(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音源から発せられた騒音に基づいて家屋の部屋に発生する騒音定在波を、能動型消音ユニットを用いて低減する定在波騒音低減方法において、
前記部屋における騒音音量の測定を前記部屋の内部周囲において行う平面粗分布測定から大音量の位置を基本位置として求めるステップと、
大音量騒音の主周波数を算出するステップと、
前記主周波数の波長の１／４または１／８を単位長さとして前記基本位置を基点として測定格子点を設定するステップと、
前記測定格子点での音量測定を通じて前記測定格子点での音量の値を示す平面音量分布を求めるステップと、
前記平面音量分布から最大音量を示す前記測定格子点を最大音量点として算定するステップと、
前記最大音量点に前記能動型消音ユニットの消音用制御音を発するスピーカを配置するステップと、
前記測定格子点の平均音量以上で前記最大音量に近い音量を示す測定点を特定音量点として算定するステップと、
前記特定音量点に前記能動型消音ユニットの騒音検出マイクを配置するステップと、
からなる定在波騒音低減方法。
【請求項２】
前記騒音検出マイクが配置された特定音量点以外の特定音量点に前記能動型消音ユニットの評価マイクを配置する請求項１に記載の定在波騒音低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、騒音源から発せられた騒音に基づいて発生する騒音定在波を、能動型消音ユニットを用いて低減する定在波騒音低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、自然エネルギーを有効利用する目的から風力発電装置が注目されているが、その設置場所が気象条件によって限られてしまうので、例えば、一般の家屋に近い丘陵地も設置場所の対象となる。しかしながら、風力発電装置には騒音問題、特に低周波騒音により近隣の住人の夜間の睡眠が妨げられる問題が発生する。風力発電装置ではこの低周波騒音が継続することから、風力発電装置の設置にともなって移住しなければならない住民も出てくる。
【０００３】
風力発電装置の騒音を低減する風車用騒音低減システムが、特許文献１に記載されている。このシステムは、風の力を受けて回転する複数の翼が取り付けられたナセルと、前記翼及び前記ナセルを支持する柱状のタワーとを備え、風の向きに応じて前記翼の回転軸方向を変化させる風力発電装置からの騒音を低減するため、制御音を放音するために翼より外側に配置されたスピーカと、翼より外側であってスピーカに対応してこのスピーカより翼側の位置に配置され、かつ、風力発電か装置から集音した騒音に対応する音響信号を出力するマイクロホンと、翼の回転軸方向に応じて、音響信号から、スピーカに対して騒音を低減するための低減信号を生成する生成手段と、この生成手段で生成された低減信号をスピーカに入力する入力手段とから構成されている。低減信号をスピーカに入力することでスピーカから制御音が放音される。これにより、能動制御により騒音を低減することができる。しかしながら、能動型消音システムで、風通りのよい、開放された大きな空間で騒音を大幅に低減することは困難であり、低周波騒音の被害を受けている住民を納得させるためには不十分である。
【０００４】
特に低周波の騒音は、家屋に入り込むと、家屋に区画形成された部屋において、定在波を発生させることがある。この低周波定在波の騒音低減は管路内騒音などの低減に比べて能動型消音にとって困難である。このように困難な、閉鎖空間における低周波定在波を消音する消音ユニットが、特許文献２に記載されている。この消音ユニットは、騒音源となる装置から発せられる機械的な騒音を消音するものであって、騒音源となる装置の周囲を囲み、騒音の音源位置からの水平距離が互いに直交する前後左右で等しく、対向するもの同士が平行に立設する消音壁と、その消音壁に前記騒音が反射して発生する定在波に対して位相が１８０度反転した制御音を発するものである。