JP3394770B2 - 消音システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】 本発明は、消音システムに関する。更に詳述すると、
本発明は、管路系騒音を制御対象とする消音システムに
関する。

【従来の技術】

管路系騒音の騒音制御には、これまで膨張形、共鳴
形、干渉形、吸音形などに分類される受動的な消音器が
用いられてきた。受動形消音器は、対象となる騒音の伝
搬する管路に音響インピーダンスの不連続面を設けて音
響的な反射面とし、音響エネルギーの一部を音源側に反
射し、また管路内の音波の干渉を利用して消音効果を得
る。 また、近年、能動的な要素を用いた能動騒音制御技術
が開発され、その実用化が期待されている。この能動制
御法とは、消音すべき音（一次音）に対し、一次音と逆
位相の音を二次音として重ね合せることにより消音する
技術として提案されたものであり、1934年P.Luegによっ
て特許が取られている（U.S.P.No.2043416）。この方法
が原理通りに動作すれば、騒音周波数の広帯域にわたる
完全反射面が形成され、完全な消音ができる。 管路系騒音に対し現在行なわれている能動制御法の多
くは、Luegの方法の管路への応用例を基礎とし、二次音
源上での一次音の音圧を、上流側の参照信号からディジ
タル信号処理を用いて予測し、一次音と逆位相の二次音
を出力してこれを相殺する。この場合、理想的な動作の
目標として、二次音が一次音と等振幅・逆位相となり、
完全に相殺が行なわれること、すなわち二次音源上に完
全反射面が形成されることを想定している。これは、二
次音源部に音響インピーダンスの短絡面を形成すること
を意味している。完全反射面が形成されれば、理想的に
はこの面より下流側には音波は伝搬しないので、この考
え方に従うと、二次音源部以外の要素は考慮の対象とな
らない。 更に、管路系の伝搬条件の変化の影響を受け難く、構
成の容易な能動制御法としては、参照信号集音用のマイ
クロフォンと二次音源用スピーカを同位置に配置した密
結合モノポール（Tight−Coupled Monopole:以下TCMと
略称する）が1983年にKh.Eghtesadi,W.K.W.Hong,H.G.Le
venthallにより提案されている。この方法は1953年Olse
nの提案した、electronic sound absorberと同様の原理
である。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、受動形の要素では完全反射となる帯域
は狭く、また吸音が十分に行なえないので、反射面の性
質・配置と周波数の関係により、負の消音効果（騒音の
増大）を示す帯域が存在する。また、消音効果を十分に
得ようとすると、管路要素の構造が複雑となり、圧力損
失が大となる。 また、能動的要素を用いた能動騒音制御技術の場合、
完全反射面の形成は、理論的には可能であっても、実際
の装置化においては不可能であり、二次音源部を透過し
た音波の下流側での反射波、音源側から再反射してきた
音波の影響により、必ずしも所期の性能が得られない。 また、従来の多くの方法では、二次音源上の一次音の
音圧を予測するための参照信号を、管路内の上流側の二
次音源から離れた位置に設置されたマイクロフォンから
得ている。しかし、マイクロフォンと二次音源との間に
おける音波の伝搬特性は、管路内の温度、流速等の影響
で変化する。この変化は、一次音と等振幅・逆位相の二
次音を推定するときの誤差の原因となる。従来はこの問
題に対し、適応信号処理を用いて対処している。しか
し、急激な変化には追随に遅延があることが問題であ
り、また信号処理系が複雑になる。 更に、従来のTCMを用いた従来の管路系能動騒音制御
法もやはり完全反射面の形成を目標としている。このた
め集音した信号を位相反転し、利得無限大の増幅器を経
て出力することを必要とする。これを実現しようとした
場合、実際のシステムでは系の位相特性のため発振が生
じる。したがって、完全反射の条件は実現できない。そ
れにもかかわらず、完全反射が成立しない場合の他の管
路要素との干渉の影響を設計に盛り込んだ構成とされて
いない。 上述した従来の消音技術の問題点は以下の通り整理で
きる。 受動形消音器は、管路要素の構造が複雑で、圧力損失
が大である。 受動形消音器は、低周波域に対してはその原理上消音
器が大きくなる。 受動形消音器は、広帯域の騒音に対しては、原理上負
の消音効果を示す（騒音が増加する）帯域が生じる。 従来の能動形消音器は、完全反射面の形成を目標とす
る。しかし、実際には実現不可能のため、管路終端をは
じめとする他の管路要素の影響を受け、広帯域にわたっ
て十分な性能を得ることができない。 参照信号集音部と二次音源部が主管路上で離れて配置
されている従来の能動消音器では両者の間の音波の伝搬
特性が主管路内の温度・流速等の影響を受ける。これを
避けるためには複雑な適応信号処理が必須となり、それ
でも十分に回避できないことから実用化が難しい。 前記の問題を解消した方法であるTCMを用いる方法
では、必要な消音効果を得ようとすると系の位相特性の
ため発振が生じ動作が不安定になりやすい。 主管路に能動的要素を配置した従来の能動形消音器で
は、主管路を流れる気体の条件（温度・流速等）に耐え
る能動的要素の開発が必要である。例えば、高温ガスあ
るいは腐蝕性のガスなどが流れる管路系では現在用いら
れているようなマイクロホンやスピーカを設置すること
はできない。 本発明は、上記〜の問題点を解決し、広帯域で十
分な消音性能を有する消音システムを提供することを目
的とする。

