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JP6917914B2 - Active noise controlled sound field simulation method and simulation device - Google Patents

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JP6917914B2 JP2018006542A JP2018006542A JP6917914B2 JP 6917914 B2 JP6917914 B2 JP 6917914B2 JP 2018006542 A JP2018006542 A JP 2018006542A JP 2018006542 A JP2018006542 A JP 2018006542A JP 6917914 B2 JP6917914 B2 JP 6917914B2
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Description

本発明は、開空間の一部の領域を対象としたANCであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することが可能なアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置に関する。 The present invention is an ANC for a part of an open space, and when the control speaker is arranged at a position away from the noise source, the noise reduction effect can be obtained before installing the system at a site or the like. The present invention relates to a simulation method and a simulation device for an active noise-controlled sound field that can be verified by simulation.

騒音源からの騒音を低減する技術に関して、特許文献1〜3が知られている。特許文献1の「消音装置」は、放射される音の重なりにより特定の範囲による消音領域を作り出すべく2個の消音スピーカを設け、各消音スピーカに対応して2個のセンサマイクを設け、且つ、アクティブコントローラに、消したい騒音の周波数域を自由に設定する発振器を接続した手段としたものである。 Patent Documents 1 to 3 are known as techniques for reducing noise from a noise source. The "silencer" of Patent Document 1 is provided with two muffling speakers in order to create a muffling area in a specific range by overlapping emitted sounds, and is provided with two sensor microphones corresponding to each muffling speaker. , It is a means of connecting an oscillator that freely sets the frequency range of the noise to be eliminated to the active controller.

特許文献2の「プラント監視制御システム」は、待ち状態の操作員に偶発事象を伝搬するのに有効な情報伝搬手段である音声出力方式を、受信機を装着することなく個別情報を伝達する手段を提供することを課題とし、音声出力装置は、制御情報(障害、異常伝達)を出力するスピーカと、消音用単一指向性スピーカ、音圧検出用マイクロホン、プラント(異常)情報を取得するセンサ、及びアクティブ音場制御部から構成されている。 The "plant monitoring and control system" of Patent Document 2 is a means for transmitting individual information to an operator in a waiting state by using a sound output method, which is an effective information propagation means for propagating an accidental event, without attaching a receiver. The voice output device is a speaker that outputs control information (fault, abnormality transmission), a unidirectional speaker for muffling, a microphone for sound pressure detection, and a sensor that acquires plant (abnormality) information. , And an active sound field control unit.

特許文献3の「消音システムにおける騒音検出手段の位置決定方法」は、三次元閉空間に配置される騒音発生源から発生する騒音を良好に消音するのに、ANC技術を充分に生かせる第2騒音検出手段の位置決定方法を得ることを課題とし、ANC技術を地下室等の三次元閉空間で適用するに、騒音発生源から発生する騒音のレベルが高い高音圧レベル周波数を複数求め、その複数の高音圧レベル周波数の音それぞれについて、三次元閉空間内において波動音響解析を実行し、三次元閉空間の音響状態を推定し、定在波の腹部で、三次元閉空間の音圧レベルが、空間内の平均音圧レベルより高い位置を前記第2騒音検出手段を配置する第2位置とするようにしている。 The "method for determining the position of noise detecting means in a muffling system" of Patent Document 3 is a second noise in which ANC technology can be fully utilized to satisfactorily mute noise generated from a noise source arranged in a three-dimensional closed space. With the task of obtaining a method for determining the position of the detection means, in order to apply the ANC technology in a three-dimensional closed space such as a basement, a plurality of high sound pressure level frequencies having a high level of noise generated from a noise source are obtained, and the plurality of them are obtained. For each sound with a high sound pressure level frequency, wave acoustic analysis is performed in the three-dimensional closed space to estimate the acoustic state of the three-dimensional closed space, and the sound pressure level in the three-dimensional closed space is determined at the abdomen of the standing wave. A position higher than the average sound pressure level in the space is set as the second position where the second noise detecting means is arranged.

特開平9−160566号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-160566 特開平10−27003号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-27003 特開2011−107673号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-107673

例えば、工場内では様々な騒音が存在しているが、生産状況を目視する必要性から、通常の騒音対策である遮音壁等で騒音源を囲うなどの対策ができない場合が多い。このため、遮音壁等を使用せずに作業員がいるエリアの騒音を低減したいという要望がある。騒音対策手法のひとつであるアクティブノイズコントロール(以下、ANCと記す)は、視界を遮ることなく、ある領域での騒音を低減させることができる。ANCは、制御用のマイク位置を上記作業者がいる位置として、この制御用のマイク位置において対象音(騒音)を低減させるために、対象音と同振幅・逆位相の音を制御用のスピーカから出力する方法である。 For example, although various noises are present in a factory, it is often impossible to take measures such as surrounding the noise source with a sound insulation wall or the like, which is a usual noise countermeasure, because it is necessary to visually check the production status. Therefore, there is a demand to reduce the noise in the area where workers are present without using a sound insulation wall or the like. Active noise control (hereinafter referred to as ANC), which is one of the noise countermeasure methods, can reduce noise in a certain area without obstructing the field of view. The ANC uses the control microphone position as the position where the worker is located, and in order to reduce the target sound (noise) at this control microphone position, the ANC is a speaker for controlling a sound having the same amplitude and opposite phase as the target sound. It is a method to output from.

ANCは、例えば建設重機のエンジン音の対策のように、騒音源の近傍に制御用スピーカを配置する場合には、制御用スピーカ1台及び制御用マイク1台で大きな騒音低減効果が得られる。しかし、図6に示すように、騒音源aから離れた位置に制御用スピーカbを配置する場合、作業員cがいるエリア等の領域全体の騒音を低減させるためには、多数の制御用スピーカ及び制御用マイクが必要になり、実現が難しい。 In ANC, when a control speaker is arranged in the vicinity of a noise source, for example, as a countermeasure for engine noise of heavy construction machinery, a large noise reduction effect can be obtained with one control speaker and one control microphone. However, as shown in FIG. 6, when the control speaker b is arranged at a position away from the noise source a, in order to reduce the noise of the entire area such as the area where the worker c is present, a large number of control speakers are used. And a control microphone is required, which is difficult to realize.

ANCは、制御対象とする領域の広さにより、極小領域、閉空間全体、開空間における一部の領域、の3つに分類できる。対象の領域が広くなるほど、対象全体を制御するのが困難になる。この対象領域については、工場内の作業員がいる場所のように大空間の中の一部や、工事現場等の屋外において近隣へ騒音が影響する領域など、全体のうちの一部の領域であることが多い。一部の領域における騒音を対象とするANCには、境界音場制御の原理に基づき、ある面を通過する騒音を低減させるものや、指向性の鋭いパラメトリックスピーカを利用するものがある。これらのANCでは、対象領域内において、制御用マイク位置とその周囲において大きな効果を発揮するものの、それ以外の部分において増幅する場合がある。また、パラメトリックスピーカ単体では、通常、約200Hz以下の低音や100dB以上の大音圧の音を再生するのが難しく、ANCに適用できない場合がある。 ANC can be classified into three types, a minimum area, an entire closed space, and a part of an open space, depending on the size of the area to be controlled. The wider the area of interest, the more difficult it is to control the entire subject. This target area is a part of the whole area, such as a part of a large space such as a place where workers are in a factory, or an area where noise affects the neighborhood outdoors such as a construction site. Often there are. ANCs that target noise in some areas include those that reduce noise passing through a certain surface and those that use a parametric speaker with sharp directivity, based on the principle of boundary sound field control. In these ANCs, although they exert a great effect in the control microphone position and its surroundings in the target region, they may be amplified in other parts. Further, it is usually difficult for a parametric speaker alone to reproduce a low-pitched sound of about 200 Hz or less or a high-pitched sound of 100 dB or more, and it may not be applicable to ANC.

