(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御点に配置された第１のマイクロホンと、
騒音源の近傍、または前記騒音源に近接配置されたダミー音源の近傍に配置された第２のマイクロホンと、
前記第１のマイクロホン出力に基づいて、前記制御点での騒音を低減するためのフィルタ係数を演算する演算手段と、
前記演算手段で演算されたフィルタ係数が設定されると共に、前記第２のマイクロホン出力のデジタル値と設定されたフィルタ係数とを用いてデジタルフィルタリング処理するフィルタと、
前記フィルタ出力に基づいて、騒音を低減するための制御音を前記制御点に向けて放射する制御音放射手段と、
を備えた騒音低減装置であって、
前記演算手段が、
前記騒音源またはダミー音源から前記第２のマイクロホン、伝達関数が１に設定された前記フィルタ及び前記制御音放射手段を介して前記第１のマイクロホンに至る経路を伝搬する音のインパルス応答を遅延させることにより、
前記騒音源または前記ダミー音源から放射された音が、空間を介して前記第１のマイクロホンに伝達されたときの第１のインパルス応答と、前記経路を介して前記第１のマイクロホンに伝達されたときの第２のインパルス応答とを時間的に分離して求め、
求めた前記第１のインパルス応答と前記第２のインパルス応答とに基づいて、前記フィルタ係数を陽解法により演算する、
ことを特徴とする騒音低減装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記第１のインパルス応答と前記第２のインパルス応答の各々に時間窓を掛けて各々インパルス応答の一部を切り出し、切り出したインパルス応答に基づいてフィルタ係数を演算する請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記第１のインパルス応答に時間窓を掛けて直接音のインパルス応答を切り出し、切り出したインパルス応答に基づいて制御点への直接音のみが低減されるようにフィルタ係数を演算する請求項２に記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記第１のインパルス応答に基づいて前記騒音源またはダミー音源から前記第１のマイクロホンまでの経路に係る第１の伝達関数を求めると共に、前記第２のインパルス応答に基づいて前記騒音源またはダミー音源から前記第２のマイクロホンまでの経路と前記制御音放射手段から前記第１のマイクロホンまでの経路とに係る第２の伝達関数を求め、前記第１の伝達関数と前記第２の伝達関数とから前記フィルタの伝達関数を求め、前記フィルタのフィルタ係数を演算する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の騒音低減装置。
【請求項５】
前記制御点が、前記騒音源の周囲に設置された防音壁の上辺近傍に設定された請求項１乃至４のいずれか１項に記載の騒音低減装置。
【請求項６】
前記制御音放射手段は、同一方向に制御音が放射されるように複数の音源を線状または面状に配列した請求項１乃至５のいずれか１項に記載の騒音低減装置。
【請求項７】
騒音源の近傍、または前記騒音源に近接配置されたダミー音源の近傍に配置されたマイクロホンと、
前記マイクロホン出力のデジタル値と設定されたフィルタ係数とを用いてデジタルフィルタリング処理するフィルタと、
前記フィルタ出力に基づいて、騒音を低減するための制御音を制御点に向けて放射する制御音放射手段と、
を備えた騒音低減装置の前記フィルタ係数を設定する騒音低減装置のフィルタ係数設定方法であって、
前記騒音源またはダミー音源から前記マイクロホン、伝達関数が１に設定された前記フィルタ及び前記制御音放射手段を介して前記制御点に至る経路を伝搬する音のインパルス応答を遅延させることにより、
前記騒音源または前記ダミー音源から放射された音が、空間を介して前記制御点に伝達されたときの第１のインパルス応答と、前記経路を介して前記制御点に伝達されたときの第２のインパルス応答とを時間的に分離して求め、
求めた前記第１のインパルス応答と前記第２のインパルス応答とに基づいて、前記フィルタ係数を陽解法により演算して前記フィルタに設定する、
騒音低減装置のフィルタ係数設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、騒音低減装置及びそのフィルタ係数設定方法に関し、特に、能動制御により騒音を低減する能動制御型の騒音低減装置とそのフィルタ係数設定方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境庁の「環境白書」（平成１２年度版）によれば、騒音は、各種公害の中でも日常生活に関係の深い問題であり、また、その発生源も多種多様であることから、その苦情件数は公害に関する苦情件数のうちの多くを占めている。また、発生源別に見ると、工場・事業場による騒音が最も多く、建設作業による騒音はこれに次いでいおり、苦情原因として大きな割合を占めている。従来、これら工場・事業場による騒音、建設作業による騒音が問題となる場合には、低騒音型の建設機械を採用して騒音を低減する、コンクリート・ブロックや鉄筋コンクリートで作製された防音壁、厚さ数ミリの鉄板で作製された建設工事用仮囲い等の防音障壁を設置して騒音を防止する等の対策が講じられるのが一般的であった。そして、防音障壁の騒音低減性能を上げるためには、従来手法では高い防音障壁を設けるしかなかった。
【０００３】
しかし、高い防音障壁を設けるには、材料費や人件費が嵩む、作業に時間を要する、障壁規模の増大に伴う障壁基礎の補強が必要になる、といった問題が伴う。また、防音障壁は周辺地域の景観との調和を考慮して設置されるため、騒音防止対策の効果を得るために必要な障壁高さを確保できない場合もある。このため、諸事情から高い防音障壁を設置できない場合には、騒音の問題を改善するために、止むを得ず作業時間を制限する等の対策が取られてきた。
【０００４】
