JP2001067081A - アクティブ消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全方位に対して消音効果を有し、しかも、特
定音源に対してのみ消音効果を発揮することが可能なア
クティブ消音装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 アクティブ消音装置１は、特定音源と他
の音源の発する音波が重なり合っている状況下におい
て、この重なり合った音波を三次元的に配置された集音
装置３が集音し、処理装置２が、特定音源が発する音波
のみによって形成される周波数ごとの音圧レベルの音場
を抽出し、この抽出された音場の相殺音場を求め、さら
に、この相殺音場に基づいて、相殺波データを決定し、
三次元的に配置された相殺波出力装置４が相殺波信号に
基づく音波を出力することによって、特定音源の発する
音波のみを消音することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消音および騒音対
策装置に関し、特に、集音装置で測定した音波と、同一
の周波数特性を有しかつ１８０度位相の異なる逆位相波
（適宜、相殺波と略称する。）を発生させ、音波の干渉
効果によって、消音したい音波を打ち消すことにより消
音するアクティブ消音装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、航空機、電車、自動車をはじめ、
工事現場における建設機械、工場の生産装置などの様々
な音源の発する騒音が社会問題となっている。騒音対策
において、騒音源となり得る音源に対して、予め、計画
・設計段階から騒音に対する対策を立てておくことは、
騒音問題を起こしてから対策を行なうより賢明であるこ
とは勿論である。

【０００３】従来、このような騒音対策の方法として、
音源自体を防音カバーなどで覆い、音源から発生する音
を極小化する方法と、防音壁などにより音の伝搬を遮断
する方法が採用されている。しかし、これらの方法によ
っても、特定の音源に対し消音効果を発揮することがで
きない場合がある。例えば、音源が飛行中の航空機であ
る場合には、航空機を防音カバーで完全に覆うことは不
可能であり、また、上方からの騒音であるために、防音
壁を広範囲にわたり設けることは費用の面などから非現
実的である。

【０００４】そこで、どのような音源に対しても消音効
果を発揮することが可能な消音装置として、音源が発す
る音波の逆位相波（相殺波）を発生させ、音波の干渉
（相殺）効果によって消音するアクティブ消音装置が提
案されている。

【０００５】また、アクティブ消音装置は、消音の対象
となる音源の騒音が予め分かっている場合と、そうでな
い場合とで、アクティブ消音を行なう上で、技術的に大
きな差がある。つまり、前者の場合には、音源の発する
音波は既知であることから、相殺波を予め準備しておく
ことができるが、後者の場合には、音源の発する音波を
測定した上で、その音波と１８０度位相の異なる相殺波
を発生させる必要がある。このため、前者は後者より実
用化が容易であり、例えば、救急車のサイレンに対する
アクティブ消音装置が実用化されている。

【０００６】また、従来のアクティブ消音装置は、音源
からの音波の伝搬が一次元的に扱えることを前提として
いるので、上記サイレンの場合と同様に、音波を平面波
として扱える換気ダクトの場合や、騒音源を点音源と見
なせる小型エンジンなどの場合にも、実用化されてい
る。なお、本発明におけるアクティブ消音装置は、後者
の音源を対象としかつ音波が三次元的に伝搬する音源を
対象としている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、現実に伝搬
する音波は、音源自体の特性や形状、および音源の周囲
環境による伝搬方向によって、周波数特性などが変化す
る。また、音源の発する音が指向性を有する場合，伝搬
媒体となる大気中の粒子の運動が不均一な場合及び音源
が点音源と見なせない場合などには、通常、音源が生成
する音場は、三次元的に均一ではない。したがって、全
方位に対して均等に相殺波を発生させても、特定の方向
でしか音波の相殺は起こらず、消音効果に指向性が生
じ、一次元的にしか消音効果が得られないといった問題
があった。

【０００８】また、音源が複数あり、特定の音源の音の
みを消音する場合には、単に集音した音波に対する相殺
波を発生させるだけでは、消音対象の音源からの音だけ
でなく、他の音源からの音も同時に打ち消してしまうと
いった問題があった。例えば、工事現場においては、建
設機械の騒音だけでなく、鳥の鳴き声といった自然の
音、消防車のサイレンの音、作業員の呼び声などを同時
に消音してしまうといった問題があった。

