(57)【要約】【課題】アクティブ騒音低減装置、およびこれを用いたアクティブ遮音壁において、これを構成する相殺音発生手段の耐久性、耐候性を向上させる。【解決手段】相殺音発生手段を、平板状振動板とこれを加振する加振子とを含んで構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音を検出する騒音検出手段と、検出した騒音をもとにこの騒音を相殺する相殺音発生手段とを具えたアクティブ制御による騒音低減装置において、
相殺音発生手段は、平板状振動板とこの振動板を加振する加振子とを有してなるアクティブ騒音低減装置。
【請求項２】
前記加振子として、圧電セラミックスを用いてなる請求項１に記載のアクティブ騒音低減装置。
【請求項３】
前記騒音検出手段を、音源からの騒音を直接検出する位置に配置してなる請求項１もしくは２に記載のアクティブ騒音低減装置。
【請求項４】
前記騒音検出手段を、騒音低減対象位置の近傍に配置してなる請求項１もしくは２に記載のアクティブ騒音低減装置。
【請求項５】
前記平板状振動板を傾斜可能に設けてなる請求項１〜４のいずれかに記載のアクティブ騒音低減装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のアクティブ騒音低減装置を上端に配置してなるアクティブ遮音壁。
【請求項７】
前記アクティブ騒音低減装置を長手方向に複数個連続して配置してなる請求項６に記載のアクティブ遮音壁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アクティブ騒音低減装置およびこれを取り付けたアクティブ遮音壁に関し、特に、耐久性ならびに減音特性の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路、一般道路あるいは鉄道等に沿って敷設され、移動体よりの騒音を低減する遮音壁、あるいは、工事や工場の周囲に設けられ、工事や生産に伴って発生する騒音を低減する遮音壁に関し、その騒音低減効果を一層向上させるため、従来からアクティブ制御技術を用いたアクティブ騒音低減装置が提案されている。この装置は、騒音を検知するマイクロフォンと、マイクロフォンで検知した騒音に基づいてこの騒音を相殺する相殺音を発生するスピーカを具えていて、騒音を低減させたい対象の点に、音源からの騒音とスピーカからの相殺音とが干渉してできる合成音を形成させることにより、この点での騒音レベルを低減しようとするものである。
【０００３】
そして、このアクティブ騒音低減装置の必須の構成要素であるスピーカとして、円錐型のコーン状の振動紙もしくは振動板よりなる振動部を有するダイナミック型スピーカが示されもしくは試用されている（例えば、特許文献１〜２参照。）。しかしながら、前述のような遮音壁に取り付けられるアクティブ騒音低減装置にあっては、屋外の環境に連続して暴露され長期の使用に耐えられるものでなくてはならないが、ダイナミック型スピーカが十分な耐候性と耐久性とを具えていないことが大きな要因となって、未だ実用化に至っていないのが実状である。すなわち、ダイナミック型スピーカにおいては、十分な音量を得るためにはコーン状の振動部を薄く軽量にすることが不可欠でありそのためこれ自体を耐候性のあるものにすることが難しく、代りにこれを外部の環境から保護しようとすればコーン状振動部から音を放射する放音孔にカバーを設けざるを得ないが、この方法においては、音の放射を阻害しないためにカバーはフィルム状の薄いもので形成する必要がありそのため十分耐候性のあるカバーを実現することができない。また、振動を発生させるボイスコイルは、高温多湿の環境においては性能が劣化しやすく、スピーカ全体をフレームで密閉しても、湿度の進入を完全に防止することがむつかしく、また、スピーカを密閉してしまえば、ボイスコイル自体の発熱により高温な環境を招いてしまう。さらにこれに振動が加わって性能の劣化は著しくなり、耐久性が損なわれてしまう。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０１６１５号公報（第６図、第７図）
【特許文献２】
