(57)【要約】【課題】騒音を十分に遮音する遮音システム及び遮音方法を提供する。【解決手段】遮音システム１１は、全外周が支持された平板状のフィルム１４、振動センサ１７ａ〜１７ｄ、チャージアンプ３７、モード検出回路４２、振動算出回路４３、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄを備える。振動センサ１７ａ〜１７ｄは、フィルム１４の加速度を計測する。チャージアンプ３７は、フィルム１４の加速度から、フィルム１４の速度を算出する。モード検出回路４２は、フィルム１４の速度から、フィルム１４に励起される振動を、複数のモード毎に検出する。振動算出回路４３は、少なくとも１つのモード振動を打ち消す振動を算出する。アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは、振動算出回路４３からの制御信号に基づいて、振動算出回路４３で算出した振動をフィルム１４に励起する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全外周が支持された平板状のフィルムと、
前記フィルムの複数箇所に設けられ、前記フィルムに音波が入射したときに、前記フィルムに生じた振動による加速度を計測する加速度計測手段と、
前記フィルム上に設けられ、前記加速度から前記加速度計測手段が設けられた各位置における前記フィルムの速度が算出され、前記速度に基づいて前記振動が複数のモード毎に分離して検出されたときに、少なくとも１つのモードの振動を打ち消す打消振動を前記フィルムに励起させる振動励起手段と、
を備えることを特徴とする遮音構造体。
【請求項２】
前記加速度計測手段は、圧電性を有し、前記フィルムの変形を電気信号に変換することにより、前記フィルムの加速度を計測することを特徴とする請求項１記載の遮音構造体。
【請求項３】
前記打消振動算出手段は、複数の前記モードのうち、最低次のモードを打ち消す前記打消振動を算出することを特徴とする請求項１または２記載の遮音構造体。
【請求項４】
前記フィルムの形状が長方形または正方形であり、
前記振動励起手段は、前記フィルムの四隅に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の遮音構造体。
【請求項５】
前記振動励起手段は、前記フィルムの中央に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の遮音構造体。
【請求項６】
前記フィルムは、ポリマーフィルムからなることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の遮音構造体。
【請求項７】
前記ポリマーフィルムが圧電性を有することを特徴とする請求項６記載の遮音構造体。
【請求項８】
前記振動励起手段は、圧電性素子からなることを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載の遮音構造体。
【請求項９】
前記振動励起手段は、ボイスコイル型のアクチュエータからなることを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載の遮音構造体。
【請求項１０】
前記加速度計測手段及び前記振動励起手段は、前記ポリマーフィルムと、前記ポリマーフィルム上にパターニングされた電極とからなることを特徴とする請求項７記載の遮音構造体。
【請求項１１】
請求項１ないし１０いずれかに記載の遮音構造体と、
前記加速度に基づいて、各々の前記加速度計測手段が設けられた位置における前記フィルムの速度を算出する速度算出手段と、
前記速度算出手段から入力される前記速度に基づいて、前記フィルムに励起される振動を、複数のモード毎に分離して検出するモード検出手段と、
前記モード検出手段による検出結果に基づいて、前記打消振動を算出する打消振動算出手段と、
を備えることを特徴とする遮音システム。
【請求項１２】
音波がフィルムに入射したときに、複数箇所で前記フィルムの加速度を計測する加速度計測ステップと、
前記加速度に基づいて、前記複数個所における前記フィルムの速度を算出する速度算出ステップと、
算出した前記速度に基づいて、前記フィルムに励起される振動を、複数のモード毎に分離して検出するモード検出ステップと、
複数の前記モードのうち、少なくとも１つの前記モードの振動を打ち消す打消振動を算出する打消振動算出ステップと、
前記打消振動を前記フィルムに励起させる振動励起ステップと、
を備えることを特徴とする遮音方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射する音波を遮音する遮音構造体、遮音システム及び遮音方法に関し、さらに詳しくは、透過させる音波を遮音する遮音構造体、遮音システム及び遮音方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速道路や大型ダクトといった構造物は、社会生活に大きな影響を及ぼす騒音を発生する。このため、従来から、こうした構造物の周辺では騒音を軽減することが望まれている。また、都市の過密化により、オフィスや住居においても、周囲のオフィスや住居，道路等からの騒音を軽減することが望まれている。
【０００３】
騒音は、金属等の重厚な材料からなる遮音壁を設けたり、遮音性を有する建材を用いることにより軽減されることが知られている。こうした遮音性建材等による遮音は、遮音性建材が重く大きいほど効果が大きく、その重厚性によるところが大きい。このため、消音壁等で十分な遮音効果を得られるようにするには、消音壁等をより厚く、大面積にすることが必要になる。一方で、重厚で大面積の遮音性建材等は、その大きさや重さから製造や設置が難しく、また、高価になってしまうという欠点がある。
【０００４】
