(57)【要約】【課題】高齢者や聴覚障害者、聴力が低下した人同士の会話の音声を補強することが可能となると共に、乳幼児の泣き声や叫び声などの音の発生源から遠方への音の伝達を減らすことが可能な音響システムを提供する。【解決手段】本発明に係る音響システム１は、主面を有する複数の天井セルからなる天井面と、前記天井セルのそれぞれを駆動する駆動部と、前記駆動部に対して制御指令を出力することで、それぞれの前記天井セルの姿勢を制御する制御部１００と、を有し、前記制御部１００が前記駆動部に対して、発音点と受音点とが焦点となる楕円曲面の接平面と、前記天井セルの主面が重なるように制御指令を出力する増音モードを備えると共に、前記制御部１００が前記駆動部に対して、発音点が焦点となる放物面の接平面と、前記天井セルの主面が重なるように制御指令を出力する減音モードを備えることを特徴とする。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する複数の天井セルからなる天井面と、
前記天井セルのそれぞれを駆動する駆動部と、
前記駆動部に対して制御指令を出力することで、それぞれの前記天井セルの姿勢を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部が前記駆動部に対して、発音点と受音点とが焦点となる楕円曲面の接平面と、前記天井セルの主面が重なるように制御指令を出力する増音モードを備えると共に、
前記制御部が前記駆動部に対して、発音点が焦点となる放物面の接平面と、前記天井セルの主面が重なるように制御指令を出力する減音モードを備えることを特徴とする音響システム。
【請求項２】
前記天井セルの１ｋＨｚ以上２ｋＨｚ以下における吸音率が、５００Ｈｚにおける吸音率より高いことを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
【請求項３】
音の発生源からの騒音を低減する音響システムであって、
前記発生源を焦点とする放物面を含む覆いが配されることを特徴とする音響システム。
【請求項４】
前記覆いを、吸音性を有する材料で構成することを特徴とする請求項３に記載の音響システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、聴力が低下した人同士の会話の音声を補強することが可能となると共に、乳幼児の泣き声や叫び声などの音の発生源から遠方への音の伝達を減らす音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
駅やアトリウムなどの公共空間では、通行者に対して音による情報伝達を行うために、アナウンスなどが行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１（特開平５−３１６５９８号公報）には、駅等の公共空間における騒音レベルが常時変動する環境下において、常に聴取者に聴取可能な放送を行うとともに、放送範囲以外の周辺環境に対して新たな騒音とならないように放送音量を制御する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−３１６５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、駅やアトリウムなどの公共空間では、雑踏音、鉄道等の騒音、頻繁に流れるアナウンス等の音により騒音レベルが高く、会話、すなわちコミュニケーションの支障となる、という問題があった。これらの空間では、空間容積が大きく、加えて吸音率の小さい内装材が用いられることが多いことも空間全体の騒音レベルを押し上げている。さらに、高齢者や聴覚障害者等、聴力が低下した人にとっては、上記の状況は更に会話を難しくする。［課題１］
一方、公共空間においては乳幼児の泣き声や叫び声が周囲の迷惑になることを気にして、親が公共の場に行きづらくなる、という問題もあった。［課題２］
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る音響システムは、主面を有する複数の天井セルからなる天井面と、前記天井セルのそれぞれを駆動する駆動部と、前記駆動部に対して制御指令を出力することで、それぞれの前記天井セルの姿勢を制御する制御部と、を有し、前記制御部が前記駆動部に対して、発音点と受音点とが焦点となる楕円曲面の接平面と、前記天井セルの主面が重なるように制御指令を出力する増音モードを備えると共に、前記制御部が前記駆動部に対して、発音点が焦点となる放物面の接平面と、前記天井セルの主面が重なるように制御指令を出力する減音モードを備えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る音響システムは、前記天井セルの１ｋＨｚ以上２ｋＨｚ以下における吸音率が、５００Ｈｚにおける吸音率より高いことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る音響システムは、音の発生源からの騒音を低減する音響システムであって、前記発生源を焦点とする放物面を含む覆いが配されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る音響システムは、前記覆いを、吸音性を有する材料で構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る音響システムによれば、増音モードにより、空間全体の騒音レベルが高いところでも、高齢者や聴覚障害者、聴力が低下した人同士の会話の音声を補強することが可能となると共に、減音モードにより、乳幼児の泣き声や叫び声などの音の発生源から遠方への音の伝達を減らすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る音響システム１における増音モードの原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る音響システム１における減音モードの原理を説明する図である。
【図３】増音モード時の天井セル１０の姿勢例を示す図である。
【図４】減音モード時の天井セル１０の姿勢例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る音響システム１の概略構成を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係る音響システム１のブロック図である。
【図７】複数の天井セル１０からなる本発明の実施形態に係る音響システム１の天井部を示す図である。
【図８】天井セル１０単体の構成例を説明する図である。
【図９】セラミック吸音板の吸音性能を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る音響システム１におけるモード選択・セル制御処理のフローチャートを示す図である。
【図１１】増音モードの効果を説明する図である。
【図１２】減音モードの効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。本発明に係る音響システム１は、発話者（発音点）と受話者（受音点）との間で、一般的な平坦な天井の場合より増音を行う増音モードを有している。また、本発明に係る音響システム１は、一般的な平坦な天井の場合より、音の発生源から遠方への音の伝達を減らす減音モードを有している。
【００１２】
図１は本発明の実施形態に係る音響システム１における増音モードの原理を説明する図である。
図１（Ａ）は増音モードにおける天井面（楕円曲面）を示しており、また、図１（Ｂ）は増音モードにおける天井面（楕円曲面）による音の反射の様子を示している。
【００１３】
図１（Ａ）において、５は床面を示しており、これと平行な水平方向にｘ軸をとり、鉛直方向にｙ軸をとっている。図１（Ａ）の実線が、天井面である楕円曲面を示している。
【００１４】
このように天井面を楕円曲面（回転楕円体）の一部を構成する形状とし、発話者（発音点）と受話者（受音点）それぞれがその楕円の２つの焦点Ｆ1、Ｆ2に位置するように設置する。
【００１５】
このような配置とすることで、一方の焦点から発せられた音声は楕円曲面の一部を構成する天井面に反射して、もう一方の焦点に集中して到達する。これにより、本発明に係る音響システム１の増音モードでは、発話者（発音点）から受話者（受音点）に到達する音声が補強されるため、会話が聴き取り易くなる効果がある。
【００１６】
この時、発話者（発音点）から直接受話者（受音点）に音声が到達する時刻と、天井面に反射後に受話者（受音点）に音声が到達する時刻の時間差が５０ｍｓ以内であれば、反射音は音響障害（エコー）とはならず、受話者（受音点）に直接到達する音声を補強する効果を有する。
【００１７】
図２は本発明の実施形態に係る音響システム１における減音モードの原理を説明する図である。図２（Ａ）は減音モードにおける天井面（放物面）を示しており、また、図１（Ｂ）は減音モードにおける天井面（放物面）による音の反射の様子を示している。
【００１８】
図２（Ａ）において、５は床面を示しており、これと平行な水平方向にｘ軸をとり、鉛直方向にｙ軸をとっている。図２（Ａ）の実線が、天井面である放物面を示している。
【００１９】
このように天井面を放物面の一部を構成する形状とし、例えば、音の発生源である乳幼児がその放物面の焦点Ｆ0に位置するように設置する。
【００２０】