特開２００２−６８５４号公報（第２図、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、屋外に設置されても十分な耐久性や耐候性を有するアクティブ騒音低減装置ならびにこれを用いたアクティブ遮音壁を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。
【０００７】
請求項１に記載のアクティブ騒音低減装置は、騒音を検出する騒音検出手段と、検出した騒音をもとにこの騒音を相殺する相殺音発生手段とを具えたアクティブ制御騒音低減装置において、
相殺音発生手段は、平板状振動板とこの振動板を加振する加振子とを有してなるものである。
【０００８】
本発明のアクティブ騒音低減装置によれば、相殺音発生手段をなすスピーカの振動板を平板状に形成したので、従来のコーン型振動部を用いたスピーカのように軽量なもので振動部を構成する必要がなく、そのため、例えばカーボンファイバのような耐候性の高い材料で振動板を形成することができる。さらに、この平板状振動板と、スピーカケースと、平板状振動板の振動を許容してこれらの間の隙間を塞ぐことのできるシールゴムとを組み合わせることにより、スピーカ内部を完全に密閉することができ、スピーカ内部の加振子等の部材も外部環境から保護することができる。このことにより、従来のコーン型スピーカでは得られない耐久性と耐候性とを実現させることができる。
さらに、平板状振動板を用いることにより、本発明のアクティブ騒音低減装置のスピーカは、従来のコーン型振動部を有するスピーカに対比して、振動面積を大きくして、その分、振動部の振幅を小さく抑えることができ、その結果、質量を小さくすることができるとともに消費電力を大幅に節減することができる。また、従来のスピーカにおいては、音を放射する際の指向性が、ほぼ鋭角範囲に限定されているのに対比して、平板状振動板を用いた本発明のアクティブ騒音低減装置のスピーカでは、ほぼ１８０度に広がる指向性を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載のアクティブ騒音低減装置は、請求項１に記載するところにおいて、前記加振子として、圧電セラミックスを用いてなるものである。
【００１０】
本発明のアクティブ騒音低減装置によれば、加振子として圧電セラミックスを用いているので、加振子をシリコンゴム等の柔軟性のある材料で覆うことができ加振子の耐候性、耐久性をなお一層向上させることができる。
【００１１】
請求項３に記載のアクティブ騒音低減装置は、請求項１もしくは２に記載するところにおいて、前記騒音検出手段を、音源からの騒音を直接検出する位置に配置してなるものである。
【００１２】
本発明のアクティブ騒音低減装置は、フィードフォワード制御に基づいて相殺音を生成するものであり、騒音検出手段は、相殺音を含まない、音源からの騒音を直接検出し、音源からの騒音と同振幅でかつ逆位相の相殺音を相殺音発生手段から発生させるので、音源が特定できる場合には簡易に制御システムで有効な減音効果を得ることができる。
【００１３】
請求項４に記載のアクティブ騒音低減装置は、請求項１もしくは２に記載するところにおいて、前記騒音検出手段を、騒音低減対象位置の近傍に配置してなるものである。
【００１４】
本発明のアクティブ騒音低減装置は、フィードバック制御に基づいて相殺音を生成するものであり、騒音検出手段は、音源からの騒音に相殺音が重畳された重畳音を検出し、この重畳音のレベルが低くなるよう相殺音を相殺音発生手段から発生させるので、音源が特定しにくい場合には有効な減音効果を得ることができる。
【００１５】
請求項５に記載のアクティブ騒音低減装置は、請求項１〜４のいずれかに記載するところにおいて、前記平板状振動板を傾斜可能に設けてなるものである。
【００１６】
本発明のアクティブ騒音低減装置は、振動板を傾斜可能に設けたので、騒音低減の対象とする点の位置に応じて、相殺音がこの点に十分到達して減音効果を得ることができるよう調整することができる。
【００１７】
請求項６に記載のアクティブ遮音壁は、請求項１〜５のいずれかに記載のアクティブ騒音低減装置を上端に配置してなるものである。
【００１８】