【課題を解決するための手段】

かかる目的を達成するため、請求項１記載の消音シス
テムは、制御対象音が伝搬する管路系に、受動的な要素
により音波の一部を反射させる面と、能動的要素により
音波の一部を反射・吸収させる面とを組み合わせて配置
し、かつ受動的素子で形成される音波の一部を反射させ
る２つの反射面間の距離の約1/3の距離に相当する間隔
を前記上流側の反射面ないしは下流側の反射面から離し
て能動的要素を設置して音波の一部を反射・吸収させる
面を形成し、前記能動的要素によって形成された音波の
一部を反射・吸収させる面によって前記管路系の音響特
性を変えて前記受動的な要素による消音特性を補完し管
路系全体として周波数特性を制御するようにしている。
即ち、本発明は、実現の困難な能動的要素による完全反
射面の形成を目的とせずに、実現可能な範囲の反射面
（入射波の一部を反射し、一部を透過及び吸収する）即
ち音波の一部を反射・吸収させる面を形成する受動的要
素として能動的要素を機能させ、複数の反射面による干
渉・吸収が適切に行なわれるように各反射要素面の性質
と配置を設計することによって、管路系全体として高い
消音効果を得るようにしたものである。 ここで、受動的な要素により音波の一部を反射させる
面（以下、受動的反射面とも呼ぶ）は、管路終端の受動
形反射面であり、あるいは受動形消音器の構成要素例え
ば拡張形消音器であり、更にその中に吸音材が充填され
たもの等である。 また、能動的要素により音波の一部を反射・吸収させ
る面（本明細書では、以下これを能動的反射面とも呼
ぶ）を形成する音響コンダクタンスとしては、例えば管
路若しくは拡張形消音器の途中に１箇所または複数箇所
に設けられた分岐管であり、それぞれの分岐管内には集
音用センサ及びこのセンサで集音された音響を信号処理
して駆動される２次音源を配置した要素であり、若しく
は集音用センサと二次音源がほぼ同一位置に置かれ、比
較的小さな利得の信号処理系を用いて駆動される要素
（LTCM）、更にはこの要素の利得が約0.5であり無反射
の分岐管として動作するもの等を含むものである。ある
いは能動反射面は、管路内の集音用センサで集音された
音を信号処理して駆動される主管路若しくは拡張形消音
器の途中の１又は２箇所以上の二次音源であり、若しく
は主管路の１又は２箇所以上に設置されたLTCMである。 すなわち、請求項２記載の消音システムは、請求項１
記載の受動的な要素により音波の一部を反射させる面が
受動形消音器の構成要素であるようにしている。また、
請求項３記載の消音システムは、請求項１記載の受動要
素が管路終端の受動形反射面であるようにしている。請
求項４記載の消音システムは、請求項２記載の受動形消
音器が拡張形消音器であるようにしている。請求項５記
載の消音システムは、請求項４記載の拡張形消音器の内
部に吸音材が充填されていることを特徴とする。 そして、請求項６記載の消音システムは、請求項１記
載の能動的要素により音波の一部を反射・吸収させる面
が、管路の途中又は拡張形消音器の中に１箇所または複
数箇所に設けられた分岐管であり、それぞれの分岐管内
に能動的要素として集音用センサ及びこのセンサで集音
された音を信号処理して駆動される２次音源を配置した
要素であるようにしている。 さらに、請求項７記載の消音システムは、請求項１記
載の能動的要素により音波の一部を反射・吸収させる面
が主管路の途中又は拡張形消音器に１箇所又は複数箇所
に設けられた二次音源で、この二次音源は管路内の集音
用センサで集音された音を信号処理して駆動されるよう
にしている。 請求項８記載の消音システムは、請求項５記載の分岐
管が主管路の流れに対して同一位置となる周面上に各々
複数配置されるようにしている。 請求項９記載の消音システムは、請求項６又は８記載
の分岐管の内部の能動的要素が分岐管の終端に置かれる
ようにしている。 請求項10記載の消音システムは、請求項６又は８記載
の分岐管の内部の能動的要素が分岐管の途中及び終端に
複数配置されるようにしている。 請求項11記載の消音システムは、請求項９記載の集音
用センサと二次音源がほぼ同一位置に置かれ、比較的小
さな利得の信号処理系を用いて駆動される要素（LTCM）
であるようにしている。 請求項12記載の消音システムは、請求項11記載の能動
的要素の利得が約0.5であり、無反射の分岐管として動
作するようにしている。 請求項13記載の消音システムは、請求項11記載の能動
的要素の信号処理系が位相特性を持ち、共振周波数が可
変であるようにしている。 請求項14記載の消音システムは、請求項７記載の二次
音源及び集音用センサがほぼ同一位置に置かれ、比較的
小さな利得の信号処理系を用いて駆動される要素である
ようにしている。 請求項15記載の消音システムは、請求項７記載の二次
音源及び集音用センサの間に受動的な要素を配置したよ
うにしている。 請求項16記載の消音システムは、請求項15記載の受動
要素が二次音源の下流側の次の反射面までの長さの等し
い管路であるようにしている。 請求項17記載の消音システムは、請求項6,7又は９の
いずれかに記載の能動的要素の信号処理系が適応信号処
理であり、騒音の性質に応じて総合的な特性を補正しな
がら動作するようにしている。 また、上述のLTCMを用いた能動的要素またはこれに等
価な音響コンダクタンスを含む音響反射面と等価的な反
射面は音響ダンパを使用しても実現が可能である。ここ
で、音響ダンパとは、騒音に伴う音圧の変化によって自
ら変形し該変形に伴う抵抗によりエネルギーを吸収し得
るものを意味し、例えば振動に対し等価的に粘性を有す
るラウドスピーカのコーン部分や粘性を有するゴム膜ま
たはピストンのようなものを含む。この音響ダンパは主
管路の途中あるいは拡張形消音器の途中若しくは分岐管
内に設置することが好ましい。 そして、請求項18記載の消音システムは、請求項１記
載の能動的要素により音波の一部を反射・吸収させる面
は管路又は拡張形消音器の途中に設置された音響ダンパ
を設置するようにしている。 請求項19記載の消音システムは、請求項１記載の能動
的要素は、管路の途中又は拡張形消音器の中に１箇所ま
たは複数箇所に設けられた分岐管であり、それぞれの分
岐管内に音響ダンパを設置するようにしている。 請求項20記載の消音システムは、請求項６又は８記載
の分岐管の内部の能動的要素が分岐管の終端に置かれ、
各分岐管路内に音響ダンパを設置するようにしている。