近年、能動制御により騒音を低減するアクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ：Ａｃｔｉｖｅ  Ｎｏｉｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）というシステムが注目されている。ＡＮＣの消音原理は「消音すべき元の音波に逆位相の音波を重ね合わせること」である。即ち、図１に示すように、騒音源が発する騒音Ａに、制御音源から放射した制御音Ｂを重ねて、音圧レベルを低下させるものである。
【０００５】
例えば、固定騒音源から発生し防音障壁の頂点で回折されて障壁外部に伝わる回折音に対しても、上記の消音原理を適用することができる。図２に示すように、騒音源Ｓから発生した騒音１２は、防音障壁１０の頂点（制御点Ｃ）の近傍を通過する際に波動現象として回折の作用を受ける。これは制御点Ｃがこの点を中心とした新たな音源（二次音源）となることを意味する。この制御点Ｃに対して、防音障壁１０の近傍に設置された制御音源（スピーカ）１４から制御音１６を放射する。この際、制御点Ｃにおいて騒音源Ｓからの騒音１２と制御スピーカ１４からの制御音１６とが同振幅で逆位相になるように、制御音１６を加工する。これにより、防音障壁１０の騒音源Ｓと反対側の領域にある観測点Ｏで騒音を観測すると、防音障壁１０による減音量以上の減音効果を得ることができる。
【０００６】
従って、ＡＮＣシステムを現状の防音障壁に付加する形で設置することにより、防音障壁の高さ増大に伴うコストの大幅な増加を伴わず、騒音を大幅に低減することができる。このため、ＡＮＣシステムを備えた防音障壁は、工場・事業場の代表的な騒音源であるクーリングタワーや変圧器、建設作業における代表的騒音源であるブルドーザやパワーショベルなどの建設機械から発生する騒音を効果的に防止する技術として期待されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、防音障壁に備えられるＡＮＣシステムには、適応型ディジタルフィルタ（Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｆｉｌｔｅｒ）が用いられてきた。適応型ディジタルフィルタは、ＤＰＳ（ディジタルシグナルプロッセサ）等のハードウエアで構成されているが、模式的には図２に示すように、騒音源Ｓの近傍に設置された音源マイクロホン２０から信号が入力された場合に、入力されたディジタル値χｋ  から生成したディジタル値（ベクトル量）Ｘｋとフィルタ係数Ｗｋ（ベクトル量）との積和を演算することにより、ディジタルフィルタリング処理を行うＦＩＲ型、ＩＩＲ型またはラチス型のディジタルフィルタで構成されたブロック８０と、一般的なフィルタ係数更新アルゴリズムであるＬＭＳ（最小平均自乗）アルゴリズム、ニュートン法または最急降下法を用いて、制御点マイクロホン２５から入力された残差信号Ｅｋ、即ち、消音されず残存した騒音が最小になるようにフィルタ係数を更新するブロック８２と、制御スピーカ１４から制御点Ｃまでの経路を模擬したフィルタ８４とで表すことができる。
【０００８】
しかしながら、適応型フィルタを用いた上記のシステムでは、パワーの大きな所定周波数成分から消音し、他の周波数成分は殆ど減音されない、という問題があった。また、直接音だけでなく、遅延してくる周囲からの反射音まで含めて制御するため、減音量が小さくなる、という問題があった。更に、制御しようとする全周波数帯域を１つの適応型フィルタで制御するため、フィルタの負担が大きくなり制御に時間が係る、という問題があった。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、本発明の第１の目的は、広い周波数帯域に亘り優れた減音効果を得ることができる能動制御型の騒音低減装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、減音量が大きな能動制御型の騒音低減装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の騒音低減装置は、制御点に配置された第１のマイクロホンと、騒音源の近傍、または前記騒音源に近接配置されたダミー音源の近傍に配置された第２のマイクロホンと、前記第１のマイクロホン出力に基づいて、前記制御点での騒音を低減するためのフィルタ係数を演算する演算手段と、前記演算手段で演算されたフィルタ係数が設定されると共に、前記第２のマイクロホン出力のデジタル値と設定されたフィルタ係数とを用いてデジタルフィルタリング処理するフィルタと、前記フィルタ出力に基づいて、騒音を低減するための制御音を前記制御点に向けて放射する制御音放射手段と、を備えた騒音低減装置であって、前記演算手段が、前記騒音源またはダミー音源から前記第２のマイクロホン、伝達関数が１に設定された前記フィルタ及び前記制御音放射手段を介して前記第１のマイクロホンに至る経路を伝搬する音のインパルス応答を遅延させることにより、前記騒音源または前記ダミー音源から放射された音が、空間を介して前記第１のマイクロホンに伝達されたときの第１のインパルス応答と、前記経路を介して前記第１のマイクロホンに伝達されたときの第２のインパルス応答とを時間的に分離して求め、求めた前記第１のインパルス応答と前記第２のインパルス応答とに基づいて、前記フィルタ係数を陽解法により演算することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る騒音低減装置では、騒音源から放射された騒音を制御する制御点が設定され、この制御点には第１のマイクロホンが配置される。演算手段は、この第１のマイクロホン出力に基づいて、騒音源からの音を低減するためのフィルタ係数を演算する。フィルタには演算手段で演算されたフィルタ係数が設定される。一方、騒音源の近傍には第２のマイクロホンが配置される。フィルタは、この第２のマイクロホン出力のデジタル値と設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行なう。そして、制御音放射手段は、このフィルタ出力に基づいて、騒音源からの音を低減するための制御音を放射する。
【００１２】
