JP2005315071A - 遮音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高域は勿論、低域にわたって広い周波数範囲で、自動車道路２からの騒音を減音する。
【解決手段】 遮音壁５の上部に、本発明の遮音装置１を配置する。複数の中空の箱状の支持体２１が自動車道路２に沿って遮音壁５の上部に隣接して配列される。支持体２１の上部には上向きに一対のスピーカ１１が設けられ、支持体２１の上部の自動車道路に臨む側部には、マイクロホン８が設けられる。スピーカ１１に関して自動車道路とは反対側にのみ、板状遮音部材１９が配置される。自動車道路２からの騒音はマイクロホン８によって検出され、スピーカ１１の近傍でその前方における騒音の回折領域３２で、低域の長い波長を有する音とスピーカからの逆位相の音とが接触し、低域の音の減音が確実になる。自動車道路２からの騒音およびスピーカ１１からの音が民家側に伝播することを防ぐ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車が走行する道路および鉄道車両が走行する軌道などのような車両が走行する通路である騒音源からの音波を、通路の側方にある民家に伝播しないように遮音するために実施される遮音装置を備える遮音壁装置に関する。

自動車道路から発生される騒音の周波数帯域は比較的広く、特に低域寄りの周波数帯域の騒音は、道路沿いの民家などの環境を悪化させる。先行技術では、このような低域寄りの周波数帯域から高域までの騒音を遮断することが不充分である。

本発明の目的は、広い周波数帯域にわたる騒音を遮断することができるようにした遮音装置を備える遮音壁装置を提供することである。

本発明は、（ａ）騒音源に臨んで設けられ、中空の箱である支持体２１と、
（ｂ）支持体２１の上部に、上方に臨んで配置されるスピーカ１１ａ，１１ｂであって、スピーカ１１ａ，１１ｂの音を発生する第１指向方向２９が上方であり、支持体２１に収納されるスピーカ１１ａ，１１ｂと、
（ｃ）支持体２１の上部に立設され、騒音源とは反対側に配置され、前記第１指向方向２９に沿ってスピーカ１１ａ，１１ｂよりも下流側に延びる遮音部材３１と、
（ｄ）音を検出する第２指向方向３６が騒音源に臨むマイクロホン８と、
（ｅ）騒音源側に突出して延び、マイクロホン８の上方を覆うカバー３８と、
（ｆ）マイクロホン８の出力に応答し、スピーカ１１ａ，１１ｂによって、騒音源からの音に対して位相がずれた音を出力して、スピーカ１１ａ，１１ｂの前方で騒音源側に拡がった回折領域３２で、遮音する位相制御装置３９とを含むことを特徴とする遮音装置である。

また本発明は、位相制御装置３９は、各支持体２１に収納され、
各位相制御装置３９に電力を供給する電源回路５３は、端部支持体５１内に収納されることを特徴とする。

また本発明は、遮音装置１による遮音周波数帯域は、３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚであることを特徴とする。

また本発明は、位相制御装置３９は、（ａ）マイクロホン８の出力を打消すべき振動の周波数帯域で濾波するフィルタ回路６２と、
（ｂ）フィルタ回路６２の入出力間の位相変化を調整してずらし、スピーカ１１ａ，１１ｂによる振動を出力する位相可変回路６５であって、
フィルタ回路６２に並列に接続される第１アクティブ・オール・パス回路φ１と、
フィルタ回路６２の出力が与えられる第２アクティブ・オール・パス回路φ２と含み、
第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２はそれぞれ、
演算増幅器２Ｄ，１Ｄと、
一方の端子が演算増幅器２Ｄ，１Ｄの一方の入力端子に接続される抵抗Ｒ９，Ｒ１４と、
一方の端子が演算増幅器２Ｄ，１Ｄの他方の入力端子に接続され、他方の端子が前記抵抗Ｒ９，Ｒ１４の他方の端子に共通に接続される可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４と、
演算増幅器２Ｄ，１Ｄの前記他方の入力端子に接続される積分用コンデンサＣ５，Ｃ７とを有することを特徴とする。

