JP3636215B2 - アクティブ消音装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン等の騒音源から排気管を介して発生する騒音波に対し、逆位相音波を発生して消音するアクティブ消音装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、騒音波に対して積極的に逆位相音波を発生して、音波干渉点において騒音波と逆位相音波を衝突させて相殺させ、消音する技術は公知とされている。例えば、米国特許第4,527,282号公報や、実公平6−14009号公報や、特公昭60−20700号公報や、実公平4−47380号公報や、実開平6−60717号公報の如くである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、唯単にエンジンの排気管等の騒音流出管の中途部より分岐して、枝管を設け、該枝管の端部にアクティブ消音スピーカ機構を設けて、排気管内を通過する騒音波に対して逆位相音波を発して、枝管と排気管との合流部が構成する音波干渉点において、両音波を相殺させ消音していたのである。
【0004】
しかし、アクティブ消音装置においては、アクティブ消音スピーカ機構Aから発する逆位相音波のレベルの強さが、騒音流出管の長さや枝管の長さや、それぞれの管の径により決定される或る周波数において、特に音圧レベルが弱くなるという現象が発生するのである。この弱い音圧レベルの逆位相音波しか発生されない周波数の騒音波が、音源であるエンジンから発生される場合には、この騒音波の音圧レベルの方が勝るので、完全には逆位相音波により相殺し消音することが出来ず、結局アクティブ消音装置が上手く作動しないという状態が発生するのである。
【0005】
本発明においては、騒音波の周波数が、アクティブ消音装置の具備した音圧レベルの弱い周波数部分に合致しないように、騒音流出管の長さや、枝管の長さや、それぞれの管の径を決定したものである。エンジンから出る騒音波の周波数は気筒数と回転数等により或る程度決定されるので、このファクターから決定される周波数帯域に、前述のアクティブ消音装置の騒音流出管の長さや、枝管の長さや、管の径によって決定される音圧レベルの低い周波数位置が一致しないように構成したものである。
【0006】
また、該音圧レベルの低い周波数は、騒音流出管の長さに大きな決定要素が存在するので、最高の消音効率を奏する為には、常にエンジンから枝管との交流部である音波干渉点までの距離を全て同じ距離に設定する必要がある。しかし、該エンジンを搭載される船舶や、その他の作業機の種類によっては、このエンジンと音波干渉点Oまでの距離をL1を、常時一定の距離とすることが不可能なのである。本発明においては、エンジンから枝管までの騒音流出管の距離が一定でなくとも、常時、同じ周波数の所で音圧レベルが弱くなるように、L1の長さを一定としたものである。
【0007】
実際はエンジンの位置と、枝管を取り付ける位置は、他の装置との関係で場所が限定されるので、間に整音器を介装して、一旦エンジンからの騒音管の径を拡げて、この部分で反響を発生させて、騒音源をこの整音器Bに置き換えるのである。これにより、エンジンから枝管までの距離が変更となっても、アクティブ消音装置を構成する上の騒音源は整音器Bとなるので、一定距離L1の決定が容易となるのである。
【0008】
本発明は、騒音源と音波干渉点Oまでの距離である一定距離L1を一定にする為に、元の騒音源であるエンジンと、音波干渉点Oとの間に、置換した騒音源である整音器Bを配置したものである。これにより、アクティブ消音装置の音圧レベルの強弱を示す、スピーカー能力余裕度パターンを固定することが出来るので、エンジンの発する騒音波に対して、音圧レベルの弱い周波数が一致しないようなアクティブ消音装置を構成することが出来るのである。
【0009】
また従来は、エンジンと音波干渉点との間の任意の位置に、騒音波の情報を検出するセンサーマイクロフォンMを配置していたのである。そして、該センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間には、遮断するものが介装されていなかったので、両者の間でスピーカからの音がセンサーマイクロフォンMにフィードバックすることによる消音効果の減少状態が発生し、これが新たな高周波騒音となることがあったのである。
【0010】
本発明においては、センサーマイクロフォンMを、整音器Bの前方に設けて、センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間の関係を遮断して、両者の間で共鳴状態が発生しないように構成し、新たな騒音の発生を回避したものである。
【0011】
以上のように基本的に構成したアクティブ消音装置に対して、音波干渉点Oを中心として配置する枝管2・3・・を、コンパクトに収納可能な状態の曲り管としたり、または音波干渉点Oを中心として、枝管2・3・・を球方向の全ての方向に任意に突出配置し、音波干渉点Oから後部の騒音流出管1も、音波干渉点Oを中心とする球の方向の任意の位置に突出したものである。
【0012】
また、複数のアクティブ消音スピーカ機構Aが配置された場合に、該複数のアクティブ消音スピーカ機構Aの中の1つでも故障して、正常な逆位相音波を発生しない場合には、自動制御により他のアクティブ消音スピーカに負荷が掛かり、正常な消音効果が発揮できなくなるので、このアクティブ消音スピーカの故障発生を分析判断する機構を設けたものである。
【0013】
更に、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカとの間に、2個を1組とした冷却器を間を置いて配置することにより、温度差により発生する滞留を回避して、温度低減効果を向上したものである。また騒音流出管1の整音器Bから音波干渉点Oまでの間の内部に吸音材Wを貼設して、更に消音効果を向上した。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
請求項1においては、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから枝管2を設けて、該枝管2の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、
音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたものである。
【0015】
請求項2においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから円周方向に枝管2を設けて、枝管2はその一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたものである。
【0016】
請求項3においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから枝管2・3・・を設けて、該枝管2・3・・の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーを構成するマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置するものである。
【0017】
請求項4においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したものである。
【0018】
請求項5においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したものである。
【0019】
請求項6においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したものである。
【0020】
請求項7においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したものである。
【0021】
【作用】