本発明のアクティブ遮音壁は、前述のアクティブ騒音低減装置を具えているので、音源からの騒音を大幅に低減することができる。特に、道路や鉄道に沿って設けられ移動体からの騒音を遮音する遮音壁においては、移動体からの騒音は、移動体の移動方向を中心軸とする円筒波を形成し、球面波しか生成できない従来のコーン状ダイナミックスピーカでは、これらを遮音壁に沿って配列したとしても、遮音壁の方向に均一な円筒波面を形成できないことに加え、隣接する球面波同士が干渉して十分な騒音低減効果を得るのが難しかったが、本発明のアクティブ遮音壁においては、相殺音発生手段の振動板を遮音壁に沿って延在する長尺の平板状のものとすることにより、長手方向に均一な波面を有する円筒波を生成することができ、音源からの円筒波との干渉を効果的に行わせることができ優れた騒音低減性能を得ることができる。
【００１９】
請求項７に記載のアクティブ遮音壁は、請求項６に記載するところにおいて、前記アクティブ騒音低減装置を長手方向に複数個連続して配置してなるものである。
【００２０】
本発明のアクティブ遮音壁は、前記アクティブ騒音低減装置を長手方向に複数個連続して配置しているので、相殺音を、より一層長手方向に均一な円筒波とすることができ、さらなる騒音低減効果を得ることができる。なお、この場合、それぞれのアクティブ騒音低減装置の含まれる騒音検出手段と相殺音発生手段の数は任意に選択することができ、さらに、一の騒音検出手段を二以上のアクティブ騒音低減装置が共用するものであってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図４に基づいて説明する。図１は、本発明に係るアクティブ騒音低減装置１を上端に取り付けた遮音壁２を示す略線断面図であり、図２は、騒音低減装置１を取り付けた遮音壁２の斜視図であり、図３は騒音低減装置１の断面図である。
【００２２】
走行する車両等の音源Ｓからの騒音を遮音して民家等の受音点Ｐでの騒音を低減するために、高速道路、一般道路あるいは鉄道の境界に沿って、遮音壁２が設けられているが、この遮音壁２によってもなお、遮音壁２で回折された回折波が受音点Ｐに到達するの防ぐことは難しく、さらなる騒音を低減すべく、遮音壁２の上端にアクティブ騒音低減装置１を設ける。図１において、この装置１は、音源Ｓからの騒音をアクティブ騒音低減装置１から発生される相殺音で打ち消して受音点Ｐにおける音波の振幅を抑制しようとするものである。
また、遮音壁２の上部２Ａを垂直面に対して図の左側に傾斜させて設けることもできる。図１（ａ）は、上部２Ａを傾斜させずに垂直に固定した場合を示す図であり、音源Ｓの主たる騒音源Ａとアクティブ騒音低減装置１の上端角部Ｂとを結ぶ直線Ｋより右方下側領域で、相殺音波面を、騒音の回折波面と完全に位相が逆になるように制御することにより、直線Ｋより右方下側領域にある受音点Ｐにおいて騒音低減効果を得ることができるが、受音点Ｐがビルの高層階のような高い所にある場合、図１（ｂ）に示すように、遮音壁上部２Ａを左側に傾斜させて設けることにより直線Ｋを図１（ａ）に示す場合よりも上方に位置させて、高い所にある受音点Ｐにおいても優れた騒音低減効果を得られるようにすることがでる。
【００２３】
アクティブ騒音低減装置１は、これを遮音壁２に取り付けるための両支持部１２、両支持部１２に揺動可能に支持されたケース８、ケース８の外側に取り付けられたマイクロフォン７、ケース８の内側にステー１１を介して取り付けられ音源Ｓからの回折音を相殺する相殺音を出力するスピーカ３、および、スピーカ３よりの出力音を制御する制御回路９を具えている。ここで、マイクロフォン７は騒音検出手段を、スピーカ３は相殺音発生手段を構成する。
【００２４】
両方の支持部１２は、それぞれ、ケース８の長手方向両端に設けられていて、遮音壁２の上端面に固定されとともにピン１３を有し、ピン１３はケース８の長手方向端面に設けられた穴に係合していて、ケース８を揺動させる揺動中心として機能することができ、また、図示しない手段により揺動されたケース８を遮音壁２に容易に固定することができ、この構成により、ケース８の遮音壁２に対する向き、ひいては、このケース８に固定されたスピーカ３の向きを可変に設定することができ、騒音低減の対象とする受音点Ｐにおける騒音源からの音圧レベルに応じて、受音点Ｐにおける相殺音の音圧レベルが騒音の音圧レベルとほぼ同等となるようにスピーカ３の向きを調整することにより高い騒音低減効果が得られるようにすることができる。