対象領域における騒音の伝搬方向と同軸上に制御用スピーカを配置すると、広い範囲で騒音と制御用スピーカからの制御音が同振幅・逆位相(もしくはそれに近い状態)となり、対象領域内で騒音が低減する。しかし、実際の工場等においては必ずしも同軸上に配置できないため、騒音の伝搬方向と異なる方向(騒音源から離れた位置の意でもある)に制御用スピーカを配置する場合がある。さらに、制御用スピーカの指向性によっては、対象領域内での騒音低減効果や増幅位置が変わる。 When the control speaker is arranged coaxially with the propagation direction of the noise in the target area, the noise and the control sound from the control speaker have the same amplitude and opposite phase (or a state close to it) in a wide range, and the noise is generated in the target area. Reduce. However, since it is not always possible to arrange them coaxially in an actual factory or the like, the control speakers may be arranged in a direction different from the noise propagation direction (which also means a position away from the noise source). Further, depending on the directivity of the control speaker, the noise reduction effect and the amplification position in the target area change.

このため、実際の現場へのANCのシステムの設置にあたっては、一台もしくは複数台の制御用スピーカの特性の選択や、これら制御用スピーカ及び制御用マイクの配設位置の選択を何度も何度も繰り返さなければならず、それによっても十分な騒音低減効果が得られるとは限らず、至難であるという課題があった。 For this reason, when installing the ANC system in the actual field, the characteristics of one or more control speakers and the placement position of these control speakers and control microphones are repeatedly selected. It has to be repeated many times, and it is not always possible to obtain a sufficient noise reduction effect, and there is a problem that it is extremely difficult.

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、開空間の一部の領域を対象としたANCであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することが可能なアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-mentioned conventional problems, and is an ANC for a part of an open space, and when the control speaker is arranged at a position away from the noise source, the present invention is used. It is an object of the present invention to provide an active noise controlled sound field simulation method and a simulation device capable of verifying a noise reduction effect by simulation, such as before installing a system in a field or the like.

本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法は、騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とを用いると共に、
上記騒音源及び上記制御用マイク間の第2線分の長さ(rNP)、上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第3線分の長さ(rSP)、上記騒音源及び上記評価点間の第4線分の長さ(rNJ)、上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第5線分の長さ(rSJ)、上記第2線分と上記第4線分がなす第1角度(θ1)、並びに上記第3線分と上記第5線分がなす第2角度(θ2)を用いて、
まず、上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が1、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式(6)及び(8)により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、

Figure 0006917914
次に、上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Aj及び位相差Δφjを、下記式(5)及び(7)より算定し、

Figure 0006917914
次に、音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Eを、下記式(15)により算定して、

Figure 0006917914
シミュレーション結果を取得することを特徴とする。 The method for simulating an active noise-controlled sound field according to the present invention includes the position coordinates of a virtual noise source that emits noise for simulating the noise reduction effect, the following data of the noise, and a distance from the noise source. It is positioned at the simulation position that is set to be selectable, and fits in both the position coordinates of the virtual control speaker that emits the control sound to reduce the noise, the directional angle of the noise source, and the directional angle of the control speaker. The position coordinates of a virtual control microphone that is positioned at a simulation position that is selectably set in the area and receives sound propagated from both the noise source and the control speaker, and the noise that is set selectably. It is the control position of, and the position coordinates of the evaluation point indicating the reached sound pressure are used, and
The length of the second line segment (rNP) between the noise source and the control microphone, the length of the third line segment (rSP) between the control speaker and the control microphone, the noise source and the evaluation point. The length of the 4th line segment between (rNJ), the length of the 5th line segment between the control speaker and the evaluation point (rSJ), the 1st angle formed by the 2nd line segment and the 4th line segment. Using (θ1) and the second angle (θ2) formed by the third line segment and the fifth line segment,
First, the following equations (6) and (8) obtained from the sound pressure reduction conditions in which the amplitude ratio of the sound from the noise source and the control speaker at the simulation position of the control microphone is 1 and the phase difference is π. The coefficient α representing the strength of the sound source of the control speaker with respect to the noise source and the phase difference φ of the control speaker with respect to the noise source are calculated.

Figure 0006917914
Next, from the coefficient α and the phase difference φ, the amplitude ratio Aj and the phase difference Δφj at the position coordinates of the evaluation points of the noise propagated from the noise source and the control sound propagated from the control speaker are described below. Calculated from equations (5) and (7)

Figure 0006917914
Next, the sound pressure E indicating the effect at the position coordinates of the evaluation points whose sound pressure is controlled is calculated by the following equation (15).

Figure 0006917914
It is characterized by acquiring simulation results.

前記評価点は、シミュレーションの対象とする対象領域を格子で分けた複数個のエリアの中心位置に設定され、前記シミュレーション結果は、該対象領域における音圧の分布で取得されることを特徴とする。 The evaluation point is set at the center position of a plurality of areas in which the target area to be simulated is divided by a grid, and the simulation result is acquired by the distribution of sound pressure in the target area. ..

前記騒音源、前記制御用スピーカ、前記制御用マイク、前記評価点が同一の二次元平面の座標上に配置され、当該平面を伝搬する音のシミュレーション結果が取得されることを特徴とする。 The noise source, the control speaker, the control microphone, and the evaluation points are arranged on the coordinates of the same two-dimensional plane, and the simulation result of the sound propagating in the plane is acquired.

前記騒音源から伝搬される前記騒音の上記データは、前記シミュレーションを行う前に事前に、予め取得されていることを特徴とする。 The data of the noise propagated from the noise source is obtained in advance before performing the simulation.

本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション装置は、騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とが入力される演算器を備え、
該演算器は、上記騒音源及び上記制御用マイク間の第2線分の長さ(rNP)、上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第3線分の長さ(rSP)、上記騒音源及び上記評価点間の第4線分の長さ(rNJ)、上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第5線分の長さ(rSJ)、上記第2線分と上記第4線分がなす第1角度(θ1)、並びに上記第3線分と上記第5線分がなす第2角度(θ2)を算出し、
上記演算器はさらに、上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が1、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式(6)及び(8)により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、

Figure 0006917914
上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Aj及び位相差Δφjを、下記式(5)及び(7)より算定し、

Figure 0006917914
音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Eを、下記式(15)により算定して、

Figure 0006917914
シミュレーション結果を取得することを特徴とする。 The active noise controlled sound field simulation apparatus according to the present invention is separated from the above noise source by the position coordinates of a virtual noise source that emits noise for simulating the noise reduction effect and the following data of the noise. It is positioned at the simulation position that is set to be selectable, and fits in both the position coordinates of the virtual control speaker that emits the control sound to reduce the noise, the directional angle of the noise source, and the directional angle of the control speaker. The position coordinates of a virtual control microphone that is positioned at a simulation position that is selectably set in the area and receives sound propagated from both the noise source and the control speaker, and the noise that is set selectably. It is equipped with a calculator that inputs the position coordinates of the evaluation point indicating the reached sound pressure, which is the control position of.
The arithmetic unit has a second line segment length (rNP) between the noise source and the control microphone, a third line segment length (rSP) between the control speaker and the control microphone, and the noise. The length of the 4th line segment (rNJ) between the source and the evaluation points, the length of the 5th line segment (rSJ) between the control speaker and the evaluation points, the 2nd line segment and the 4th line segment. The first angle (θ1) formed by the line segment and the second angle (θ2) formed by the third line segment and the fifth line segment are calculated.
The arithmetic unit is further obtained from the sound pressure reduction condition in which the amplitude ratio of the sound from the noise source and the control speaker at the simulation position of the control microphone is 1 and the phase difference is π, according to the following equation (6). And (8), the coefficient α representing the strength of the sound source of the control speaker with respect to the noise source and the phase difference φ of the control speaker with respect to the noise source are calculated.

