(57)【要約】【課題】遮音壁の長手方向における回折音の位相が異なる場合でも、比較的簡単な制御構成で回折音を低減する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Ｓに被消音側に向けて配置され所定の振幅と位相で制御音を出力する制御用スピーカ１３と、遮音壁Ｓの上方に設置され、騒音及び制御音の音圧または音響インテンシティを検出する制御マイク１１と、制御マイク１１により計測された音圧または音響インテンシティに基づいて制御マイク１１の出力信号を最小とするように制御用スピーカ１３の出力を制御する制御回路１２とを備え、制御用スピーカ１３は、線音源特性を有するものである。【選択図】　　図１
2004004583.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音装置において、
上記遮音壁の先端部又は上記他方側に配置され所定の振幅と位相で制御音を出力する付加音源と、
上記遮音壁の上方に設置され、上記低減対象音及び上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測手段と、
上記音源計測手段の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、
上記付加音源は、線音源特性を有するものであることを特徴とする能動消音装置。
【請求項２】
遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音装置において、
上記遮音壁の先端部又は上記他方側に配置され所定の振幅と位相で制御音を出力する付加音源と、
上記付加音源の音響放射面近傍に設置されて上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測手段と、
上記音源計測手段の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、
上記付加音源は、線音源特性を有するものであることを特徴とする能動消音装置。
【請求項３】
上記付加音源の近傍には参照信号検出用マイクが設けられ、
上記付加音源制御手段は、上記参照信号検出用マイクの出力に基づいてフィ−ドフォワ−ド制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の能動消音装置。
【請求項４】
上記音源計測手段は、上記遮音壁の先端部と上記他方側に想定された受音点を結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動消音装置。
【請求項５】
上記音源計測手段は、上記他方側に想定された受音点に近接配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動消音装置。
【請求項６】
上記付加音源は、上記遮音壁の先端部との距離が低減対象音の波長の半分以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動消音装置。
【請求項７】
遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音方法において、
上記遮音壁の先端部又は上記他方側にから所定の振幅と位相で制御音を出力する制御音出力工程と、
上記遮音壁の上方において、上記低減対象音及び上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測工程と、
上記音源計測工程の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記制御音の出力を制御する付加音源制御工程とを備え、
上記制御音は、線音源特性を有するものであることを特徴とする能動消音方法。
【請求項８】
遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音方法において、
上記遮音壁の先端部又は上記他方側にから所定の振幅と位相で制御音を出力する制御音出力工程と、
上記付加音源の音響放射面近傍において上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測工程と、
上記音源計測工程の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記制御音の出力を制御する付加音源制御工程とを備え、
上記制御音は、線音源特性を有するものであることを特徴とする能動消音方法。
【請求項９】
上記付加音源制御工程は、上記付加音源の近傍において上記低減対象音及び上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する参照信号検出工程と、
上記参照信号検出工程の計測結果に基づいてフィ−ドフォワ−ド制御を行うフィ−ドフォワ−ド制御工程とを備えていることを特徴とする請求項７又は８に記載の能動消音方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮音壁を回折して伝播する騒音を低減するための能動消音装置に関し、特に低周波音が支配的な騒音に対して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
