(57)【要約】【課題】利用者が存在する消音対象域における騒音を低減する。【解決手段】騒音低減装置は、低減対象の騒音を取得して騒音信号を出力する参照波取得部１２と、前記騒音信号と消音対象域における騒音又は消音対象域の場所とに基づいて、前記消音対象域の騒音を低減させるための音響信号を生成する音響補正部１４、１１４、２１４と、前記音響信号に基づいて補正音を出力するスピーカ１６、１１６、２１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低減対象の騒音を取得して騒音信号を出力する参照波取得部と、
前記騒音信号と、消音対象域における騒音又は消音対象域の場所とに基づいて、前記消音対象域の騒音を低減させるための音響信号を生成する音響補正部と、
前記音響信号に基づいて補正音を出力するスピーカとを備える騒音低減装置。
【請求項２】
消音対象域における騒音を取得して誤差信号を無線送信するワイヤレスマイクと、
前記誤差信号を受信するワイヤレス受信機とを備える請求項１に記載の騒音低減装置。
【請求項３】
撮影した映像に基づいて消音対象域の場所を特定する消音対象域特定部を備える請求項１又は２のいずれかに記載の騒音低減装置。
【請求項４】
前記参照波取得部から前記消音対象域に伝播する騒音の伝達関数である第一伝達関数を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第一伝達情報記憶部と、
前記スピーカから前記消音対象域に伝播する補正音の伝達関数である第二伝達関数を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第二伝達情報記憶部と
を備え、
前記音響補正部は、前記騒音信号と、前記特定した消音対象域の場所と、前記第一伝達関数と、前記第二伝達関数とに基づいて、前記消音対象域の騒音を低減させるための音響信号を生成する請求項３に記載の騒音低減装置。
【請求項５】
前記参照波取得部から前記消音対象域に伝播する騒音における、周波数帯毎の振幅変化及び位相変化を表す第一伝達情報を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第一伝達情報記憶部と、
前記スピーカから前記消音対象域に伝播する補正音における、周波数帯毎の振幅変化及び位相変化を表す第二伝達情報を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第二伝達情報記憶部と
を備え、
前記音響補正部は、前記騒音信号と、前記特定した消音対象域の場所と、前記第一伝達情報と、前記第二伝達情報とに基づいて、前記取得した騒音信号に対して周波数帯毎に振幅及び位相を変化させた音響信号を生成する請求項３に記載の騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音を低減する騒音低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
騒音を発生する機器を有する船舶やプラント等において、居室内に伝播する騒音を低減させるために、居室の構造を強固にしたり、厚い吸音材を設置するなどの防音対策が必要となっていた。
【０００３】
特許文献１は、中高音域と低音域とで異なる音響補正装置を配置した音響システムを開示している。当該音響システムは、参照マイクと、左右二つのエラーマイクと、左右二つの中高域用の音響補正手段と、低域用音響補正手段と、左右二つのスピーカとを備える。参照マイクは、消音対象となる音を受音する。エラーマイクは、利用者の左耳位置近傍及び右耳位置近傍にそれぞれ設けられる。
【０００４】
中高域用の音響補正手段は、参照マイクにより受音された音の中高域の音響信号と左右のエラーマイクにより受音された音の中高域の音響信号とに基づいて、利用者の左右の耳位置近傍における中高域騒音を低減させるための装置である。
【０００５】
低域用音響補正手段は、参照マイクにより受音された音の低域の音響信号と左右のエラーマイクにより受音された音の低域の音響信号とに基づいて、利用者の左右の耳位置近傍における低域騒音を低減させるための装置である。左右二つのスピーカは、中高域の音響信号と低域の音響信号とからなる出力音を利用者における左右の耳位置近傍に出力する装置である。
【０００６】
特許文献２は、建設機械に搭乗するオペレータが装着する、低騒音効果を有する建設機械用ヘルメット装置を開示している。当該建設機械用ヘルメット装置は、ヘルメット本体に装着されたスピーカと、マイクと、制御装置とを備える。前記スピーカは、ヘルメット本体の左右両側にオペレータの耳と対応するように装着されている。前記マイクは、前記スピーカの近傍に配設されている。前記制御装置は、前記マイクで集音した騒音と逆位相の音を生成する。当該制御装置で生成された音は、前記スピーカから出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３１５５７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５６０７７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】辻井重男編著  「デジタル信号処理シリーズ第１０巻  適応信号処理」株式会社昭晃堂  Ｐ５９〜Ｐ６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、利用者が存在する消音対象域の騒音を低減する騒音低減装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１１】
