機械制御/振動騒音
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技術資料

第1回 イントロダクション
音や振動のアクティブコントロール

「逆相の音によるノイズ低減」:40年以上にわたってこの魅力的でキャッチーなテーマは物理的な存在以上に注目を集めています。事実、この手法は部分的にでも不快と感じられる音場、つまりはノイズの存在する音場に対して有益で役立つアプリケーションとして認められています。この手法及びその音響工学の応用的拡大は多くの人に受けいれられてきました。この理由として、私たちの生活の中で増えゆくノイズをコントロールすることが出来れば、我々の環境の中のノイズを低減出来る可能性、及び間接的にノイズ低減に貢献できる可能性があるからです。

もちろんアクティブコントロールを強く支持する人達によって発表、断言されてきた事柄(時にかなり不注意な方法で)の全てが理解、実現されてきたわけではありません。それでもこの手法の妥当性やこれまでの成功例から、これまでずっと技術の適用や技術応用への関心が持たれ続けてきました。

上記してきた波場を制御する手法は、位相の異なる2つの波動があった場合に、どの様にそれらが干渉、打ち消しあうかというシンプルな物理の波の干渉原理に基づいています。この手法は意図的、かつ電子技術的に波の干渉をコントロールすることから「アクティブ」という特性(属性)で一般的に特徴づけられています。

この様にアクティブコントロール対策は、与えられた力学場(プライマリーフィールドと呼ばれています) の物理量に対して、電気的に駆動されたアクチュエーター(アンチソース)、もしくはセンカンダリソースと呼ばれています)により付加的に発生した2つ目の場で重ね合わせによる修正を施すことを目標にしています。

このアプローチは空気伝播領域に限定されるものではありません。これは任意の媒体―すなわち流体、気体、並びに弾性体の固体伝播領域や振動領域でも同様に有効です。したがって空気伝播音を直接的に補正する以外にも、アクティブ対策は構造物の(構造上の)振動を制御することによって空気伝播音の放射を抑圧できる可能性もあります。

対象の場の補正が成功出来たら全く新しい可能性が広がります。もし我々が与えられた音場や振動場に対して逆相の(打ち消しあう方向の)場を作成することに成功したら、我々は新しい任意の場分布を発生、実現させることができるはずです。その際、完全に消失させる(ゼロ)場に近づけようとせず、ゼロ場ではない任意の現実的な場分布に近づけていくことがより一般的な方法です。この様にして、アクティブサウンド低減はアクティブサウンド発生と関連し、アクティブノイズコントロールはアクティブサウンドデザイン(ASD)と関連しています。

音場及び振動場のアクティブコントロールの魅力は、その優位性としてすばらしい結果を導くことが出来ると既に証明されてきたダクトや小さな体積の音場の様な適用しやすい環境にだけに限られているわけではありません。アクティブノイズコントロールは、古典音響学と革新的かつ急速に発達してきているデジタルエレクトロニクス分野や電気機械トランスデューサとの新しい組み合わせにも影響を与えています。

しかしながら、ほとんどの場合でその技術を実際に適用出来るかどうかはその優位性よりも堅牢性や経済的な効率性に依存します。そしてこの事は多くの場合で、電子工学的、電子機械学的な努力を必要とすることになります。又、過去には想定されるあらゆる適用方法を組織的に保護しようとしたことにより、特許の極端な混乱状況が引き起こされ、アクティブ制御は特殊なほんのわずかな場合でのみに使用できる方法であるとの見方がされてきました。又、現実的に実用化の可能性があると考えられる研究結果もごくわずかでした。しかしながら上記した特許の期限切れが起こる共に技術の進歩によって、実践的なアクティブ制御の採用はゆっくりではあるものの着実に成長し続けていくと推測されます。

次回以降では現状のアクティブサウンド/振動制御技術の概要についてご説明していきます。最も重要かつ期待出来そうな活用方法のご紹介の他に、どの様にアクティブ制御方法を設計、適用していくべきかというアドバイスや基本的なメカニズムについてご紹介していきます。テクノロジーの急速な変化を受け、技術的な詳細は簡易的なアウトラインに留めていく予定です。

 

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  • 第2回 技術的発達の歴史
    音や振動のアクティブコントロール

    「(電気機械的に)制御された干渉によるノイズ消去」としてアクティブノイズ低減の考えに関して記載された最初の書面は、1933年から1934年にP. Luegによって取得されたいくつかの特許の中で見つけることが出来ます。

  • データ収集機器(DAQ)の性能指標

    データ収集機器(DAQ)のフロントエンドには、あらゆるノイズの影響が最小限になるような設計が求められます。そのような観点からDAQフロントエンドの性能を表すために、信号にどの程度ノイズが乗ってしまうかを示す様々な指標が利用されています。

  • スピーカ計測・評価技術 / 第6回
    スピーカ特性シミュレーションとモデルベース聴感試験

    いいスピーカとは何か、測定によって数値化して、その数値が高いほどいいスピーカである、という風に定量化ができればスピーカの開発は苦労しないと思います。ご存知の通り、今のところそのような測定器はありません。そのため、実際に聴感試験を行い、製品を評価します。

  • スピーカ計測・評価技術 / 第5回
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    スピーカより発生するひずみは、その発生原因毎にいくつかの種類があります。主に、定常的に発生する線形ひずみ、スピーカの駆動状態によって発生する非線形ひずみ、そして、接触や異物によって発生する非定常ひずみ=Rub&Buzz(以下、ビリつき音)に分類されます。中でも、ビリつき音はその性質上、非常に耳に付きやすく、製品の品質に大きな影響を与えます。

  • スピーカ計測・評価技術 / 第4回
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  • スピーカ計測・評価技術 / 第3回
    大信号時のスピーカ特性

    スピーカユニットは、小信号で駆動しているときと大信号で駆動しているときでは、その性質が異なります。小信号時=ボイスコイルの変位が小さい時は線形であるのに対し、大信号時=ボイスコイルの変位が大きい時は非線形性を持ち、ひずみの原因となります。どの程度の電圧/音量で大信号、つまり非線形領域での駆動となるかは、そのスピーカユニットのサイズや重さ、形状で決まります。
    線形駆動時の特性は、第1回のT/Sパラメータで解説いたしました。今回は、大信号時の非線形の性質をどのように定量化し評価していくか、解説していきます。

  • スピーカ計測・評価技術 / 第2回
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    スピーカユニット表面、つまりダストキャップ、ダイヤフラム、サラウンドが振動することで、音が発生します。故にスピーカユニットの表面がどのように振動しているかが、音の広がりに大きな影響を与えます。その振動形状の測定方法、解析方法について、解説していきます。

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    スピーカユニットの性能評価:TSパラメータ

    近年、ハイレゾオーディオに対応したイヤホン/ヘッドホンやスマートスピーカの流行により、私達はスピーカを搭載した様々な製品に囲まれ、生活をしています。ではそのスピーカ製品はどのように設計されているのでしょうか。

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