JP2004021243A - 回折音能動制御用スピーカエンクロージャ及びスピーカ - Google Patents

Abstract

【目的】騒音源が高速で移動したり騒音源までの距離や位置が変動するような場合であっても、固定音源のときと同様な効果の得られる回折音能動制御用スピーカエンクロージャに関するものである。また、スリット状のスピーカ音放射口から出力される出力特性が、音圧、位相特性ともに広帯域にわたって平坦となる特性の得られる回折音能動制御用スピーカに関するものである。
【構成】回折音能動制御スピーカにおいて、天板の騒音源側エッジにより騒音源が見通せず影となる位置に騒音検出用マイクロホンを設け、前記騒音源が見通せず影となるエリアを天板の上方左右両サイドから挟み込む位置に仕切り板を設けたことを特徴とするスピーカエンクロージャ。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、走行する自動車から発生される騒音など、騒音源が高速で移動したり騒音源までの距離が近かったり遠かったりするような場合であっても、固定音源のときと同様な効果の得られる回折音能動制御用スピーカエンクロージャに関するものである。また、スリット状のスピーカ音放射口から出力される出力特性が、音圧、位相特性ともに広帯域にわたって平坦となる特性の得られる回折音能動制御用スピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、遮音壁などの上端近傍に、騒音源からの音波と逆位相、同音圧の音波を放射するスピーカを配し、遮音壁などを回折する騒音と、スピーカ音とを音波干渉させ、騒音の伝搬を抑制する装置やシステムが考案されている。たとえば、特開平７−２３４６８９、特開平９−５４５９３などがある。
これまでは、たとえば図６に示すようなスピーカエンクロージャが使用されていた。すなわち、前面上端にスリット状のスピーカ音放射口が設けられ、天板をへの字に折り曲げたような形状にして後方上部の一部を切り欠き、焦点に騒音検出用マイクロホンの取り付けられたパラボラ反射板が設置されている。パラボラ反射板の向きは主たる騒音発生源の方向へ向けられている。
このように構成された従来の回折音能動制御スピーカは、騒音検出用マイクロホンとスピーカ音放射口およびスピーカ振動板とスピーカ音放射口との光学的な距離関係は等距離であり、騒音とスピーカ音の音波の伝搬距離の違いや周波数特性に依存する位相遅延の差、ルートの違いによる温度差や風速などによって影響を受ける諸性状の差など、音波干渉による効果の劣化につながる不要な誤差の発生を排除するような構成となっている。
【０００３】
回折音能動制御スピーカにおいて、音波干渉による消音を効率よく行うためには、通過する騒音に含まれる周波数成分に対して伝送系の振幅・位相特性および回折音能動制御スピーカの振幅・位相特性に見合った補正を施し、系全体で精度の高い調整を行う必要がある。精度を高めるために任意の周波数帯域を細かに分割し、分割された帯域を代表する中心周波数の信号を固定音源スピーカから出力し、この信号による音のエネルギーが回折音能動制御スピーカ後背で十分な低減効果の得られるように、分割されたすべての帯域について調整する。
ここで用いられる振幅・位相調整回路は、振幅波状特性と位相波状特性のそれぞれと補完関係にある２組の振幅・位相調整回路を組み合わせ平坦特性としたものであり、バンドパスフィルタで切り出された信号が持つすべての周波数に対して振幅・位相補正をできるようにしたものである。（特開平８−２３７０５６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した従来の回折音能動制御スピーカは次のような欠点があった。
１　騒音発生源と騒音検出用マイクロホンとの距離の遠近の違いによって、回折音能動制御スピーカ後背での騒音の低減効果に差がでる。
２　騒音発生源の位置とパラボラ反射板の指向特性の方向が一致するかしない　　かで、回折音能動制御スピーカ後背での騒音の低減効果に差がでる。
３　騒音発生源の広がりが大きくなり遮音壁上に回折音能動制御スピーカを多数並べると、回折音能動制御スピーカ後背での騒音の低減効果が劣化する。
４　騒音発生源の騒音レベルが大きくなると、回折音能動制御スピーカから出力される高域での音の歪みが目立つようになる。
