戸田建設

技術研究報告第34号

ANC を用いた建設機械騒音の低減に関する実験的検討

半田 雅俊 *1 松岡
鈴木 信也 *1 柳楽
高木努 *2

小林明彦 *1
毅 *2

正明 *1

概要

従来の建設工事騒音対策として、音源を包み込むカバーやフード、あるいは障壁の設置が挙げられる。音源と受音点間に障壁を設けることで受音点での音圧レベル低減が期待できるが、障壁の遮音性能（透過損失）や回折にともなう減衰効果は高周波数帯域の音圧レベル低減に大きな効果がみられるものの、低周波数帯域においては明らかな効果がみられないのが実状である。低周波数帯域の騒音低減手法としては、マイクやスピーカなどの電気音響機器を利用し、対象とする騒音と逆位相の音を放出することで原音をキャンセル消音するアクティブ消音技術（ANC ： ActiveNoise Control）が知られており、空調ダクトなどの局所的な空間に対して実用され始めている。
本稿では、低周波数帯域にピークを有する建設機械騒音に着目し、ANC を用いた広域消音の実験結果について報告する。

An Experimental Study on Active Noise Control of Construction Machine Noise
Masaaki KOBAYASHI*1
Akihiko MATSUOKA*1
Takeshi NAGIRA*2

Masatoshi HANDA*1
Shinya SUZUKI*1
Tsutomu TAKAGI*2

In solving construction noise problem, the noise source should be dealt with by enclosing the equipment using a cover, hood orbarrier. When a sufficiently large solid screen is erected between a noise source and receiver, a finite noise reduction can be expectedon the receiving side because of the acoustic shadow, but the sound transmission loss and diffraction effect are large at high frequencies
and small at low frequencies. There is a device, which uses a microphone and speaker system in order to cancel the noise by generating
sound in antiphase, called an active noise control as noise control at low frequencies. This method has become effective for localized
spaces such as air-conditioning ducts.
In this paper, it is investigated the effect of ANC for noise generated from construction machine with a peak in the low frequency
range.

*1 戸田建設（株）技術研究所 *2 戸田建設（株）環境ソリューション部*1
Technical Research Institute, Toda Corp. *2Environment Solution Department, Toda Corp.

2

ANCを用いた建設機械騒音の低減に関する実験的検討

ANC を用いた建設機械騒音の低減に関する実験的検討

小林松岡
柳楽

１．はじめに環境省の報告 1） によれば、建設作業騒音に関する苦情件数は過去 5 年間で 1,200 件以上も増加しており、平成 18 年度においては全国で約 5,500 件に上る。また、近年、建設作業騒音の騒音苦情全体に占める割合が増加傾向にあることからも、建設工事における騒音対策はこれまで以上に重要な問題となっている。
従来の建設工事騒音対策として、遮音壁や防音シートの設置が挙げられる。しかし、透過損失や回折にともなう減衰効果は高周波数帯域の音圧レベル低減には大きな効果がみられるものの、低周波数帯域においては明らかな効果がみられないのが実状であり、その低減が課題とされている。
低周波数帯域の騒音低減手法として、スピーカ等の2 次音源より放射される逆位相の音によって原音をキャンセル消音するアクティブ消音技術（ANC：Active Noise Control）が知られている。ANC の屋外
騒音への適用については、これまでにも多くの報告がなされているが 2）、その多くは遮音壁に ANC を付加する形態や局所空間の制御について示されたものである。空間的、時間的変動が複雑な建設工事の発生音源そのものへの ANC の適用事例はみられない。
本稿では、建設機械から発生するさまざまな騒音の中から、低周波数帯域にピークを有するエンジンマフラー騒音に着目し、ANC を用いた 3 次元空間における広域消音の実験結果について報告する。

正明 *1
明彦 *1
毅 *2

半田鈴木
高木

C：消音用音源〜マイクロホンまでの伝達関数

C

^

+-

C：C の近似特性^

C

W：消音用適応制御フィルタ

W-1

^
C

LMS

図− 1

LMS：適応制御

実験に用いた ANC システムブロック図(A) 全景(B) 後方２．実験 1 −掘削機

2.1 ANC システム概要
図− 1 に本実験で用いた ANC のシステムブロック
図を示す。本実験では、放射音をとらえるためのマイクロホン（センサマイク）を設置せず、ANC による制御効果を監視するマイクロホン（エラーマイク）のみを設置するフィードバックシステムを採用した。

