| 研究課題/領域番号 |
18K04004
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
貝塚 勉 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50756369)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 騒音 / 放射音 / 遮音 / 振動 / 制御 / 構造音響連成 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、閉空間（部屋の中）の騒音制御に関する。閉空間の壁が振動し、壁から閉空間へ騒音が放射される問題を取り扱う。本研究の目的は、壁に取り付けたセンサ・アクチュエータを使って壁の振動を制御し、騒音を低減することである。ただし、振動と騒音の大小関係は比例せず、振動を単純に抑制しても騒音を効果的に低減できない。騒音を効果的に低減するためには、どう振動を制御すれば良いかという点が、本研究で解決を目指す課題である。
前年度（1年目）は、振動モードごとの音響ポテンシャルエネルギを定量的に評価して騒音への寄与の大きい振動モードを特定し、その振動モードを選択的に計測・制御できるセンサ・アクチュエータを用いて当該振動モードだけを抑制するという制御系設計論を考案し、さらに、そのPOF（proof of concept）のための例題を計算機シミュレーションで試行したところ、期待どおりの騒音低減効果が示された。
当該年度（2年目）は、実験に関する作業を行った。結果の考察をしやすいよう、解析解が得られる閉空間を実験系として選択した。具体的には、直方体の閉空間であり、天井面が弾性平板（4辺が単純支持された矩形平板）、その他の面が剛体とみなせるものである。まずは計算機シミュレーションを行い、閉空間の振動・音響特性を分析し、考案した制御系を適用して実現しうる騒音低減効果を予測した。この際、今回の実験で使用可能なセンサ・アクチュエータの個数、コントローラのチャンネル数などを考慮し、POFの実験が実施可能な閉空間と制御系の仕様を決定した。その仕様に従い、閉空間と制御系を設計・製作し、実験に着手した。その他、当該年度は、従来の制御法（壁の運動エネルギの最小化、閉空間の音響ポテンシャルエネルギの最小化）を適用したときの振動モードの挙動について計算機シミュレーションを行い、従来法と提案法の機序と効果の違いを整理した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の計画では、1～2年目に制御系設計論の理論構築、計算機シミュレーションによるPOC、実験系の設計・製作を行い、3年目に実験によるPOCを行うこととなっている。前年度（1年目）～当該年度（2年目）が経過した現時点において、実験の着手まで進んでいることから、当初の計画以上に研究が進展していると言える。
前年度は、計算機シミュレーションによるPOCを行ったが、このとき取り扱った例題をそのまま実験系として構築するのは過大な時間と費用がかかると考えられる（低い周波数帯から振動モードと音響モードのモード密度が高く、ゆえに多くのセンサ・アクチュエータが必要となり、ひいてはチャンネル数の多いコントローラが必要になる）。そこで当該年度は、実験系を構築しやすい例題を再設定し、改めて計算機シミュレーションを行い実験結果に見通しをつけたうえで、実験系を設計・製作した（モード密度が比較的低い系に変更し、センサの個数、アクチュエータの個数、コントローラのチャンネル数を削減した。センサ・アクチュエータの配置を工夫したことも、最小限の構成で制御系を構築することに貢献している）。
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| 今後の研究の推進方策 |
実験結果を取りまとめる。また、成果の公表に向けて、学術誌論文等を作成する。見込まれる結論は、次のとおり。
＊考案した制御系設計論を簡潔にまとめると、下記となる：（１）振動モードごとの音への寄与を定量的に評価し、寄与の大きい振動モードを特定する。（２）センサ・アクチュエータの設計を工夫し、狙いの振動モードを選択的に計測・制御する。
＊このように設計された制御系は、次の効果を生む：（１）狙いの振動モードを抑制することで、騒音が効果的に低減される。（２）狙いでない振動モードに作用しないので、振動増大の副作用を回避できる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度から研究代表者の所属研究機関が変更となるのに伴い、研究環境が変化する。変更前の機関で使用していた実験機材等の一部が、変更後の機関では使用できない状況が想定される。そこで、当該年度の助成金の一部を次年度に確保し、必要な実験機材等の調達に充てたいと考えている。
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