【０００９】そこで、本発明は、上記問題を解決すべく
なされたものであり、全方位に対して消音効果を有し、
しかも、特定音源に対してのみ消音効果を発揮すること
が可能なアクティブ消音装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】なお、上記課題に関連する技術として、特
開平４−３４９４９８号にて開示された、騒音受波装置
の他に騒音抑圧状況検出装置を設けた騒音制御システム
が提案されている。この技術は、騒音抑圧状況検出装置
を受音点近傍に配置し、三次元空間の限定された領域に
おける騒音レベルを、極小化することができる技術であ
るものの、特定音源に対してのみ消音することはでき
ず、上記課題を解決することはできない。

【００１１】また、同じく、特開平５−３５２８０号に
て開示された、駆動信号の伝送を無線の送受信により行
なう電子消音装置が提案されている。この技術は、駆動
信号の伝送線を引き回すことなく消音することができる
技術であるものの、同様に、上記課題を解決することは
できない。

【００１２】また、同じく、特開平５−３３３８７９号
にて開示された、複数の音圧差検出手段を複数の直交軸
に配置した騒音制御装置が提案されている。この技術
は、消音効果の指向性を低減することができる技術であ
るものの、同様に、上記課題を解決することはできな
い。

【００１３】また、同じく、特開平６−１０２８８５号
にて開示された、消音したい局所的消音領域を三次元的
空間内で選択可能とした能動消音装置が提案されてい
る。この技術は、消音したい局所的消音領域の位置，個
数及び大きさを任意に選択可能とした技術であるもの
の、同様に、上記課題を解決することはできない。

【００１４】さらにまた、同じく、特許２８３７７８１
号にて開示された、干渉誤差音波の検出装置を有する能
動消音装置が提案されている。この技術は、周期性が顕
著な消音対象音波を抽出し、デジタル化された正弦波デ
ータなどを作成することにより、周期音を消音する技術
であるものの、同様に、上記課題を解決することはでき
ない。

【００１５】上述したように、いずれの関連技術によっ
ても、本発明の目的である特定音源に対してのみ消音効
果を発揮すること、具体的には、複数存在する音源のな
かで、ある任意の音源からの音のみを選択的に消音する
ことはできない。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における請求項１記載のアクティブ消音装置
は、消音対象の音源（本明細書においては、特定音源と
も称す。）が発する音波に対して、この音波と１８０度
位相の異なる相殺波を発生させ、音波の干渉効果によっ
て消音するアクティブ消音装置であって、前記特定音源
とその他の音源が発する、重なり合った音波を収集す
る、三次元的に配置された複数の集音装置と、この集音
装置が収集した音波の音波信号を入力し、前記特定音源
が発する音波による周波数ごとの音圧レベルの三次元分
布（本明細書においては、特定音源の音場とも称す。）
を算出するとともに、この特定音源の音場と１８０度位
相の異なる相殺音場を算出し、さらに、この相殺音場に
基づいて相殺波信号を出力する処理装置と、この相殺波
信号を入力し、前記相殺波を出力する、三次元的に配置
された複数の相殺波出力装置とを具備した構成としてあ
る。

【００１７】このようにすると、アクティブ消音装置
は、複数の音源からの音が重なり合っているような状況
下であっても、消音対象以外の音源からの音を消音する
ことなく、消音対象である特定音源からの音のみを消音
することができるとともに、三次元的に、全方位に対し
て消音することができる。

【００１８】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
のアクティブ消音装置において、前記特定音源が移動す
る場合に、前記相殺波出力装置を、移動しない前記集音
装置側または移動する前記特定音源側のいずれにも配置
可能とした構成としてある。

【００１９】このように、特定音源が移動する場合に、
例えば、特定音源が飛行中の航空機である場合に、相殺
波出力装置を、集音装置側（航空機以外の地上など）ま
たは特定音源側（航空機のジェットエンジン付近など）
のいずれにも配置可能とすることにより、アクティブ消
音装置は、特定音源が発する音を効率よく消音すること
ができる。

【００２０】請求項３記載の発明は、上記請求項１また
は請求項２に記載のアクティブ消音装置において、前記
処理装置は、前記音波信号をデジタル音波信号に変換す
るＡＤ変換器を含む入力装置と、このデジタル音波信号
を増幅する入力増幅装置を有する構成としてある。