幹線道路等の交通量が多い道路に沿って遮音壁が設置されることがある。このような遮音壁を用いた騒音低減技術は外見上大きく２つの方法に分けられる。すなわち、遮音壁の道路面からの高さを高くすることで騒音を遮断する、遮音のみで対処する方法と、遮音壁の上端部に騒音低減装置を取り付け、壁の高さをあまり高くすることなく、伝達される騒音を低減して対処する方法である。
【０００３】
騒音低減装置を用いたものとしては、さらにその低減原理から受動的な手法を用いたものと、能動的な手法を用いたものに分けられる。受動的な手法を用いたものとしては、音の干渉を利用した分岐型遮音壁や、グラスウ−ル円筒、厚さ２０μｍのＰＶＦフィルム、穴あきアルミ版、ステンレスグリルを用いて形成された吸音性円筒エッジや、音響管の形状を騒音の波長にあわせて最適設計し、音響的にソフトな面を作り出すソフトエッジなどが知られている。これらの手法では、中・高域音に効果的である。
【０００４】
一方、能動的な手法を用いたものとしては、音響管の管長を変化させずに、スピーカとマイクを用いてアクティブ制御で電気的にソグトな面（音圧ゼロ）を作り出すものが知られている。この手法では、低周波音に効果的である。
【０００５】
こうした能動的手法で用いられるスピーカはいわゆる点音源に近似できるものであり、球面波の放射特性を示す一般的なコ−ン型スピーカを用いている。
【０００６】
【非特許文献１】
ｋ．Ｕｅｓａｋａ　ｅｔ　ａｌ，“ＡＣＴＩＶＥ　ＣＯＮＴＲＯＬ　ＯＦ　ＳＯＵＮＤ　ＦＲＯＭ　Ａ　ＭＯＶＩＮＧ　ＳＯＵＲＣＥ”，ＡＣＴＩＶＥ９７，Ｔｈｅ　１９９７　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＥＡＡ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｓｏｕｎｄ　ａｎｄ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　（ＡＣＴＩＶＥ９７），ＨＵＮＧＡＲ，ＨＵＮＧＡＲＹ，１９９７，ｐ．１１２５−１１３４
【０００７】
【非特許文献２】
Ａ．Ｏｍｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ，“Ａｃｔｉｖｅ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｏｆ　ＡＳｏｕｎｄ　ｄｉｆｆｒａｃｔｅｄ　ｂｙ　Ｂａｒｒｉｅｒ：−Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｏｕｔｄｏｏｒ−“，Ｉｎｔｅｒ−Ｎｏｉｓｅ　９４，ＪＡＰＡＮ，ＪＡＰＡＮ，１９９４，ｐ．１３５７−１３６０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した点音源のスピーカを用いた能動消音装置であると次のような問題があった。すなわち、遮音壁の上端部では、遮音壁長手方向（道路に沿った方向）における回折音の位相が必ずしも同位相になるとは限らない。特に、一般的な遮音壁が対象とする道路騒音は低周波音とはいえ、数百Ｈｚ程度までの広い周波数帯域を有している。したがって、遮音壁の長手方向の長さが１ｍ以上になると道路騒音の半波長を超え、長手方向において位相が異なる部分が生じることが一般的である。
【０００９】
このため、長手方向において位相が異なるような音場に対して、制御面では同位相となるように、遮音壁の上端部の空間を長手方向に区切ることで、その同位相面に１つの制御用スピーカを設置し対処することが考えられる。しかしながら、仮に低減対象の騒音の周波数を５００Ｈｚとした場合、同位相とするためには、最低限３４ｃｍ毎に仕切る必要がある。このため、制御用スピーカ及びマイクの数もその空間の数と同じだけ必要となり、その数が増大する。一方、こうした対策をせずに、単に半波長に１つ制御用スピーカをおいて制御を実行した場合、制御マイクの位置では音圧レベルが低下しても、遮音壁上端部の回折音の音響エネルギは最小にならないため、逆に音が増加する領域も存在してしまう虞がある。
【００１０】
そこで本発明は、遮音壁の長手方向における回折音の位相が異なる場合でも、比較的簡単な制御構成で回折音を低減する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。
【００１１】
【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、本発明の能動消音装置は次のように構成されている。
【００１２】
（１）遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音装置において、上記遮音壁の先端部又は上記他方側に配置され所定の振幅と位相で制御音を出力する付加音源と、上記遮音壁の上方に設置され、上記低減対象音及び上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測手段と、上記音源計測手段の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、上記付加音源は、線音源特性を有するものであることを特徴とする。
【００１３】
（２）遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音装置において、上記遮音壁の先端部又は上記他方側に配置され所定の振幅と位相で制御音を出力する付加音源と、上記付加音源の音響放射面近傍に設置されて上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測手段と、上記音源計測手段の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように、上記付加音源の出力を制御する付加音源制御手段とを備え、上記付加音源は、線音源特性を有するものであることを特徴とする。