(C) 上方2.2 実験概要
スピーカ（2 次音源）とエラーマイクの設置状況を
図− 2 に示す。ANC では、2 次音源の能力として、消音対象の騒音と同等の音圧レベルの発生が必要である。 本 実 験 で は、2 次 音 源 ス ピ ー カ と し て、 口 径30cm（400mm × 400mm × 500mm のエンクロージャに搭載）のものを 2 個用いた。なお、スピーカおよびエラーマイクの設置はいずれも排気口近傍とした。
実験は屋外で実施し、図− 3 に示す各測定点において、掘削機稼動時に ANC を ON または OFF とした*1 戸田建設（株）技術研究所

図− 2*2 戸田建設（株）環境ソリューション部

2-

雅俊 *1
信也 *1
努 *2

 次音源スピーカおよびエラーマイク
2
設置状況（実験 1）

戸田建設（dB）
ル掘削機

ベA2B2音B

B4

エラーマイク

圧2m
B8A4レ4m

C2C4D2D4C8E290807016D8D

図− 310060E431.5

63125 250 500
中 心 周 波1k2k4k数 （Hz）APdBA

図− 4 発生騒音の周波数特性（実験 1）●：油圧負荷あり（消音 OFF）△：油圧負荷なし（消音 OFF）

E8C第34号

110A8m

技術研究報告E●：測定点

測定点（実験 1）

図− 5（B）、（C）、（D）はいずれも 2 次音源スピーカの正面に位置する測定点 B2、B4、B8 の測定結果を示したものである。いずれの場合も、消音 OFF では
63Hz 帯域に明らかなピークがみられたが、消音 ON
では 63Hz 帯域に鋭いピークはみられなくなった。
ANC による 63Hz 帯域の音圧レベル低減量はそれぞれ約 19dB、15dB、11dB であった。
図− 5（E）と（F）はいずれも 2 次音源スピーカの正面より外れた領域に位置する測定点 C8、および、E8 の測定結果をあらわしたものである。いずれの場合も、消音 OFF の状態において 63Hz 帯域にみられた明らかなピークが、消音 ON の状態ではみられなくなった。ANC による 63Hz 帯域の音圧レベル低減量はそれぞれ約 16dB、17dB であった。
ANC による 63Hz 帯域のピークの低減は、図− 5に示した以外の測定点でも生じており、実験 1 における ANC の効果は、音源（排気口）からの方向や距離によらず、広域で得られるものと考えられる。実験 1の各測定点について、消音 OFF および ON の各状態における 63Hz 帯域音圧レベルとその低減量を表− 1に示す。

場合の音圧レベルをそれぞれ測定し、ANC の効果を確認した。
また、本実験で使用したフィードバックシステムによる ANC は、放射音をとらえるためのマイクロホン（センサマイク）を設置していないため、対象騒音が変動した際の制御の遅れが問題となることも考えられる。そこで、本システムを用いた ANC について、対象騒音の音圧レベルが変動した場合の制御の追従性を確認した。
なお、各測定点は掘削機の排気口を中心とした同心円状に位置しており、測定点の高さはいずれも GL ＋2.3m とした。
2.3 実験結果
2.3.1 発生騒音実験に用いた掘削機の発生騒音について、エンジン出力 50％時のエラーマイク点での測定結果を図− 4に示す。なお、図− 4 に示した測定結果はいずれもANC を稼動させない場合、すなわち、消音 OFF 状態のものである。また、図中の記号は油圧負荷の状態をあらわし、●が負荷をかけた状態、△が負荷のない状態をあらわす。
図− 4 より、掘削機の発生騒音周波数特性は、油圧負荷のない状態では 40Hz、80Hz および 160Hz 帯域にそれぞれピークがみられる特性を有する。一方、油圧負荷をかけた状態では 63Hz 帯域のみに鋭いピークがあらわれ、建設機械周辺では、かなり耳障りな騒音が発生している状況である。

表− 163Hz 帯域における ANC の効果（実験 1）
単位：dB

音圧レベル
測定点
ANC=OFF ANC=ON
エラーマイク105.2
78.1
A291.282.8
A485.975.6
B293.774.6
B484.669.6
B882.170.7
C292.274.7
C483.370.7
C884.368.7
D289.077.2
D479.871.0
D882.467.2
E286.175.6
E484.168.8
E883.967.1

2.3.2 ANC の効果
エンジン出力を 50％にセットし、油圧負荷をかけた状態における音圧レベル測定結果を図− 5 に示す。
図中の記号は ANC の状態を表し、●と○はそれぞれ消音 OFF と ON をあらわす。
図− 5（A）より、エラーマイク点では、63Hz 帯域において、ANC による 25dB 程度の低減効果が得られており、消音 ON の状態において 63Hz 帯域に鋭いピークはみられない。

