(57)【要約】【課題】実環境であっても優れた制御効果を得ることができる能動遮音装置を提供する。【解決手段】  遮音パネル１１〜１５によって囲まれた多面体状の外形を為す防音ボックス１０と、遮音パネル１１〜１５の入射音を検知して参照信号１０１〜１０５を出力する入射音検知手段２１〜２５と、参照信号１０１〜１０５に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号２０１〜２０５を生成して出力する制御手段３０と、制御信号２０１〜２０５に応じて遮音パネル１１〜１５を加振するアクチュエータ４１〜４５とを備えた能動遮音装置において、一の遮音パネルに取り付けたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、該一の遮音パネルに重ならない位置に設けた入射音検知手段から出力された参照信号を利用するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
防音対象物を収容する内部空間が複数枚の遮音パネルによって囲まれた多面体状の外形を為す防音ボックスと、
防音ボックスを囲んで配置され、それぞれの遮音パネルの入射音を検知して参照信号として出力するための複数の入射音検知手段と、
入射音検知手段から出力された参照信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力する制御手段と、
それぞれの遮音パネルにおける所定箇所に取り付けられ、制御手段が出力した制御信号に応じて遮音パネルを加振することにより遮音パネルの透過音を抑制するアクチュエータと
を備えた能動遮音装置であって、
制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重ならない位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号が利用されることを特徴とする能動遮音装置。
【請求項２】
それぞれの遮音パネルに重なる位置に少なくとも１つずつ入射音検知手段が設けられ、
制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネル以外の他の遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号が利用される請求項１記載の能動遮音装置。
【請求項３】
制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、
前記一の遮音パネルに重なる位置に設けられた一の入射音検知手段から出力された参照信号と、
前記一の遮音パネル以外の他の遮音パネルに重なる位置に設けられた他の入射音検知手段から出力された参照信号と
が利用される請求項２記載の能動遮音装置。
【請求項４】
前記他の遮音パネルが、前記一の遮音パネルに隣接する遮音パネルである請求項３記載の能動遮音装置。
【請求項５】
それぞれの遮音パネルに重なる位置に入射音検知手段が１つずつ設けられ、
それぞれの入射音検知手段が、該入射音検知手段が重なる遮音パネルの外面中央から外方へ所定距離を隔てた箇所に設けられた請求項２〜４いずれか記載の能動遮音装置。
【請求項６】
防音ボックスが、その上面α１及びその４つの側面α２，α３，α４，α５がそれぞれ遮音パネルによって覆われて、その底面α６が他の構造物又は遮音パネルによって塞がれる六面体状の外形を為し、
制御手段から上面α１を覆う遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、
上面α１を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、
側面α２，α３，α４，α５を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と
が利用され
制御手段から側面αｎ（ｎは２以上で５以下の全ての整数）を覆う遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、
上面α１を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、
側面α２，α３，α４，α５のうち側面αｎに隣接しない側面αｎ’を除く３つの側面を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と
が利用される
請求項２〜５いずれか記載の能動遮音装置。
【請求項７】
防音ボックスにおける底面α６の下側にも入射音検知手段が設けられ、
制御手段から側面αｎ（ｎは２以上で５以下の全ての整数）を覆う遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、
上面α１を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、
側面α２，α３，α４，α５のうち側面αｎに隣接しない側面αｎ’を除く３つの側面を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、
底面α６の下側に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と
が利用される
請求項６記載の能動遮音装置。
【請求項８】
それぞれの遮音パネルに貼り付けられ、それぞれの遮音パネルの振動による変位を検知してエラー信号として出力するための分布定数型センサをさらに備え、
制御手段が、入射音検知手段から出力された参照信号に加えて、分布定数型センサから出力されたエラー信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力する請求項１〜７いずれか記載の能動遮音装置。
【請求項９】
空間を音源側と遮音側に仕切るための１枚又は複数枚の遮音パネルと、
遮音パネルよりも音源側に設けられ、遮音パネルの入射音を検知して参照信号として出力するための複数の入射音検知手段と、
それぞれの入射音検知手段から出力された参照信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力する制御手段と、
遮音パネルにおける所定箇所に取り付けられ、制御手段が出力した制御信号に応じて遮音パネルを加振することにより遮音パネルの透過音を抑制するアクチュエータと
を備えた能動遮音装置であって、
複数の入射音検知手段のうち少なくとも１つの入射音検知手段が、一の遮音パネルに重ならない位置に設けられ、
制御手段から前記一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重ならない位置にある入射音検知手段から出力された参照信号が利用されることを特徴とする能動遮音装置。
【請求項１０】
空間を音源側と遮音側に仕切るための１枚又は複数枚の遮音パネルと、
遮音パネルよりも音源側に設けられ、遮音パネルの入射音を検知して参照信号として出力するための複数の入射音検知手段と、
それぞれの入射音検知手段から出力された参照信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力する制御手段と、
遮音パネルにおける所定箇所に取り付けられ、制御手段が出力した制御信号に応じて遮音パネルを加振することにより遮音パネルの透過音を抑制するアクチュエータと
を用いて行う能動遮音方法であって、
複数の入射音検知手段のうち少なくとも１つの入射音検知手段を、一の遮音パネルに重ならない位置に設け、
制御手段から前記一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重ならない位置にある入射音検知手段から出力された参照信号を利用することを特徴とする能動遮音方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射音に応じて遮音パネルの所定箇所を加振することにより、遮音パネルの透過音を抑制する能動遮音装置と、この能動遮音装置を用いた能動遮音方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