【００１４】
（３）上記（１）又は（２）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源の近傍には参照信号検出用マイクが設けられ、上記付加音源制御手段は、上記参照信号検出用マイクの出力に基づいてフィ−ドフォワ−ド制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
（４）上記（１）又は（２）に記載された能動消音装置であって、上記音源計測手段は、上記遮音壁の先端部と上記他方側に想定された受音点を結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
（５）上記（１）又は（２）に記載された能動消音装置であって、上記音源計測手段は、上記他方側に想定された受音点に近接配置されていることを特徴とする。
【００１７】
（６）上記（１）又は（２）に記載された能動消音装置であって、上記付加音源は、上記遮音壁の先端部との距離が低減対象音の波長の半分以下であることを特徴とする。
【００１８】
（７）遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音方法において、上記遮音壁の先端部又は上記他方側にから所定の振幅と位相で制御音を出力する制御音出力工程と、上記遮音壁の上方において、上記低減対象音及び上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測工程と、上記音源計測工程の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記制御音の出力を制御する付加音源制御工程とを備え、上記制御音は、線音源特性を有するものであることを特徴とする。
【００１９】
（８）遮音壁の一方側に位置する低減対象音源から発せられ他方側に回折して伝達される低減対象音を上記他方側において低減する能動消音方法において、上記遮音壁の先端部又は上記他方側にから所定の振幅と位相で制御音を出力する制御音出力工程と、上記付加音源の音響放射面近傍において上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する音源計測工程と、上記音源計測工程の計測結果に基づいて音圧または音響インテンシティを最小とするように上記制御音の出力を制御する付加音源制御工程とを備え、上記制御音は、線音源特性を有するものであることを特徴とする。
【００２０】
（９）上記（７）又は（８）に記載された能動消音方法であって、上記付加音源制御工程は、上記付加音源の近傍において上記低減対象音及び上記制御音の音圧または音響インテンシティを計測する参照信号検出工程と、上記参照信号検出工程の計測結果に基づいてフィ−ドフォワ−ド制御を行うフィ−ドフォワ−ド制御工程とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
なお、近傍とは、低減対象音源の波長の１／１０の長さ以内の範囲をいう。
【００２２】
【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消音装置１０の構成を示す図、図２の（ａ），（ｂ）は同能動消音装置１０に組み込まれた制御用スピーカ１３の制御原理を示す説明図である。なお、図１中Ｔは騒音源、Ｓは遮音壁を示している。騒音源Ｔは例えば乗用車等の車両である。また、遮音壁Ｓは例えば騒音源となる車両が通過する道路（不図示）の近傍に道路側と被消音側とを隔てるようにして配置されており、その長手方向が道路に沿って配置されている。
【００２３】
能動消音装置１０は、遮音壁Ｓの上方の後述する位置に設置され回折音の音圧あるいは音響インテンシティを検出する制御マイク（音源計測手段）１１と、この制御マイク１１の出力に基づいて制御マイク１１で検出した信号を最小とするように後述する制御用スピーカ１３から逆位相の音を発生させる制御回路（付加音源制御手段）１２と、遮音壁Ｓの被消音側の側面Ｓａに取り付けられるとともに、制御回路１２によって駆動制御される制御用スピーカ（付加音源）１３とを備えている。なお、制御用スピーカ１３を取り付ける位置は遮音壁Ｓの上端面Ｓｂでもよい。
【００２４】
遮音壁Ｓの側面Ｓａ又は上端面Ｓｂに制御用スピーカ１３を取り付ける根拠としては以下の通りである。すなわち、回折音が進む方向に向けて、スピーカから音を発生させることが重要であり、このためには、上方あるいは消音側に向けてスピーカ振動面を設置することが好ましいからである。この場合、周囲の環境に応じて、制御用スピーカ１３を取り付け易い位置に設置すればよい。
【００２５】
制御マイク１１には、図２の（ａ）に示すように遮音壁Ｓを回折してきた回折音と制御用スピーカ１３による制御音が入力される。
【００２６】
制御用スピーカ１３は、いわゆる線音源特性を有し、その長辺がＬａ（ｍ）、短辺がＬｂ（ｍ）の矩形状に形成されている。線音源特性は、放射された音波が線状の音源を中心軸とする円筒状に伝播し、各点の音の強さは、音源からの距離に反比例し、かつ、音圧レベルは距離が倍になるごとに３ｄＢずつ減衰するものである。
【００２７】