【作用】

したがって、本発明の消音システムは、受動形要素で
は得られない特性の反射面要素を能動的要素を用いて構
成し、能動的要素と共に受動要素を積極的に用いて性質
の異なる反射面を適切に配置することにより、主管路を
伝搬する音波を干渉・吸収することによって消音を行
う。即ち、能動的要素は、実現困難な完全反射面の形成
を目的とせずに、実現可能な範囲の反射面（入射波の一
部を反射し、一部を透過及び吸収する）として用い、受
動的な要素による反射面と組合せ、複数の反射面による
干渉・吸収を適切に行なわせることによって管路系全体
として１つの消音システムを構成するようにしている。
そして、能動的要素を受動的要素で形成される反射面の
間の管路の受動的要素により形成される反射面から1/3
程度のところに配置することにより、広い範囲で減衰特
性の谷をなくすことができる。 更に、音源に接続した主管路に分岐管を設け、その内
部に集音用センサ及びその信号を適切に処理して駆動さ
れる二次音源を配置するとき、分岐管部は主管路を伝搬
する騒音を部分的に反射・吸収・透過する要素となる。
この要素は受動形消音器では実現できない特性のもので
ある。また、分岐管の長さ、センサ及び二次音源の位
置、信号処理系の特性を変えることで、この要素の特性
は容易に様々に変えられる。このような要素を主管路の
１箇所又は複数箇所に配置すれば、主管路内を行き交う
反射波の干渉により消音効果が得られる。また、この分
岐管を主管路の同一周面上に配置すれば反射面の効果を
更に増すことができる。このような能動反射面は受動形
消音器の受動要素による反射面では得られない特性のも
のであることに注意する。例えば、受動要素に比べ、比
較的に大きなエネルギーの吸収が得られる。このような
反射面を系全体の消音特性が良好になるように配置して
消音器を構成する。 したがって、先の能動的要素の反射面と受動要素とし
て従来から用いられている反射面を適切に組合せて配置
すれば、両者の性能が相補い合って、単に両者の特性を
合せたものに比べさらに良好な消音特性が得られる。 管路において能動的要素からなる反射面は、一般には
制御電源を含む回路と等価である。しかし、特別な場合
として、二次音源と集音用センサを近接して配置し、比
較的低ゲインで負帰還したLTCMは、制御電源を含まず、
音響的なコンダクタンスと等価である。LTCMは、能動的
要素により制御されることにより、高性能の音響的なコ
ンダクタンスを実現できる。音響的なコンダクタンスの
要素は、本発明に用いる反射面として望ましい、損失の
ある反射面を形成する。 LTCMと同様音響的なコンダクタンスと見なせる要素と
して音響ダンパを用いることも可能である。LTCMに代え
て音響ダンパを主管路若しくは拡張形消音器あるいは分
岐管路に設置する場合、音響ダンパの粘性によって管路
においてコンダクタンスとして働き、LTCMと同様損失の
ある反射面を形成することができる。