こうしたことから、近年では、より軽量で大面積化も容易な材料から遮音性建材等を製造することが求められている。遮音性を有する軽量な材料としては、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される圧電性ポリマーフィルムを用いたものが知られている。例えば、圧電性ポリマーフィルムに負性容量回路を接続し、音波が入射することによって生じた振動に応じて圧電性ポリマーフィルムの弾性率を変化させることにより、吸音する吸音材が知られている（特許文献１）。また、同様に、圧電性ポリマーフィルムに、光学活性ポリマーと導電性材料を混入させておき、音波が入射することによって生じた振動のエネルギーを熱エネルギーとして消費し、吸音させる技術が知られている（特許文献２）。
【０００５】
また、建材等によらず消音する方法として、アクティブノイズキャンセル（ＡＮＣ）が知られている。ＡＮＣでは、騒音の音波と干渉して打ち消しあう音波を、予め用意した音源から発生させることによって、所望のエリアを消音する。
【特許文献１】特開平１１−１６１２８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１０８１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や特許文献２に記載されているように、圧電性ポリマーフィルムを用いて吸音する場合、吸音性能はポリマーフィルムの圧電性に依存する。このため、ポリマーフィルムの圧電性が低い場合には、様々な音圧や位相で入射する実際的な騒音に対しては十分な遮音性を得ることは難しい。
【０００７】
また、特許文献１のように、圧電性ポリマーフィルムの弾性率を変化させる場合、弾性率の制御範囲は、負性容量回路の特性によって決まってしまう。このため、負性容量回路の特性によっては、吸音することができる音波がさらに制限されてしまうことがある。
【０００８】
ＡＮＣは、入射音波と打ち消しあう音波を生じさせて消音するが、広い範囲で入射音波を打ち消すような位相の音波を生じさせることは極めて難しい。このため、ＡＮＣで消音することができるエリアは、比較的小さい範囲に限られてしまい、また、消音するために生じさせた音波によって、消音するエリアの外では、かえって騒音が酷くなってしまうことがある。
【０００９】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、実際的な騒音を十分に遮音する遮音システム及び遮音方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の遮音構造体は、全外周が支持された平板状のフィルムと、前記フィルムの複数箇所に設けられ、前記フィルムに音波が入射したときに、前記フィルムに生じた振動による加速度を計測する加速度計測手段と、前記フィルム上に設けられ、前記加速度から前記加速度計測手段が設けられた各位置における前記フィルムの速度が算出され、前記速度に基づいて前記振動が複数のモード毎に分離して検出されたときに、少なくとも１つのモードの振動を打ち消す打消振動を前記フィルムに励起させる振動励起手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記加速度計測手段は、圧電性を有し、前記フィルムの変形を電気信号に変換することにより、前記フィルムの加速度を計測することを特徴とする。
【００１２】
また、前記打消振動算出手段は、複数の前記モードのうち、最低次のモードを打ち消す前記打消振動を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、前記フィルムの形状が長方形または正方形であり、前記振動励起手段は、前記フィルムの四隅に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、前記振動励起手段は、前記フィルムの中央に設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、前記フィルムは、ポリマーフィルムからなることを特徴とする。
【００１６】
また、前記ポリマーフィルムが圧電性を有することを特徴とする。
【００１７】
また、前記振動励起手段は、圧電性素子からなることを特徴とする。
【００１８】
また、前記振動励起手段は、ボイスコイル型のアクチュエータからなることを特徴とする。
【００１９】
また、前記加速度計測手段及び前記振動励起手段は、前記ポリマーフィルムと、前記ポリマーフィルム上にパターニングされた電極とからなることを特徴とする。
【００２０】
本発明の遮音システムは、上述の遮音構造体と、前記加速度に基づいて、各々の前記加速度計測手段が設けられた位置における前記フィルムの速度を算出する速度算出手段と、前記速度算出手段から入力される前記速度に基づいて、前記フィルムに励起される振動を、複数のモード毎に分離して検出するモード検出手段と、前記モード検出手段による検出結果に基づいて、前記打消振動を算出する打消振動算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明の遮音方法は、音波がフィルムに入射したときに、複数箇所で前記フィルムの加速度を計測する加速度計測ステップと、前記加速度に基づいて、前記複数個所における前記フィルムの速度を算出する速度算出ステップと、算出した前記速度に基づいて、前記フィルムに励起される振動を、複数のモード毎に分離して検出するモード検出ステップと、複数の前記モードのうち、少なくとも１つの前記モードの振動を打ち消す打消振動を算出する打消振動算出ステップと、前記打消振動を前記フィルムに励起させる振動励起ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、実際の騒音を十分に遮音することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図１に示すように、遮音システム１１は、遮音構造体１２と遮音制御部１３から構成される。遮音システム１１は、騒音等を遮音する遮音システムであり、遮音構造体１２は、例えば、窓やパーティションとともに設置される。遮音構造体１２は、フィルム１４、支持枠１６、振動センサ１７ａ〜１７ｄ（加速度計測手段）、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄ（振動励起手段）から構成される。
【００２４】