このような配置とすることで、放物面の焦点Ｆ0から発せられた音は、放物面の一部を構成する天井面から床面５に対して垂直方向下向きに反射する。その後、平坦な床面で反射した音は再び垂直方向上向きに向かい、天井面に入射する。
【００２１】
床面５が平坦であることを前提とすれば、上記のように放物面の焦点Ｆ0から発せられ天井面に入射する音は天井面に確実に２回入射する。
【００２２】
この時、天井面が吸音性であれば、天井面による吸音効果を２重に得ることができ、放物面の焦点から発せられた音をより効果的に吸収することができる。具体例として、放物面の焦点Ｆ0から発せられた音のエネルギーを１、天井面の吸音率を０．７と仮定すると、一回反射後の音のエネルギーは０．３であるのに対して、天井面に２回反射することで音のエネルギーは０．０９となる。吸音効果を２回得ることで、天井面の見かけ上の吸音率は０．９１となる。
【００２３】
また、放物面の焦点Ｆ0から発せられて天井面に入射する音は、上記のような反射経路で伝搬するため、放物面の一部を構成する天井の範囲から外側へ伝わりにくくなる。
【００２４】
以上より、本発明に係る音響システム１の減音モードでは、放物面の一部を構成する天井の範囲の外側では、放物面の焦点Ｆ0から発せられて到達する音の音圧レベルは一般の平坦な天井面と比較して小さくなる。
【００２５】
なお、放物曲面の焦点Ｆ0から発せられた音であっても、天井面に向かわず直接放物曲面の一部を構成する天井の範囲から外側へ伝搬する音については上記の効果は得られない。
【００２６】
以上のような原理に基づく、本発明に係る音響システム１を実現する具体的な方法について以下に説明する。本発明に係る音響システム１においては、天井面をある大きさのグリッドに分割した構造とする。このような単位グリッドを、天井セル１０と称することとする。この分割した各天井セル１０には、傾きが変化できる可動の機能を付与する。
【００２７】
図３は増音モード時の天井セル１０の姿勢例を示す図である。図３において、点線はＦ1、Ｆ2を焦点とする楕円曲面を示している。増音モードでは、楕円曲面の接平面と、天井セル１０の主面が重なるように、天井セル１０がレイアウトされる。
【００２８】
一方、図４は減音モード時の天井セル１０の姿勢例を示す図である。図４において、点線はＦ0を焦点とする放物面を示している。減音モードでは、放物面の接平面と、天井セル１０の主面が重なるように、天井セル１０がレイアウトされる。
【００２９】
以上のように、本発明に係る音響システム１においては、各天井セル１０を駆動・制御することで、増音モード又は減音モードのニーズに応じるようにしている。
【００３０】
次に、本発明に係る音響システム１において、増音モード、減音モードのいずれかのモードを適宜選択して、各天井セル１０を駆動・制御するための具体的な構成について説明していく。
【００３１】
図５は本発明の実施形態に係る音響システム１の概略構成を説明する図である。また、図６は本発明の実施形態に係る音響システム１のブロック図である。
【００３２】
図５に示すように、本発明に係る音響システム１は、天井部に複数の天井セル１０が配されており、これらの天井セル１０が各パネル駆動部１３０によって姿勢を制御されるように構成されている。各パネル駆動部１３０は、不図示の第１モーター、第２モーターを回転駆動することで、各々の天井セル１０を駆動するようになっている。
【００３３】
各パネル駆動部１３０に対しては、制御部１００から制御指令が送信される。制御部１００としては、例えば、パーソナルコンピューターなどの汎用の情報処理装置を用いることができる。
【００３４】
この制御部１００には、複数のビーコン送受信部１１０が通信可能に構成されている。図５に示すように、これらのビーコン送受信部１１０は、物理的には天井部の上方にある構造物に格子状のレイアウトで配されている。
【００３５】
ビーコン送受信部１１０はビーコンを発すると共に、特定のアプリケーションがインストールされたスマートフォンなどの情報処理端末２００が近傍に存在する場合には、当該スマートフォンからの応答を受信し、当該情報処理端末２００の存在を検知することができるようになっている。
【００３６】
また、情報処理端末２００がビーコン送受信部１１０に応答する際には、情報処理端末２００とビーコン送受信部１１０との間の距離に相当するデータも返信されるようになっている。
【００３７】
ビーコン送受信部１１０は、構造物に格子状のレイアウトされることから、複数のビーコン送受信部１１０で受信された前記データにより、制御部１００では、情報処理端末２００の位置を特定することが可能となる。
【００３８】