請求項1によれば、音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたので、通常時はアクティブ消音スピーカ機構Aに対し、比較的軽い負荷において消音が可能であり、耐久性の向上が図れる。またアクティブ消音スピーカ機構Aの1組が損傷しても、他のアクティブ消音スピーカ機構Aにて消音が可能であり、信頼性の高いアクティブ消音装置とすることができる。
【0022】
請求項2によれば、枝管2は、その一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたので、騒音流出管1から直交方向に突出する枝管2・3・・を、騒音流出管1の方向に曲げてコンパクトに収納することが出来るので、アクティブ消音装置を配置するスペースが少ない場合にでも、取付けが可能となる。
【0023】
請求項3によれば、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置することにより、枝管2・3・・に加えて、音波干渉点Oから排出側の尾管も、その方向を任意に配置しても十分な消音効果を得ることが出来るので、騒音流出管1や枝管2・3・・や尾管の配置設計が容易にできる。
【0024】
請求項4によれば、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波が出力低下したことを検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、別にアクティブスピーカ損傷センサーSのようなものを設ける必要なく、コントローラCの部分を兼用して、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を検出することが出来る。
【0025】
請求項5によれば、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を確実に検出することができて、アクティブ消音装置の信頼性を向上することが出来る。
【0026】
請求項6によれば、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したので、従来の如く冷却器が1個の場合に発生していたアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の対流による温度上昇により、アクティブスピーカが損傷していたのを、冷却器9と10の間でのみ対流させることにより、完全にアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の温度を低くし、かつ音圧レベルはそのままとすることが出来る。
【0027】
請求項7によれば、アクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したので、該騒音流出管1の特に、整音器Bと音波干渉点Oの間の位置で、吸音材Wによっても消音効果を得ることが出来る。
【0028】
【実施例】
次に実施例を説明する。図1は本発明の構成を示す図面であり、センサーマイクロフォンMを整音器Bの前に配置し、整音器Bと音波干渉点Oまでの一定距離L1を長く構成したアクティブ消音装置の側面図である。
【0029】
図2は図1において一定距離L1を短く構成したアクティブ消音装置の側面図、図3は本発明のアクティブ消音装置を示す模式図、図4は本発明のアクティブ消音装置により決定する、スピーカー能力余裕度パターンを示す図面である。
【0030】
図5は枝管2・3を曲り管により構成したアクティブ消音装置を示す図面、図6は枝管2・3が直管である場合と曲り管である場合との音圧レベルの比較を示す図面、図7は枝管2・3・・を水平面で角度を変更する状態を示す図面、図8は該角度を90度とした場合と、45度とした場合と、135度とした場合の音圧レベルの比較を示す図面、図9は枝管2・3を水平に直交配置した場合の俯瞰図である。
【0031】
図10は水平と垂直に直交配置した場合の俯瞰図、図11は図9と図10の場合の音圧レベルの比較を示す図面、図12は騒音流出管1の開口端部からエラーマイクロホンEまでの位置L5を示す図面、図13はアクティブ消音スピーカ機構AとコントローラCの間に、電圧計又は電流計により構成したアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷センサーを配置した構成を示す回路図である。
【0032】
図14はエラーマイクロホンEからコントローラCへのフィードバック回路にバンドパスフィルターを配置してアクティブ消音スピーカ機構Aの故障を検出する機構を示す回路図である。
【0033】
図15はアクティブ消音スピーカ機構Aと音波干渉点Oとの間に、2個1組の冷却器9・10を介装した状態を示す図面、図16は該冷却器9・10を配置したことにより、音圧レベルとアクティブ消音スピーカ機構Aの前部の温度の変化を示す図面である。
【0034】
従来は、整音器Bをエンジンと音波干渉点Oとの間に介装して、実際の音源であるエンジンを移動して、整音器Bが仮音源であるように置換するという技術は考えられていなかったのである。故に、エンジンが船舶に搭載された場合や、ビルの発電用に配置された場合において、配管上の問題からのみ、アクティブ消音スピーカ機構Aが配置されており、音源であるエンジンと音波干渉点Oとの距離を考慮する配置は成されていなかったのである。
【0035】
このような場合に、エンジンと音波干渉点Oとの一定距離L1が長くなった場合には、騒音源からの騒音波と、アクティブ消音スピーカ機構Aから発生する逆位相音波とが相殺されて消音される度合いであるスピーカー能力余裕度は、0以下となる周波数が沢山あったのである。このようにスピーカー能力余裕度が0以下となるということは、騒音波の方が逆位相音波よりも音圧レベルが高い為に、騒音波が残ってしまうという状態である。逆にスピーカー能力余裕度が0以上ということは、逆位相音波の方が騒音波よりも音圧レベルが大きいので完全に相殺して消音することが出来るということである。
【0036】
以上のようなスピーカー能力余裕度からすると、一定距離L1が大きくなると、騒音波の周波数のあちこちでスピーカー能力余裕度が0以下の部分が発生し、この周波数の騒音波は消音出来ずに残ることになるのである。これは、一定距離L1が長くなると、長い騒音流出管1の中で共鳴して、色々の周波数の騒音波がでる為に、アクティブ消音スピーカ機構Aから発する逆位相音波が、この騒音波に対応できず、消音できない部分が発生するということが原因である。本発明は、エンジンと音波干渉点Oとの間に整音器Bを配置して,該整音器Bを高周波消音器により構成し、高周波部分を該整音器Bによりまず消音し、該整音器Bにより消音できない低周波は整流して、この整音器Bが音源であるごとくに構成することにより、図3に示す如く、一定距離L1を短くすることが出来るのである。
【0037】
該一定距離L1が短くなると、低周波の騒音波が整えられた状態となり、アクティブ消音装置のスピーカー能力余裕度パターンも整理された状態となり、図4に示す如く、スピーカー能力余裕度パターンが簡潔な形に変化されるのである。該図4において、スピーカー能力余裕度が0以下となる、即ち消音が不可能な周波数は、P1とP3とP4の周波数のみとなり、P2の部分が0に近いスピーカー能力余裕度となるのである。
【0038】
以上の如く、P1・P2・P3・P4の周波数におけるスピーカー能力余裕度が、消音困難になる可能性が高いということは理解できれば、この周波数の騒音波が出ないように音源を構成すれば良いのである。エンジンからでる騒音波の周波数は一般に、気筒数と回転数により決定され、最も音圧レベルの高い騒音周波数の部分が、前述のP1・P2・P3・P4の周波数と合致しないようにすれば良いのである。
【0039】
そして、エンジンのスロットルの変化により前記最大音圧レベルの波数がある幅内で変化するので、このエンジンの使用回転数範囲できまる周波数の最低と最大の範囲、即ち、fmin とfmax は、エンジンと機種と使用回転数により決定され、これらの値は自由に設定することが出来ないので、逆に、該fmin とfmax の間の幅が、前記P1・P2の間に入るように、アクティブ消音装置の一定距離L1を決定することが出来るのである。
【0040】