本発明に従えば、マイクロホンによって検出された騒音源からの音波の振幅は、電気信号に変換されて位相制御装置に与えられ、この位相制御装置は、スピーカからの音波が、騒音源からのカバー３８で回折した音波を打ち消すように、スピーカを駆動する。こうして騒音源からの音が減音されて、いわゆるアクティブ・ノイズ・コントロール（略称ＡＮＣ）が達成される。

スピーカに関して騒音源とは反対側（たとえば民家側）に遮音部材が配置される。遮音部材は、騒音源からの音波によって振動することがない剛性の板などであってもよい。この遮音部材は、騒音源からの音がスピーカに関して騒音源とは反対側に伝播することを防いで遮音する働きをする。遮音部材は、スピーカから発生される音の指向方向２９に沿ってスピーカよりも下流側（たとえば図３の上方）に延び、すなわちスピーカが配置された位置から前方に延び、騒音源からの音がスピーカの前方を横切って民家などの遮音されるべき静かな場所に伝播することを抑制する。遮音部材は、スピーカから発生される音が民家側に伝播することも抑制する。こうして遮音部材によって、自動車道路などの騒音源からの音およびスピーカからの音が、民家などに伝播することが抑制される。

この遮音部材は、スピーカに関して騒音源とは反対側にのみ配置され、スピーカよりも騒音源側には配置されていない。したがってスピーカからの音は、騒音源側に広く伝播する。そのためスピーカが配置された位置およびその位置よりも騒音源寄りでは、騒音源からの音の伝播中におけるスピーカからの音波との接触時間を長くすることができる。したがって騒音に含まれる低い周波数寄りの音は、スピーカからの音に比較的長い時間接触することができるので、特に低域の周波数帯域であって比較的長い波長を有する音であっても、多数の波長が相互に接触し合い、スピーカからの音によって、騒音が大きな減衰率で、低下されることが可能になる。すなわち騒音源からの音の回折領域３２において、低域の騒音の振幅が、スピーカからの逆位相の音によって小さくなって減音される。また比較的短い波長を有する高域の騒音も、スピーカからの逆位相の音によって容易に減音される。こうして広い周波数帯域にわたる騒音を、回折領域で打ち消して減音することができるようになる。騒音源からの音は、スピーカが配置された回折領域で、ホイヘンスの原理に従って回折し、たとえば自動車道路からの騒音が民家に伝播されることになるが、本発明は、この騒音の回折を抑制する。

マイクロホンは、音およびその他の振動を検出する構成を有すればよく、スピーカは音などの振動を出力する構成を有すればよい。遮音部材は、板状以外の構成を有してもよい。

遮音装置は、自動車道路または鉄道車両の軌道の側方に立設された遮音壁の上部に設けられてもよく、その他の通路の側方に設けられた遮音壁の上部に設けられてもよく、あるいはまた屋内で複数の会議場を仕切るパーティションと呼ばれる衝立の上部に設けられ、隣接する会議場相互間の騒音の伝播を防ぐことができる。本発明の遮音装置は、さらにその他の分野で、広範囲に実施することができる。

マイクロホンは、スピーカの音を出力する指向方向２９に沿ってスピーカと同一または後方に配置され、
マイクロホンの音を検出する指向方向３６は、スピーカの前記指向方向２９とは９０度以上の角度θ１を有する。

騒音源からの音を受波するマイクロホンは、スピーカの音の伝播する第１指向方向２９に沿って同一位置またはスピーカよりも後方に配置され、しかもそのマイクロホンの第２指向方向３６は、スピーカの音が伝播する方向である第１指向方向２９とは、角度θ１（図３参照）を有し、この角度θ１は９０度以上に設定されるので、スピーカからの音がマイクロホンによって検出されてハウリングを生じることがない。これによってスピーカの出力を大きくし、騒音の民家側への回折伝播を確実に抑制することができるようになる。