情報処理端末２００にインストールされているアプリケーションでは、その情報処理端末２００を携帯する者が、増音モードか減音モードかのいずれを所望するかを設定することができるようになっている。当該アプリケーションで、増音モードが設定されている場合には、増音指示がビーコン送受信部１１０に送信され、減音モードが設定されている場合には、減音指示がビーコン送受信部１１０に送信されるようになっている。
【００３９】
次に、天井部に配される複数の天井セル１０の姿勢制御について説明する。図７は複数の天井セル１０からなる本発明の実施形態に係る音響システム１の天井部を示す図である。図７は複数の天井セル１０を天井部の裏側から見た斜視図である。
【００４０】
一方、図８は、天井部全体から抜き出した一つの天井セル１０単体の構成例を示した図である。天井セル１０主面として、第１主面１１と、これと表裏の関係にある第２主面１２とを有している。第１主面１１は居室側で、第２主面１２は天井裏側に配されている。
【００４１】
天井セル１０は、第２主面１２側でユニバーサルジョイント２５を介して、棹状の支持部材２０によって構造物に対して固定されている。第２主面１２側にユニバーサルジョイント２５が用いられているため、ユニバーサルジョイント２５を回動中心として天井セル１０はその姿勢を任意に変更することが可能となっている。
【００４２】
天井セル１０の第２主面１２の一方の対角同士には第１ワイヤー４１が取り付けられ、他方の対角同士には第２ワイヤー４２が取り付けられている。また、第１ワイヤー４１は不図示の第１モーターによって回転駆動される第１プーリー３１にかけ回されており、第２ワイヤー４２は不図示の第２モーターによって回転駆動される第２プーリー３２にかけ回されている。
【００４３】
このような構成により、第１モーター及び第２モーターが回転することで、第１プーリー３１及び第２プーリー３２が回転し、第１ワイヤー４１及び第２ワイヤー４２が天井セル１０のそれぞれの対角の位置を変更させることで、天井セル１０の姿勢を制御することができるようになっている。
【００４４】
なお、本実施形態では、天井セル１０の姿勢制御を上記のような構成で行っているが、その他の構成を採用することもできる。例えば、アクチュエーターなどによって天井セル１０の姿勢を制御するようにしてもよい。
【００４５】
次に、天井セル１０を構成する部材について説明する。天井面を構成する天井セル１０に用いる部材として、大人の音声の主な成分である５００Ｈｚ帯域では低い吸音率、乳幼児の泣き声や叫び声の主な成分である１ｋＨｚ〜２ｋＨｚでは高い吸音率を有する材料を選定すれば、同一部材で会話を補強する増音モードと、乳幼児の泣き声等を低減する減音モードが実現可能である。
【００４６】
上記のような部材としては、例えば、セラミック吸音板を挙げることができる。図９はセラミック吸音板の吸音性能を示す図である。図９に示すようなセラミック吸音板を天井セル１０として用いると、天井セル１０の１ｋＨｚ以上２ｋＨｚ以下における吸音率が、５００Ｈｚにおける吸音率より高くなるために、会話を補強する増音モードと、乳幼児の泣き声等を低減する減音モードの双方を実現することが可能となる。
【００４７】
次に、以上のように構成される本発明に係る音響システム１の制御・処理について説明する。図１０は本発明の実施形態に係る音響システム１におけるモード選択・セル制御処理のフローチャートを示す図である。このようなフローチャートは制御部１００によって実行される。
【００４８】
図１０において、ステップＳ１００でモード選択・セル制御処理が開始されると、ステップＳ１０１では、ビーコン送受信部１１０から、情報処理端末２００によるビーコン応答の受信情報を取得する。
【００４９】
ステップＳ１０２では、取得されたビーコン応答の情報に基づいて、情報処理端末２００の位置を特定し、ステップＳ１０３では、情報処理端末２００からの指示がどちらの指示であるかを解析する。
【００５０】
ステップＳ１０４では、情報処理端末２００からの指示が、「増音指示」であるか「減音指示」であるかを判定する。ステップＳ１０４の判定結果が「増音指示」であるときにはステップＳ１０５に進み、「減音指示」であるときにはステップＳ１０７に進む。
【００５１】
ステップＳ１０４の判定結果が「増音指示」であるときに進むステップＳ１０５では、所定距離内（例えば、１〜２ｍ以内）に「増音指示」を要求する別の情報処理端末２００が存在するか否かが判定される。
【００５２】
ステップＳ１０５の判定結果がＹＥＳであるときにはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、特定された複数の情報処理端末２００の位置を焦点とする増音モードで、天井セル１０の姿勢制御を行う。すなわち、当該姿勢制御により、前記の焦点を有する楕円曲面の接平面と、天井セル１０の主面が重なるように、天井セル１０がレイアウトされる。
【００５３】