2-低減量
27.1
8.4
10.3
19.1
15.0
11.4
17.5
12.6
15.6
11.8
8.8
15.2
10.5
15.3
16.8

ANCを用いた建設機械騒音の低減に関する実験的検討(B) 測定点：B2(A) 測定点：エラーマイク

100（dB）
ベレ
圧80音

ベレ
圧音

90

70

1631.563125 250 500
中 心 周 波1k2k4k数 （Hz）

AP

125 250 500
中 心 周 波1k2k
4k
数 （Hz）APdBA

125 250 500 1k2k4k
中 心 周 波 数 （Hz）

APdBA125 250 500 1k2k4k
中 心 周 波 数 （Hz）

AP

dBA（dB）

90

ル（dB）
ル

ベレ
圧70

音

ベレ
圧
音

80

60

80
70
60
50

1631.563

125 250 500 1k2k4k
中 心 周 波 数 （Hz）

AP

dBA

16

31.5

63(F) 測定点：E8100（dB）

100

9090

ル

ル（dB）

63(D) 測定点：B8(E) 測定点：C8レ

ベ80

圧70

音

ベ31.5

10090

50

レ

60

16100

圧

70

dBA(C) 測定点：B4音

80

5060

60
5080
70
60
501690

ル

100

ル（dB）

110

31.5

63

125 250 500
中 心 周 波1k2k4k
数 （Hz）

AP

dBA

1631.563

図− 5 音圧レベル測定結果（実験 1）●：油圧負荷あり（消音 OFF）○：油圧負荷あり（消音 ON）

2.3.3 ANC の追従性
ANC を OFF または ON とした場合のそれぞれについて、油圧稼動にともなう 63Hz 帯域の音圧レベル変動結果を図− 6 に示す。なお、図− 6 はエラーマイ
ク点における測定結果を示したもので、図中の縦軸、横軸はそれぞれ音圧レベルと測定時間をあらわしている。また、ANC を OFF または ON としたいずれの場合も、測定開始 15 秒後に油圧を稼動させている。
図− 6 より、消音 OFF の場合、音圧レベルは油圧の稼動と共に急激に上昇し、0.5 秒程度で定常状態に達している。一方、消音 ON の場合、油圧稼動時に音圧レベルの上昇がみられるものの、直ちに音圧レベルの低下が生じており、定常状態には達しない。また、油圧の稼動から約 5 秒後には音圧レベルが安定し、消音 OFF の場合と比較して約 30dB の消音効果が得られている。

10090
消音 OFF80

音圧

レ

ベル（dB）

11070
油圧稼動

消音 ON

60
051015時

図− 62-間

2025（sec）

 動音に対する ANC の追従性（実験 1）
変測定点：エラーマイク／ 63Hz 帯域

30戸田建設

３．実験 2 −発電機

技術研究報告第34号(A) 全景3.1 ANC システム概要
実験 1 と同様、図− 1 に示したフィードバックシス
テムを用いた。
3.2 実験概要
スピーカ（2 次音源）とエラーマイクの設置状況を
図− 7 に示す。本実験では、2 次音源スピーカとして、口径 25cm（300mm × 300mm × 250mm のエンクロージャに搭載）のものを 1 個用いた。なお、スピーカおよびエラーマイクの設置はいずれも排気口近傍とした。
実験は屋外で実施し、図− 8 に示す各測定点において、発電機稼動時に ANC を ON または OFF とした
場合の音圧レベルをそれぞれ測定し、ANC の効果を確認した。
なお、各測定点は発電機の排気口を中心とした同心円状に位置しており、測定点の高さはいずれも GL ＋2.0m とした。

(B) 上方3.3 実験結果
3.3.1 発生騒音実験に用いた発電機の発生騒音について、排気口近傍（機側 50cm）での測定結果を図− 9 に示す。なお、
図− 9 に示した測定結果はいずれも消音 OFF 状態のものである。また、図中の記号は油圧負荷の状態をあらわし、●が負荷をかけた状態、△が負荷のない状態をあらわす。
図− 9 より、発電機の発生騒音周波数特性は、油圧負荷の有無にかかわらず 50Hz 帯域のみに鋭いピークがあらわれる。

