(57)【要約】【課題】  厚みを持つ遮音壁の多重回折を利用しつつ、騒音の流れに適切に対応させて、騒音を相殺する二次音源と騒音検出部を峻別して、受音点における騒音の低減効果をより向上させて性能改善を図ることができる遮音壁における能動的騒音制御装置を提供する。【解決手段】  遮音壁２の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の主音源１側エッジ部Ａに近接して二次音源発生手段４を設置し、受音点３側エッジ部Ｂに近接して音圧検出手段５を設置し、該音圧検出手段５による検出値に応じて前記二次音源発生手段４の音を調整するように構成したことにより、受音点３に最も近い遮音壁２の面のエッジＢの近傍にて騒音の音圧レベルを正確に検出することが可能となり、主音源１と隔離できる遮音壁２の面のエッジＡの近傍に配設されたところの、擬似騒音源である二次音源発生手段４による音の相殺効果を向上させることができる。【選択図】  図１
2005283971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁に二次音源発生手段を備えた遮音壁における能動騒音制御装置において、前記遮音壁の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の主音源側エッジ部に近接して二次音源発生手段を設置し、受音点側エッジ部に近接して設置された音圧検出手段による検出値に応じて前記二次音源発生手段の音を調整するように構成したことを特徴とする遮音壁における能動騒音制御装置。
【請求項２】
所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の音源側エッジ部に近接して複数の二次音源発生手段を設置するとともに、前記面の受音点側エッジ部に近接して複数の音圧検出手段を設置し、該音圧検出手段による検出値に応じて前記二次音源発生手段の音を調整するように構成したことを特徴とする遮音壁における能動騒音制御装置。
【請求項３】
前記複数の二次音源発生手段におけるそれぞれの音量および発生周波数ならびにその位相を変更可能に構成したことを特徴とする請求項２に記載の遮音壁における能動騒音制御装置。
【請求項４】
前記複数の音圧検出手段によるそれぞれの検出値に応じて、前記複数の二次音源発生手段の音量および周波数ならびにその位相を各別に調整可能に構成したことを特徴とする請求項２または３に記載の遮音壁における能動騒音制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁に二次音源発生手段を備えた遮音壁における能動騒音制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮音壁は戸外での騒音の低減のために広く利用されている。通常用いられている遮音壁はその厚みが小さいものであるが、その高さを増すことなしに効果を大きくする手段が幾つか提案されてきた。例えば遮音壁表面を吸音性にしたり、音響的にソフトにすることである。能動的（アクティブ）騒音制御によって遮音壁表面、特にエッジ部近傍をソフトにすることが可能となり、これに基づいた製品も既に販売されている。能動的騒音制御による他の典型的な方法は、ＤＳＰ（Ｄｉｓｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって制御された二次音源から放射された相補的な音によって遮音壁周辺の音を相殺するものである。それは厚みの無い遮音壁について能動的騒音制御の応用を研究し、回折音場の擬似音源として働く遮音壁エッジ部上での相殺を行っているものである。一般的に、二次音源が相殺すべき音波を放射する主音源に近いとき大きな減衰が得られることが見い出されている。しかし、実際の道路交通騒音への応用等の場合、主音源である自動車へ接近して二次音源を設置することは不可能である。
【０００３】
そのようなことから、移動体である自動車等の主音源から離れた遮音壁自体に二次音源を設置することで、所定の減衰効果が得られる能動的騒音制御が幾つか提案された（例えば下記特許文献１および非特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３５６８１７号公報（図６および段落０００５、０００６参照）
