JPH03228097A - 振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 生業上Ω札ル丘夏 本発明は、固体伝搬振動または音響加振振動が原因で音
響放射している物体の振動を能動的に低減すること０二
より所要位置における放射音を大幅に低減する振動制御
装置に関する。

従】ｌ１釘 音響放射体の振動を加振アクチュエータにより能動的に
低減して防音防振を図る従来技術には特公昭５５−２９
３０４号公報記載のものがある。

同公報記載のものは、第２１図に図示するように工場建
物０１内に設置された振動波発生源０２の騒音を家屋０
３側へ伝播させないようにするものである。

そのため側壁０４に複数個の加振器０５を取付け、工場
建物０１内の側壁０４近くにマイクロフォン０６を設け
、マイクロフォン０６と各々の加振器０５とを制御器０
７を介装して連係している。

制御器０７は、振動波発生源０２からの音波による側壁
０４への振動力に対して逆位相の強制振動力を加振器０
５により側壁０４に同時に与える。

側壁０４への振動波発生源０２による振動力と加振器０
５による逆位相の強制振動力とは互いに相殺されて側壁
０４は無振動あるいは極めて弱い振動状態となり、音響
放射を起こさず騒音は同側壁０４で遮断され家屋０３に
至らない。

”　しようとする１ 上記従来例では振動波発生源０２からの音波が周期性を
有しているならば、制御器０７により位相をずらして逆
位相の強制振動を側壁０４に与えることで効果的に振動
を低減できる。

しかし振動波発生源０２からの音波が周期性を有しない
ランダム振動に近いものであると、位相そのものを把え
難く、たとえ位相をずらして強制振動を与えたとしても
効果的に振動を低減させることができない。

実際の騒音はランダム振動に近いのが一般的であり、従
来のものは実用上使用条件が限られる。

を”　するための　　および 本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的と
する処は、逆波形の振動波により振動を相殺することに
より騒音を効果的に低減できる振動制御装置を供する点
にある。

すなわち本発明は、振動源または騒音ｍ；こ当接または
近接して設けられた振動検出手段もしくは騒音検出手段
と、音響放射体に設置された加振アクチュエータと、前
記振動検出手段または騒音検出手段による検出信号を入
力し前記加振アクチュエータに制御信号を出力する制御
手段とを備え、同制御手段は前記振動検出手段または騒
音検出手段による検出信号を用いて音響放射体で発生す
る振動波と逆波形の振動波を加振アクチュエータが発生
するような制御信号を形成して出力するディジタルフィ
ルタであるところの振動制御装置である。

制御手段たるディジタルフィルタが加振アクチュエータ
に制御信号を出力すると、加振アクチュエータは音響放
射体で発生する振動波と逆波形の振動波を発生するので
両振動が互いに相殺されて振動が大幅に低減され、防音
効果を得ることができる。

逆波形の振動を用いているのでランダム振動に近い騒音
でも効果的に低減できる。

裏庭± 以下第１図ないし第４図に図示した本発明に係る一実施
例について説明する。

本実施例は実験用に構成された装置であり、第１図にそ
の構成図を示す。

立方形状をし、−面を開口した遮音ボックス１内におい
てその底壁ｌａに近接して騒音源としてのスピーカ２を
設けている。

スピーカ２には、ノイズジェネレータ３から発信したラ
ンダム振動波の信号をパワーアンプ４で増巾した信号が
入力され雑音を発生する。

遮音ボンクス１の開口部は遮音板５で塞がれた状態にあ
り、同遮音板５の外表面には中央に１個の加振アクチュ
エータ６が貼着されている。

加振アクチュエータ６には圧電体または動電型のアクチ
ュエータを用いることができる。

遮音ボンラス１内のスピーカ２に近接してマイクロフォ
ン７が設けられ、スピーカ２から発生する雑音は即時に
マイクロフォン７で検出され、その検出信号はディジタ
ルフィルタ８および係数更新アルゴリズム９に入力され
る。