精密計測機器や半導体製造装置などの精密機器の高精度化が益々進展するなか、これらの精密機器の防音対策の重要性が高まってきている。というのも、高精度化された精密機器においては、騒音などに起因する僅かな振動でも、その精度を低下させる（その精密機器本来の精度を発揮できない）ことに繋がるからである。このような実状に鑑みて、精密機器を防音ボックスの内部に収容した状態で使用することも行われている。この防音ボックスを用いることにより、周波数の高い音を比較的容易に遮断することができる。しかし、この防音ボックスで周波数の低い音を十分に遮断しようとすると、防音ボックスの各面を形成する遮音パネルを重くする必要があり、防音ボックスの設置場所や設置方法が限定されるという問題があった。例えば、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；ＡＦＭ）用の防音ボックスでは、その全体重量が数百キロを超えるものもある。
【０００３】
遮音パネルの重量を増大させることなく、遮音パネルの透過音（特に低周波数帯域の透過音）を抑制する技術としては、遮音パネルに取り付けたアクチュエータを遮音パネルの入射音に応じて振動させることにより、遮音パネルの透過音を抑制する「能動遮音制御」という技術が知られている。これまでに、本発明者らは、この能動遮音制御において遮音パネルの透過音を効率的に抑制できるアクチュエータの配置方法を提案している（例えば特許文献１及び非特許文献１）。この方法は、低周波数帯域にある特定の周波数において遮音パネルの透過音が減少する現象（以下においては、「反共振」又は「反共振現象」と呼ぶことがある。）に着目したものであり、この反共振現象が生じる周波数（以下においては、「反共振周波数」と呼ぶことがある。）における振動の節にアクチュエータを配置するものである。
【０００４】
また、本発明者らは、防音ボックスの各面を覆う遮音パネルに、上記方法によりアクチュエータを配置し、遮音パネルの体積速度を圧電フィルムによりセンシングする小型の能動制遮音装置を試作し、フィードフォワード制御を行うことで、大きな制御効果が得られることを実験的に示している（例えば非特許文献２）。しかし、この能動遮音装置では、騒音源の場所が特定できない場合や、騒音源が移動する場合や、壁面などからの反射音が想定される場合には、得られる制御効果が限定的であった。この能動遮音装置を実環境においても大きな制御効果が得られるものとするために、本発明者らはさらなる改良を続けている。
【０００５】
ところで、これまでには、遮音パネルを加振するためのアクチュエータを遮音パネルにおける複数箇所に設けるとともに、遮音パネルにおけるアクチュエータを設けた場所の近傍に該アクチュエータと対となるように参照マイクロホンを設け、それぞれの参照マイクロホンが検知した入射音を打ち消すようにそれぞれの参照マイクロホンと対となるアクチュエータで遮音パネルを加振することにより、遮音パネルに対する入射音（騒音）の入射箇所にかかわらず、制御効果を得ることができるようにした能動遮音装置も提案されている（例えば特許文献２）。
【０００６】
しかし、この種の能動遮音装置は、多数の参照マイクロホンを必要とするために、コストが高くなるばかりか、それぞれの参照マイクロホンから検知された参照信号の処理に時間を要するようになり、アクチュエータによる遮音パネルの加振が間に合わなくなるおそれがある。特に、この種の能動遮音装置において、高い制御効果を得ようとすると、参照マイクロホンが検知した入射音と実際に遮音パネルに入射する入射音とが高い精度で一致する（参照マイクロホンと遮音パネルのコヒーレンスが高まる）ように、参照マイクロホンをできるだけ遮音パネルの近くに配する必要があるが、参照マイクロホンと遮音パネルの距離を短くすると、参照マイクロホンが入射音を検知してから該入射音が遮音パネルに入射するまでの時間も短くなり、アクチュエータによる加振を間に合わせることがさらに困難になる。フィードフォワード制御において、実際の制御が間に合わずに所望の制御効果が得られなくなくなることを、「因果律を満たさなくなる」と呼んでいる。
【０００７】
これに対し、この種の能動遮音装置において、参照マイクロホンと遮音パネル距離を長くすると、参照マイクロホンが入射音を検知してから該入射音が遮音パネルに入射するまでの時間が長くなり、アクチュエータによる加振を間に合わせる（因果律を満たす）ことが容易となる。しかし、この場合には、参照マイクロホンが検知した入射音と実際に遮音パネルに入射する入射音との誤差が大きくなり（参照マイクロホンと遮音パネルのコヒーレンスが低下して）、所望の制御効果が得られなくなるおそれがある。この現象は、遮音パネルに対して音が斜めに入射する場合に特に生じやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−０６０９８５号公報
【特許文献２】特開２００７−１２１８２７号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】眞田明，東山孝治，田中信雄，“アクティブ遮音制御におけるアクチュエータ配置法”，日本機械学会論文集Ｃ編，Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．７５８（２００９），ｐｐ．２６８６−２６９４
【非特許文献２】眞田明，東山孝治，田中信雄，“能動制御型防音ＢＯＸに関する研究”，Ｄ＆Ｄ２０１０講演論文集，ｐｐ．６５−６９
【非特許文献３】Ｐ．Ｇａｒｄｏｎｉｏ，Ｙ．−Ｓ．Ｌｅｅ，Ｓ．Ｊ．Ｅｌｌｉｏｔｔ，Ｓ．Ｄｅｂｏｓｔ，“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  ｍａｔｃｈｅｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  ｕｎｉｆｏｒｍ  ｆｏｒｃｅ  ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  ａｃｔｉｖｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｃｏｕｓｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌ”，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，１１０，（６），Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  ２００１，ｐｐ．３０２５−３０３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、騒音源の場所が特定できない場合や、騒音源が移動する場合や、壁面などからの反射音が想定される場合など、入射音（騒音）の入射方向が特定できない場合であっても、優れた制御効果を得ることができる能動遮音装置を提供するものである。また、参照マイクロホンなど、入射音を検知するための入射音検知手段の設置個数を少なくして、コストを抑えることも可能な能動遮音装置を提供するものである。さらに、複雑な信号処理が発生せず、因果律を満たすことが容易な能動遮音装置を提供することも本発明の目的である。さらにまた、この能動遮音装置を用いた能動遮音方法を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、
防音対象物を収容する内部空間が複数枚の遮音パネルによって囲まれた多面体状の外形を為す防音ボックスと、
防音ボックスを囲んで配置され、それぞれの遮音パネルの入射音を検知して参照信号として出力するための複数の入射音検知手段と、
入射音検知手段から出力された参照信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力する制御手段と、
それぞれの遮音パネルにおける所定箇所に取り付けられ、制御手段が出力した制御信号に応じて遮音パネルを加振することにより遮音パネルの透過音を抑制するアクチュエータと
を備えた能動遮音装置であって、
制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重ならない位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号が利用されることを特徴とする能動遮音装置
を提供することによって解決される。以下においては、説明の便宜上、この能動遮音装置を「ボックス型の能動遮音装置」と表記することがある。
