(57)【要約】【課題】簡単な構成で効果的に遮音を行うことができる能動遮音装置を提供すること。【解決手段】遮音壁Ｋの騒音源Ｓ側に配置され、遮音壁Ｋの近傍における騒音源Ｓからの騒音を計測する参照信号検出用マイク１１と、遮音壁Ｋの受音領域側に配置され、遮音壁Ｋの近傍における騒音を計測する制御マイク１２と、遮音壁上端Ｋａに設置され、受音領域の制御対象音を低減化するための制御音を発生する一対の制御用スピーカ１３，１４と、参照信号検出用マイク１１からの出力に基づいて、制御音の出力を制御する制御部２０とを備えている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象音源領域と受音領域との間に設けられた壁体に取付けられるとともに、前記制御対象音源領域で発生した制御対象音を低減させる能動遮音装置において、
前記壁体の前記制御対象音源領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する音源計測手段と、
前記壁体の前記受音領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する直接制御対象音計測手段と、
前記壁体の開放側縁部近傍に設置され、前記直接制御対象音計測手段の位置における制御対象音を低減化するための制御音を発生する制御音源と、
前記制御対象音計測手段からの出力に基づいて、前記制御音の出力を制御する制御対象音制御手段とを備え、
前記制御音源は、一対のスピーカであることを特徴とする能動遮音装置。
【請求項２】
前記一対のスピーカは、上記壁体の開放側縁部を挟んで等距離に設置され、
前記制御対象音制御手段は、上記一対のスピーカから同一振幅・同一位相の制御音を発するように制御することを特徴とする請求項１に記載の能動遮音装置。
【請求項３】
前記一対のスピーカは線音源特性を有することを特徴とする請求項１に記載の能動遮音装置。
【請求項４】
制御対象音源領域と受音領域との間に設けられた壁体に取付けられるとともに、前記制御対象音源領域で発生した制御対象音を低減させる能動遮音装置において、
前記壁体の前記制御対象音源領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する音源計測手段と、
前記壁体の前記受音領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する直接制御対象音計測手段と、
前記壁体の開放側縁部近傍に設置され、前記直接制御対象音計測手段の位置における制御対象音を低減化するための制御音を発生する制御音源と、
前記制御対象音計測手段からの出力に基づいて、前記制御音の出力を制御する制御対象音制御手段とを備え、
前記制御音源は、線音源特性を有することを特徴とする能動遮音装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防音や遮音のために設置される壁を回折して到達する騒音等の制御対象音を低減化する能動遮音装置に関し、特に、遮音壁の遮音・吸音効果でも低減が困難な低周波音が支配的な場合に好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
騒音（制御対象音）を生じる騒音源のある騒音源領域と、騒音を低減させたい受音領域との間に壁を設けることで、防音や遮音を達成することは建築物騒音対策や道路騒音対策等において一般に用いられる遮音技術である。
【０００３】
このような遮音技術は、壁高さを変化させることで遮音壁だけで対処する方法と、遮音壁の先端部に騒音低減装置を付けて対処する方法とに大別される。後者における先端部付帯装置には、さらに、能動的手法と受動的手法があり、能動的手法にはフィードバック制御方式の他にフィードフォワード制御方式が知られている（特許文献１，２参照）。
【０００４】
なお、特許文献１には、壁長手方向に沿って複数個のスピーカが配された構成が記載されているが、壁長手方向で常に一定の回折減音効果を保証するために配したもので、制御スピーカの個数と減音効果との関係については記述されていない。すなわち、壁の回折減音効果を向上させるために新たに付加されたものではない。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−８２３４７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平１０−２６８８７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した能動遮音装置であると次のような問題があった。すなわち、遮音壁の先端部あるいは先端付近（側面）に設置した１個の制御用スピーカを使って、フィードフォワード制御により、遮音壁の上方に設置した制御マイクで検出した回折音の音圧を最小化することで、他方側に回折する音を低減できることは実験などで検証されている。しかしながら、このときの減音量に関しては、制御対象音は壁上端から回折してくる音に限定させることから、騒音源近傍に付加音源（制御スピーカ）を配し発生元から低減を図る音響パワー最小化方式と比べると、大幅な減音効果は期待できない。