この発明では、フィルタ係数は、騒音源またはダミー音源から放射された音（例えば、Ｍ系列信号音）を低減するように演算されているので、このフィルタ係数が設定されたフィルタを用い、そのフィルタ出力に基づいて制御音を放射することにより、フィルタ係数の設定時に放射された音（例えば、Ｍ系列信号音）と同じ広い周波数帯域に亘り優れた減音効果を得ることができる。また、この発明では、上述した通り、フィルタ係数を陽解法により演算する演算手段を設けている。陽解法によりフィルタ係数を演算することにより、その演算過程において測定したインパルス応答に窓を掛けることができる。これにより直接音のみを低減することができる。
【００１３】
上記の演算手段は、第１のインパルス応答と第２のインパルス応答の各々に時間窓を掛けて各々インパルス応答の一部を切り出し、切り出したインパルス応答に基づいてフィルタ係数を演算するように構成することができる。また、上記の演算手段は、第１のインパルス応答に時間窓を掛けて直接音のインパルス応答を切り出し、切り出したインパルス応答に基づいて制御点への直接音のみが低減されるようにフィルタ係数を演算するように構成してもよい。
【００１４】
遅延してくる周囲からの反射音まで含めて制御する場合には、減音量が小さくなるが、制御点への直接音のみが低減されるようにフィルタ係数を演算することにより、直接音成分を効果的に消音することができ、直接音成分を効果的に消音することにより、後続の反射音成分も減音することができる。その結果、全体として大きな減音量を得ることができる。
【００１５】
さらに、上記の演算手段は、第１のインパルス応答に基づいて騒音源またはダミー音源から第１のマイクロホンまでの経路に係る第１の伝達関数を求めると共に、第２のインパルス応答に基づいて騒音源またはダミー音源から第２のマイクロホンまでの経路と制御音放射手段から第１のマイクロホンまでの経路とに係る第２の伝達関数を求め、第１の伝達関数と第２の伝達関数とからフィルタの伝達関数を求めて、フィルタのフィルタ係数を演算するように構成してもよい。
【００１６】
本発明の騒音低減装置のフィルタ係数設定方法は、騒音源の近傍、または前記騒音源に近接配置されたダミー音源の近傍に配置されたマイクロホンと、前記マイクロホン出力のデジタル値と設定されたフィルタ係数とを用いてデジタルフィルタリング処理するフィルタと、前記フィルタ出力に基づいて、騒音を低減するための制御音を制御点に向けて放射する制御音放射手段と、を備えた騒音低減装置の前記フィルタ係数を設定する騒音低減装置のフィルタ係数設定方法であって、前記騒音源またはダミー音源から前記マイクロホン、伝達関数が１に設定された前記フィルタ及び前記制御音放射手段を介して前記制御点に至る経路を伝搬する音のインパルス応答を遅延させることにより、前記騒音源または前記ダミー音源から放射された音が、空間を介して前記制御点に伝達されたときの第１のインパルス応答と、前記経路を介して前記制御点に伝達されたときの第２のインパルス応答とを時間的に分離して求め、求めた前記第１のインパルス応答と前記第２のインパルス応答とに基づいて、前記フィルタ係数を陽解法により演算して前記フィルタに設定することを特徴とする。
【００１７】
なお、騒音低減装置は、制御点に配置された第１のマイクロホンと、騒音源の近傍に配置された第２のマイクロホンと、前記第２のマイクロホン出力を複数帯域の音に分割する分割手段と、前記複数帯域の各々に対応して設けられると共に、分割手段で分割された各帯域の音のデジタル値とフィルタ係数とを用いてデジタルフィルタリング処理する複数のフィルタと、前記フィルタ出力と目標値との偏差が最小になるように前記フィルタ各々のフィルタ係数を変更する変更手段と、前記フィルタ出力に基づいて騒音源からの音を低減するための制御音を放射する制御音放射手段と、を含んで構成することができる。
【００１８】
この騒音低減装置では、騒音源から放射された騒音を制御する制御点が設定され、この制御点には第１のマイクロホンが配置される。一方、騒音源の近傍には第２のマイクロホンが配置される。第２のマイクロホンの出力は分割手段により複数帯域の音に分割され、前記複数帯域の各々に対応して設けられた複数のフィルタに各々入力される。複数のフィルタは、分割手段で分割された各帯域の音のデジタル値とフィルタ係数とを用いて、各々デジタルフィルタリング処理を行なう。この複数のフィルタ各々のフィルタ係数は、フィルタ出力と目標値との偏差が最小になるように変更手段により変更される。そして、制御音放射手段は、このフィルタ出力に基づいて、騒音源からの音を低減するための制御音を放射する。
【００１９】
このように騒音を複数帯域の音に分割し、複数帯域の各々に対応して設けられた複数のフィルタで処理を行なうので、フィルタのタップ長が短くなる。これにより高速制御が可能となる。制御点で騒音が卓越している周波数帯域の成分と、それ以外の周波数帯域の成分とに分割した場合には、更に各々のフィルタの負担が軽減され全周波数帯域で優れた減音効果を得ることができる。
【００２０】
上記の本発明に係る騒音低減装置において、前記制御点は、騒音源を囲むように配置された壁面の上辺近傍に設定することができる。また、制御音放射手段は、騒音源から放射されかつ壁面の上辺で回折された音を低減するように構成することができる。従って、諸事情から高い防音障壁を設置できない場合にも、既存の防音障壁に騒音低減装置を設置することにより、騒音を大幅に低減することができる。また、同一方向に制御音が放射されるように複数の音源を線状または面状に配列した制御音放射手段を用いることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
本発明の騒音低減装置を、建設工事現場の防音システムに適用した実施の形態について説明する。本実施の形態に係る防音システムは、図３に示すように、例えばパワーショベル等の騒音源Ｓから発生した騒音を減音するために騒音源Ｓの周囲に配置された防音障壁１０、防音障壁１０の壁面上辺近傍に設定された制御点Ｃに向けて制御音１６を放射する制御スピーカ１４、平坦な周波数特性を有するＭ系列信号音を放射するように騒音源Ｓに近接して配置されたダミー音源１８、騒音源Ｓの近傍に配置された音源マイクロホン２０、デジタルフィルタ２２を備えたデジタルフィルタ装置２４、制御点Ｃ近傍に配置された制御点マイクロホン２５、及びコンピュータ２６を備えている。