Figure 0006917914
From the coefficient α and the phase difference φ, the amplitude ratio Aj and the phase difference Δφj at the position coordinates of the evaluation points of the noise propagated from the noise source and the control sound propagated from the control speaker are calculated by the following equation (5). ) And (7)

Figure 0006917914
The sound pressure E indicating the effect at the position coordinates of the above evaluation points in which the sound pressure is controlled is calculated by the following equation (15).

Figure 0006917914
It is characterized by acquiring simulation results.

本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置にあっては、開空間の一部の領域を対象としたANCであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することができる。 In the simulation method and simulation device for an active noise-controlled sound field according to the present invention, the ANC is intended for a part of an open space, and a control speaker is arranged at a position away from the noise source. In this case, the noise reduction effect can be verified by simulation, such as before installing the system at the site.

本発明に係るアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置の好適な一実施形態を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining one preferable embodiment of the simulation method and the simulation apparatus of the active noise controlled sound field which concerns on this invention. 図1に示した実施形態に基づくシミュレーションの結果を実験値と比較するための実験状況を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the experimental situation for comparing the result of the simulation based on the embodiment shown in FIG. 1 with the experimental value. 図2に示した実験に用いた制御方法を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the control method used in the experiment shown in FIG. ケース1に係る実験値とシミュレーションの結果を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the experimental value which concerns on Case 1 and the result of a simulation. ケース2に係る実験値とシミュレーションの結果を比較する説明図である。It is explanatory drawing which compares the experimental value which concerns on Case 2 and the result of simulation. 騒音源から離れた位置に配置された制御用スピーカでアクティブノイズコントロールを行う様子を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining a mode that active noise control is performed by a control speaker arranged at a position away from a noise source.

以下に、本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the active noise controlled sound field simulation method and the simulation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明は、開空間の一部の領域を対象としたANCにおいて、騒音源の近傍ではなく、騒音源から距離を隔てて制御用スピーカを配置する場合に、騒音低減効果をシミュレーションによって検証できるようにし、当該対象領域において騒音の卓越する周波数及び伝搬方向を考慮に入れることができることにより、制御用スピーカを効率的に配置し、適切な指向性を選定することを可能として、少ない機材で、効果的に騒音を低減できるようにする。 The present invention allows the noise reduction effect to be verified by simulation when the control speaker is arranged at a distance from the noise source instead of near the noise source in the ANC targeting a part of the open space. By taking into account the predominant frequency and propagation direction of noise in the target area, it is possible to efficiently arrange control speakers and select an appropriate directivity, which is effective with a small amount of equipment. To reduce noise.

詳細には、工場など実際の空間にANCを適用する場合、騒音源の位置や伝搬方向、低減したい騒音の周波数は限定することができる。従って、騒音を低減させるための最適な制御用スピーカの配置及び最適な当該スピーカ放射角度とすることで、これら制御用スピーカ及び制御用マイクの数を数個または単一としても、対象領域の騒音を効果的に低減できる。 Specifically, when applying ANC to an actual space such as a factory, the position and propagation direction of the noise source and the frequency of the noise to be reduced can be limited. Therefore, by arranging the optimum control speakers for reducing noise and setting the optimum speaker radiation angle, even if the number of these control speakers and control microphones is several or single, the noise in the target area Can be effectively reduced.

本発明は、制御用スピーカの配置やその指向性を考慮した騒音低減効果について、波面合成(波の重ね合わせ)の考え方に基づいた予測方法である。また、騒音による音場を、領域内に均等に配置した複数の評価点で代表させるようにして、制御用スピーカからの制御音による音場との合成によって騒音低減効果の得られる範囲を予測できるようにする。 The present invention is a method for predicting the noise reduction effect in consideration of the arrangement of control speakers and their directivity based on the concept of wave field synthesis (superposition of waves). In addition, the sound field due to noise can be represented by a plurality of evaluation points evenly arranged in the region, and the range in which the noise reduction effect can be obtained can be predicted by combining with the sound field due to the control sound from the control speaker. To do so.

以下の実施形態は、騒音が対象領域に一方向から伝搬する場合について、シミュレーションにより、制御用スピーカの配置とその指向性を評価できるようにするものである。 The following embodiment makes it possible to evaluate the arrangement of the control speakers and their directivity by simulation in the case where the noise propagates to the target region from one direction.

図1には、本実施形態に係るアクティブノイズコントロール(ANC)される音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置の概念を説明する説明図が示されている。シミュレーションは、設定された各種データを用いて、図示しない演算器内部で実行され、当該演算器においてシミュレーション結果が取得される。 FIG. 1 shows an explanatory diagram for explaining the concept of a sound field simulation method and a simulation device for active noise control (ANC) according to the present embodiment. The simulation is executed inside an arithmetic unit (not shown) using various set data, and the simulation result is acquired in the arithmetic unit.

シミュレーションを実行する演算器には、騒音源Nについて、二次元平面直交座標系(X−Y直交座標系)における仮想の騒音源(以下、単に「騒音源」と称する)の位置座標N(xN,yN)と、騒音低減効果をシミュレーションするために当該騒音源Nから発せられる騒音のデータが入力される。 In the arithmetic unit that executes the simulation, the noise source N is the position coordinate N (xN) of the virtual noise source (hereinafter, simply referred to as “noise source”) in the two-dimensional plane Cartesian coordinate system (XY Cartesian coordinate system). , YN) and the data of the noise emitted from the noise source N in order to simulate the noise reduction effect are input.

騒音源Nから伝搬される騒音のデータは、実験的実施に際しては、適宜に選択した音のデータを用いればよく、他方、実際の空間にANCを適用する場合のシミュレーションに際しては、当該空間で観測され予め取得された音のデータを用いればよい。騒音源Nから伝搬される騒音のデータは、対象領域内であればどの位置で計測されたものであってもよく、また、シミュレーションを行う前に事前に、予め取得しておいて、机上等の演算器に入力してシミュレーションを実施することが好ましい。騒音の音のデータとしては、例えば、騒音源Nの(音の)強さ(体積速度)Q0、波数κ、角周波数ω、周期T等がある。 For the noise data propagated from the noise source N, sound data appropriately selected may be used in the experimental implementation, while observation in the space is observed in the simulation when ANC is applied to the actual space. The sound data obtained in advance may be used. The noise data propagated from the noise source N may be measured at any position within the target area, and may be acquired in advance before performing the simulation, such as on a desk or the like. It is preferable to input to the arithmetic unit of the above and perform the simulation. The noise data includes, for example, the (sound) intensity (volume velocity) Q0 of the noise source N, the wave number κ, the angular frequency ω, the period T, and the like.

演算器には、制御用スピーカSについて、二次元平面直交座標系における仮想の制御用スピーカ(以下、単に「制御用スピーカ」と称する)の位置座標S(xS,yS)と、騒音を低減するための制御音のデータが入力される。 The arithmetic unit includes the position coordinates S (xS, yS) of the virtual control speaker (hereinafter, simply referred to as "control speaker") in the two-dimensional plane orthogonal coordinate system for the control speaker S, and noise reduction. Control sound data for is input.

