ダクト６１ａ〜６１ｆの長辺Ｌは低減対象音の波長の１／２以下となるように設定されている。また、各矩形ダクト６１ａ〜６１ｆの矢印Ｚ方向の長さは、長辺Ｌの０．９倍以上に設定されている。
【００２４】
このように構成された能動消音装置５０では、次のようにして騒音を消音する。すなわち、騒音源Ｓで発生した騒音は分割されて矩形ダクト６１ａ〜６１ｆに入る。このとき、矩形ダクト６１ａ〜６１ｆの長辺Ｌは低減対象音の波長の１／２以下であるため、騒音は内部を平面波として伝播され、開口部まで達する。騒音は各矩形ダクト６１ａ〜６１ｆの開口部から放射される際に、音響的には各矩形ダクト６１ａ〜６１ｆの開口部の各中心に点音源が存在することと等価となる。
【００２５】
なお、騒音Ｓの遮断周波数ｆ_０（Ｈｚ）は、次のように示すことができる。すなわち、
ｆ_０＝０．５Ｃ／Ｌ…（１）
但し、Ｃは音速（ｍ／ｓ）、Ｌは矩形の長辺（ｍ）である。
【００２６】
したがって、制御回路５５においては、制御用マイク５４での音圧が最小になるように、各付加音源５３ａ〜５３ｆから出力する補正音の位相・振幅を決定する。
【００２７】
上述したように本実施の形態に係る能動消音装置５０によれば、矩形ダクト６１ａ〜６１ｆ内部を騒音が平面波で伝播することになり、付加音源５３ａ〜５３ｆの制御回路５５による制御が簡素化され、容易に騒音の音圧レベルを低減することが可能となる。
【００２８】
図１の（ｃ）は能動消音装置５０の変形例に係る仕切板６２の構成を示す図である。この仕切板６２は、円形ダクト６３ａ〜６３ｈが形成されている。これら円形ダクト６３ａ〜６３ｈについては、その内径が低減対象音の波長の３／５以下となるように設定されている。また、各円形ダクト６３ａ〜６３ｈの矢印Ｚ方向の長さは、内径Ｌの０．９倍以上に設定されている。
【００２９】
この場合でも同様に、円形ダクト６３ａ〜６３ｈの出口から放射される際に、音響的には各円形ダクト６３ａ〜６３ｆの出口の各中心に点音源が存在することと等価となる。
【００３０】
なお、騒音Ｓの遮断周波数ｆ_０（Ｈｚ）は、次のように示すことができる。すなわち、
ｆ_０＝０．６Ｃ／Ｌ…（２）
但し、Ｃは音速（ｍ／ｓ）、Ｌは円形の口径（ｍ）である。
【００３１】
したがって、制御回路５５において、制御用マイク５４での音圧が最小になるように、各付加音源５３ａ〜５３ｆから出力する補正音の位相・振幅を決定する。
【００３２】
図２は上述した第１の実施の形態に係る能動消音装置５０の第１の変形例を示す模式図である。なお、図２において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
本変形例では、付加音源５３ａ〜５３ｆを各開口部７０〜７５の音圧中心７０ａ〜７５ａから、低減対象とする騒音の波長の１／４程度あるいはそれ以下に設置するようにしている。これにより、ダクト開口部からの音響放射パワーを最小にし、空間全体を低減させることが可能である。
【００３４】
これを実現することで、音響パワーは最悪でも増加することがなくなる。付加音源５３ａ〜５３ｆは各開口部７０ａ〜７０ｆの音圧中心７１ａ〜７１ｆにより近づけることで消音効果を向上させることができる。開口部の個数をＮ個とすると、全音響パワーＷは式（４）で表せる。
【００３５】
【数３】