また遮音ボックス１の外側で遮音板５に対向した位置に
マイクロフォン１０を配置しており、同位置において騒
音の低減を目的とする。

このマイクロフォン１０の検出信号は係数更新アルゴリ
ズム９に入力され制御に供される。

係数更新アルゴリズム９はマイクロフォン７１０からの
信号を入力し、ディジタルフィルタ８のフィルタ係数（
すなわち特性）を常に最適るこなるように更新していく
。

ディジタルフィルタ８は、マイクロフォン７からの入力
信号を係数更新アルゴリズム９の定めたフィルタ係数に
基づき演算処理し加振アクチュエータ６を駆動する制御
信号を出力するものであり、この制御信号は増幅器１１
で加振アクチュエータ６を駆動するに十分な電圧に増幅
されて加振アクチュエータ６に印加される。

マルチチャンネルディジタルフィルタは多入力（単一人
力も含む）、多出力（単一出力も含む）のディジタルフ
ィルタであり、係数更新アルゴリズムは誤差信号として
入力される信号のそれぞれの２乗平均誤差が最小になる
ように係数更新を行うように機能する。

［的にディジタルフィルタ８は、スピーカ２から発生し
た雑音が遮音板５に至って遮音板５に生しる振動と逆波
形の振動を加振アクチュエータ６に強制的に発生させる
ことになり、両振動が互いに相殺されて音響放射物体た
る遮音板５の振動を低減しマイクロフォン１０における
騒音を低下せしめていることになる。

このように逆波形の振動をもって遮音板５の振動を低減
しているので、周期振動に限らず広帯域のランダム振動
に対しても有効であり、適用範囲が大幅に拡大される。

従来の防音装置の場合第２１図に示すようにマイクロフ
ォン０６は側壁０４に近接して、振動波発生源０２の振
動波をマイクロフォン０６の近傍で検出して検出信号の
位相をずらして加振器０５を駆動するシステムにより側
壁０４の振動を低減するものであるから周ｐ、）’１振
動にのみ適用可能で、ランダム振動二二対しては用をな
さなかったが、本発明では振動源たるスピーカ２近傍で
マイクロフォン７か振動ヲ検出して、その逆波形の振動
を、スピーカ２よｌり直接遮音板５に至る振動波に先回
りして適当なタイミングで遮音板５に与えるシステムに
より振動の低減を図っているので、かかる従来と異なる
効果的なシステムにより周期振動に限らずあらゆるラン
ダムな振動に対して有効に働き、騒音を大幅に低減する
ことができる。

本実施例の実験結果を第３図および第４図に示す。

第３図は振動周波数に対する音圧スペクトルを示すグラ
フであり、破線が本装置の非制御時、実線が制御時であ
る。

非制御時は、５０ｄＢの上下を幅１０ｄＢ以上で変化し
ており、２００　Ｈｚ近傍では最高８０ｄＢＯ音圧を示
している。

これに対して制御を行なった場合、音圧は５０ｄＢの上
下を略５ｄＢ以下の幅で変化し、明らかに音圧が低下し
ている。

第４図はマイクロフォン１０の出力電圧を示しており、
やはり破線が非制御時、実線が制御時を示している。

制御時↓こは大幅に出力電圧が低下しでおり、同マイク
ロフォン１０位置における騒音が激減していることを示
している。

次に第２の実施例としてマイクロフォン１０の代わりに
第５図に示すように遮音板５に加速度ピックアップ１５
を設け、この加速度ピックアップ１５の出力を係数更新
アルゴリズム９に入力する構成をとることもできる。

本構成によっても板振動が最小となるよう適応アルゴリ
ズムが働き、第１の実施例の場合の考案の効果である第
３図、第４図に示す結果とほぼ同様の結果を得た。

なお、Ｍｌ、　第２の実施例においては適応型のディジ
タルフィルタを用いており、マイクロフォンや、遮音板
な上゛の特性の経時変化がある場合にも有効に振動を低
減シうるが、これらの変化が充分小さい場合には通常の
時不変ディジタルフィルタに置換えることか可能である
。