上述したように構成された能動消音装置１０は次のようにして騒音を低減する。なお、道路騒音においては、車両１台は移動する点音源と見なせるが、複数走行時はこれらが列になることから、点音源の重ねあわせである線音源と見なすことが可能である。
【００２８】
ここで、点音源と線音源との違いを説明する。点音源とは、発生している音波の波長に比べて十分に小さい音源で、その振動面が全て同位相で振動し、自由空間ではあらゆる方向へ一様に音を放射する音源のことである。この場合、この点音源を中心とする球面上での音波はすべて一様で、波面は球面となるので球面波と呼ぶ。
【００２９】
点音源の音響出力をＰ（Ｗ）とすると、点音源を中心とする半径ｒ１，ｒ２の球面上の音の強さＰ１，Ｐ２は、それぞれＰ／（４πｒ１２），Ｐ／（４πｒ２２）となる。なお、πは円周率である。
【００３０】
また、半径ｒ１，ｒ２における音圧レベルＬｒ１，Ｌｒ２の差は、
Ｌｒ１−Ｌｒ２＝２０ｌｏｇ（ｒ２／ｒ１）　　　　　　　　　　　…（１）
で示される。これが点音源の音波の発散による減衰で、ｒ２／ｒ１＝２で６ｄＢ、ｒ２／ｒ１＝１０で２０ｄＢとなる。
【００３１】
これに対して、線音源とは、点音源が線上に密接して並んだものや、ダクトのように線状の音源が音を放射するものである。線音源においては、自由空間では音波は線を中心軸とする円筒波として発散していき、円筒面上の音波はすべて一様となり、波面が円筒となる。この場合、中心軸からの距離ｒ１，ｒ２の二つの円筒面を考えると、それぞれの円筒の単位の長さの表面積は２πｒ１，２πｒ２となる。
【００３２】
線音源の単位の長さから放射される音響出力をＰとすると、各円筒面での音の強さＰ１，Ｐ２は、それぞれＰ／（２πｒ１），Ｐ／（２πｒ２）となり、ｒ１とｒ２における音圧レベルＬｒ１，Ｌｒ２の差は、
Ｌｒ１−Ｌｒ２＝１０ｌｏｇ（ｒ２／ｒ１）　　　　　　　　　　　…（２）
となる。ｒ２／ｒ１＝２で約３ｄＢ、ｒ２／ｒ１＝１０で１０ｄＢの減衰となる。
【００３３】
音の広がる面積で比較すると、点音源の場合は、距離が２倍になると放射面積は４倍となるが、線音源の場合は、２倍にしかならず、距離による音響放射エネルギの減衰が少なくなるという特徴がある。
【００３４】
騒音源Ｔから放射された音は、遮音壁Ｓの上方で回折する際、上端面Ｓｂにおいて回折エネルギＥとして存在する。制御マイク１１で検出した回折音の音圧あるいは音響インテンシティを制御回路１２で最小化すると、制御用スピーカ１３から逆位相の音が生成され、制御用スピーカ１３は回折エネルギＥの近傍にあることから、遮音壁Ｓの回折エネルギＥの最小化が実現し、被消音側に広がる回折音を空間全体で低減することが可能となる。
【００３５】
次に、上述の構成による回折音の低減効果について説明する。図３は回折音の低減効果の算出原理を示す説明図である。図３に示すように、騒音源Ｔ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Ｓの上方で回折し、他方側のある地点Ｘまでを空間伝達関数Ｈで表すと、以下となる。
【００３６】
【数１】
2004004583.tif 000003
【００３７】
ここで、αは波数ｋ（＝２πｆ／ｃ）で表す定数、βは遮音壁Ｓから騒音源Ｔまでの角度θｒと遮音壁Ｓから地点Ｘまでの角度θｘにより決まる角度に依存した変数を示している。また、Ｆ（ｒｘ）は騒音源Ｔから遮音壁Ｓの上端までの空間伝達関数を示しており、騒音源Ｔから遮音壁Ｓの上端まで距離ｒｘに依存している。さらに、Ｇ（Ｘ）は遮音壁Ｓ上端から受音点Ｘまでの空間伝達関数を示しており、遮音壁Ｓ上端から受音点Ｘまで距離Ｌｘに依存している。
【００３８】
一方、遮音壁Ｓ上端近くに設置された制御用スピーカＷから受音点Ｘまでの空間伝達関数をＧｓ（Ｘ）とすると、これは制御用スピーカＷから受音点Ｘまで距離Ｌｘに依存しており、以下のように示される。
【００３９】
【数２】
2004004583.tif 000004
【００４０】
したがって、音の強さがＱｐの騒音源Ｔと、音の強さがＱｓの制御用スピーカＷ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Ｄで検出する音圧は、次式となる。すなわち、
【数３】
2004004583.tif 000005
【００４１】
したがって、制御回路により制御マイクＤの音圧レベルを最小にすると、概ね、式（５）の右辺は０に近づくことから、制御用スピーカＷの音の強さＱｓは、次式となる。
【００４２】
【数４】
2004004583.tif 000006
このとき、地点Ｘｅで観測される音圧ＰＸｅは次式で示される。
【００４３】
【数５】
2004004583.tif 000007
したがって、地点Ｘｅで観測される制御前後の音圧低下量ηは、以下となる。
【００４４】
【数６】
2004004583.tif 000008
低下量をデシベル表示で表すと、以下となる。
【００４５】
【数７】
2004004583.tif 000009
【００４６】
したがって、制御用スピーカＷが仮に遮音壁Ｓの上端にある場合は、η＝−∞となり、低下量は最大となる。
【００４７】
そこで、式（１１）に基づいて、能動制御による消音効果を数値解析で検証する。図４に示すように、騒音源Ｔが遮音壁Ｓから距離Ｖａ、遮音壁Ｓの上端から距離Ｌａ，角度θｐにあり、制御用スピーカＷが遮音壁Ｓ上端から上方ｈｓに、そして、制御マイクＤが遮音壁Ｓ上端からｒｅ、角度θｅに設置されているとき、遮音壁Ｓから距離Ｖｂ、その上端から距離Ｌｂ，角度θｘに位置する受音点Ｘで観測される音圧低下量について考える。