【非特許文献２】「アクティヴ・ノイズ・コントロールによる道路交通騒音対策の実情」（「騒音制御」１９９９年、第２３巻、Ｎｏ．３、１５３頁〜１５９頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記非特許文献２に記載されたものは、その筆者が発明者として名を連ねている前記特許文献１に開示された「アクティブ減音装置およびこれを有するアクティブ遮音壁」に先立って発表されたもので、該特許文献１と同様の能動的騒音制御に関する技術であるので特許文献１について図７を用いて簡単に説明する。ここに開示されたアクティブ減音装置Ｃは、アクティブ減音セルＡを遮音壁１０の幅方向に３個、直線状に並べて一体化することにより、アクティブ減音装置Ｃを構成し、このアクティブ減音装置Ｃを遮音壁１０の上端面に沿って配設することによりアクティブ遮音壁を構成している。各アクティブ減音セルＡは、スピーカ１２と制御回路１６、増幅器１３およびマイクロフォン１５がケーシング１１内に収容され、表面材１４により覆われている。
【０００５】
このような構成により、スピーカ１２から出力される制御音圧Ｐｃ（＝Ｇ・Ｐ（Ｇは伝達特性、Ｐはマイクロフォン１５に作用する音圧）で表される）によって、遮音壁１０の上端面を回折して騒音源（例えば車道側）から遮音壁１０の反対側（例えば民家側）へ漏れる出る回折音は、スピーカ１２が発する騒音と逆位相のキャンセル音によって能動的に低減されることが可能になった。アクティブ減音セルＡの数およびその組合せ形状は種々考えられ、低減したい騒音レベル等に応じて適宜定めることができる。
【０００６】
しかしながら、前記従来の能動的騒音制御にあって、アクティブ減音装置Ｃを構成する各アクティブ減音セルＡでは、スピーカ１２の制御音圧を制御する騒音検出のためのマイクロフォン１５がスピーカ１２に近接して設置されていることから、スピーカ１２の制御音圧の制御精度に支障を来す虞れがあった。さらに、前記従来の能動的騒音制御にあっては表面材１４上での音圧のみを制御する方法であるため、能動的騒音制御手法としては充分に性能を発揮できないものであった。
【０００７】
そこで本発明は、前記従来の能動的騒音制御装置の諸課題を解決して、厚みを持つ遮音壁の多重回折を利用しつつ、騒音の流れに適切に対応させて、騒音を相殺する二次音源と騒音検出部を峻別して、受音点における騒音の低減効果をより向上させて性能改善を図ることができる遮音壁における能動的騒音制御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】
【０００８】
そのため本発明は、所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁に二次音源発生手段を備えた遮音壁における能動騒音制御装置において、前記遮音壁の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の主音源側エッジ部に近接して二次音源発生手段を設置し、受音点側エッジ部に近接して設置された音圧検出手段による検出値に応じて前記二次音源発生手段の音を調整するように構成したことを特徴とする。また本発明は、所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の音源側エッジ部に近接して複数の二次音源発生手段を設置するとともに、前記面の受音点側エッジ部に近接して複数の音圧検出手段を設置し、該音圧検出手段による検出値に応じて前記二次音源発生手段の音を調整するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記複数の二次音源発生手段におけるそれぞれの音量および発生周波数ならびにその位相を変更可能に構成したことを特徴とする。また本発明は、前記複数の音圧検出手段によるそれぞれの検出値に応じて、前記複数の二次音源発生手段の音量および周波数ならびにその位相を各別に調整可能に構成したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁に二次音源発生手段を備えた遮音壁における能動騒音制御装置において、前記遮音壁の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の主音源側エッジ部に近接して二次音源発生手段を設置し、受音点側エッジ部に近接して設置された音圧検出手段による検出値に応じて前記二次音源発生手段の音を調整するように構成した。これにより、受音点に最も近い遮音壁の面のエッジ部の近傍にて騒音の音圧を極小とすることが可能となり、受音点側エッジ部における回折減音効果を良好なものとすることができる。これは受音点側エッジ部を音響的ソフト面とすることに相当する。また、主音源と隔離できる遮音壁の面のエッジ部近傍での擬似騒音源の位置において二次音源発生手段を配置することができ、音の相殺効果を向上させることが可能となった。
【００１０】