【００１２】
ここで、「一の遮音パネル」における「一の」という語句は、「一の遮音パネル」を「他の遮音パネル」と峻別するために用いたものであり、「１つの」という意味ではなく、「ある（英語の「ｓｏｍｅ」）」という意味で用いている。後に登場する「一の入射音検知手段」などにおける「一の」という語句についても、これと同様である。例えば、「一の入射音検知手段」と記載している場合は、「一の入射音検知手段」が１つの入射音検知手段で構成される場合だけでなく、「一の入射音検知手段」が複数の入射音検知手段で構成されている場合も含んでいる。
【００１３】
また、「一の遮音パネルに重ならない位置」とは、一の遮音パネルをその法線方向から見た場合に、該一の遮音パネルに重なって見えない位置（空間領域）のことを云う。これに対し、一の遮音パネルをその法線方向から見た場合に、該一の遮音パネルに重なって見える位置（空間領域）のことを「一の遮音パネルに重なる位置」と定義する。換言すると、一の遮音パネルをその法線方向に平行移動させた際に該一の遮音パネルが通過する空間領域が「一の遮音パネルに重なる位置」であり、該一の遮音パネルが通過しない空間領域が「一の遮音パネルに重ならない位置」である。
【００１４】
このように、一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータを制御する制御信号を、一の遮音パネルに重ならない位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号を利用して生成することにより、一の遮音パネルに対して入射音が斜め（非垂直）に入射した場合であっても、優れた制御効果を得ることが可能になる。したがって、騒音源の場所が特定できない場合や、騒音源が移動する場合や、壁面などからの反射音が想定される場合など、実環境でも優れた制御効果を得ることが可能になる。また、入射音検知手段の個数を少なくし、コストを抑えることも可能になる。入射音検知手段の個数を少なく抑えると、参照信号の処理も簡素になるため、フィードフォワード制御の因果律を満たすことも容易になる。
【００１５】
本発明のボックス型の能動遮音装置は、その用途を限定されるものではなく、遮音を行うことが必要な各種用途で採用することができる。なかでも、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）などの精密計測機器や、半導体製造装置など、精密機器を収容して遮音を行う用途に好適に使用できる。
【００１６】
本発明の能動遮音装置においては、それに重なる位置に入射音検知手段が設けられていない遮音パネルがあってもよいし、それに重なる位置に入射音検知手段が設けられていない遮音パネルがなくても（それぞれの遮音パネルに重なる位置に少なくとも１つずつ入射音検知手段を設けても）よい。後者の場合には、制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネル以外の他の遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号が利用されるようになる。このとき、当該制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重なる位置に設けられた一の入射音検知手段から出力された参照信号と、前記一の遮音パネル以外の他の遮音パネルに重なる位置に設けられた他の入射音検知手段から出力された参照信号との双方を利用すると好ましい。これにより、一の遮音パネルに対して斜めに入射する入射音だけでなく、垂直に近い状態で入射する入射音もコヒーレンスが高い状態で検知できるようにして、より高い制御効果を得ることが可能になる。
【００１７】
制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネル以外の他の遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号が利用された場合において、前記他の遮音パネルは、前記一の遮音パネル以外の遮音パネルであれば、特に限定されない。しかし、他の遮音パネルに設けられた他の入射音検知手段が検知した入射音と一の遮音パネルに入射する入射音とのコヒーレンスを高めて、より優れた制御効果が得られるようにするためには、前記他の遮音パネルは、前記一の遮音パネルの近くに配されたものを選択すると好ましい。具体的には、前記他の遮音パネルとして、前記一の遮音パネルに隣接する遮音パネルを採用すると好ましい。
【００１８】
また、本発明の能動遮音装置において、入射音検知手段を設ける具体的な場所（それぞれの遮音パネルの外面におけるどの場所から外方へ所定距離を隔てた箇所に入射音検知手段を設けるか）や、入射音検知手段の具体的な個数（それぞれの遮音パネルに対して入射音検知手段をいくつ設けるか）は、特に限定されない。後述する第一実施態様の能動遮音装置（図１及び図２を参照）のように、それぞれの遮音パネルに重なる位置に入射音検知手段を１つずつ設け、それぞれの入射音検知手段を、該入射音検知手段が重なる遮音パネルの外面中央から外方へ所定距離を隔てた箇所に設けてもよい。また、後述する第二実施態様の能動遮音装置（図１４及び図１５を参照）のように、一部（又は全部）の入射音検知手段を、いずれの遮音パネルにも重ならない位置（例えば、防音ボックスの隣接する一対の面が形成する角の二等分線上であって防音ボックスの外側となる位置）に設けてもよい。これにより、入射音検知手段の設置個数を最小限に抑えながらも、優れた制御効果を得ることが可能になる。
【００１９】
本発明の能動遮音装置では、その防音ボックスの形態を特に限定されない。しかし、防音ボックスの製作の容易さや、フィードバック制御の容易さや、防音ボックスの汎用性などを考慮すると、防音ボックスを、その上面α１及びその４つの側面α２，α３，α４，α５がそれぞれ遮音パネルによって覆われて、その底面α６が他の構造物又は遮音パネルによって塞がれる六面体状（より好ましくは直方体状）の外形を為すように形成すると好ましい。防音ボックスの底面α６を遮音パネルによって塞がない場合には、底面α６は、通常、防音対象物（精密機器など）を設置する台や床面などの他の構造物によって塞がれる。この場合、制御手段から上面α１を覆う遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成には、上面α１を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、側面α２，α３，α４，α５を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号とが利用される。これに対し、制御手段から側面αｎ（ｎは２以上で５以下の全ての整数）を覆う遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成には、上面α１を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、側面α２，α３，α４，α５のうち側面αｎに隣接しない側面αｎ’を除く３つの側面を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号とが利用される。
【００２０】
このとき、防音ボックスにおける底面α６の下側（底面α６に重なる位置）にも入射音検知手段を設け、制御手段から側面αｎ（ｎは２以上で５以下の全ての整数）を覆う遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、上面α１を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、側面α２，α３，α４，α５のうち側面αｎに隣接しない側面αｎ’を除く３つの側面を覆う遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号と、底面α６の下側に設けられた入射音検知手段から出力された参照信号とを利用するようにすることも好ましい。これにより、防音ボックスの下側から側面α２，α３，α４，α５に入射する入射音を検知することが可能になり、側面α２，α３，α４，α５を覆う遮音パネルの制御効果をさらに高めることが可能になる。