但し、ωは角周波数、ρは密度、Ｃは音速、ｋは波数、ｆは周波数である。また、ｐ_ｉはｉ番目の開口部放射音の音の強さ（体積速度）、ｑ_ｓｉはｉ番目の付加音源の音の強さ（体積速度）、ｒ_ｐｉｐｊはｉ番目とｊ番目の開口部音圧中心間の距離、ｄ_ｐｉｓｊはｉ番目の開口部音圧中心とｊ番目の付加音源間の距離、ｌ_ｐｉｓｊはｉ番目とｊ番目の付加音源間の距離を示している。
【００３６】
ここで、各開口部放射音の振幅、位相がほぼ同じであり、また、複数の制御用付加音源が同じ特性である場合について検討する。すなわち、
【数４】

とおく。
【００３７】
このとき、音響パワーを最小とする最適振幅、位相は以下のようにして求められる。
【００３８】
【数５】

【００３９】
これを式（４）に代入すると、音響パワー最小値が求まる。このことから、概ね複数の付加音源を開口部から低減対象とする騒音の波長の１／４程度あるいはそれ以下に設置できれば、音響パワーはゼロ以下、つまり、低減させることができる。
【００４０】
図３は上述した第１の実施の形態に係る能動消音装置５０の第２の変形例を示す模式図である。なお、図３において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４１】
付加音源７６は、スピーカ７６ａに伝達ダクト（伝達手段）７６ｂを設け、その先端７６ｃを各開口部７０〜７５の音圧中心７０ａ〜７５ａにより近づけて補正音を放射するようにしている。
【００４２】
伝達ダクト７６ｂによりスピーカ７６ａ自体をダクトの各開口部７０〜７５に対して配置の自由度を増すことができる。すなわち、ダクト７０〜７５は騒音の他に排気熱を外部に放出する機能を有しているため、スピーカに悪影響を与える虞がある。ダクト７６ｂの長さを調整することで、先端７６ｃのみを各開口部７０〜７５の音圧中心７０ａ〜７５ａにより近づけ、かつ、スピーカ７６ａ自体をダクトの各開口部７０〜７５から遠ざけることで、式（４）を満足するような位置で補正音を放射できるとともに、スピーカ７６ａの耐久性を向上させることができる。
【００４３】
図４は上述した第１の実施の形態に係る能動消音装置５０の第３の変形例を示す模式図である。なお、図４において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
図４において８０はダクト、８１ａ〜８１ｎは分割ダクト、８２ａ〜８２ｍは付加音源、８３は制御用マイクを示している。ここで、各開口部の個数をＮ個、付加音源の個数をＭ個、分割ダクト８１ａ〜８１ｎの各開口部から制御用マイク８３までの距離をｈｐｉ（ｉ＝１，２、…Ｎ）、付加音源８２ａ〜８２ｍから制御用マイク８３までの距離をｈｓｉ（ｉ＝１，２、…Ｍ）とすると、
【数６】

【００４５】
を満たす位置関係で配置されていることを特徴としている。
【００４６】
上記式（１５）を導出するまでの過程は以下のとおりである。制御マイク８３での音圧はＰｍｉｃとすると、分割ダクト８１ａ〜８１ｎの開口部中心から制御マイク８３までの伝達関数及び各付加音源８２ａ〜８２ｍから制御マイク８３までの伝達関数をｚとし、音の強さをｑとすると、Ｐｍｉｃは式（１６）のようになり、制御でこの音圧をゼロにすることで、付加音源８２ａ〜８２ｍからの補正音の強さは開口部の音の強さから式（１７）に決定される。
【００４７】
【数７】

【００４８】
ここで、分割ダクト８１ａ〜８１ｎの開口部中心から制御用マイク８３まで、付加音源８２ａ〜８２ｍから制御用マイク８３間の空間伝播の項は式（１８）となる。ここでｊは虚数、ｈは各開口部から制御用マイクまで、各付加音源から制御用マイク間距離を表す。ｋ、Ｚ０は式（４）と同様である。
【００４９】
【数８】

【００５０】
ここで、低減対象の周波数は２００Ｈｚ以下の低周波数であることから、式（１８）は式（１９）と概算できる。ここで、この低周波領域では音響パワーは概ね開口部からの総合吹き出し体積速度と、付加音源の総合吸い込み体積速度が一致したときに低下することから、厳密ではないが、以下の式（１９）からも音響パワー低下量を概算できる。
【００５１】
【数９】