本発明では特に、制御用スピーカSは、騒音源Nの近傍ではなく、騒音源Nから距離を隔てた位置であって、かつ選択可能に設定される位置をシミュレーション位置として、位置付けられる。 In particular, in the present invention, the control speaker S is positioned not in the vicinity of the noise source N but at a position separated from the noise source N and as a selectably set position as a simulation position.

制御音のデータは、騒音低減効果を得るために、種々の音のデータを用いることができる。制御音の音のデータとしては、例えば、騒音源Nに対する制御用スピーカSの音源の強さを表す係数α、騒音源N(からの騒音)に対する制御用スピーカS(からの制御音)の位相差φ等がある。 As the control sound data, various sound data can be used in order to obtain the noise reduction effect. The sound data of the control sound includes, for example, a coefficient α representing the strength of the sound source of the control speaker S with respect to the noise source N, and the position of the control speaker S (control sound from) with respect to the noise source N (noise from). There is a phase difference φ etc.

演算器には、実際のANCにおいて用いられ、騒音源N及び制御用スピーカS双方から伝搬される音(騒音及び制御音)を受音する制御用マイクPについて、二次元平面直交座標系における仮想の制御用マイク(以下、単に「制御用マイク」と称する)の位置座標P(xP,yP)が入力される。 The arithmetic unit is a virtual control microphone P that is used in an actual ANC and receives sound (noise and control sound) propagated from both the noise source N and the control speaker S in a two-dimensional plane orthogonal coordinate system. The position coordinates P (xP, yP) of the control microphone (hereinafter, simply referred to as “control microphone”) of the above are input.

制御用マイクPは、騒音源Nから発せられる騒音の指向角及び制御用スピーカSの指向角双方に納まる領域内であることを条件として、選択可能に設定される位置をシミュレーション位置として、位置付けられる。 The control microphone P is positioned as a simulation position at a position that can be selectably set on condition that the control microphone P is within a region within both the directivity angle of the noise emitted from the noise source N and the directivity angle of the control speaker S. ..

さらに、演算器には、騒音低減効果を評価するために、到達した音圧を示す評価点Jの位置が二次元平面直交座標系における位置座標J(xJ,yJ)として入力され、設定される。評価点Jの位置座標J(xJ,yJ)とは、騒音の制御位置、例えば上述したように、騒音の低減が求められる作業員のいる位置の情報に相当し、二次元平面直交座標系で選択可能に設定される。 Further, in order to evaluate the noise reduction effect, the position of the evaluation point J indicating the reached sound pressure is input and set in the arithmetic unit as the position coordinates J (xJ, yJ) in the two-dimensional plane orthogonal coordinate system. .. The position coordinates J (xJ, yJ) of the evaluation point J correspond to information on the noise control position, for example, the position where the worker is required to reduce the noise as described above, and are in the two-dimensional plane orthogonal coordinate system. Set to be selectable.

本実施形態では、要するに、騒音源N、制御用スピーカS、制御用マイクP、並びに評価点Jが同一の二次元平面の直交座標系上に配置され、演算器によって、当該平面を伝搬する音のシミュレーション結果が取得される。 In the present embodiment, in short, the noise source N, the control speaker S, the control microphone P, and the evaluation point J are arranged on the same two-dimensional plane Cartesian coordinate system, and the sound propagating in the plane by the arithmetic unit. Simulation result is acquired.

また、本実施形態では、評価点Jは、シミュレーションの対象とする領域(以下、単に「対象領域」と称する)を格子(グリッド)で分けた複数個の正方形のエリアの中心位置に設定され、これにより、演算器によるシミュレーション結果は、複数個の評価点Jについて算出されて、対象領域における音圧の分布の形態で取得され、そしてまたモニターやプリンタ等の出力装置に出力されるように構成される。 Further, in the present embodiment, the evaluation point J is set at the center position of a plurality of square areas in which the area to be simulated (hereinafter, simply referred to as “target area”) is divided by a grid. As a result, the simulation result by the arithmetic unit is calculated for a plurality of evaluation points J, acquired in the form of sound pressure distribution in the target region, and output to an output device such as a monitor or a printer. Will be done.

演算器は、騒音源Nから伝搬する音と制御用スピーカSから伝搬する音を、対象領域内に等間隔に設けた上記評価点Jにおいて重ね合わせることによって、ANCの効果を予測するシミュレーションを実行する。 The arithmetic unit executes a simulation for predicting the effect of ANC by superimposing the sound propagating from the noise source N and the sound propagating from the control speaker S at the evaluation points J provided at equal intervals in the target region. do.

演算器は、入力された騒音源N、制御用スピーカS、制御用マイクP、並びに評価点Jの位置座標N(xN,yN)、S(xS,yS)、P(xP,yP)、J(xJ,yJ)から、図1に示されている各種の数値、具体的には、騒音源N及び制御用スピーカS間の第1線分の長さ(rNS)、騒音源N及び制御用マイクP間の第2線分の長さ(rNP)、制御用スピーカS及び制御用マイクP間の第3線分の長さ(rSP)、騒音源N及び評価点J間の第4線分の長さ(rNJ)、制御用スピーカS及び評価点J間の第5線分の長さ(rSJ)、制御用マイクP及び評価点J間の第6線分の長さ(rPJ)、第2線分と第4線分がなす第1角度(θ1)、第3線分と第5線分がなす第2角度(θ2)、第2線分と第6線分がなす第3角度(θα)、並びに第3線分と第6線分がなす第4角度(θβ)を算出するように構成される。 The arithmetic unit includes the input noise source N, the control speaker S, the control microphone P, and the position coordinates N (xN, yN), S (xS, yS), P (xP, yP), J of the evaluation point J. From (xJ, yJ), various numerical values shown in FIG. 1, specifically, the length of the first line segment (rNS) between the noise source N and the control speaker S, the noise source N, and the control speaker S. The length of the second line segment between the microphones P (rNP), the length of the third line segment between the control speaker S and the control microphone P (rSP), the fourth line segment between the noise source N and the evaluation point J. (RNJ), the length of the fifth line segment between the control speaker S and the evaluation point J (rSJ), the length of the sixth line segment between the control microphone P and the evaluation point J (rPJ), the first The first angle (θ1) formed by the 2nd line segment and the 4th line segment, the 2nd angle (θ2) formed by the 3rd line segment and the 5th line segment, and the 3rd angle formed by the 2nd line segment and the 6th line segment (θ2). It is configured to calculate θα) and the fourth angle (θβ) formed by the third line segment and the sixth line segment.

演算器でシミュレーションされ予測される効果は、次のようなロジックに従って得られるものである。 The effect simulated and predicted by the arithmetic unit is obtained according to the following logic.

(A)制御用マイクの位置座標P(xP,yP)において、騒音源N及び制御用スピーカSから伝搬し、当該制御用マイクPに到来する音の速度ポテンシャルδN,δSが式(1)及び式(2)になると仮定する。 (A) At the position coordinates P (xP, yP) of the control microphone, the velocity potentials δN, δS of the sound propagating from the noise source N and the control speaker S and arriving at the control microphone P are given by the equations (1) and δS. It is assumed that the equation (2) is obtained.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

なお、演算器に対しては、騒音源Nからの騒音は正弦波とすること、上記第1角度θ1及び第2角度θ2が騒音源Nの指向角及び制御用スピーカSの指向角よりも大きい場合には、評価点Jにおける騒音源N及び制御用スピーカPからの音の振幅は減衰させること、並びに、当該振幅の減衰特性は、騒音源N及び制御用スピーカSの指向特性に応じた値(実測値や仕様データ)にすること、の設定がなされる。 For the arithmetic unit, the noise from the noise source N shall be a sinusoidal wave, and the first angle θ1 and the second angle θ2 are larger than the directional angle of the noise source N and the directional angle of the control speaker S. In the case, the amplitude of the sound from the noise source N and the control speaker P at the evaluation point J is attenuated, and the attenuation characteristic of the amplitude is a value corresponding to the directional characteristics of the noise source N and the control speaker S. (Actual measurement value and specification data) is set.