フィルム１４は、ポリエステルフィルム等の透明で、安価かつ非圧電性のポリマーフィルムである。また、フィルム１４は平板状であり、外形は長方形となっており、フィルム１４の全外周は支持枠１６によって支持（固定）されている。このため、騒音等の音波が遮音構造体１２の一方の側からフィルム１４に入射すると、フィルム１４には外周部分を固定端とした振動が励起される。
【００２５】
振動センサ１７ａ〜１７ｄは、フィルム１４の対角線上に２箇所ずつ、合計４箇所に設けられている。振動センサ１７ａ〜１７ｄは、各々の位置におけるフィルム１４の湾曲や変位により生じる加速度を計測する。これにより振動センサ１７ａ〜１７ｄは、音波によってフィルム１４に励起される振動を検知する。また、振動センサ１７ａ〜１７ｄは、遮音制御部１３に各々接続されており、各振動センサ１７ａ〜１７ｄは、計測したフィルム１４上の各位置の加速度を電気的な信号（以下、加速度信号という）として遮音制御部１３に出力する。
【００２６】
アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは、フィルム１４の四隅に１つずつ設けられており、各々遮音制御部１３に接続されている。アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは、遮音制御部１３からの制御信号に基づいて各々個別に駆動され、フィルム１４に振動を励起させる。アクチュエータ１８ａ〜１８ｄがフィルム１４に励起させる振動は、フィルム１４に入射する音波によって励起される振動のうち、少なくとも１以上の所定モードの振動と逆の位相を有する振動となっている。
【００２７】
遮音制御部１３は、上述のように、振動センサ１７ａ〜１７ｄと、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄに接続されている。遮音制御部１３は、振動センサ１７ａ〜１７ｄから加速度信号が入力されると、振動センサ１７ａ〜１７ｄが設けられた位置におけるフィルム１４の速度を算出する。そして、遮音制御部１３は、算出した速度の分布様態から、フィルム１４に励起される振動のモードを検出する。また、遮音制御部１３は、検出したモードのうち少なくとも１つのモードの振動を打ち消す振動をアクチュエータ１８ａ〜１８ｄによってフィルム１４に励起させる。
【００２８】
図２に示すように、振動センサ１７ａ〜１７ｄは、圧電性フィルム２６、電極２７ａ，２７ｂから構成される。圧電性フィルム２６は、圧電性を有するポリマーフィルムであり、例えば、所定の温度で表裏に電界をかけて圧電性を発現させたＰＶＤＦフィルムからなる。また、圧電性フィルム２６の表裏には電極２７ａ，２７ｂが設けられており、電極２７ｂ側でフィルム１４に接着されている。
【００２９】
圧電性フィルム２６は、フィルム１４に振動が励起されると、フィルム１４の変位及び湾曲に追従して変位及び湾曲する。このとき、圧電性フィルム２６の表裏には、フィルム１４の加速度に応じた量の電荷分布が生じる。圧電性フィルム２６の表裏に生じた電荷分布による電位差は、電極２７ａ，２７ｂを介して加速度信号として遮音制御部１３に入力される。
【００３０】
また、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは、ボイスコイル型のアクチュエータであり、ボイスコイル３１、磁石３２、振動板３３等から構成される。ボイスコイル３１は中空の磁石３２中に配置されるとともに、振動板３３に接続されている。アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは、振動板３３がフィルム１４の表面に接着されている。
【００３１】
アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは遮音制御部１３から制御信号を受けると、この制御信号に応じてボイスコイル３１に通電し、磁石３２中でボイスコイル３１を振動させる。このボイスコイル３１の振動は、振動板３１を介してフィルム１４に伝達される。アクチュエータ１８ａ〜１８ｄには、各々に制御信号が入力され、各アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは別個に駆動されるが、遮音制御部１３から各アクチュエータ１８ａ〜１８ｄに入力される制御信号は、相互に調節されており、各アクチュエータ１８ａ〜１８ｄによってフィルム１４に伝達される振動が重畳されたときにフィルム１４に所定のモードの振動が所定の強度で励起される。
【００３２】
図３に示すように、遮音制御部１３は、入出力Ｉ／Ｆ３６、チャージアンプ３７（速度算出手段）、周波数制限フィルタ３８、適応制御回路４１等から構成される。
【００３３】
入出力Ｉ／Ｆ３６は、振動センサ１７ａ〜１７ｄと、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄにそれぞれ接続されている。振動センサ１７ａ〜１７ｄからの加速度信号は、入出力Ｉ／Ｆ３６から遮音制御部１３に入力される。また、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄへの制御信号も、この入出力Ｉ／Ｆ３６を介して出力される。
【００３４】
チャージアンプ３７は、振動センサ１７ａ〜１７ｄから入力される加速度信号を増幅するとともに、積分する。これにより、チャージアンプ３７は、入力された加速度信号に基づいて、フィルム１４の振動センサ１７ａ〜１７ｄが設けられた各位置における振動の速度を示す速度信号を生成する。チャージアンプ３７が生成した速度信号は、周波数制限フィルタ３８を介して適応制御回路４１に入力される。
【００３５】
周波数制限フィルタ３８は、ある周波数以上の周波数帯の信号だけを選択的に通すハイパスフィルタと、ある周波数以下の周波数帯の信号だけを選択的に通すローパスフィルタとから構成される。このため、周波数制限フィルタ３８を介して適応制御回路４１に入力される速度信号は、適応制御回路４１で必要とされる所定の周波数帯に制限され、適応制御回路４１で必要とされないノイズ成分は除去される。
【００３６】