中空の箱状の複数の各支持体に、スピーカとマイクロホンを設け、これらの各支持体を、騒音源の長手方向に沿って、たとえば自動車道路の自動車の走行方向に沿って、または鉄道車両の軌道が敷設された方向に沿って、隣接して配列される。こうして希望する長さにわたり、騒音が民家側に伝播することを防ぐことができる。

マイクロホンには、その上方にカバー３８が設けられてカバーがひさしの働きを果たし、これによってスピーカからの音がマイクロホンに検出されて正帰還することがなく、ハウリングの防止がさらに一層確実になる。また本件遮音装置が野外に設けられている構成において、雨滴、塵埃がマイクロホンに浸入することが防がれ、長期間にわたる使用が可能である。

支持体には、一対のスピーカが設けられ、これらの一対のスピーカ毎に１つのマイクロホンを設ける。マイクロホンは、一対の複数のスピーカが配列された配列範囲の配列方向に沿うほぼ中央位置に設けられ、これによって複数の各スピーカに共通な騒音源からの音を検出することができ、複数の各スピーカからの各音による位相反転した音の発生を行って、騒音の抑制を、容易に行うことができるようになる。

騒音源からの音の本発明による減音周波数帯域は、たとえば図１０に示されるように３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚであり、特に本発明では、３００〜７００Ｈｚの低域の騒音をも１０ｄＢ以上の大きな減衰量で減音することができることが確認された。本件発明者の実験によれば、騒音の減音による減衰量は３ｄＢでは不充分であり、４ｄＢよりも大きい絶対値で減音されることによって、減音効果が好ましく確認され、特に本発明によって１０ｄＢよりも大きい絶対値で減音されることによって、民家側などの騒音が抑制される場所において、低騒音の良好な環境が得られることが確認された。

また本発明は、（ａ）遮音壁５であって、
（ａ１）車両が走行する通路２の側部に、通路２の長手方向に沿って予め定める一定の間隔をあけて鉛直に立設され、ウエブ１７の両端部に一対のフランジ１８が形成されて構成される支柱１５，１６と、
（ａ２）支柱１５，１６間で、両端部がフランジ１８に挟持される遮音壁部材１９とを有する遮音壁５と、
（ｂ）遮音壁部材１９上に設けられる遮音装置１であって、
（ｂ１）騒音源に臨んで設けられ、中空の箱である支持体２１と、
（ｂ２）支持体２１の上部に、上方に臨んで配置されるスピーカ１１ａ，１１ｂであって、スピーカ１１ａ，１１ｂ１の音を発生する第１指向方向２９が上方であり、支持体２１に収納されるスピーカ１１ａ，１１ｂと、
（ｂ３）支持体２１の上部に立設され、騒音源とは反対側に配置され、前記第１指向方向２９に沿ってスピーカ１１ａ，１１ｂよりも下流側に延びる遮音部材３１と、
（ｂ４）音を検出する第２指向方向３６が騒音源に臨むマイクロホン８と、
（ｂ５）騒音源側に突出して延び、マイクロホン８の上方を覆うカバー３８と、
（ｂ６）マイクロホン８の出力に応答し、スピーカ１１ａ，１１ｂによって、騒音源からの音に対して位相がずれた音を出力して、スピーカ１１ａ，１１ｂの前方で騒音源側に拡がった回折領域３２で、遮音する位相制御装置３９とを有する遮音装置１とを含むことを特徴とする遮音装置を備える遮音壁装置である。

本発明によれば、騒音の高域だけでなく、低域にわたって広い範囲の周波数帯域で、騒音源からの騒音を、能動的に打ち消して減音することが可能になる。

図１は、本発明の実施の一形態の遮音装置１の全体の構成を示す簡略化した断面図である。自動車道路２からの騒音が、民家３側である静かにされるべき場所４に伝播することを抑制するために、道路２の側方には、道路２に沿って遮音壁５が立設される。この遮音壁５の上部には、本発明に従う遮音装置１が設けられる。遮音装置１は、マイクロホン８によって検出した騒音を、その騒音の回折する回折領域３２付近でスピーカ１１によって逆位相の音を発生し、道路２からの騒音が回折して民家３側の場所４に伝播する音１３を抑制して減音する。

図２は、遮音壁５の分解斜視図である。道路２の長手方向に沿って予め定める一定の間隔、たとえば２ｍをあけて支柱１５，１６が鉛直に立設される。これらの支柱１５，１６はＨ形鋼などによって構成され、一方の支柱１５は、ウエブ１７の両端部に一対のフランジ１８が形成されて構成され、他方の支柱１６もまた同様な構成を有する。これらの支柱１５，１６間には、フランジ１８に両端部が挟持された複数の遮音壁部材１９が、上下に隣接して積み重ねられる。最上部の遮音壁部材１９上には、本発明の遮音装置１の後述の端部支持体５１，５２が支柱１５，１６のフランジ１８に挟まれて取付けられる。遮音装置１では、複数の支持体２１が、道路２の長手方向に沿って隣接して配列される。

図３は遮音装置１の支持体２１の側方から見た一部切欠き断面図であり、図４は支持体２１の平面図であり、図５は支持体２１の道路２から見た正面図である。これらの図面を参照して、支持体２１は、その全体の外形が直方体状であって中空の箱であり、道路２側の正面板２２と民家３側の背面板２３と左右の両側板２４，２５と上板２６と底板２７とを含む。支持体２１の上部である上板２６には、上方に臨んで一対のスピーカ１１ａ，１１ｂが、道路２の長手方向（図３の紙面に垂直方向、図４および図５の左右方向）に間隔をあけて隣接して配置される。参照符１１ａ，１１ｂを、総括的に参照符１１で示すことがある。これらのスピーカ１１ａ，１１ｂの音を発生する指向方向２９は、鉛直上方である。

支持体２１の上部には、板状の遮音部材３１が立設される。遮音部材３１は、スピーカ１１に関して騒音源である道路２とは反対側に配置される。この遮音部材３１は、スピーカ１１から発生される音の指向方向２９に沿ってスピーカ１１よりも下流側（図３および図５の上方）に延びる。このスピーカ１１から発生される音は、騒音１２の回折領域３２でほぼ逆位相の音が与えられて能動的に減音され、これによって民家３側の場所４に音１３が伝播することを抑制する。

支持体２１の上部で両側部には、遮音部材３１を支持して補強する三角形の板状の補強片３３が設けられる。

支持体２１の上部付近には、騒音源である道路２に臨んでマイクロホン８が設けられる。このマイクロホン８は、スピーカ１１の音を出力する指向方向２９に沿ってスピーカ１１と図３および図５に明らかに示されるように同一位置に配置され、本発明の実施の他の形態では、マイクロホン８はスピーカ１１の指向方向２９後方（図３および図５の下方）に配置されてもよい。マイクロホン８は、支持体２１の一対のスピーカ１１ａ，１１ｂが配列された配列範囲３５の配列方向（図５の左右方向）に沿うほぼ中央位置に配置される。マイクロホン８の音を検出する指向方向３６は、スピーカ１１の指向方向２９とは、図３に示されるように角度θ１を有し、たとえばこの実施の形態ではθ１＝９０度である。本発明の実施のさらに他の形態では、角度θ１は、９０度を超える角度であってもよく（９０度≦θ１）、９０度未満であってもよい。

支持体２１の上部で、マイクロホン８の上方を覆うカバー３８が固定される。このカバー３８は、上板２６に固定される。カバー３８は、マイクロホン８よりも騒音源である道路２側、すなわち前方に突出して延びる。カバー３８によって、野外におけるマイクロホン８が風雨から保護されるとともに、スピーカ１１の出力音がマイクロホン８に入り込んでハウリングが生じることを抑制することができる。