【００２２】
防音障壁１０は、鉄板等の金属板を地面に対して垂直に複数立て掛けて構成したものであり、金属板の各々は取り付け金具等で所定位置に固定されている。また、図４（Ａ）に示すように、遮音増強パネル１１を、防音障壁１０の騒音源Ｓ側に防音障壁１０と平行に且つ防音障壁１０から所定間隔離間して配置することが好ましい。遮音増強パネル１１は、パネル自体に低音域の遮音性能が１０ｄＢ以上有るものが好ましく、図４（Ａ）に示すように、騒音源Ｓ側のパネル表面にグラスウール等の吸音材１３が貼り付けられているものがより好ましい。更に、防音障壁１０及び遮音増強パネル１１は、屋外に設置して使用するため耐候性に優れるものがより好ましい。
【００２３】
制御スピーカ１４は、図４に示すように、垂直方向（矢印Ａ方向）に伸縮自在に構成された棒状の支持体４８の先端部に取り付けられると共に、支持体４８の先端部を軸としてこの軸の周りに回動可能とされている。支持体４８は、下部に車輪を備える等して水平方向（矢印Ｂ方向）に移動可能とされた設置架台５０に固定されている。設置架台５０は、現場で作業を行なう数名の作業員により移動可能なものが好ましい。これらの構成により、制御スピーカ１４が配置される高さ、防音障壁１０からの距離、及びスピーカの出力方向を自在に変更することができる。なお、制御スピーカ１４は、防音障壁１０によって制御音が回折するように、防音障壁１０の上辺から騒音波の１波長を超える距離離間して配置される。
【００２４】
パワーショベル等のように騒音源Ｓが移動する場合には、ダミー音源１８は、アンプ３４を介して騒音源Ｓの近傍に配置された受信機３２に接続する。そして、ダミー音源１８は、受信機３２及びアンプ３４と共にその移動体に搭載される。一方、コンピュータ２６からの指示に基づいてＭ系列信号を発生させるＭ系列信号発生器２８は、騒音源Ｓから離れた場所に配置されており、送信機３０に接続されている。このＭ系列信号発生器２８で生成された信号は、送信機３０から受信機３２に無線送信され、アンプ３４で増幅されてダミー音源１８に入力される。そして、ダミー音源１８からＭ系列信号音が放射される。
【００２５】
ダミー音源１８は、内蔵されたＤＰＳ処理システムによりスピーカの指向性を騒音源Ｓの指向性と近似的に同等な指向性に変更する指向性スピーカで構成することができる。これにより、ダミー音源１８から制御点Ｃに到達する音波が、騒音源Ｓから制御点Ｃに到達する音波と略同じ経路を辿るようになる。また、ダミー音源１８がパワーショベル等の移動体に搭載される場合には、例えばパワーショベルの排気管やエンジン等の騒音源Ｓの極近傍に配置されることになるため、小型で取付け容易なものが好ましい。
【００２６】
パワーショベル等のように騒音源Ｓが移動する場合には、音源マイクロホン２０は、プリアンプ３６を介して送信機３８に接続する。そして、音源マイクロホン２０は、プリアンプ３６及び送信機３８と共にその移動体に搭載される。一方、デジタルフィルタ装置２４は、騒音源Ｓから離れた場所に配置されており、受信機４０に接続されている。音源マイクロホン２０で収音された音波は、アンプ３６で増幅され、送信機３８から受信機４０に無線送信され、図示しないＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換され、デジタル信号がデジタルフィルタ装置２４に入力される。
【００２７】
デジタルフィルタ装置２４は、デジタルフィルタ２２及びアンプ４２を備えており、デジタルフィルタ２２は、アンプ４２を介して制御スピーカ１４に接続されると共にコンピュータ２６に接続されている。なお、デジタルフィルタ２２とアンプ４２との間に、ハウリングを抑制するハウリング抑制回路を挿入してもよい。デジタルフィルタ２２のフィルタ係数は、コンピュータ２６で演算され、デジタルフィルタ２２に設定される。なお、フィルタ係数の演算方法については後述する。デジタルフィルタ２２は、音源マイクロホン２０から入力されたデジタル信号と設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。フィルタリング処理された信号は、図示しないＤ／Ａ変換器でＤ／Ａ変換され、アンプ４２で増幅されて制御スピーカ１４に出力される。そして、フィルタリング処理された信号に対応する音波が、制御音１６として制御スピーカ１４から放射される。
【００２８】
制御点マイクロホン２５は、アンプ４４を介してコンピュータ２６に接続されている。この制御点マイクロホン２５により、ダミー音源１８から放射されたＭ系列信号音または騒音源Ｓから放射された騒音と共に、制御スピーカ１４から放射された音波が収音される。収音された音波は、アンプ４４で増幅され、図示しないＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換されてコンピュータ２６に入力される。
【００２９】
コンピュータ２６は、中央演算処理回路（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、及びＲＡＭを備えており、ＣＰＵによりデジタルフィルタ２２のフィルタ係数の演算を行い、演算したフィルタ係数をデジタルフィルタ２２に設定する。また、コンピュータ２６は、ディスプレイ等の表示装置４６に接続されており、制御点マイクロホン２５からの入力信号に基づいて制御点Ｃにおける騒音レベルを、表示装置４６に適宜表示することができる。これにより、制御点Ｃにおける騒音レベルを常時監視することができ、制御音放射による効果を確認することができる。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る防音システムの動作について、フィルタ係数の設定動作と騒音の制御動作とに分けて説明する。
【００３１】
