(57)【要約】【課題】開空間の一部の領域を対象としたＡＮＣであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することが可能なアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供する。【解決手段】制御用マイクＰのシミュレーション位置における騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳそれぞれからの音の振幅比が１、位相差がπとなる音圧低減条件から、騒音源に対する制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び騒音源に対する制御用スピーカの位相差φを算定し、次に、係数α及び位相差φから、騒音と制御音の評価点Ｊの位置座標における振幅比Ａｊ及び位相差Δφｊを算定し、次に、音圧が制御された評価点の位置座標での効果を示す音圧Ｅを算定して、シミュレーション結果を取得する。【選択図】図１
2019124867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、
上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、
上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、
選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とを用いると共に、
上記騒音源及び上記制御用マイク間の第２線分の長さ（ｒＮＰ）、
上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第３線分の長さ（ｒＳＰ）、
上記騒音源及び上記評価点間の第４線分の長さ（ｒＮＪ）、
上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第５線分の長さ（ｒＳＪ）、
上記第２線分と上記第４線分がなす第１角度（θ１）、並びに
上記第３線分と上記第５線分がなす第２角度（θ２）を用いて、
まず、上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が１、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式（６）及び（８）により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、
【数２１】
2019124867.tif 000025
次に、上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Ａｊ及び位相差Δφｊを、下記式（５）及び（７）より算定し、
【数２２】
2019124867.tif 000026
次に、音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Ｅを、下記式（１５）により算定して、
【数２３】
2019124867.tif 000027
シミュレーション結果を取得することを特徴とするアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法。
【請求項２】
前記評価点は、シミュレーションの対象とする対象領域を格子で分けた複数個のエリアの中心位置に設定され、前記シミュレーション結果は、該対象領域における音圧の分布で取得されることを特徴とする請求項１に記載のアクティブノイズコントロールによる音場のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記騒音源、前記制御用スピーカ、前記制御用マイク、前記評価点が同一の二次元平面の座標上に配置され、当該平面を伝搬する音のシミュレーション結果が取得されることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブノイズコントロールによる音場のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記騒音源から伝搬される前記騒音の上記データは、前記シミュレーションを行う前に事前に、予め取得されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載のアクティブノイズコントロールによる音場のシミュレーション方法。
【請求項５】
騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、
上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、
上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、
選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とが入力される演算器を備え、
