(57)【要約】      （修正有）【課題】騒音源を見通せる一定の空間をアクティブに消音制御する。【解決手段】騒音の拡散を抑制する壁面と、騒音の信号サンプルを焦点へ集める音波反射板２と、音波反射板２の焦点に配置された騒音検出用マイクロホン３と、騒音検出用マイクロホン３出力により騒音と逆位相・同音圧の音波を放射する逆相スピーカ４と、逆相スピーカ４から放射される音波の放射状態を整える音波放射器５とによって構成され、騒音源２１から放射される音波と逆相スピーカ４より放射される騒音と逆位相・同音圧の音波とが干渉面２２で合流するタイミングを一致させるとともに、双方の音波の波束と波束の干渉面２２への入射角に干渉限界角を与え、かつ、干渉面２２の大きさを干渉限界波長の１／２を超えない大きさに設定することを特徴とする。【選択図】図１
2006053503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音源から放射される騒音の拡散を抑制する壁面と、該壁面近傍を一定方向に進む騒音の信号サンプルを焦点へ集める第１の音波反射板と、該第１の音波反射板の焦点に配置された第１の騒音検出用マイクロホンと、該第１の騒音検出用マイクロホン出力により騒音と逆位相・同音圧の音波を放射する第１の逆相スピーカと、該第１の逆相スピーカから放射される音波の放射状態を整える第１の音波放射器とから成るアクティブ消音制御装置において、騒音源から放射される音波と上記第１の逆相スピーカより放射される騒音と逆位相・同音圧の音波とが互いに合流する位置を双方の音波の干渉面とするとき、上記騒音源と干渉面、および、上記騒音源から放射された音波が上記第１の集音マイクロホンに入り、上記第１の逆相スピーカから放射されて干渉面に至る２つのルートを進む音波の伝播経路の光学的な距離関係を等距離とするとともに、双方の音波の波束と波束の干渉面への入射角を干渉限界角以内とし、かつ、干渉面内を直線で結ぶことのできる最大の長さが干渉最大波長の１／２を超えない大きさとしたことを特徴とする直射騒音アクティブ消音制御装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の直射騒音アクティブ消音制御装置において、上記第１の音波放射器の導波板終端エッジを回折する騒音の信号サンプルを焦点へ集める第２の音波反射板と、該第２の音波反射板の焦点に配置された第２の騒音検出用マイクロホンと、該第２の騒音検出用マイクロホン出力により回折音と逆位相・同音圧の音波を放射する第２の逆相スピーカと、スリット状の開口を有する第２の音波放射器とによって構成され、上記第１の音波放射器の導波板終端を回折エッジとして回折する音波と上記第２の音波放射器のスリット状の開口より放射される回折音と逆位相・同音圧の音波とが干渉によって波動吸収されることを特徴とする請求項１記載の直射騒音アクティブ消音制御装置。
【請求項３】
上記記載の直射騒音アクティブ消音制御装置の複数セットを任意の位置に配置して用いるとき、それぞれの上記第１の逆相スピーカと上記第１の音波放射器とによって放射される音波の波束に強い指向特性を与えるとともに、複数セットの各装置が対応する個々の干渉面をそれぞれつなぎ合わせて全体で一定の範囲をカバーする大きな干渉面を得ることを特徴とする請求項１および請求項２記載の直射騒音アクティブ消音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、騒音源を見通せる一定の空間をアクティブに消音制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  鉄道や自動車道などの交通騒音問題は、環境問題としてクローズアップされてから久しい。これらの騒音問題に対応するために、これまで、鉄道や自動車道を安全面も考慮して高架にしたり、背の高い防音壁で囲ったりして対策が施されてきてはいるが、まだまだ改善されなければならない課題は少なくない。背の高い防音壁は景観を損ねるばかりでなく人心に閉塞感を与えるなどの弊害もでる。そこで背は低く防音効果の優れた壁の出現が期待されるところとなり、防音壁の先端に能動的な消音制御装置（アクティブノイズコントロール）を設置して回折騒音を低減する技術が開発されるようになった。【０００３】  能動的な消音制御装置の取り付けられた防音壁は、防音壁の先端を乗り越えて壁の裏側へ回り込む騒音を低減するものである。防音壁エッジを新たな発音源のようにして背後へ回り込む回折音に対して、防音壁エッジ部に設置されたスピーカより回折音と逆位相の音を騒音の進行方向と同じ方向に向けて放射して双方の音波を干渉させて波動エネルギーを打ち消すものである。