【００２１】このようにすることにより、アクティブ消
音装置は、音波信号をデジタル処理することができるの
で、音波信号に対して分解能力の高い処理を行うことが
できる。

【００２２】請求項４記載の発明は、上記請求項１〜請
求項３のいずれかに記載のアクティブ消音装置におい
て、前記処理装置は、前記デジタル音波信号を入力し、
前記特定音源の音場と相殺音場を算出するデータ集積
部，この相殺音場のデータを演算処理して相殺波データ
を算出するデータ解析部及びこの相殺波データから前記
相殺波信号を算出する相殺波発生部を有する構成として
ある。

【００２３】このように、アクティブ消音装置は、デー
タ集積部，データ解析部及び相殺波発生部を有し、相殺
音場のデータをより正確に演算処理することによって、
より消音効果の優れた消音を行うことができる。

【００２４】請求項５記載の発明は、上記請求項１〜請
求項４のいずれかに記載のアクティブ消音装置におい
て、前記処理装置は、前記相殺波信号を増幅する出力増
幅装置と、この増幅された相殺波信号をアナログ相殺波
信号に変換するＤＡ変換器を含む出力装置を有する構成
としてある。

【００２５】このように、アクティブ消音装置は、デジ
タル処理された相殺波信号を増幅してからアナログ相殺
波信号に変換することにより、より正確な相殺波信号を
相殺波出力装置に出力することができる。

【００２６】請求項６記載の発明は、上記請求項１〜請
求項５のいずれかに記載のアクティブ消音装置におい
て、前記相殺波出力装置を、全方位に音波を発すること
が可能なスピーカとした構成としてある。

【００２７】これにより、アクティブ消音装置は、消音
効果に指向性が生じることを防止することができ、三次
元的に均一な消音を行うことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係るア
クティブ消音装置について、図面を参照して説明する。
先ず、本発明の実施形態に係るアクティブ消音装置の構
造および作用について説明する。図１は、本発明の実施
形態に係るアクティブ消音装置の概略構成図を示してい
る。同図において、１はアクティブ消音装置であり、騒
音を集音する集音装置３，処理装置２及び相殺波出力装
置４とで構成してある。

【００２９】集音装置３は、マイクロホンなどによって
構成してあり、騒音の三次元的な音圧レベルを測定でき
るように、三次元的に配置される。ここで、集音装置３
を三次元的に配置するには、少なくとも、四個以上の集
音装置３が必要であり、かつ、四個の集音装置３は、そ
れぞれを結ぶと三角錐を形成する位置に配置する必要が
ある。したがって、集音装置３は、ｎ（ｎ：四以上の自
然数）個設けてある。また、集音装置３は、処理装置２
と接続してあり、集音した音波信号を処理装置２に出力
する。

【００３０】図２は、本発明の実施形態に係るアクティ
ブ消音装置の処理装置の概略構成図を示している。同図
において、処理装置２は、入力装置２１，入力増幅装置
２２，データ集積部２３，データ解析部２４，相殺波発
生部２５，出力増幅装置２６及び出力装置２７とで構成
してある。

【００３１】入力装置２１は、音波信号をデジタル音波
信号に変換するＡＤ変換器などによって構成しており、
ｎ個の集音装置３に対応してｎ個設けてある。また、入
力装置２１は、入力増幅装置２２と接続してあり、デジ
タル音波信号を入力増幅装置２２へ出力する。このよう
にすることにより、処理装置２は、音波信号をデジタル
処理することができる。ここで、入力装置２１は、音波
信号のデジタル化の他に、高調波および低周波成分の除
去や、整流化なども行なうことができる。

【００３２】入力増幅装置２２は、入力装置２１および
データ集積部２３と接続してあり、入力装置２１からデ
ジタル音波信号を入力し増幅して、データ集積部２３に
出力する。このようにすることにより、処理装置２は、
デジタル音波信号に対して分解能力の高い処理を行うこ
とができる。