(B)速度ポテンシャルと音圧の関係から、上記式(1)及び(2)を時間tで微分し空気密度ρ0を乗ずると、下記式(3)及び(4)で示す、騒音源N及び制御用スピーカSの音圧PN,PSとなる。 (B) From the relationship between the velocity potential and the sound pressure, when the above equations (1) and (2) are differentiated with respect to time t and multiplied by the air density ρ0, the noise source N and the noise source N represented by the following equations (3) and (4) are obtained. The sound pressures of the control speaker S are PN and PS.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

(C)制御用マイクの位置座標P(xP,yP)において、騒音源Nからの騒音と制御用スピーカSからの制御音の振幅比が1、位相差がπの時、騒音が打ち消されて制御用マイクの位置座標P(xP,yP)での音圧が低減する。このときの制御用マイクの位置座標P(xP,yP)における騒音源Nからの伝搬音(騒音)及び制御用スピーカSからの伝搬音(制御音)それぞれの音圧の条件を求めると、振幅比については、式(1)及び(2)の振幅に関わる部分の比から、

Figure 0006917914
となり、制御用マイクの位置座標P(xP,yP)における振幅比Ar=1なので、

Figure 0006917914
より、騒音源Nの音源強さに対する制御用スピーカSの音源の強さを表す係数αが設定される。 (C) At the position coordinates P (xP, yP) of the control microphone, when the amplitude ratio of the noise from the noise source N and the control sound from the control speaker S is 1, and the phase difference is π, the noise is canceled. The sound pressure at the position coordinates P (xP, yP) of the control microphone is reduced. When the sound pressure conditions of the sound propagating sound (noise) from the noise source N and the sound propagating sound (control sound) from the control speaker S at the position coordinates P (xP, yP) of the control microphone at this time are obtained, the amplitude is obtained. Regarding the ratio, from the ratio of the parts related to the amplitude of equations (1) and (2),

Figure 0006917914
Since the amplitude ratio Ar = 1 at the position coordinates P (xP, yP) of the control microphone,

Figure 0006917914
Therefore, a coefficient α representing the sound source strength of the control speaker S with respect to the sound source strength of the noise source N is set.

(D)続いて、位相差φは、式(3)及び(4)の位相から、

Figure 0006917914
となり、制御用マイクの位置座標P(xP,yP)における位相差Δφ=πなので、

Figure 0006917914
が求められる。 (D) Subsequently, the phase difference φ is determined from the phases of the equations (3) and (4).

Figure 0006917914
Since the phase difference Δφ = π at the position coordinates P (xP, yP) of the control microphone,

Figure 0006917914
Is required.

(E)対象領域におけるANCの効果は、騒音源Nと各評価点Jとの距離(第4線分の長さ;rNJ)及び制御用スピーカSと各評価点Jとの距離(第5線分の長さ;rSJ)で求められるから、式(6)及び(8)それぞれの騒音源Nと制御用マイクPとの距離(第2線分の長さ;rNP)及び制御用スピーカSと制御用マイクPの距離(第3線分の長さ;rSP)それぞれに、これら第4線分rNJ及び第5線分の長さrSJを数値として代入することで、各評価点Jにおける振幅比AJと位相差ΔφJが、下記式(5)及び(7)により求められる。 (E) The effect of ANC in the target area is the distance between the noise source N and each evaluation point J (the length of the fourth line segment; rNJ) and the distance between the control speaker S and each evaluation point J (the fifth line). Since it is obtained by the length of a minute; rSJ), the distance between the noise source N and the control microphone P (the length of the second line segment; rNP) and the control speaker S in each of the equations (6) and (8). By substituting the length rNJ of the fourth line segment and the length rSJ of the fifth line segment into the distances of the control microphones P (the length of the third line segment; rSP) as numerical values, the amplitude ratio at each evaluation point J AJ and the phase difference ΔφJ are obtained by the following equations (5) and (7).

Figure 0006917914
Figure 0006917914

Figure 0006917914
Figure 0006917914

(F)騒音源N及び制御用スピーカSそれぞれと各評価点Jとの距離(rNJ、rSJ)は、手順の説明からは外れるが、以下のようにして求めることができる。上述した騒音源N及び制御用マイクP間の第2線分の長さrNP、制御用スピーカS及び制御用マイクP間の第3線分の長さrSPに加えて、制御用マイクP及び評価点J間の第6線分の長さrPJと、第2線分と第6線分がなす第3角度(θα)、並びに第3線分と第6線分がなす第4角度(θβ)を用いて、余弦定理から、

Figure 0006917914
と求められる。 (F) The distances (rNJ, rSJ) between each of the noise source N and the control speaker S and each evaluation point J can be obtained as follows, although they are out of the description of the procedure. In addition to the length rNP of the second line segment between the noise source N and the control microphone P and the length rSP of the third line segment between the control speaker S and the control microphone P described above, the control microphone P and the evaluation The length rPJ of the 6th line segment between the points J, the 3rd angle (θα) formed by the 2nd line segment and the 6th line segment, and the 4th angle (θβ) formed by the 3rd line segment and the 6th line segment. From the cosine theorem,
Figure 0006917914
Is required.

(G)次に、各評価点JにおけるANCの効果を、下記式(11)と考えると、

Figure 0006917914
当該式(11)中の「D」及び「C」は、評価点の位置座標J(xJ,yJ)における振幅比Aj及び位相差Δφjを用いて、下記式(12)及び式(13)と表すことができる。 (G) Next, considering the effect of ANC at each evaluation point J as the following equation (11),
Figure 0006917914
“D” and “C” in the equation (11) are the following equations (12) and (13) using the amplitude ratio Aj and the phase difference Δφj at the position coordinates J (xJ, yJ) of the evaluation points. Can be represented.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

なお、「D」を単位振幅とし、「C」の振幅を、評価点Jにおける振幅比Ajで表現することで、騒音源Nからの騒音(伝搬音)と制御用スピーカSからの制御音(伝搬音)の振幅比を表現する。これにより、下記式(14)が得られる。 By expressing the amplitude of "C" as the unit amplitude of "D" and the amplitude ratio Aj at the evaluation point J, the noise (propagated sound) from the noise source N and the control sound (propagated sound) from the control speaker S ( Expresses the amplitude ratio of (propagated sound). As a result, the following equation (14) is obtained.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

ここで、式(14)の第2項の後半は、単位振幅をもつ正弦波の実効値なので、下記式(15)となる。 Here, since the latter half of the second term of the equation (14) is an effective value of a sine wave having a unit amplitude, the following equation (15) is obtained.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

上記式(15)によりANCにより音圧が制御された評価点の位置座標J(xJ,yJ)での効果を評価するようにすることで、騒音源N、制御用スピーカS及び制御用マイクPそれぞれの位置座標N(xN,yN)、S(xS,yS)、P(xP,yP)と対象領域の位置関係より、評価点JにおけるANCの効果を予測することが可能なシミュレーション結果を取得することができる。 By evaluating the effect at the position coordinates J (xJ, yJ) of the evaluation point whose sound pressure is controlled by ANC according to the above equation (15), the noise source N, the control speaker S, and the control microphone P are evaluated. Obtain a simulation result that can predict the effect of ANC at the evaluation point J from the positional relationship between the respective position coordinates N (xN, yN), S (xS, yS), P (xP, yP) and the target area. can do.