さらに、その制御音の音源位置から前記消音壁までの前後左右それぞれの水平距離と、前記騒音の音源位置から前記消音壁までの前後左右それぞれの水平距離とが等しくなるように前記消音壁に囲まれる空間内に消音装置が配置される。この消音ユニットでは、騒音源となる装置の周囲に、その前後左右に互いに対向するもの同士が平行な消音壁を立設することで、騒音が周囲に発散するのが防止される。また、騒音源となる装置の前後左右を消音壁で囲むことで、騒音が消音壁に反射して生じる定在波に対して位相が１８０度反転した制御音を発する消音装置を、その制御音の音源位置から消音壁までの前後左右それぞれの水平距離と、騒音の音源位置から消音壁までの前後左右それぞれの水平距離とが等しくなるように消音壁に囲まれる空間内に配置することで、定在波と制御音との位相を合わせて、定在波の消音を図っている。しかしながらこの消音ユニットは、騒音源となる装置をまずは消音壁で囲い、その中に能動型消音装置を配置するものであり、家屋の外にある騒音源からやってきて、家屋の部屋で発生する定在波騒音の低減に適用することは困難である。
【０００５】
さらに、技術文献３に、１００Ｈｚ以下の低周波騒音を低減するために、騒音発生源から発生する騒音を、第１位置に配置される第１騒音検出手段で検出するとともに、前記第１位置とは異なった第２位置に配置される第２騒音検出手段により検出し、前記第１騒音検出手段により検出される第１騒音情報及び前記第２騒音検出手段により検出される第２騒音情報に基づいて２次音源から制御音を発生して少なくとも前記第２位置で消音する能動型の消音技術が記載されている。この技術では、三次元開放空間において前記騒音発生源から発生する騒音について、低周波領域において音圧レベルが高い周波数である高音圧レベル周波数を求める第１ステップと、前記第１ステップで求められる高音圧レベル周波数の音について、前記騒音発生源を配置した状態で、前記三次元閉空間内において、前記高音圧レベル周波数の音が前記騒音発生源から発生した場合の音響状態を波動音響解析により求める第２ステップとを実行し、求められる前記三次元閉空間の音響状態において、定在波の腹部で、前記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２次音源又は前記第２騒音検出手段を配置する第２位置としている。しかしながら、この能動型の消音技術も、その内部に騒音発生源を有する空間を対象にしており、外部から入り込んだ騒音によって家屋の部屋で発生する定在波騒音の低減に適用することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０‐２１６３０９号公報（段落番号〔０００８−００１２〕、図１）
【特許文献２】特開２０１１‐４３５８５号公報（段落番号〔０００６−００１９〕、図１）
【特許文献３】特開２０１１‐１０７６７３号公報（段落番号〔０００１−００２１〕、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記実情に鑑み、外部の騒音源から発せられた騒音に基づいて家屋内で発生する騒音定在波を、能動型消音ユニットを用いて低減する定在波騒音低減技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
騒音源から発せられた騒音に基づいて家屋の部屋に発生する騒音定在波を、能動型消音ユニットを用いて低減するために、本発明による定在波騒音低減方法は、
前記部屋における騒音音量の測定を前記部屋の内部周囲において行う平面粗分布測定から大音量の位置を基本位置として求めるステップと、前記高音量騒音の主周波数を算出するステップと、前記主周波数の波長の１／４または１／８を単位長さとして前記基本位置を基点として測定格子点を設定するステップと、前記測定格子点での音量測定を通じて前記測定格子点での音量の値を示す平面音量分布を求めるステップと、前記平面音量分布から最大音量を示す前記測定格子点を最大音量点として算定するステップと、前記最大音量点に前記能動型消音ユニットの消音用制御音を発するスピーカを配置するステップと、前記測定格子点の平均音量以上で前記最大音量に近い音量を示す測定点を特定音量点として算定するステップと、前記特定音量点に前記能動型消音ユニットの騒音検出マイクを配置するステップとからなる。