【００３３】データ集積部２３は、入力増幅装置２２お
よびデータ解析部２４と接続してあり、入力増幅装置２
２から入力したデジタル音波信号を収集し、消音対象と
する特定音源の音場を抽出する。具体的には、先ず、デ
ータ集積部２３は、複数の観測点における集音装置３か
らの音波信号および各集音装置３の位置情報に基づい
て、音圧レベルの三次元分布を算出する。この三次元分
布の算出は、温度分布の近似計算と同様の手法で算出す
る。ここで、音波信号は全ての周波数成分を含んでいる
ため、音場データは、四次元関数ｇ（ｘ、ｙ、ｚ、ω）
（ｘ、ｙ、ｚ、は三次元空間の直交座標、ωは音波の周
波数とする。）で近似することができる。

【００３４】次に、データ集積部２３は、算出された音
場データから、特定音源の音場と他の音源の音場を分離
する。ここで、先ず、データ集積部２３は、各周波数ご
との音圧レベルの三次元分布を、集音装置３の配置位置
を考慮して分析し、例えば、各一個の特定音源と他の音
源が離れて位置する場合には、二つの極点（適宜、ピー
クと略称する。）を特定する。また、多数の音源が存在
するときは、互いの音波の相互干渉などにより、実際の
音源数とピーク数とが一致しない場合が考えられる。こ
のような場合には、例えば、遺伝的アルゴリズムなどの
ＡＩ（人工知能）技術の手法や非線形最小自乗法などの
適切な技法を用いることにより、ピークの数（音源の
数）を特定する。

【００３５】さらに、特定した音源に対して、同様に、
遺伝的アルゴリズムなどのＡＩ（人工知能）技術の手法
や非線形最小自乗法などの適切な技法を用いることによ
り、各音源が形成する音場（各音源の成分）を特定す
る。このようにして、合成された全体の音圧レベル分布
から各音源の成分を特定し、全体の音圧レベル分布から
特定音源以外の成分を除去することにより、特定音源の
みが形成する音場を抽出することができる。ここで、デ
ータ集積部２３は、集音装置３の配置する数が多いほど
かつ分散して配置するほど、特定音源の音場を精度良く
抽出することができる。また、データ集積部２３は、音
圧レベルの三次元分布を分析するときに、例えば、風向
きや、特定音源の特性（例えば、一定方向にのみ音波を
発振する。）について考慮することによって、さらに精
度良く特定音源の音場を分離することができる。

【００３６】次に、データ集積部２３は、このように抽
出した特定音源の音場から相殺音場データを算出する。
具体的には、データ集積部２３は、特定音場を形成する
音波に対して、位相を１８０度反転させる演算処理を行
ない、１８０度位相の異なる逆位相波（相殺波）からな
る相殺音場データを算出する。また、データ集積部２３
は、算出した相殺音場データをデータ解析部２４へ出力
する。

【００３７】データ解析部２４は、データ集積部２３お
よび相殺波発生部２５と接続してあり、各相殺波出力装
置４の配置位置に基づいて、各相殺波出力装置４から出
力される音波が相殺音場を形成するように、各相殺波出
力装置４が出力する相殺波データを各周波数ごとに演算
処理によって算出する。ここで、好ましくは、演算処理
方法として、非線形最小二乗法演算を行いると良い。こ
のように、非線形最小二乗法演算を用いることによっ
て、短時間で精度良く、しかも誤差による悪影響を排除
した各相殺波データを算出することができる。また、デ
ータ解析部２４は、算出した相殺波データを相殺波発生
部２５へ出力する。

【００３８】相殺波発生部２５は、データ解析部２４お
よび出力増幅装置２６と接続してあり、データ解析部２
４から相殺波データを入力し、各相殺波出力装置４が発
する相殺波のデジタル相殺波信号を発生させる。また、
相殺波発生部２５は、デジタル相殺波信号を出力増幅装
置２６へ出力する。このように、データ集積部２３，デ
ータ解析部２４及び相殺波発生部２５は、一連のデータ
処理によって、デジタル音波信号からデジタル相殺波信
号を算出することができる。

【００３９】出力増幅装置２６は、ｍ（ｍ：四以上の自
然数）個の相殺波出力装置４に対応してｍ個設けてあ
り、また、相殺波発生部２５および各出力装置２７と接
続してあり、相殺波発生部２５からデジタル相殺波信号
を入力し増幅して、出力装置２７に出力する。ここで、
出力増幅装置２６は、デジタル信号として増幅するの
で、デジタル相殺波信号を正確に増幅することができ
る。