式(15)で得られる効果Eは音圧であって、単位はPa(パスカル)である。下記式(16)を適用することで、dB単位に換算することができる。 The effect E obtained by the formula (15) is sound pressure, and the unit is Pa (Pascal). By applying the following formula (16), it can be converted into dB units.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

式(9)〜式(15)は、上述したように、二次元空間を仮定してのものである。例えば、天井の高い工場等の場合であれば、騒音源N、制御用スピーカS、制御用マイクP及び評価点Jを同一高さとして設定することで、二次元空間と仮定してシミュレーションを行うことができる。他方、例えば騒音源Nが2階にあり、評価点Jが1階であるような場合には、これら2つのポイントを含む斜め向きの縦向き平面の二次元空間を設定することで、同様にシミュレーションを行うことができる。 Equations (9) to (15) assume a two-dimensional space as described above. For example, in the case of a factory with a high ceiling, the noise source N, the control speaker S, the control microphone P, and the evaluation point J are set to have the same height, so that the simulation is performed assuming a two-dimensional space. be able to. On the other hand, for example, when the noise source N is on the second floor and the evaluation point J is on the first floor, a two-dimensional space of an oblique vertical plane including these two points can be set in the same manner. Simulation can be performed.

本実施形態に係るANCされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置にあっては、開空間の一部の領域を対象としたANCであって、騒音源Nから離れた位置に制御用スピーカSを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することができる。 In the simulation method and simulation device of the sound field to be ANC according to the present embodiment, the ANC is intended for a part of the open space, and the control speaker S is installed at a position away from the noise source N. In the case of placement, the noise reduction effect can be verified by simulation, such as before installing the system at the site or the like.

特に、騒音源Nの音のデータさえあれば、実際の空間で制御用スピーカS及び制御用マイクPを設置することが可能な位置を入力するだけで、演算器による演算処理によってシミュレーションを行うことができる。従って、騒音を計測する実際の空間に演算器を持ち込んでシミュレーションを行うことができるだけでなく、実地でなくとも、机上等にてシミュレーションを行うことができる。 In particular, if there is sound data of the noise source N, the simulation can be performed by the arithmetic processing by the arithmetic unit only by inputting the position where the control speaker S and the control microphone P can be installed in the actual space. Can be done. Therefore, not only can the arithmetic unit be brought into the actual space where noise is measured and the simulation can be performed, but also the simulation can be performed on a desk or the like even if it is not in the field.

詳細には、演算器において、制御用スピーカSや制御用マイクPの位置座標を適宜に自在に動かしたり、制御用スピーカSの制御音や指向角などを任意に変更して、評価点JにおけるANCの効果のシミュレーション結果を取得することができ、また、動かしたり変更した結果を簡易かつ迅速に取得して評価することができる。 Specifically, in the arithmetic unit, the position coordinates of the control speaker S and the control microphone P can be freely moved, and the control sound and the direction angle of the control speaker S can be arbitrarily changed to obtain the evaluation point J. The simulation result of the effect of ANC can be acquired, and the result of movement or change can be easily and quickly acquired and evaluated.

そして、シミュレーション結果が取得されることによって、実際の現場へのANCのシステムの設置にあたり、一台もしくは複数台の制御用スピーカの特性の選択や、これら制御用スピーカ及び制御用マイクの配設位置の選択を何度も何度も繰り返すような作業を不要とすることができ、設置場所の実状に適ったANCのシステムを効率良く設計・設置することができる。 Then, by acquiring the simulation results, when installing the ANC system at the actual site, the characteristics of one or more control speakers can be selected, and the positions of these control speakers and control microphones can be arranged. It is possible to eliminate the need for the work of repeating the selection process over and over again, and it is possible to efficiently design and install the ANC system suitable for the actual condition of the installation location.

≪実験値との比較≫
・実験条件
以下に、実際に観測された実験値と、シミュレーション結果の値の比較について説明する。実験状況が図2に示されている。実際の現場としては開放された空間を想定しているため、実験室は無響室であり、反射音の少ない空間とした。実験値を得るにあたり、制御用マイクに相当するマイクを、全ての評価点に設置した。実験は、騒音源用スピーカからの騒音と制御用スピーカからの制御音が同方向に伝搬するケース1(Case 1)と、騒音の伝搬方向に対し、制御用スピーカからの放射音(制御音)が角度を持って伝搬するケース2(Case 2)の2ケースとした。実験条件が表−1に示されている。
≪Comparison with experimental values≫
-Experimental conditions The comparison between the actually observed experimental values and the values of the simulation results will be described below. The experimental situation is shown in FIG. Since the actual site is supposed to be an open space, the laboratory is an anechoic chamber and is a space with little reflected sound. In order to obtain the experimental values, microphones corresponding to control microphones were installed at all evaluation points. In the experiment, the noise from the noise source speaker and the control sound from the control speaker propagate in the same direction (Case 1), and the radiated sound from the control speaker (control sound) with respect to the noise propagation direction. There are two cases of Case 2 in which the sound propagates at an angle. The experimental conditions are shown in Table-1.

Figure 0006917914
騒音源(騒音源用スピーカ)に対する制御用スピーカの角度(以下、「放射角度」と称する)は、0°及び30°とした。騒音源(騒音)に用いた正弦波は、63Hz,125Hz,250Hz,500Hzの正弦波とした。また、制御用スピーカの指向角は周波数によって変化するため、事前の実測により指向角を決定した。実験に使用した制御用スピーカの周波数と指向角が表−2に示されている。
Figure 0006917914
The angles of the control speaker (hereinafter referred to as “radiation angle”) with respect to the noise source (noise source speaker) were set to 0 ° and 30 °. The sine waves used as the noise source (noise) were 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, and 500 Hz sine waves. Moreover, since the directional angle of the control speaker changes depending on the frequency, the directional angle was determined by actual measurement in advance. The frequencies and directional angles of the control speakers used in the experiment are shown in Table-2.

Figure 0006917914
Figure 0006917914

ケース1で使用した制御用スピーカは、再生可能周波数が400Hz以上であり、騒音源(騒音)の周波数が500Hzの場合のみ実験に使用した。音圧の低減効果の確認は図2に示すように、0.5mピッチで配置した評価点で行い、音圧を低減したい対象領域の大きさは、2m×2mの範囲とした。低減効果は、ANCをONした時と、OFFした時の、各測定点における音圧レベル差とした。図中、r1は、rNJであり、r2は、rSJである。 The control speaker used in Case 1 was used in the experiment only when the reproducible frequency was 400 Hz or higher and the frequency of the noise source (noise) was 500 Hz. As shown in FIG. 2, the effect of reducing the sound pressure was confirmed at the evaluation points arranged at a pitch of 0.5 m, and the size of the target area for which the sound pressure was to be reduced was set in the range of 2 m × 2 m. The reduction effect was the difference in sound pressure level at each measurement point when the ANC was turned on and when it was turned off. In the figure, r1 is rNJ and r2 is rSJ.

・制御方法
ANCの制御方法は、図3のブロック図に示されている。公知のFiltered-X-LMSアルゴリズムを使用した。この制御方法は、図2及び図3に示す観測用マイクで観測した音圧を制御の対象とし、制御用マイクで観測される音圧を最小とするように、適応フィルタにより出力信号を制御し出力する方法である。適応フィルタは、観測用マイクで観測した対象騒音と、制御用マイクで観測した音をもとに逐次計算により適応フィルタが同定される。
-Control method The control method of ANC is shown in the block diagram of FIG. A known Filtered-X-LMS algorithm was used. In this control method, the sound pressure observed by the observation microphones shown in FIGS. 2 and 3 is controlled, and the output signal is controlled by an adaptive filter so as to minimize the sound pressure observed by the control microphone. This is the output method. The adaptive filter is identified by sequential calculation based on the target noise observed by the observation microphone and the sound observed by the control microphone.