本発明による騒音低減装置は、低減対象の騒音を取得して騒音信号を出力する参照波取得部（１２）と、前記騒音信号と消音対象域における騒音又は消音対象域の場所とに基づいて、前記消音対象域の騒音を低減させるための音響信号を生成する音響補正部（１４、１１４、２１４）と、前記音響信号に基づいて補正音を出力するスピーカ（１６、１１６、２１６）とを備える。
【００１２】
更に騒音低減装置は、消音対象域における騒音を取得して誤差信号を無線送信するワイヤレスマイク（１８、１１８、２１８）と、前記誤差信号を受信するワイヤレス受信機（２０、１２０、２２０）とを備える。
【００１３】
更に騒音低減装置は、撮影した映像に基づいて消音対象域の場所を特定する消音対象域特定部（３８）を備える。
【００１４】
更に騒音低減装置は、前記参照波取得部（１２）から前記消音対象域に伝播する騒音の伝達関数である第一伝達関数を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第一伝達情報記憶部（記憶部１５）と、前記スピーカ（１６）から前記消音対象域に伝播する補正音の伝達関数である第二伝達関数を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第二伝達情報記憶部（記憶部１５）とを備える。前記音響補正部（１４）は、前記騒音信号と、前記特定した消音対象域の場所と、前記第一伝達関数と、前記第二伝達関数とに基づいて、前記消音対象域の騒音を低減させるための音響信号を生成する。
【００１５】
また、騒音低減装置は、前記参照波取得部（１２）から前記消音対象域に伝播する騒音における、周波数帯毎の振幅変化及び位相変化を表す第一伝達情報を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第一伝達情報記憶部（記憶部１５）と、前記スピーカ（１６）から前記消音対象域に伝播する補正音における、周波数帯毎の振幅変化及び位相変化を表す第二伝達情報を、複数の前記消音対象域毎に記憶する第二伝達情報記憶部（記憶部１５）とを備える。前記音響補正部（１４）は、前記騒音信号と、前記特定した消音対象域の場所と、前記第一伝達情報と、前記第二伝達情報とに基づいて、前記取得した騒音信号に対して周波数帯毎に振幅及び位相を変化させた音響信号を生成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、利用者に対する騒音を低減することが可能な騒音低減装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る騒音低減装置を備える部屋の透視図である。
【図２】図２は、騒音の伝達経路と騒音低減装置との構成を表す図である。
【図３】図３は、複数の消音対象域に対する騒音の伝達経路と騒音低減装置との構成を表す図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る騒音低減装置を備える部屋の透視図である。
【図５】図５は、複数の消音対象域の場所と関連付けて記憶されている伝達情報の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
添付図面を参照して、本発明による騒音低減装置を実施するための形態を、以下に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る騒音低減装置は、振動源９０が発する低減対象の騒音又は振動を取得して騒音信号を出力する参照波取得部１２と、騒音を低減させるための音響信号を生成する音響補正部１４と、騒音を低減する音響信号を補正音に変換して出力するスピーカ１６とを備える。
【００２０】
また、部屋３０内における特定の消音対象域には、利用者３２が存在している。消音対象域における騒音を取得して誤差信号に変換し、無線送信するワイヤレスマイク１８は、利用者３２により携行されている。図１に示すワイヤレス受信機２０は、ワイヤレスマイク１８が無線送信した誤差信号を受信して、音響補正部１４に出力する。
【００２１】
振動源９０は、エンジン、ポンプ、コンプレッサー、その他の機器であり、振動や騒音を発生する機器である。部屋３０は、船舶やプラント、工事現場等における居室等の部屋である。参照波取得部１２は、振動源９０が発する騒音や振動を取得して騒音信号に変換して出力する機器である。参照波取得部１２として、マイクロフォンや加速度計、震動計等の機器を用いることができる。また、参照波取得部１２は、部屋３０の内部や壁、床、天井等に配置することができる。また、ブロワやファン等が発する騒音を部屋３０の内部に伝播するダクト３４に、参照波取得部１２を配置することもできる。
【００２２】