該演算器は、
上記騒音源及び上記制御用マイク間の第２線分の長さ（ｒＮＰ）、
上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第３線分の長さ（ｒＳＰ）、
上記騒音源及び上記評価点間の第４線分の長さ（ｒＮＪ）、
上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第５線分の長さ（ｒＳＪ）、
上記第２線分と上記第４線分がなす第１角度（θ１）、並びに
上記第３線分と上記第５線分がなす第２角度（θ２）を算出し、
上記演算器はさらに、
上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が１、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式（６）及び（８）により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、
【数２４】
2019124867.tif 000028
上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Ａｊ及び位相差Δφｊを、下記式（５）及び（７）より算定し、
【数２５】
2019124867.tif 000029
音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Ｅを、下記式（１５）により算定して、
【数２６】
2019124867.tif 000030
シミュレーション結果を取得することを特徴とするアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開空間の一部の領域を対象としたＡＮＣであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することが可能なアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
騒音源からの騒音を低減する技術に関して、特許文献１〜３が知られている。特許文献１の「消音装置」は、放射される音の重なりにより特定の範囲による消音領域を作り出すべく２個の消音スピーカを設け、各消音スピーカに対応して２個のセンサマイクを設け、且つ、アクティブコントローラに、消したい騒音の周波数域を自由に設定する発振器を接続した手段としたものである。
【０００３】
特許文献２の「プラント監視制御システム」は、待ち状態の操作員に偶発事象を伝搬するのに有効な情報伝搬手段である音声出力方式を、受信機を装着することなく個別情報を伝達する手段を提供することを課題とし、音声出力装置は、制御情報（障害、異常伝達）を出力するスピーカと、消音用単一指向性スピーカ、音圧検出用マイクロホン、プラント（異常）情報を取得するセンサ、及びアクティブ音場制御部から構成されている。
【０００４】
特許文献３の「消音システムにおける騒音検出手段の位置決定方法」は、三次元閉空間に配置される騒音発生源から発生する騒音を良好に消音するのに、ＡＮＣ技術を充分に生かせる第２騒音検出手段の位置決定方法を得ることを課題とし、ＡＮＣ技術を地下室等の三次元閉空間で適用するに、騒音発生源から発生する騒音のレベルが高い高音圧レベル周波数を複数求め、その複数の高音圧レベル周波数の音それぞれについて、三次元閉空間内において波動音響解析を実行し、三次元閉空間の音響状態を推定し、定在波の腹部で、三次元閉空間の音圧レベルが、空間内の平均音圧レベルより高い位置を前記第２騒音検出手段を配置する第２位置とするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１６０５６６号公報
【特許文献２】特開平１０−２７００３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１０７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、工場内では様々な騒音が存在しているが、生産状況を目視する必要性から、通常の騒音対策である遮音壁等で騒音源を囲うなどの対策ができない場合が多い。このため、遮音壁等を使用せずに作業員がいるエリアの騒音を低減したいという要望がある。騒音対策手法のひとつであるアクティブノイズコントロール（以下、ＡＮＣと記す）は、視界を遮ることなく、ある領域での騒音を低減させることができる。ＡＮＣは、制御用のマイク位置を上記作業者がいる位置として、この制御用のマイク位置において対象音（騒音）を低減させるために、対象音と同振幅・逆位相の音を制御用のスピーカから出力する方法である。
【０００７】
ＡＮＣは、例えば建設重機のエンジン音の対策のように、騒音源の近傍に制御用スピーカを配置する場合には、制御用スピーカ１台及び制御用マイク１台で大きな騒音低減効果が得られる。しかし、図６に示すように、騒音源ａから離れた位置に制御用スピーカｂを配置する場合、作業員ｃがいるエリア等の領域全体の騒音を低減させるためには、多数の制御用スピーカ及び制御用マイクが必要になり、実現が難しい。