マイクロホン８は、たとえば静電容量形であってもよく、スピーカ１１はたとえばムービングコイルによって中空円錐台状の振動体であるコーンが振動される構成を有していてもよい。マイクロホン８およびスピーカ１１はその他の構成を有していてもよい。支持体２１内の中空の空間には、マイクロホン８からの検出出力に応答してスピーカ１１を位相制御する位相制御装置３９が収納される。

図６は、支持体２１の簡略化した側面図である。この支持体２１の下部には、取付具４１が装着され、支柱１５，１６間に挟持された最上部の遮音壁部材１９の傾斜した支持面４２に円接触する傾斜した支持面４３が設けられる。これによって、端部支持体５１，５２が支柱１５，１６の道路２側のフランジ１８の内面に当接して支持体２１は正確に位置決めされて取付けられる。

図７は、回折領域３２で道路２からの騒音１２が減音される原理を説明するための簡略化した断面図である。スピーカ１１からは音４５が発生され、回折領域３２では道路２からの騒音１２が減音される。遮音部材３１は、道路２からの騒音１２が民家３の場所４に伝播することを防ぐとともに、スピーカ１１からの音４５が場所４に伝播することを防ぐ。道路２からの音のうち、特に低域周波数の波長の長い音４６は、遮音部材３１よりも道路２側に拡がった回折領域３２で干渉し、減音される。こうして低域周波数の騒音４６が、遮音部材３１よりも道路２側の回折領域３２でスピーカ１１からの音４５と干渉することによって、その低域周波数の音４６がスピーカ１１からの音４５と接触する時間を長くすることができ、減音効果が大きく向上される。道路２からの騒音１２のうち、低域周波数の音４６よりも高い周波数を有する比較的短い波長を有する音は、回折領域３２が比較的狭いが、スピーカ１１からの音４５と干渉するおよそ半波長分、存在し、したがってそのような高い周波数の騒音の低減効果は、回折領域３２において充分に達成される。

図８は支柱１５，１６間に配置された複数の支持体２１を備える遮音装置１の簡略化した平面図であり、図９は複数の支持体２１が隣接して配置された遮音装置１の道路２から見た簡略化した正面図である。支持体２１の上部は、遮音部材３１の背後で、支柱１５，１６間に延びる連結部材４８によって連結される。こうして配列された支持体２１の両側方では、端部支持体５１，５２が、連結部材４８の端部に固定される。端部支持体５１内には、各支持体２１毎の位相制御装置３９のための電源回路５３が収納される。外部からの電力線は、コンジット５４から電源回路５３に与えられ、この電源回路５３からの電力は、各位相制御装置３９に供給される。

スピーカ１１の上方で補強片３３の上端面には、スピーカ１１が雨滴、塵埃によって破損することを防ぐために耐候性に優れたフィルム５５が、図７および図８の斜線を施して示されるように、張設される。フィルム５５は、たとえばテフロン（商品名）などから成る薄いシートであってもよい。フィルム５５に代えて、多数の透孔が穿設された金属製パンチングメタルなどが用いられてもよい。フィルム５５はまた、小石などがスピーカ１１に衝突することを防いでスピーカ１１を保護する。

スピーカ１１の口径はたとえば５０ｍｍφである。支持体２１の寸法は、図４および図５を参照して、その一例として、表１のとおりである。

図１０は、本件発明者の実験結果を示す。図１〜図９に示される遮音装置１によれば、約３００Ｈｚ〜約２．５ｋＨｚの広い周波数帯域において道路２の騒音１２が約１０ｄＢおよびそれ以上に減衰されることが確認された。特に約３００〜約７００Ｈｚの低域周波数における騒音低減効果は、民家３の場所４における騒音の低減による環境の向上が著しい。