また、所定距離を置いた主音源と受音点との間に配置される起立状の遮音壁の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の音源側エッジ部に近接して複数の二次音源発生手段を設置するとともに、前記面の受音点側エッジ部に近接して複数の音圧検出手段を設置し、該音圧検出手段による検出値に応じて前記二次音源発生手段の音を調整するように構成した場合は、前述の効果に加えて、騒音源である主音源と受音点との距離と、二次音源と受音点との距離が異なることによる音の干渉を低減させることが可能となり、騒音の減衰分布を一様にして実用上望ましくない干渉による音圧レベル分布の不均一性を低減させることができる。
【００１１】
さらに、前記複数の二次音源発生手段におけるそれぞれの音量および発生周波数ならびにその位相を変更可能に構成した場合は、検出された騒音音圧に応じてより精密に二次音源発生手段における発生音を制御することが可能になる。さらにまた、前記複数の音圧検出手段によるそれぞれの検出値に応じて、前記複数の二次音源発生手段の音量および周波数ならびにその位相を各別に調整可能に構成した場合は、複数の音圧検出手段および二次音源発生手段の設置位置に応じて、対応する手段間で、調整すべき音量および周波数ならびにその位相を自由に選択することができ、制御の自由度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の遮音壁における能動騒音制御装置の実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明の遮音壁の基本原理を示す斜視図である。図２はシミュレーションに用いた遮音壁の側面図および遮音壁が途切れる場合の斜視図である。図３は遮音壁における二次音源分布と音圧相殺点分布を示す図である。図４はエッジ部が３つの場合の遮音壁における二次音源分布と音圧レベル相殺点分布を示す図である。図５は図２（Ａ）の斜線で示す受音点における周波数１ｋＨｚでの音圧レベル減衰分布図である。図６は二次音源と音圧相殺点を複数にした場合の図２（Ａ）の斜線で示す受音点における周波数１ｋＨｚでの音圧レベル減衰分布図である。  
【実施例１】
【００１３】
以下、詳細に説明する。本発明の遮音壁における能動騒音制御装置の基本的な構成は、図１に示すように、所定距離を置いた主音源１と受音点３との間に配置される起立状の遮音壁２に二次音源発生手段４を備えた遮音壁２おける能動騒音制御装置において、前記遮音壁２の上面および遮音壁が途切れる場合にはその縁辺面に所定幅の厚みを設け、その面の音源側エッジ部Ａに近接して下流に二次音源発生手段４のみを設置するとともに、前記面の受音点側エッジ部Ｂに近接して上流に音圧検出手段（音圧相殺点：キャンセルマイク）５のみを設置し、該音圧検出手段５による検出値に応じて前記二次音源発生手段４の音を調整するように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
以下、本発明を着想するに至った原理を説明するとともに、実施例について詳細に説明する。道路交通騒音の低減のために広く利用されている遮音壁の性能が、厚みのある遮音壁への能動的騒音制御の適用によって改善される。回折理論に基づく新しい考え方が、厚みのある遮音壁の数本のエッジ部での回折を利用した二次音源とエラーセンサー（音圧検出手段）の最適位置決定のために使われた。本研究の場合は、二つのエッジ部の場合について検討した。厚みのある遮音壁の音源側のエッジ部に騒音を相殺するための音波を放射する二次音源を設置し、受音点側のエッジ部にエラーセンサーを置くことが交通騒音の効果的な低減となることが示された。本研究は道路交通騒音の低減を念頭に置いて行われているが、他の騒音、例えば工場騒音、変圧器騒音などに対しても適用可能である。
【００１５】
本発明の遮音壁における能動騒音制御装置は、遮音壁２における上面のみでなく遮音壁２が途切れる場合、すなわち遮音壁２が終わる側端面や、図２（Ｂ）に示すように、遮音壁２、２が断続的に配置されて縦のスリット状の隙間から騒音が漏れる場合にも適用が可能である。したがって、遮音壁２が途切れる場合のその縁辺面（図２の２Ａ、２Ｂ）にも音源側エッジ部に近接して二次音源発生手段４を設置するとともに、前記面の受音点側エッジ部に近接して音圧検出手段５を設置して構成される。これらの二次音源発生手段４および音圧検出手段５は、受音点との位置関係に応じて騒音が回折する状態を考慮して、遮音壁２、２間の対向する縁辺面２Ａ、２Ｂの双方に設置してもよいし、一方に二次音源発生手段４を他方に音圧検出手段５を設置してもよい。
【００１６】
本発明では、厚みのある遮音壁を能動的騒音制御の応用の対象とする。このような遮音壁２は、図３の拡大図に示すように、主音源１側と受音点３側の２つのエッジ部を有する（エッジ部Ａ、エッジ部Ｂ）。エッジ部Ｂでの、主音源１からの音波（騒音）はエッジ部Ａで回折したものであり、エッジ部Ａは擬似的な音源（主音源の代替としての）と考えることができる。二次音源発生手段４が主音源１の位置に設定することが望ましいが、実際は道路交通騒音における主音源である自動車の位置に二次音源を配置することは考えられないように、不都合な場合が多い。本発明の場合、厚みのある遮音壁２の擬似的音源であるエッジ部Ａに二次音源発生手段４を設定することにより、その代替的効果を期待することが可能となる。本研究では回折問題に対する経験的な計算方法で予備的計算を行った。  