【０００８】
ＡＮＣは、制御対象とする領域の広さにより、極小領域、閉空間全体、開空間における一部の領域、の３つに分類できる。対象の領域が広くなるほど、対象全体を制御するのが困難になる。この対象領域については、工場内の作業員がいる場所のように大空間の中の一部や、工事現場等の屋外において近隣へ騒音が影響する領域など、全体のうちの一部の領域であることが多い。一部の領域における騒音を対象とするＡＮＣには、境界音場制御の原理に基づき、ある面を通過する騒音を低減させるものや、指向性の鋭いパラメトリックスピーカを利用するものがある。これらのＡＮＣでは、対象領域内において、制御用マイク位置とその周囲において大きな効果を発揮するものの、それ以外の部分において増幅する場合がある。また、パラメトリックスピーカ単体では、通常、約２００Ｈｚ以下の低音や１００ｄＢ以上の大音圧の音を再生するのが難しく、ＡＮＣに適用できない場合がある。
【０００９】
対象領域における騒音の伝搬方向と同軸上に制御用スピーカを配置すると、広い範囲で騒音と制御用スピーカからの制御音が同振幅・逆位相（もしくはそれに近い状態）となり、対象領域内で騒音が低減する。しかし、実際の工場等においては必ずしも同軸上に配置できないため、騒音の伝搬方向と異なる方向（騒音源から離れた位置の意でもある）に制御用スピーカを配置する場合がある。さらに、制御用スピーカの指向性によっては、対象領域内での騒音低減効果や増幅位置が変わる。
【００１０】
このため、実際の現場へのＡＮＣのシステムの設置にあたっては、一台もしくは複数台の制御用スピーカの特性の選択や、これら制御用スピーカ及び制御用マイクの配設位置の選択を何度も何度も繰り返さなければならず、それによっても十分な騒音低減効果が得られるとは限らず、至難であるという課題があった。
【００１１】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、開空間の一部の領域を対象としたＡＮＣであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することが可能なアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法は、騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とを用いると共に、
上記騒音源及び上記制御用マイク間の第２線分の長さ（ｒＮＰ）、上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第３線分の長さ（ｒＳＰ）、上記騒音源及び上記評価点間の第４線分の長さ（ｒＮＪ）、上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第５線分の長さ（ｒＳＪ）、上記第２線分と上記第４線分がなす第１角度（θ１）、並びに上記第３線分と上記第５線分がなす第２角度（θ２）を用いて、
まず、上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が１、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式（６）及び（８）により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、
【数１】
2019124867.tif 000003
次に、上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Ａｊ及び位相差Δφｊを、下記式（５）及び（７）より算定し、
【数２】
2019124867.tif 000004
次に、音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Ｅを、下記式（１５）により算定して、
【数３】
2019124867.tif 000005
シミュレーション結果を取得することを特徴とする。
【００１３】
前記評価点は、シミュレーションの対象とする対象領域を格子で分けた複数個のエリアの中心位置に設定され、前記シミュレーション結果は、該対象領域における音圧の分布で取得されることを特徴とする。
【００１４】
前記騒音源、前記制御用スピーカ、前記制御用マイク、前記評価点が同一の二次元平面の座標上に配置され、当該平面を伝搬する音のシミュレーション結果が取得されることを特徴とする。
【００１５】