【００２１】
また、本発明の能動遮音装置においては、それぞれの遮音パネルに貼り付けられてそれぞれの遮音パネルの振動による変位を検知してエラー信号として出力するための分布定数型センサをさらに備え、制御手段が、入射音検知手段から出力された参照信号に加えて、分布定数型センサから出力されたエラー信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力するようにすることも好ましい。というのも、遮音パネルの透過音は、低周波数帯域においては１次のパワーモードが支配的であるが、１次のパワーモードは、遮音パネルの体積速度に等価であることが知られている。このため、分布定数型センサによって遮音パネルの体積速度を検知し、これをエラー信号として用いることにより、より大きな制御効果を得ることが可能になる。
【００２２】
ここで、「分布定数型センサ」とは、「加速度ピックアップ」のように測定対象物（遮音パネル）における特定の点の情報（変位）が得られる「集中定数型センサ」とは異なり、「圧電フィルム」のように測定対象物（遮音パネル）における特定の面状領域あるいは線状領域の情報（変位）が得られるセンサのことをいう。分布定数型センサとしては、ＰＶＤＦ（登録商標）（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）フィルムなどの圧電フィルムや、圧電セラミックスなどが例示される。圧電セラミックスであっても、薄板状で剛性の小さなものであれば、圧電フィルムと同様に扱うことができる。
【００２３】
ところで、本発明の技術的思想は、上記のボックス型の能動遮音装置だけでなく、以下のように拡張することもできる。すなわち、
空間を音源側と遮音側に仕切るための１枚又は複数枚の遮音パネルと、
遮音パネルよりも音源側に設けられ、遮音パネルの入射音を検知して参照信号として出力するための複数の入射音検知手段と、
それぞれの入射音検知手段から出力された参照信号に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号を生成して出力する制御手段と、
遮音パネルにおける所定箇所に取り付けられ、制御手段が出力した制御信号に応じて遮音パネルを加振することにより遮音パネルの透過音を抑制するアクチュエータと
を備えた能動遮音装置（又はこれらを用いて行う能動遮音方法）であって、
複数の入射音検知手段のうち少なくとも１つの入射音検知手段を、一の遮音パネルに重ならない位置に設け、
制御手段から前記一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重ならない位置にある入射音検知手段から出力された参照信号を利用することを特徴とする能動遮音装置（又は能動遮音方法）である。以下においては、この能動遮音装置を、上記の「ボックス型の能動遮音装置」と区別するために、「一般型の能動遮音装置」と表記することがある。
【００２４】
この一般型の能動遮音装置における「一の遮音パネルに重ならない位置にある入射音検知手段」は、上記のボックス型の能動遮音装置における「一の遮音パネル以外の他の遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段」を概念的に含んでいる。換言すると、この一般型の能動遮音装置と、上記のボックス型の能動遮音装置は、上位概念と下位概念の関係にある。この一般型の能動遮音装置と上記のボックス型の能動遮音装置は、「制御手段から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、一の遮音パネルに重ならない位置にある入射音検知手段から出力された参照信号を利用する」という点で共通している。この共通点によって、この一般型の能動遮音装置でも、騒音源の場所が特定できない場合や、騒音源が移動する場合や、壁面などからの反射音が想定される場合など、入射音（騒音）の入射方向が特定できない場合であっても、優れた制御効果を得ることができるという、上記のボックス型の能動遮音装置と同様の効果を得ることができる。したがって、この一般型の能動遮音装置と上記のボックス型の能動遮音装置は、上記共通点によって特別な技術的特徴を有しており、発明の単一性の要件を満たす一群の発明に該当する。
【００２５】
本発明の一般型の能動遮音装置は、その用途を限定されるものではなく、遮音を行うことが必要な各種用途で採用することができる。例えば、騒音源と受音側とを仕切る仕切壁として好適に使用することができる。仕切壁としては、建築物や移動体（航空機、鉄道車両又は自動車など）の外壁、内壁、天井、床、ドア又は窓など、高速道路や鉄道の防音壁などが例示される。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によって、騒音源の場所が特定できない場合や、騒音源が移動する場合や、壁面などからの反射音が想定される場合など、入射音（騒音）の入射方向が特定できない場合であっても、優れた制御効果を得ることができる能動遮音装置を提供することが可能になる。また、参照マイクロホンなど、入射音を検知するための入射音検知手段の設置個数を少なくして、コストを抑えることも可能になる。さらに、複雑な信号処理が発生せず、因果律を満たすことが容易な能動遮音装置を提供することも可能になる。さらにまた、この能動遮音装置を用いた能動遮音方法を提供することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一実施態様の能動遮音装置を示した斜視図である。
【図２】本発明の第一実施態様の能動遮音装置を示した平面図である。
【図３】第一実施態様の能動遮音装置において、防音ボックスにおける上面α１を覆う遮音パネルへの入射音を該遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段によって検知している状態を示した側面図である。
【図４】第一実施態様の能動遮音装置において、防音ボックスにおける上面α１を覆う遮音パネルへの入射音を上面α１に隣接する側面α２を覆う他の遮音パネルに重なる位置に設けられた入射音検知手段によって検知している状態を示した側面図である。
【図５】第一実施態様の能動遮音装置において、試作した防音ボックスの上面α１を覆う遮音パネルに対する入射音の周波数と、該入射音の臨界入射角度θｃ１及び臨界入射角度θｃ２との関係を示したグラフである。
【図６】一般型の能動遮音装置における遮音パネルへの入射音を該遮音パネルに重ならない位置に設けられた入射音検知手段によって検知している状態を示した断面図である。
【図７】第一実施態様の能動遮音装置の制御効果について検証を行うための実験システムを示した斜視図である。
【図８】試作した防音ボックスを設置した実験室を撮影した写真である。
【図９】くさび状吸音材を設置した実験室において、１つの騒音源から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。
【図１０】くさび状吸音材を設置した実験室において、３つの騒音源から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。
【図１１】くさび状吸音材を設置した実験室において、１つの騒音源から発せられた入射音に対して、比較例の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。
【図１２】くさび状吸音材を設置していない実験室において、１つの騒音源から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。
【図１３】くさび状吸音材を設置していない実験室において、３つの騒音源から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。
【図１４】本発明の第二実施態様の能動遮音装置を示した斜視図である。
【図１５】本発明の第二実施態様の能動遮音装置を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。以下においては、主に２つの実施態様（第一実施態様及び第二実施態様）の能動遮音装置を例に挙げて、本発明の能動遮音装置及び能動遮音方法を説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施態様に限定されるものではなく、発明の趣旨を損なわない範囲で適宜変更を施すことができる。