【０００８】
特に、制御対象とする壁自体が低いと、回折音そのものの他方側に届くエネルギー寄与が小さくなってしまい、それに伴い、能動制御による減音量（理論限界値）も低くなる。
【０００９】
そこで本発明は、簡単な構成で効果的に遮音を行うことができる能動遮音装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の能動遮音装置は次のように構成されている。
【００１１】
（１）制御対象音源領域と受音領域との間に設けられた壁体に取付けられるとともに、前記制御対象音源領域で発生した制御対象音を低減させる能動遮音装置において、前記壁体の前記制御対象音源領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する音源計測手段と、前記壁体の前記受音領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する直接制御対象音計測手段と、前記壁体の開放側縁部近傍に設置され、前記直接制御対象音計測手段の位置における制御対象音を低減化するための制御音を発生する制御音源と、前記制御対象音計測手段からの出力に基づいて、前記制御音の出力を制御する制御対象音制御手段とを備え、前記制御音源は、一対のスピーカであることを特徴とする能動遮音装置。
【００１２】
（２）上記（１）に記載された能動遮音装置であって、前記一対のスピーカは、上記壁体の開放側縁部を挟んで等距離に設置され、前記制御対象音制御手段は、上記一対のスピーカから同一振幅・同一位相の制御音を発するように制御することを特徴とする。
【００１３】
（３）上記（１）に記載された能動遮音装置であって、前記一対のスピーカは線音源特性を有することを特徴とする。
【００１４】
（４）制御対象音源領域と受音領域との間に設けられた壁体に取付けられるとともに、前記制御対象音源領域で発生した制御対象音を低減させる能動遮音装置において、前記壁体の前記制御対象音源領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する音源計測手段と、前記壁体の前記受音領域側に配置され、前記壁体の近傍における制御対象音情報を計測する直接制御対象音計測手段と、前記壁体の開放側縁部近傍に設置され、前記直接制御対象音計測手段の位置における制御対象音を低減化するための制御音を発生する制御音源と、前記制御対象音計測手段からの出力に基づいて、前記制御音の出力を制御する制御対象音制御手段とを備え、前記制御音源は、線音源特性を有することを特徴とする能動遮音装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る能動遮音装置１０を示す模式図、図２は遮音壁Ｋ、騒音源Ｓ及び能動遮音装置１０の相互の位置関係を模式的に示す説明図である。なお、Ｓは騒音源、Ｕは受音位置、Ｋは遮音壁、Ｋａは遮音壁上端を示している。能動遮音装置１０は、騒音源Ｓが遮音壁Ｋの上方を回折する音を他方側の受音点Ｒで低減するための機能を有している。
【００１６】
能動遮音装置１０は、騒音領域に配置され騒音源Ｓからの騒音を直接計測するリファレンスマイク（音源計測手段）１１と、受音領域に配置され騒音源Ｓからの騒音を直接計測するエラーマイク（直接制御対象音計測手段）１２と、遮音壁Ｋに取付けられた一対の制御スピーカ（制御音源）１３，１４と、参照信号検出用マイク１１及び制御マイク１２からの入力に基づいてスピーカ１３，１４からの制御音の出力レベルを算出する制御装置（制御対象音制御手段）２０とを備えている。
【００１７】
制御スピーカ１３，１４は、遮音壁上端Ｋａから上下方向に等距離に設置され、同一の特性を有している。なお、制御スピーカ１３，１４はいずれも線音源特性を有している。
【００１８】
制御装置２０は、参照信号検出用マイク１１及び制御マイク１２からの入力に基づいて制御スピーカ１３，１４からの制御音の出力レベルを算出する。なお、制御スピーカ１３，１４からの制御音は同一振幅・同一位相となるように設定されている。
【００１９】
ここで、能動遮音装置１０における減音性能を評価するための原理を説明する。図２に示すように、騒音源Ｓが線音源（円筒音源）の場合、この位置から発生した音が遮音壁Ｋの上方で回折し、他方側のある地点Ｘ、参照信号検出用マイク１１までの空間伝達関数Ｈで表すと式（１）となる。
【００２０】
【数１】