【０００９】
この方法では、部屋に発生する定在波の腹が存在しやすい位置、つまり音量が他の位置より大きくなる位置を大雑把な平面粗分布測定を通じて推定して、その位置を基本位置とする。この基本位置での騒音主周波数の波長の１／４または１／８を単位長さとして測定格子を設定することで、この測定格子点には、実施的に腹領域の測定点を２つ以上含むことができる。従って、全ての測定格子点での測定結果から生成された平面音量分布における最大音量は騒音定在波の腹の部分であると推定されるので、最大音量を示す測定格子点にスピーカを配置する。さらに、その最大音量に類似する音量をもつ測定点に参照マイクとしての騒音検出マイクを配置する。このことで、定在波の腹の部分で得られた騒音検出信号に基づいて生成された消音制御信号によって駆動されるスピーカが定在波の腹の部分で騒音定在波に対する能動型騒音低減を実行ことができ、効果的な騒音低減が得られる。
【００１０】
部屋に発生する定在波の腹が部屋のコーナ部（床面と縦壁面との接触部を含む）に発生する傾向があることを考慮するならば、前記平面粗分布測定は前記部屋の内部周囲に対して行われるようにすることが効果的である。
【００１１】
測定格子の単位長さが短いほど精密な平面音量分布を生成することができるが、その処理負担が大きくなる。定在波が正弦波のような形態を有することを考慮するならば、良好な平面音量分布を得るためには、前記単位長さは、前記主周波数の波長の１／ｎ（ｎは４以上の整数）とすることが効果的である。測定作業を人間が行うとし、一般的な家屋の部屋サイズを考慮すると、主周波数の波長の１／４または１／８を測定格子の単位長さとすることが好適である。
【００１２】
能動型消音制御を正確に行うためには、フィードバック制御、特に適応制御を取り入れるのが好ましい。従って、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記騒音検出マイクが配置された特定音量点以外の特定音量点に前記能動型消音ユニットの評価マイクを配置する。この評価マイクはいわゆる誤差マイクとして利用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による能動型消音ユニットのセットアップ過程を図解する模式図である。
【図２】部屋における音圧測定結果を示す音圧分布図であり、（ａ）には測定格子点での音圧値を示した音圧分布表が示されており、（ｂ）には、音圧分布を滑らかにした音圧分布図が示されている。
【図３】本発明による能動型消音ユニットの機能ブロック図である。
【図４】騒音の周波数特性の一例を示す線図である。
【図５】定在波が発生している部屋での音圧測定データの周波数特性の一例を示す線図である。
【図６】定在波が発生している部屋での音圧測定データの周波数特性の一例を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まずは、騒音源としての風力発電所などから騒音を受ける家屋における１つの部屋に発生する低周波定在波（以下単に定在波と称する）を低減する方法を説明する。図１には、実質的に矩形の部屋に発生している騒音定在波を低減するための、能動型消音ユニットのセットアップ過程が図解されている。
【００１７】
まずは、定在波騒音低減の対象となっている部屋の内部周囲での騒音音量の測定を行う。ここでは、この部屋の各コーナ位置で音圧測定が行われる（＃０１）。図１ではＰa、Ｐb、Ｐc、Ｐdで示された４つのコーナ位置が音圧測定の測定点となっている。なお、ここでは、測定された騒音音量を音圧で表しているので、音量と音圧とは実質的に同じ意味で用いられる。
各測定点での測定結果から、最大音量を示した位置を基本位置とする（＃０２）。図１では、測定位置：Ｐcが最大音圧（ｄＢ）を示しているので、基本位置はＰcとなる。