【００２９】
１．第一実施態様の能動遮音装置の概要
第一実施態様の能動遮音装置は、図１及び図２に示すように、防音ボックス１０と、複数の入射音検知手段２１〜２５と、制御手段３０（図２）と、アクチュエータ４１〜４５とを備えたものとなっている。図１は、第一実施態様の能動遮音装置を示した斜視図である。図２は、第一実施態様の能動遮音装置を示した平面図である。図１においては、制御手段３０を省略している。第一実施態様の能動遮音装置は、周囲で発生した騒音を防音ボックス１０で遮ることにより、防音ボックス１０の内部空間に収容した防音対象物に騒音が到達しないようにするためのものとなっている。
【００３０】
２．防音ボックス
防音ボックス１０は、図１に示すように、矩形状の上面α１と、矩形状の側面α２，α３，α４，α５と、矩形状の底面α６とを有する六面体状のものとなっている。防音ボックス１０の上面α１は、矩形状の遮音パネル１１によって覆われており、４つの側面α２，α３，α４，α５は、それぞれ矩形状の遮音パネル１２〜１５によって覆われている。これに対し、防音ボックス１０の底面α6（図示省略）は、遮音パネルによって塞がれておらず、防音対象物が設置された台５００の上面によって塞がれた状態となっている。防音ボックス１０は、防音対象物に対して被せることにより、その内部空間に防音対象物を収容できる。
【００３１】
防音ボックス１０の寸法は、その内部に収容する防音対象物の寸法などによっても異なり、特に限定されない。防音対象物が原子間力顕微鏡などの精密計測機器である場合には、防音ボックス１０の縦幅、横幅及び高さは、通常、０．５〜１．５ｍ程度とされる。第一実施態様の能動遮音装置において、防音ボックス１０は、縦幅が０．８５ｍ、横幅が０．９５ｍ、高さが０．７５ｍとなっており、原子間力顕微鏡を収容するものとして十分な寸法を有するものとなっている。
【００３２】
防音ボックス１０を構成する遮音パネル１１〜１５の素材は、音源の種類や、能動遮音装置を設置する環境などを考慮して適宜決定されるが、遮音性や耐久性、あるいは加工の容易性や入手コストなどを考慮すると、アルミニウムなどの金属板を採用すると好ましい。遮音パネル１１〜１５の損失係数も、特に限定されないが、０．０５以上とすると好ましい。これにより、遮音パネル１１〜１５に対して斜めに入射する入射音に対してもより優れた遮音効果を奏させることが可能になる。遮音パネル１１〜１５の厚みは、通常、０．５〜１０ｍｍとされ、好ましくは、１〜５ｍｍである。
【００３３】
３．入射音検知手段
入射音検知手段２１〜２５は、図１及び図２に示すように、防音ボックス１０の外側を囲むように配置されている。第一実施態様の能動遮音装置において、入射音検知手段２１〜２５は、それぞれ遮音パネル１１〜１５の外面中央から外方へ所定距離を隔てた箇所に設けられている。このため、入射音検知手段２１は遮音パネル１１に重なる位置に、入射音検知手段２２は遮音パネル１２に重なる位置に、入射音検知手段２３は遮音パネル１３に重なる位置に、入射音検知手段２４は遮音パネル１４に重なる位置に、入射音検知手段２５は遮音パネル１５に重なる位置に、それぞれ設けられた状態となっている。入射音検知手段２１〜２５以外の場所に別の入射音検知手段を設けておらず、入射音検知手段の設置個数を抑えている。この５個の入射音検知手段２１〜２５によっても、後述する制御方法を採用すれば、十分優れた制御効果を得ることができる。
【００３４】
また、入射音検知手段２１〜２５は、遮音パネル１１〜１５との空間相関係数ができるだけ高くなる（空間相関係数が１に近くなる）位置に設けると好ましい。具体的には、入射音検知手段２１〜２５と遮音パネル１１〜１５との空間相関係数が０．４以上となる位置に入射音検知手段２１〜２５を設けると好ましい。これにより、入射音検知手段２１〜２５が検知した入射音と遮音パネル１１〜１５に実際に入射する入射音とのコヒーレンスを高めて、より高い制御効果を得ることが可能になる。これは、後述する第二実施形態の能動遮音装置においても同様である。このとき、空間相関係数は、能動遮音制御にとって最も厳しい条件である完全拡散音場における計算式を用いたものを基準とすると好ましい。完全拡散音場における空間相関係数（Ｒとする。）は、下記式１によって求めることができる。
【００３５】
【数１】
2014048608.tif 000003
ただし、ｒは、制御対象である遮音パネルから最も近い位置にある入射音検知手段（制御対象である遮音パネル上の任意の点と入射音検知手段とを結ぶ線分の長さの最小値が最も小さくなる入射音検知手段のこと。以下、「計算対象の入射音検知手段」と表記する。）から、当該制御対象である遮音パネル上の点（計算対象の入射音検知手段からの距離よりも他の入射音検知手段からの距離の方が短くなる点を除く。）であって当該入射音検知手段からの距離が最も遠くなる点までの距離である。また、ｋは入射音の波数である。
【００３６】
入射音検知手段２１〜２５は、音を検知し、その音に応じた参照信号を外部に出力できるものであれば特に限定されない。第一実施態様の能動遮音装置においては、マイクロホンを入射音検知手段２１〜２５として用いている。以下においては、説明の便宜上、「入射音検知手段」を「参照マイクロホン」と表記する。
【００３７】
４．制御手段
制御手段３０は、図２に示すように、参照マイクロホン２１〜２５からそれぞれ出力された参照信号１０１〜１０５に基づいてフィードフォワード制御用の制御信号２０１〜２０５を生成して出力するためのものとなっている。制御手段３０における制御信号２０１〜２０５の具体的な生成方法については、後の「７．制御手段における制御信号の生成」において説明する。
【００３８】
制御手段３０としては、デジタル信号処理装置などが例示される。第一実施態様の能動遮音装置においては、ＤＳＰボードとＤ／ＡボードとＡ／Ｄボードとからなるデジタル信号処理装置（サンプリング周波数３ｋＨｚ）を制御手段３０として用いている。制御手段３０が実行する制御アルゴリズムは、一般的な能動遮音制御で用いられている各種のものを用いることができる。制御手段３０の制御アルゴリズムとしては、「Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ  ＬＭＳ  アルゴリズム」や、「Ｐｈａｓｅ  ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ  ｆｉｌｔｅｒｅｄ  ｅｒｒｏｒ  ＬＭＳ  アルゴリズム」や、「最適アルゴリズム」や、「Ｈ∞制御アルゴリズム」などが例示される。第一実施態様の能動遮音装置においては、「Ｆｉｌｔｅｒｅｄ−Ｘ  ＬＭＳ  アルゴリズム」を採用している。
【００３９】
５．アクチュエータ
アクチュエータ４１〜４５は、図１及び図２に示すように、それぞれ遮音パネル１１〜１５の外面における所定箇所に取り付けられている。このアクチュエータ４１〜４５は、それぞれ制御手段３０が出力した制御信号２０１〜２０５に応じて遮音パネル１１〜１５を加振することにより遮音パネル１１〜１５の透過音（防音ボックスの外部から内部へ進入する音）を抑制するためのものとなっている。アクチュエータ４１〜４５の種類は、特に限定されないが、通常、遮音パネル１１〜１５における所定点を局所的に加振することのできるポイントアクチュエータが用いられる。第一実施態様の能動遮音装置においては、アクチュエータ４１〜４５として、ボイスコイル型のポイントアクチュエータを用いている。
【００４０】
遮音パネル１１に対するアクチュエータ４１の配置は、特に限定されないが、非制御時の遮音パネル１１に対して音を垂直に入射させて反共振周波数（Ωとする。）で反共振させた際に節線となる遮音パネル１１における節線予定線（Ｌとする。）上の少なくとも１点に配すると好ましい。第一実施態様の能動遮音装置においては、非制御時の遮音パネル１１に対して音を垂直に入射させて反共振周波数（Ωａ（∈Ω）とする。）で反共振させた際に節線となる節線予定線（Ｌａ（∈L）とする。）と、非制御時の遮音パネル１１に対して音を垂直に入射させて反共振周波数（Ωｂ（∈Ω，Ωｂ＞Ωａ）とする。）で反共振させた際に節線となる節線予定線Ｌｂとの４つの交点の全てにアクチュエータ４１を配している。他の遮音パネル１２〜１５に対するアクチュエータ４２〜４５の配置も、これと同様の配置としている。これにより、さらに大きな制御効果を得ることができる。この配置によって大きな制御効果が得られる原理的な説明などについては、上記の特許文献１及び非特許文献１に記載している。