【発明の実施の形態】

以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。 第１図に本発明の一実施例を示す。この消音システム
は、制御対象音が流れる主管路１系に受動的消音器２と
能動的要素４を含む分岐管路３とを組合せて幾つかの反
射面A,B,C,D,E,Fを配置するようにしている。分岐管路
３には集音用マイクロホン５と二次音源６及び信号処理
・増幅器７を用いて能動的要素４が構成されている。こ
こで、F,A,C,Eは受動反射面であり、能動的要素を用い
てつくられる反射面B,Dは能動反射面である。また、能
動反射面B,Dは一般には完全反射面でない。 尚、本明細書においてLTCMとは、低利得密結合モノポ
ール（Low gain Tight−Coupled Monopole）の略であ
り、参照信号集音用センサ例えばマイクロホン５と二次
音源例えばスピーカ６を同位置に配置し、利得を比較的
低く例えば約20dB以下に制限し、発振が起らない範囲で
動作させるものをいう。これは従来の密結合モノポール
が完全反射面を目指すために不安定化の問題を有するの
に対し安定な動作が容易な不完全反射面として動作する
ものである。 能動的要素４は集音センサ（マイクロホン等）５にお
いて集音された信号を適当に信号処理した後、増幅器７
を経て二次音源（ラウドスピーカ等）６より放射するよ
うにしたものである。例えば本実施例の場合、二次音源
たるスピーカ６の上に集音センサたるマイクロホン５が
設置されているLTCMを採用し、これを各分岐管路3,3,…
の終端に設置している。この能動的要素４は増幅器７の
利得を比較的低く例えば約20dB以下に制限し、発振が起
らない範囲で作動させることが望ましい。尚、スピーカ
６とマイクロホン５との配置関係は上述のものに特に限
定されず、場合によってはスピーカ６の僅か上流側に設
置されることもある。 また、この能動的要素は２つの反射面間の上流若しく
は下流から２つの反射面間の長さの約1/3の距離に設け
ることが好ましい。この場合、第８図に示すように、広
い範囲で減衰特性の谷をなくす効果がある。尚、第８図
において （細い実線）は拡張室のみを設けたもの、 （細かい破線）は1/2の位置に （太い実線）は1/3の位置に及び （一点鎖線）は1/4にLTCMを配置した場合の透過損失を
示す。 また、この能動的要素としては、上述のLTCMに限定さ
れるものではなく、例えばスピーカ６よりも主管路１側
で参照音を集音する他の能動的要素等を採用することも
可能である。 また、分岐管路３に受動要素を含むことも可能であ
る。例えば、分岐管３内のマイクロホン５と二次音源６
との間に受動要素例えば管路あるいは他の分岐管等を設
けることも可能である。 この能動的要素４によって形成される反射面B,Dは、
実現困難な完全反射とせず、部分的に反射・吸収・透過
する反射面とし、他の能動的要素によって形成される反
射面あるいは受動的要素による反射面A,C,E,F等との複
数の反射面による反射波の干渉を積極的に利用するもの
である。尚、集音センサ５や二次音源６としては上述の
マイクロホンやスピーカに限定されるものではなく、用
途等に応じて適宜選定される。 また、能動的要素４を内蔵する分岐管３は、この能動
的要素４を主管路１内の流れから隔離しつつ主管路１内
に能動反射面を形成するためのものである。この分岐管
３入口には、主管路１内を流れる気流の影響特に温度を
避けるため、断熱材９や冷却器またはその両方を配置
し、集音センサ５や二次音源６を気流の影響から保護す
ることが好ましい。更に、主管路１内を腐蝕性ガスや高
温ガス等が流れる場合にはこれらガスの侵入を防ぎ、音
のみが通過させるような手段を分岐管３の入口に設ける
ことが好ましい。これは例えばグラスウール等で容易に
実現できる。また、分岐管３の長さは、必要な消音特性
と、主管路の気流の影響の程度によって適宜選定され
る。気流の影響が無視できる場合には、分岐管３の長さ