これにより、第１図におけるマイクロフォン１０およこ
り第５図における加速度ピックアンプ１５が不要となｒ
ｌ、またディジタルフィルタの回路も小規模ですみ、シ
ステム全体の簡素化を図ることが可能である。

また第１、第２の実施例では遮音板５に中央に１個の圧
電素子アクチュエータ６を貼設したが（第２図参照）、
この加振アクチュエータ６は使用目的に応じ適切な数、
大きさ、形および配置位置を選択する必要がある。

次に第３の実施例について第６図ないし第１１図に基づ
き説明する。

本実施例は自動車２０に適用した例であり、エンジン２
１の騒音をダツシュボード２３て隔てた車室２２内で低
減しようとするものである。

第６図は振動制御装置の配置を示す自動車２０の平面図
（ルーフおよびウィンド省略）であり、第７図は同側面
図である。

エンジン２１には、そのシリンダヘッドに圧電式の加速
度ピックアップ２４が固着されでおり、直接エンジン２
１の振動を検出し、また車輪からの振動を検出するため
に各車輪のばね下部にも圧電式の加速度ビックアンプ２
５が固着されている。

自動車の場合、ボディ全体が音響放射体であり、加振ア
クチュエータ２６が車室２２の周囲のボディに配設され
ている。

すなわちダンシュボード２３に３個、各ドアパネルに各
１個、ルーフパネルに１個、リヤシートハックパネルに
３個、リヤシェルフパネル乙こ１個の加振アクチュエー
タ２６が貼設されている。

また透明な高分子圧電体２７を前後左右のウィンド２８
に内蔵しており、第８図は同ウィンド２８の断面を示し
たもので、高分子圧電体２７がウィンド２８のガラス内
に層をなすように一体成形されている。

一方車室２２内において、前後座席の各ヘンドレストに
マイクロフォン３０がそれぞれ設けられている。

本実施例における制御回路は、第９図に示すようにマル
チチャンネルディジタルフィルタ３１および係数更新ア
ルゴリズム３２からなり、マルチチャンＺ・ルディジタ
ルフィルタ３】は多入力、多出力に拡張されたディジタ
ルフィルタであり、加速度ピック７、・ブ２４２５から
振動検出信号を入力し、各増幅器３３を介して駆動信号
が各加振アクチュエータ２６および高分子圧電体２７に
出力される。

係数更新アルゴリズム３２は、前記加速度ピンクアンプ
２４．２５から信号とともに前後左右の座席の各マイク
ロフォン３０からの信号を誤差信号として入力し、両信
号に基づきフィルタ係数の更新値を計算し、逐次フィル
タ係数を更新していく。

マルチチャンネルディジタルフィルタ３１は、この逐次
更新されるフィルタ係数にしたがって演算処理し加振ア
クチュエータ２６および高分子圧電体２７に駆動信号を
出力する。

かかる制御により車室２２周囲の所要部位に配設された
加振アクチュエータ２６および高分子圧電体２７にそれ
ぞれ最適振動を与え、エンジン２１から直接受ける固体
伝搬振動及び音響加振振動を逆波形の振動をもって相殺
して車室２２周囲のボディの振動を低減しており、マイ
クロフォン３０．３１の出力電圧は低下する。

すなわち前後座席に乗った人の耳に入る騒音を低下させ
ることかできる。

第１０図および第１１図は、本実施例における右前部座
席における音圧スペクトルとマイクロフォン３０の出力
を示している。

両図ともに破線が制御していないとき、実線が制御をし
たときの結果であり、音圧の振幅および出力電圧ともに
制御時には大幅に低減していることがわかる。

第５図に示す第２の実施例と同様、第１２図ないし第１
４図に示す第４の実施例のように各パネルの各加振アク
チュエータ２６に隣接して加速度ピックアップ３５を取
付け、これらを係数更新アルゴリズム３２に入力するこ
とによっても、同様の騒音低減効果を得ることが可能で
あった。