【００４１】
６．分布定数型センサ
ところで、第一実施態様の能動遮音装置においては、図１及び図２に示すように、それぞれの遮音パネル１１〜１５に、分布定数型センサ５０を貼り付けている。これらの分布定数型センサ５０は、それぞれの遮音パネル１１〜１５の振動による変位（体積速度）を検知してエラー信号（図示省略）として制御手段３０へ出力するものとなっている。このため、制御手段３０は、参照マイクロホン２１〜２５から出力された参照信号１０１〜１０５に加えて、分布定数型センサ５０から出力されたエラー信号も利用して、フィードフォワード制御用の制御信号２０１〜２０５を生成して出力するようになっている。これにより、より大きな制御効果を得ることが可能になる。
【００４２】
また、第一実施態様の能動遮音装置においては、分布定数型センサ５０として、上記の非特許文献３でＰ．Ｇａｒｄｏｎｉｏらが提案したものと同様、その対向する一対の側縁を逆向きの二次曲線でシェイピングした帯状のＰＶＤＦ（登録商標）フィルムを用いた。ＰＶＤＦ（登録商標）フィルム５０は、遮音パネル１１〜１５におけるそれぞれの節線予定線Ｌ上に貼り付けると好ましい。第一実施態様の能動遮音装置において、ＰＶＤＦ（登録商標）フィルム５０は、遮音パネル１１〜１５のそれぞれの中心線（遮音パネル１１〜１５の長辺に平行な中心線）上に１本ずつ貼り付けた。これにより、理論的には、それぞれの遮音パネル１１〜１５の（３，１）モード周波数以下の周波数領域で制御効果が得られると考えられる。
【００４３】
７．制御手段における制御信号の生成
図２を参照しながら、第一実施態様の能動遮音装置での、制御手段３０における制御信号２０１〜２０５の生成方法について説明する。第一実施態様の能動遮音装置において、制御手段３０から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号は、前記一の遮音パネルに重なる位置に設けられた一の参照マイクロホンから出力された参照信号と、前記一の遮音パネルに隣接する他の遮音パネルに重なる位置に設けられた他の入射音検知手段から出力された参照信号とに基づいて生成されるようになっている。具体的には、制御信号２０１〜２０５は、下記表１に示す参照信号に基づいて生成されるようになっている。
【００４４】
【表１】
2014048608.tif 000004
【００４５】
上記表１において、「○」印は、その段の制御信号の生成に利用されることを意味し、「×」印は、その段の制御信号の生成に利用されないことを意味している。すなわち、制御信号２０１は、参照信号１０１〜１０５に基づいて生成され、制御信号２０２は、参照信号１０１〜１０３，１０５に基づいて生成され、制御信号２０３は、参照信号１０１〜１０４に基づいて生成され、制御信号２０４は、参照信号１０１，１０３〜１０５に基づいて生成され、制御信号２０５は、参照信号１０１，１０２，１０４，１０５に基づいて生成される。防音ボックス１０の底面α６に別の参照マイクロホンを設けた場合には、制御信号２０２〜２０５の生成に、底面α６に設けられた参照マイクロホンから出力された参照信号も利用する。このようにＭＩＳＯ（Ｍｕｌｔｉ  Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）制御することにより、優れた制御効果を得ることができる。
【００４６】
８．フィードフォワード制御の因果律について
続いて、第一実施態様の能動遮音装置におけるフィードフォワード制御の因果律について検討する。図３は、第一実施態様の能動遮音装置において、防音ボックス１０における上面α１を覆う遮音パネル１１への入射音を遮音パネル１１に重なる位置に設けられた参照マイクロホン２１によって検知している状態を示した側面図である。図４は、第一実施態様の能動遮音装置において、防音ボックス１０における上面α１を覆う遮音パネル１１への入射音を上面α１に隣接する側面α２を覆う他の遮音パネル１２に重なる位置に設けられた参照マイクロホン２２によって検知している状態を示した側面図である。図３は、フィードフォワード制御の因果律をぎりぎり満たす位置に参照マイクロホン２１を設けた場合について示しており、図４は、フィードフォワード制御の因果律をぎりぎり満たす位置に参照マイクロホン２２を設けた場合について示している。
【００４７】
図３及び図４に示す場合において、制御手段３０における信号処理に要する時間における入射音の進行距離と、能動遮音制御時における許容位相誤差から許容される最大許容距離との和をΔＬとし、信号処理に必要な時間として１サンプリング時間のみを考慮すると、ΔＬは、下記式２によって表わすことができる。
【数２】
2014048608.tif 000005
ただし、Ｃは音速、ωは入射音の角周波数、ｆｓａｍｐは制御手段３０のサンプリング周波数、Δθは許容位相誤差である。
【００４８】
このとき、図３における角度θ１と角度θ１’は、幾何学的な関係より、それぞれ下記式３，４によって表わすことができる。
【数３】
2014048608.tif 000006
【数４】
2014048608.tif 000007
ただし、ａは、遮音パネル１１の横幅（簡単のため、防音ボックス１０の側面α２と側面α４の間隔と同じであるとする。）であり、Ｌｍｐ１は、遮音パネル１１と参照マイクロホン２１との距離である。
【００４９】
したがって、参照マイクロホン２１によって検知できる遮音パネル１１への入射音の入射角度θｉの条件は、この場合における臨界入射角度をθｃ１として、下記式５によって表わされる。
【数５】
2014048608.tif 000008
換言すると、防音ボックス１０の上面α１を覆う遮音パネル１１と、遮音パネル１１に重なる位置に設けられた参照マイクロホン２１との関係では、上記式５を満たすときに、フィードフォワード制御の因果律が満たされる。
【００５０】
同様に、図４における角度θ２と角度θ２’は、幾何学的な関係より、それぞれ下記式６，７によって表わすことができる。
【数６】
2014048608.tif 000009
【数７】
2014048608.tif 000010
ただし、ｂは、遮音パネル１２の高さ（簡単のため、防音ボックス１０の上面α１と底面α６の間隔に一致するものとする。）であり、Ｌｍｐ２は、遮音パネル１２と参照マイクロホン２２との距離である。
【００５１】
したがって、参照マイクロホン２２によって検知できる入射音の入射角度θｉの条件は、この場合における臨界入射角度をθｃ２として、下記式８によって表わされる。
【数８】
2014048608.tif 000011
換言すると、防音ボックス１０の上面α１を覆う遮音パネル１１と、上面α１に隣接する側面α２を覆う他の遮音パネル１２に重なる位置に設けられた参照マイクロホン２２との関係では、上記式８を満たすときに、フィードフォワード制御の因果律が満たされる。防音ボックス１０の上面α１を覆う遮音パネル１１と、上面α１に隣接する他の側面α３〜α５を覆う他の遮音パネル１３〜１５に重なる位置に設けられた参照マイクロホン２３〜２５との関係においてもこれと同様である。
【００５２】
ここで、上記式５における臨界入射角度θｃ１及び上記式８における臨界入射角度θｃ２を、周波数（＝ω／２π）を横軸にとってグラフに描くと、図５のようになる。図５は、第一実施態様の能動遮音装置において、試作した防音ボックス１０の上面α１を覆う遮音パネル１１に対する入射音の周波数と、該入射音の臨界入射角度θｃ１及び臨界入射角度θｃ２との関係を示したグラフである。ただし、臨界入射角度θｃ１及び臨界入射角度θｃ２は、ａを０．９５ｍとし、ｂを０．７５ｍとし、距離Ｌｍｐ１及び距離Ｌｍｐ２をいずれも０．５ｍとし、Ｃを３４０ｍ／ｓとし、ｆｓａｍｐを３ｋＨｚとし、許容位相誤差Δθを２０°として求めた。
【００５３】