を０とし、主管路１に直接LTCMを配置することができ
る。この場合、消音量を大とすることが容易となる。 また、LTCMの代りにセンサ５を二次音源６の上流側に
離して配置し、その間に受動的要素を組入れることによ
り従来の完全能動反射面を得る方法より伝達系の推定誤
差を小さくして能動的要素系の処理系を簡単にしてその
動作を安定させることもできる。例えば、第６図に示す
ように、二次音源６と下流側の次の受動反射面例えば管
路終端Ｅとの距離Ｌと等しい長さの管路を二次音源６と
センサ５の間に設けることもある。この場合、信号処理
はL/Cの遅延特性を持たせるだけで安定した動作とな
る。ただし、Ｃは主管路内の音速である。 また、受動的要素による音響反射面は、膨張形、共鳴
形、干渉形、吸音形などの消音器のような管路断面積の
拡張・縮小による音響インピーダンスの不連続面は勿論
のこと、管路終端の開放面Ｅなども含む。 以上のように本発明の消音システムは構成されている
ので、次のように作動する。 音源８より放射された音波は、主管路１内を伝搬し、
拡張室２の入口・出口・管路終端の受動反射面A,C,E及
び拡張室と出口管に配置された２つの分岐管3,3部分に
形成される能動反射源B,Dにおいてそれぞれ反射され、
前進波と後進波の間で干渉が起こる。音源でも反射があ
れば反射面Ｆによる反射もこれに寄与する。また能動的
反射面B,D（分岐管部）においては一部が吸収される。
これらによって、音は消音されて管路終端Ｅより放射さ
れる。 尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではあ
るがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱
しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、
本発明の能動反射面の構成は、一般には分岐管路３の途
中または終端に集音センサ５・二次音源６を１組あるい
は複数個ずつ配置しているが、能動的要素の参照音を入
力するマイクロホン５と二次音源となるスピーカ６を離
して配置すること、また信号処理に適応処理などを行う
ことにより構成することや補助的に受動的要素を配置す
ることも可能である。 また、集音センサ５と二次音源６の間隔あるいはそれ
らの配置位置及び信号処理（受動的な方法も含めて）
は、必要とする消音特性によって適宜選定される。分岐
管３の長さが一定でもこれらを適当に選ぶことにより分
岐管３の共振周波数を変化させるなど様々な特性が得ら
れる。 また、分岐管３を含む能動的要素の特別な例として
は、LTCMでの無反射端の構成がある。これは分岐管３の
終端にLTCMを置き、信号処理としてLTCMの利得を0.5と
した場合である。このように分岐管端を無反射端とした
場合、広帯域でほぼ平坦な消音特性が得られ、また分岐
管長さに制限がなくなり、二次音源に対する気流の影響
の軽減が容易となる。 この他、信号処理部の特性を変化させることにより分
岐管部の反射面の性質をさまざまに変化させることがで
きる。例えば、分岐管終端にLTCMを用い、前記の無反射
の条件以外で用いると、分岐管部の透過損失は共振特性
となる。LTCMのゲインを変えると共振の鋭さや共振・反
共振の逆転が行なえる。更に信号処理部の位相特性を変
えることにより共振周波数の同調も可能である。 更に、分岐管３は主管路１や受動消音器２の同周上に
複数配置することができる。これにより装置の容積の増
加を抑えて消音効果を増すことができる。 また、本システム構成例では、個々の能動反射面をそ
れぞれ単独で駆動させているが、大幅に音源の性質が変
化する場合などにおいてシステム全体の消音量を変化さ
せたい場合などは、受動要素の長さを変えたりしても行
えるが、総合的に各能動反射面の増幅器の利得や信号処
理部の特性をコントロールすることにより、消音特性を
変化させることができる。更に信号処理部の特性を適応