Filtered-X-LMSアルゴリズム制御は、制御用スピーカ、観測用マイク及び制御用マイクの配置によって、ANCの効果は変わるものの、自由度が高い。ANCの効果の検討では制御用スピーカの位置を変更するため、Filtered-X-LMSアルゴリズム制御方法によるANCを適用し、実験を行った。 Filtered-X-LMS algorithm control has a high degree of freedom, although the effect of ANC changes depending on the arrangement of the control speaker, observation microphone, and control microphone. In the examination of the effect of ANC, in order to change the position of the control speaker, ANC by the Filtered-X-LMS algorithm control method was applied and an experiment was conducted.

騒音源に対する制御用スピーカの放射角度が0°、騒音源(騒音)の周波数が500Hz、騒音源用スピーカの指向角が60°、制御用スピーカの指向角が30°及び2°の場合の、実験とシミュレーションの結果による効果が図4に示されている(ケース1)。制御用マイク近傍における実験値(効果が最大)の値を、シミュレーションにおける制御用マイクの位置の効果とした。 When the radiation angle of the control speaker with respect to the noise source is 0 °, the frequency of the noise source (noise) is 500 Hz, the directional angle of the noise source speaker is 60 °, and the directional angle of the control speaker is 30 ° and 2 °. The effects of the experimental and simulated results are shown in FIG. 4 (Case 1). The experimental value (maximum effect) in the vicinity of the control microphone was used as the effect of the position of the control microphone in the simulation.

図4(a)より、制御用スピーカの指向角が小さいため、5dB以上の効果(ヒトが体感可能な差)が得られる範囲も狭く、帯状となった。また、5dB以上の効果が現れる範囲は実験値が若干小さくなっているが、シミュレーションの結果(予測値:以下、同じ)とほぼ同等の範囲で効果が得られた。図4(b)より、制御用スピーカの指向角が大きくなると、5dB以上の効果が得られる範囲も広くなった。また、5dB以上の効果が得られる範囲は、実験値の方が大きくなったが、この理由として、制御用スピーカの減衰特性の影響が考えられる。シミュレーションでは点音源として音源の減衰特性を与えていたが、騒音源用スピーカ及び制御用スピーカの特性や評価点との距離によっては、面音源の減衰特性であった可能性がある。ケース1において、騒音源用スピーカと対象領域の距離は4波長以上離れていたが、制御用スピーカと対象領域の距離は1波長程度と近かった。制御用スピーカの放射面積を考慮すると、対象領域と各スピーカとの距離に応じた減衰特性が実験とシミュレーションで異なり、振幅に差が生じたため、実験値とシミュレーションの結果に若干の違いが生じたと考えられる。 From FIG. 4A, since the directivity angle of the control speaker is small, the range in which an effect of 5 dB or more (difference that can be perceived by humans) can be obtained is narrow and has a band shape. In addition, although the experimental value was slightly smaller in the range where the effect of 5 dB or more appeared, the effect was obtained in a range almost equal to the simulation result (predicted value: hereinafter, the same). From FIG. 4B, as the directional angle of the control speaker increases, the range in which the effect of 5 dB or more can be obtained becomes wider. Further, the range in which the effect of 5 dB or more can be obtained is larger in the experimental value, and the reason for this is considered to be the influence of the attenuation characteristic of the control speaker. In the simulation, the attenuation characteristic of the sound source was given as a point sound source, but it is possible that it was the attenuation characteristic of the surface sound source depending on the characteristics of the noise source speaker and the control speaker and the distance from the evaluation point. In Case 1, the distance between the noise source speaker and the target region was 4 wavelengths or more, but the distance between the control speaker and the target region was as close as 1 wavelength. Considering the radiation area of the control speaker, the attenuation characteristics according to the distance between the target area and each speaker differed between the experiment and the simulation, and there was a difference in amplitude, so there was a slight difference between the experimental value and the simulation result. Conceivable.

放射角度が30°の場合の実験値とシミュレーションの結果が図5に示されている(ケース2)。図4と同様、制御用マイク近傍における実験値(効果が最大)の値を、シミュレーションにおける制御用マイクの位置の効果とした。 The experimental values and simulation results when the radiation angle is 30 ° are shown in FIG. 5 (Case 2). Similar to FIG. 4, the experimental value (maximum effect) in the vicinity of the control microphone was used as the effect of the position of the control microphone in the simulation.

図5(a)より、制御用スピーカの指向角が50°とケース1よりも広いものの、放射角度があるため、5dB以上の効果が得られる範囲は、放射角度に沿って帯状に現れた。5dB以上の効果が得られる範囲は実験値の方が若干大きくなったが、シミュレーションの結果との差は小さく、ほぼ同等となった。図5(b)より、図(a)と同様、放射角度に沿って効果が現れた。また、5dB以上の効果が得られる範囲、増幅する範囲ともに実験値とシミュレーションの結果でほぼ一致しており、シミュレーション方法の妥当性が確認された。 From FIG. 5A, although the directivity angle of the control speaker is 50 °, which is wider than that of Case 1, the range in which the effect of 5 dB or more can be obtained appears in a band shape along the radiation angle because of the radiation angle. The range in which the effect of 5 dB or more can be obtained is slightly larger in the experimental value, but the difference from the simulation result is small and almost the same. From FIG. 5 (b), the effect appeared along the radiation angle as in FIG. 5 (a). In addition, the experimental values and the simulation results were almost the same in both the range in which the effect of 5 dB or more was obtained and the range in which the amplification was achieved, confirming the validity of the simulation method.

対象領域における騒音による音圧の分布状況を求める場合は、評価点に相当する位置に制御用マイクを設置してその実験値からシミュレーションの結果の値を引けばよい。あるいは、対象領域の中心付近に制御用マイクを設置して、代表となる実験値を求め、対象領域内の全ての評価点の騒音が、この実験値と同じであるとして、シミュレーションの結果の値を引くようにしてもよい。 To obtain the distribution of sound pressure due to noise in the target area, a control microphone may be installed at a position corresponding to the evaluation point, and the value of the simulation result may be subtracted from the experimental value. Alternatively, a control microphone is installed near the center of the target area, a representative experimental value is obtained, and the noise of all the evaluation points in the target area is the same as this experimental value, and the value of the simulation result. You may try to draw.

実験値とシミュレーションの結果の比較より、放射角度によらず、また音源の周波数及び制御用スピーカの指向角に関わらず、制御用スピーカの放射方向に沿ってANCの効果が現れ、5dB以上の効果が得られる範囲がほぼ同等となり、効果の分布状況を精度よく再現できた。シミュレーションの結果と実験値の差についてもすべての評価点(測定点)で5dB未満となった。制御用スピーカから離れた位置において、制御用スピーカの減衰特性の影響により実験値とシミュレーションの結果が若干異なる傾向があるが、数dB程度であり、実務上は十分に適用性があると考えられる。 From the comparison between the experimental values and the simulation results, the effect of ANC appears along the radiation direction of the control speaker regardless of the radiation angle, the frequency of the sound source, and the direction angle of the control speaker, and the effect is 5 dB or more. The range in which the results can be obtained is almost the same, and the distribution of the effects can be reproduced accurately. The difference between the simulation results and the experimental values was also less than 5 dB at all evaluation points (measurement points). At a position away from the control speaker, the experimental value and the simulation result tend to be slightly different due to the influence of the damping characteristics of the control speaker, but it is about several dB, which is considered to be sufficiently applicable in practice. ..