適応制御回路４１には、チャージアンプ３７から速度信号が入力される。適応制御回路４１は、入力された速度信号に基づいて、フィルム１４に励起される振動をモード毎に分別して検出する。また、適応制御回路４１は、制御信号をアクチュエータ１８ａ〜１８ｄに出力することにより、検出した振動のモードのうち、少なくとも１つのモードの振動と打ち消しあう振動をアクチュエータ１８ａ〜１８ｄによってフィルム１４に励起させる。適応制御回路４１は、モード検出回路４２（モード検出手段）と振動算出回路４３（打消振動算出手段）から構成される。
【００３７】
フィルム１４に音波が入射して振動が励起されると、フィルム１４上の任意の点ｒにおける速度ｖ（ｒ）は、Ｎ次までのモードを考慮して下記数１の式で表される。ただし、φ（ｒ）はモード関数ベクトルであり、φＴ（ｒ）＝［φ１（ｒ），φ２（ｒ），・・・，φＮ（ｒ）］で表される。また、ｖは速度モードベクトルであり、ｖ＝［ｖ１，ｖ２，・・・，ｖＮ］Ｔで表される。Ｔは転置を表す。
【数１】
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【００３８】
また、励起された振動によりフィルム１４が放射する放射音の音響パワーＷｔは、下記数２の式で表される。ここで、ωは振動数、ρはフィルム１４の密度、ｋは波数を表す。また、数２の式に、数１の式を代入すると、音響パワーＷｔは、下記数３の式で表される。但し、Ｈはエルミートを表し、数３のＡは下記数４の式で表される。
【００３９】
【数２】
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【数３】
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【数４】
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【００４０】
数３の式からわかるように、フィルム１４から放射される放射音の音響パワーＷｔは、ｉ次のモードの振動速度、ｊ次のモードの振動速度、これらの振動を連成させる係数ａｉｊで定められる。
【００４１】
このことから、モード検出回路４２は、チャージアンプ３７から入力される速度信号に基づいて、フィルム１４に励起される振動をモード毎に分別して検出する。また、モード検出回路４２は、上述の数３の式にしたがって、検出した各モードについて、放射音の音響パワーを算出する。このモード検出回路４２によるモードの検出及び各モードの音響パワーの算出は、Ｆｉｌｔｅｒｄ−Ｘ  ＬＭＳ  アルゴリズムによる。
【００４２】
例えば、フィルム１４は、前述のように長方形状となっているので、フィルム１４には、短辺方向の基準振動と、長辺方向の基準振動を連成した複数のモードの振動が励起される。このため、モード検出回路４２は、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄの位置におけるフィルム１４の速度から、各モードの振幅（係数ａｉｊ）や位相（振動速度ｖｉ）を算出する。さらに、モード検出回路４２は、算出した振幅や位相から、数３の式にしたがって各モードによる放射音の音響パワーを算出する。
【００４３】
振動算出回路４３は、音波によってフィルム１４に励起された振動と打ち消し合って、フィルム１４から放射される放射音を軽減させる振動（打消振動）の様態を算出し、ここで算出した振動がフィルム１４に励起されるようにアクチュエータ１８ａ〜１８ｄに入力する制御信号を出力する。また、振動算出回路４３は、フィルム１４に励起された振動のモードのうち何れのモードの振動を打ち消すかを、設定に応じて決定する。
【００４４】
振動算出回路４３が出力する制御信号は、モード検出回路４２によって検出されたあるモードの振動に対して、振幅が等しく、位相が１８０度シフトした振動がフィルム１４に励起されるように、各アクチュエータ１８ａ〜１８ｄを制御する信号となっている。このため、振動算出回路４３により算出された制御信号によってアクチュエータ１８ａ〜１８ｄが駆動されると、入射した音波によりフィルム１４に励起される振動のうち、あるモードの振動は、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄによって励起された振動と打ち消し合う。
【００４５】
また、振動算出回路４３は、入射した音波によってフィルム１４に励起される振動のうち、１以上のモードの振動を打ち消す制御信号を算出するようになっている。振動算出回路４３は、少なくとも、フィルム１４の変位が最も大きく、放射音の音響パワーへの寄与が最も大きい（１，１）モードの振動を打ち消す振動をフィルム１４に励起する制御信号を算出する。ここで、（１，１）モードは、支持枠１６の長辺を節とし、中央に一つの腹のある短辺方向の基準振動と、支持枠１６の短辺を節とし、中央に一つの腹のある長辺方向の基準振動とからなり、フィルム１４の中央付近が凹凸を繰り返す最も低次のモードである。
【００４６】
さらに、振動算出回路４３は、設定に応じて、フィルム１４の長辺方向または短辺方向で２以上の腹が現れる高次の基準振動からなるモードの振動も、前述の（１，１）モードの振動とともに打ち消すように、制御信号を算出する。
【００４７】
振動算出回路４３が算出した制御信号は、周波数制限フィルタ３８と同様の周波数制限フィルタ（図示しない）によってノイズが除去された後に、入出力Ｉ／Ｆ３６を介して各アクチュエータ１８ａ〜１８ｄに個別に入力される。
【００４８】
以下、上述のように構成される遮音システム１１の作用を説明する。遮音構造体１２に騒音等の音波が入射すると、フィルム１４には入射した音波に応じた振動が励起される。このとき、図４に示すように、振動センサ１７ａ〜１７ｄは、各々の位置におけるフィルム１４の加速度を計測する（ステップＳ１１）。振動センサ１７ａ〜１７ｄによって計測されたフィルム１４の各位置における加速度は、チャージアンプ３７に入力される。チャージアンプ３７は、振動センサ１７ａ〜１７ｄから入力される加速度信号を積分し、フィルム１４の各位置における速度を算出する（ステップＳ１２）。
【００４９】
そして、モード検出回路４２は、チャージアンプ３７から入力される速度信号に基づいて、音波の入射によってフィルム１４に励起された振動を、モード毎に検出する（ステップＳ１６）。このとき、同時に、モード検出回路４２は、検出したモード毎に、フィルム１４から放射される放射音の音響パワーを算出する。