的に制御することにより騒音の状況に応じた最適な特性
とすることもできる。 また、本発明の消音システムは、第２図に示すよう
に、受動反射面である管路１の途中に拡張室２を置か
ず、管路端の受動反射面Ｅのみと能動反射面B,Dでシス
テムを構築することも可能である。 また、能動的要素４、受動要素２のいずれも、吸音材
との併用も可能である。例えば、図示していないが拡張
室２に吸音と断熱を兼ねてグラスウール等の吸音・断熱
材を適当な配置で充填することにより、消音効果を上げ
ると共にセンサや二次音源に対して気流の影響を軽減す
ることもできる。 （消音効果の実測例） （１）管路と能動反射面２ケのみを用いた消音実測例
（第２図参照） 第２図に示される構成の装置を用いて消音効果を実測
した。第３図（Ａ）は、管路のみの場合と能動反射面を
用いたときの計算による消音効果の予測であり、 （実線）は能動反射面を３ケ所に用いた場合で、 （細かい破線）は２ケ所、 （粗い破線）は、１ケ所の結果である。このことによ
り、単一の能動反射面の場合には周期的に減衰が得られ
ない領域が現れるが、複数の能動反射面を適当な間隔で
配置すれば、このような特性を補正でき、個々の能動反
射面が完全反射面でなくとも複数組合せることによって
大きな消音効果が得られることが理解できる。第３図
（Ｂ）は、能動反射面を２ケ所に設けたときの消音量を
実測した結果である。図中 （実線）は、第３図（Ａ）で示した計算結果で、 （細かい破線）は実測した結果である。このときの分岐
管長さは10mmであり、分岐管の長さは測定範囲ではほぼ
無視できる。この結果より予測値と実測値はかなりの相
関を示すことが理解できる。 （２）管路と拡張室の両方に能動的要素を用いた消音実
測例 第４図に装置の構成を示し、第５図に消音効果の予測
計算結果と実測値の比較を示す。図中 （粗い破線）は受動要素のみの場合の計算結果であり、 （一点鎖線）は受動要素のみの場合の実測結果である。 （実線）は能動的要素を併用した場合の計算結果であ
り、 （細かい破線）は能動的要素を併用した実測結果であ
る。計算結果と実測結果はかなりの相関を示しているこ
とが理解できる。また、受動要素だけの状態及び能動的
要素だけの場合に比べて、減衰が得られない領域が少な
くなり、減衰量及び減衰帯が広帯域でかつ大きくなるこ
とが理解できる。 また、音響コンダクタンスと等価な音響反射面として
は音響ダンパを使用することが可能である。例えば、前
述のLTCMの集音用センサ及び増幅器、信号処理系を省い
て二次音源のみで構成することができる。この場合、音
響ダンパが騒音に起因する音圧の変化によって粘弾性変
形し、即ち減衰を伴いながら振動し管路内の容積を変え
ると共にエネルギーを吸収することによって管路内に反
射面を形成させる。この音響ダンパは例えばLTCMにおい
て二次音源にラウドスピーカ等を使用した場合には、
（スピーカ端子間は低インピーダンスで接続されてい
る）集音用センサや増幅器がない場合（例えばこれらが
故障したような場合において）も消音効果をある程度期
待できることを意味している。また、音響ダンパとは、
騒音に伴う音圧の変化によって自ら変形し該変形に伴う
抵抗によりエネルギーを吸収し得るものを意味し、例え
ば振動に対し等価的に粘性を有するラウドスピーカのコ
ーン部分や粘性を有するゴム膜またはピストンのような
ものを含む。 この音響ダンパの効果を確認するため第２図に示した
LTCM消音システムにおいて、LTCMに増幅器の電源を入れ
た場合と増幅器の電源を切断した状態での管路出口での
騒音分析結果を第７図に示す。この測定結果において、 （細かい破線）は管路のみの場合、 （一点鎖線）はLTCMの増幅器の電源が切れている場合、 （実線）はLTCMとして働かせた状態である。この結果よ
りも明らかなように、管路だけの場合に比べてLTCMは大
きく減衰していることが分かる。そして、増幅器の電源
を切った状態、即ち音響ダンパとして作動している場合
でも、かなりの減衰効果を有することが分かる。