前記騒音源から伝搬される前記騒音の上記データは、前記シミュレーションを行う前に事前に、予め取得されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション装置は、騒音低減効果をシミュレーションするための騒音を発する仮想の騒音源の位置座標及び該騒音の下記データと、上記騒音源から距離を隔てて選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、上記騒音を低減するための制御音を発する仮想の制御用スピーカの位置座標と、上記騒音源の指向角及び上記制御用スピーカの指向角双方に納まる領域に選択可能に設定されるシミュレーション位置に位置付けられ、該騒音源及び該制御用スピーカ双方から伝搬される音を受音する仮想の制御用マイクの位置座標と、選択可能に設定される上記騒音の制御位置であって、到達した音圧を示す評価点の位置座標とが入力される演算器を備え、
該演算器は、上記騒音源及び上記制御用マイク間の第２線分の長さ（ｒＮＰ）、上記制御用スピーカ及び上記制御用マイク間の第３線分の長さ（ｒＳＰ）、上記騒音源及び上記評価点間の第４線分の長さ（ｒＮＪ）、上記制御用スピーカ及び上記評価点間の第５線分の長さ（ｒＳＪ）、上記第２線分と上記第４線分がなす第１角度（θ１）、並びに上記第３線分と上記第５線分がなす第２角度（θ２）を算出し、
上記演算器はさらに、上記制御用マイクのシミュレーション位置における上記騒音源及び上記制御用スピーカそれぞれからの音の振幅比が１、位相差がπとなる音圧低減条件から得られる下記式（６）及び（８）により、該騒音源に対する該制御用スピーカの音源の強さを表す係数α及び該騒音源に対する該制御用スピーカの位相差φを算定し、
【数４】
2019124867.tif 000006
上記係数α及び上記位相差φから、上記騒音源から伝搬される騒音と上記制御用スピーカから伝搬される制御音の上記評価点の位置座標における振幅比Ａｊ及び位相差Δφｊを、下記式（５）及び（７）より算定し、
【数５】
2019124867.tif 000007
音圧が制御された上記評価点の位置座標での効果を示す音圧Ｅを、下記式（１５）により算定して、
【数６】
2019124867.tif 000008
シミュレーション結果を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置にあっては、開空間の一部の領域を対象としたＡＮＣであって、騒音源から離れた位置に制御用スピーカを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置の好適な一実施形態を説明する説明図である。
【図２】図１に示した実施形態に基づくシミュレーションの結果を実験値と比較するための実験状況を説明する説明図である。
【図３】図２に示した実験に用いた制御方法を説明するブロック図である。
【図４】ケース１に係る実験値とシミュレーションの結果を比較する説明図である。
【図５】ケース２に係る実験値とシミュレーションの結果を比較する説明図である。
【図６】騒音源から離れた位置に配置された制御用スピーカでアクティブノイズコントロールを行う様子を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかるアクティブノイズコントロールされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
本発明は、開空間の一部の領域を対象としたＡＮＣにおいて、騒音源の近傍ではなく、騒音源から距離を隔てて制御用スピーカを配置する場合に、騒音低減効果をシミュレーションによって検証できるようにし、当該対象領域において騒音の卓越する周波数及び伝搬方向を考慮に入れることができることにより、制御用スピーカを効率的に配置し、適切な指向性を選定することを可能として、少ない機材で、効果的に騒音を低減できるようにする。
【００２１】
詳細には、工場など実際の空間にＡＮＣを適用する場合、騒音源の位置や伝搬方向、低減したい騒音の周波数は限定することができる。従って、騒音を低減させるための最適な制御用スピーカの配置及び最適な当該スピーカ放射角度とすることで、これら制御用スピーカ及び制御用マイクの数を数個または単一としても、対象領域の騒音を効果的に低減できる。
【００２２】
本発明は、制御用スピーカの配置やその指向性を考慮した騒音低減効果について、波面合成（波の重ね合わせ）の考え方に基づいた予測方法である。また、騒音による音場を、領域内に均等に配置した複数の評価点で代表させるようにして、制御用スピーカからの制御音による音場との合成によって騒音低減効果の得られる範囲を予測できるようにする。
【００２３】
以下の実施形態は、騒音が対象領域に一方向から伝搬する場合について、シミュレーションにより、制御用スピーカの配置とその指向性を評価できるようにするものである。
【００２４】
図１には、本実施形態に係るアクティブノイズコントロール（ＡＮＣ）される音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置の概念を説明する説明図が示されている。シミュレーションは、設定された各種データを用いて、図示しない演算器内部で実行され、当該演算器においてシミュレーション結果が取得される。
【００２５】