【００１７】
＜計算モデル＞
基本的に、２つの計算方法が必要となる。一つは厚みのある遮音壁２の背後での音場に対するものであり、もう一つは遮音壁２の上面での音場に対するものである。本研究では前者へは本発明者が以前に開発したものを用い、後者へはＲａｓｍｕｓｓｅｎによるものを用いた。Ｍ個の二次音源発生手段４をエッジ部Ａそばに配置し、Ｌ個のエラーセンサー（キャンセルマイク：音圧検出手段）５をエッジ部Ｂそばに配置した。ｌ番目のエラーセンサー出力をｅl とすると、それは主音源１が動いているときのみの出力ｄl とＭ個の二次音源発生手段４のみが動いているときの出力の重ね合わせとなる。ｍ番目の二次音源発生手段４の振幅係数をｙm とすると、１番目のエラーセンサー出力は
ｅl ＝ｄl ＋Ｃl1（ｊｗ）ｙ1 ＋Ｃl1（ｊｗ）ｙ2 ＋．．．ＣlM（ｊｗ）ｙM 
ここでＣlM（ｊｗ）はｍ番目の二次音源と、ｌ番目のエラーセンサー出力間の伝達応答係数である。
【００１８】
一般的に、本能動的騒音制御を最適に動作させるには、評価関数（Ｃｏｓｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）Ｊを極小となるようにすることが求められる。二次音源個数とエラーセンサー個数が任意の場合、エラーセンサー出力をベクトル表示したものをｅとすると、これは、
Ｊ＝ｅH ｅ
を極小とすることに相当する。最も簡単な  Ｌ＝Ｍの場合を考えると、最適な二次音源振幅係数は
ｙ0 ＝−Ｃ-1ｄ                                    
で与えられる。φoff が主音源のみの場合、φonが二次音源も働いた場合の音圧とすると、能動的騒音制御による音圧レベル減衰は
ΔＬ＝１０ｌｏｇ10（φon／φoff ）2 
となる。
【００１９】
＜幾何学的配置＞
図１は充分な延長を持つ厚みのあろ遮音壁２と主音源（Ｐｒｉｍａｒｙ  ｓｏｕｒｃｅ）１、二次音源（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｓｏｕｒｃｅ）４、音圧相殺点（Ｃａｎｃｅｌ  ｐｏｉｎｔ）またはエラーセンサー（Ｅｒｒｏｒ  ｓｅｎｓｏｒ）５および受音点（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｐｏｉｎｔ）３を示している。音圧相殺点またはエラーセンサー５の位置では、理想的に制御が行われれば音圧は極めて小さな値となる。遮音壁２の上端面上の主音源１側のエッジ部Ａ近傍に二次音源発生手段４を設置し、受音点３側のエッジ部Ｂ近傍に音庄を相殺する点５を配置したものである。
【００２０】
この配置のアイデアは、エッジ部Ａに関しては、主音源１が放射し、該音源１側のエッジ部Ａで回折して裏側へ回り込む音波を相殺する音波を二次音源発生手段４から放射させるために二次音源発生手段４をエッジ部の近傍に配置したものである。また、エッジ部Ｂに関しては、回折を生じさせる音波が入射する面の側のエッジ部Ｂ近傍での音圧を小さくし、回折する音圧を小さくするために音圧相殺点５の分布をエッジ部近傍に配置したものである。これはエッジ部Ｂ近傍を音響的にソフト（音圧を常に極めて小さくすること）にすることにより回折音が小さくなる現象によったものである。
【００２１】
本例では、二次音源発生手段４の個数として１〜３個、音圧相殺点５の個数として１〜３個の場合について厚みのある遮音壁２、すなわちエッジ部が二本の場合（ＡとＢ）の配置について検討したが、この配置はより複雑な遮音壁断面が多角形の場合（音波回折を起こすエッジ部が３本以上の場合）の特殊な場合と捉えることが出来る。この場合を図示すると、図４のようになる。
【００２２】
この場合には本研究の手法がそのまま適用可能となる。例えばエッジ部の数が三本の場合を図４に示す。破線（４Ａ、４Ｂ、４Ｃ）は二次音源分布、太い実線（５Ａ、５Ｂ）は音圧相殺点分布を表す。さらに、エッジ部の数が多い場合には、本研究では受音点３が分布を持たない簡単な場合を想定しているが、受音点が広がった場合には、二次音源発生手段４、エラーセンサー５は遮音壁２の延長方向にも配置させなければならない。二次音源発生手段４をエッジ部の近傍かつ下流側に配置し、エラーセンサー５をエッジ部の近傍かつ上流側に配置することにより、擬似音源の位置（エッジ部近傍）に二次音源発生手段４を配置することが出来るという配置の新しいアイデアは不変である。