次いで、基本位置：Ｐcにおける音圧の経時測定データ（音圧の時間変動データ）をフーリエ変換処理して、その周波数特性を算定し、最大音圧を示す周波数帯域を主周波数として算出する（＃０３）。図１では、６０Ｈｚが主周波数となっている。
ステップ＃０２で決定された基本位置を基点とするとともに、主周波数の波長の１／４以下、好ましくは、主周波数の波長の１／ｎ（ｎは４以上の整数）、ここでは主周波数の波長の１／８を単位長さとして測定格子点を設定する（＃０４）。音速を３４０ｍ／ｓとすれば、単位長さは、
３４０÷６０÷８＝０.７１（ｍ）
となる。従って、０.７１（ｍ）四方の測定格子が部屋に設定される。
次に、設定された測定格子の格子点（測定格子点）で音圧測定することで、平面音圧分布を求める（＃０５）。図２の（ａ）には、測定格子点での音圧値を示した音圧分布表が示されており、図２の（ｂ）には、音圧分布を滑らかにした音圧分布図が示されている。図２の２つの音圧分布から、部屋の中央を縦断するように音圧の低い領域が生じ、その左右両側端に音圧の高い領域が生じていることが読み取れる。これにより、部屋を横断する方向（図面左右方向）に６０ＨＺの定在波が発生していると推測することができる（＃０６）。
【００１８】
以上の過程で、この部屋に６０Ｈｚの定在波が発生していること、及びその定在波の腹と節のおおよその位置も確認できたことになるので、次は、能動型消音ユニットを用いた定在波の低減を行う。
まず、ステップ＃０５で求めた平面音圧分布（図２参照）における最大音量を示す測定点を最大音量点とし、この最大音量点に向けて消音用制御音を発するように能動型消音ユニットのスピーカを配置する（＃０７）。ここでは、基本位置でもある測定点：Ｐcが最大音量点として設定され、ここに消音用制御音が送り出されるようにスピーカが配置される。
さらに、測定格子点の平均音量以上で前記最大音量に近い音量を示す測定点を特定音量点とし、その特定音量点に能動型消音ユニットの騒音検出マイク（参照マイク）を配置する。ここでは、1つ以上の特定音量点として測定点：ＰaとＰdが設定されている。１つの測定点：Ｐaに騒音検出マイクが配置される。なお、能動型消音ユニットが適応制御型なでおのフィードバック制御型であれば、騒音低減評価のための評価マイク（誤差マイク）が測定点：Ｐdに配置される（＃０８）。これら騒音検出マイクと評価マイクは無指向性が好適である。
【００１９】
能動型消音ユニットのセットアップが行われると、よく知られた能動型消音ユニットの騒音低減動作が実行され、定在波の腹をスピーカからの逆位相の波で相殺することで、定在波の音圧を下げる。
【００２０】
本発明による定在波騒音低減方法に用いられる能動型消音ユニットの一例を図３の機能ブロック図を用いて説明する。
この能動型消音ユニット１は、音圧測定モジュール１０と能動型消音制御モジュール２０とを含んでいる。音圧測定モジュール１０は、図１で説明したように、部屋における騒音の音圧測定と騒音の周波数分析とを行い、当該部屋での騒音定在波の発生を確認するための平面音圧分布を生成する。能動型消音制御モジュール２０は、騒音源の発する騒音をマイクで検出し、この検出信号と逆位相の音をスピーカから騒音に放つことで、騒音を低減する。
【００２１】
音圧測定モジュール１０は、音圧演算部１１とＦＦＴ演算部１２と、データ視覚化部１３とを有する。音圧演算部１１は、騒音検出マイク２の騒音検出信号から音圧を演算する。ＦＦＴ演算部１２は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを用いて騒音検出信号の経時的変動から騒音の周波数特性を算定する。音圧演算部１１は、ＦＦＴ演算部１２で算定された周波数特性に基づいて得られた主周波数帯域に制限した音圧を演算する機能も有する。データ視覚化部１３は、音圧演算部１１から得られる二次元測定点または三次元測定点での音圧信号に基づいて平面音圧分布図や立体音圧分布図、さらには、ＦＦＴ演算部１２で算定された周波数特性を示す周波数特性図などを作成する。データ視覚化部１３で生成されたデータ視覚化データは、プリンタ１４によってプリント出力可能であり、またモニタ１５で表示可能である。