このとき、臨界入射角度θｃ１が臨界入射角度θｃ２よりも大きくなる周波数帯域においては、全ての入射角度θｉについて、フィードフォワード制御の因果律が満たされる。図５を見ると、臨界入射角度θｃ１が臨界入射角度θｃ２よりも大きくなるのは、周波数が約２３０Ｈｚ以下の範囲であることが分かる。したがって、上記条件の下、上記試作した防音ボックス１０で遮音パネル１１を制御する場合には、参照マイクロホン２１及び参照マイクロホン２２と遮音パネル１１との関係において、約２３０Ｈｚ以下の周波数帯域で、遮音パネル１１に対する入射音の全ての入射角度θｉについて、フィードフォワード制御の因果律が満たされることになる。
【００５４】
遮音パネル１１を制御する場合における、参照マイクロホン２１及び他の参照マイクロホン２３〜２５と遮音パネル１１との関係についても、上記したのと同様の手法によって、フィードフォワード制御の因果律が満たされる周波数帯域を求めることができる。また、遮音パネル１２〜１５のそれぞれを制御する場合における、制御対象の遮音パネルに重なる位置に設けられた参照マイクロホン、及び、該制御対象の遮音パネルに隣接する他の遮音パネルに重なる位置に設けられた参照マイクロホンと、該制御対象の遮音パネルとの関係についても、上記したのと同様の手法によって、フィードフォワード制御の因果律が満たされる周波数帯域を求めることができる。
【００５５】
ところで、ここまでは、ボックス型の能動遮音装置におけるフィードフォワード制御の因果律について説明したが、一般型の能動遮音装置におけるフィードフォワード制御の因果律については、以下のようになる。図６は、一般型の能動遮音装置における遮音パネル１１への入射音を遮音パネル１１に重ならない位置に設けられた参照マイクロホン２０によって検知している状態を示した断面図である。遮音パネル１１の中心を原点にとり、ｘ軸とｙ軸を図６に示すようにとり、参照マイクロホン２０の座標を（Ｌｘ，Ｌｙ）とすると、図６に示すＬは、下記式９によって表わされる。
【数９】
2014048608.tif 000012
上記式９におけるＬが上記式２の左辺におけるΔＬと下記式１０の関係を満たせば、一般型の能動遮音装置において、フィードフォワード制御の因果律が満たされることになる。
【数１０】
2014048608.tif 000013
【００５６】
９．実験１
本発明のボックス型の能動遮音装置（第一実施態様の能動遮音装置）の制御効果を検証するため、上記の試作した防音ボックス１０の外部で騒音を発しながら、防音ボックス１０の内部の音圧レベルを測定する実験（実験１）を行った。試作した防音ボックス１０を構成する各遮音パネル１１〜１５の制御は、上記の「７．制御手段における制御信号の生成」で述べたＭＩＳＯ制御を用いた。防音ボックス１０の内部の音圧レベルは、場所によって差があることから、図７に示すように、マイクロホンを１０ｃｍ間隔で格子状に配したマイクロホンアレイ７００が測定した３６個の音圧レベルの平均値（パワー平均）である平均音圧レベルとした。図７は、第一実施態様の能動遮音装置の制御効果について検証を行うための実験システムを示した斜視図である。台５００の上面（防音ボックス１０の底面α６）からマイクロホンアレイ７００までの高さＨは、防音対象物として想定される原子間力顕微鏡が設置される高さ（０．３ｍ）とした。実験は、一の遮音パネルから該一の遮音パネルに重なる位置に設けられた参照マイクロホンまでの距離（Ｌｍｐとする。）が、０．１ｍである場合と、０．３ｍである場合と、０．５ｍである場合と、０．７ｍである場合について行った。
【００５７】
また、実験は、騒音源が１つの場合（図７のスピーカ６０１のみから騒音を発した場合）と、騒音源が３つの場合（図７のスピーカ６０１〜６０３の全てから騒音を発した場合）とについて行った。騒音源が３つの場合には、それぞれのスピーカ６０１〜６０３は、無相関のノイズ源によって駆動し、それぞれのスピーカ６０１〜６０３から１ｍの位置で音圧が等しくなるように音量を調節した。いずれの場合も、騒音は、ノイズジェネレータにより生成された８００Ｈｚ以下のピンクノイズを用いた。能動遮音装置は、一般の実験室に設置した。この実験室は、天井のみが吸音性を持った材料で形成されており、壁は石膏ボード仕上げ、床はコンクリートスラブにビニル床シート仕上げとなっている。ただし、壁面からの反射音の影響を低減するため、図８に示すくさび状吸音材（ウレタンフォーム製）を、スピーカ６０１（図７）と対向する２面の壁に沿ってＬ字状に配した。図８は、試作した防音ボックス１０を設置した実験室を撮影した写真である。
【００５８】
さらにまた、比較例として、一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータを制御する制御信号の生成に、該一の遮音パネルに重なる位置に設けられた参照マイクロホンから取得した参照信号を用い、該一の遮音パネルに重ならない位置に設けられた参照マイクロホンから取得した参照信号は用いない場合（ＳＩＳＯ：Ｓｉｎｇｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔで制御する場合）についても平均音圧レベルを測定した。比較例の能動遮音装置においては、遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐが０．３ｍである場合についてのみ測定した。比較例の能動遮音装置は、ＳＩＳＯ制御である点を除いては、本発明の能動遮音装置と同じである。
【００５９】
図９は、くさび状吸音材を設置した実験室において、１つの騒音源６０１から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス１０の内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。図１０は、くさび状吸音材を設置した実験室において、３つの騒音源６０１〜６０３から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス１０の内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。図１１は、くさび状吸音材を設置した実験室において、１つの騒音源から発せられた入射音に対して、比較例の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックスの内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。図９〜１１において、「制御なし」は、アクチュエータによる制御を行わない場合であり、「制御あり」は、アクチュエータによる制御を行った場合である。
【００６０】
第一実施態様の能動遮音装置に関する図９と図１０のグラフを見ると、騒音源が１つの場合と、騒音源が３つの場合のいずれにおいても、２００Ｈｚ以下の周波数帯域に亘って、「制御なし」の場合よりも、「制御あり」の場合の平均音圧レベルが減少しており、第一実施態様の能動遮音装置は、２００Ｈｚ以下の広い周波数帯域において優れた制御効果が得られるものであることが分かる。これに対し、比較例の能動遮音装置に関する図１１のグラフを見ると、１５０Ｈｚ以下の周波数帯域でしか制御効果が得られておらず、１５０Ｈｚ以上の周波数帯域では、制御効果が殆ど得られていないことが分かる。以上のことから、ＭＩＳＯ制御を行う第一実施態様の能動遮音装置が、制御効果の向上に有効であることが確認できた。しかも、第一実施態様の能動遮音装置では、騒音源が複数（３つ）の場合にも大きな制御効果が得られており、実用上も有効なものであることが確認できた。
【００６１】
また、図９と図１０のグラフからは、第一実施態様の能動遮音装置では、遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐが短くなればなるほど、１５０Ｈｚ以上の周波数帯域で制御効果が低下し、距離Ｌｍｐが長くなればなるほど、１５０Ｈｚ以上の周波数帯域における制御効果が向上することも確認できた。一方、１５０Ｈｚ以下の周波数帯域における制御効果では、距離Ｌｍｐの違いによる顕著な差は見られない。これは低周波数帯域では、入射音の波長が長く位相差が生じにくいため、遮音パネルに対する入射音の入射方向にかかわらず、優れた制御効果が得られるものの、周波数が高くなると、入射音の波長が短くなって位相差が生じやすくなり、特に、遮音パネルに対して斜めに入射する成分を高精度で検知できなくなるためと考えられる。第一実施態様の能動遮音装置において、遮音パネルに対して斜めに入射する成分を高精度で検知して、あるいは、フィードフォワード制御の因果律を満たして、広い周波数帯域において制御効果が得られるようにするためには、参照マイクロホンを遮音パネルからある程度離した方が好ましいことが分かった。