但し、Ｎ／Ｍは絶対振幅比、位相比は逆位相とする。
【００５２】
したがって、式（１８）に式（１９）が一致したときに、パワーは低下することから、式（１５）を満たす位置に制御マイク８３を設置することが消音効果を上げるための目安となる。
【００５３】
したがって、本変形例においては、開口部の音響放射パワーを全て考慮し、１本の制御マイク８３で同時にこれらからの騒音を検知しながら、最適配置により、全音響パワーを最小にすることができる。このため、周囲全体の騒音の低減が実現する。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図５は本発明の第２の実施の形態に係る能動消音装置９０を示す図である。図５において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。能動消音装置９０は、ダクト５１の騒音源Ｓ近傍に設けられた騒音あるいは振動を検知するセンサ５２と、ダクト開口部近くに設けられた付加音源５３ａ〜５３ｆと、付加音源５３ａ〜５３ｆの下流側に設けられた制御用マイク５４と、制御回路５５とを備えている。制御回路５５は、センサ５２の信号に基づき、後述する矩形ダクト９１ａ〜９１ｆを伝達する騒音に対してスピーカ等の付加音源５３ａ〜５３ｆから補正音を発生させる機能を有しており、補正音の位相・振幅は、制御用マイク５４で音圧が最小になるように制御される。
【００５５】
一方、ダクト５１には、図５の（ｂ）に示すように、６つの矩形ダクト９１ａ〜９１ｆが連通して配置されている。これら矩形ダクト９１ａ〜９１ｆの長辺Ｌは低減対象音の波長の１／２以下となるように設定されている。また、各矩形ダクト９１ａ〜９１ｆの矢印Ｚ方向の長さは、長辺Ｌの０．９倍以上に設定されている。
【００５６】
このように構成された能動消音装置９０においても上述した能動消音装置５０と同様にして騒音を消音する。すなわち、本実施の形態に係る能動消音装置９０においても、矩形ダクト９１ａ〜９１ｆ内部を騒音が平面波で伝播することになり、付加音源５３ａ〜５３ｆの制御回路５５による制御が簡素化され、容易に騒音の音圧レベルを低減することが可能となる。
【００５７】
図５の（ｃ）は能動消音装置９０の変形例に係る円形ダクト９３ａ〜９３ｈが形成されている。これら円形ダクト９３ａ〜９３ｈについては、その内径が低減対象音の波長の３／５以下となるように設定されている。また、各円形ダクト９３ａ〜９３ｈの矢印Ｚ方向の長さは、内径Ｌの０．９倍以上に設定されている。
【００５８】
この場合でも同様に容易に騒音の音圧レベルを低減することが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、ダクトの径が低減対象音の平面波が発生する条件を満たしていない場合であっても簡単な制御構成で消音効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る能動消音装置を模式的に示す説明図。
【図２】同能動消音装置の第１の変形例の要部を示す説明図。
【図３】同能動消音装置の第２の変形例の要部を示す説明図。
【図４】同能動消音装置の第３の変形例の要部を示す説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る能動消音装置を模式的に示す説明図。
【図６】従来の能動消音装置の一例を示す縦断面図。
【図７】従来の能動消音装置の別の例を示す縦断面図。
【図８】従来の能動消音装置のさらに別の例を示す縦断面図。
【図９】従来の能動消音装置の問題点を示す説明図。
【符号の説明】
５０，９０…能動消音装置
５１…ダクト
５２…センサ
５３ａ〜５３ｆ…付加音源
５４…制御用マイク
５５…制御回路
６０…仕切板
６１ａ〜６１ｆ，９１ａ〜９１ｆ…矩形ダクト
６３ａ〜６３ｈ，９３ａ〜９３ｈ…円形ダクト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an active silencer for reducing noise (sound to be reduced) generated from equipment, and more particularly to an apparatus for radiating noise to the outside through a duct used for waste heat treatment from equipment.
[0002]
[Prior art]
Devices that radiate heat and noise generated from equipment to the outside using a duct are used. As a method for reducing the noise radiated from the duct, there are an active noise reduction method and a passive noise reduction method. For the mid-high frequency range, passive noise reduction methods such as a sound absorbing duct and a silencer using interference are mainly used. On the other hand, for the low-frequency sound range, a so-called one-dimensional active silencing method can be applied when propagating inside the duct with a plane wave, and has already been put into practical use in fields such as air conditioning noise and engine exhaust noise.
[0003]
6 to 8 are schematic views of an active silencer using such a conventional active noise reduction technique. In these figures, S indicates a noise source.
[0004]
The active silencer 10 shown in FIGS. 6A and 6B is provided near the duct opening and the sensor 12 for detecting noise or vibration provided on the downstream side of the duct 11 in the vicinity of the noise source S. A speaker 13, a control microphone 14 provided on the downstream side of the speaker 13, and a control circuit 15 are provided. The control circuit 15 has a function of generating a correction sound having an opposite phase from the speaker 13 with respect to the noise transmitted through the duct 11 based on the signal of the sensor 12, and the amplitude of the correction sound is controlled by the control microphone 14. The sound pressure is controlled to be minimum.
[0005]
In such an active silencer 10, when the duct diameter is ½ or less of the noise wavelength, the inside of the duct is a plane wave (the duct diameter direction is all in phase), so the speaker 13 and the control microphone 14 are One set is applicable. This is based on the property that when the duct has a diameter of ½ or less of the wavelength corresponding to the cutoff frequency of the noise, the noise is propagated by the plane wave inside the duct.
[0006]
On the other hand, when the duct diameter is ½ or more of the wavelength of the sound to be reduced, the active silencer 20 shown in FIGS. 7A and 7B is used. The active silencer 20 shown in FIG. 7 includes a sensor 22 for detecting noise or vibration provided on the downstream side of the duct 21 near the noise source S, speakers 23a to 23d provided near the duct opening, and these speakers.