シミュレーションを実行する演算器には、騒音源Ｎについて、二次元平面直交座標系（Ｘ−Ｙ直交座標系）における仮想の騒音源（以下、単に「騒音源」と称する）の位置座標Ｎ（ｘＮ，ｙＮ）と、騒音低減効果をシミュレーションするために当該騒音源Ｎから発せられる騒音のデータが入力される。
【００２６】
騒音源Ｎから伝搬される騒音のデータは、実験的実施に際しては、適宜に選択した音のデータを用いればよく、他方、実際の空間にＡＮＣを適用する場合のシミュレーションに際しては、当該空間で観測され予め取得された音のデータを用いればよい。騒音源Ｎから伝搬される騒音のデータは、対象領域内であればどの位置で計測されたものであってもよく、また、シミュレーションを行う前に事前に、予め取得しておいて、机上等の演算器に入力してシミュレーションを実施することが好ましい。騒音の音のデータとしては、例えば、騒音源Ｎの（音の）強さ（体積速度）Ｑ０、波数κ、角周波数ω、周期Ｔ等がある。
【００２７】
演算器には、制御用スピーカＳについて、二次元平面直交座標系における仮想の制御用スピーカ（以下、単に「制御用スピーカ」と称する）の位置座標Ｓ（ｘＳ，ｙＳ）と、騒音を低減するための制御音のデータが入力される。
【００２８】
本発明では特に、制御用スピーカＳは、騒音源Ｎの近傍ではなく、騒音源Ｎから距離を隔てた位置であって、かつ選択可能に設定される位置をシミュレーション位置として、位置付けられる。
【００２９】
制御音のデータは、騒音低減効果を得るために、種々の音のデータを用いることができる。制御音の音のデータとしては、例えば、騒音源Ｎに対する制御用スピーカＳの音源の強さを表す係数α、騒音源Ｎ（からの騒音）に対する制御用スピーカＳ（からの制御音）の位相差φ等がある。
【００３０】
演算器には、実際のＡＮＣにおいて用いられ、騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳ双方から伝搬される音（騒音及び制御音）を受音する制御用マイクＰについて、二次元平面直交座標系における仮想の制御用マイク（以下、単に「制御用マイク」と称する）の位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）が入力される。
【００３１】
制御用マイクＰは、騒音源Ｎから発せられる騒音の指向角及び制御用スピーカＳの指向角双方に納まる領域内であることを条件として、選択可能に設定される位置をシミュレーション位置として、位置付けられる。
【００３２】
さらに、演算器には、騒音低減効果を評価するために、到達した音圧を示す評価点Ｊの位置が二次元平面直交座標系における位置座標Ｊ（ｘＪ，ｙＪ）として入力され、設定される。評価点Ｊの位置座標Ｊ（ｘＪ，ｙＪ）とは、騒音の制御位置、例えば上述したように、騒音の低減が求められる作業員のいる位置の情報に相当し、二次元平面直交座標系で選択可能に設定される。
【００３３】
本実施形態では、要するに、騒音源Ｎ、制御用スピーカＳ、制御用マイクＰ、並びに評価点Ｊが同一の二次元平面の直交座標系上に配置され、演算器によって、当該平面を伝搬する音のシミュレーション結果が取得される。
【００３４】
また、本実施形態では、評価点Ｊは、シミュレーションの対象とする領域（以下、単に「対象領域」と称する）を格子（グリッド）で分けた複数個の正方形のエリアの中心位置に設定され、これにより、演算器によるシミュレーション結果は、複数個の評価点Ｊについて算出されて、対象領域における音圧の分布の形態で取得され、そしてまたモニターやプリンタ等の出力装置に出力されるように構成される。
【００３５】
演算器は、騒音源Ｎから伝搬する音と制御用スピーカＳから伝搬する音を、対象領域内に等間隔に設けた上記評価点Ｊにおいて重ね合わせることによって、ＡＮＣの効果を予測するシミュレーションを実行する。
【００３６】
演算器は、入力された騒音源Ｎ、制御用スピーカＳ、制御用マイクＰ、並びに評価点Ｊの位置座標Ｎ（ｘＮ，ｙＮ）、Ｓ（ｘＳ，ｙＳ）、Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）、Ｊ（ｘＪ，ｙＪ）から、図１に示されている各種の数値、具体的には、騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳ間の第１線分の長さ（ｒＮＳ）、騒音源Ｎ及び制御用マイクＰ間の第２線分の長さ（ｒＮＰ）、制御用スピーカＳ及び制御用マイクＰ間の第３線分の長さ（ｒＳＰ）、騒音源Ｎ及び評価点Ｊ間の第４線分の長さ（ｒＮＪ）、制御用スピーカＳ及び評価点Ｊ間の第５線分の長さ（ｒＳＪ）、制御用マイクＰ及び評価点Ｊ間の第６線分の長さ（ｒＰＪ）、第２線分と第４線分がなす第１角度（θ１）、第３線分と第５線分がなす第２角度（θ２）、第２線分と第６線分がなす第３角度（θα）、並びに第３線分と第６線分がなす第４角度（θβ）を算出するように構成される。
【００３７】
演算器でシミュレーションされ予測される効果は、次のようなロジックに従って得られるものである。
【００３８】