【００５０】
こうして、フィルム１４に励起される振動がモード毎に検出され、各モードによる放射音の音響パワーが算出されると、振動算出回路４３は、放射音を抑制するモードを設定に応じて決定する（ステップＳ１７）。そして、振動算出回路４３は、フィルム１４からの放射音を最小化される振動がフィルム１４に励起されるように、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄの制御信号を算出する（ステップＳ１８）。
【００５１】
そして、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄは、入力された制御信号に基づいて、所定のモード（あるいはいくつかのモード）の振動をフィルム１４に励起する（ステップＳ１９）。こうして、遮音システム１１は、フィルム１４から放射される放射音の音響パワーを能動的に削減することにより、遮音する。
【００５２】
さらに具体的には、遮音システム１１は、図５〜図６に示すようにして、遮音する。図５に示すように、フィルム１４に騒音等の音波５１が入射すると、フィルム１４には音波５１に応じた複雑な振動が励起される。このとき、遮音システム１１がアクチュエータ１８ａ〜１８ｄ等を駆動させなければ、励起された振動に応じた放射音がフィルム１４から放射され、騒音となる。
【００５３】
一方、遮音システム１１がアクチュエータ１８ａ〜１８ｄ等を駆動して遮音する時には、音波５１によってフィルム１４に励起される振動を、（１，１）モード、（１，２）モード、（２，１）モード、（２，２）モード、・・・といった種々のモード毎に検出し、検出した各モードについて放射音の音響パワーを算出する。
【００５４】
（１，１）モードの振動は、フィルム１４の長辺が節となり、短辺方向（Ｘ方向）の中央付近に一箇所の腹がある短辺方向の基準振動と、フィルム１４の短辺が節となり、長辺方向の中央付近に一箇所の腹がある長辺方向の基準振動とからなる。このため、（１，１）モードは、フィルム１４の中央付近が凹凸を繰り返す振動である。この（１，１）モードが最も低次のモードであり、フィルム１４の変位量が最も大きい。
【００５５】
同様に、（１，２）モードの振動は、短辺方向の基準振動と長辺方向の基準振動からなる。（１，２）モードにおける短辺方向の基準振動は、（１，１）モードと同じで、腹が一箇所だけにある基準振動であるが、（１，２）モードにおける長辺方向の基準振動は、（１，１）モードのものよりも高次の基準振動であり、フィルム１４の短辺を節として、長辺方向に腹が二箇所ある基準振動となっている。
【００５６】
また、（２，１）モードの振動は、腹が二箇所にある短辺方向の基準振動と、腹が一箇所の長辺方向の基準振動からなる。さらに、（２，２）モードの振動は、腹が二箇所にある短辺方向の基準振動と、腹が二箇所にある長辺方向の基準振動とからなる。図示は省略するが、上述と同様にして、音波５１によってフィルム１４に励起される振動には、さらに高次のモードの振動が含まれている。遮音システム１１は、これらのモード毎に、その振幅（係数ａｉｊ）や位相（振動速度ｖｉ）、さらに各モードによる放射音の音響パワーを算出する。
【００５７】
こうしてモード毎に振幅や位相、放射音の音響パワーを算出すると、遮音システム１１は、設定に応じて検出した振動のモードのうち１以上のモードの振動と打ち消し合う振動をフィルム１４に励起させる。ここでは、遮音システム１１は、（１，１）モードの振動と打ち消し合う振動をフィルム１４に励起させる例を説明する。
【００５８】
図６（Ａ）に示すように、音波５１によってフィルム１４に、ある振幅及び位相の（１，１）モードの振動が励起されたとする。このとき、遮音システム１１は、図６（Ｂ）に示すように、入射した音波５１によって励起された（１，１）モードの振動と振幅が等しく、入射した音波５１によって励起された（１，１）モードの振動から位相が１８０度シフトし、凹凸の向きが逆になる（１，１）モードの振動を、フィルム１４に励起させる。
【００５９】
こうして遮音システム１１がフィルム１４に振動を励起すると、図６（Ｃ）に示すように、音波５１によって励起された（１，１）モードの振動は、遮音システム１１が励起させた（１，１）モードの振動と打ち消し合い、フィルム１４から（１，１）モードの振動が略消滅する。このため、音波５１がフィルム１４を介して伝播するときに、フィルム１４に固有の（１，１）モードの振動に対応する音の成分が音波５１から削減され、音波５１が遮音される。
【００６０】
上述のように、遮音システム１１は、フィルム１４に騒音等の音波が入射したときに、フィルム１４に励起される振動をモード毎に検出し、所定のモードの振動を打ち消す振動をフィルム１４に能動的に励起させ、フィルム１４を介して伝播する音波の少なくとも一部成分を削減する。これにより、遮音システム１１は、フィルム１４を介して伝播する音波を遮音する。
【００６１】
また、遮音システム１１は、振動センサ１７ａ〜１７ｄの圧電性を利用して、音波が入射することによってフィルム１４に励起される振動を検出するが、遮音システム１１による音波の遮音は、フィルム１４への能動的な振動の励起によって行われる。このため、遮音システム１１による音波の遮音は、圧電性を利用して入射する音波を吸収する場合とは異なり、材料の圧電性だけでは遮音しきれないような実際的な騒音を十分に遮音することができる。
【００６２】
また、遮音システム１１は、上述のようにフィルム１４からの放射音を抑止することによって遮音するので、ＡＮＣのように特定の位置だけを静寂に保つのではなく、フィルム１４の位置で、フィルム１４の一方の側から入射する騒音を遮音し、フィルム１４の他方の側の全体を静粛に保つことができる。
【００６３】
また、遮音システム１１は、フィルム１４として軽量で安価なポリエステルフィルム等を用いることができ、遮音システム１１を軽量かつ安価に構成することができる。さらに、遮音システム１１は、フィルム１４として軽量で透明なポリマーフィルムを用いることができるから、採光性に優れる。このため、遮音システム１１は、設置場所が限定されることがなく、窓やパーティションといった採光性を必要とし、かつ、遮音性が求められる場所でも好適に用いることができる。
【００６４】