【００４８】
図５は、能動制御（Ａｃｔｉｖｅ　Ｎｏｉｓｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）による低下量を示す例である。横軸はフレネル数φ、縦軸には受音点での低下量（ｄＢ）を示している。なお、フレネル数φは、
【数８】
2004004583.tif 000010
で示される。
【００４９】
図５中、点線は制御前の低下量（ＡＮＣ　ＯＦＦ）、すなわち、遮音壁Ｓのみによる低下量を示している。一方、実線は、制御後の低下量（ＡＮＣ　ＯＮ）を示している。したがって、点線と実線の相対低下量τが、本実施の形態における能動制御による低下量となる。
【００５０】
例えば、Ｖａ＝２．５ｍ、Ｖｂ＝３ｍとすると、横軸φ＝０．７が遮音壁Ｓの高さｈ＝１ｍに相当し、このときの能動制御による低下量は約５ｄＢとなる。すなわち、能動制御を用いずに同等の効果を得るには、壁を１ｍさらに増設させる必要があることを示している。
【００５１】
高さｈ＝２の遮音壁Ｓについて同様に考えると、能動制御と同等の効果は壁４ｍの増設が必要になる。つまり、横軸のφの値が大きいほど、すなわち、高い遮音壁Ｓに対して能動制御を付けるほうが、遮音壁の増設よりも大きな効果を発揮することがわかる。言い換えれば、本実施の形態を実行すれば壁増設と同等の効果をもたらすことが可能となり、遮音壁Ｓの高さを必要以上に高くせずに、騒音低減が実現できる。
【００５２】
上述した結果を実証するために、実験を行なった。図４における騒音源Ｔ、遮音壁Ｓ、制御用スピーカ１３、制御マイク１１の位置関係は、Ｌａ＝２．５ｍ、ｈ＝１ｍ、ｒｅ＝０．３ｍ、θｅ＝１．１θｘであり、騒音源Ｔはランダムノイズを使用した。このとき、受音点ＸをＬｂ＝２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍと変化させた場合の制御前後の音圧低下量を計測した。周波数は２００Ｈｚから１ｋＨｚまでの１／３オクターブで分析した。図６の（ａ）〜（ｄ）は、受音点Ｘの位置毎の比較結果を示す図、図７の（ａ）〜（ｈ）は、周波数毎の比較結果を示す図である。図６，７において、実線は能動制御を行なった場合の理論値、点線は能動制御を行なわなかった場合の理論値、丸印は実験値を示している。
【００５３】
周波数毎の結果では５００Ｈｚ以上の中域音ではやや実験では数値計算値と比べて消音効果が劣化したものの、どれも点線で示す制御前の計算値よりも低下することはなく、有効性が確認できる。
【００５４】
図８は、図６及び図７のグラフ作成の元となった測定結果であって、周波数毎に音圧を測定することで制御前後の消音効果の分析したものである。このように、騒音源Ｔが線音源である場合、本実施の形態における手法が効果的であることが実験でも検証できた。
【００５５】
次に、図４で示したシステム構成において消音効果が向上するための配置を、上記数値解析に基づいて検討する。図９は、制御マイク１１の遮音壁Ｓ上端からの角度θｅを０．９θｘ〜１．１θｘの範囲で変化させた場合の低下量を比較するグラフである。なお、その他の条件は、Ｌａ＝２．５λ、Ｌｂ＝３λ、周波数３５０Ｈｚ、ｈ＝１λ、ｒｅ＝０．３λ、ｈｓ＝０．１λである。この場合、φ＝０．７、θｅ＝１．１θのときに低下量は５ｄＢとなった。
【００５６】
図９からも明らかなように、制御マイク１１の配置角度θｅに関しては、遮音壁Ｓ上端と受音点Ｘｅを結ぶ直線上に配するときが最も低減効果があることがわかる。そして、この直線よりも下方側に制御マイク１１を配す方が上方側に配するよりも効果が期待できる。
【００５７】
図１０は、遮音壁Ｓ上端からの制御マイク１１までの距離ｒｅを０．１〜３λ（λ：波長）の範囲で変化させた場合の低下量を比較するグラフである。なお、その他の条件は、Ｌａ＝２．５λ、Ｌｂ＝３λ、周波数３５０Ｈｚ、ｈ＝１λ、ｈｓ＝０．１λである。
【００５８】
図１０からも明らかなように、遮音壁Ｓ上端からの制御マイク１１までの距離ｒｅは、できるだけ受音点Ｘｅに近づける方が効果的となる。但し、これは横軸φ値によって変化し、φ＜２程度であれば変化なく、遮音壁Ｓ上端に近接配置しても効果の劣化が少ないことがわかる。
【００５９】
図１１は、遮音壁Ｓの上端から制御用スピーカ１３までの高さｈｓを０．１〜２λまで変化させた場合の低下量を比較するグラフである。なお、その他の条件は、Ｌａ＝２．５λ、Ｌｂ＝３λ、周波数３５０Ｈｚ、ｈ＝１λである。
【００６０】
図１１からも明らかなように、制御用スピーカ１３の高さｈｓはできるだけ遮音壁Ｓ上端に近づける方が効果的であることがわかる。なお、高さｈｓが半波長（０．５λ）を超えると増加することになる。
【００６１】
図９〜図１１の結果に基づいて、φ＜２範囲においては近接配置させた制御用スピーカ１３と制御マイク１１を遮音壁Ｓ上端に配する構成が一番効果を発揮することがわかる。
【００６２】
次に、制御用スピーカ１３で発生する制御音が上述した回折エネルギＥに対して逆位相でほぼ同振幅になるための制御マイク１１の最適配置を検討する。上述したように、騒音源Ｔが点音源である場合と線音源である場合とがあるため両者について検討する必要がある。また、線音源であっても制御用スピーカ１３からの距離が異なるとその特性が異なることから、図２の（ｂ）に示す空間領域Ｒ１〜Ｒ３における違いについても検討する。
【００６３】