また、ケース８の底面をその揺動中心を中心とする円弧状に形成するとともに、遮音壁２の上端面もこの揺動中心を中心とする円弧状とすることにより、ケース８の揺動角度に拘らず、ケース８の底面と遮音壁２の上端面との間の隙間をほぼゼロとすることができ、音源Ｓから受音点Ｐへ直接伝搬する音を低減することができる。さらに、ケース８の底面と遮音壁２の上端面との間をグリース１４等の潤滑剤でシールすることにより、この音の伝搬の低減効果をより高めることができる。
【００２５】
スピーカ３は相殺音を放射する平板状振動板４およびこの振動板４を加振する加振子５を具え、平板状振動板４とケース上端面との間にはケース内に雨等が進入しないようケース上端面との間をふさぐシールゴム６を設けている。
【００２６】
スピーカ３を構成する平板状振動板４に用いる材料としては、耐久性、耐候性に優れるとともに、振動エネルギから音響エネルギへの変換効率を、低音域から高音域までの広い帯域にわたって高いものとするため、コインシデンス周波数の低いものが望ましく、このことから、材質中の縦波の伝搬速度ｃの大きいものがよい。伝搬速度ｃは、振動板４のヤング率Ｅをその密度ρで除したものとして表わされ、したがって、軽量で剛性の高い、例えば、カーボンアルミハニカムやカーボンペーパーハニカムなどを用いるのが好ましい。
【００２７】
また、加振子５としては、電気機械変換効率が高く摺動する部分がなく耐久性に優れた圧電セラミッククスや圧電高分子などの圧電材料を用いるのが好ましい。また、図３において、長方形をなす振動板４の長手方向を遮音壁２に沿うよう配置することにより、遮音壁２に平行な円筒波を放射することができ、さらに、この振動板４の一枚に対して、その長手方向に沿って配列された複数個の加振子５でこれを加振することにより、この円筒波をその長手方向に沿うより均一なものとすることができ、移動体のように、音源Ｓの騒音が円筒波にて近似できる場合は、大きな相殺効果が得ることができ好ましい。なお、図示しないが、加振子５には、これを振動させる交番電圧が印加するための配線が接続されている。
【００２８】
図４は、騒音低減装置１を示すブロック線図である。図中、実線のフローは信号の流れを示し、破線のフローは音の伝搬を示す。図４（ａ）は、フィードフォワード制御に基づいてスピーカ３から相殺音を発生させるものである。騒音を検出するマイクロフォン３は、音源Ｓから騒音を直接検出し、この検出騒音に基づいて、制御回路８は、この検出騒音と同じ振幅で位相が１８０°逆転した相殺音を出力するよう、スピーカ３に信号を出力する。
【００２９】
図４（ｂ）は、フィードバック制御に基づいて相殺音をスピーカ３に発生させるものである。騒音を検出するマイクロフォン３Ａは、受音点の近傍に設けられ、受音点の近傍の騒音を検出し、制御回路８は、この検出される騒音が最小のレベルとなるよう、スピーカ３に信号を出力する。
【００３０】
本実施形態において、平板状振動板を遮音壁に対して傾斜させるのにケース８全体を傾斜させているが、この代りに、ケース８は固定したままケースの中に、加振子を指示する部分を揺動する機構を設けることもできる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、スピーカ３を、平板状振動板４とこれを加振する加振子５とを含んで構成したので、このスピーカ３を耐久性、耐候性に優れたものとすることができ、アクティブ騒音低減装置１およびこれを用いた遮音壁の実用化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブ騒音低減装置を取り付けた遮音壁を示す略線断面図である。
【図２】アクティブ騒音低減装置を取り付けた遮音壁を示す斜視図である。
【図３】アクティブ騒音低減装置を示す断面図である。
【図４】アクティブ騒音低減装置を示すブロック線図である。
【符号の説明】
１  アクティブ騒音低減装置
２  遮音壁
３  スピーカ
４  平板状振動板
５  加振子
６  シールゴム
７、７Ａ  マイクロフォン
８  ケース
９  制御回路
１１  ステー
１２  支持部
１３  ピン
１４  グリース
Ｓ  音源
Ｐ  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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