【発明の効果】

以上の説明より明らかなように、本発明は、制御対象
音が伝搬する管路系に、受動的な要素により音波の一部
を反射させる面と、能動的要素により音波の一部を反射
・吸収させる面とを組み合わせて配置し、受動的素子で
形成される音波の一部を反射させる２つの反射面間の距
離の約1/3の距離に相当する間隔を前記上流側の反射面
ないしは下流側の反射面から離して能動的要素を設置し
て音波の一部を反射・吸収させる面を形成し、能動的要
素によって形成された音波の一部を反射・吸収させる面
によって管路系の音響特性を変えて受動的な要素による
消音特性を補完し管路系全体として周波数特性を制御す
るようにしているので、複数の反射面による干渉・吸収
が適切に行なわれるように各反射要素面の性質と配置を
とることによって、管路系全体として高い消音効果を得
ることができる。しかも、本発明は、受動的な要素によ
る音波の一部を反射させる面と能動的要素を受動的要素
として機能させることにより形成された音波の一部を反
射・吸収させる面とを複数組合せて１つの消音システム
を構成しているので、変化量の大きい騒音に対して、受
動的要素をそのままにして、能動部の特性を変化量に応
じた適切な制御を行うことによって最適な効果をあげる
ことが可能であるし、管路の構造を単純にできるため、
従来の受動形消音器に比較して大幅な圧力損失の低減が
図れる。 また、本発明の消音システムは、能動的要素を完全反
射面として使用せずに、入射波の一部を反射し、一部を
透過及び吸収する実現可能な反射面の１つとして使用し
ているので、従来の能動型消音器で得られない干渉や吸
音効果も期待できるし、干渉型や共鳴型の負の消音帯域
を改善し、受動的な消音器の消音特性では得られない広
帯域の消音特性が得られる。 また、このことから本発明の消音システムは、受動的
な消音器や完全反射面を目指す従来形の能動形消音器に
比較して自由度の高い消音特性を容易に構築できる。た
とえば、消音特性は、管路を変えることによっても可能
であるが増幅器の利得や信号処理部を変えることにより
容易に実現できる。 また、本システムは、基本的には分岐管内に能動部を
設けるため、主管路上に集音センサや二次音源を離して
配置しないので、主管路を流れる気流の条件変化による
音速の変化や流速の影響によって消音特性があまり変化
しないので、能動的要素の信号処理系の修正を必要とし
ないため高度な適応処理を用いなくても、十分広帯域の
消音特性を得られる。しかも、能動的要素の協働によっ
て、低周波帯域領域での消音効果が向上するので受動要
素である管路や拡張室を小型化ができる。 また、本発明の消音システムは、分岐管内に能動部を
設けているので、集音センサや二次音源を温度や流速の
影響等から保護することができ、管路内を流れる流体の
影響例えば温度や腐蝕などの問題を低減して既存のセン
サ（マイクロホン等）や二次音源（スピーカ等）をその
まま利用できる。また、上流側で集音し、線形予測フィ
ルタを用いた完全反射面からなる従来の能動消音器は、
非線形な音例えば車の排気音等に使用できないが、本シ
ステムのように分岐管を設けてその中に能動的要素を構
成する場合には、主管路内から見たときにセンサと二次
音源が同位置になるので非線形波動の生成にも対応でき
る。 したがって、通常の管路系以外にも内燃機関などの吸
・排気騒音への利用も考えられるし、既製の消音システ
ムの補助手段としても利用でき、また無反射端を用いて
管路等の共振の対策に用いることもできる。システム全
体の消音効果の特性を変化させることも比較的容易に行
なわれるため、従来の能動的要素と較べて騒音の性質や
管路内の条件の変化に対しても特性の低下が僅かであ
る。しかも、更に最適な動作をさせるためにシステム全
体の特性を最適になるように各能動的要素の信号処理系
に適応信号処理系（LMSアルゴリズム等による）を用い
ることによってこれらの変化に対応できる。 本発明では、能動要素からなる反射面を実現するため
の好ましい方法として、LTCMを用いることができる。LT
CMでは、能動的要素は特性改善のための制御機構の働き
をし、管路においては等価的には受動的なコンダクタン
スとして作用する要素である。このため、従来の能動消
音システムの問題点の一つである発振等の問題が起き難
い。 能動消音システムではシステムの故障時にかえって騒
音を増幅する恐がある。LTCMを用いた場合、故障時にで
もLTCMは音響ダンパとして働き、第７図に示すようにや
や性能は低下しても、ある程度の消音効果を保つことが
できる。また、マイクロホンやラウドスピーカ等の設置
等が困難な状況下での応用では、LTCMの代わりに音響ダ
ンパを用いることも可能で、本発明は従来能動消音シス
テムの適用の困難であった対象にも応用範囲が広い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１図は本発明の消音システムの一実施例を示す原理図
である。

【図２】 第２図は他の実施例を示す原理図である。

【図３】 第３図（Ａ）は第２図の消音システムにおいて管路のみ
の場合と能動反射面を用いた場合との消音効果を予測し
たグラフ、第３図（Ｂ）は能動反射面を２箇所設けた場
合の予測計算値と実測結果を示すグラフである。

【図４】 第４図は他の実施例を示す原理図である。

【図５】 第５図は第４図の消音システムにおける消音効果の予測
計算結果と実測値との比較を示すグラフである。

【図６】 第６図は本発明の他の実施例を示す原理図である。

【図７】 第７図は第２図に示した分岐管長さを０としたLTCM消音
システムにおいて、LTCMに増幅器の電源を入れた場合と
増幅器の電源を切断した状態における管路出口での騒音
の分析結果を示すグラフである。

【図８】 第８図はLTCMの位置の違いによる減衰特性の変化を示す
グラフである。

【符号の説明】

１……管路系 ２……受動的要素 ３……分岐管 ４……能動的要素 ５……マイクロホン（集音センサ） ６……スピーカ（二次音源） ７……増幅器 ９……冷却手段 A,C,E,F……受動的反射面 B,D……能動的反射面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 卓支 東京都世田谷区松原６丁目18番11号 株 式会社西脇研究所内 (72)発明者 村上 俊太郎 神奈川県秦野市渋沢733 (56)参考文献 特開 昭52−84701（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−133595（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−97989（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−95699（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−51006（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−76285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−801（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−311397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−28091（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−9397（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−110612（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−174715（ＪＰ，Ｕ) 特表 昭58−501292（ＪＰ，Ａ)