最初に、スピーカ振動面からＬｂ／π（ｍ）未満の空間領域Ｒ１に制御マイク１１がある場合について説明する。空間領域Ｒ１においては、音の放射特性は、音の進行方向には面音源特性、つまり、距離減衰がない平面波として伝搬する。したがって、この空間領域Ｒ１内に制御マイク１１がある場合は、制御マイク１１で検出する音圧Ｐは以下のように示される。
【００６４】
Ｐ＝Ｑｐ・Ｚｐ＋Ｑｓ・Ｚｓ　　　　　　　　　　　　　　…（１３）
となる。なお、回折音の音の強さ（＝体積速度）がＱｐ、回折エネルギＥの位置から制御マイク１１までの空間伝播特性がＺｐ、制御用スピーカ１３の音の強さ（＝体積速度）がＱｓ、制御用スピーカ１３から制御マイク１１までの空間伝播特性がＺｓである。
【００６５】
また、空間伝播特性Ｚｓは、空気密度をρ、純虚数をｊ、角周波数をω、波数をｋ（但し、ｋ＝ω／ｃ、ｃは音速）、制御用スピーカ１３から制御マイク１１までの距離をＬｓとすると、
Ｚｓ＝ρｊω・ｅ−ｊｋＬｓ　　　　　　　　　…（１４）
となる。なお、距離を測定する場合は制御用スピーカ１３の中心位置を基準とする。
【００６６】
ここで、制御回路１２により制御マイク１１の音圧レベルを最小にすると、概ね、式（１４）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、
【数９】
2004004583.tif 000011
となる。
【００６７】
騒音源Ｔが１個の点音源の場合は、式（１５）の回折エネルギＥの位置から制御マイク１１までの空間伝播特性Ｚｐは、前記壁の端部長手方向に沿って発生する回折エネルギーの中で最もエネルギーが大きい位置、つまり、音の強さが大きい地点から制御マイク１１までの距離をＬｐとすると、
【数１０】
2004004583.tif 000012
となる。なお、距離を測定する場合は制御マイク１１の中心位置を基準とする。
【００６８】
また、騒音源Ｔが線音源の場合は、先端部でも線音源であることから、Ｎ個の点音源（１個の点音源の音の強さ＝Ｑｐ／Ｎ）が横一列に並んだモデルで考えると、ｉ番目の点音源から制御マイク１１までの空間伝播特性Ｚｐｉは、
【数１１】
2004004583.tif 000013
となる。
【００６９】
したがって、式（１５）に示した先端部の回折音に対する制御用スピーカ１３の音の強さは、騒音源Ｔが点音源の場合は、
【数１２】
2004004583.tif 000014
となる。
【００７０】
一方、騒音源Ｔが線音源の場合は、
【数１３】
2004004583.tif 000015
となる。
【００７１】
ここで、低音を対象にした場合、先端部の回折音に対する制御用スピーカ１３の音の強さは、逆位相で、ほぼ同じ音の強さであれば、音響パワ−が低下することから、式（２０）を満足すれば、回折音を低減できることになる。
【００７２】
Ｑｓ＝−Ｑｐ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２０）
したがって、式（１８）より、騒音源Ｔが点音源の場合は、式（２１）及び式（２２）を満たす位置又はその近傍に制御マイク１１があればよい。すなわち、
Ｌｐ＝Ｌｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２１）
、かつ、
Ｌｐ＝１／４π　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（２２）
となる。
【００７３】
一方、式（１９）より、騒音源Ｔが線音源の場合は、式（２３）及び式（２４）を満たす位置又はその近傍に制御マイク１１があればよい。したがって、
【数１４】
2004004583.tif 000016
となる。
【００７４】
ここで、線音源としては横一列にＮ個の点音源が並んだ状態を考える。線音源の長さをｄｕとすると、この長さに対して騒音源の４分の１波長の波が何波入るかで、Ｎ個の数が決定する。例えば、ｄｕ＝２（ｍ）の場合、騒音源の周波数を１００Ｈｚとすると、４分の１波長は０．８５（ｍ）であり、２．３波入る。したがって、この場合はＮ＝３個となる。式で定義すると、以下を満たす最小の整数値がＮとなる。
【００７５】
Ｎ≧（４・ｄｕ）／λ　（但し、λ＝ｃ／ｆ：波長＝音速／周波数）
なお、このＮ個の点音源の位置としては線音源の長手方向にＮ等分したもの（ｄｕ／Ｎの長さを有する。）の中心位置が採用されている。
【００７６】
次に、スピーカ振動面からＬｂ／π（ｍ）以上、Ｌａ／π（ｍ）未満の空間領域Ｒ２に制御マイク１１がある場合について説明する。空間領域Ｒ２においては、音の進行方向には線音源特性の距離減衰特性を有して伝搬する。したがって、制御用スピーカ１３からの音響特性はＭ個の点音源（１個の点音源の音の強さ＝Ｑｓ／Ｍ）が横一列に並んだモデルで考えると、ｉ番目の点音源から制御マイク１１までの空間伝播特性Ｚｓｉは、
【数１５】
2004004583.tif 000017
【００７７】
となる。ここで、Ｍ個の点音源の位置も上記と同様に決定される。したがって、制御実行により得られた、先端部の回折音に対する制御用スピーカ１３の音の強さは、騒音源Ｔが点音源の場合は、
【数１６】
2004004583.tif 000018
となる。
【００７８】
一方、騒音源Ｔが線音源の場合は、
【数１７】
2004004583.tif 000019
となる。
【００７９】
したがって、式（２０）を満足する制御マイク１１の位置は、騒音源Ｔが点音源の場合は、
【数１８】
2004004583.tif 000020
を満たす位置又はその近傍となる。
【００８０】
一方、騒音源Ｔが線音源の場合は、