【００２２】
能動型消音制御モジュール２０は、プリアンプやＡ／Ｄ変換器を含む前処理部２１、騒音制御フィルタ部２２、ローパスフィルタ２３、Ｄ／Ａ変換器やアンプなどを含む駆動部２４を有する。前処理部２１は、音圧測定モジュール１０と共同で使用される騒音検出マイク２の検出信号を後段の処理に適した形態に処理して出力する。つまり、能動型消音制御モジュール２０では、騒音検出マイク２は、参照マイクとして利用される。騒音制御フィルタ部２２は、騒音検出マイク２で検出された騒音の音量が小さくなるように、騒音検出マイク２からの検出信号に基づく騒音波形（定在波波形）とは逆位相の制御波形を示す制御信号を生成する。駆動部２４は騒音制御フィルタ部２２からの制御信号に基づいてスピーカ３を駆動し、スピーカ３から騒音波形と打ち消しあう制御波形を出力させる。消音対象を低周波の定在波としていることから、スピーカ３から高周波を出力した場合、騒音を逆に増大させる可能性があり、これを避けるために、騒音制御フィルタ部２２と駆動部２４との間にローパスフィルタ２３が介装されている。
【００２３】
この能動型消音制御モジュール２０は、簡単には、フィードフォワード制御によって制御波形をスピーカから出力するように構成することができるが、この実施形態では、より精度の高い消音効果を得るためには、フィードバックを用いた適応制御を採用されている。従って、誤差マイクとして機能する評価マイク４が用意されるとともに、能動型消音制御モジュール２０には評価マイク４からの評価用騒音信号に基づいて騒音制御フィルタ部２２のフィルタ係数を調整する逆フィルタ演算部２５が含まれている。
【００２４】
能動型消音制御モジュール２０の適応制御で用いられる音響モデルは、騒音検出マイク（参照マイク）２から評価マイク（誤差マイク）４までの１次経路とスピーカ（消音音源）３から評価マイク（誤差マイク）４までの２次経路、スピーカ（消音音源）３から騒音検出マイク（参照マイク）２までのフィードバック経路により伝達関数でモデル化したものである。このような消音適応制御の詳しい説明として、同じ出願人による特開２０１１−１０７６７３号を参照することができる。
【００２５】
本発明の能動型消音ユニット１は低周波定在波の消音対象となっているが、騒音検出マイク（参照マイク）２の位置、スピーカ（消音音源）３の位置、評価マイク（誤差マイク）４の位置に定在波の節がきている場合、誤差信号を十分に検出できずに十分な消音ができないことが実験的に確かめられている。このため、騒音検出マイク２、スピーカ３、評価マイク４を定在波の節を避けて配置することが重要である。
【００２６】
騒音検出マイク２、スピーカ３、評価マイク４をその部屋に発生している定在波の節を避けて配置する具体的な手順は以下の通りである。部屋の形状は単純な長方形とする。
（１）部屋のコーナ領域で、床や壁から１０〜３０ｃｍ程度離れた位置を測定点として騒音の音圧測定を行う。
（２）測定データから算定された周波数特性からその騒音を支配している主周波数を決定する。ここでは、仮に主周波数が６０Ｈｚとしておく。
（３）最も大きい音圧が測定された測定点を基点として、この部屋に主周波数の波長の１／８（０.７ｍ）を単位長さ（格子長さ）として床面から上に１０〜３０ｃｍ離れたところに、平面格子を設定する。
（４）平面格子の上方に、同様に主周波数の波長の１／８（０.７ｍ）を単位長さ（格子高さ）として垂直格子を設定する。
（５）平面格子と垂直格子に基づいて、この部屋に立体格子を設定し、その格子点(格子交点)を測定点として騒音の音圧測定を行う。
（６）音圧測定結果から、高さ別の複数の平面音圧分布、つまり立体音圧分布を生成する。
（７）生成された立体音分布から部屋に存在する定在波の形態を想定し、その腹領域と節領域を判定する。
（８）判定された腹領域に騒音検出マイク２、スピーカ３、評価マイク４を配置して、能動型消音制御モジュール２０を動作させる。