音響補正部１４は、参照波取得部１２から取得した騒音信号と、ワイヤレスマイク１８を介して取得した誤差信号とに基づいて、利用者３２が居る消音対象域における騒音を低減させるための音響信号を生成して、スピーカ１６に出力する。
【００２３】
次に、図２を参照して、振動源９０から発せられた騒音又は振動は、参照波取得部１２と第一伝達経路（第一伝達関数Ｋ(z)）とを経由して、部屋３０内に居る利用者３２に伝播する。音響補正部１４は、例えばフィードフォワード型のアクティブノイズコントロール装置であり、音響制御フィルタ２２と、第二伝達経路モデル２４と、適応アルゴリズム２６とを備える。
【００２４】
音響制御フィルタ２２は、騒音信号を入力して、伝達関数Ｈ(z)に基づく処理を行って、音響信号をスピーカ１６に対して出力する。スピーカ１６から出力された補正音は、第二伝達経路（第二伝達関数Ｃ(z)）を経由して、消音対象域に居る利用者３２に伝播する。例えば、音響制御フィルタ２２が線形フィルタで実現され、かつ二乗誤差規範のもとで最適に消音対象域が制御された場合には、その伝達関数Ｗ(z)は、Ｗ(z)＝−Ｋ(z)／Ｃ(z)となる。
【００２５】
第二伝達経路モデル２４は、スピーカ１６から消音対象域に至る第二伝達関数Ｃ(z)をモデル化したフィルタである。適応アルゴリズム２６は、誤差信号を０にしていくように適応フィルタを更新する計算をするものであり、例えばＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ  ＬＭＳアルゴリズムを用いることができる。
【００２６】
従来のフィードフォワード型のアクティブノイズコントロール装置は、主に自動車やプラント、空調設備等における排気管や排気ダクトなどの限られた用途に適用されている。これらの用途は、アクティブノイズコントロール装置を細長い空間へ適用したものであり、消音対象域は限られた空間であった。
【００２７】
一方、広い空間内に居る利用者に対する騒音低減対策としては、フィードバック型のアクティブノイズコントロール装置を搭載したヘッドホンが製品化されている。このヘッドホンを着用することで、任意の位置に存在する利用者に対して騒音の低減効果が得られる。
【００２８】
船舶の客室やプラントの機器室等の部屋では、低周波音を中心とした騒音があり、利用者の居住性を悪化させる要因となっている。これらの部屋における騒音対策としては、前述のアクティブノイズコントロール装置を搭載したヘッドホンを利用する手段もあるが、常時ヘッドホンを装着していなければならないことに伴う圧迫感や重量感があり、快適性を損ねるものであった。
【００２９】
本発明を船舶やプラント、工事現場等における居室等の部屋に適用することによって、ワイヤレスマイク１８の周囲の消音対象域における騒音を低減することが可能となる。本発明によれば、吸音材等では吸収されにくい低周波の騒音、特にエンジン排気音やファンの回転音などの低周波数の純音成分の騒音を、より効果的に減少させることができる。
【００３０】
また、本発明では、消音効果をモニタリングする誤差マイクロフォンとして、ワイヤレスマイク１８を用いているので、利用者３２の行動を制限することがない。更に、ワイヤレスマイク１８を帽子やヘルメット等の耳元に装着しておくことによって、消音効果を高めることができる。
【００３１】
また、ワイヤレスマイク１８は小型軽量であることから、利用者３２は従来のヘッドホンのような圧迫感や重量感から開放されることになる。なお、利用者３２が就寝中である場合のように、部屋３０内において移動を伴わない場合には、ワイヤレスマイク１８を耳元近くに置くと良い。また、首からぶら下げるペンダント型のワイヤレスマイク１８を用いることもできる。
【００３２】
次に、図３を参照して、複数の消音対象域に対して騒音の低減を行う騒音低減装置の構成について説明する。複数の消音対象域に居る利用者１３２、２３２に対して騒音の低減を行う場合には、それぞれ複数の音響補正部１１４、２１４と、スピーカ１１６、２１６と、ワイヤレスマイク１１８、２１８と、ワイヤレス受信機１２０、２２０とを用いて、複数の補正音を発生させて騒音の軽減処理を行う。
【００３３】
図３に示す実施形態では、振動源９０から発せられた騒音又は振動は、参照波取得部１２と、二つの第一伝達経路（第一伝達関数Ｋ1(z)、Ｋ2(z)）とを経由して、それぞれの利用者１３２、２３２に伝播する。振動源９０が発する騒音又は振動は、参照波取得部１２にて騒音信号に変換されて、二つの音響補正部１１４、２１４に入力される。音響補正部１１４、２１４は、図２に示した音響制御フィルタ２２と、第二伝達経路モデル２４と、適応アルゴリズム２６と同様の機能を備える。
【００３４】
音響補正部１１４、２１４は、参照波取得部１２から騒音信号を入力して、伝達関数Ｈ1(z)、Ｈ2(z)に基づく処理を行って、それぞれ補正用の音響信号をスピーカ１１６、２１６に対して出力する。スピーカ１１６から出力された補正音は、第二伝達関数Ｃ11(z)の第二伝達経路を経由して、利用者１３２に伝播すると共に、第二伝達関数Ｃ12(z)の第二伝達経路を経由して利用者２３２に伝播する。
【００３５】
一方、スピーカ２１６から出力された補正音は、第二伝達関数Ｃ22(z)の第二伝達経路を経由して、利用者２３２に伝播すると共に、第二伝達関数Ｃ21(z)の第二伝達経路を経由して、利用者１３２に伝播する。音響補正部１１４、２１４における音響信号の生成処理は、例えば非特許文献１のＰ５９〜Ｐ６３に記載されている処理を用いることができる。このようにして、複数の消音対象域に対して騒音の低減を行うことができる。
