計測自動制御学会東北支部第245回研究集会（2008．10．24）
資料番号245−13圧電振動子を用いたアクティブ遮音制御
ActiveNoiseIsolationbyUsingPiezoElectricVibrator

O五内川卓 渡部慶二 村松鋭一有我祐一 遠藤茂 井坂秀治（山形大学）＊T．GonaikawaandK．WatanabeandE．Muramatsuand
Y・ArigaandS・EndoandH・Isaka（YamagataUniversity）
KeyWords：ActiveNoiselsolation，PiezoelectricVibrator，lmpulseNoise，Lowdimension，AnalogController
連絡先＝〒992−8510 山形県米沢市城南4丁目3−16山形大学工学部応用生命システム工学科

渡部，村松，有我研究室 五内川卓 Tel：（0238）−26−3005 E−mail：gOnataku510＠hotmall．co．jp

1 はじめに近年，生活環境を重視する声の高まりに伴い，
アパー

トやマンション等の一般集合住宅における床衝撃音の騒音対策に大きな関心が寄せられている（l）．床衝撃音は，パッシブな対策だけでは解決が困難であるため，アクティブ制御技術を用いたアクティブ遮音制御が注目されており，実用化が期待されている（2）（3）．しかし，現状のアクティブ遮音制御の研究では，コントローラにDSPを用いた適応フィルタによるフィードフォワード制御を用いた制御を行っているため，実用化の段階で制御効果の再現が困難となる．そこで，制御効果の得られるアナログコントローラの設計が必要になる．アナログ化を行う問題点は以下の2点に要約できる．制御時の適応フィルタがブラックボックスとなっていること，また，そのフィルタをどこまで低次元化することができるか，である．
そこで本研究では，アクティブ遮音制御の実用化に向け必要十分な次数を持つアナログコントローラの設計を目的とする．本報では適応制御時におけるDSPの入出力から得られる周波数応答を基にフィルタの設計を行い，DSPに実装し再現イクロフォンを設置している．
2．2 圧電振動子 図2に圧電振動子の構成を示す．圧電振動子は￠50mm，厚さ0．2mmの裏鉄板の両面にd）40m皿，厚さ0．12mmのPZTを貼り付けたバイモルフ構造になっている．振動子の中心には孔が設けられており，プラスチックの接続棒を用いて中心支持している．この接続棒を介して，振動子の変位を遮音制御板へと伝えている．また振動特性を平坦化するため，40mmX20m，厚さ3m皿のラバーウェイトを圧電振動子の中心から10mの位置に対称に取付けている．
2．3 制御方法 制御システムは適応制御時の周波数応答を基にMatlabにより算出した伝達関数をフィルタとしてプログラムしたDSPを用いたフィードフォワード制御となっている．

3 測定方法
3．1遮音特性 測定はすべて準無響室内で行っている．遮音特性の試験音には軟球を床に落下させた過渡普を用いる．遮音制御板を取り付けて制御を行わない状態，制御を行った状態の2条件で行う．また，マイクロフォンで各周波数の音圧レベルを測定する．

可能なコントローラであるか検討を行ったので報告する．
2 実験装置2．1実験装置 図1に実験装置の概略を示す．
騒音源には，ダイナミックスビーカで空気加振された薄板の音源を用いる．薄板は400mmX400mm，厚さ5mmの高密度発泡スチロールである．また，薄板中央には制御信号入力用の加速度ピックアップを取り付けている．遮音制御板の寸法は450mX450Ⅰ皿であり，板の周辺を固定支持している．
また，遮音制御板は板中央にプラスチックボルトで取付けた圧電振動子によって駆動する．さらに，遮音制御板の中心直上250mmの位置に制御用のマFig・1Schematicdiagramofexperimentalapparatus

074適応制御時の周波数応答とボード線図︵U′C

図3（a）に適応制御時におけるDSP入出力のゲイン線図（実線）と設計したコントローラのゲイン線図（被線），（b）にそれぞれの位相線図を示す．伝達関数の推定にはMatlabを用い算出する．（a）に示
すように，ゲイン線図は多数のピークを有してい50蔓