（Ａ）制御用マイクの位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）において、騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳから伝搬し、当該制御用マイクＰに到来する音の速度ポテンシャルδＮ，δＳが式（１）及び式（２）になると仮定する。
【００３９】
【数７】
2019124867.tif 000009
【００４０】
なお、演算器に対しては、騒音源Ｎからの騒音は正弦波とすること、上記第１角度θ１及び第２角度θ２が騒音源Ｎの指向角及び制御用スピーカＳの指向角よりも大きい場合には、評価点Ｊにおける騒音源Ｎ及び制御用スピーカＰからの音の振幅は減衰させること、並びに、当該振幅の減衰特性は、騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳの指向特性に応じた値（実測値や仕様データ）にすること、の設定がなされる。
【００４１】
（Ｂ）速度ポテンシャルと音圧の関係から、上記式（１）及び（２）を時間ｔで微分し空気密度ρ０を乗ずると、下記式（３）及び（４）で示す、騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳの音圧ＰＮ，ＰＳとなる。
【００４２】
【数８】
2019124867.tif 000010
【００４３】
（Ｃ）制御用マイクの位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）において、騒音源Ｎからの騒音と制御用スピーカＳからの制御音の振幅比が１、位相差がπの時、騒音が打ち消されて制御用マイクの位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）での音圧が低減する。このときの制御用マイクの位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）における騒音源Ｎからの伝搬音（騒音）及び制御用スピーカＳからの伝搬音（制御音）それぞれの音圧の条件を求めると、振幅比については、式（１）及び（２）の振幅に関わる部分の比から、
【数９】
2019124867.tif 000011
となり、制御用マイクの位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）における振幅比Ａｒ＝１なので、
【数１０】
2019124867.tif 000012
より、騒音源Ｎの音源強さに対する制御用スピーカＳの音源の強さを表す係数αが設定される。
【００４４】
（Ｄ）続いて、位相差φは、式（３）及び（４）の位相から、
【数１１】
2019124867.tif 000013
となり、制御用マイクの位置座標Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）における位相差Δφ＝πなので、
【数１２】
2019124867.tif 000014
が求められる。
【００４５】
（Ｅ）対象領域におけるＡＮＣの効果は、騒音源Ｎと各評価点Ｊとの距離（第４線分の長さ；ｒＮＪ）及び制御用スピーカＳと各評価点Ｊとの距離（第５線分の長さ；ｒＳＪ）で求められるから、式（６）及び（８）それぞれの騒音源Ｎと制御用マイクＰとの距離（第２線分の長さ；ｒＮＰ）及び制御用スピーカＳと制御用マイクＰの距離（第３線分の長さ；ｒＳＰ）それぞれに、これら第４線分ｒＮＪ及び第５線分の長さｒＳＪを数値として代入することで、各評価点Ｊにおける振幅比ＡＪと位相差ΔφＪが、下記式（５）及び（７）により求められる。
【００４６】
【数１３】
2019124867.tif 000015
【００４７】
【数１４】
2019124867.tif 000016
【００４８】
（Ｆ）騒音源Ｎ及び制御用スピーカＳそれぞれと各評価点Ｊとの距離（ｒＮＪ、ｒＳＪ）は、手順の説明からは外れるが、以下のようにして求めることができる。上述した騒音源Ｎ及び制御用マイクＰ間の第２線分の長さｒＮＰ、制御用スピーカＳ及び制御用マイクＰ間の第３線分の長さｒＳＰに加えて、制御用マイクＰ及び評価点Ｊ間の第６線分の長さｒＰＪと、第２線分と第６線分がなす第３角度（θα）、並びに第３線分と第６線分がなす第４角度（θβ）を用いて、余弦定理から、
【数１５】
2019124867.tif 000017
と求められる。
【００４９】
（Ｇ）次に、各評価点ＪにおけるＡＮＣの効果を、下記式（１１）と考えると、
【数１６】
2019124867.tif 000018
当該式（１１）中の「Ｄ」及び「Ｃ」は、評価点の位置座標Ｊ（ｘＪ，ｙＪ）における振幅比Ａｊ及び位相差Δφｊを用いて、下記式（１２）及び式（１３）と表すことができる。
【００５０】
【数１７】
2019124867.tif 000019
【００５１】
なお、「Ｄ」を単位振幅とし、「Ｃ」の振幅を、評価点Ｊにおける振幅比Ａｊで表現することで、騒音源Ｎからの騒音（伝搬音）と制御用スピーカＳからの制御音（伝搬音）の振幅比を表現する。これにより、下記式（１４）が得られる。