Control microphones

24 a and 24 b provided on the downstream side of 23 a to 23 d and a control circuit 25 are provided. The control circuit 25 has a function of generating a correction sound from the speakers 23a to 23d with respect to the noise transmitted through the duct 21 based on the signal of the sensor 22, and the phase / amplitude of the correction sound is determined by the control microphone 24a. 24b, the sound pressure is controlled to be minimized.
[0007]
Such an active silencer 20 is not in phase in the duct caliber direction and becomes a mode radiation sound. In this case, a plurality of

control microphones

24a and 24b and speakers 23a to 23d are installed inside, and a specific mode is detected and reduced according to a different mode for each frequency.
[0008]
The active silencer 30 shown in FIG. 8 has a duct diameter equal to or less than ½ of the noise wavelength, as in FIG. The active silencer 30 is provided on the downstream side of the noise source S in the duct 31 for detecting noise or vibration, the speaker 33 provided near the duct opening, and the downstream side of the speaker 33. A control microphone 34 and a control circuit 35 are provided. In addition, 31a in FIG. 8 has shown the duct opening part. The control circuit 35 has a function of generating a correction sound having an opposite phase from the speaker 33 with respect to the noise transmitted through the duct 31 based on the signal of the sensor 32, and the amplitude of the correction sound is controlled by the control microphone 34. The sound pressure is controlled to be minimum.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The active silencer using the above-described active noise reduction technique has the following problems. That is, in the