【００４０】出力装置２７は、アナログ相殺波データに
変換するＤＡ変換器などによって構成してあり、出力増
幅装置２６と同様にｍ個設けてある。また、出力装置２
７は、出力増幅装置２６および各相殺波出力装置４と接
続してあり、出力増幅装置２６から増幅されたデジタル
相殺波データを入力し、アナログ化した相殺波信号を相
殺波出力装置４へ出力する。ここで、出力装置２７は、
デジタル相殺波信号のアナログ化の他に、高周波成分を
ロウパスフィルターで削除するなどの処理も行うことが
できる。

【００４１】相殺波出力装置４は、全方位に音波を発す
ることが可能なスピーカからなり、出力装置２７からの
相殺波信号を入力して相殺波を出力する。また、相殺波
出力装置４は、三次元的に配置してある。このようにす
ると、相殺音場が三次元的に形成されるので、アクティ
ブ消音装置１は、消音対象とする特定音源の発する音の
みに対して全方位にわたっての消音を行なうことができ
るとともに、消音効果に指向性が生じることを防止する
ことができ、三次元的に均一な消音を行うことができ
る。

【００４２】このように、アクティブ消音装置１は、特
定音源の発する音波と他の音源の発する音波とが重なり
合っている状況下において、この重なり合った音波を集
音装置３が集音し、処理装置２が、特定音源が発する音
波のみによって形成される周波数ごとの音圧レベルの音
場を抽出し、この抽出された音場の相殺音場を求め、さ
らに、この相殺音場に基づいて、相殺波を決定し、相殺
波出力装置４が相殺波信号を入力して音波を出力するこ
とによって、特定音源の発する音波のみを消音すること
ができる。また、アクティブ消音装置１は、集音装置３
と相殺波出力装置４が三次元的に配置されることによっ
て、全方位に対して消音することができる。

【００４３】次に、アクティブ消音装置１の動作につい
て図面を参照して説明する。図３は、アクティブ消音装
置の動作を説明するための模式図であり、（ａ）は、特
定音源，他の音源及び各集音装置３の位置関係を一次元
的に示しており、（ｂ）は、特定周波数における音圧レ
ベルの一次元分布曲線を示している。なお、同図は、理
解しやすいように、一次元方向（ｘ軸方向）について図
示したものである。

【００４４】同図（ａ）において、特定音源は、ｘ軸と
ｙ軸の交点に位置しており、集音装置３は、特定音源を
挟むように、ｘ軸上の正方向と負方向にそれぞれ三個配
置してある。また、他の音源は、ｘ軸上の正方向であっ
て集音装置３よりも特定音源から離れた位置に設置して
ある。

【００４５】同図（ｂ）において、曲線ａおよび曲線ｂ
は、特定周波数における音圧レベルの一次元分布曲線を
示しており、曲線ａは、特定音源と他の音源がともに音
を発した場合であり、曲線ｂは、特定音源のみが音を発
した場合である。曲線ａのｘ軸正方向で測定された音圧
レベルは、曲線ｂの測定された音圧レベルより大きくな
っており、また、ｘ軸の負方向における曲線ａと曲線ｂ
は同一であり、特定音源からｘ軸の負方向に離れるにつ
れて距離減衰により音圧レベルは低下している。また、
曲線ｂのｘ軸の正方向と負方向で対象となっていないこ
とから、特定音源が発した音波が、例えば、風の影響な
どで、対象に伝搬していないことが分かる。なお、風の
影響などについては、測定しなくとも計算によって算出
可能である。

【００４６】ここで、曲線ａおよび曲線ｂは、処理装置
２のデータ集積部２３が各集音装置３の測定した音圧レ
ベルから、相対分布位置情報を利用した処理によって算
出したものであり、この算出について説明する。先ず、
各集音装置３は、音波を測定して、測定した音波信号を
処理装置２の入力装置２１に出力する。そして、入力装
置２１は、アナログ信号である音波信号を、デジタル音
波信号に変換し、入力増幅装置２２に出力する。また、
入力装置２１は、消音する音域に応じて、音波信号の高
周波成分や低周波成分に対してフィルタ処理を行なう。