［第２実施形態］
上述の第１実施形態では、音波が入射されるフィルム１４として非圧電性のポリマーフィルムを用いる例を説明したが、これに限らず、圧電性のポリマーフィルムを用いても良い。このように、音波が入射されるフィルムとして圧電性のポリマーフィルムを用いる例を、以下に第２実施形態として説明する。なお、第１実施形態と共通する部材等の説明は省略する。
【００６５】
図７に示すように、遮音構造体６１は、フィルム６２、振動センサ６３ａ〜６４ｄ（６３ｂ，６３ｄは図示しない）、アクチュエータ６４ａ〜６４ｄ（６４ｂ，６４ｄは図示しない）、支持枠１６等から構成される。
【００６６】
フィルム６２は、第１実施形態のフィルム１４に対応して騒音等の音波が入射される長方形のフィルムであり、周囲を支持枠１６によって支持されている。フィルム６２は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）からなり、所定の温度に加温した状態で表裏に所定の電圧を加えることにより圧電性が発現する。
【００６７】
振動センサ６３ａ〜６３ｄは、第１実施形態の振動センサ１７ａ〜１７ｄと同様に、フィルム６２の対角線上に２箇所ずつ、合計４箇所に設けられており、フィルム６２に音波が入射したときに、フィルム６２の各位置での加速度を計測する。
【００６８】
振動センサ６３ａ〜６３ｄは、フィルム６２の表裏に設けられた電極６６ａ，６６ｂと、圧電性エリア６７から構成される。圧電性エリア６７は、フィルム６２を所定温度に加温した状態で、電極６６ａ，６６ｂによって電圧を印加することにより、圧電性を発現させたエリアである。このため、圧電性エリア６６は、音波が入射してフィルム６２に振動が励起されたときに、振動の加速度に応じた電荷分布が発生する。電極６６ａ，６６ｂは、圧電性エリア６７に生じた電荷分布を加速度信号として、遮音制御部１３に入力する。
【００６９】
アクチュエータ６４ａ〜６４ｄは、第１実施形態のアクチュエータ１８ａ〜１８ｄと同様に、フィルム６２の四隅に設けられており、各々遮音制御部１３に接続されている。また、アクチュエータ６４ａ〜６４ｄの動作は第１実施形態のアクチュエータ１８ａ〜１８ｄと同様であり、遮音制御部１３からの制御信号に基づいて、フィルム６２に振動を励起させる。
【００７０】
アクチュエータ６４ａ〜６４ｄは、フィルム６２の表裏に設けられた電極７１ａ，７１ｂと、圧電性エリア７２から構成される。圧電性エリア７２は、圧電性エリア６７と同様に、フィルム６２を所定温度に加温した状態で電極７１ａ，７１ｂによって電圧を印加することにより、圧電性を発現させたエリアである。このため、電極７１ａ，７１ｂによって圧電性エリア７２の表裏に電位差を生じさせると、圧電性エリア７２は表裏に生じた電位差に応じて伸縮し、ＰＶＤＦ６２に振動を生じさせる。電極７１ａ，１７ｂは、遮音制御部１３からの制御信号に応じた大きさ及び極性で電位が与えられるようになっている。
【００７１】
また、第２実施形態の遮音システムは、第１実施形態の遮音システム１１と同様に動作し、フィルム６２に入射する音波を遮音する。
【００７２】
上述のように、音波が入射されるフィルムとして、圧電性を発現させることが可能なフィルム６２を用いると、フィルムの振動を計測する振動センサや、フィルムに振動を励起するアクチュエータをフィルム６２と一体に構成することができる。このため、遮音システムの部品点数を低減し、簡素に構成することができる。また、振動センサ６３ａ〜６３ｄを構成する電極６６ａ，６６ｂや、アクチュエータ６４ａ〜６４ｄを構成する電極７１ａ，７１ｂは、フィルム６２上に金属薄膜を真空蒸着法等によりパターニングすることができるので、容易に製造することができる。
【００７３】
なお、上述の第１，第２実施形態ではアクチュエータ１８ａ〜１８ｄ（６４ａ〜６４ｄ）が、フィルム１４，６２の四隅に設けられている例を説明したが、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄ（６２ａ〜６４ｄ）の配置は上述の実施形態の例に限らない。例えば、（１，１）モードの振動だけを打ち消して遮音する場合には、図８に示す遮音構造体８１のように、フィルム１４（またはフィルム６２）の中央１箇所にアクチュエータ８２を設けても良い。このように、打ち消す振動のモードを限定して、アクチュエータの個数を削減することで、アクチュエータによって光が遮られる面積が減少し、採光性が増す。また、アクチュエータの個数が少ないことで、より安価かつ容易に遮音システムを製造することができる。
【００７４】
以下、上述の第１，第２実施形態の遮音システムと、フィルムの中央１箇所にアクチュエータを設けた遮音システム（図８参照）について、その遮音性能を具体的な数値を挙げて説明する。実施例１は、第１実施形態の遮音システム１１に対応する実施例であり、実施例２は第２実施形態の遮音システムに対応する実施例である。第３実施例は、アクチュエータをフィルムの中央１箇所に設けた実施例である。また、これらの各実施例のとの比較のために、遮音制御を行わない例を比較例として示す。
【００７５】
［比較例］
遮音構造体のフィルム（フィルム１４，６２に相当）として、厚さ１００μｍ、サイズ０．４ｍ×０．５６６ｍのポリエステルフィルム（東洋紡製Ｅ５０００）を用い、上述の実施形態のようには遮音制御を行わずに、ポリエステルフィルムの遮音性能を評価した。遮音性能の評価は、以下のように行った。まず、遮音構造体のフィルムのサイズに等しい０．４ｍ×０．５６６ｍの開口を設けた残響箱の内部に音源を設け、残響箱の開口に上述のポリエステルフィルム（以下、単にフィルムという）を固定した。また、残響箱の内部及び外部の各々対応する位置に、マイクロフォンを設置した。ここで設置したマクロフォンは、フィルムから１０ｃｍの高さに設けるとともに、フィルムの中央及び四隅の５箇所に設けた。そして、残響箱内部の音源からホワイトノイズを発生させ、残響箱内外で対応するマイクロフォン毎に音圧を測定し、フィルムによる音響透過損失を算出した。なお、以下に示す音響透過損失は、５組のマイクロフォンによって算出した音響透過損失の平均値である。また、実施例１〜３についても遮音性の評価方法は、この比較例と同様である。
【００７６】
［実施例１］
