(57)【要約】【課題】消音領域αのみを消音し、消音領域αから外れた空間において「音が大きく聞こえる所」ができる不具合のない空間消音装置を提供する。【解決手段】空間消音装置は、消音領域αに向けて超音波を発生させる超音波スピーカ１と、消音領域αに到達する音波を検出するマイク２と、「消音対象の音波β」を打ち消すための逆位相信号を生成する逆位相信号発生手段３と、逆位相信号を超音波周波数に変調する超音波変調手段４と、この超音波変調信号によって超音波スピーカ１を駆動するパワーアンプ５とを備える。そして、消音領域αに到達する「消音対象の音波β」を、超音波中に含ませた「逆位相の圧力変動γ’」、または「逆位相の圧力変動γ’」が空気中で復調した「逆位相の音圧変動γ」の少なくとも一方によって打ち消す。指向性の強い超音波を用いて消音領域αのみを消音することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間中における所定の消音領域（α）の消音を行う空間消音装置において、
この空間消音装置は、前記消音領域（α）に到達する消音対象の音波（β）を、超音波中に含ませた逆位相の圧力変動（γ’）、または超音波中に含ませた逆位相の圧力変動（γ’）が空気中で復調した逆位相の音圧変動（γ）の少なくとも一方によって打ち消すことを特徴とする空間消音装置。
【請求項２】
請求項１に記載の空間消音装置において、
この空間消音装置は、
前記消音領域（α）に向けて超音波を発生させる超音波スピーカ（１）と、
前記消音領域（α）に到達する音波を電気信号に変換するマイク（２）と、
このマイク（２）の検出した電気信号に基づいて消音対象の音波（β）を打ち消す逆位相信号を生成する逆位相信号発生手段（３）と、
逆位相信号を超音波周波数の電気信号に変調する超音波変調手段（４）と、
この超音波変調手段（４）で変調された超音波周波数の電気信号によって前記超音波スピーカ（１）を駆動するパワーアンプ（５）と、
を備えることを特徴とする空間消音装置。
【請求項３】
請求項２に記載の空間消音装置において、
この空間消音装置は、車両に搭載されるものであり、
前記超音波スピーカ（１）は、座席に座った乗員の頭部に向けて超音波を照射することを特徴とする空間消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間中の所定領域（消音領域α）の消音を行う空間消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間中に設定した所定の消音領域αの消音を行う技術として、特許文献１等に示す技術が知られている。
この空間消音装置は、消音領域αに到達する「消音対象の音波β（消音対象の音波：例えば騒音等）」に、この「消音対象の音波β」を打ち消す「逆位相の音圧変動γ（消音対象の音波βの逆位相の音波）」を与えて、消音領域αの消音を行うものであり、「逆位相の音圧変動γ」の発生手段として可聴周波数の音波を直接発生させるダイナミックスピーカＤを用いている。
【０００３】
従来技術の問題点を、図３を参照して説明する。
なお、図３中の符号Ａは「消音対象の音波β」の音源を示す。また、図３中における「消音対象の音波β」と「逆位相の音圧変動γ」は、粗密波を表すものである。
【０００４】
ダイナミックスピーカＤの発生する「逆位相の音圧変動γ」は、消音領域αだけでなく、ダイナミックスピーカＤを中心とした周囲に放出される。このため、消音領域αの外の空間では、「消音対象の音波β」と「逆位相の音圧変動γ」が合成されることになり、音が大きくなる箇所が多数発生する。なお、図３中、「消音対象の音波β」と「逆位相の音圧変動γ」が合成されて「音が小さくなる箇所をハッチング」で示し、逆に「音が大きくなる箇所を×」で示す。
このように、従来技術では、消音領域αのみを消音することができず、消音領域αから外れた空間では、逆に「音が大きく聞こえる所」ができてしまう不具合が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−１２３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、消音領域αのみを消音し、消音領域αから外れた空間において「音が大きく聞こえる所」ができる不具合を回避できる空間消音装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の空間消音装置は、消音領域αに到達する「消音対象の音波β」を、
（ａ）「逆位相の音圧変動γ（打消音）を超音波周波数に変調した超音波」に含まれる「逆位相の圧力変動γ’（人に聞こえない）」、
（ｂ）または超音波中に含ませた「逆位相の圧力変動γ’」が空気中で復調した「逆位相の音圧変動γ（人に聞こえる）」、
の少なくとも一方によって打ち消すものである。
【０００８】
具体的に、「逆位相の音圧変動γ（打消音）を超音波周波数に変調した超音波」には、人間の耳に聞こえなくても「逆位相の圧力変動γ’」が含まれており、この「逆位相の圧力変動γ’」が「消音対象の音波β」を打ち消す。