まず、デジタルフィルタ２２へのフィルタ係数の設定動作について説明する。防音障壁１０の壁面上辺近傍の制御点Ｃに向けて音波が放射されるように制御スピーカ１４及びダミー音源１８の配置位置、出力方向が調節される。この調節が完了した後、ダミー音源１８を作動させてデジタルフィルタ２２へのフィルタ係数の設定が行われる。なお、制御点Ｃを複数設定することもできる。複数の制御点Ｃを設定した場合には、制御点毎に制御スピーカ１４を配置する。
【００３２】
Ｍ系列信号発生器２８は、コンピュータ２６からの指示によりＭ系列信号を発生させる。Ｍ系列信号発生器２８で生成された信号は、送信機３０、受信機３２、及びアンプ３４を介してダミー音源１８に入力される。そして、ダミー音源１８からＭ系列信号音が制御点Ｃに向けて放射される。放射されたＭ系列信号音は、音源マイクロホン２０で収音され、アンプ３６、送信機３８、及び受信機４０を介してデジタルフィルタ装置２４に入力される。
【００３３】
入力されたデジタル信号は、デジタルフィルタ２２で遅延され、アンプ４２を介して制御スピーカ１４に出力される。そして、デジタル信号に対応するＭ系列信号音が、制御スピーカ１４から制御点Ｃに向けて放射される。制御点マイクロホン２５により、ダミー音源１８から放射されたＭ系列信号音と制御スピーカ１４から放射されたＭ系列信号音とが収音される。収音された音波は、アンプ４４を介してコンピュータ２６に入力される。
【００３４】
ここで、ディジタルフィルタ２２の伝達関数をＷ（ω）と仮定し、伝達関数Ｗ（ω）のインパルス応答の係数をδ（ｔ−ｔｄｅｌａｙ）に設定する。ｔｄｅｌａｙは遅延時間（ｍｓ）であり、例えば３００ｍｓに設定することができる。
【００３５】
ダミー音源１８から放射されたＭ系列信号音の一部は、防音障壁１０上部に設置した制御点マイクロホン２５に直接到達する。この伝達経路Ａの伝達関数をＡ（ω）とする。また、放射されたＭ系列信号音の一部は、ダミー音源１８近傍に設置した音源マイクロホン２０で収音され、ディジタルフィルタ装置２４を経由して（ディジタルフィルタ２２により遅延され）、制御スピーカ１４から放射されて制御点マイクロホン２５に到達する。この伝達経路Ｂの伝達関数をＢ（ω）とする。制御点マイクロホン２５では、経路Ａからの信号音と経路Ｂからの信号音とが同時に収音される。
【００３６】
ダミー音源１８から音源マイクロホン２０までの経路Ｃ１の伝達関数をＣ１（ω）とし、制御スピーカ１４から制御点マイクロホン２５までの経路Ｃ２の伝達関数をＣ２（ω）とすると、経路Ｂの伝達関数はＢ（ω）は下記式で表される。なお、Ｃ１（ω）とＣ２（ω）との積を、経路Ｃ（経路Ｃ１＋Ｃ２）の伝達関数Ｃ（ω）とする。
【００３７】
Ｂ（ω）＝Ｃ１（ω）Ｃ２（ω）Ｗ（ω）＝Ｃ（ω）Ｗ（ω）
ここで、Ｗ（ω）＝１とすると、経路Ｂの伝達関数Ｂ（ω）と経路Ｃの伝達関数Ｃ（ω）とが等しくなる。
【００３８】
コンピュータ２６では、以下の手順で、陽解法によりディジタルフィルタ２２のフィルタ係数を演算する。ここでいう陽解法とは、上記の経路Ａのインパルス応答と経路Ｂのインパルス応答とを事前に計測し、数値計算によりフィルタ係数を演算する方法である。
【００３９】
▲１▼  制御点マイクロホン２５からコンピュータ２６に取り込んだデジタル信号を、アダマール変換によりインパルス応答に変換する。図５（Ａ）に示すように、経路Ｃのインパルス応答はｔｄｅｌａｙ（ｍｓ）遅延されており、経路Ａと経路Ｃの各々のインパルス応答は時間的に分離しているので、これに各々時間窓７０、７２を掛けて、各々の経路毎にインパルス応答を切り出すことができる。経路Ａのインパルス応答を関数ａ（ｔ）で表し、経路Ｃのインパルス応答を関数ｃ（ｔ）で表す。更に、図５（Ｂ）に示すように、経路Ａのインパルス応答ａ（ｔ）に時間窓５２を掛けることにより、直接音のインパルス応答だけを切り出すことができる。
【００４０】
▲２▼  ｃ（ｔ）を遅延時間分だけ時間を巻き戻したｃ（ｔ−ｔｄｅｌａｙ）を改めてｃ（ｔ）とする。また、直接音に対応する部分だけを切り出した経路Ａのインパルス応答を改めてａ（ｔ）とする。そして、経路Ａのインパルス応答ａ（ｔ）をフーリエ変換して伝達関数Ａ（ω）を求め、経路Ｃのインパルス応答ｃ（ｔ）をフーリエ変換して伝達関数Ｃ（ω）を求める。
【００４１】
▲３▼  経路Ａの伝達関数Ａ（ω）と経路Ｂの伝達関数Ｂ（ω）とが、Ａ（ω）＋Ｂ（ω）＝０、という消音条件を満足すると仮定すると、ディジタルフィルタ２２の伝達関数Ｗ（ω）は下記式で表される。
Ｗ（ω）＝−Ａ（ω）／Ｃ（ω）
【００４２】
そして、フーリエ変換して得られた伝達関数Ａ（ω）及び伝達関数Ｃ（ω）を用いてＷ（ω）を演算し、これを逆フーリエ変換して関数ｗ（ｔ）を求める。この関数ｗ（ｔ）の係数が、ディジタルフィルタ２２のフィルタ係数である。なお、関数ｗ（ｔ）は、下記式に示す関係から行列演算により時間領域で直接求めてもよい。
ｗ（ｔ）＊ｃ（ｔ）＝−ａ（ｔ）  （＊は畳み込み演算を表す。）
【００４３】
コンピュータ２６は、得られたフィルタ係数をデジタルフィルタ装置２４に入力し、ディジタルフィルタ２２に設定する。これによりディジタルフィルタ２２は、Ｗ（ω）の伝達関数を持つフィルタとなる。上記のフィルタ係数が設定されたディジタルフィルタ２２は、Ｍ系列信号音と同じ広い周波数帯域の騒音を打ち消すことができる制御音を発生させる逆フィルタとなる。
【００４４】
次に、騒音の制御動作について説明する。
【００４５】
騒音源Ｓから放射された騒音１２は、音源マイクロホン２０で収音され、アンプ３６、送信機３８、及び受信機４０を介して、デジタル信号としてデジタルフィルタ装置２４に入力される。一方、デジタルフィルタ２２は、コンピュータ２６からの指示により、音源マイクロホン２０から入力されたデジタル信号と設定されたフィルタ係数とを用いて、デジタルフィルタリング処理を行う。フィルタリング処理された信号は、アンプ４２を介して制御スピーカ１４に出力される。そして、フィルタリング処理された信号に対応する音波が、制御音１６として制御スピーカ１４から制御点Ｃに向けて放射され、制御点Ｃにおいて騒音源Ｓからの騒音１２が、制御音１６により打ち消される。
【００４６】