【特許文献１】特開平７−２３４６８９号公報
【特許文献１】特開平９−５４５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上述の手法による騒音の低減は三次元空間へ拡散する騒音を低減する技術に関するものではあるものの、防音壁エッジを回折する音、すなわち音源を見通すことのできない音を対象にしたものであった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  騒音源から放射される騒音の拡散を抑制する壁面と、該壁面近傍を一定方向に進む騒音の信号サンプルを焦点へ集める第１の音波反射板と、該第１の音波反射板の焦点に配置された第１の騒音検出用マイクロホンと、該第１の騒音検出用マイクロホン出力により騒音と逆位相・同音圧の音波を放射する第１の逆相スピーカと、該第１の逆相スピーカから放射される音波の放射状態を整える第１の音波放射器とから成るアクティブ消音制御装置において、騒音源から放射される音波と上記第１の逆相スピーカより放射される騒音と逆位相・同音圧の音波とが互いに合流する位置を双方の音波の干渉面とするとき、上記騒音源と干渉面、および、上記騒音源から放射された音波が上記第１の集音マイクロホンに入り、上記第１の逆相スピーカから放射されて干渉面に至る２つのルートを進む音波の伝播経路の光学的な距離関係を等距離とするとともに、双方の音波の波束と波束の干渉面への入射角を干渉限界角以内とし、かつ、干渉面内を直線で結ぶことのできる最大の長さが干渉最大波長の１／２を超えない大きさとして、一連のシステムを構成することによって騒音源を見通せる一定の空間へ放射される騒音を低減する直射騒音アクティブ消音制御装置である。【０００６】  また、上記第１の音波放射器の導波板終端エッジを回折する騒音の信号サンプルを焦点へ集める第２の音波反射板と、該第２の音波反射板の焦点に配置された第２の騒音検出用マイクロホンと、該第２の騒音検出用マイクロホン出力により回折音と逆位相・同音圧の音波を放射する第２の逆相スピーカと、スリット状の開口を有する第２の音波放射器とによって構成され、上記第１の音波放射器の導波板終端を回折エッジとして回折する音波と上記第２の音波放射器のスリット状の開口より放射される回折音と逆位相・同音圧の音波とが干渉によって波動吸収され、騒音源を直接見通すことのできる一定のエリアと上記の消音制御装置で陰となり騒音源を直接見通すことのできない裏側となるエリアを合わせた三次元空間の広いエリアの騒音のエネルギーを効率よく低減する。【０００７】  上記の直射騒音アクティブ消音制御装置の複数セットを任意の位置に配置して用いるとき、それぞれの上記第１の逆相スピーカと上記第１の音波放射器とによって放射される音波の波束に強い指向特性を与えるとともに、複数セットの各装置が対応する個々の干渉面をそれぞれつなぎ合わせて全体で一定の範囲をカバーする大きな干渉面を得ることによって騒音源を見通せる一定の大空間へ放射される騒音を低減する。
【発明の効果】
【０００８】  本発明による直射騒音アクティブ消音制御装置は、騒音放射体から放射される騒音源を直接見通せる位置であっても音源から放射された音がそのまま減音されずに到達することのないエリアをつくることができ、かつ騒音源を直接見通すことのできない壁面の裏側へ回折して回り込む騒音についても低減できるため、騒音による影響の弱められた静音域を三次元の広いエリアの空間に創出できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき詳細に説明する。
なお、各図中、同一部分は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【実施例１】
【００１０】  図１、図２、図３は、実施例１の構成および動作原理を示す図である。実施例１は、本発明を高速自動車道の防音壁、および、一般自動車道の背の低い防音壁に用いたものである。図１、図２、図３において、２１は騒音源、２２は干渉面、２３は回折エッジである。