【００５２】
【数１８】
2019124867.tif 000020
【００５３】
ここで、式（１４）の第２項の後半は、単位振幅をもつ正弦波の実効値なので、下記式（１５）となる。
【００５４】
【数１９】
2019124867.tif 000021
【００５５】
上記式（１５）によりＡＮＣにより音圧が制御された評価点の位置座標Ｊ（ｘＪ，ｙＪ）での効果を評価するようにすることで、騒音源Ｎ、制御用スピーカＳ及び制御用マイクＰそれぞれの位置座標Ｎ（ｘＮ，ｙＮ）、Ｓ（ｘＳ，ｙＳ）、Ｐ（ｘＰ，ｙＰ）と対象領域の位置関係より、評価点ＪにおけるＡＮＣの効果を予測することが可能なシミュレーション結果を取得することができる。
【００５６】
式（１５）で得られる効果Ｅは音圧であって、単位はＰａ（パスカル）である。下記式（１６）を適用することで、ｄＢ単位に換算することができる。
【００５７】
【数２０】
2019124867.tif 000022
【００５８】
式（９）〜式（１５）は、上述したように、二次元空間を仮定してのものである。例えば、天井の高い工場等の場合であれば、騒音源Ｎ、制御用スピーカＳ、制御用マイクＰ及び評価点Ｊを同一高さとして設定することで、二次元空間と仮定してシミュレーションを行うことができる。他方、例えば騒音源Ｎが２階にあり、評価点Ｊが１階であるような場合には、これら２つのポイントを含む斜め向きの縦向き平面の二次元空間を設定することで、同様にシミュレーションを行うことができる。
【００５９】
本実施形態に係るＡＮＣされる音場のシミュレーション方法及びシミュレーション装置にあっては、開空間の一部の領域を対象としたＡＮＣであって、騒音源Ｎから離れた位置に制御用スピーカＳを配置する場合において、現場等にシステムを設置する前など、騒音低減効果をシミュレーションによって検証することができる。
【００６０】
特に、騒音源Ｎの音のデータさえあれば、実際の空間で制御用スピーカＳ及び制御用マイクＰを設置することが可能な位置を入力するだけで、演算器による演算処理によってシミュレーションを行うことができる。従って、騒音を計測する実際の空間に演算器を持ち込んでシミュレーションを行うことができるだけでなく、実地でなくとも、机上等にてシミュレーションを行うことができる。
【００６１】
詳細には、演算器において、制御用スピーカＳや制御用マイクＰの位置座標を適宜に自在に動かしたり、制御用スピーカＳの制御音や指向角などを任意に変更して、評価点ＪにおけるＡＮＣの効果のシミュレーション結果を取得することができ、また、動かしたり変更した結果を簡易かつ迅速に取得して評価することができる。
【００６２】
そして、シミュレーション結果が取得されることによって、実際の現場へのＡＮＣのシステムの設置にあたり、一台もしくは複数台の制御用スピーカの特性の選択や、これら制御用スピーカ及び制御用マイクの配設位置の選択を何度も何度も繰り返すような作業を不要とすることができ、設置場所の実状に適ったＡＮＣのシステムを効率良く設計・設置することができる。
【００６３】
≪実験値との比較≫
・実験条件
以下に、実際に観測された実験値と、シミュレーション結果の値の比較について説明する。実験状況が図２に示されている。実際の現場としては開放された空間を想定しているため、実験室は無響室であり、反射音の少ない空間とした。実験値を得るにあたり、制御用マイクに相当するマイクを、全ての評価点に設置した。実験は、騒音源用スピーカからの騒音と制御用スピーカからの制御音が同方向に伝搬するケース１（Case 1）と、騒音の伝搬方向に対し、制御用スピーカからの放射音（制御音）が角度を持って伝搬するケース２(Case 2)の２ケースとした。実験条件が表−１に示されている。
【００６４】
【表１】
2019124867.tif 000023
騒音源（騒音源用スピーカ）に対する制御用スピーカの角度（以下、「放射角度」と称する）は、０°及び３０°とした。騒音源（騒音）に用いた正弦波は、６３Ｈｚ，１２５Ｈｚ，２５０Ｈｚ，５００Ｈｚの正弦波とした。また、制御用スピーカの指向角は周波数によって変化するため、事前の実測により指向角を決定した。実験に使用した制御用スピーカの周波数と指向角が表−２に示されている。
【００６５】
【表２】
2019124867.tif 000024
【００６６】
ケース１で使用した制御用スピーカは、再生可能周波数が４００Ｈｚ以上であり、騒音源（騒音）の周波数が５００Ｈｚの場合のみ実験に使用した。音圧の低減効果の確認は図２に示すように、０．５ｍピッチで配置した評価点で行い、音圧を低減したい対象領域の大きさは、２ｍ×２ｍの範囲とした。低減効果は、ＡＮＣをＯＮした時と、ＯＦＦした時の、各測定点における音圧レベル差とした。図中、ｒ１は、ｒＮＪであり、ｒ２は、ｒＳＪである。
【００６７】
・制御方法