一方、ステップＳ１０５の判定結果がＮＯであるときには、「増音指示」を要求した情報処理端末２００以外の情報処理端末２００が周囲に存在せず、増音モードを実行する必要はないので、ステップＳ１０８に進み処理を終了する。
【００５４】
ステップＳ１０４の判定で、原音指示であるときに進むステップＳ１０７では、特定された一つの情報処理端末２００の位置を焦点とする減音モードで、天井セル１０の姿勢制御を行う。すなわち、当該姿勢制御により、前記の焦点を有する放物面の接平面と、天井セル１０の主面が重なるように、天井セル１０がレイアウトされる。
【００５５】
ステップＳ１０８でモード選択・セル制御処理を終了する。
【００５６】
次に、本発明に係る音響システム１による効果について説明する。図１１は増音モードの効果を説明する図である。また、図１２は減音モードの効果を説明する図である。図１１及び図１２において、
図１１は、一般の平坦な天井（Ａ）と、増音モード（Ｂ）とを比較したものであり、増音モードでは約４ｄＢの増幅効果を確認することができた。ここで、増音モードの場合の焦点間（発音点と受音点の間）の距離は１．５ｍと想定したものである。
【００５７】
図１２は、一般の平坦な天井（Ａ）と、減音モード（Ｂ）とを比較したものであり、受音点としては、発音点から９ｍの距離を想定したものである。これによれば、減音モードでは約６ｄＢの減衰効果を確認することができた。
【００５８】
なお、図１１及び図１２に示した効果は、２次元境界要素法による波動音響シミュレーションに基づく結果である。
【００５９】
増音モードのシミュレーションにおいては、音圧波形上で効果を確認し易くするために、床面からの反射を含まないシミュレーション結果を示している。一方、減音モードについては、床面からの反射を含むシミュレーション結果を示している。（Ａ）の一般の天井の音圧波形が、図１１と図１２で異なるのはそのためである。
【００６０】
以上、本発明に係る音響システム１によれば、増音モードにより、空間全体の騒音レベルが高いところでも、高齢者や聴覚障害者、聴力が低下した人同士の会話の音声を補強することが可能となると共に、減音モードにより、乳幼児の泣き声や叫び声などの音の発生源から遠方への音の伝達を減らすことが可能となる。
【００６１】
なお、本発明に係る音響システム１の減音モードの原理は、屋外の設備機器、工事現場における発電機、コンプレッサー等から発生する騒音を効率よく低減することにも利用できる。
【００６２】
これまで説明した実施形態における音響システム１では、減音モードを再現するため、複数の天井セル１０の姿勢が、放物面の設平面と重なるように制御していた。これは、音の発生源の位置が、時間変化することに対応するための構成であった。しかしながら、音の発生源が、所定位置に固定され変化しないような場合には、上記のような制御を行う必要もなく、また、複数の天井セル１０を用いることなく連続した天井面を用いることができる。すなわち、音の発生源が、放物面の焦点Ｆ0となるような連続した放物面によって、天井面（例えば、覆いなど）を形成すれば、減音モードを再現することが可能となる。
【００６３】
例えば、屋外の騒音源から発生する音が隣接する建物の上階に伝搬することを防止するために、覆いを設置する方法が考えられる。一般の平坦な覆いを設置した場合、覆いに入射した音は地面との反射の後、覆いの範囲外へ伝搬する。
【００６４】
そこで、覆いとして騒音発生源を焦点とする放物面の一部を構成する形状とすれば、減音モードの原理により、覆いの範囲外へ伝搬し難くなる。
【００６５】
この時、覆いの内側の少なくとも一部を、グラスウールやロックウールなどの吸音性を有する材料で構成すれば、その吸音効果を２重に得ることができ、発生した騒音をより効率的に低減することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・音響システム
５・・・床面
１０・・・天井セル
１１・・・第１主面
１２・・・第２主面
２０・・・支持部材
２５・・・ユニバーサルジョイント
３１・・・第１プーリー
３２・・・第２プーリー
４１・・・第１ワイヤー
４２・・・第２ワイヤー
１００・・・制御部
１１０・・・ビーコン送受信部
１３０・・・パネル駆動部（第１モーター、第２モーター）
２００・・・情報処理端末
【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８】
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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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