図− 7

 次音源スピーカおよびエラーマイク
2
設置状況（実験 2）
A発電機
エラーマイク4m
2m1m
B

3.3.2 ANC の効果
油圧負荷をかけない状態での音圧レベル測定結果を
図− 10 に示す。図中の記号は ANC の状態をあらわし、△と▲はそれぞれ消音 OFF と ON をあらわす。
図− 10（A）はエラーマイク点における測定結果である。消音 OFF では 50Hz 帯域に明らかなピークが生じているものの、消音 ON では鋭いピークがみられず、ANC による 17dB 程度の低減効果が確認された。
図− 10（B）〜（D）はそれぞれ測定点 B4、D4、および、E4 における測定結果である。いずれの測定点においても、消音 OFF では 50Hz 帯域に明らかなピークが生じている。消音 ON では、測定点 D4、E4において 50Hz 帯域に鋭いピークがみられなくなり、ANC による音圧レベルの低減効果が確認された。
50Hz 帯域の音圧レベル低減量は測定点 D4、E4 においてそれぞれ約 13dB、11dB であった。一方、測定点
B4 では、50Hz 帯域における低減効果が小さく、消音ON においても 50Hz 帯域にピークが生じている。
実験 2 の各測定点について、消音 OFF および ONの各状態における 50Hz 帯域音圧レベルとその低減量を表− 2 に示す。表− 2 より、実験 2 の全測定点において ANC の効果が得られたものの、その効果は音源（排気口）からの方向や距離によって変化することが示された。

B4B2F1B1C1D1C2D2C4F2F4F

E1E2E4C5.6

D4CE5.6

●：測定点

D

図− 8E

測定点（実験 2）90

音圧レ

ベル（dB）

100807060
50
1631.563125 250 500
中 心 周 波1k2k4k数 （Hz）

AP

図− 9 発生騒音の周波数特性（実験 2）●：油圧負荷あり（消音 OFF）△：油圧負荷なし（消音 OFF）

2-dBAANCを用いた建設機械騒音の低減に関する実験的検討

表− 2４．まとめ

50Hz 帯域における ANC の効果（実験 2）低周波数帯域にピークを有する建設機械発生騒音に対し、ANC を用いて 3 次元空間における広域消音を検討した結果、低周波数騒音の音源であるマフラー近傍に 2 次音源スピーカを配することで、低周波数帯域における音圧レベルの低減が広範囲で確認された。従来の騒音対策手法である防音壁の透過損失や障壁等の回折にともなう減衰効果が中・高周波数帯域の騒音低減に大きな効果がみられることから、ANC と従来の対策を組み合わせることにより、広帯域での騒音低減効果が期待される。ただし、ANC による低減効果は2 次音源スピーカやエラーマイクの配置などに多大な影響を受けるため、今後は、ANC の効果を最大限に発揮するための 2 次音源スピーカやエラーマイクの設置方法について検討し、より実用的なシステムの構築を進める予定である。

単位：dB

音圧レベル
測定点
ANC=OFF ANC=ON
エラーマイク90.873.9
B185.681.6
B280.677.4
B479.477
C184.475.3C279.6
72.5
C476.970C5.6
77.3
72.2
D18469.5
D280.6
66.7
D479.1
65.9
E1
85.2
71.9
E282.770.2
E478.7
67.5
E5.6
75.2
64.1
F1
85.2
73.6
F2
80.3
69.5
F477.2
68.3

低減量
16.9
4.0
3.2
2.4
9.1
7.1
6.9
5.1
14.5
13.9
13.2
13.3
12.5
11.2
11.1
11.6
10.8
8.9

謝辞

本実験を進めるにあたり多大な協力をいただいた、
TOA 株式会社の阿部眞一氏、および、株式会社レン
タルのニッケンの関係者各位に深く感謝いたします。
【参考文献】

1） 環境省，平成 18 年度騒音規制法施工状況調査について，
2007．
2） 例えば，大西慶三，西村正治，アクティブノイズコン
トロールによる道路交通騒音対策の実情，騒音制御，
23 巻 6 号，153 − 159，1999．

(A) 測定点：エラーマイク(B) 測定点：B490（dB）
ベレ
圧70音

ベレ
圧音

8060

1631.563

125 250 500 1k
2k
4k
中 心 周 波 数 （Hz）

AP

63

125 250 500 1k
2k
4k
中 心 周 波 数 （Hz）

AP

dBA

125 250 500

APdBA(D) 測定点：E4（dB）

（dB）

31.5

9080

80

ル

ル

レ

ベ70

圧60音

ベレ

50

1690

圧60

dBA

(C) 測定点：D4音

70405050401680

ル

90

ル（dB）

100

31.5

63

125 250 500 1k
2k
4k
中 心 周 波 数 （Hz）

AP70605040

dBA

1631.5631k2k

中 心 周 波 数 （Hz）

図− 10 音圧レベル測定結果（実験 2）△：油圧負荷なし（消音 OFF）▲：油圧負荷なし（消音 ON）

2-4k