2004264590.tif 000003
【００２１】
αは波数ｋで表す定数である。また、βは遮音壁上端Ｋａから騒音源Ｓまでの角度θｒと、遮音壁上端Ｋａから地点Ｘ、参照信号検出用マイク１１までの角度θｘにより決まる角度に依存した変数である。また、Ｆ（ｒｘ）は騒音源Ｓから遮音壁上端Ｋａまでの空間伝達関数であり、騒音源Ｓから遮音壁上端Ｋａまで距離ｒｘに依存したものである。
【００２２】
そして、Ｇ（Ｘ）は遮音壁上端Ｋａから他方側のある地点までの空間伝達関数であり、遮音壁上端Ｋａから他方側のある地点Ｘ、参照信号検出用マイク１１まで距離Ｘに依存したものである。
【００２３】
一方、他方側の遮音壁上端Ｋａ近くあるいは先端付近（側面）に設置された制御用スピーカ１３，１４から他方側のある地点Ｘ、参照信号検出用マイク１１までの空間伝達関数をＧｓａ（Ｘ）、Ｇｓｂ（Ｘ）とすると、これは制御用スピーカ１３，１４から地点Ｘ、参照信号検出用マイク１１まで距離Ｘａ、Ｘｂに依存したもので、以下のようになる。
【００２４】
【数２】
2004264590.tif 000004
【００２５】
したがって、音の強さがＱの騒音源Ｓと、音の強さがＱｓの一対の制御用スピーカ１３，１４が同時に鳴っている場合、他方側の地点Ｘｍに設置した制御マイク１２で検出する音圧は、次式となる。
【００２６】
【数３】
2004264590.tif 000005
【００２７】
ここで、制御マイク１２の音圧レベルを最小にすると、概ね、式（８）の右辺はゼロに近づくことから、制御用スピーカ１３の音の強さＱｓは、次式となる。
【００２８】
【数４】
2004264590.tif 000006
【００２９】
さて、このとき、他方側の地点Ｘｅで観測される音圧は次式となる。
【００３０】
【数５】
2004264590.tif 000007
【００３１】
したがって、他方側の地点Ｘｅで観測される制御前後の音圧低下量ηは、式（１１）で示される。
【００３２】
【数６】
2004264590.tif 000008
【００３３】
低下量をデシベル表示で表すと、式（１２）で示される。
【００３４】
【数７】
2004264590.tif 000009
【００３５】
したがって、仮に制御用スピーカ１３，１４が遮音壁Ｋの上端に重なってある場合は、１個の場合と同じとなる。
【００３６】
そこで、式（１２）に基づいて能動消音装置１０における能動制御による消音効果を数値解析で検証する。いま、図３に示すように、騒音源Ｓが遮音壁Ｋから距離Ｈａ、遮音壁上端Ｋａから距離Ｌａ，角度θｐにあり、制御用スピーカ１３，１４が遮音壁上端Ｋａから上方、下方にｈｓ離して、そして、制御マイク１２が遮音壁上端からｒｅ、角度θｅに設置されているとき、遮音壁Ｋから距離Ｈｂ、その上端から距離Ｌｂ，角度θｘに位置する受音点Ｕで観測される音圧低下量について考える。
【００３７】
フレネル数Ｎを横軸にとり、縦軸には受音点Ｕでの低下量（ｄＢ）をとると、図４に示すグラフとなる。騒音源Ｓの周波数を波長をλとすると、
Ｎ＝（Ｌａ＋Ｌｂ−Ｈａ−Ｈｂ）／（λ／２）                  …（１３）
点線Ｊ０は制御前の状態、すなわち、遮音壁Ｋのみによる回折低下量を示し、３本の実線Ｊａ〜Ｊｃは制御後の低下量を示している。したがって、点線Ｊ０と実線Ｊａ〜Ｊｃの相対低下量が能動制御による低下量となる。
【００３８】
一方、実線Ｊａは、図５の（ａ）に示すように、本実施の形態に係る能動遮音装置１０の場合、すなわち、２つの制御用スピーカ１３，１４を用いて、壁先端から上方、下方にそれぞれ壁に沿ってｈｓ＝０．１λ（ｍ）離した位置に設置したときの結果を示している。なお、Ｈ＝２．５ｍ、ｈ＝１ｍ、周波数は２００Ｈｚ〜１ｋＨｚ、ｒｅ＝０．３ｍで固定した。
【００３９】
実線Ｊｂは図５の（ｂ）に示すように、１個の制御用スピーカ１３を上方だけにｈｓ＝０．１λ（ｍ）離したときの結果、実線Ｊｃは図５の（ｃ）に示すように、１個の制御用スピーカ１３を下方だけにｈｓ＝０．１λ（ｍ）離したときの結果を示している。すなわち、制御用スピーカを２つ用いることでほぼ全ての領域に渡って減音効果が大きくなることがわかる。
【００４０】
制御用スピーカ１３を上方だけ配したときの効果について考えると、Ｈａ＝２．５ｍ、Ｈｂ＝３ｍとするＮ＝０．７が壁の高さｈ＝１ｍに相当し、このときの能動制御による低下量（Ａｃｔｉｖｅ  Ｎｏｉｓｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌによる効果）は約５ｄＢである。能動制御を導入せずに、これとと同等の効果を得るには、壁を１ｍさらに増設させる必要が生じることになる。したがって、これに対して制御用スピーカ２つの場合で考えると、壁を１ｍさらに増設させることと等価となる。すなわち、制御用スピーカを２つ設けることで、壁の増設を最小限に抑えることができる。