遮音構造体１１のフィルム１４として、厚さ１００μｍ、サイズ０．４ｍ×０．５６６ｍのポリエステルフィルム（東洋紡製Ｅ５０００）を用いた。また、フィルムの一つの頂点を原点、短辺方向をＸ、長辺方向をＹとするときに、座標（０．１０，０．１０），（０．１０，０．４６６），（０．３０，０．１０），（０．３０，０．４６６）の４箇所に、アクチュエータ１８ａ〜１８ｄとして、ボイスコイル型のアクチュエータ（ＳＭＡＣ社製）を設置した。
【００７７】
また、座標（０．１７，０．１７），（０．１７，０．３９６），（０．２３，０．１７），（０．２３，０．３９６）を中心とした４箇所に、振動センサ１７ａ〜１７ｄとして、圧電性を発現させた５０ｍｍ□のＰＶＤＦフィルムを貼付した。そして、このフィルムを、比較例と同じ残響箱の開口に固定し、上述の実施形態で説明したように、フィルムに励起される（１，１）モードの振動を打ち消すように遮音制御を行いながら、音響透過損失［ｄＢ］を算出した。この結果を比較例とともに図９に示す。
【００７８】
図９からわかるように、実施例１（及び第１実施形態）のように遮音制御することで、残響箱内部からのホワイトノイズ（騒音）が１００〜６００Ｈｚの範囲で大きく改善されたことがわかる。また、後述する実施例３の結果（図１１）と比較すれば、実施例１のように、アクチュエータをフィルムの四隅に設けることで、同様の遮音制御を行う場合にも、より良好な遮音性を得られることが分かる。
【００７９】
なお、チャージアンプ３７にはＮＦ社製ＤＴ５ＦＬ１を用いた。また、周波数制限フィルタ３８として、ハイパスフィルタ（ＮＦ社製ＭＳ−５２１Ｓ）とローパスフィルタ（ＮＦ社製ＭＳ−５ＦＬ１）を用いた。周波数制限フィルタ３８の設定は、ハイパスフィルタを２０Ｈｚ，ローパスフィルタを６００Ｈｚに設定した。また、遮音制御部１３として、ｃａｕｓａｌ  ｓｙｓｔｅｍ社製「ＥＺ−ＡＮＣ」を用いた。これらの各機器及びその設定は以下の実施例２，３についても同様である。
【００８０】
［実施例２］
まず、ＰＶＤＦ樹脂（カイナー社製７４１）を２２０℃で４００μｍのシート状に押し出し、冷却した後に、１３０℃に加温して一軸方向に４倍延伸し、厚さ１００μｍのＰＶＤＦシートを得た。そして、このＰＶＤＦシートをサイズ０．４ｍ×０．５６６ｍに切断し、遮音構造体のフィルム（フィルム６２に相当）とした。
【００８１】
そして、ここで得たフィルムの（０．１０，０．１０），（０．１０，０．４６６），（０．３０，０．１０），（０．３０，０．４６６）を中心とした４箇所に、５０ｍｍ□の金属電極を真空蒸着法によりパターニングした。同時に、（０．１７，０．１７），（０．１７，０．３９６），（０．２３，０．１７），（０．２３，０．３９６）を中心とした４箇所に、５０ｍｍ□の金属電極を真空蒸着法によりパターニングした。
【００８２】
さらに、フィルムを８０℃に保ちながら２ｋＶの電圧を６０分間印加して、金属電極が形成された部分だけに圧電性を発現させることにより、（０．１０，０．１０），（０．１０，０．４６６），（０．３０，０．１０），（０．３０，０．４６６）の４箇所にアクチュエータ６４ａ〜６４ｄを形成し、（０．１７，０．１７），（０．１７，０．３９６），（０．２３，０．１７），（０．２３，０．３９６）の４箇所に振動センサ６３ａ〜６３ｄを形成した。
【００８３】
こうして得たフィルムを実施例１と同様にして、残響箱に設置し、遮音制御を行いながら音響透過損失を評価した。この結果を比較例とともに、図１０に示す。図１０からわかるように、音波が入射される遮音構造体のフィルムを、ＰＶＤＦフィルムとする場合にも、残響箱内部からのホワイトノイズ（騒音）が１００〜６００Ｈｚの範囲で十分に改善されていることがわかる。
【００８４】
［実施例３］
遮音構造体のフィルムとして、実施例１と同様に、厚さ１００μｍ、サイズ０．４ｍ×０．５６６ｍのポリエステルフィルム（東洋紡製Ｅ５０００）を用いた。また、振動センサも実施例１と同様に、（０．１７，０．１７），（０．１７，０．３９６），（０．２３，０．１７），（０．２３，０．３９６）を中心とした４箇所に、振動センサとして５０ｍｍ□のＰＶＤＦフィルムを貼付した。一方、フィルムの中央（０．２０，０．２８３）の１箇所に、ボイスコイル型のアクチュエータ（ＳＭＡＣ社製）を設置し、アクチュエータ８２（図８参照）とした。
【００８５】
こうしてフィルム中央の１箇所にだけアクチュエータを設けたフィルムを、実施例１，２と同様に、残響箱に設置し、遮音制御を行いながら音響透過損失を評価した。この結果を、比較例とともに図１１に示す。図１１から分かるように、フィルムの中央１箇所にアクチュエータを設け、（１，１）モードの振動を打ち消すだけでも、十分な遮音効果が得られることが分かる。
【００８６】
なお、上述の実施形態及び実施例では、フィルム１４，６２の全外周が固定された例を説明したが、固有振動関数の厳密解が導出可能であることから、フィルム１４，６２の外周は単純支持されていることが好ましい。フィルム１４，６２の外周が単純支持された状態で上述の実施形態及び実施例のように遮音制御を行うと、固有振動関数の厳密解にしたがって遮音制御を行うことができる。このため、フィルム１４，６２に励起される振動を、より正確に、より迅速に、モード毎に分離して検出可能となり、さらに遮音効果を高めることができる。
【００８７】
なお、上述の実施形態及び実施例では、フィルム１４，６２の対角線上に２箇所ずつ、合計４箇所に振動センサ１７ａ〜１７ｄ（６３ａ〜６３ｄ）を設ける例を説明したが、振動センサを設ける位置や個数は、上述の実施形態及び実施例の例に限らない。振動センサの個数はフィルム１４，６２に励起される振動を、上述の実施形態のようにモード毎に検出できる個数であれば良く、少なくとも２個以上設けることが好ましい。また、振動センサを設ける位置は、フィルム１４，１６の対角線上に限らず、励起された振動をモード毎に検出できる位置であれば、任意の位置に設けて良い。但し、長方形状のフィルム１４，６２に励起される振動を、モード毎に精度良く検出するためには、上述の実施形態のように、対角線上の４箇所に設けることが好ましい。
【００８８】
なお、上述の実施形態及び実施例では、透明なフィルム１４，６２を用いるが、これに限らず、フィルム１４，６２の材料に染料を混合し、遮音構造体１２，６１を設置する場所の景観等に応じた色や模様等のフィルムにしても良い。