この原理から一定距離L1を決定するのが、次の数式3である。この式により一定長さL2を決定するのが、消音効果が最高となるのである。
【0041】
【数1】
【0042】
また、前記スピーカー能力余裕度パターンを変更するのは、一定距離L1の値だけではなくて、図3に示す、アクティブ消音装置のアクティブ消音スピーカ機構Aと音波干渉点Oとの間の距離である枝管2・3の一定長さL2も、これに影響するのである。
この一定長さL2の長さを決定するのが、次の数式4である。この式により一定長さL2を決定することにより、消音効果が最高となるのである。
【0043】
【数2】
【0044】
また、図1において、センサーマイクロフォンMを整音器Bの前部につけることにより、センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、整音器Bが配置されることにより、両者の間を遮断することが出来るのである。該整音器Bは高周波騒音消音器の役目をすると同時に、該膨張部分により、騒音波の連続的の伝播を断つ役目があるのである。
【0045】
このように、整音器Bを境にして、エンジン側の騒音波と、アクティブ消音スピーカ機構Aの側の騒音波の関係を整音器Bが断つことにより、センサーマイクロフォンMが情報として採取した情報で、アクティブ消音スピーカ機構Aから逆位相音波を発生する場合に、センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間の干渉により発生する新たの高周波騒音が回避することが出来るのである。従来は、整音器Bが設けられておらず、整音器の代わりにパッシブ消音器として高周波消音器が取付られている場合にも、整音器Bと音波干渉点Oとの間の位置にセンサーマイクロフォンMが配置されていたので、両者の間で共鳴状態が発生して、これが新たな騒音源となっていたのである。この不具合を解消することが出来たのである。
【0046】
また、図1に示す如く、騒音流出管1の上には整音器Bが配置されて、音波干渉点Oが構成され、該音波干渉点Oから後部にある程度の長さの騒音流出管1がさらに必要なのである。そして該騒音流出管1の音波干渉点Oから最後端にかけても整音器Bと音波干渉点Oの間で発生するのと同様な音響的現象が発生するため、距離L3は、次の数式5のように求めるのが最適なのである。
【0047】
【数3】
【0048】
図3において示す如く、騒音流出管1の内部で、整音器Bから音波干渉点Oまでの間の内壁に吸音材Wを貼設しており、これによっても、高周波騒音を吸音し消音することができる。
図5においては、上記のような基本的なアクティブ消音装置において、音波干渉点Oにおいて、騒音流出管1から分岐した2本の枝管2・3の先端を、騒音流出管1と平行した方向に曲り管とした構成が開示されている。従来は、枝管2・3は騒音流出管1に対して直交する方向に突設されており、これ以外は考えられないとされていた。本発明者は、該枝管2・3が直管である場合と曲り管である場合とで、音圧レベルにおいて差があるかどうかを比較した。その結果、図6に示す如く、音圧レベルにおいては差が発生しないことが判明したのである。故に、音波干渉点Oからは直交する方向には出るが、その後直ぐに騒音流出管1と平行する方向に曲り管として、枝管2・3の配置に場所を取らないように構成したものである。
【0049】
図7と図8においては、枝管2・3を平面内に配置した場合でも、音波干渉点Oが同じであれば、枝管2・3を水平面内で、どの方向に曲げたとしても、音圧レベルに変化が無いことが判明した。図8においては、図7のa1、a2、a3の角度90度が、a1とa3が45度に、a3が135度に変化した場合が図示されているが、音圧レベルのおいては大きな変更はないことが判る。
a1は枝管2と騒音流出管1の整音器B側の成す角度、a2は整音器B側の騒音流出管1と枝管3の成す角度、a3は枝管3と騒音流出管1の排出側の成す角度である。
【0050】
図9と図10と図11においては、枝管2と3が立体方向に垂直に配置された実施例を示している。図9・図10において、角度bとは、枝管2と枝管3が成す角度であり、該角度bが90度の場合と180度の場合の、音圧レベルと周波数の関係が図11に図示されている。角度bが90度の場合と180度の場合とで殆ど音圧レベルの変化は表れないということが判明したので、枝管2・3・・は、音波干渉点Oを中心とする球の方向へ、どの方向に突設しても良いということとなる。前述のa3の角度も任意で良いということから、音波干渉点Oからの騒音流出管1の出口側の尾管を含めて、音波干渉点Oを中心とする球の方向の何処へ向けて突設されても良いものである。
【0051】
図12は、エラーマイクロホンEの配置を決定する図面である。音波干渉点Oを通過後の騒音流出管1の出口側に、アクティブ消音スピーカ機構Aから発進する音波を補正すべく、消音後の騒音波を検出するエラーマイクロホンEを配置したアクティブ消音装置において、該エラーマイクロフォンEの騒音流出管1の出口からの取付距離L5を、次の数式6により得る。この式によって決定したL5が最高のエラーマイクロホンEの位置となるのである。
【0052】
【数4】
【0053】
図13においては、アクティブ消音スピーカ機構AとコントローラCとの間の位置に、電圧計や電流計により構成したアクティブスピーカ損傷センサーSを設け、該アクティブスピーカ損傷センサーSによりアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を検出し、アクティブ消音スピーカ機構Aの1個が損傷していると判断すると、すぐにアクティブ消音スピーカ機構Aの交換を促すことにより、他のアクティブ消音スピーカ機構Aの入力電力が増大し、無理が掛かるのを阻止するのである。
【0054】
図14においては、複数のアクティブ消音スピーカ機構Aが配置した場合に、該アクティブ消音スピーカ機構Aの一部が損傷すると、逆位相音波を自動制御で出すべく構成しているので、故障していないアクティブ消音スピーカ機構Aの方に大出力を出すことが要求される為に、無理が発生し、消音能力が低下するのである。また残ったアクティブ消音スピーカ機構Aから出る逆位相音波は、歪んだり、高周波音波が発生されるのである。本発明においては、該エラーマイクロホンEにより収録した騒音波をロウパスフィルタに駈けて、高周波の部分だけを取出、分析することにより、アクティブ消音スピーカ機構Aの一部が損傷しているということを検出するのである。このアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷の発見により、警告ブザーを鳴らしたり、警告ランプを付けて、オペレーターに新なアクティブ消音スピーカ機構Aの装着を促すのである。
【0055】
また、アクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aから発生する逆位相音波が騒音波の音圧レベルを下回った場合には、消音が不可能となる。アクティブ消音スピーカ機構Aを1台から2台に増加することにより、音圧レベルが6デシベル程度増加する。これは1個のアクティブスピーカにすると、入力電力が4倍になっていることを意味する。アクティブ消音装置においてアクティブスピーカの耐久性を考慮すると、入力電力は25〜50%に抑えるのが良い。そして、アクティブスピーカが損傷しても、残りのアクティブ消音スピーカ機構Aにより消音可能であることが必要である。このことから、アクティブスピーカの個数Nが決定される。即ち、音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたものである。
【0056】
図15と図16においては、騒音流出管1からアクティブ消音スピーカ機構Aまでの間に、間を置いて配置した一対の冷却器9・10を配置した場合について説明する。従来から、枝管2・3・・の部分の温度の上昇を抑える、1個の冷却器を配置する技術は公知とされていたのである。しかし、該1個の冷却器を配置した場合には、騒音流出管1の側が高温となり、枝管2・3・・との間に発生する対流の為に十分な温度低減効果が得られなかったのである。また、1個の冷却装置において十分な温度低減効果を得るためには、大形の冷却装置が必要であり、音響抵抗の増加によるスピーカの出力低下を招くこととなる。