active silencers

10 and 20, the duct opening radiated sound is put into practical use when the duct diameter is equal to or less than ½ of the wavelength if the duct diameter is equal to or less than the noise cutoff frequency (targeting sound with the cutoff frequency below). However, if it exceeds that, a plurality of control microphones and a plurality of speakers are installed inside the duct, which requires a complicated control configuration.
[0010]
Further, in the active silencer 30, when the duct diameter is ½ or more, even if the sound pressure is reduced at the position of the control microphone 34, the entire opening radiated acoustic power may not be minimized. . For this reason, there existed a possibility that the noise of the whole circumference | surroundings could not be reduced. Further, there is a problem that such an active silencer 30 can be applied to only one opening.
[0011]
For example, an active silencer 40 as shown in FIG. 9 will be described. The active silencer 40 has three ducts 41 to 43, and a system similar to the active silencer 30 described above is incorporated therein. In FIG. 9, reference numerals 41a to 43a denote openings, 41b to 43b denote control microphones, and 41c to 43c denote speakers.
[0012]
In such an active silencer 40, for example, in addition to the sound emitted from the opening 42a, the sound emitted from the

adjacent openings

41a and 43a is superimposed and input to the control microphone 42b. It is difficult to use a control algorithm that takes these interference noise components into account, and the sound pressures of the three control microphones 41b to 43b cannot be reduced at the same time.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an active silencer capable of obtaining a silencing effect with a simple control configuration even when the diameter of the duct does not satisfy the condition for generating the plane wave of the sound to be reduced. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, the active silencer of the present invention is configured as follows.
[0015]
(1) In the active silencer that reduces the reduction target sound emitted from the reduction target sound source, transmitted through the inside of the duct, and radiated to the outside from the duct opening, the duct opening so that the reduction target sound propagates in a plane wave Dividing means for dividing the sound into a plurality of divided openings, an additional sound source arranged near the divided openings for outputting sound waves with a predetermined amplitude and phase, and measuring a sound pressure separated from the divided openings by a predetermined distance A control microphone that is disposed inside the duct, a sensor that detects vibration from the reduction target sound or the reduction target sound source, and a sound pressure at the control microphone is minimized based on a signal from the sensor in a control circuit for controlling the acoustic amplitude and phase of the output by the addition sound as said control microphone, N number the number of the respective divided openings, M number the number of said additional sound source, each The distance from the split opening to the control microphone is hpi (i = 1, 2,..., N), and the distance from each additional sound source to the control microphone is hsi (i = 1, 2,..., M). Then,
[Expression 2]