【００６２】
遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐの具体的な値は、遮音パネルの寸法や、制御手段のサンプリング周波数などの条件によっても異なるため、特に限定されないが、上記の実験結果から、５ｃｍ以上とした方が好ましいと考えられる。遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐは、１０ｃｍ以上、２０ｃｍ以上、３０ｃｍ以上、４０ｃｍ以上、５０ｃｍ以上、６０ｃｍ以上、７０ｃｍ以上と長くした方が好ましい。しかし、遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐを長くしすぎると、入射音検知手段と遮音パネルのコヒーレンスが低下するおそれがある。また、能動遮音装置の設置スペースが増大してしまう。このため、遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐは、通常、１５０ｃｍ以下とされ、１００ｃｍ以下とすると好ましい。
【００６３】
１０．実験２
上記の実験１は、図８に示すように、実験室の一部の壁に沿ってくさび状吸音材を設置して行ったが、壁からの反射音の影響を調べるため、くさび状吸音材を取り除いて、上記の実験１と同様の実験（実験２）を行った。図１２は、くさび状吸音材を設置していない実験室において、１つの騒音源から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス１０の内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。図１３は、くさび状吸音材を設置していない実験室において、３つの騒音源から発せられた入射音に対して、第一実施態様の能動遮音装置を用いて能動遮音制御を行ったときに防音ボックス１０の内部に到達する透過音の周波数と平均音圧レベルとの関係を示したグラフである。
【００６４】
騒音源が１つの場合は、図１２に示すように、概ね、くさび状吸音材を設置した場合（図９）と同様の制御効果が得られている。また、図１２のグラフからは、遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐを長くするにつれて、１２８Ｈｚ付近や１５４Ｈｚ付近の一部の周波数では制御効果が低下するものの、１７０〜２００Ｈｚの周波数帯域で制御効果が改善（向上）することも分かる。これに対し、騒音源が３つの場合は、図１３に示すように、くさび状吸音材を設置した場合（図１０）と比較して、制御効果が限定的であることが分かる。特に、１４０Ｈｚ以上の周波数帯域では、３〜４ｄＢ程度かそれ以下の制御効果しか得られていない。また、騒音源が３つの場合（図１３）は、遮音パネルから参照マイクロホンまでの距離Ｌｍｐを長くするにつれて、ほぼ全周波数帯域において制御効果が低下することも分かった。
【００６５】
騒音源が３つの場合（図１３）において、上記のような結果となったのは、実験室の壁からの反射音の影響が大きく現れたためと考えられる。というのも、音が反響する場合、実験室内の音場は拡散性が高くなる。さらに、無相関の複数の騒音源が存在する場合には、より拡散状態に近づく。このため、実験室内の２点間のコヒーレンスが低下し、制御対象の遮音パネルに入射する入射音と、該遮音パネルに隣接する他の遮音パネルに重なる位置に設けられた参照マイクロホンが検知した入射音とのコヒーレンスも低下し、入射音の非垂直成分について制御効果が得られなくなったと考えられる。このような拡散状態に近い音場においても、優れた制御効果を得るためには、参照マイクロホンの数を増やすとよい。しかしながら、現実的には、信号処理速度（制御手段の能力）やコストなどの問題があるため、参照マイクロホンの数を大幅に増やすことは困難である。このため、室内の壁に吸音材を設置するなど、室内の残響音を低減する対策が効果的であると考える。
【００６６】
１１．第二実施態様の能動遮音装置
図１４は、本発明の第二実施態様の能動遮音装置を示した斜視図である。図１５は、本発明の第二実施態様の能動遮音装置を示した平面図である。第一実施態様の能動遮音装置では、上記の「３．入射音検知手段」でも述べた通り、全ての参照マイクロホン２１〜２５を遮音パネル１１〜１５のいずれかに重なる位置に配置していたが、第二実施態様の能動遮音装置では、図１４及び図１５に示すように、参照マイクロホン２１〜２５のうち、参照マイクロホン２２〜２５については、いずれの遮音パネル１１〜１５にも重ならない位置に配置している。
【００６７】
具体的には、参照マイクロホン２２は、防音ボックス１０の側面α２と側面α５とが形成する角の二等分線上であって防音ボックス１０の外側となる位置に設けられている。同様に、参照マイクロホン２３は、防音ボックス１０の側面α３と側面α２とが形成する角の二等分線上、参照マイクロホン２４は、防音ボックス１０の側面α４と側面α３とが形成する角の二等分線上、参照マイクロホン２５は、防音ボックス１０の側面α５と側面α４とが形成する角の二等分線上であって、いずれも防音ボックス１０の外側となる位置に設けられている。これに対し、参照マイクロホン２１は、遮音パネル１１の外面中央から外方へ所定距離を隔てた箇所に設けており、遮音パネル１１に重なる位置に設けている。
【００６８】
図１５を参照しながら、第二実施態様の能動遮音装置での、制御手段３０における制御信号２０１〜２０５の生成方法について説明する。第二実施態様の能動遮音装置においても、第一実施態様の能動遮音装置と同様、制御手段３０から一の遮音パネルに取り付けられたアクチュエータへ出力される制御信号の生成に、前記一の遮音パネルに重ならない位置に設けられた参照マイクロホンから出力された参照信号が利用されるようになっている。制御手段３０から遮音パネル１１に取り付けられたアクチュエータ４１へ出力される制御信号２０１の生成には、遮音パネル１１に重なる位置に設けられた参照マイクロホンから出力された参照信号も利用される。具体的に、制御手段３０からアクチュエータ４１〜４５に出力される制御信号２０１〜２０５は、それぞれ下記表２に示す参照信号に基づいて生成されるようになっている。
【００６９】
【表２】
2014048608.tif 000014
【００７０】
上記表２における「○」印や「×」印の意味は、上記表１で説明したのと同様である。すなわち、制御信号２０１は、参照信号１０１〜１０５に基づいて生成され、制御信号２０２は、参照信号１０１〜１０３に基づいて生成され、制御信号２０３は、参照信号１０１，１０３，１０４に基づいて生成され、制御信号２０４は、参照信号１０１，１０４，１０５に基づいて生成され、制御信号２０５は、参照信号１０１，１０２，１０５に基づいて生成される。防音ボックス１０の底面α６に別の参照マイクロホンを設けた場合には、制御信号２０２〜２０５の生成に、底面α６に設けられた参照マイクロホンから出力された参照信号も利用する。このようにＭＩＳＯ制御することにより、第二実施態様の能動遮音装置においても、優れた制御効果を得られることが期待される。第二実施態様の能動遮音装置における他の構成については、第一実施態様の能動遮音装置と同様であるため、説明を割愛する。
【符号の説明】
【００７１】
１０  防音ボックス
１１〜１５  遮音パネル
２０〜２５  参照マイクロホン（入射音検知手段）
３０  制御手段
４１〜４５  アクチュエータ
５０  ＰＶＤＦ（登録商標）フィルム（分布定数型センサ）
１０１〜１０５  参照信号
２０１〜２０５  制御信号
５００  台
６０１〜６０３  スピーカ（騒音源）
７００  マイクロホンアレイ
α１  防音ボックスの上面
α２〜α５  防音ボックスの側面
α６  防音ボックスの底面
Ｈ  防音ボックスの底面からマイクロホンアレイまでの高さ
【図１】
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【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図８】
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