【００２３】
＜計算結果＞
図２（Ａ）における斜線で示す受音点領域について計算を行った。遮音壁２の表面は音響的に完全吸音としている。図５は周波数１ｋＨｚでの音圧レベル減衰分布を示しており、エッジ部ＡとＢ上に１個の二次音源発生手段４と１個のエラーセンサー５を配置した場合の結果である。図２（Ａ）での遮音壁２の背後の領域では、最小個数の二次音源発生手段４、エラーセンサー５の場合でもかなり良好な減衰を示しているのがわかる。
【００２４】
このように、受音点１に最も近い遮音壁２の上面エッジ部Ｂの内側にて騒音の音圧レベルを１個のエラーセンサー５によって、正確に検出することが可能となり、主音源１と隔離できる遮音壁２の上面エッジ部Ａの内側に配設されたところの、擬似騒音源である二次音源発生手段４による音の相殺効果を向上させることが可能となった。
【００２５】
しかしながら、減衰分布は一様なものではない。これは主音源１から計算点（受音点）への経路と、二次音源発生手段４から計算点（受音点）への経路の間での干渉効果によるものである。この難点を解消するために二次音源発生手段４とエラーセンサー５の個数を各々３個に増加させた。各二次音源発生手段４、エラーセンサー５の問隔は０．１ｍｍである。この場合の結果を図６に示す。減衰分布は一様なものとなり、一般的に望ましい結果である。このモデルで特に強調しておきたいことは、二次音源発生手段４を主音源１に近く設置する必要がなく、厚みのある遮音壁のエッジ部にある擬似的音源位置に置くだけでよく、これは実用上に非常な有益な情報となる。
【００２６】
このように、二次音源発生手段４と音圧検出手段５を複数設置したことにより、前述の効果に加えて、騒音源である主音源１と受音点３との距離と、二次音源発生手段４と受音点３との距離が異なることによる音の干渉を低減させることが可能となり、騒音の減衰分布を一様にして実用上望ましくない干渉音の効果を低減させることができる上、前記複数の二次音源発生手段４におけるそれぞれの音量および発生周波数ならびにその位相を変更可能に構成して、検出された騒音音圧に応じてより精密に二次音源発生手段４における発生音を制御することが可能になり、また、前記複数の音圧検出手段５によるそれぞれの検出値に応じて、前記複数の二次音源発生手段４の音量および周波数ならびにその位相を各別に調整可能に構成して、複数の音圧検出手段５および二次音源発生手段４の設置位置に応じて、対応する手段間で、調整すべき音量および周波数ならびにその位相を自由に選択することができ、制御の自由度を向上させることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内にて、起立状の遮音壁の形状（対象となる面に所定幅を確保するために、例えば薄い遮音壁を２つ所定間隔を置いて併設してもよい。また、断面が矩形でなく、Ｔ字型の遮音壁を基本としてもよい。さらに、上面に所定幅が確保されるなら、前面や後面は台形状に傾斜させてもよい。）、形式、遮音壁におけるエッジ部の形状（直角の他、鈍角や鋭角でもよい。）、二次音源発生手段の形状、形式（スピーカの種類）および数、音圧検出手段の形状、形式（マイクロフォンの種類）および数、二次音源発生手段の音の調整形態（音量、発生周波数、その位相等）等については適宜選定することができる。なお、詳細な説明にて記載された諸元等は例示に過ぎないものであり、限定的に解釈してはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の遮音壁の基本原理を示す斜視図である。
【図２】同、シミュレーションに用いた遮音壁の側面図および遮音壁が途切れる場合の斜視図である。
【図３】同、遮音壁における二次音源分布と音圧相殺点分布を示す図である。
【図４】同、エッジ部が３つの場合の遮音壁の二次音源分布と音圧相殺点分布を示す図である。
【図５】同、受音点における周波数１ｋＨｚでの音圧レベル減衰分布図である。
【図６】同、二次音源と音圧相殺点を複数にした場合の受音点における周波数１ｋＨｚでの音圧レベル減衰分布図である。
【図７】従来のアクティブ減音装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      主音源
２      遮音壁
３      受音点
４      二次音源発生手段（スピーカ）
５      音圧検出手段（音圧相殺点：キャンセルマイク）
Ａ      エッジ部Ａ
Ｂ      エッジ部Ｂ
Ｃ      エッジ部Ｃ
【図１】
2005283971.tif 000003
【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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