It is arranged by the positional relationship which satisfy | fills.
[0016]
(2) The active silencer described in (1) above, wherein the dividing means is a plurality of rectangular ducts that divide the duct opening into a rectangular shape, and the long side of the rectangle is reduced as described above. It is formed so that it may become 1/2 or less of the wavelength of the target sound.
[0017]
(3) The active silencer described in (1) above, wherein the dividing means is a circular duct that divides the duct opening into a circular shape, and the inner diameter of the circle has a wavelength of the reduction target sound. It is formed so that it may be 3/5 or less.
[0018]
(4) The active silencer described in the above (1) to (3), wherein a distance between the additional sound source and the divided opening is equal to or less than ¼ of a wavelength of the reduction target sound. It is characterized by.
[0019]
(5) The active silencer described in the above (1) to (4), wherein the additional sound source is disposed between a speaker and the speaker and the divided opening to transmit sound from the speaker. Means.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an active silencer 50 according to the first embodiment of the present invention. The active silencer 50 includes a sensor 52 for detecting noise or vibration provided near the noise source S of the duct 51, additional sound sources 53a to 53f provided near the duct opening, and downstream of the additional sound sources 53a to 53f. A control microphone 54 provided in the control circuit 55 and a control circuit 55 are provided. The control circuit 55 has a function of generating a correction sound from additional sound sources 53a to 53f such as a speaker with respect to noise transmitted through rectangular ducts 61a to 61f, which will be described later, based on the signal of the sensor 52. The phase and amplitude are controlled by the control microphone 54 so that the sound pressure is minimized.
[0023]
On the other hand, as shown in FIG. 1B, six rectangular ducts 61 a to 61 f are formed inside the duct 51 by the partition plate 60. The long sides L of these rectangular ducts 61a to 61f are set to be ½ or less of the wavelength of the sound to be reduced. Further, the length of each rectangular duct 61a to 61f in the direction of the arrow Z is set to 0.9 times or more of the long side L.
[0024]
In the active silencer 50 configured as described above, noise is silenced as follows. That is, the noise generated by the noise source S is divided and enters the rectangular ducts 61a to 61f. At this time, since the long side L of the rectangular ducts 61a to 61f is 1/2 or less of the wavelength of the sound to be reduced, the noise is propagated as a plane wave inside and reaches the opening. When noise is radiated from the openings of the rectangular ducts 61a to 61f, it is acoustically equivalent to the presence of a point sound source at each center of the openings of the rectangular ducts 61a to 61f.
[0025]
The cut-off frequency f ₀ (Hz) of the noise S can be expressed as follows. That is,
f ₀ = 0.5 C / L (1)
However, C is the speed of sound (m / s), and L is the long side (m) of the rectangle.
[0026]
Therefore, the control circuit 55 determines the phase and amplitude of the correction sound output from each of the additional sound sources 53a to 53f so that the sound pressure at the control microphone 54 is minimized.
[0027]
As described above, according to the active silencer 50 according to the present embodiment, noise propagates in the rectangular ducts 61a to 61f as plane waves, and the control by the control circuit 55 of the additional sound sources 53a to 53f is simplified. It is possible to easily reduce the sound pressure level of noise.
[0028]
FIG. 1C is a diagram showing a configuration of a partition plate 62 according to a modification of the active silencer 50. The partition plate 62 is formed with circular ducts 63a to 63h. About these circular ducts 63a-63h, the internal diameter is set so that it may become 3/5 or less of the wavelength of reduction object sound. Moreover, the length of each circular duct 63a-63h in the arrow Z direction is set to be 0.9 times the inner diameter L or more.
[0029]
Similarly, in this case, when radiating from the outlets of the circular ducts 63a to 63h, it is acoustically equivalent to the presence of a point sound source at each center of the outlets of the circular ducts 63a to 63f.
[0030]
The cut-off frequency f ₀ (Hz) of the noise S can be expressed as follows. That is,
f ₀ = 0.6 C / L (2)
However, C is the speed of sound (m / s), and L is a circular aperture (m).
[0031]
Therefore, the control circuit 55 determines the phase and amplitude of the correction sound output from each of the additional sound sources 53a to 53f so that the sound pressure at the control microphone 54 is minimized.
[0032]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a first modification of the active silencer 50 according to the first embodiment described above. 2 that are the same as those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
[0033]
In this modification, the additional sound sources 53a to 53f are installed from the sound pressure centers 70a to 75a of the openings 70 to 75 to about 1/4 or less of the wavelength of noise to be reduced. Thereby, it is possible to minimize the acoustic radiation power from the duct opening and reduce the entire space.
[0034]
By realizing this, the acoustic power does not increase at worst. The additional sound sources 53a to 53f can be improved in the silencing effect by being closer to the sound pressure centers 71a to 71f of the openings 70a to 70f. If the number of openings is N, the total sound power W can be expressed by Equation (4).
[0035]
[Equation 3]

However, ω is an angular frequency, ρ is a density, C is a sound velocity, k is a wave number, and f is a frequency. Further, p _i is the sound intensity (volume velocity) of the i-th opening radiated sound, q _si is the sound intensity (volume velocity) of the i-th additional sound source, and r _pipj is the i-th and j-th openings. D _{pi sj} represents the distance between the i th opening sound pressure _center and the j th additional sound source, and l _pi j represents the distance between the i th and j th additional sound sources.
[0036]
Here, a case where the amplitude and phase of each opening radiated sound are substantially the same and a plurality of additional sound sources for control have the same characteristics will be considered. That is,
[Expression 4]

far.
[0037]
At this time, the optimum amplitude and phase that minimize the acoustic power are obtained as follows.
[0038]
[Equation 5]