【数１９】
2004004583.tif 000021
を満たす位置又はその近傍となる。
【００８１】
ここで、厳密に言えば、上記Ｎ点、あるいはＭ個の音源で構成される点音源は横一列にある程度の長さを持ち、かつ、制御マイクはこれらの点音源群から数十ｍも離れていないため、各点音源から制御マイクまでの距離Ｌｐｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）やＬｓｉ（Ｉ＝１，２，・・・，Ｍ）は、必ずしも一致しないことから（Ｌｐ１≠Ｌｐ２≠Ｌｐ３≠・・・、Ｌｓ１≠Ｌｓ２≠Ｌｓ３≠・・・）、騒音源Ｔが点音源の場合は、Ｌｐ＝Ｌｓｉと各点音源すべてで一致することはない。騒音源Ｔが線音源の場合も、Ｌｐｉ＝Ｌｓｉと一致しない。
【００８２】
しかし、能動制御で扱う周波数は数１０Ｈｚから２００Ｈｚくらいの低周波数であることから、波長が長く、各点音源から制御マイクまでの距離Ｌｐｉ、Ｌｓｉの個々の距離差に相当する位相ずれは音響パワー最小化の許容範囲に入る。
【００８３】
したがって、式（２８）や式（２９）を満足すれば、最適振幅の生成が可能となり、付加音源の音の強さＱｓ（Ｍ個の各音源の音の強さの総和）は概ね騒音源の音の強さＱｐ（線音源の場合もＮ個の各音源の総和はＱｐ）と等しくなることから、結果的に、騒音源Ｔが点音源、線音源いずれの場合でも、制御マイクで検出する音圧を最小に制御することで同時に音響パワーも低減させることができる。
【００８４】
最後に、スピーカ振動面からＬａ／π（ｍ）以上離れた空間領域Ｒ３に制御マイク１１がある場合について説明する。空間領域Ｒ３においては、音の放射特性は、音の進行方向には点音源特性の距離減衰特性を有して伝搬する。ここで、距離を測定する場合は制御用スピーカ１３の中心位置を基準とする。したがって、制御用スピーカ１３から制御マイク１１までの空間伝播特性Ｚｓは、
【数２０】
2004004583.tif 000022
となる。
【００８５】
したがって、制御実行により得られた、先端部の回折音に対する制御用スピーカ１３の音の強さは、騒音源Ｔが点音源の場合は、
【数２１】
2004004583.tif 000023
となる。
【００８６】
騒音源Ｔが線音源の場合は、
【数２２】
2004004583.tif 000024
【００８７】
したがって、式（３０）を満足させる制御マイク１１の位置は、騒音源Ｔが点音源の場合は、
Ｌｐ＝Ｌｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（３３）
を満たす位置又はその近傍となる。
【００８８】
騒音源Ｔが線音源の場合は、
【数２３】
2004004583.tif 000025
を満たす位置又はその近傍となる。
【００８９】
したがって、式（３３）や式（３４）を満足すれば、最適振幅の生成が可能となり、付加音源の音の強さＱｓ（Ｍ個の各音源の音の強さの総和）は概ね騒音源の音の強さＱｐ（線音源の場合もＮ個の各音源の総和はＱｐ）と等しくなることから、結果的に、騒音源Ｔが点音源、線音源いずれの場合でも、制御マイクで検出する音圧を最小に制御することで同時に音響パワーも低減させることができる。
【００９０】
上述したように、本第１の実施の形態に係る能動消音装置１０によれば、遮音壁Ｓ先端における回折エネルギＥを全て考慮し、位相特性が異なる場合でも、少ない制御マイク１１の数で同時にこれらからの騒音を検知しながら、このマイクを最適配置することで、回折エネルギを最小化し周囲全体の低減することが可能となる。
【００９１】
図１２は本発明の第２の実施の形態に係る能動消音装置２０の構成を示す図である。図１２において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９２】
能動消音装置２０は、遮音壁Ｓの上方の後述する位置に設置され回折音の音圧あるいは音響インテンシティを検出する制御マイク（音源計測手段）１１と、この制御マイク１１の出力に基づいて制御マイク１１で検出した信号を最小とするように後述する制御用スピーカ１３から逆位相の音を発生させる制御回路２１と、遮音壁Ｓの被消音側の上端部Ｓａ付近に取り付けられるとともに、制御回路２１によって駆動制御される制御用スピーカ（付加音源）１３と、この制御用スピーカ１３の近傍には参照信号検出用マイク２２が設けられている。
【００９３】
制御用スピーカ１３の近傍に参照信号検出用マイク２２が設けられている理由は以下の通りである。すなわち、対象とする騒音は変圧器の電磁騒音や発電機のエンジン騒音等の周期音と違いランダム音である。前者の周期音は、必ず同じ振幅を繰り返すことから、参照信号で検出した音と相関する音がスピーカまで届く。しかし、ランダム音の場合は、一過性の音であるため、参照信号で検出した音がスピーカまで届くとは限らない。これでは参照信号で検出したランダム音をもとに逆位相の音を作ってスピーカから出しても消音できない。したがって、参照信号用マイクはスピーカ近傍に近づける方がよい。なお、スピーカは線音源であり、発せられる音は指向性を有するので参照信号用マイクとスピーカとの間でハウリングが生じにくい。
【００９４】
制御回路２１は、参照信号検出用マイク２２の出力に基づいてフィ−ドフォワ−ド制御を行うように構成されている。
【００９５】
このように構成されていると、線音源である制御用スピーカ１３は両脇方向には鋭い指向性を有することから、ここでは制御音が急激に減少する。したがって、制御用スピーカ１３から発生させるための参照信号検出用マイク２２をこの位置に設置しても、制御マイク１１からの音が重畳しにくく、閉ル−プを構成せずに、ハウリングが発生しにくくなる。