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象音が伝搬する管路系に、受動的な
   要素により音波の一部を反射させる面と、能動的要素に
   より音波の一部を反射・吸収させる面とを組み合わせて
   配置し、かつ前記受動的素子で形成される音波の一部を
   反射させる２つの反射面間の距離の約1/3の距離に相当
   する間隔を前記上流側の反射面ないしは下流側の反射面
   から離して能動的要素を設置して音波の一部を反射・吸
   収させる面を形成し、前記能動的要素によって形成され
   た音波の一部を反射・吸収させる面によって前記管路系
   の音響特性を変えて前記受動的な要素による消音特性を
   補完し管路系全体として周波数特性を制御することを特
   徴とする消音システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の受動要素による音波の一部
   を反射させる面が受動形消音器の構成要素であることを
   特徴とする消音システム。
3. 【請求項３】請求項１記載の受動要素が管路終端の受動
   形反射面であることを特徴とする消音システム。
4. 【請求項４】請求項２記載の受動形消音器が拡張形消音
   器であることを特徴とする消音システム。
5. 【請求項５】請求項４記載の拡張形消音器に内部に吸音
   材が充填されていることを特徴とする消音システム。
6. 【請求項６】請求項１記載の能動的要素により音波の一
   部を反射・吸収させる面が、管路の途中又は拡張形消音
   器の中に１箇所または複数箇所に設けられた分岐管であ
   り、それぞれの分岐管内に能動的要素として集音用セン
   サ及びこのセンサで集音された音を信号処理して駆動さ
   れる２次音源を配置した要素であることを特徴とする消
   音システム。
7. 【請求項７】請求項１記載の能動的要素により音波の一
   部を反射・吸収させる面が主管路の途中又は拡張形消音
   器に１箇所又は複数箇所に設けられた二次音源で、この
   二次音源は管路内の集音用センサで集音された音を信号
   処理して駆動されることを特徴とする消音システム。
8. 【請求項８】請求項６記載の分岐管が主管路の流れに対
   して同一位置となる周面上に各々複数配置されることを
   特徴とする消音システム。
9. 【請求項９】請求項６又は８記載の分岐管の内部の能動
   的要素が分岐管の終端に置かれていることを特徴とする
   消音システム。
10. 【請求項１０】請求項６又は８記載の分岐管の内部の能
    動的要素が分岐管の途中及び終端に複数配置されている
    ことを特徴とする消音システム。
11. 【請求項１１】請求項９記載の集音用センサと二次音源
    がほぼ同一位置に置かれ、比較的小さな利得の信号処理
    系を用いて駆動される要素であることを特徴とする消音
    システム。
12. 【請求項１２】請求項11記載の能動的要素の利得が約0.
    5であり、無反射の分岐管として動作することを特徴と
    する消音システム。
13. 【請求項１３】請求項11記載の能動的要素の信号処理系
    が位相特性を持ち、共振周波数が可変であることを特徴
    とする消音システム。
14. 【請求項１４】請求項７記載の二次音源及び集音用セン
    サがほぼ同一位置に置かれ、比較的小さな利得の信号処
    理系を用いて駆動される要素であることを特徴とする消
    音システム。
15. 【請求項１５】請求項７記載の二次音源及び集音用セン
    サの間に受動的な要素を配置したことを特徴とする消音
    システム。
16. 【請求項１６】請求項15記載の受動要素が二次音源の下
    流側の次の反射面までの長さの等しい管路であることを
    特徴とする消音システム。
17. 【請求項１７】請求項6,7又は９のいずれかに記載の能
    動的要素の信号処理系が適応信号処理であり、騒音の性
    質に応じて総合的な特性を補正しながら動作することを
    特徴とする消音システム。
18. 【請求項１８】請求項１記載の能動的要素により音波の
    一部を反射・吸収させる面は管路又は拡張形消音器の途
    中に設置された音響ダンパを設置したことを特徴とする
    消音システム。
19. 【請求項１９】請求項１記載の能動的要素は、管路の途
    中又は拡張形消音器の中に１箇所または複数箇所に設け
    られた分岐管であり、それぞれの分岐管内に音響ダンパ
    を設置したことを特徴とする消音システム。
20. 【請求項２０】請求項６又は８記載の分岐管の内部の能
    動的要素が分岐管の終端に置かれ、各分岐管路内に音響
    ダンパを設置したことを特徴とする消音システム。