一般的に50〜100 Hzの範囲の低周波ノイズまたは低周波音波は、常に最も吸収または操作しにくい。それらは貫通能力が強く、伝播距離が長く、腐りにくいため、効果的に制御することは難しい。
人工吸音材料とメタマテリアルの出現により、有効な音響減衰が可能になったが、この受動音響構造は低周波範囲の構造寸法に制限されたままである。
アクティブノイズ低減／ノイズ低減技術は、ノイズスペクトルと全く同じであるが位相が逆（180°異なる）の音波を放射することにより、一定体積のノイズ波を干渉し除去する。この技術はイヤホンや自動車に広く応用されている
注：画像はインターネットから
その出力は数万ニュートンに達することができ、変位は数μmから260μm以上になることができる。さまざまなサイズがあり、外径が大きいほど出力が大きくなります。高さが高いほど、その変位は長くなります。
CoreMorrow圧電セラミックアクチュエータの例
圧電セラミックアクチュエータによる低周波ノイズ制御の原理は、圧電アクチュエータによるノイズ空間における壁の振動変位、例えば変位周波数と位相の調整により、壁と他の表面のインピーダンスを変更することである。壁のインピーダンスが空気と一致すると、ノイズは完全に吸収され、インピーダンスがゼロの場合は位相が反転し、全反射を引き起こす。また、反射波の振幅を変調してもよい。
圧電セラミックアクチュエータのチューニングの効果を実現するために、音響センサと圧電コントローラは閉ループ制御を形成することができ、音響センサ（例えばマイクなど）はノイズを受信して処理し、対応する電気信号を生成し、電気信号は圧電コントローラにフィードバックすることができ、圧電コントローラは受信と処理に用いることができる。そして、同調変位に対応する電圧信号が圧電セラミックアクチュエータに送られ、圧電セラミックアクチュエータは対応する振動変位を生成し、それによって駆動される壁は振動変位を生成し、そして同調されてノイズの完全吸収または完全反射を実現する。
低周波ノイズは通常長波長を有し、圧電セラミックアクチュエータの大きな変位が必要である。そのため、圧電セラミックアクチュエータの変位を増幅する必要がある。しかし、周波数が低く、高周波よりも時間遅延が長いため、ノイズセンサはより多くの処理時間を持つことができ、圧電セラミックアクチュエータもより多くの変位調整時間を持ち、変位振動電力は相対的に低い。
圧電セラミックアクチュエータの動作電力は通常5 W未満であり、U ^ 2 fCで推定することができる。
大変位の要求に応じて、機械的増幅構造を用いて圧電セラミックドライバの変位を増幅して、低周波波長の要求を満たすことができる。
また、圧電増幅アクチュエータは、壁を駆動するために直接使用することもできる。その出力は比較的小さいが、出力変位は2 mmまで大きくなる。
増幅圧電アクチュエータの例
圧電アクチュエータの駆動下では、音波反射の壁は能動的に同調可能である。すべてのノイズを吸収または反射するためには、ノイズと同じ周波数と振幅を持つ必要がありますが、位相は逆です。まず、壁面変位の位相はノイズ波の位相と一致してロックされる。次に、圧電セラミックアクチュエータを用いて壁の変位を連続的に調整し、ノイズ低減のための最適な位置を見つける。
この過程で、壁の振動調整、つまり表面インピーダンス調整は、ノイズが到着する前に完了する必要があります。電気信号の伝送速度は音響信号の伝送速度よりはるかに速く、センサの信号はノイズよりも早く到着し、これはその後のノイズ低減に有利である。また、音響センサとノイズとの距離が近いほど、センサ信号のフィードバックと処理速度も向上します。音響センサの信号は早めに到着し、必要な駆動信号を生成し、圧電セラミックアクチュエータに到達して振幅、位相などを調整し、壁インピーダンスを調整しなければならない。複数の音源の場合、複合トラックをチューニングする必要がある。
ノイズ除去は低周波音に対して行われる。高周波音波の制御には同様の方法を用いることができるが、受動音響メタマテリアルの方が良い結果が得られる可能性がある。広音波制御には、能動同調と受動制御を組み合わせることができる。
結論
圧電セラミックアクチュエータの急速変位振幅を調整することにより、50 ~ 100 HZの低周波範囲で壁インピーダンスを調整することができ、全吸収または全反射の効果を実現することができる。圧電セラミックドライバの変位は線形に増幅され、低周波波長の要求を満たし、壁面インピーダンス変調の目的を実現する。小さなサイズの壁でもノイズ低減効果が高く、低周波音のノイズを効果的に低減することで、より良い室内聴覚体験を提供し、さまざまな低周波ノイズ低減シーンに最適です。