[0039]
By substituting this into equation (4), the minimum sound power is obtained. For this reason, if a plurality of additional sound sources can be installed at about ¼ or less of the wavelength of noise to be reduced from the opening, the acoustic power can be reduced to zero or less, that is, reduced.
[0040]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a second modification of the active silencer 50 according to the first embodiment described above. 3 , the same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0041]
The additional sound source 76 is provided with a transmission duct (transmission means) 76b in the speaker 76a, and the tip 76c is brought closer to the sound pressure centers 70a to 75a of the openings 70 to 75 so as to radiate a correction sound.
[0042]
With the transmission duct 76b, the degree of freedom in arranging the speaker 76a with respect to the openings 70 to 75 of the duct can be increased. That is, since the ducts 70 to 75 have a function of releasing exhaust heat to the outside in addition to noise, there is a risk of adversely affecting the speaker. By adjusting the length of the duct 76b, only the tip 76c is brought closer to the sound pressure centers 70a to 75a of the openings 70 to 75, and the speaker 76a itself is moved away from the openings 70 to 75 of the duct. The correction sound can be emitted at a position satisfying the expression (4), and the durability of the speaker 76a can be improved.
[0043]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a third modification of the active silencer 50 according to the first embodiment described above. 4 , the same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0044]
In FIG. 4, 80 is a duct, 81a to 81n are divided ducts, 82a to 82m are additional sound sources, and 83 is a control microphone. Here, the number of openings is N, the number of additional sound sources is M, the distance from each opening of the divided ducts 81a to 81n to the control microphone 83 is hpi (i = 1, 2,... N), If the distance from the additional sound sources 82a to 82m to the control microphone 83 is hsi (i = 1, 2,... M),
[Formula 6]

[0045]
It is characterized by being arranged in a positional relationship that satisfies
[0046]
The process until the above formula (15) is derived is as follows. If the sound pressure at the control microphone 83 is Pmic, the transfer function from the center of the opening of the divided ducts 81a to 81n to the control microphone 83 and the transfer function from each of the additional sound sources 82a to 82m to the control microphone 83 is z, When the intensity is q, Pmic is as shown in Equation (16), and the sound intensity of the correction sound from the additional sound sources 82a to 82m is set to the sound intensity of the opening by making this sound pressure zero by the control. To formula (17).
[0047]
[Expression 7]

[0048]
Here, the term of spatial propagation between the additional sound sources 82a to 82m and the control microphone 83 from the center of the opening of the divided ducts 81a to 81n to the control microphone 83 is expressed by Expression (18). Here, j represents an imaginary number, h represents the distance between each additional sound source and the control microphone from each opening to the control microphone. k and Z0 are the same as in equation (4).
[0049]
[Equation 8]

[0050]
Here, since the frequency to be reduced is a low frequency of 200 Hz or less, Equation (18) can be approximated as Equation (19). Here, in this low frequency region, the acoustic power generally decreases when the total blowing volume velocity from the opening and the total suction volume velocity of the additional sound source coincide with each other. Can also be used to estimate the amount of decrease in sound power.
[0051]
[Equation 9]