【0057】
本発明においては、冷却器9・10を一対として、騒音流出管1とアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に配置して、1段アクティブ消音装置の冷却器9と、2段目の冷却器10との間には、空気の入る間隙を構成し、対流を抑制し、2段目の冷却器10を効率良く作動させるのである。図16においては、冷却器が1段の場合と2段の場合とでアクティブ消音スピーカ機構Aの前後における音圧レベルの変化と、温度の変化を示している。冷却器9・10を2個介装した場合にも、音圧レベルは殆ど変化しないことが判り、冷却効率が確かに向上しているので、このように2組一対の冷却器9・10を、騒音流出管1とアクティブ消音スピーカ機構Aの間に配置したのである。
【0058】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
請求項1の如く、アクティブ消音装置において、音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたので、通常時はアクティブ消音スピーカ機構Aに対し、比較的軽い負荷において消音が可能であり、耐久性の向上が図れる。またアクティブ消音スピーカ機構Aの1組が損傷しても、他のアクティブ消音スピーカ機構Aにて消音が可能であり、信頼性の高いアクティブ消音装置とすることができた。
【0059】
請求項2の如く、請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから円周方向に枝管2を設けて、該枝管2の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、枝管2は、その一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたので、騒音流出管1から直交方向に突出する枝管2・3・・を、騒音流出管1の方向に曲げてコンパクトに収納することが出来るので、アクティブ消音装置を配置するスペースが少ない場合にでも、取付けが可能となったのである。
【0060】
請求項3の如く、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置することにより、枝管2・3・・に加えて、音波干渉点Oから排出側の尾管も、その方向を任意に配置しても十分な消音効果を得ることが出来るので、騒音流出管1や枝管2・3・・や尾管の配置設計が容易にできるようになった。
【0061】
請求項4の如く、アクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波が出力低下を検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、別にアクティブスピー損傷センサーSのようなものを設ける必要なく、コントローラCの部分を兼用して、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を検出することが出来るのである。
【0062】
請求項5の如く、アクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を確実に検出することができて、アクティブ消音装置の信頼性を向上することが出来たのである。
【0063】
請求項6の如く、アクティブ消音装置において、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したので、従来の如く冷却器が1個の場合に発生していたアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の対流による温度上昇により、アクティブスピーカが損傷していたのを、冷却器9と10の間でのみ対流させることにより、完全にアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の温度を低くし、かつ音圧レベルはそのままとすることが出来たのである。
【0064】
請求項7の如く、アクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したので、該騒音流出管1の特に、整音器Bと音波干渉点Oの間の位置で、吸音材Wによっても消音効果を得ることが出来たのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す図面であり、センサーマイクロフォンMを整音器Bの前に配置し、整音器Bと音波干渉点Oまでの一定距離L1を長く構成したアクティブ消音装置の側面図。
【図2】 図1において一定距離L1を短く構成したアクティブ消音装置の側面図。
【図3】 本発明のアクティブ消音装置を示す模式図。
【図4】 本発明のアクティブ消音装置により決定する、スピーカー能力余裕度パターンを示す図面。
【図5】 枝管2・3を曲り管により構成したアクティブ消音装置を示す図面。
【図6】 枝管2・3が直管である場合と曲り管である場合との音圧レベルの比較を示す図面。
【図7】 枝管2・3・・を水平面で角度を変更する状態を示す図面。
【図8】 該角度を90度とした場合と、45度とした場合と、135度とした場合の音圧レベルの比較を示す図面。
【図9】 枝管2・3を水平に直交配置した場合の俯瞰図。
【図10】 水平と垂直に直交配置した場合の俯瞰図。
【図11】 図9と図10の場合の音圧レベルの比較を示す図面。
【図12】 騒音流出管1の開口端部からエラーマイクロホンEまでの位置L5を示す図面。
【図13】 アクティブ消音スピーカ機構AとコントローラCの間に、電圧計又は電流計により構成したアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷センサーを配置した構成を示す回路図。
【図14】 エラーマイクロホンEからコントローラCへのフィードバック回路にバンドパスフィルターを配置してアクティブ消音スピーカ機構Aの故障を検出する機構を示す回路図。
【図15】 アクティブ消音スピーカ機構Aと音波干渉点Oとの間に、2個1組の冷却器9・10を介装した状態を示す図面。
【図16】 冷却器9・10を配置したことにより、音圧レベルとアクティブ消音スピーカ機構Aの前部の温度の変化を示す図面。
【符号の説明】
A アクティブ消音スピーカ機構
B 整音器
C コントローラ
E エラーマイクロホン
M センサーマイクロフォン
O 音波干渉点
W 吸音材
1 騒音流出管
2,3 枝管
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン等の騒音源から排気管を介して発生する騒音波に対し、逆位相音波を発生して消音するアクティブ消音装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、騒音波に対して積極的に逆位相音波を発生して、音波干渉点において騒音波と逆位相音波を衝突させて相殺させ、消音する技術は公知とされている。例えば、米国特許第4,527,282号公報や、実公平6−14009号公報や、特公昭60−20700号公報や、実公平4−47380号公報や、実開平6−60717号公報の如くである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、唯単にエンジンの排気管等の騒音流出管の中途部より分岐して、枝管を設け、該枝管の端部にアクティブ消音スピーカ機構を設けて、排気管内を通過する騒音波に対して逆位相音波を発して、枝管と排気管との合流部が構成する音波干渉点において、両音波を相殺させ消音していたのである。
【0004】
しかし、アクティブ消音装置においては、アクティブ消音スピーカ機構Aから発する逆位相音波のレベルの強さが、騒音流出管の長さや枝管の長さや、それぞれの管の径により決定される或る周波数において、特に音圧レベルが弱くなるという現象が発生するのである。この弱い音圧レベルの逆位相音波しか発生されない周波数の騒音波が、音源であるエンジンから発生される場合には、この騒音波の音圧レベルの方が勝るので、完全には逆位相音波により相殺し消音することが出来ず、結局アクティブ消音装置が上手く作動しないという状態が発生するのである。