【００３６】
（第２の実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る騒音低減装置について説明する。なお、図１に示した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３７】
図１に示した実施形態では、消音対象域にワイヤレスマイク１８を配置しておき、音響補正部１４がワイヤレスマイク１８から取得した誤差信号を用いて、消音対象域の騒音を低減させるための音響信号を生成する処理を行っていた。これに対し、図４に示す実施形態では、利用者３２が居る消音対象域の場所を特定し、その消音対象域に応じた音響信号を生成して、騒音を低減させる実施形態である。従って、ワイヤレスマイク１８を用いなくても、消音対象域における騒音を低減させることができる。なお、図４に示す実施形態に加えて、ワイヤレスマイク１８を用いて誤差信号を取得し、適応フィルタを更新する計算を行って、消音対象域における騒音を低減する処理を併用することもできる。
【００３８】
図４を参照して、第２の実施形態に係る騒音低減装置は、部屋３０内を撮影する撮影部３６と、消音対象域特定部３８と、音響補正部１４と、記憶部１５とを備える。撮影部３６は、部屋３０の内部と利用者３２とを撮影する。撮影部３６として、可視光を観測するカメラを用いることもできるし、赤外線等を観測するカメラやセンサを用いることもできる。
【００３９】
消音対象域特定部３８は、撮影した映像等に基づいて部屋３０内における消音対象域の場所（例えば利用者３２が居る場所）を特定する。記憶部１５は、消音対象域の場所に応じた伝達関数Ｈ(z)を記憶している。音響補正部１４は、参照波取得部１２から騒音信号を入力して、消音対象域の場所に対応した伝達関数Ｈ(z)を用いて、音響信号を生成する。このようにして、事前に計測していたパターンをもとに、利用者３２が居る位置に合せて逆位相となる補正音をスピーカから出力し、利用者３２が存在する消音対象域における騒音を低減することができる。
【００４０】
伝達関数Ｈ(z)の要素として、消音対象域の場所に応じて予め計測、又は算出しておいた第一伝達関数及び第二伝達関数を用いることができる。これらの第一伝達関数及び第二伝達関数は、それぞれ消音対象域の場所と関連付けて、予め記憶部１５（第一伝達情報記憶部、第二伝達情報記憶部）に記憶しておく。
【００４１】
また、伝達関数Ｈ(z)の他の実施形態として、参照波取得部１２から入力した騒音信号を周波数分離部に入力することによって複数の周波数帯に分離し、この分離した周波数帯毎に振幅変化及び位相変化を与え、これらを再び足し合わせた音響信号を生成して、スピーカ１６に出力することもできる。この周波数帯毎の振幅変化量及び位相変化量は、参照波取得部１２と利用者３２との間における第一伝達情報と、スピーカ１６と利用者３２との間における第二伝達情報とを用いて決定することもできる。
【００４２】
これら第一伝達情報及び第二伝達情報は、それぞれ消音対象域の場所と関連付けて、予め記憶部１５（第一伝達情報記憶部、第二伝達情報記憶部）に記憶しておく。なお、第一伝達情報は、例えば参照波取得部１２と利用者３２との間における周波数帯毎の振幅変化量及び位相変化量である。また、第二伝達情報は、例えばスピーカ１６と利用者３２との間における周波数帯毎の振幅変化量及び位相変化量である。
【００４３】
図５に、記憶部１５に予め記憶されている第一伝達情報及び第二伝達情報の例を示す。図５に示すように、複数の消音対象域の場所に応じて、それぞれの周波数帯毎の振幅変化量及び位相変化量が関連付けて記憶されている。
【００４４】
以上、本発明によれば、消音対象域特定部３８が利用者３２の存在場所をリアルタイムで特定することによって、利用者３２が観測する騒音を低減させることができる。
【００４５】
以上、実施の形態を参照して本発明による騒音低減装置を説明したが、本は発明による騒音低減装置は上記実施形態に限定されない。上記実施形態に様々の変更を行うことが可能である。上記実施形態に記載された事項と上記他の実施形態に記載された事項とを組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１２...参照波取得部
１４、１１４、２１４...音響補正部
１５...記憶部（第一伝達情報記憶部、第二伝達情報記憶部）
１６、１１６、２１６...スピーカ
１８、１１８、２１８...ワイヤレスマイク
２０、１２０、２２０...ワイヤレス受信機
３０...部屋
３２...利用者
３８...消音対象域特定部
９０...振動源
【図１】
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【図２】
2014126617.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014126617.tif 000006
【図５】
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