ＡＮＣの制御方法は、図３のブロック図に示されている。公知のFiltered-X-LMSアルゴリズムを使用した。この制御方法は、図２及び図３に示す観測用マイクで観測した音圧を制御の対象とし、制御用マイクで観測される音圧を最小とするように、適応フィルタにより出力信号を制御し出力する方法である。適応フィルタは、観測用マイクで観測した対象騒音と、制御用マイクで観測した音をもとに逐次計算により適応フィルタが同定される。
【００６８】
Filtered-X-LMSアルゴリズム制御は、制御用スピーカ、観測用マイク及び制御用マイクの配置によって、ＡＮＣの効果は変わるものの、自由度が高い。ＡＮＣの効果の検討では制御用スピーカの位置を変更するため、Filtered-X-LMSアルゴリズム制御方法によるＡＮＣを適用し、実験を行った。
【００６９】
騒音源に対する制御用スピーカの放射角度が０°、騒音源（騒音）の周波数が５００Ｈｚ、騒音源用スピーカの指向角が６０°、制御用スピーカの指向角が３０°及び２°の場合の、実験とシミュレーションの結果による効果が図４に示されている（ケース１）。制御用マイク近傍における実験値（効果が最大）の値を、シミュレーションにおける制御用マイクの位置の効果とした。
【００７０】
図４（ａ）より、制御用スピーカの指向角が小さいため、５ｄＢ以上の効果（ヒトが体感可能な差）が得られる範囲も狭く、帯状となった。また、５ｄＢ以上の効果が現れる範囲は実験値が若干小さくなっているが、シミュレーションの結果（予測値：以下、同じ）とほぼ同等の範囲で効果が得られた。図４（ｂ）より、制御用スピーカの指向角が大きくなると、５ｄＢ以上の効果が得られる範囲も広くなった。また、５ｄＢ以上の効果が得られる範囲は、実験値の方が大きくなったが、この理由として、制御用スピーカの減衰特性の影響が考えられる。シミュレーションでは点音源として音源の減衰特性を与えていたが、騒音源用スピーカ及び制御用スピーカの特性や評価点との距離によっては、面音源の減衰特性であった可能性がある。ケース１において、騒音源用スピーカと対象領域の距離は４波長以上離れていたが、制御用スピーカと対象領域の距離は１波長程度と近かった。制御用スピーカの放射面積を考慮すると、対象領域と各スピーカとの距離に応じた減衰特性が実験とシミュレーションで異なり、振幅に差が生じたため、実験値とシミュレーションの結果に若干の違いが生じたと考えられる。
【００７１】
放射角度が３０°の場合の実験値とシミュレーションの結果が図５に示されている（ケース２）。図４と同様、制御用マイク近傍における実験値（効果が最大）の値を、シミュレーションにおける制御用マイクの位置の効果とした。
【００７２】
図５（ａ）より、制御用スピーカの指向角が５０°とケース１よりも広いものの、放射角度があるため、５ｄＢ以上の効果が得られる範囲は、放射角度に沿って帯状に現れた。５ｄＢ以上の効果が得られる範囲は実験値の方が若干大きくなったが、シミュレーションの結果との差は小さく、ほぼ同等となった。図５（ｂ）より、図（ａ）と同様、放射角度に沿って効果が現れた。また、５ｄＢ以上の効果が得られる範囲、増幅する範囲ともに実験値とシミュレーションの結果でほぼ一致しており、シミュレーション方法の妥当性が確認された。
【００７３】
対象領域における騒音による音圧の分布状況を求める場合は、評価点に相当する位置に制御用マイクを設置してその実験値からシミュレーションの結果の値を引けばよい。あるいは、対象領域の中心付近に制御用マイクを設置して、代表となる実験値を求め、対象領域内の全ての評価点の騒音が、この実験値と同じであるとして、シミュレーションの結果の値を引くようにしてもよい。
【００７４】
実験値とシミュレーションの結果の比較より、放射角度によらず、また音源の周波数及び制御用スピーカの指向角に関わらず、制御用スピーカの放射方向に沿ってＡＮＣの効果が現れ、５ｄＢ以上の効果が得られる範囲がほぼ同等となり、効果の分布状況を精度よく再現できた。シミュレーションの結果と実験値の差についてもすべての評価点（測定点）で５ｄＢ未満となった。制御用スピーカから離れた位置において、制御用スピーカの減衰特性の影響により実験値とシミュレーションの結果が若干異なる傾向があるが、数ｄＢ程度であり、実務上は十分に適用性があると考えられる。
【００７５】
制御用スピーカの指向角の外側の領域では、効果を割り引いて判定すればよい。この割引は、経験的に判断して良く、今回例示した解析では、指向角内側の３割が有効値であるとした。騒音源の指向角が特定できる場合、当該指向角の外側に対する影響が同程度低下すると考えることができる。
【符号の説明】
【００７６】
Ｊ  評価点
Ｎ  騒音源
Ｐ  制御用マイク
Ｓ  制御用スピーカ
【図１】
2019124867.tif 000031
【図２】
2019124867.tif 000032
【図３】
2019124867.tif 000033
【図４】
2019124867.tif 000034
【図５】
2019124867.tif 000035
【図６】
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