【0005】
本発明においては、騒音波の周波数が、アクティブ消音装置の具備した音圧レベルの弱い周波数部分に合致しないように、騒音流出管の長さや、枝管の長さや、それぞれの管の径を決定したものである。エンジンから出る騒音波の周波数は気筒数と回転数等により或る程度決定されるので、このファクターから決定される周波数帯域に、前述のアクティブ消音装置の騒音流出管の長さや、枝管の長さや、管の径によって決定される音圧レベルの低い周波数位置が一致しないように構成したものである。
【0006】
また、該音圧レベルの低い周波数は、騒音流出管の長さに大きな決定要素が存在するので、最高の消音効率を奏する為には、常にエンジンから枝管との交流部である音波干渉点までの距離を全て同じ距離に設定する必要がある。しかし、該エンジンを搭載される船舶や、その他の作業機の種類によっては、このエンジンと音波干渉点Oまでの距離をL1を、常時一定の距離とすることが不可能なのである。本発明においては、エンジンから枝管までの騒音流出管の距離が一定でなくとも、常時、同じ周波数の所で音圧レベルが弱くなるように、L1の長さを一定としたものである。
【0007】
実際はエンジンの位置と、枝管を取り付ける位置は、他の装置との関係で場所が限定されるので、間に整音器を介装して、一旦エンジンからの騒音管の径を拡げて、この部分で反響を発生させて、騒音源をこの整音器Bに置き換えるのである。これにより、エンジンから枝管までの距離が変更となっても、アクティブ消音装置を構成する上の騒音源は整音器Bとなるので、一定距離L1の決定が容易となるのである。
【0008】
本発明は、騒音源と音波干渉点Oまでの距離である一定距離L1を一定にする為に、元の騒音源であるエンジンと、音波干渉点Oとの間に、置換した騒音源である整音器Bを配置したものである。これにより、アクティブ消音装置の音圧レベルの強弱を示す、スピーカー能力余裕度パターンを固定することが出来るので、エンジンの発する騒音波に対して、音圧レベルの弱い周波数が一致しないようなアクティブ消音装置を構成することが出来るのである。
【0009】
また従来は、エンジンと音波干渉点との間の任意の位置に、騒音波の情報を検出するセンサーマイクロフォンMを配置していたのである。そして、該センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間には、遮断するものが介装されていなかったので、両者の間でスピーカからの音がセンサーマイクロフォンMにフィードバックすることによる消音効果の減少状態が発生し、これが新たな高周波騒音となることがあったのである。
【0010】
本発明においては、センサーマイクロフォンMを、整音器Bの前方に設けて、センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間の関係を遮断して、両者の間で共鳴状態が発生しないように構成し、新たな騒音の発生を回避したものである。
【0011】
以上のように基本的に構成したアクティブ消音装置に対して、音波干渉点Oを中心として配置する枝管2・3・・を、コンパクトに収納可能な状態の曲り管としたり、または音波干渉点Oを中心として、枝管2・3・・を球方向の全ての方向に任意に突出配置し、音波干渉点Oから後部の騒音流出管1も、音波干渉点Oを中心とする球の方向の任意の位置に突出したものである。
【0012】
また、複数のアクティブ消音スピーカ機構Aが配置された場合に、該複数のアクティブ消音スピーカ機構Aの中の1つでも故障して、正常な逆位相音波を発生しない場合には、自動制御により他のアクティブ消音スピーカに負荷が掛かり、正常な消音効果が発揮できなくなるので、このアクティブ消音スピーカの故障発生を分析判断する機構を設けたものである。
【0013】
更に、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカとの間に、2個を1組とした冷却器を間を置いて配置することにより、温度差により発生する滞留を回避して、温度低減効果を向上したものである。また騒音流出管1の整音器Bから音波干渉点Oまでの間の内部に吸音材Wを貼設して、更に消音効果を向上した。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための手段を説明する。
請求項1においては、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから枝管2を設けて、該枝管2の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、
音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたものである。
【0015】
請求項2においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから円周方向に枝管2を設けて、枝管2はその一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたものである。
【0016】
請求項3においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから枝管2・3・・を設けて、該枝管2・3・・の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーを構成するマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置するものである。
【0017】
請求項4においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したものである。
【0018】
請求項5においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したものである。
【0019】
請求項6においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したものである。
【0020】
請求項7においては、請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したものである。
【0021】
【作用】
請求項1によれば、音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたので、通常時はアクティブ消音スピーカ機構Aに対し、比較的軽い負荷において消音が可能であり、耐久性の向上が図れる。またアクティブ消音スピーカ機構Aの1組が損傷しても、他のアクティブ消音スピーカ機構Aにて消音が可能であり、信頼性の高いアクティブ消音装置とすることができる。
【0022】
請求項2によれば、枝管2は、その一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたので、騒音流出管1から直交方向に突出する枝管2・3・・を、騒音流出管1の方向に曲げてコンパクトに収納することが出来るので、アクティブ消音装置を配置するスペースが少ない場合にでも、取付けが可能となる。
【0023】
請求項3によれば、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置することにより、枝管2・3・・に加えて、音波干渉点Oから排出側の尾管も、その方向を任意に配置しても十分な消音効果を得ることが出来るので、騒音流出管1や枝管2・3・・や尾管の配置設計が容易にできる。
【0024】
請求項4によれば、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波が出力低下したことを検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、別にアクティブスピーカ損傷センサーSのようなものを設ける必要なく、コントローラCの部分を兼用して、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を検出することが出来る。
【0025】