本発明が解決しようとする課題は、上述のように、騒音発生源の距離や位置、騒音レベルの大きさ、広がりの大きさ、騒音源が高速で動く場合など、実用に供したときに生ずる使用条件の多様な変化に対して、機能の信頼性が損なわれることのない実用的な回折音能動制御スピーカを得る点にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る回折音能動制御用スピーカエンクロージャは、天板上面の騒音源側エッジで騒音源が見通せず影となる位置に騒音検出用マイクロホンを設け、さらに、騒音源が見通せず影となるエリアを天板の上方左右両サイドから挟み込む位置に仕切り板を設けたものである。騒音検出用のマイクロホンはパラボラ反射板の焦点に取り付けられ、天板上面の騒音源側エッジ全体を新たな発音源のようにして回折する騒音の平均的な音情報を高確度で収集する。仕切り板は、左側板および右側板の上端をそれぞれ天板上面より突き出させたような形で、側板と一体であっても別体であってもよい。突出部分の上端の形状は、側板の下端と平行であっても傾斜していても、また円板の一部など任意の形状でよい。一般に、回折音能動制御スピーカは遮音壁上端に多数並べて用いられることになるが、左右隣り合う仕切り板の一方は省略してもよい。
【０００６】
また、バッフル板の前方に前板を取り付け、該前板と天板の接合部にスリット状の開口を設けることによって、スピーカ音放射口側の天板上面エッジを新たな発音源のようにして回折し二次元的に拡散する音を、音波干渉によって騒音のエネルギーを波長の短い高い周波数の音まで広い周波数帯域にわたって効率よく低減できるようになる。
【０００７】
本発明に係る回折音能動制御用スピーカは、スピーカ振動板からスリット開口に至る天板と前板、および左側板と右側板で挟まれた空間に音道がスリットと平行な位相等化器を挿入するものである。スピーカ振動板を側面から見た断面の形状は平面または逆ドーム型の湾曲面などの任意の形状でよいが、スピーカ振動板と位相等化器との対向する面の間隔は僅少とし、スピーカ振動板とスリット開口間を結ぶ位相等化器に設けられる音圧伝播用の音道は、各音道内を伝播する音圧がスリット開口で合成されたときに位相乱れの生じない特性が得られる関係となるように構成する。大きな振動板を用いながら振動板面の各点からスリット状に絞られる開口に至る距離の差を小さくして、ほぼ一様な音圧と位相を高音域まで効率よく輻射することができる。
【０００８】
【作用】
音波の空間伝搬性状を定性的にホイヘンスの提案した等位相波面の空間内の移動として考え得るとすれば、波面上のすべての点はそれぞれ瞬間的に新たな点音源として球面波をつくり、それぞれの球面波の包絡面が次の新たな波面となる。これに従えば、騒音発生源から回折音能動制御スピーカ方向へ伝搬された音波は、回折音能動制御スピーカエンクロージャの騒音源側の天板エッジにぶつかり、このエッジを新たな発音源として球面波をつくり、後背に回り込み伝搬する。エッジの騒音源側前方で発生する音は、どのような位置で発生し、あるいはどのような状態で発生された音でも、一たんエッジにぶつかるとエッジを新たな発音源として後背へ拡散する。このように、回折音能動制御スピーカ後背へ回り込む音の伝搬性状を整え、主たる集音部位を騒音源側エッジとする反射板の焦点にマイクロホンを設置して、エッジを回折する騒音の音情報密度を高めて収集する。天板の上方左右両サイドに設けられた仕切り板は、騒音発生源に広がりがあり斜め方向から騒音が入射される場合であっても、１つの回折音能動制御スピーカの受け持つ守備範囲を集音用反射板の主たる集音部位となる騒音源側の天板エッジだけに特定するためのものである。
本発明による回折音能動制御用スピーカエンクロージャによれば、エッジを回折して後方へ伝搬する騒音を特定することで、干渉によって制御しようとする騒音に含まれる特性に見合った精度の高い逆位相波をスピーカより送出することが可能となり、後背部において騒音レベルを効率よく低減することができる。
【０００９】
騒音発生源から回折音能動制御スピーカ方向へ伝搬された音波は、回折音能動制御用スピーカエンクロージャの騒音源側の天板エッジで回折し、さらに、スピーカ音放射口側の天板エッジで回折しあるいはエッジ近傍を直進して伝搬する。これらの天板エッジ近傍を通過する音波に対して、スピーカ音放射口からは通過音にタイミングを合わせて通過音と逆位相の音が放射され、双方の音波は互いに干渉し合い、音の波動としてのエネルギーを消耗する。