琶40 暑；：るため，正確に再現すると高次元化してしまう．
実用的な観点より低次元化が望ましいことから，微小なピークを無視する．今回は250Hz，600Hz前後のピークに着目し，5次のコントローラとし10100た．

20〔）

30040亡）FrequencyrHz．】

500600700（a）gain

5 測定結果および考察
5．1伝達関数モデルを用いたアクティブ遮音制御
図4に設計したアナログコントローラを用いて行ったアクティブ遮音制御の遮音特性を示す．図4より制御時に各周波数において減音効果を認められず，全体的に音圧を増幅してしまっている．
150Hz以下の周波数帯では音圧の増幅がほぼ見られない．図3（b）に着目すると，位相がずれ始める150Hz以上の周波数帯において音圧が増幅してしまっている．特に550H乙 700Hz付近においては制御することにより，他の周波数よりも昔圧

200

300

400500（b）phase

Fig.3 Bode diagram

Oヽ︑．▼

∩︶

O 5 O 止丁0﹁−図5に300Hz以下の制御に絞ったアクティブ遮音制御の遮音特性を示す．図5よりわずかではあるが最大音圧の低減を確認することが出来る．また，600Hz付近に見られた音圧の上昇も抑えることが出来た．これは制御対象周波数を300Hz以下としLPFとNFを組み合わせた効果を得ることが′﹂U原因であると考えられる．

﹇ロpごUトUJ2コSSひよp⊆コOS

かる．適応制御ではこの周波数帯にある筐体の振ハ7Uがさらに増幅してしまっている．これは図3より位相が1000 から1500 近くずれているのに加え：ゲインのピークの位置と一致していることが分動モードを抑えつつ，低周波数帯の騒音を低減していたと考えられるが，コントローラの設計の際に無視してしまったことが音庄の増幅となった100

できた言える．しかし，最大音庄こそ低減できて

43Fig・2 ConstruCtionofpiezoelectricvibrator

5［∪。血］、し戚jFrequency［Hz）

0蘭

且飽

7000．ノPZT

6（）00／Brassprate（C2801P）

5000Controlboardト1．ノ′ ′Connectingrod（M3bo】t）

400′b‑‑ Rubber weight

20（） 300

Fjg・4 Frequencyresponsesofimpulsenoise﹇︷苛ごU＞りJO旨SSひ左P∃OSいるものの実際には遮音制御板のパッシブな効果が表れているのが現状である．制御対象周波数の範囲を狭めることで制御効果を得始めたことから，さらに制御対象周波数を絞ることで衝撃音の低減が可能になると考えられる．

60（IFrequellCy［Hz】

100 200 300 400 500 600 700
Frequency［Hz］
Fig・5 Frequencyresponsesofimpulsenoise（＋LPF＋NF）

6 おわりに適応制御時の周波数応答からフィルタを設計し，制御効果の再現を試るシミュレーションを行った．その結果，低次元コントローラを得ることができたが，その制御効果は有効であるとは言えない．しかし，制御する周波数帯域を狭くすることで制御効果を得始めたことから，アナログコントローラの設計は狭帯域に絞って行うことによ参考文献

1）渡辺博幸他：圧電振動子を用いたアクティブ遮音制御，D＆Dアブストラクト集，142，（2005．9）

2）井坂秀治他：アクティブ遮音制御による床透過騒音の低減，D＆Dアブストラクト集，395，（2006．8）

り制御効果を得られるという傾向を得ることが

3）十二町祥隆他：錘っき圧電スピーカを用いた
アクティブ遮音制御，D＆Dアブストラクト集，出来た．今後の課題として，広域の周波数を制御するのではなく，制御するターゲット周波数を衝

4）西村正治 他：アクティブ制御今昔，日本音

撃音のピークに合わせた狭帯域としアナログコ

響学会詰，59−7，399／400（2003）

ントローラの設計を行い，製作を行う．

08−14，332，（200臥9），