請求項5によれば、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を確実に検出することができて、アクティブ消音装置の信頼性を向上することが出来る。
【0026】
請求項6によれば、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したので、従来の如く冷却器が1個の場合に発生していたアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の対流による温度上昇により、アクティブスピーカが損傷していたのを、冷却器9と10の間でのみ対流させることにより、完全にアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の温度を低くし、かつ音圧レベルはそのままとすることが出来る。
【0027】
請求項7によれば、アクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したので、該騒音流出管1の特に、整音器Bと音波干渉点Oの間の位置で、吸音材Wによっても消音効果を得ることが出来る。
【0028】
【実施例】
次に実施例を説明する。図1は本発明の構成を示す図面であり、センサーマイクロフォンMを整音器Bの前に配置し、整音器Bと音波干渉点Oまでの一定距離L1を長く構成したアクティブ消音装置の側面図である。
【0029】
図2は図1において一定距離L1を短く構成したアクティブ消音装置の側面図、図3は本発明のアクティブ消音装置を示す模式図、図4は本発明のアクティブ消音装置により決定する、スピーカー能力余裕度パターンを示す図面である。
【0030】
図5は枝管2・3を曲り管により構成したアクティブ消音装置を示す図面、図6は枝管2・3が直管である場合と曲り管である場合との音圧レベルの比較を示す図面、図7は枝管2・3・・を水平面で角度を変更する状態を示す図面、図8は該角度を90度とした場合と、45度とした場合と、135度とした場合の音圧レベルの比較を示す図面、図9は枝管2・3を水平に直交配置した場合の俯瞰図である。
【0031】
図10は水平と垂直に直交配置した場合の俯瞰図、図11は図9と図10の場合の音圧レベルの比較を示す図面、図12は騒音流出管1の開口端部からエラーマイクロホンEまでの位置L5を示す図面、図13はアクティブ消音スピーカ機構AとコントローラCの間に、電圧計又は電流計により構成したアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷センサーを配置した構成を示す回路図である。
【0032】
図14はエラーマイクロホンEからコントローラCへのフィードバック回路にバンドパスフィルターを配置してアクティブ消音スピーカ機構Aの故障を検出する機構を示す回路図である。
【0033】
図15はアクティブ消音スピーカ機構Aと音波干渉点Oとの間に、2個1組の冷却器9・10を介装した状態を示す図面、図16は該冷却器9・10を配置したことにより、音圧レベルとアクティブ消音スピーカ機構Aの前部の温度の変化を示す図面である。
【0034】
従来は、整音器Bをエンジンと音波干渉点Oとの間に介装して、実際の音源であるエンジンを移動して、整音器Bが仮音源であるように置換するという技術は考えられていなかったのである。故に、エンジンが船舶に搭載された場合や、ビルの発電用に配置された場合において、配管上の問題からのみ、アクティブ消音スピーカ機構Aが配置されており、音源であるエンジンと音波干渉点Oとの距離を考慮する配置は成されていなかったのである。
【0035】
このような場合に、エンジンと音波干渉点Oとの一定距離L1が長くなった場合には、騒音源からの騒音波と、アクティブ消音スピーカ機構Aから発生する逆位相音波とが相殺されて消音される度合いであるスピーカー能力余裕度は、0以下となる周波数が沢山あったのである。このようにスピーカー能力余裕度が0以下となるということは、騒音波の方が逆位相音波よりも音圧レベルが高い為に、騒音波が残ってしまうという状態である。逆にスピーカー能力余裕度が0以上ということは、逆位相音波の方が騒音波よりも音圧レベルが大きいので完全に相殺して消音することが出来るということである。
【0036】
以上のようなスピーカー能力余裕度からすると、一定距離L1が大きくなると、騒音波の周波数のあちこちでスピーカー能力余裕度が0以下の部分が発生し、この周波数の騒音波は消音出来ずに残ることになるのである。これは、一定距離L1が長くなると、長い騒音流出管1の中で共鳴して、色々の周波数の騒音波がでる為に、アクティブ消音スピーカ機構Aから発する逆位相音波が、この騒音波に対応できず、消音できない部分が発生するということが原因である。本発明は、エンジンと音波干渉点Oとの間に整音器Bを配置して,該整音器Bを高周波消音器により構成し、高周波部分を該整音器Bによりまず消音し、該整音器Bにより消音できない低周波は整流して、この整音器Bが音源であるごとくに構成することにより、図3に示す如く、一定距離L1を短くすることが出来るのである。
【0037】
該一定距離L1が短くなると、低周波の騒音波が整えられた状態となり、アクティブ消音装置のスピーカー能力余裕度パターンも整理された状態となり、図4に示す如く、スピーカー能力余裕度パターンが簡潔な形に変化されるのである。該図4において、スピーカー能力余裕度が0以下となる、即ち消音が不可能な周波数は、P1とP3とP4の周波数のみとなり、P2の部分が0に近いスピーカー能力余裕度となるのである。
【0038】
以上の如く、P1・P2・P3・P4の周波数におけるスピーカー能力余裕度が、消音困難になる可能性が高いということは理解できれば、この周波数の騒音波が出ないように音源を構成すれば良いのである。エンジンからでる騒音波の周波数は一般に、気筒数と回転数により決定され、最も音圧レベルの高い騒音周波数の部分が、前述のP1・P2・P3・P4の周波数と合致しないようにすれば良いのである。
【0039】
そして、エンジンのスロットルの変化により前記最大音圧レベルの波数がある幅内で変化するので、このエンジンの使用回転数範囲できまる周波数の最低と最大の範囲、即ち、fmin とfmax は、エンジンと機種と使用回転数により決定され、これらの値は自由に設定することが出来ないので、逆に、該fmin とfmax の間の幅が、前記P1・P2の間に入るように、アクティブ消音装置の一定距離L1を決定することが出来るのである。
【0040】
この原理から一定距離L1を決定するのが、次の数式3である。この式により一定長さL2を決定するのが、消音効果が最高となるのである。
【0041】
【数1】
【0042】
また、前記スピーカー能力余裕度パターンを変更するのは、一定距離L1の値だけではなくて、図3に示す、アクティブ消音装置のアクティブ消音スピーカ機構Aと音波干渉点Oとの間の距離である枝管2・3の一定長さL2も、これに影響するのである。
この一定長さL2の長さを決定するのが、次の数式4である。この式により一定長さL2を決定することにより、消音効果が最高となるのである。
【0043】
【数2】
【0044】
また、図1において、センサーマイクロフォンMを整音器Bの前部につけることにより、センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、整音器Bが配置されることにより、両者の間を遮断することが出来るのである。該整音器Bは高周波騒音消音器の役目をすると同時に、該膨張部分により、騒音波の連続的の伝播を断つ役目があるのである。
【0045】
このように、整音器Bを境にして、エンジン側の騒音波と、アクティブ消音スピーカ機構Aの側の騒音波の関係を整音器Bが断つことにより、センサーマイクロフォンMが情報として採取した情報で、アクティブ消音スピーカ機構Aから逆位相音波を発生する場合に、センサーマイクロフォンMとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間の干渉により発生する新たの高周波騒音が回避することが出来るのである。従来は、整音器Bが設けられておらず、整音器の代わりにパッシブ消音器として高周波消音器が取付られている場合にも、整音器Bと音波干渉点Oとの間の位置にセンサーマイクロフォンMが配置されていたので、両者の間で共鳴状態が発生して、これが新たな騒音源となっていたのである。この不具合を解消することが出来たのである。
