高分子材料を用いた振動低減・電磁波吸収による電子機器の雑音対策法近畿大学工学部機械工学科教授西村公伸連絡先 TEL:082-434-7000 e-mail:[email protected] 1 提案技術の背景1 オーディオ機器における音質改善手法１．インシュレータ：種々の形状・材質で実用化２．ケーブル類（信号・電源）３．オーディオラック・スピーカスタンド等多種多様 ⇒インシュレータはアンプなどの「足」として使用電気的効果は期待できないはずだが・・・？・・・雑音低減効果あり! ⇒ 何が影響するか? 2 提案技術の背景2 内部雑音低減の原因 ⇒不要振動の除去や低減電子機器における振動の影響・・・地磁気との相互作用例：地磁気に垂直な5cmの導体、地磁気と導体に垂直な方向に周波数10kHz、振幅 100 mの振動により両端に0.01mVの電圧（-100dBのバックグランドノイズ）発生音響機器での振動抑制が重要。 ⇒精密電子機器でも同様！？ 3 Noise Level under 13k (E-Type 6) オーディオ機器の振動によるアンプ出力の変化 (13kHz) Noise L evel dB with insulators -40 E-Type 6 -60 -80 -100 -120 0 5000 10000 15000 20000 Noise Level under No Signal (E-Type 6) -40 signal 13kHz E-Prop Noise Level under 13k(No-Prop 3WP) -60 -80 -100 -120 0 5000 10000 f Hz 音響加振なし 15000 20000 Noise L evel dB Noise Level dB f Hz -40 No-Prop -60 -80 -100 -120 0 音響加振あり 5000 10000 15000 20000 f Hz 4 提案技術の背景3 インシュレータに高分子材料水溶液を併用 ⇒雑音低減・音質改善効果の向上 ⇒高分子材料水溶液の利用はできないか？オーディオ機器での応用１．電源トランスへの応用２．電源コードへの応用３．ディジタル信号ケーブルへの応用一般的には、上記１.の対策は電源分離、2.3．は高材質化。何れもコストがかかり価格が大きく上がる。 5 従来技術とその問題点オーディオ機器での高音質化：１．高級材料：高級線材（９N、銀線）、銅の利用２．高品質部品：コンデンサ、抵抗、真空管・・・ ⇒コストアップ提案手法の利点１．雑音対策の原理が全く異なる ⇒従来の手法では対策出来ない雑音に効果２．低コスト３．形状がフレキシブル 6 新技術の特徴・従来技術との比較 • 従来技術では解決し得ない、白色雑音（聴感上）をさらに低減することに成功した。 • 従来は再生音において、奥行きや高さの変化が再現できなかったが、音像の前後・上下の位置の違いを聞き取れるまで性能が向上できた。 • 本技術は、市販のオーディオ機器に容易に適用でき、水溶液であるため、封入容器により形状を自由に変えられ、応用箇所が広い。 • 原価は非常に安く(1ℓ数百円）、利用によるコスト上昇は非常に低く抑えられることが期待される。 7 雑音低減の原理１．雑音の原因： ①機械的振動、②電磁波or外部雑音電流２．高分子材料水溶液の動作： ①外部振動による高分子材料の加振と外部磁界との相互作用による分極モーメントの回転（推定） ②電源コードなどに流入する高周波交流電流による磁界変動と分極モーメントの相互作用による分子の回転(推定) 8 高分子材料溶液のモデル • PEGの分子構造 HO-(C2H4O)n-H H O O H • 単鎖結合：C-C-O H H O C C CやOのなす角度は約105度 H C C H • 結合は回転可能・・・大きく変形 H HH H • 単純な円筒でモデル化 • 両端に OH– と H+ l B v=d r 数値例：M = 10 D，l = 59m，r = 0.3 nm， d = 1 m m = 1.17×10-20 kg，B = 4.5×10-5 Wb/m2 反転運動の角周波数：約８Hz 9 ブルーレイレコーダーとアンプの電源コードに高分子材料水溶液を封入したチューブを巻く機器間のアース電位の差を低減 10 機器アース間の電位差 HDMIおよび電源コードにPEGチューブ使用の有無による比較信号再生時 PEG Normal PEG-Norm (dB) PEG-Norm (V) Average -145.6 -143.5 -2.09 -6.10E-08 Variance 116.8 156.2 81.03 1.13E-13 0-10kHz -138.6 -135.1 -3.43 -1.10E-07 10k-20kHz -152.6 -151.9 -0.75 -1.18E-08 