【００４７】入力増幅装置２２は、データ処理を行なう
上で好適な電圧レベルまで、入力したデジタル音波信号
を増幅し、この増幅したデジタル音波信号をデータ集積
部２３に出力する。

【００４８】データ集積部２３は、集音装置３から入力
した個々の音波信号の差異や、特定音源と各集音装置３
との相対位置情報を利用して、音圧レベルの一次元分布
曲線を算出する。なお、データ集積部２３は、同様に、
音波の周波数毎の三次元的な音圧レベルを算出すること
ができることは勿論である。

【００４９】図４は、アクティブ消音装置の動作を説明
するための模式図であり、（ａ）は、特定音源と他の音
源が発する重なり合った音波の音圧レベルの二次元分布
図を、（ｂ）は、特定音源以外の音源の発する音波を取
り除いた音波の音圧レベルの二次元分布図を示してい
る。

【００５０】同図（ａ）において、ｘ軸とｙ軸の交点に
位置する特定音源と他の音源が発する重なり合った音波
の音圧レベル曲線を示しており、同図（ｂ）において、
他の音源が音を発しない場合における特定音源が発する
音波の音圧レベル曲線を示している。

【００５１】データ集積部２３は、重なり合った音波の
音圧レベルの非対称性を全方位について検証し、特定音
源から距離が離れるにつれて上昇するような音圧レベル
分布を特定し（同図（ａ）に示す鎖線で囲まれた部
分）、これを除去することにより、特定音源からの音波
のみによって形成される同図（ｂ）に示す音場を抽出
し、さらに、抽出した特定音源の音場と位相が１８０度
異なる相殺音場を算出する。そして、データ集積部２３
は、相殺音場に関するデータ（相殺音場データ）を、デ
ータ解析部２４に出力する。

【００５２】なお、データ集積部２３は、音場として、
同図（ａ）に示すような音圧レベルの二次元分布をｚ軸
方向および各周波数に対して算出する。また、音場を算
出するときに、集音装置３からの音波データの他に、例
えば、風向きなどの音波の伝搬に関するパラメータを考
慮して、音場を算出することによって、より精度の高い
音場を算出することができる。

【００５３】データ解析部２４は、入力した相殺音場デ
ータに基づき、特定音源位置で特定音源の音場と同じ音
圧レベルを有し、かつ、特定音源位置を中心とする三次
元的に均一な相殺音場を形成する場合に、ｍ個の相殺波
出力装置４から出力する各相殺波の相殺波データを初期
値として非線形最小二乗法による演算を行い、各相殺波
データを決定する。そして、データ解析部２４は、相殺
波データを、相殺波発生部２５に出力する。

【００５４】相殺波発生部２５は、相殺波データを入力
し、相殺波データに基づいて、各相殺波出力装置４から
出力する相殺波を発生させるデジタル相殺波信号を各出
力増幅装置２６に出力する。

【００５５】出力増幅装置２６は、入力したデジタル相
殺波信号を、有効な相殺波を発生させる上で好適な電圧
レベルまで増幅し、この増幅したデジタル相殺波信号を
出力装置２７に出力する。

【００５６】出力装置２７は、このデジタル相殺波信号
を、アナログ化した相殺波信号に変換し、相殺波出力装
置４に出力する。出力装置２７は、消音する音域に応じ
て、相殺波信号の高周波成分や低周波成分に対してフィ
ルタ処理を行う。

【００５７】各相殺波出力装置４は、相殺波信号を入力
して、相殺波を出力する。ここで、相殺波出力装置４
は、全方位に音波を発することが可能なスピーカとして
あり、三次元的に音波を出力することができるので、指
向性のない消音を行なうことができる。また、特定音源
が移動する場合には、相殺波出力装置４を、移動しない
集音装置側または移動する特定音源側のいずれにも配置
可能とすると良い。このように、例えば、特定音源が飛
行中の航空機である場合に、相殺波出力装置を、航空機
のジェットエンジン付近などに配置することにより、ア
クティブ消音装置１は、特定音源が発する音をより効果
的に消音することができる。