【００４１】
図６及び図７は、遮音壁先端Ｋａから制御用スピーカ１３，１４を変えた場合の例を示している。すなわち、図６は距離ｈｓ＝０．２λ（ｍ）、図７は距離ｈｓ＝０．３λ（ｍ）の場合を示している。図６、図７からわかるように、すべてのフレネル数Ｎについて上回ることはできないものの、それぞれＮ＜１、Ｎ＜０．３の領域においては大幅に効果を向上させることができる。Ｎ値は騒音源Ｓ及び受音点Ｕの位置、壁高さ、対象周波数で変化する値であることから、Ｎ値が限られた範囲であっても、この領域だけ大幅に低減したい場合があり、２つのスピーカを先端からある程度（０．２λ〜０．３λ）離して設置する場合にも適用できることがわかる。
【００４２】
なお、制御用スピーカが複数ある場合であっても、音の放射パワーが増加しているわけでない。個々の体積速度は１個の制御用スピーカを使う場合と比べて少なくなっている。２個のスピーカから発生する体積速度の総和は１個の制御用スピーカとほぼ等しい。分散化させることで、スピーカ同士の干渉が新たに発生し、制御効果の向上に寄与しているのである。
【００４３】
次に、制御用スピーカ１３，１４として線音源特性を有しているものを使用した理由について説明する。図８の（ａ），（ｂ）は騒音源Ｓの音伝達特性を概念的に示す説明図、図９の（ａ），（ｂ）は制御用スピーカＳＰとして点音源特性を有しているものを用いた場合の伝達特性を概念的に示す説明図である。
【００４４】
騒音源Ｓは通常、図８の（ａ），（ｂ）に示すように点音源特性を有している。点音源特性とは音が球面上に広がっていくことから、距離が２倍になると広がる面積が４倍になり、減衰も大きくなる。一方、距離減衰が大きい点音源特性を有する制御用スピーカＳＰを用いて、その近くに設置した制御マイクＭでの音圧を最小化すると、図９の（ａ），（ｂ）に示すように騒音源Ｓの減衰率（音圧勾配）とスピーカの減衰率（音圧勾配）にひらきがあることから、音が干渉する領域が制御マイクＭのみとなる。
【００４５】
一方、図１０の（ａ），（ｂ）は能動遮音装置１０の遮音原理を概念的に示す図である。上述したように制御用スピーカ１３，１４は線音源特性を有している。線音源特性を有していると、音の広がり方が、距離が２倍になっても面積が２倍にしかならず、距離減衰が点音源特性であるコーン型スピーカに比べて、非常に少ない。
【００４６】
こうした距離減衰の小さい放射特性を有する方が、遮音壁Ｋ付近に設置したマイク音圧を最小にして、回折音場を低減する上では効果がある。つまり、騒音源Ｓが遮音壁Ｋから数ｍ以上離れている場合、制御マイク１２付近では平面波に近い形で減衰が小さくなる。すなわち、距離減衰の小さな線音源特性を有するスピーカであれば、図１０の（ｂ）に示すように音の干渉する領域が広がる。したがって、制御用スピーカ１３，１４と制御マイク１２を近接配置する能動遮音装置１０では、制御用スピーカ１３，１４は線音源特性を有する方が効果的である。
【００４７】
上述したように、能動遮音装置１０によれば、同じ特性のスピーカを２つ用意し、制御系もスピーカ１個のときと全く同じものを使って、効果を大幅に向上させることができ、壁の高さを必要以上に高くせずに、騒音低減が実現できる。
【００４８】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、簡単な構成で効果的に遮音を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の能動遮音装置の説明図。
【図２】同能動遮音装置に関する減音性能を概算するための音源モデル図。
【図３】同能動遮音装置に関する減音性能を概算するための音源モデル図。
【図４】同能動遮音装置において減音性能を示す説明図。
【図５】遮音壁、騒音源、受音点、制御マイク、制御用スピーカの配置を模式的に示す説明図。
【図６】同能動遮音装置における減音性能を示す説明図。
【図７】同能動遮音装置における減音性能を示す説明図。
【図８】騒音源の音伝達特性を概念的に示す説明図。
【図９】能動遮音装置に組み込まれた制御用スピーカが点音源特性を有する場合の音伝達特性を概念的に示す説明図。
【図１０】能動遮音装置に組み込まれた制御用スピーカが線音源特性を有する場合の音伝達特性を概念的に示す説明図。
【符号の説明】
１０…能動遮音装置、１１…参照信号検出用マイク、１２…制御マイク、１３，１４…制御用スピーカ１３，１４、２０…制御部、Ｋ…遮音壁、Ｓ…騒音源、Ｕ…受音点
【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】
2004264590.tif 000017
【図９】
2004264590.tif 000018
【図１０】
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