【００８９】
なお、上述の実施形態及び実施例では、フィルム１４，６２に励起される（１，１）モードの振動を打ち消して遮音する例を説明したが、これに限らず、さらに高次のモードをも併せて打ち消す振動をフィルム１４，６２に励起し、さらに遮音性を高めるようにしても良い。但し、最も変位が大きく、放射音への寄与が大きいので、上述の実施形態及び実施例のように、少なくとも（１，１）モードの振動を打ち消す振動をフィルム１４，６２に励起することが好ましい。また、長方形または正方形のフィルムでは、ｎを奇数とするときに、（ｎ，ｎ）モードの振動が、フィルムからの放射音への寄与が大きいので、（１，１）モードだけでなく、（ｎ，ｎ）モードの振動を打ち消す振動をフィルム１４，６２に励起することが特に好ましい。
【００９０】
なお、上述の実施形態及び実施例では、ＰＶＤＦの圧電性を利用した振動センサ１７ａ〜１７ｄ，６３ａ〜６３ｄによってフィルムの振動を検知するが、これに限らず、静電容量の変化を利用して振動を検知するセンサ等、他の周知の振動センサを用いてフィルムの振動を検知しても良い。
【００９１】
なお、上述の実施形態及び実施形態では、遮音構造体内の振動する部分としてフィルムを用いる例を説明したが、音波の入射により振動が励起され、また、アクチュエータにより振動を励起することができれば、フィルムの厚さは任意に定めることができる。このため、上述の実施形態，実施例におけるフィルムには、いわゆる薄膜だけでなく、薄板，厚板等、厚さを問わず平板状のものを含むものとする。
【００９２】
なお、上述の第１実施形態及び実施例１，３では、遮音構造体のフィルムに、ポリエステルフィルムを用いる例を説明したが、アクチュエータで振動を励起させることができれば、フィルムの材料は任意に選択することができる。例えば、ＰＥＴ等、他の周知のポリマーフィルムを用いても良い。また、採光性を必要としない場合には、遮音構造体のフィルムとしてスチール等の金属の薄膜や薄板を用いても良い。
【００９３】
また、上述の第２実施形態及び実施例２では、圧電性を発現させることができるフィルムとして、ＰＶＤＦからなるフィルムを用いる例を説明したが、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ナイロン１１（ポリアミド）、ビニリデンシアナイド系共重合体等を用いても良い。同様に、ゴム材料やプラスチック材料をバインダーとして、ＰＺＴやＢｚＴｉＯ３系セラミックス等の固体の圧電材料を分散させ、可撓性を有するようにした無機有機混合体の圧電材料を用いても良い。
【００９４】
なお、上述の実施形態では、振動センサ１７ａ〜１７ｄ，６３ａ〜６３ｄには、ＰＶＤＦフィルムの両面を全て覆うように電極が設けられているが、これに限らず、ＰＶＤＦフィルムの圧電性を利用することができれば、ＰＶＤＦフィルム（圧電性エリア）の表面の一部分を覆うような電極が設けられても良い。
【００９５】
なお、上述の実施形態及び実施例では、アクチュエータや振動センサの形状を長方形に形成してあるが、これに限らず、アクチュエータや振動センサの形状は任意の形状に形成して良い。
【００９６】
また、上述の実施形態及び実施例では、フィルムの形状を長方形に形成した例を説明したが、これに限らず、フィルムの形状は任意に形成して良い。例えば、上述の実施形態及び実施例と同様に四角形のフィルムを用いる場合には、正方形としても良い。また、フィルムに励起される振動のモードを検出し易くするためには、フィルムの形状は、長方形、正方形、円など、できるだけ簡単な形状となっていることが好ましい。
【００９７】
なお、上述の実施形態及び実施例では、遮音制御部１３を、チャージアンプ３７、周波数フィルタ３８、適応制御回路４１等の個別機能を持った素子や回路で構成する例を説明したが、これに限らず、遮音制御部１３を、遮音構造体１２，６１，８１を制御する以外にも応用可能な汎用のコンピュータで構成しても良く、また、遮音制御部１３の各部をコンピュータの動作を制御するプログラムとして実装しても良い。
【００９８】
本発明の遮音システム及び遮音方法は、自動車，電車，航空機，船舶等の騒音を発する輸送機や、壁材，窓ガラス等の建築材料、パネルやパーティション等のオフィス用品といった、騒音を発する物品の部品や遮音が求められる場所に設置される物品に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】遮音システムの構成を示す説明図である。
【図２】遮音構造体の構成を示す対角線方向の断面図である。
【図３】遮音システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】遮音システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】入射音波によりフィルムに励起されるモードを模式的に示す説明図である。
【図６】遮音システムが放射音波を抑制する様子を示す説明図である。
【図７】第２実施形態の遮音構造体の構成を示す断面図である。
【図８】第３実施形態の遮音構造体の構成を示す外観図である。
【図９】実施例１の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２の結果を示すグラフである。
【図１１】実施例３の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１００】
１１  遮音システム
１２，６１，８１  遮音構造体
１３  遮音制御部
１４，６２  フィルム
１６  支持枠
１７ａ〜１７ｄ，６３ａ〜６３ｄ  振動センサ
１８ａ〜１８ｄ，６４ａ〜６４ｄ，８２  アクチュエータ
２６  圧電性フィルム
３７  チャージアンプ
３８  周波数制限フィルタ
４１  適応制御回路
４２  モード検出回路
４３  振動算出回路
６７，７２  圧電性エリア
【図１】
2010106537.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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