制御点マイクロホン２５により、騒音源Ｓから放射された騒音１２と制御スピーカ１４から放射された制御音１６とが収音される。実際には、騒音１２と制御音１６とが相互に打ち消し合うので、僅かな音波しか収音されない。収音された音波がアンプ４４を介してコンピュータ２６に入力されると、コンピュータ２６は、この入力信号に基づいて制御点Ｃにおける騒音レベルを表示装置４６に表示する。
【００４７】
以上説明した通り、本実施の形態では、騒音源近傍に配置したダミー音源から平坦な周波数特性を有するＭ系列信号音を放射させて逆フィルタの同定を行うので、得られた逆フィルタを用いて広い周波数帯域で騒音を打ち消すことができる。図６に示す通り、実際の騒音源から発生した音波で逆フィルタを同定する場合には、パワーの大きな低音域の５０Ｈｚの成分から消音し、他の周波数成分は殆ど減音されないが、ダミー音源からＭ系列信号音を放射させて逆フィルタの同定を行った場合には、広い周波数帯域で騒音が打ち消されることが分かる。例えば、パワーショベル等のエンジンの回転数の変化により周波数スペクトルが変化した場合にも、これに対応して騒音を打ち消すことができる。
【００４８】
また、従来のＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ法及びＬＭＳ法により逆フィルタの同定では、直接音だけでなく、遅延してくる周囲からの反射音まで含めて制御するため、減音量が小さくなることがあったが、本実施の形態では、陽解法によりフィルタ係数を演算するので、図５に示すように、その演算過程において測定したインパルス応答に窓を掛けることができ、直接音成分のみを選択的に消音することができる。直接音成分を効果的に消音することにより、後続の反射音成分も減音することができ、全体として大きな減音効果を得ることができる。
【００４９】
なお、本実施の形態のフィルタ係数の演算方法に代えて、後述するクロススペクトル法を用いてフィルタ係数を演算してもよい。
【００５０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る防音システムは、図７に示すように、ダミー音源を用いずにデジタルフィルタへフィルタ係数を設定する以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
パワーショベル等のように騒音源Ｓが移動する場合には、音源マイクロホン２０は、プリアンプ３６を介して送信機３８に接続する。そして、音源マイクロホン２０は、プリアンプ３６及び送信機３８と共にその移動体に搭載される。一方、デジタルフィルタ装置２４及びコンピュータ２６は、騒音源Ｓから離れた場所に配置されており、受信機４０に各々接続されている。音源マイクロホン２０で収音された音波は、アンプ３６で増幅され、送信機３８から受信機４０に無線送信され、図示しないＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換され、デジタル信号がデジタルフィルタ装置２４に入力されると共に、コンピュータ２６にも入力される。
【００５２】
次に、本実施の形態に係る防音システムの動作について説明する。騒音の制御動作は第１の実施の形態と同様であるため説明を省略し、デジタルフィルタ２２へのフィルタ係数の設定動作のみを説明する。
【００５３】
防音障壁１０の壁面上辺近傍の制御点Ｃに向けて音波が放射されるように制御スピーカ１４の配置位置、出力方向が調節される。この調節が完了した後、デジタルフィルタ２２へのフィルタ係数の設定が行われる。
【００５４】
騒音源Ｓから放射された騒音は、音源マイクロホン２０で収音され、アンプ３６、送信機３８、及び受信機４０を介して、デジタル信号としてデジタルフィルタ装置２４及びコンピュータ２６に入力される。入力されたデジタル信号は、デジタルフィルタ２２で遅延され、アンプ４２を介して制御スピーカ１４に出力される。そして、デジタル信号に対応する騒音が、制御スピーカ１４から制御点Ｃに向けて放射される。制御点マイクロホン２５により、騒音源Ｓから放射された騒音と制御スピーカ１４から放射された騒音とが収音される。収音された音波はアンプ４４を介してコンピュータ２６に入力される。
【００５５】
ここで、ディジタルフィルタ２２の伝達関数をＷ（ω）と仮定し、伝達関数Ｗ（ω）のインパルス応答の係数をδ（ｔ−ｔｄｅｌａｙ）に設定する。ｔｄｅｌａｙは遅延時間（ｍｓ）であり、例えば３００ｍｓに設定することができる。
【００５６】
騒音源Ｓから放射された騒音の一部は、防音障壁１０上部に設置した制御点マイクロホン２５に直接到達する。この伝達経路を経路Ａとする。経路Ａの伝達関数はＡ（ω）である。また、放射された騒音の一部は、騒音源近傍に設置した音源マイクロホン２０で収音され、ディジタルフィルタ装置２４を経由して（ディジタルフィルタ２２により遅延され）、制御点マイクロホン２５に到達する。この伝達経路を経路Ｂとする。経路Ｂの伝達関数はＢ（ω）である。制御点マイクロホン２５では、経路Ａからの信号音と経路Ｂからの信号音とが同時に収音される。
【００５７】
騒音源Ｓから音源マイクロホン２０までの経路Ｃ１の伝達関数をＣ１（ω）とし、制御スピーカ１４から制御点マイクロホン２５までの経路Ｃ２の伝達関数をＣ２（ω）とすると、経路Ｂの伝達関数はＢ（ω）は下記式で表される。なお、Ｃ１（ω）とＣ２（ω）との積を、経路Ｃ（経路Ｃ１＋Ｃ２）の伝達関数Ｃ（ω）とする。
Ｂ（ω）＝Ｃ１（ω）Ｃ２（ω）Ｗ（ω）＝Ｃ（ω）Ｗ（ω）
【００５８】
ここで、Ｗ（ω）＝１とすると、経路Ｂの伝達関数はＢ（ω）と経路Ｃの伝達関数Ｃ（ω）とが等しくなる。
【００５９】
コンピュータ２６では、以下の手順で、クロススペクトル法を用いた陽解法によりディジタルフィルタ２２のフィルタ係数を演算する。ここでいう陽解法とは、経路Ａのインパルス応答と経路Ｂのインパルス応答とを事前に計測し、数値計算によりフィルタ係数を演算する方法である。
【００６０】
▲１▼  音源マイクロホン２０からコンピュータ２６に取り込んだデジタル信号を所定の時間窓で切り出し、切り出した信号を関数ｘ（ｔ）で表す。一方、制御点マイクロホン２５からコンピュータ２６に取り込んだデジタル信号を所定の時間窓で切り出し、切り出した信号を関数ｙ（ｔ）で表す。