【0046】
また、図1に示す如く、騒音流出管1の上には整音器Bが配置されて、音波干渉点Oが構成され、該音波干渉点Oから後部にある程度の長さの騒音流出管1がさらに必要なのである。そして該騒音流出管1の音波干渉点Oから最後端にかけても整音器Bと音波干渉点Oの間で発生するのと同様な音響的現象が発生するため、距離L3は、次の数式5のように求めるのが最適なのである。
【0047】
【数3】
【0048】
図3において示す如く、騒音流出管1の内部で、整音器Bから音波干渉点Oまでの間の内壁に吸音材Wを貼設しており、これによっても、高周波騒音を吸音し消音することができる。
図5においては、上記のような基本的なアクティブ消音装置において、音波干渉点Oにおいて、騒音流出管1から分岐した2本の枝管2・3の先端を、騒音流出管1と平行した方向に曲り管とした構成が開示されている。従来は、枝管2・3は騒音流出管1に対して直交する方向に突設されており、これ以外は考えられないとされていた。本発明者は、該枝管2・3が直管である場合と曲り管である場合とで、音圧レベルにおいて差があるかどうかを比較した。その結果、図6に示す如く、音圧レベルにおいては差が発生しないことが判明したのである。故に、音波干渉点Oからは直交する方向には出るが、その後直ぐに騒音流出管1と平行する方向に曲り管として、枝管2・3の配置に場所を取らないように構成したものである。
【0049】
図7と図8においては、枝管2・3を平面内に配置した場合でも、音波干渉点Oが同じであれば、枝管2・3を水平面内で、どの方向に曲げたとしても、音圧レベルに変化が無いことが判明した。図8においては、図7のa1、a2、a3の角度90度が、a1とa3が45度に、a3が135度に変化した場合が図示されているが、音圧レベルのおいては大きな変更はないことが判る。
a1は枝管2と騒音流出管1の整音器B側の成す角度、a2は整音器B側の騒音流出管1と枝管3の成す角度、a3は枝管3と騒音流出管1の排出側の成す角度である。
【0050】
図9と図10と図11においては、枝管2と3が立体方向に垂直に配置された実施例を示している。図9・図10において、角度bとは、枝管2と枝管3が成す角度であり、該角度bが90度の場合と180度の場合の、音圧レベルと周波数の関係が図11に図示されている。角度bが90度の場合と180度の場合とで殆ど音圧レベルの変化は表れないということが判明したので、枝管2・3・・は、音波干渉点Oを中心とする球の方向へ、どの方向に突設しても良いということとなる。前述のa3の角度も任意で良いということから、音波干渉点Oからの騒音流出管1の出口側の尾管を含めて、音波干渉点Oを中心とする球の方向の何処へ向けて突設されても良いものである。
【0051】
図12は、エラーマイクロホンEの配置を決定する図面である。音波干渉点Oを通過後の騒音流出管1の出口側に、アクティブ消音スピーカ機構Aから発進する音波を補正すべく、消音後の騒音波を検出するエラーマイクロホンEを配置したアクティブ消音装置において、該エラーマイクロフォンEの騒音流出管1の出口からの取付距離L5を、次の数式6により得る。この式によって決定したL5が最高のエラーマイクロホンEの位置となるのである。
【0052】
【数4】
【0053】
図13においては、アクティブ消音スピーカ機構AとコントローラCとの間の位置に、電圧計や電流計により構成したアクティブスピーカ損傷センサーSを設け、該アクティブスピーカ損傷センサーSによりアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を検出し、アクティブ消音スピーカ機構Aの1個が損傷していると判断すると、すぐにアクティブ消音スピーカ機構Aの交換を促すことにより、他のアクティブ消音スピーカ機構Aの入力電力が増大し、無理が掛かるのを阻止するのである。
【0054】
図14においては、複数のアクティブ消音スピーカ機構Aが配置した場合に、該アクティブ消音スピーカ機構Aの一部が損傷すると、逆位相音波を自動制御で出すべく構成しているので、故障していないアクティブ消音スピーカ機構Aの方に大出力を出すことが要求される為に、無理が発生し、消音能力が低下するのである。また残ったアクティブ消音スピーカ機構Aから出る逆位相音波は、歪んだり、高周波音波が発生されるのである。本発明においては、該エラーマイクロホンEにより収録した騒音波をロウパスフィルタに駈けて、高周波の部分だけを取出、分析することにより、アクティブ消音スピーカ機構Aの一部が損傷しているということを検出するのである。このアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷の発見により、警告ブザーを鳴らしたり、警告ランプを付けて、オペレーターに新なアクティブ消音スピーカ機構Aの装着を促すのである。
【0055】
また、アクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aから発生する逆位相音波が騒音波の音圧レベルを下回った場合には、消音が不可能となる。アクティブ消音スピーカ機構Aを1台から2台に増加することにより、音圧レベルが6デシベル程度増加する。これは1個のアクティブスピーカにすると、入力電力が4倍になっていることを意味する。アクティブ消音装置においてアクティブスピーカの耐久性を考慮すると、入力電力は25〜50%に抑えるのが良い。そして、アクティブスピーカが損傷しても、残りのアクティブ消音スピーカ機構Aにより消音可能であることが必要である。このことから、アクティブスピーカの個数Nが決定される。即ち、音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたものである。
【0056】
図15と図16においては、騒音流出管1からアクティブ消音スピーカ機構Aまでの間に、間を置いて配置した一対の冷却器9・10を配置した場合について説明する。従来から、枝管2・3・・の部分の温度の上昇を抑える、1個の冷却器を配置する技術は公知とされていたのである。しかし、該1個の冷却器を配置した場合には、騒音流出管1の側が高温となり、枝管2・3・・との間に発生する対流の為に十分な温度低減効果が得られなかったのである。また、1個の冷却装置において十分な温度低減効果を得るためには、大形の冷却装置が必要であり、音響抵抗の増加によるスピーカの出力低下を招くこととなる。
【0057】
本発明においては、冷却器9・10を一対として、騒音流出管1とアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に配置して、1段アクティブ消音装置の冷却器9と、2段目の冷却器10との間には、空気の入る間隙を構成し、対流を抑制し、2段目の冷却器10を効率良く作動させるのである。図16においては、冷却器が1段の場合と2段の場合とでアクティブ消音スピーカ機構Aの前後における音圧レベルの変化と、温度の変化を示している。冷却器9・10を2個介装した場合にも、音圧レベルは殆ど変化しないことが判り、冷却効率が確かに向上しているので、このように2組一対の冷却器9・10を、騒音流出管1とアクティブ消音スピーカ機構Aの間に配置したのである。
【0058】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので、次のような効果を奏するのである。
請求項1の如く、アクティブ消音装置において、音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたので、通常時はアクティブ消音スピーカ機構Aに対し、比較的軽い負荷において消音が可能であり、耐久性の向上が図れる。またアクティブ消音スピーカ機構Aの1組が損傷しても、他のアクティブ消音スピーカ機構Aにて消音が可能であり、信頼性の高いアクティブ消音装置とすることができた。
【0059】
