スピーカーとバリアの相互作用を考慮した理論制御フィルターを使用した円形アクティブノイズバリア

Aug 10, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 2649 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

特定の屋外空間における騒音低減のために、リアルタイム適応を行わずに理論的に計算された制御フィルターを使用する円形アクティブノイズバリアが提案されました。 可動システムには小型の円形バリアを採用し、作業スペースの位置変更に対応し、バリア周囲に配置した制御スピーカーによるアクティブ騒音制御により、広い周波数帯域の騒音を低減します。 ただし、制御スピーカーとバリア間の相互作用を無視した非常に単純化された理論モデルにより、実験的な固定フィルターを使用して達成された最大パフォーマンスと比較すると、パフォーマンスに大きなギャップがありました。 そこで本研究では、理論的に計算された制御フィルタを適用する際の性能劣化を最小限に抑えることを試みた。 制御スピーカーとバリアとの相互作用を考慮することにより、騒音低減性能を向上させるための別の理論モデルが導入されています。 実験により、対象周波数において約2.6dBの騒音低減性能が向上することを確認しました。

産業現場における騒音問題は​​多様化、深刻化しており、騒音規制の強化に伴い、騒音低減が一層重要な課題となっています。 休憩エリアや作業スペースなどのさまざまな空間の騒音は、ストレス、注意力散漫、難聴を引き起こす可能性があり1、産業の多くの労働者は長時間大きな騒音にさらされています。 ノイズを低減するにはノイズバリアを使用することもできますが、回折ノイズにより低周波帯域のノイズ低減には効果がありません。 低周波帯域の騒音低減を強化するために、バリアにアクティブノイズコントロール（ANC）7を適用したアクティブノイズバリア2,3,4,5,6が検討されている。 バリアの上にスピーカーとエラーマイクを配置することで、ANCにより低周波帯域の回折ノイズを低減します。 アクティブノイズバリアの性能を向上させるために、マイクとスピーカーの配置8、9、制御フィルタの取得方法10、11、および単方向制御ソースの使用12が研究されてきました。 しかし、半無限バリアを用いたアクティブ防音壁は高価であり、設置するには広い場所が必要となる。 また、動きにくいため、固定された環境でしか適用できません。

この問題を解決するために、全体的な騒音低減ではなく、特定の屋外空間の騒音を低減するために、理論的に計算された制御フィルターを使用する円形アクティブノイズバリア13、14、15が提案されました。 円形アクティブ防音壁は、作業スペースや休憩スペースなどの個別の対象空間の騒音を低減することを目的として、小型の円形バリアとその周囲に配置された制御用スピーカーで構成されています。 半無限バリアに比べてコストもスペースもかからず、移動や再設置も可能です。 ANCを適用するために配置されたマイクは作業者の邪魔になるため、対象空間上にマイクを配置せずに理論的に計算された制御フィルタを使用します。 理論的に計算された制御フィルタは迅速に校正できるため、ノイズ源の位置や対象となる制御空間の変化にも容易に対応できます。

ただし、理論的に得られる性能と実験結果との間には大きな性能ギャップがあります。 これまでの研究 13 では、簡単に適用できる騒音制御手法を提供することを目的として、非常に単純化された理論モデルに基づいて制御フィルタが計算されました。 性能の低下は、単純化された理論モデルと実験システムの違いにより発生します。 そこで本研究では、理論的に計算された制御フィルタを循環型ハイブリッド騒音制御システムに適用した場合に生じる性能劣化を最小限に抑えることを試みた。 主な原因の 1 つである制御スピーカーとバリアとの相互作用は、以前の単純化された理論モデルでは考慮できないため、別の理論モデルが導入されます。