PEG-Norm (dB) PEG-Norm (V) 無信号時 PEG Normal Average -157.6 -158.4 0.79 1.04E-08 Variance 81.3 93.9 69.49 7.98E-14 0-10kHz -155.7 -155.4 -0.30 -2.10E-08 10k-20kHz -159.5 -161.4 1.88 2.06E-09 11 電源トランスでの使用例 ( b) 電源トランス：パック巻きつけ状態パック (a) 電源トランス：ノーマルの状態スピーカユニットへの適用 12 レシーバーアンプ電源トランス：PEGパック電源コード：PEGチューブ RCD-M37 0 0 -20 without PEG Mod. -40 Level dB Level dB -20 -60 -80 -40 -60 -80 -100 -100 -120 -120 0 5000 10000 f Hz 15000 20000 with PEG Mod. 0 5000 10000 f Hz 15000 20000 RCD-M37のPEGによる対策の効果（１ｋHz信号入力に対する5kHz-15kHz帯域のノイズレベルの比較） State 1kHz Level 5 1kHz Level 8 No Signal Noise Levl Dif. -0.956 -0.866 -0.372 (dB) 13 ノートPCでの音像位置の比較ビートルズ：イエローサブマリンディスプレイボード＋E-Type スピーカキーボードドラムギター平面図（前後の位置）正面図（上下の位置）波の音ヴォーカルディスプレイスピーカボードなしキーボード 14 ノートPCでの音像位置の比較（ヘッドホン受聴）高分子材料水溶液封入ボードありドラムギタービートルズ：イエローサブマリン波の音ヴォーカル高分子材料水溶液封入ボードなし 15 想定される用途 • オーディオ技術以外に本技術の特徴を生かすためには、（高周波）振動の影響を受ける場所で微細な電気信号を扱う場合、振動吸収による雑音低減が効果を発揮すると考えられる。 • 例えば、PCのハードディスク、DVDなどのドライバー、ヘッドホンのマグネット。 • 高周波数の電磁波吸収が期待できるので、スマホのカバーに組み入れて音質改善。 • 振動吸収能力を利用して、車載用スピーカ、カーステレオへの応用 16 電磁雑音の低減：高分子材料溶液 • 対象に応じて変形自在（小型・大型） • 振動源，電磁雑音発生源に直接適用 • 特にディジタル電子機器に有効パックディジタル機器 0 0 2000 4000 6000 8000 -20 0 0 2000 4000 6000 -80 -100 10000 AAC（without PEG） -40 AAC(with PEG） -60 8000 -20 AAC(with PEG） -40 10000 ＡＡＣ（without ＰＥＧ） -60 -80 -100 -120 -120 a) 1kHz 正弦波再生時 b) 5kHz 正弦波再生時小型ディジタルオーディオでのPEG水溶液の効果 17 パソコンでの使用例高分子材料溶液の利用により，PCのハードディスクアクセスが２％程度高速化 40 デスクトップPC 39.8 測定速度 [M B/ s] 39.6 39.4 39.2 39 38.8 38.6 38.4 ノーマル電源 HD 電源+HD ベンチマークテストの結果 18 スピーカユニット装着状態高分子材料パックマグネット背部の空間スピーカユニット・マグネットヘッドホンでの使用例 19 実用化に向けた課題 • 現在、水溶液であるので蒸発が懸念され、ポリエチレンの容器で3年程度レトルトパックなどで5年程度は有効。さらに長期に使用するための容器の検討が必要である。 • 液体で、人畜無害であるが、破裂などによる機器の損傷（電子回路への影響）防止の検討が必要。特に100度を超える高温箇所での使用が難しい。 20 企業への期待 • 高分子材料水溶液の応用対象の提案：例えば、スマホカバー、携帯カバーなどへの封入・・・高音質化カバー。 • インシュレータとの併用でピアノなど（床に設置して演奏する楽器：チェロ、コントラバス、バスクラ、ティンパニ・・・）楽器に生じる不要振動除去による音質向上を目指し、楽器メーカーとの共同研究を希望。部分的に実証済み。 21 本技術に関する知的財産権 • • • • • 発明の名称：吸収体出願番号：特願2010-226313 特許番号：特許第5644003号出願人：近畿大学、KRYNA(株) 発明者：西村公伸、伊奈龍慶 22 お問い合わせ先近畿大学次世代基盤技術研究所（工学部キャンパス内）社会連携センター近村淳ＴＥＬ 082－434 － 7000 ＦＡＸ 082－434 － 7020 e-mail [email protected] 23