音波干渉によって波動のエネルギーを効率よく低減させるためには、干渉面において干渉させようとする双方の音波の波面の伝播方向が一致する方向で合流させる必要がある。低い周波数の音は波長が長いため、干渉面で求められる精度はそう厳しいものとはならないが、周波数が高くなるにしたがって双方の音波が干渉し合うときの態様は厳密さが要求される。ここでの取り組みを怠ると、局部的な音波干渉はありえても音波の波動としてのエネルギーを低減することができないということにもなりかねない。
本発明による回折音能動制御用スピーカエンクロージャは、スピーカ音放射口をスリット状に絞り込んだ開口とすることによって、回折エッジと音波放射口との距離を接近させて波面の伝播方向の誤差を小さくしているため、干渉によって制御し得る周波数帯域を高域まで広げることができる。
【００１０】
回折音能動制御用スピーカのスリット開口からは、音圧、位相特性ともに平坦な出力特性が得られることが望ましい。しかし、音波放射口をスリット状にすることはスピーカの放射面側におおいを設けることであり、スピーカ音はキャビティ固有の特性が強く出て出力特性に急峻な山谷が生じたり、スリット開口からは高域の周波数になるにしたがって出力音圧レベルが低下してしまうという問題が生ずる。また、狭い空間内では反射板を利用するなど音を波動と見なして扱うことにも無理がある。そこで、スピーカの振動板は、軽量かつ音波伝播特性上で十分な剛性を有する材料を用い、振動板のピストン運動の状態で、振動板の中心付近の振動と振動板の周辺付近で生ずる振動の差が大きくならないような形状とし、また、この運動がスピーカ振動板面とスリット開口間の空気層を通過する間に、振動板の中心付近と振動板の周辺付近とがスリット開口に達するまでの距離の差などで誤差が大きく生じないようにする必要がある。
本発明による回折音能動制御用スピーカは、狭い空間内での音を空気の圧縮と希薄の振動伝播として取り扱うもので、スピーカ振動板とスリット開口間に音圧伝播用の音道を設けた位相等化器を挿入しているため、スリット開口からはスピーカ振動板の音圧振動に忠実で、かつ高い音圧レベルの出力が得られる。
【００１１】
【実施例】
実施例１
本発明による、回折音能動抑制用スピーカエンクロージャを、図１に基づいて説明する。図１は実施例１のものの構造および作用を示す斜視図である。
スピーカ１の取り付けられたバッフル板２は、天板３、左側板４、右側板５、底板６、後板７で囲われ、天板３の上面にクッション８を介してウインドスクリーン２２付のパラボラ反射板９が設置され、主たる集音部位をエッジ１０とするパラボラ反射板９の焦点にマイクロホン１１が取り付けられている。天板３はエッジ１０よりエッジ１２が低くなるように傾斜し、騒音源１３はエッジ１０より下方の位置となるようにしてある。１４は左仕切り板、１５は右仕切り板である。
騒音源１３から放射され直進しエッジ１０にぶつかった騒音は、エッジ１０で回折し、回折した騒音の一部はウインドスクリーン２２を通過し、パラボラ反射板９の反射面で反射され焦点に取り付けられたマイクロホン１１に入力される。信号がマイクロホン１１に入力されると、スピーカ１からは入力された信号の騒音と逆位相の騒音が瞬時に出力される。マイクロホン１１へ入力された騒音と等位相の騒音がエッジ１２へ到達する距離と、スピーカ１から放射された逆位相の騒音がエッジ１２近傍へ到達する距離とは等距離に設定されているため、エッジ１２近傍で双方の音波はタイミングよく合流し、互いに干渉し合う。
騒音源１３から放射されエッジ１０で回折される騒音以外の他の部所から回り込む騒音は、左右の仕切り板１４および１５で遮られるため指向性を有するパラボラ反射板９の焦点に取り付けられたマイクロホン１１へは入りにくい。
【００１２】
実施例２
図２に基づいて実施例２を説明する。図２は、本発明による実施例２を示す斜視図であり、図１と共通の部分は、同一符号を付してある。
１６は後仕切り板である。
天板３は、左側板４、右側板５、後板７の上縁に接合され、左右仕切り板１４、１５および後仕切り板１６は天板３の上面外周部に沿ってコ形に取り付けられている。パラボラ反射板９は、主たる集音部位を後仕切り板１６の上端エッジ１０の方向へ傾斜させて設置する。