図１、図２は、本発明による直射騒音アクティブ消音制御装置を防音壁１の先端部に、横一列に多数並べて設置したものである。第１の音波反射板２は、走行自動車より放射される騒音の成分を高い精度で集音するための焦点を有するパラボラ反射板で、回転放物面の回転軸を騒音源２１の方向へ向けて設置されている。第１の騒音検出用マイクロホン３は、第１の音波反射板２の焦点に配置された無指向性のマイクロホンであり、第１の逆相スピーカ４は、第１の騒音検出用マイクロホン３で検出された情報を基に、騒音源２１より放射される騒音の伝播性状と干渉面２２において逆位相・同音圧となる音波を放射するスピーカである。第１の音波放射器５は、形状が上面の一部を切り欠いた変則的な筒状であって、第１の逆相スピーカ４から放射される音波の波束の進行方向に指向性を与え、第１の逆相スピーカ４の守備範囲外への拡散を防止する。【００１１】  第２の音波反射板１２は、直射騒音アクティブ消音制御装置の第１の音波放射器５の導波板２４の終端の回折エッジ２３を回折する音の参照信号を得るための焦点を有する反射板で、回折エッジ２３の直近に設置されている。第２の騒音検出用マイクロホン１３は、第２の音波反射板１２の焦点に配置されたマイクロホンであり、第２の逆相スピーカ１４は、第２の騒音検出用マイクロホン１３で検出された情報により回折エッジ２３を回折する騒音と逆位相・同音圧の音を放射する。第２の音波放射器１５は、第２の逆相スピーカ１４から出力される音波をスリット状の開口を介して回折エッジ２３を回折する回折波を干渉消音できる性状の音を放射できるように先端がスリット状に絞り込まれた形状となっている。【００１２】  以下、その動作について図１、図２に示した図と共に説明する。
自動車走行時に発生する騒音は半自由空間を放射状に拡散する。この拡散する騒音を騒音源２１で示す。
ここで、防音壁１の上端エッジ近傍の空間に騒音の伝播方向に対して垂直な一定の大きさの面を想定し、この開放面を通過する騒音の音波としての性状について考察する。
騒音源２１の音波放射面が点音源でなく平面的な大きさを有し、この平面的な広がりのある各部を構成する各点から放射状に放射された音波の包絡面からなる波面が次々に伝播して開放面を通過するとき、開放面に各方面から入射される音波の進行方向に対して平均的かつ近似的に垂直な面が設定できるものとして、この面の最大長径がこの面を通過する音波の波長の１／２以内であるとき、通過する音波の振幅と位相は、開放面内の各部分の全域にわたって特性上の差異や乱れの少ない比較的に安定した特性を有する。そこで、この開口面を直射騒音アクティブ消音制御装置による干渉面２２とすると、防音壁上端エッジ近傍を通過する騒音を音波干渉作用によって効率よく波動吸収することができるようになる。このときの音波の波長または周波数について、以下、干渉限界波長または干渉限界周波数という。【００１３】  騒音源２１より放射され、干渉面２２を通過する騒音の参照信号は、第１の音波反射板２の焦点へ集められ、この焦点に設置されている第１の騒音検出用マイクロホン３に入力された信号により抽出される。第１の逆相スピーカ４からは、騒音源２１より放射された騒音が干渉面２２へ到達するときの音波の波面と逆位相・同音圧となるような波面が電気的に加工されて出力される。このとき、騒音源２１より放射された音波が干渉面２２へ至る伝播経路と、騒音源２１から第１の音波反射板２、第１の騒音検出用マイクロホン３、第１の逆相スピーカ４、および干渉面２２へ至る２つのルートを進む音波の伝播経路を光学的に等距離とすることで、双方の音波伝播のタイミングを一致させるとともに、音響的ブリッジによるハウリングの発生を抑止する。【００１４】  騒音源２１より放射された騒音の進行方向は、干渉面２２の方向へ近似的に一次元的な波面で進行し、これに対して、第１の逆相スピーカ４からは、波動吸収効率の劣化が大きくならない一定の角度、以下これを干渉限界角と呼ぶことにして、たとえば２０°以内の放射角が与えられて、干渉面２２の方向へ騒音と逆位相・同音圧の一次元的な波面を有する音波を放射する。このように、進行方向のほぼ一致しかつ逆位相関係で同音圧の音波が干渉面２２で合流すると、双方の音波のエネルギーは効率良く波動吸収され、波動としてのエネルギーが瞬時かつ劇的に消耗される。一たん消失した騒音のエネルギーは干渉面２２以遠の下流側全域で再び出現することはなく、騒音源２１を見通せる空間へ放射される騒音を一様に低減する。【００１５】  図１は、本発明を高速自動車道の防音壁１に適用させた例であり、それぞれの装置の干渉面２２は、騒音源２１から干渉面２２へ放射される音波と第１の逆相スピーカ４から干渉面２２へ放射される音波との進行方向のなす角が干渉限界角の与えられた面であり、個々の装置の守備範囲となる干渉面２２の大きさは、それぞれ干渉限界波長の１／２を超えない大きさに設定されている。騒音源２１は走行自動車による騒音であり、干渉面２２へ進む直進音は第１の逆相スピーカ４によって消音制御される。