請求項2の如く、請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから円周方向に枝管2を設けて、該枝管2の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、枝管2は、その一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたので、騒音流出管1から直交方向に突出する枝管2・3・・を、騒音流出管1の方向に曲げてコンパクトに収納することが出来るので、アクティブ消音装置を配置するスペースが少ない場合にでも、取付けが可能となったのである。
【0060】
請求項3の如く、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置することにより、枝管2・3・・に加えて、音波干渉点Oから排出側の尾管も、その方向を任意に配置しても十分な消音効果を得ることが出来るので、騒音流出管1や枝管2・3・・や尾管の配置設計が容易にできるようになった。
【0061】
請求項4の如く、アクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波が出力低下を検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、別にアクティブスピー損傷センサーSのようなものを設ける必要なく、コントローラCの部分を兼用して、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を検出することが出来るのである。
【0062】
請求項5の如く、アクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したので、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷を確実に検出することができて、アクティブ消音装置の信頼性を向上することが出来たのである。
【0063】
請求項6の如く、アクティブ消音装置において、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したので、従来の如く冷却器が1個の場合に発生していたアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の対流による温度上昇により、アクティブスピーカが損傷していたのを、冷却器9と10の間でのみ対流させることにより、完全にアクティブ消音スピーカ機構Aの部分の温度を低くし、かつ音圧レベルはそのままとすることが出来たのである。
【0064】
請求項7の如く、アクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したので、該騒音流出管1の特に、整音器Bと音波干渉点Oの間の位置で、吸音材Wによっても消音効果を得ることが出来たのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を示す図面であり、センサーマイクロフォンMを整音器Bの前に配置し、整音器Bと音波干渉点Oまでの一定距離L1を長く構成したアクティブ消音装置の側面図。
【図2】 図1において一定距離L1を短く構成したアクティブ消音装置の側面図。
【図3】 本発明のアクティブ消音装置を示す模式図。
【図4】 本発明のアクティブ消音装置により決定する、スピーカー能力余裕度パターンを示す図面。
【図5】 枝管2・3を曲り管により構成したアクティブ消音装置を示す図面。
【図6】 枝管2・3が直管である場合と曲り管である場合との音圧レベルの比較を示す図面。
【図7】 枝管2・3・・を水平面で角度を変更する状態を示す図面。
【図8】 該角度を90度とした場合と、45度とした場合と、135度とした場合の音圧レベルの比較を示す図面。
【図9】 枝管2・3を水平に直交配置した場合の俯瞰図。
【図10】 水平と垂直に直交配置した場合の俯瞰図。
【図11】 図9と図10の場合の音圧レベルの比較を示す図面。
【図12】 騒音流出管1の開口端部からエラーマイクロホンEまでの位置L5を示す図面。
【図13】 アクティブ消音スピーカ機構AとコントローラCの間に、電圧計又は電流計により構成したアクティブ消音スピーカ機構Aの損傷センサーを配置した構成を示す回路図。
【図14】 エラーマイクロホンEからコントローラCへのフィードバック回路にバンドパスフィルターを配置してアクティブ消音スピーカ機構Aの故障を検出する機構を示す回路図。
【図15】 アクティブ消音スピーカ機構Aと音波干渉点Oとの間に、2個1組の冷却器9・10を介装した状態を示す図面。
【図16】 冷却器9・10を配置したことにより、音圧レベルとアクティブ消音スピーカ機構Aの前部の温度の変化を示す図面。
【符号の説明】
A アクティブ消音スピーカ機構
B 整音器
C コントローラ
E エラーマイクロホン
M センサーマイクロフォン
O 音波干渉点
W 吸音材
1 騒音流出管
2,3 枝管
Claims (7)
- 騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから枝管2を設けて、該枝管2の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、
音波干渉点Oに音波を送るアクティブ消音スピーカ機構Aの個数Nを、
(N−1)×定格入力電力時の音圧≧排気音・・・・(1)
N×γ×定格入力電力時の音圧≧排気音 ・・・・(2)
但し、γは0.25〜0.5とする。
の2式より求めた個数としたことを特徴とするアクティブ消音装置。 - 請求項1記載のアクティブ消音装置において、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから円周方向に枝管2を設けて、枝管2はその一方または両方を音波干渉点Oから直交方向に突出した後に、騒音流出管1の方向に曲がった曲り管としたことを特徴とするアクティブ消音装置。
- 請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音源から騒音波を伝播する騒音流出管1の中途部に、該騒音波の高周波側の成分を消音する整音器Bを設け、該整音器Bの出口側の音波干渉点Oから枝管2・3・・を設けて、該枝管2・3・・の外端に前記騒音波の逆位相音波を惹起して、整音器Bにおいて消音されずに通過した低周波音波を打ち消すアクティブ消音スピーカ機構Aを配置し、騒音源から伝播する騒音波を検出しアクティブ消音スピーカ機構Aに送信するセンサーを構成するマイクロフォンMを、整音器Bの入口側に配置したアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aを配置する枝管2・3・・を、音波干渉点Oを中心とする球上の任意の場所に配置し、同様に音波干渉点Oより後部の騒音流出管1も音波干渉点Oを中心とする球上の任意の位置に配置することを特徴とするアクティブ消音装置。
- 請求項1記載のアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、エラーマイクロホンEの出力をバンドパス処理して分析し、逆位相音波中の高周波部分の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したことを特徴とするアクティブ消音装置。
- 請求項1記載のアクティブ消音装置において、アクティブ消音スピーカ機構Aの損傷により、逆位相音波の出力低下を検出すべく、コントローラCとアクティブ消音スピーカ機構Aの間に電圧計または電流計により構成したセンサーを介装し、他のアクティブ消音スピーカ機構Aへの入力電力の増加割合により、アクティブ消音スピーカ機構Aの故障を分析判断すべく構成したことを特徴とするアクティブ消音装置。
- 請求項1記載のアクティブ消音装置において、音波干渉点Oとアクティブ消音スピーカ機構Aとの間に、2個を1組とした冷却器を、間を置いて配置したことを特徴とするアクティブ消音装置。
- 請求項1記載のアクティブ消音装置において、騒音流出管1の内部で整音器Bから音波干渉点Oの間の内周に、吸音材Wを貼設したことを特徴とするアクティブ消音装置。
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