なお、高さ別の複数の平面音圧分布によって立体音圧分布が生成されるが、特定高さの１つの平面音圧分布だけで部屋に存在する定在波の形態を想定することも可能であり、本発明では少なくとも１つの特定高さの平面音圧分布を生成するだけでよい。
【００２７】
定在波の発生は、部屋の形状、部屋を境界付ける壁体の吸音率やその他の音響特性に依存する。従って、部屋毎に無視できない騒音の原因となる定在波が発生しているかどうか判定する必要がある。図４は６０Ｈｚを主周波数とする騒音音源の周波数特性を示している。図５は、図４の騒音音源を外に置いた場合での部屋Ａで測定された騒音の周波数特性を示している。図６は、図４の騒音音源を外に置いた場合での部屋Ｂで測定された騒音の周波数特性を示している。図５からは、部屋Ａ内では６０Ｈｚ帯域で音圧が高まっており、６０Ｈｚ帯域で部屋空間と共鳴した定在波が発生していることが想定できる。逆に図６からは、部屋Ｂ内では６０Ｈｚ帯域でその音圧が相対的に低くなっており、突出して高い音圧を示す周波数帯域もないことから、消音対象となるような定在波が発生していないことが想定できる。
【００２８】
上述したように部屋の音響特性によって定在波の発生可能性が異なるため、風力発電などを騒音源とする周辺地域での騒音対策では、各家屋の部屋毎の低周波定在波の発生状況を調べて、その消音対策を講じる必要がある。そのような部屋毎の低周波定在波の発生状況の検査には、上述した、（１）から（６）までの立体音圧分布ないしは平面音圧分布の生成方法がそのまま流用することができる。注目すべき部屋の特定周波数での立体音圧分布ないしは平面音圧分布が生成されると、その音圧分布における高音圧領域と低音圧領域の評価を通じて、消音対象となる定在波が発生しているかどうかを判定する。この評価は、空間領域と時間領域の両方で行われる。特に、定在波が発生しているかどうかの判断は、時間的に見た場合、音圧が平均音圧を挟んで大きく変化している点（腹）と、音圧が平均音圧にほぼとどまっているゼロ点（節）とが空間的に定まっているかどうかにより判断することができる。
消音対象となる定在波が発生していれば、その定在波の異なる腹の位置に、騒音検出マイク２、スピーカ３、評価マイク４を配置して、当該定在波の能動型消音を行う。
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、騒音として、家屋の外に位置して風力発電などの低周波外部騒音を取り上げられていたが、もちろん騒音源が風力発電以外の施設などであってもよい。さらに、騒音源が家屋の中に設置されたものでもよいし、定期的に家屋に接近するような移動騒音源であってもよい。
（２）スピーカ３の設置個数は１個に限定されず、複数であってもよい。また評価マイク４も複数もちいてもよい。
（３）発明の対象として出願時の特許請求の範囲に記載されているのはそのような定在波騒音低減方法だけであるが、定在波騒音低減方法を用いた定在波発生確認方法や定在波騒音低減装置も本発明には含まれている。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、騒音源から発せられた騒音に基づいて家屋の部屋に発生する騒音定在波の存在を確認して、その騒音を低減する能動型騒音低減技術分野で適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１：能動型消音ユニット
２：騒音検出マイク
３：スピーカ
４：評価マイク
１０：音圧測定モジュール
１１：音圧演算部
１２：ＦＦＴ演算部
１３：データ視覚化部
２０：能動型消音制御モジュール
２１：前処理部
２２：騒音制御フィルタ部
２３：ローパスフィルタ
２４：駆動部
２５：逆フィルタ演算部
【図１】
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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２】
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