【００９６】
なお、こうした特性がなければ、ハウリングを避けるため、参照信号検出用マイク２２は制御用スピーカ１３から遠ざける必要がある、しかしなから、遮音壁Ｓで対象とする騒音はランダム音であることから、必要以上に遠ざけると、参照信号検出用マイク２２での信号と、制御用スピーカ１３近傍での音場信号間のコヒ−レンス（制御応答性）は劣化しやすくなり、良好な制御の実現は難しくなる。
【００９７】
上述したように、本第２の実施の形態に係る能動消音装置２０によれば、能動消音装置１０と同様の効果が得られるとともに、参照信号検出用マイク２２を用いてフィ−ドフォワ−ド制御による制御を実現することができるとともに、同時にハウリングも防止し、かつ、コヒーレンスを劣化させることを防止することができる。
【００９８】
図１３は本発明の第３の実施の形態の能動消音装置３０の構成を示す図である。なお、図１３において図１と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００９９】
能動消音装置３０は、遮音壁Ｓの制御用スピーカ１３の前方の後述する位置に設置され回折音の音圧あるいは音響インテンシティを検出する制御マイク（音源計測手段）１１と、この制御マイク１１の出力に基づいて制御マイク１１で検出した信号を最小とするように後述する制御用スピーカ１３から逆位相の音を発生させる制御回路１２と、遮音壁Ｓの被消音側の側面Ｓａに取り付けられるとともに、制御回路１２によって駆動制御される制御用スピーカ（付加音源）１３とを備えている。なお、制御用スピーカ１３を取り付ける位置は遮音壁Ｓの上端部Ｓｂでもよい。
【０１００】
なお、制御マイク１１には、制御用スピーカ１３による制御音が入力される。また、制御マイク１１の空間領域Ｒ１〜Ｒ３と制御との関係は、上述した能動消音装置１０の場合と同様である。
【０１０１】
このように構成された能動消音装置３０においては、制御用スピーカ１３の音響放射面近傍に設置した制御マイク１１で検出した制御用スピーカ１３からの制御音の音圧あるいは音響インテンシティを制御回路１２で最小化するようにしている。このため、制御用スピーカ１３からは逆位相の音が生成され、制御用スピーカ１３は回折エネルギＥの近傍にあることから、遮音壁Ｓの回折エネルギＥの最小化を実現させることができ、被消音側に広がる回折音を空間全体で低減することが可能となる。
【０１０２】
本第３の実施の形態に係る能動消音装置３０においても、上述した能動消音装置１０と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上述した例では消音の対象は道路騒音であるが、これに限定されず、工事現場、競技場の壁等に適用することが可能である。この他、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。
【０１０４】
【発明の効果】
本発明によれば、遮音壁の長手方向における回折音の位相が異なる場合でも、比較的簡単な制御構成で回折音を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る能動消音装置の構成を示す図。
【図２】同制御用スピーカの制御原理を示す説明図。
【図３】回折音の低減効果の算出原理を示す説明図。
【図４】回折音の低減効果の算出原理を示す説明図。
【図５】能動制御の有無による低下量の差異を示す説明図。
【図６】受音点の位置による低下量の差異を示す説明図。
【図７】周波数による低下量の差異を示す説明図。
【図８】周波数毎に制御前後の消音効果を比較して示す説明図。
【図９】制御マイクの遮音壁上端からの角度を変化させた場合の低下量を比較する説明図。
【図１０】遮音壁上端からの制御マイクまでの距離を変化させた場合の低下量を比較する説明図。
【図１１】遮音壁上端から制御用スピーカまでの高さを変化させた場合の低下量を比較する説明図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る能動消音装置の構成を示す図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る能動消音装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１０，２０，３０…能動消音装置
１１…制御マイク（音源計測手段）
１２，２１…制御回路（付加音源制御手段）
１３…制御用スピーカ（付加音源）
２２…参照信号検出用マイク
Ｓ…遮音壁
Ｎ…騒音源
【図１】
2004004583.tif 000026
【図２】
2004004583.tif 000027
【図３】
2004004583.tif 000028
【図４】
2004004583.tif 000029
【図５】
2004004583.tif 000030
【図６】
2004004583.tif 000031
【図７】
2004004583.tif 000032
【図８】
2004004583.tif 000033
【図９】
2004004583.tif 000034
【図１０】
2004004583.tif 000035
【図１１】
2004004583.tif 000036
【図１２】
2004004583.tif 000037
【図１３】
2004004583.tif 000038