【００６１】
▲２▼  関数ｘ（ｔ）の自己相関関数Φｘｘ（ｔ）、関数ｘ（ｔ）と関数ｙ（ｔ）との相互相関関数Φｘｙ（ｔ）を求める。Φｘｘ（ｔ）、Φｘｙ（ｔ）について同期加算を行い、Ｓ／Ｎを改善する。その結果に基づき、改めて自己相関関数Φｘｘ（ｔ）、相互相関関数Φｘｙ（ｔ）を表す。両者をフーリエ変換したものを関数Φｘｘ（ω）、関数Φｘｙ（ω）とする。なお、関数Φｘｘ（ω）、関数Φｘｙ（ω）は、周波数領域で求めたものを同期加算してもよい。
【００６２】
▲３▼  Ｚ（ω）＝Φｘｙ（ω）／Φｘｘ（ω）を計算する。Ｚ（ω）を逆フーリエ変換したものを関数ｚ（ｔ）とする。関数ｚ（ｔ）は、経路Ａと経路Ｃのインパルス応答を含んだものであるが、経路Ｃのインパルス応答はｔｄｅｌａｙ（ｍｓ）遅延されており、経路Ａと経路Ｃの各々のインパルス応答は時間的に分離しているので、これに各々時間窓を掛けて、各々の経路毎にインパルス応答を切り出すことができる。経路Ａのインパルス応答を関数ａ（ｔ）で表し、経路Ｃのインパルス応答を関数ｃ（ｔ）で表す。更に、経路Ａのインパルス応答ａ（ｔ）に時間窓を掛けることにより、直接音のインパルス応答だけを切り出すことができる。
【００６３】
▲４▼  ｃ（ｔ）を遅延時間分だけ時間を巻き戻したｃ（ｔ−ｔｄｅｌａｙ）を改めてｃ（ｔ）とする。また、直接音に対応する部分だけを切り出した経路Ａのインパルス応答を改めてａ（ｔ）とする。そして、経路Ａのインパルス応答ａ（ｔ）をフーリエ変換して伝達関数Ａ（ω）を求め、経路Ｃのインパルス応答ｃ（ｔ）をフーリエ変換して伝達関数Ｃ（ω）を求める。
【００６４】
▲５▼  経路Ａの伝達関数Ａ（ω）と経路Ｂの伝達関数Ｂ（ω）とが、Ａ（ω）＋Ｂ（ω）＝０、という消音条件を満足すると仮定すると、ディジタルフィルタ２２の伝達関数Ｗ（ω）は下記式で表される。
Ｗ（ω）＝−Ａ（ω）／Ｃ（ω）
【００６５】
フーリエ変換して得られた伝達関数Ａ（ω）及び伝達関数Ｃ（ω）を用いてＷ（ω）を演算し、これを逆フーリエ変換して関数ｗ（ｔ）を求める。この関数ｗ（ｔ）の係数が、ディジタルフィルタ２２のフィルタ係数である。
【００６６】
コンピュータ２６は、得られたフィルタ係数をデジタルフィルタ装置２４に入力し、ディジタルフィルタ２２に設定する。これによりディジタルフィルタ２２は、Ｗ（ω）の伝達関数を持つフィルタとなる。上記のフィルタ係数が設定されたディジタルフィルタ２２は、騒音を打ち消すことができる制御音を発生させる逆フィルタとなる。
【００６７】
以上説明した通り、本実施の形態では、クロススペクトル法を用いた陽解法によりフィルタ係数を演算するので、その演算過程において測定したインパルス応答に窓を掛けることができ、直接音成分のみを選択的に消音することができる。直接音成分を効果的に消音することにより、後続の反射音成分も減音することができ、全体として大きな減音効果を得ることができる。
【００６８】
Ｍ系列信号はアダマール変換によりインパルス応答に変換することができるが、実際の騒音源からはＭ系列信号が発生しないので、アダマール変換によりインパルス応答を求めることはできない。クロススペクトル法によれば、Ｍ系列信号を用いていない場合でもインパルス応答を求めることができるので、ダミー音源を使用せずに陽解法によりフィルタ係数を演算することができ、装置構成が簡単になる。
【００６９】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係る防音システムは、図８に示すように、ダミー音源及びデジタルフィルタ装置を用いずに、周波数帯域分割方式のＦｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ法を用いて適応フィルタを同定する構成とした以外は、第２の実施の形態と同じ構成であるため、同一部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７０】
音源マイクロホン２０からの信号を受信する受信機４０は、高周波成分のみを透過するハイパスフィルタ５４と低周波成分のみを透過するローパスフィルタ５６とに接続されている。ハイパスフィルタ５４は、高周波側の適応型ディジタルフィルタ５８に接続され、ローパスフィルタ５６は、低周波側の適応型ディジタルフィルタ６０に接続されている。制御点マイクロホン２５もアンプ４４を介して、高周波成分のみを透過するハイパスフィルタ６２と低周波成分のみを透過するローパスフィルタ６４とに接続されている。ハイパスフィルタ６２は、高周波側の適応型ディジタルフィルタ５８に接続され、ローパスフィルタ６４は、低周波側の適応型ディジタルフィルタ６０に接続されている。なお、適応型ディジタルフィルタ５８及び６０は、従来と同様の構成であるため説明を省略する。
【００７１】
音源マイクロホン２０からの受信信号のうち高周波成分のみが高周波側の適応型ディジタルフィルタ５８に入力され、低周波成分のみが低周波側の適応型ディジタルフィルタ６０に入力される。また、制御点マイクロホン２５からの残差信号のうち高周波成分のみが高周波側の適応型ディジタルフィルタ５８に入力され、低周波成分のみが低周波側の適応型ディジタルフィルタ６０に入力される。適応型ディジタルフィルタ５８及び６０の各々では、残差信号成分が最小になるようにフィルタ係数が更新されている。そして、適応型ディジタルフィルタ５８及び６０の各々で、入力信号は低周波成分と高周波成分とに分けてフィルタリング処理され、デジタル信号がアンプ６６を介して制御スピーカ１４に出力される。
【００７２】
以上説明した通り、本実施の形態では、周波数帯域を高周波帯域と低周波帯域とに分割して逆フィルタを作製しているので、図９に示すように、制御しようとする全周波数帯域を１つの逆フィルタで制御する場合と比較して、タップ長が短くなり、高速制御が可能となる。
【００７３】
特に、騒音源から発生した音波で逆フィルタを同定する場合には、上述した通り、パワーの大きな低音域の５０Ｈｚの成分から消音し、他の周波数成分はほとんど減音しないので、制御点で騒音が卓越している周波数（例えば、８０Ｈｚ以下の低音域）帯域の成分と、それ以外の周波数帯域の成分とに分割して逆フィルタを同定することにより各々の逆フィルタの負担が軽減され、図１３に示すように、全周波数帯域で減音効果が得られると共に、高速制御が可能となる。