この第３、第４の実施例においても、係数更新アルゴリ
ズムか収束し安定した後は、係数更新をストップ巳ても
騒音低減効果：よ変わらなかったので、係数を固定した
マルチチふンふルのデインタルフィルタに置き換えるこ
とによりシステムの簡素化を図ることも可能である。

前記実験結果は後部座席の場合も略同様であった。

次に第５の実施例について第１５図ないし第１７図に基
づき説明する。

同側は、住居の隔壁に適用した例である。

薄いパネル４０で２つの部屋４１．４２が画成されてお
り、パネル４０には加振アクチュエータ４３が貼設され
ている。

一方の部屋４１に擬像振動源としてスピーカ４４を配置
し、その近傍にマイクロフォン４５を設置している。

他方の部屋４２には、騒音の低減を目的とする位置にマ
イクロフォン４６を設置している。

制御回路であるマルチチャンネルディジタルフィルタ４
７および係数更新アルゴリズム４８には、スピーカ４４
近傍のマイクロフォン４５の検出信号か入力され係数更
新アルゴリズム４１０こはさらに部屋４２例のマイクロ
フォン４６からの信号を誤差信号として入力している。

前記実施例と同様に係数更新アルゴリスム４８により逐
次フィルタ係数か更新され、同フィルタ係数に基づきマ
ルチチャンネルディジタルフィルタ４７が制御信号を出
力し増幅器４９を介して加振アクチュエータ４３を駆動
しパネル４０を振動させる。

前記実施例と同様にスピーカ４４によって発生された音
圧によってパネル４０が受ける振動を、逆波形の振動を
もって抑制し騒音の低減を図っている。

第１６図、第１７図はマイクロフォン４６における音圧
スペクトルおよび出力電圧を示しており、前記実施例同
様に音圧の振幅、出力電圧がともに大幅に低減している
。

この第５の実施例においても第１８図に示す第６の実施
例のようにマイクロフォン４６のかわりに加速度ピック
アップ５５をパ２、ル４０に固着して設けることによっ
ても同様の騒音低減効果を得ることが可能であった。

次に第７の実施例について第１９１に基づき説明する。

同側はプレハブ家屋６０の外壁６１に加振アクチュエー
タ６２を貼設した例であり、家屋６０内には２個のモー
タ等の振動８６３．６４を配置し、各振動源６３６４に
は振動センサ６５．６６を固着し、プレハブ家屋６０の
外には騒音の低下を目的とする２つの位置にマイクロフ
ォン６７が配置されている。

本実施例においてもマルチチャンネルディジタルフィル
タ６８および係数更新アルゴリズム６９を用いており、
振動センサ６５．６６の検出信号は各々分岐してマルチ
チャンふルディジタルフィルタ６８と係数更新アルゴリ
ズム６９に入力され、マイクロフォン６７の検出信号は
係数更新アルゴリズム６９に入力されている。

マルチチャンネルディジタルフィルタ６８からは増幅器
７０を介して加振アクチューエータ６２に駆動信号が出
力される。

本実施例は以上のように構成されており、２個の振動＃
６３．６４を有する場合にも両振動ｈｑ６３．６４から
検出された信号を各々マルチチャン矛ルディ５・タルフ
ィルタ６８により誤差信号を最小にするよ：）な制？ｆ
ｆＤ信号を形成し、増幅器７０を介して加振アクチユエ
ータ〔；２の駆動信号とすることで側壁６１の振動を抑
制し２２つの装イクロフォン６フイ◇置での騒音は大幅
に低減される。

すなわちある程度の広がりをもった空間においての騒音
低減が達成される。

この第７の実施例についても第２０図に示す第８の実施
例のように係数更新アルゴリズム６９に入力されるマイ
クロホン６７の出力のかわりに加速度ピックアンプ７５
を外壁６１に固着して設け、この出力を人力するとによ
っても同様の騒音低減効果を得ることが可能であった。