However, N / M is an absolute amplitude ratio and the phase ratio is an antiphase.
[0052]
Therefore, when the expression (19) matches the expression (18), the power decreases. Therefore, installing the control microphone 83 at a position satisfying the expression (15) is a standard for increasing the silencing effect.
[0053]
Therefore, in the present modification, the total acoustic power can be minimized by optimal arrangement while taking into account all the acoustic radiation power of the opening and simultaneously detecting noise from these by the single control microphone 83. . For this reason, reduction of the noise of the whole periphery is implement | achieved.
[0054]
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing an active silencer 90 according to the second embodiment of the present invention. 5, the same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The active silencer 90 includes a sensor 52 for detecting noise or vibration provided near the noise source S of the duct 51, additional sound sources 53a to 53f provided near the duct opening, and downstream of the additional sound sources 53a to 53f. A control microphone 54 provided in the control circuit 55 and a control circuit 55 are provided. The control circuit 55 has a function of generating a correction sound from additional sound sources 53a to 53f such as a speaker with respect to noise transmitted through rectangular ducts 91a to 91f, which will be described later, based on the signal of the sensor 52. The phase and amplitude are controlled by the control microphone 54 so that the sound pressure is minimized.
[0055]
On the other hand, the duct 51, as shown in (b) of FIG. 5, six rectangular ducts 91a~91f are placed in communication. The long sides L of these rectangular ducts 91a to 91f are set to be ½ or less of the wavelength of the sound to be reduced. Moreover, the length of each rectangular duct 91a to 91f in the arrow Z direction is set to 0.9 times or more of the long side L.
[0056]
The active silencer 90 configured in this way also silences noise in the same manner as the active silencer 50 described above. That is, also in the active silencer 90 according to the present embodiment, noise propagates in the rectangular ducts 91a to 91f by plane waves, and the control by the control circuit 55 of the additional sound sources 53a to 53f is simplified and easily performed. The sound pressure level of noise can be reduced.
[0057]
(C) in FIG. 5 is a circular duct 93a~93h is formed according to a modification of the active silencer 90. About these circular ducts 93a-93h, the internal diameter is set so that it may become 3/5 or less of the wavelength of reduction object sound. Moreover, the length of each circular duct 93a-93h in the arrow Z direction is set to be 0.9 times the inner diameter L or more.
[0058]
Even in this case, it is possible to easily reduce the sound pressure level of the noise.
[0059]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0060]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain a silencing effect with a simple control configuration even when the diameter of the duct does not satisfy the condition for generating the plane wave of the sound to be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an active silencer according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is an explanatory view showing a main part of a first modification of the active silencer.
FIG. 3 is an explanatory view showing a main part of a second modification of the active silencer.
FIG. 4 is an explanatory view showing a main part of a third modification of the active silencer.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an active silencer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional active silencer.
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing another example of a conventional active silencer.
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing still another example of a conventional active silencer.
FIG. 9 is an explanatory view showing a problem of a conventional active silencer.
[Explanation of symbols]
50, 90 ... Active silencer 51 ... Duct 52 ... Sensors 53a-53f ... Additional sound source 54 ... Control microphone 55 ... Control circuit 60 ... Partition plates 61a-61f, 91a-91f ... Rectangular ducts 63a-63h, 93a-93h ... Circular duct

Claims

In the active silencer that reduces the sound to be reduced emitted from the sound source to be reduced, transmitted inside the duct, and radiated to the outside from the duct opening,
A dividing means for dividing the duct opening into a plurality of divided openings so that the sound to be reduced propagates in plane waves;
An additional sound source that is disposed in the vicinity of the divided opening and outputs a sound wave with a predetermined amplitude and phase; a control microphone that measures a sound pressure at a predetermined distance from the divided opening;
A sensor that is arranged inside the duct and detects vibrations from the reduction target sound or the reduction target sound source;
A control circuit for controlling the amplitude and phase of the sound wave output from the additional sound source so as to minimize the sound pressure at the control microphone based on the signal from the sensor ;
The control microphone is configured such that the number of the divided openings is N, the number of the additional sound sources is M, and the distance from the divided openings to the control microphone is hpi (i = 1, 2,... N) If the distance from each additional sound source to the control microphone is hsi (i = 1, 2,..., M),

An active silencer characterized by being arranged in a positional relationship satisfying

The dividing means is a plurality of rectangular ducts that divide the duct opening into a rectangular shape, and the long side of the rectangle is formed to be ½ or less of the wavelength of the sound to be reduced. The active silencer according to claim 1.

The dividing means is a circular duct that divides the duct opening into a circular shape, and is formed so that an inner diameter of the circle is 3/5 or less of a wavelength of the sound to be reduced. The active silencer according to claim 1.

The active silencer according to any one of claims 1 to 3, wherein a separation distance between the additional sound source and the divided opening is ¼ or less of a wavelength of the sound to be reduced.

The said additional sound source is equipped with the speaker and the transmission means which is arrange | positioned between this speaker and the said division | segmentation opening part, and transmits the sound from the said speaker, The Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. Active silencer.