第13回 アクチュエータとしてのトランスデューサ/
音や振動のアクティブコントロール
1980年代以前、アクティブな対策を実現するには電気信号の処理速度がネックでした。その後20～30年の間のデジタル信号プロセッサ(DSP)の大規模な発達により、処理速度による制約は解消されました。その代わりに、トランスデューサによる制限がネックとなっています。
トランスデューサは通常、効率が低く、閉ラウドスピーカーボックスの周波数伝達特性が機械的共振周波数よりも6 [dB/オクターブ]低くなるため、特に低周波数帯において低いと言えます。システムを、より低周波数に調整することは、より大きな体積に直接つながります。そうでなければ、共振周波数は周囲の空気の粘性によって決定されるからです。
アクティブ対策の適用先が、トランスデューサが設置できるだけの限られたスペースの場合、これは決定的な制限になる傾向があります。このため、強力なトランスデューサがアクティブな対策の適用範囲を広げるためには不可欠となります。
また、固体伝播音を直接制御するために使用されるデバイスとしては、実証済みの原理を参照し、電気力学的または電磁的な加振器によって実現されます。
それに加えて、ひずみが少なく空気伝播音による励振を考慮する必要がない他のトランスデューサの原理においては、固体伝播音に対しては非常に効果的です。圧電効果と磁歪効果の両方により、非常に強い力を加えることができます。
ただし、これらの効果に関する小さなひずみは、力の適用ポイントが小さな移動距離にのみ依存する場合には適用が制限されてしまいます。
このような制限が起こらない特別なケースもあります。図1は第5回でご紹介した、列車内でのアクティブ補正の例です。この例では、二次ばね内に仕込んだピエゾ素子によって、車体全体の補正に適用されています。大きな力の可能性とコンパクトな配置の組み合わせにもかかわらず、直線性の問題により実際の適用の場合には電気力学的アクチュエータが適しているという洞察に最終的につながりました。
図1 列車内客室の空間音圧分布
アクティブな力補正 なし(上図) あり(下図)
表面構造の場合、アクティブ制御はポイントでの力の適用とは関係がありません。特に、棒と板を使用すると、適切なアクチュエータをこれらの中または上に組み込むことができます。
電気的に整形可能な要素を構造に統合すると、「インテリジェント」または「適応性のある」構造などの言葉に込められた複数の視点と希望が生まれます。これまで主に単一モードと波の制御に基づいた実現可能性のいくつかの証拠があるにもかかわらず、表面分布アクチュエータまたは構造統合アクチュエータの実際の可能性は、まだ確実に予測することはできません。
そのようなアプローチが将来的に適用可能な技術に成熟する場合、それらは構造物からのまたは構造物を介した音響放射および伝達のアクティブな制御のための有望な基盤として役立つ可能性があります。