また、空気の粘性の非線形性を利用するパラメトリックスピーカの如く、超音波に含まれる「逆位相の圧力変動γ’」が空気中で復調されて、人に聞こえる「逆位相の音圧変動γ」になっても、超音波は直進性の強い高指向性であるため、「逆位相の音圧変動γ」の到達範囲を消音領域αのみに限定することができる。
【０００９】
このように、指向性の強い超音波によって作り出される「逆位相の圧力変動γ’」または「逆位相の音圧変動γ」の少なくとも一方によって消音領域αのみを消音することができ、消音領域αから外れた空間において「音が大きく聞こえる所」ができる従来技術の不具合を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）空間中における消音の説明図、（ｂ）空間消音装置の構成図である（実施例１）。
【図２】（ａ）「消音を行う圧力変動γ’の実音圧」と「人の耳に実際に聞こえる音圧」の特性図、（ｂ）測定装置の説明図である（実施例１）。
【図３】空間中における消音の説明図である（従来例）。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００１２】
以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。
【００１３】
［実施例１］
図１、図２を参照して実施例１を説明する。
この実施例の空間消音装置は、空間中における所定の消音領域αの消音を行うものであり、この実施例では車両に搭載されるものである。
具体的に、この実施例の空間消音装置は、座席に座る乗員（ドライバ等）の頭部の近傍（具体的には乗員の左右の耳元を含む空間領域）に消音領域αを設定し、この消音領域αに到達する「消音対象の音波β（騒音等）」の消音を行うものである。
【００１４】
この実施例の空間消音装置は、例えば、「窓ガラスを開けた際（即ち、外部騒音や風切音が侵入する際）」、「車室騒音の音圧（乗員耳元の音圧等）が所定値を超えた際」、「乗員が消音を希望した際（手動操作された際）」に起動する。
【００１５】
空間消音装置は、消音領域αに到達する「消音対象の音波β」を、
・超音波中に含ませた「逆位相の圧力変動γ’」、
・または超音波中に含ませた「逆位相の圧力変動γ’」が空気中で復調した「逆位相の音圧変動γ」、
の少なくとも一方によって打ち消すものである。
【００１６】
空間消音装置の概略構成を図１（ｂ）を参照して説明する。
車両に搭載される空間消音装置は、
（ａ）消音領域αに向けて超音波を発生させる超音波スピーカ１と、
（ｂ）消音領域αに到達する音波を電気信号（オーディオ信号）に変換するマイク２（マイクロフォンの略）と、
（ｃ）このマイク２の検出した電気信号に基づいて「消音対象の音波β」を打ち消すための逆位相信号（逆位相の音圧変動γの電気信号）を生成する逆位相信号発生手段３と、
（ｄ）この逆位相信号発生手段３が生成した逆位相信号を、超音波周波数の電気信号に変調する超音波変調手段４と、
（ｅ）この超音波変調手段４で変調された超音波周波数の電気信号によって超音波スピーカ１を駆動するパワーアンプ５（例えば、Ｂ級アンプあるいはＤ級アンプ等）と、
を備えて構成される。
【００１７】
超音波スピーカ１は、消音領域α（具体的には、座席に座った乗員の耳元）に向けて超音波波長の疎密波を発生させる超音波発生器であり、電気信号（パワーアンプ５の駆動信号）を空気振動に変換して、人間の可聴帯域よりも高い周波数（２０ｋＨｚ以上）の空気振動を発生させる。
【００１８】
超音波スピーカ１（超音波発生器）の構造や形式等は限定するものではないが、具体的な一例を開示すると、超音波の発生が可能な複数の圧電素子をアレイ状に集合配置したものであり、乗員の頭部（乗員の耳元）に超音波の照射方向を向けて配置される。
超音波スピーカ１の搭載位置は、限定するものではいが、「消音対象の音波β」の音源Ａを予め設定する場合（例えば、窓ガラスを開けて騒音が侵入する場合など）は、予め設定した音源Ａと乗員の頭部との間に超音波スピーカ１を配置して、超音波の照射方向を乗員の頭部（耳元）に向けるものである。
【００１９】
マイク２は、音波を電気信号（オーディオ信号）に変換する変換器であり、
（ｉ）消音領域αの内部に配置されるもの（例えば、乗員の耳元に近い「ヘッドレスト」等に配置されるもの）であっても良いし、
（ｉｉ）消音領域αの外部に配置されるもの（例えば、「音源Ａと超音波スピーカ１の間」、「超音波スピーカ１の近く」、「乗員の頭部に近い天井やシート」等に配置されるもの）であっても良い。
なお、マイク２の形式（ダイナミックマイク、コンデンサマイク等）は問うものではなく、乗員にとって騒音となる可聴周波数の音波を電気信号に変換できるものである。また、マイク２の指向性も問うものではない。
【００２０】
逆位相信号発生手段３の一例を説明する。
上記（ｉ）の如く、マイク２が消音領域αの内部に配置されて、マイク２が超音波スピーカ１と乗員の頭部との間に配置される場合は、マイク２が「消音対象の音波β」と「超音波スピーカ１の発する音波」の両方の音圧を受けるため、マイク２から合成された電気信号が出力される。