図２は、本発明を一般自動車道の背の低い防音壁１に適用させた例であり、干渉面２２の位置で干渉限界角を維持しながら防音壁１の後背で騒音源２１を直接見通せる領域を大きく拡張したものであり、干渉面２２は回折エッジ２３の外側に設定している。回折エッジ２３は干渉面２２の位置より手前、内側となるため、騒音は回折エッジ２３を回折して防音壁１の外側へ漏出する。そこで、スリットの幅が干渉限界波長の１／２０程度に開口された第２の音波放射器１５より回折騒音と逆位相・同音圧の音波を放射し、回折エッジ２３を回折して拡散しようとする騒音を干渉作用によって波動吸収する。
図３は、第１の音波放射器５の形状が焦点を有する放物面の一部を用いたものであって、この焦点部から第１の逆相スピーカ４のスピーカ音が放射される。第１の逆相スピーカ４から放射された音波は、強い指向性を有する一次元的な平面波となるため、干渉面２２を防音壁１の先端部より外側へ任意の距離の与えられた位置に設定することができる。騒音源２１に対して一定方向の特定範囲と限定されるが、干渉面２２以遠の下流側に騒音源２１を完全に見通せる空間の場合であっても、騒音からガードされた静音域をつり出す。
【実施例２】
【００１６】  図４に基づいて実施例２を説明する。
図４は、実施例２の構成および動作を示す斜視図である。実施例２は、本発明を送風ダクトに用いたものである。図１、図２、図３と共通の部分は、共通の符号を付してある。
２８はダクトである。
図４は、本発明による複数個の直射騒音アクティブ消音制御装置を大きな開口面の送風ダクト２８の開口端外周部に取り付けたものである。複数セットの各装置のそれぞれ対応する干渉面２２の位置は、回折エッジ２３の直近の外側で、かつダクト２８の中心軸方向に対して垂直な面であり、個々の装置の守備範囲となる干渉面２２の大きさは、それぞれ干渉限界波長の１／２を超えない大きさに設定されている。騒音源２１はダクト２８の内部にあり、干渉面２２へ進む直進音は第１の逆相スピーカ４で、回折エッジ２３を回折する回折音は第２の逆相スピーカ１４によって消音制御される。複数セットの各装置が対応する個々の干渉面をそれぞれつなぎ合わせて全体で一定の範囲をカバーする大きな干渉面とすることによって、大きな開口面の場合であっても実質的に干渉限界周波数を超えた波長の短い周波数の音まで制御し得るシステムを構成できるようになるため、ダクト２８の開口より外部へ放射される騒音は、効果的、かつ全域で一様に低減される。
各部の動作は、実施例１と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００１７】  上記実施形態においては本発明を、自動車道の防音壁、あるいは、送風ダクトなどに適用した場合について説明したが、本発明は、騒音源を見通せる空間すなわち直射騒音をアクティブ消音制御すると同時に回折騒音も合わせてアクティブ消音制御し、三次元の広いエリアに静音域を創出するものであり、産業上の利用の可能性は多岐にわたる。たとえば、騒音を発生する機械や設備を囲う防音室の開口部、換気、廃熱などのためどうしても密閉することのできない通気口など、非接触可動部や通気性は必要だが音は遮断したいといった用途に上記実施形態と同様に本発明を適用することが可能である。そして、このように本発明を適用した場合においても、上記実施形態と同様な作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態および動作原理を示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施形態および動作原理を示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施形態および動作原理を示す説明図である
【図４】本発明の第４の実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００１９】  １    防音壁
２    第１の音波反射板
３    第１の騒音検出用マイクロホン
４    第１の逆相スピーカ
５    第１の音波放射器
１２  第２の音波反射板
１３  第２の騒音検出用マイクロホン
１４  第２の逆相スピーカ
１５  第２の音波放射器
２１  騒音源
２２  干渉面
２３  回折エッジ
２４  導波板
２８  ダクト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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