なお３個以上の振動源を有する場合も同様の構成で同様
の騒音低減効果を得ることができ、広い通用範囲を確保
できる。

また以上のどの実施例においても加振アクチュエータに
動電型の慣性マスアクチュエータを用いることもできる
。

主恩■羞来 本発明は、ディジタルフィルタを用いて振動源から直接
受ける振動と逆波形の振動を加振アクチュエータに与え
、音響放射体において両者を相殺して振動の低減を図り
、騒音を大幅に低下させることができるので、周期振動
に限らず、あらゆるランダム振動に対して対処でき、ま
た振動も音響加振振動および固体伝搬振動を問わず対処
可能で通用範囲が極めて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る第１実施例の振動制御装置の構
成図、第２図は同実施例の加振アクチュエータの配置図
、第３図および第４図は同実施例における実験結果を示
す図、第５図は第２実施例の振動制御装置の構成図、第
６図および第７図は第３実施例の自動車に通用した振動
制御装置の配置図、第８図は同実施例のウィンドの断面
図、第９図は同実施例の制御系ブロック図、第１０図お
よび第１１図は同実施例における実験結果を示す図、第
１２図および第１３図は第４実施例の自動車に通用した
振動制御装置の配置図、第１４図は同実施例の制御系ブ
ロック図、第１５図は第５実施例の振動制御装置の構成
図、第１６図および第１７回は同実施例における実験結
果を示す図、第１８図は第６実施例の振動制御装置の構
成図、第１９図は第７実施例の振動制御装置の構成図、
第２０図は第８実施例の振動制御装置の構成図、第２１
図は従来の振動制御装置の構成図である。 １・・・遮音ボックス、２・・・スピーカ、３・・・ノ
イズシェフレータ、４・・・パワーアンプ、５・・・遮
音板、６・・・加振アクチュエータ、７・・・マイクロ
フォン、訃・・ディジタルフィルタ、９・・・係数更新
アルゴリズム、１０・・・マイクロフォン、１１・・・
増幅器、１５・・・加速度ピックアップ、 ２０・・・自動車、２１・・・エンジン、２２・・・車
室、２３・・・ダンシュボード、２４．２５・・・加速
度ピンクアップ、２６・・・加振アクチュエータ、２７
・・・高分子圧電体、２８・・・ウィンド、 ３０・・・マイクロフォン、３１・・・マルチチあン２
ルアイジタルフィルタ、３２・・・係数更新アルゴリズ
ム、３３・・・増幅器、 ３５・・・加速度ピックアップ、 ４０・・・バ♀ル、４１．４２・・・・・・部屋、４３
・・・加振アクチュエータ　４４・・・スピーカ、４５
．４６・・・マイクロフォン、４７・・・マルチチャン
ネルテ′イシタンレフイルり、４８・・・係数更新アル
ゴリズム、４９・・・増幅器、５５・・・加速度ピック
アップ、 ６０・・・プレハブ家屋、６１・・・外壁、６２・・・
加振アクチュエータ、６３．６４・・・振動源、６５．
６６・・・振動センサ、６７・・・マイクロフォン、６
８・・・マルチチャンネルディジタルフィルタ、６９・
・・係数更新アルゴリズム、７０・・・増幅器、 ７５・・・加速度ピックアップ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動源または騒音源に当接または近接して設けられた振
   動検出手段もしくは騒音検出手段と、音響放射体に設置
   された加振アクチュエータと、前記振動検出手段または
   騒音検出手段による検出信号を入力し前記加振アクチュ
   エータに制御信号を出力する制御手段とを備え、同制御
   手段は前記振動検出手段または騒音検出手段による検出
   信号を用いて音響放射体が発生する振動波と逆波形の振
   動波を加振アクチュエータが発生するような制御信号を
   形成して出力するディジタルフィルタであることを特徴
   とする振動制御装置。