この場合の逆位相信号発生手段３は、マイク２が出力する電気信号が最小となるように電気信号（逆位相信号）を出力するものである。
【００２１】
一方、上記（ｉｉ）の如く、マイク２が消音領域αの外部に配置される場合は、マイク２が「消音対象の音波β」のみを検出し、マイク２から「消音対象の音波βの電気信号」が出力される。
この場合の逆位相信号発生手段３は、マイク２の検出した「消音対象の音波β」の電気信号を、逆位相の電気信号（逆位相信号）に変換して出力するものである。なお、マイク２と超音波スピーカ１の配置の距離差等により、「消音対象の音波β」と「逆位相の圧力変動γ’」との間に位相ズレが生じる場合は、その位相ズレを補正するディレイ回路（簡易なＣＲ回路等）を設けて位相ズレを解消するものである。
【００２２】
超音波変調手段４は、逆位相信号発生手段３が生成した逆位相信号を、超音波周波数（２０ｋＨｚ以上の周波数）に変調（超音波変調）するものである。
なお、超音波変調手段４における超音波変調技術は限定するものではなく、例えば、
・逆位相信号発生手段３で生成された逆位相信号を「所定の超音波周波数における振幅変化（電圧の増減変化）」に変調するＡＭ変調（振幅変調）を用いるものであっても良いし、
・逆位相信号発生手段３で生成された逆位相信号を「所定の超音波周波数におけるパルス幅変化（パルスの発生時間幅）」に変調するＰＷＭ変調（パルス幅変調）を用いるものであっても良い。
【００２３】
（実施例１の効果１）
空間消音装置における作動を説明する。
空間消音装置が作動する状況おいて、音源Ａから消音領域α（乗員の頭部方向）に向かう「消音対象の音波β」が生じると、超音波スピーカ１から消音領域αに向けて、「消音対象の音波β」を打ち消す「逆位相の音圧変動γ」を超音波周波数に変調した超音波が照射される。
これにより、超音波に含まれる人間の耳に聞こえない「逆位相の圧力変動γ’」が「消音対象の音波β」を打ち消す。なお、図１（ａ）中、「音が小さくなる箇所をハッチング」で示す。
【００２４】
また、空気の粘性の非線形性を利用するパラメトリックスピーカの如く、超音波に含まれる「逆位相の圧力変動γ’」を空気中で復調させて、「逆位相の音圧変動γ」を人に聞こえるように設けても、超音波は直進性の強い高指向性であるため、「逆位相の音圧変動γ」の到達範囲を消音領域α（消音対象範囲）のみに限定することができる。
【００２５】
このように、空間消音装置は、指向性の強い超音波によって作り出される「逆位相の圧力変動γ’」または「逆位相の音圧変動γ」の少なくとも一方によって消音領域αのみを消音することができ、消音領域αから外れた空間において「音が大きく聞こえる所」ができる従来技術の不具合を回避できる。
即ち、他の乗員に不快感を与えることなく、超音波スピーカ１が向けられた乗員のみを消音により静かにできる。
【００２６】
（実施例１の効果２）
ここで、図２（ａ）の実線Ｘは超音波に含まれて消音を行う「圧力変動γ’」の周波数特性を示し、図２（ａ）の実線Ｙは「人の耳に実際に聞こえる復調音の音圧」の周波数特性を示す。
なお、「人の耳に実際に聞こえる復調音の音圧」は、図２（ｂ）に示す測定装置を用いて測定したものである。即ち、実線Ｙは、耳たぶＨ１と外耳道Ｈ２を有するダミーヘッドＨを用い、外耳道の奥（鼓膜位置）に測定マイクＨ３の振動板を配置し、ダミーヘッドＨの正面方向に超音波スピーカ１を配置して、「人の耳に実際に聞こえる復調音の音圧」を測定したものである。
【００２７】
実線Ｘに示すように、低い周波数では消音を行う「圧力変動γ’」の減衰が少ない。
これに対し、実線Ｙに示すように、周波数が低いほど復調音は人には聞こえ難い。これは、人の外耳道等による形状的要因と、周波数が低いほど復調（超音波に含まれる逆位相の圧力変動γ’が空気中で可聴音になる自己変調）までに距離が必要になることによるものである。
この実線Ｘと実線Ｙを比較して明らかなように、低周波の低い音ほど、乗員に聞こえずに、消音を行う効果を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
１つの超音波スピーカ１によって１人の乗員の左右の耳に超音波を照射しても良いし、２つの超音波スピーカ１によって１人の乗員の左右の耳に超音波を照射しても良い。
【００２９】
空間消音装置を、他の装置（例えば、ドライバーに「運転に有用な音情報」を与える装置等）に組み合わせて用いても良い。
【００３０】
空間消音装置は、車両に固定される設備機材であっても良いし、車両に対して着脱可能な機材であっても良い。
【００３１】
空間消音装置を、携帯電話のハンズフリーと組み合わせて、通話とは異なる音のみを空間消音装置によって消音させても良い。
【符号の説明】
【００３２】
α  消音領域
β  消音対象の音波
γ  逆位相の音圧変動
γ’逆位相の圧力変動
【図１】
2014149455.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014149455.tif 000005