【００１３】
実施例３
図３に基づいて実施例３を説明する。図３は、本発明による実施例３を示す斜視図であり、図１と共通の部分は、同一符号を付してある。
１７は前板、１８はスリット開口である。
バッフル板２の前方に前板１７を取り付け、前板１７と天板３の接合部にスリット開口１８を設ける。バッフル板２には、スピーカ１の振動板面の方向がスリット開口１８の方向となるように、あらかじめ傾斜を与えておく。
スリット開口１８からはエッジ１２を回折する騒音と、位相が逆でその他の特性が同じ特性を有する音波が放射される。
【００１４】
実施例４
図４に基づいて実施例４を説明する。図４は、本発明による実施例４の作用を示す断面図であり、図１〜図３と共通の部分は、同一符号を付してある。
１９はスピーカ振動板、２０は位相等化器である。
スピーカ振動板１９の前方、天板３と前板１７、および左側板４と右側板５で挟まれた空間に位相等化器２０を挿入する。スピーカ振動板１９の断面は逆ドーム型で、スピーカ振動板１９と位相等化器２０との対向する面およびスピーカ振動板１９とスリット開口１８間には、スリット開口１８から出力されるスピーカ音が広い周波数帯域にわたって出力音圧、位相特性ともに平坦な特性の得られるような音圧伝播用の空隙を設ける。
【００１５】
実施例５
図５に基づいて実施例５を説明する。図５は、本発明による実施例５の作用を示す断面図であり、図１〜図４と共通の部分は、同一符号を付してある。
２１は壁面である。
実施例５は、空気流通路内に用いたもので、騒音源１３がエッジ１０より上方の位置にある場合である。天板３はパラボラ反射板９を収納できるスペースを確保するためのくぼみが設けられ、気流の乱れの生じないようにウインドスクリーン２２を張り平坦にしてある。エッジ１０近傍を通過し、エッジ１２近傍を通過しようとする音波に対して、スピーカ１からは通過音と逆位相の音が放射される。左右の仕切り板１４および１５はそれぞれ内側または外側に傾斜したり、上側が開放されていてもよい。また、表面に反射防止用グラスウールなどの張られた壁面２１を設け、干渉面の大きさを制限する構造であってもよい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の回折音能動制御用スピーカエンクロージャによれば、回路やシステムの調整段階で用いられる人為的なスピーカ音ばかりでなく、様々な自然騒音に対してもその伝搬エネルギーを効率よく低減することができる。したがって、回折音能動制御スピーカの性能や信頼性は飛躍的に向上し、実用性が高まる。
本発明による回折音能動制御用スピーカを用いると、音圧、位相の平坦な出力が得られるため、調整作業が簡素化され、性能の向上にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構造および作用を示す斜視図である。
【図２】実施例２を示す斜視図である。
【図３】実施例３を示す斜視図である。
【図４】実施例４の作用を示す断面図である。
【図５】実施例５の作用を示す断面図である。
【図６】従来の回折音能動制御スピーカを示す斜視図である。
【符号の説明】
１　　スピーカ
２　　バッフル板
３　　天板
４　　左側板
５　　右側板
６　　底板
７　　後板
８　　クッション
９　　パラボラ反射板
１０，１２　エッジ
１１　マイクロホン
１３　騒音源
１４　左仕切り板
１５　右仕切り板
１６　後仕切り板
１７　前板
１８　スリット開口
１９　スピーカ振動板
２０　位相等化器
２１　壁面
２２　ウインドスクリーン

Claims (3)

1. スピーカの取り付けられたバッフル板を、天板、左側板、右側板、底板、後板で囲い、天板上面近傍に騒音検出用マイクロホンの設けられた回折音能動制御スピーカにおいて、天板の騒音源側エッジにより騒音源が見通せず影となる位置に騒音検出用マイクロホンを設け、前記騒音源が見通せず影となるエリアを天板の上方左右両サイドから挟み込む位置に仕切り板を設けたことを特徴とするスピーカエンクロージャ。
2. バッフル板の前方に前板を取り付け、該前板と天板の接合部にスリット状の開口を設けたことを特徴とする請求項１記載のスピーカエンクロージャ。
3. スピーカ振動板とスリット開口間の空間に、音道がスリットと平行な位相等化器を挿入したことを特徴とする回折音能動制御用スピーカ。

Images