【００５８】次に、本実施形態に係るアクティブ消音装
置を工場建物内に設置する場合の適用例について図面を
参照して説明する。図５は、適用例に係るアクティブ消
音装置の概略配置図を示している。同図において、アク
ティブ消音装置１は、工場建物内に設置してある。ここ
で、工場建物内には騒音源である機械（特定音源）があ
り、その付近で二人の作業員（作業員Ａ及び作業員Ｂ）
が話をしているような場合を想定してある（同図におい
ては、二次元的に表現している）。また、アクティブ消
音装置１は、ｎ個の集音装置３とｍ個の相殺波発生装置
４が、特定音源近傍に三次元的に設置してある。

【００５９】図６は、特定音源と他の音源が発する重な
り合った音波の音圧レベルの二次元分布図を示してい
る。同図は、データ集積部２３が、ｎ個の集音装置３か
らの音波信号に基づいて、算出した任意の周波数成分の
音圧レベル曲線を示している。

【００６０】データ集積部２３は、この音圧レベル分布
からピークの数、すなわち存在する音源の数を決定す
る。同図においては、三つの音圧レベルのピーク（特定
音源、作業員Ａ、作業員Ｂ）を容易に決定することがで
きる。しかし、例えば、より多くの音源が存在する場合
は、互いの音源の相互干渉などにより、実際の音源数と
ピーク数とが一致しない場合が考えられる。このような
場合であっても、遺伝的アルゴリズムなどのＡＩ（人工
知能）技術の手法や非線形最小自乗法などの適切な技法
を用いると、ピークの数（音源の数）を特定することが
できる。

【００６１】また、データ集積部２３は、ピークの数を
決定した後、同様の手法により、各音源のピークの形状
（各音源が形成する音場）を特定することができる。こ
のようにして、合成された全体の音圧レベル分布から各
音源の成分を特定し、全体の音圧レベル分布から特定音
源以外の成分を除去することにより、特定音源のみが形
成する音場を抽出することができる。次に、データ集積
部２３は、こうして抽出された特定音源の音場の位相を
１８０度シフトさせて相殺音場を求め、データ解析部２
４に出力する。

【００６２】データ解析部２４においては、遺伝的アル
ゴリズムなどのＡＩ（人工知能）技術の手法、あるいは
非線形最小自乗法などの適切な技法を用いて、相殺音場
を生成するためにｍ個の相殺波発生装置４から各々出力
すべき相殺波データを算出する。例えば、非線形最小二
乗法を用いて、特定音源位置における特定音源の音場と
同じ音圧レベルを有し、かつ特定音源位置を中心とする
三次元的に対称な相殺音場を形成するために、ｍ個の相
殺波出力装置４から各々出力させるべき相殺波データを
初期値として演算を行い、各相殺波出力装置４から各々
出力させる相殺波データを算出する。他の構造，作用及
び動作については、実施形態のアクティブ消音装置１と
同様としてある。

【００６３】アクティブ消音装置１は、この処理を逐次
繰り返し行うことにより、特定音源の音場の変化にリア
ルタイムに追従し、しかも、特定音源以外の音源からの
音は消さず、特定音源からの音のみに対する全方位への
消音効果を提供することができる。このように、アクテ
ィブ消音装置１を用いることにより、作業員は大声を出
さなくとも快適に会話することが可能である。また、そ
の他の音源として、危険を知らせる警報音が鳴った場合
であっても、これが消音されないので、安全性も確保さ
れる。

【００６４】上述したように、本発明におけるアクティ
ブ消音装置は、三次元的な相殺音場を算出し、この相殺
音場に基づき消音することができたので、全ての騒音を
消音することは勿論、特定の音源に対する相殺音場を算
出し特定の騒音に対して消音することができる。

【００６５】また、アクティブ消音装置は、例えば、飛
行機の騒音だけを選択して消音することができるので、
消音中に、例えば、電話の呼出音や消防自動車のサイレ
ン音まで消音することを防止することができ、使用する
上で好適であるとともに、安全性の観点からも安心であ
る。