制御用スピーカの指向角の外側の領域では、効果を割り引いて判定すればよい。この割引は、経験的に判断して良く、今回例示した解析では、指向角内側の3割が有効値であるとした。騒音源の指向角が特定できる場合、当該指向角の外側に対する影響が同程度低下すると考えることができる。 In the region outside the directional angle of the control speaker, the effect may be discounted for determination. This discount may be judged empirically, and in the analysis illustrated this time, 30% of the inside of the directional angle is considered to be an effective value. If the directional angle of the noise source can be specified, it can be considered that the influence on the outside of the directional angle is reduced to the same extent.

J 評価点
N 騒音源
P 制御用マイク
S 制御用スピーカ
J Evaluation point N Noise source P Control microphone S Control speaker

Claims (5)

騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、
上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、
上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、
選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とを用いると共に、
上記騒音源及び上記制御用マイク間の第2線分の長さ(rNP)、
上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第3線分の長さ(rSP)、
上記騒音源及び上記評価点間の第4線分の長さ(rNJ)、
上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第5線分の長さ(rSJ)、
上記第2線分と上記第4線分がなす第1角度(θ1)、並びに
上記第3線分と上記第5線分がなす第2角度(θ2)を用いて、
まず、上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が1、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式(6)及び(8)により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、

Figure 0006917914
次に、上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Aj及び位相差Δφjを、下記式(5)及び(7)より算定し、

Figure 0006917914
次に、音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Eを、下記式(15)により算定して、

Figure 0006917914
シミュレーション結果を取得することを特徴とするアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法。
The position coordinates of a virtual noise source that emits noise for simulating the noise reduction effect, the following data of the noise, and
The position coordinates of a virtual control speaker that is positioned at a simulation position that is selectably set at a distance from the noise source and emits a control sound to reduce the noise, and
A virtual position that is positioned at a simulation position that is selectably set in a region that fits in both the directional angle of the noise source and the directional angle of the control speaker, and receives sound propagated from both the noise source and the control speaker. The position coordinates of the control microphone and
It is the control position of the noise that is set to be selectable, and the position coordinates of the evaluation point indicating the reached sound pressure are used, and the control position of the noise is used.
The length of the second line segment (rNP) between the noise source and the control microphone,
The length of the third line segment (rSP) between the control speaker and the control microphone,
The length of the fourth line segment (rNJ) between the noise source and the evaluation points,
The length of the fifth line segment (rSJ) between the control speaker and the evaluation points,
Using the first angle (θ1) formed by the second line segment and the fourth line segment, and the second angle (θ2) formed by the third line segment and the fifth line segment,
First, the following equations (6) and (8) obtained from the sound pressure reduction conditions in which the amplitude ratio of the sound from the noise source and the control speaker at the simulation position of the control microphone is 1 and the phase difference is π. The coefficient α representing the strength of the sound source of the control speaker with respect to the noise source and the phase difference φ of the control speaker with respect to the noise source are calculated.

Figure 0006917914
Next, from the coefficient α and the phase difference φ, the amplitude ratio Aj and the phase difference Δφj at the position coordinates of the evaluation points of the noise propagated from the noise source and the control sound propagated from the control speaker are described below. Calculated from equations (5) and (7)

Figure 0006917914
Next, the sound pressure E indicating the effect at the position coordinates of the evaluation points whose sound pressure is controlled is calculated by the following equation (15).

Figure 0006917914
A method of simulating an active noise-controlled sound field, characterized by acquiring simulation results.
前記評価点は、シミュレーションの対象とする対象領域を格子で分けた複数個のエリアの中心位置に設定され、前記シミュレーション結果は、該対象領域における音圧の分布で取得されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズコントロールによる音場のシミュレーション方法。 The evaluation point is set at the center position of a plurality of areas in which the target area to be simulated is divided by a grid, and the simulation result is acquired by the distribution of sound pressure in the target area. The method for simulating a sound field by the active noise control according to claim 1. 前記騒音源、前記制御用スピーカ、前記制御用マイク、前記評価点が同一の二次元平面の座標上に配置され、当該平面を伝搬する音のシミュレーション結果が取得されることを特徴とする請求項1または2に記載のアクティブノイズコントロールによる音場のシミュレーション方法。 The claim is characterized in that the noise source, the control speaker, the control microphone, and the evaluation points are arranged on the coordinates of the same two-dimensional plane, and the simulation result of the sound propagating in the plane is acquired. The method for simulating a sound field by the active noise control according to 1 or 2. 前記騒音源から伝搬される前記騒音の上記データは、前記シミュレーションを行う前に事前に、予め取得されていることを特徴とする請求項1〜3いずれかの項に記載のアクティブノイズコントロールによる音場のシミュレーション方法。 The sound by the active noise control according to any one of claims 1 to 3, wherein the data of the noise propagated from the noise source is acquired in advance before performing the simulation. Field simulation method. 騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、
上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、
上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、
選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とが入力される演算器を備え、
該演算器は、
上記騒音源及び上記制御用マイク間の第2線分の長さ(rNP)、
上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第3線分の長さ(rSP)、
上記騒音源及び上記評価点間の第4線分の長さ(rNJ)、
上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第5線分の長さ(rSJ)、
上記第2線分と上記第4線分がなす第1角度(θ1)、並びに
上記第3線分と上記第5線分がなす第2角度(θ2)を算出し、
上記演算器はさらに、
上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が1、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式(6)及び(8)により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、

Figure 0006917914
上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Aj及び位相差Δφjを、下記式(5)及び(7)より算定し、

Figure 0006917914
音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Eを、下記式(15)により算定して、

Figure 0006917914
シミュレーション結果を取得することを特徴とするアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション装置。
The position coordinates of a virtual noise source that emits noise for simulating the noise reduction effect, the following data of the noise, and
The position coordinates of a virtual control speaker that is positioned at a simulation position that is selectably set at a distance from the noise source and emits a control sound to reduce the noise, and
A virtual position that is positioned at a simulation position that is selectably set in a region that fits in both the directional angle of the noise source and the directional angle of the control speaker, and receives sound propagated from both the noise source and the control speaker. The position coordinates of the control microphone and
It is provided with an arithmetic unit for inputting the position coordinates of the evaluation point indicating the reached sound pressure, which is the control position of the noise set to be selectable.
The arithmetic unit is
The length of the second line segment (rNP) between the noise source and the control microphone,
The length of the third line segment (rSP) between the control speaker and the control microphone,
The length of the fourth line segment (rNJ) between the noise source and the evaluation points,
The length of the fifth line segment (rSJ) between the control speaker and the evaluation points,
The first angle (θ1) formed by the second line segment and the fourth line segment, and the second angle (θ2) formed by the third line segment and the fifth line segment are calculated.
The above arithmetic unit is further
According to the following equations (6) and (8) obtained from the sound pressure reduction conditions in which the amplitude ratio of the sound from the noise source and the control speaker at the simulation position of the control microphone is 1, and the phase difference is π. The coefficient α representing the strength of the sound source of the control speaker with respect to the noise source and the phase difference φ of the control speaker with respect to the noise source are calculated.

Figure 0006917914
From the coefficient α and the phase difference φ, the amplitude ratio Aj and the phase difference Δφj at the position coordinates of the evaluation points of the noise propagated from the noise source and the control sound propagated from the control speaker are calculated by the following equation (5). ) And (7)

Figure 0006917914
The sound pressure E indicating the effect at the position coordinates of the above evaluation points in which the sound pressure is controlled is calculated by the following equation (15).

Figure 0006917914
An active noise controlled sound field simulation device characterized by acquiring simulation results.
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