【００７４】
上記の第１〜第３の実施の形態において、制御スピーカは、点音源で構成してもよいが、同一方向に制御音が放射されるように複数の音源を線状に配列した線状配列音源で構成することもできる。騒音１２を放射する騒音源Ｓに対して同じ位置に防音障壁１０を配置した場合であっても、図１１に示すように、制御スピーカ１４を点音源で構成した場合には、点音源からの放射音が略全方向に伝搬し、制御対象領域以外の領域にも音波が伝搬するので、防音障壁１０の外側では却って騒音が増大する領域が発生するが、図１０に示すように、制御スピーカ１４を線状配列音源で構成した場合には、制御スピーカ１４の指向性が非常に鋭くなり、制御対象領域だけに音波が伝搬するので、防音障壁１０の外側の全領域で騒音が低減される。また、制御スピーカから放射された音波が音源マイクロホンで収音されることにより発生するハウリングを抑制することもできる。
【００７５】
また、制御スピーカは、同一方向に制御音が放射されるように複数の音源を面状に配列した面状配列音源で構成することもできる。制御スピーカとして面状配列音源を用いることにより、防音障壁の外側の全領域で騒音が低減される外、ハウリングを大幅に抑制することができる。
【００７６】
上記の第１及び第２の実施の形態において、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの距離が長い場合には、騒音源Ｓから放射された音波が制御点マイクロホンに到達するまでに時間が係り（例えば、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの距離が３４ｍで１００ｍｓ）、騒音源Ｓから制御点マイクロホンに直接到達する信号とディジタルフィルタ装置を経由する信号とをコンピュータで同時に処理することが困難になるので、ディジタルフィルタ装置と制御スピーカとの間に遅延回路を挿入することが好ましい。
【００７７】
上記の第３の実施の形態において、ローパスフィルタのサンプリング周波数を、ハイパスフィルタのサンプリング周波数より小さくすることが好ましい。音波の低周波数成分は、周波数が収束せずインパルス応答長が長くなる場合があるが、ローパスフィルタのサンプリング周波数を小さくすることで、低周波側の適応型ディジタルフィルタのタップ長を長くすることなく、フィルタ係数を演算することができる。
【００７８】
例えば、図１２に示すように、ローパスフィルタ６４と適応型ディジタルフィルタ６０との間にダウンサンプリング回路７４を挿入し、ローパスフィルタ５６と適応型ディジタルフィルタ６０との間にダウンサンプリング回路７５を挿入すると共に、適応型ディジタルフィルタ６０とアンプ６６との間にアップサンプリング回路７６を挿入することにより、ローパスフィルタのサンプリング周波数を小さくすることができる。また、図１２に示すように、騒音源Ｓから制御点Ｃまでの距離が長い場合には、第１及び第２の実施の形態と同様の理由で、高周波側の適応型ディジタルフィルタ５８及び低周波側の適応型ディジタルフィルタ６０に遅延回路７７、７８を各々挿入することが好ましい。
【００７９】
【発明の効果】
本発明に係る騒音低減装置は、広い周波数帯域に亘り優れた減音効果を得ることができる、という効果を奏する。また、本発明に係る騒音低減装置は、大きな減音量を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクティブ・ノイズ・コントロール（ＡＮＣ）の消音原理を説明するための図である。
【図２】従来のＡＮＣシステムを備えた防音障壁の構成を示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態に係る防音システムの構成を示す概略図である。
【図４】制御スピーカの支持機構を示す概略図である。
【図５】制御点マイクロホンの入力に基づくインパルス応答を示す線図である。
【図６】ＡＮＣにより消音を行なう前後の騒音レベルの周波数依存性を、第１の実施の形態に係る防音システムと従来の防音システムとの比較で示すグラフである。
【図７】第２の実施の形態に係る防音システムの構成を示す概略図である。
【図８】第３の実施の形態に係る防音システムの構成を示す概略図である。
【図９】第３の実施の形態に係る防音システムでＡＮＣにより消音を行なった場合の騒音レベルの周波数依存性を示すグラフである。
【図１０】点音源で構成した制御スピーカを配置した例を示す平面図である。
【図１１】線状配列音源で構成した制御スピーカを配置した例を示す平面図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る防音システムの変形例を示す概略図である。
【図１３】帯域分割を行なう前後の騒音レベルの周波数依存性を、第３の実施の形態に係る防音システムと従来の防音システムとの比較で示すグラフである。
【符号の説明】
Ｓ  騒音源
Ｃ  制御点
１０  防音障壁
１４  制御スピーカ
１８  ダミー音源
２０  音源マイクロホン
２２  デジタルフィルタ
２４  デジタルフィルタ装置
２５  制御点マイクロホン
２６  コンピュータ
２８  Ｍ系列信号発生器
【図１】
0003615172.tif 000002
【図２】
0003615172.tif 000003
【図３】
0003615172.tif 000004
【図４】
0003615172.tif 000005
【図５】
0003615172.tif 000006
【図６】
0003615172.tif 000007
【図７】
0003615172.tif 000008
【図８】
0003615172.tif 000009
【図９】
0003615172.tif 000010
【図１０】
0003615172.tif 000011
【図１１】
0003615172.tif 000012
【図１２】
0003615172.tif 000013
【図１３】
0003615172.tif 000014