【００６６】また、上記のアクティブ消音装置は、騒音
対策としての消音効果の提供を目的としたが、振動対策
としても本発明の原理が利用できる。すなわち、複数の
振動測定装置によって振動振幅の三次元分布を求め、こ
の振動を相殺するために逆位相の振動を生成することに
よって、特定の振動源による振動のみを選択的に抑制す
ることができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるアク
ティブ消音装置は、複数の音源からの音が重なり合って
いるような状況下であっても、消音対象以外の音源から
の音は消すことなく、消音対象である特定音源からの音
のみを消音することができ、しかも、この消音効果は、
三次元的に全方位にわたって有効である。したがって、
このアクティブ消音装置は、例えば、工場においては、
機械の発する騒音のみを消去する（作業員の声などは消
音されない。）ので、快適かつ安全な環境を提供でき
る。また、コンサート・ホールなどにおいては、客席の
ざわめきのみに対して消音効果を発揮し、オーケストラ
の奏でる音楽をより鮮明にすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施形態に係るアクティブ消
音装置の概略構成図を示している。

【図２】図２は、本発明の実施形態に係るアクティブ消
音装置の処理装置の概略構成図を示している。

【図３】図３は、アクティブ消音装置の動作を説明する
ための模式図であり、（ａ）は、特定音源，他の音源及
び各集音装置３の位置関係を一次元的に示しており、
（ｂ）は、特定周波数における音圧レベルの一次元分布
曲線を示している。

【図４】図４は、アクティブ消音装置の動作を説明する
ための模式図であり、（ａ）は、特定音源と他の音源が
発する重なり合った音波の音圧レベルの二次元分布図
を、（ｂ）は、特定音源以外の音源の発する音波を取り
除いた音波の音圧レベルの二次元分布図を示している。

【図５】図５は、適用例に係るアクティブ消音装置の概
略配置図を示している。

【図６】図６は、特定音源と他の音源が発する重なり合
った音波の音圧レベルの二次元分布図を示している。

【符号の説明】

１ アクティブ消音装置 ２ 処理装置 ３ 集音装置 ４ 相殺波出力装置 ２１ 入力装置 ２２ 入力増幅装置 ２３ データ集積部 ２４ データ解析部 ２５ 相殺波発生部 ２６ 出力増幅装置 ２７ 出力装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消音対象の音源（以下、特定音源とい
   う。）が発する音波に対して、この音波と１８０度位相
   の異なる相殺波を発生させ、音波の干渉効果によって消
   音するアクティブ消音装置であって、 前記特定音源とその他の音源が発する、重なり合った音
   波を収集する、三次元的に配置された複数の集音装置
   と、 この集音装置が収集した音波の音波信号を入力し、前記
   特定音源が発する音波による周波数ごとの音圧レベルの
   三次元分布（以下、特定音源の音場という。）を算出す
   るとともに、この特定音源の音場と１８０度位相の異な
   る相殺音場を算出し、さらに、この相殺音場に基づいて
   相殺波信号を出力する処理装置と、 この相殺波信号を入力し、前記相殺波を出力する、三次
   元的に配置された複数の相殺波出力装置とを具備したこ
   とを特徴とするアクティブ消音装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載のアクティブ消音装
   置において、 前記特定音源が移動する場合に、前記相殺波出力装置
   を、移動しない前記集音装置側または移動する前記特定
   音源側のいずれにも配置可能としたことを特徴とするア
   クティブ消音装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２に記載のア
   クティブ消音装置において、 前記処理装置は、前記音波信号をデジタル音波信号に変
   換するＡＤ変換器を含む入力装置と、このデジタル音波
   信号を増幅する入力増幅装置を有することを特徴とする
   アクティブ消音装置。
4. 【請求項４】 上記請求項１〜請求項３のいずれかに記
   載のアクティブ消音装置において、 前記処理装置は、前記デジタル音波信号を入力し、前記
   特定音源の音場と相殺音場を算出するデータ集積部，こ
   の相殺音場のデータを演算処理して相殺波データを算出
   するデータ解析部及びこの相殺波データから前記相殺波
   信号を算出する相殺波発生部を有することを特徴とする
   アクティブ消音装置。
5. 【請求項５】 上記請求項１〜請求項４のいずれかに記
   載のアクティブ消音装置において、 前記処理装置は、前記相殺波信号を増幅する出力増幅装
   置と、この増幅された相殺波信号をアナログ相殺波信号
   に変換するＤＡ変換器を含む出力装置を有することを特
   徴とするアクティブ消音装置。
6. 【請求項６】 上記請求項１〜請求項５のいずれかに記
   載のアクティブ消音装置において、 前記相殺波出力装置を、全方位に音波を発することが可
   能なスピーカとしたことを特徴とするアクティブ消音装
   置。