図１１は、位相制御装置３９の全体の構成を簡略化して示す電気回路図である。コネクタ５７に接続されたマイクロホン８からの出力はライン５８から前置増幅回路５９に与えられて増幅され、その増幅出力はライン６１からローパスフィルタ６２に与えられる。ライン６１の出力は、マイクロホン８のライン５８を介する出力を反転した信号波形を有する。図１１の＋，−は位相を示す。前置増幅回路５９は、演算増幅回路１Ａと抵抗Ｒ１〜Ｒ４とコンデンサＣ１とを含む。前置増幅回路５９の増幅度Ａ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ２であり、たとえば２８倍であり、この前置増幅回路５９は、非反転増幅器である。

ライン６３には、バイアス回路６４からの直流バイアス電圧が与えられる。バイアス回路６４は、演算増幅回路２Ｃと抵抗Ｒ１１，Ｒ１２とコンデンサＣＲ８とを含む。

ローパスフィルタ６２は、マイクロホン８によって検出された騒音１２を、打ち消すべき音の周波数帯域で濾波する。ローパスフィルタ６２の周波数特性は、図２０（１）に示されるとおり、騒音１２の周波数帯域の信号を通過して濾波する。反転増幅回路８１は、増幅度１倍であり、したがってローパスフィルタ６２と反転増幅回路８１とが後述の混合回路７２で適量合成されることによって、このローパスフィルタ６２と反転増幅回路８１との合成回路の周波数特性は、図２０（２）に示されるように、ローパスフィルタ６２の遮断周波数ｆｃ以上の周波数帯域の利得を１倍とする働きを有する。位相可変回路６５は、ローパスフィルタ６２の入力ライン６１と混合回路７２の出力ライン７３との間の位相を変化調整してスピーカ１１を駆動する音波信号を出力する。

位相可変回路６５は、第１アクティブ・オール・パス回路φ１と、第２アクティブ・オール・パス回路φ２とを含む。第１アクティブ・オール・パス回路φ１は、ライン６１からライン６７を介する信号が与えられ、その出力はライン６８を介して混合回路７２に与えられる。ローパスフィルタ６２の中間段からの出力は、ライン６９から第２アクティブ・オール・パス回路φ２に与えられ、その出力はライン７１から混合回路７２に与えられる。混合回路７２の出力はライン７３から増幅回路７４に与えられる。

増幅回路７４の出力は、ライン７５からコネクタ５７を介して、直列接続された２つのスピーカ１１ａ，１１ｂに与えられる。

図１２は、ローパスフィルタ６２と反転増幅回路８１と第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２との具体的な構成を示す電気回路図である。ローパスフィルタ６２は、マイクロホン８から前置増幅器５９を介してライン６１に与えられる信号は、抵抗Ｒ５を介して演算増幅器１Ｂの反転入力端子に与えられ、その演算増幅器１Ｂの反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ２とが並列に接続され、この演算増幅器１Ｂの出力は、ライン６９を介して第２アクティブ・オール・パス回路φ２に与えられる。演算増幅器１Ｂの出力はまた、抵抗Ｒ８を介して演算増幅器１Ｃの非反転入力端子に与えられ、この演算増幅器１Ｃの反転入力端子と出力端子との間にはコンデンサＣ３が接続され、反転入力端子とライン６３との間に抵抗Ｒ２２が接続される。演算増幅器１Ｃの出力端子と演算増幅器１Ｂの反転入力端子との間には抵抗Ｒ７が接続される。演算増幅器１Ｂの出力端子はライン７６に接続され、図１３に示されるように抵抗Ｒ１３を介して混合回路７２に与えられる。

ライン６１の信号はまた、反転増幅回路８１において、抵抗Ｒ１５を介して演算増幅器２Ａの反転入力端子に与えられる。演算増幅器２Ａの反転入力端子と出力端子との間には抵抗Ｒ１６が接続される。この演算増幅器２Ａの出力は、ライン７３を介して図１３の抵抗Ｒ１７から混合回路７２に与えられる。抵抗値は同一の参照符で表すとき、Ｒ５＝Ｒ８＝Ｒ１５＝Ｒ１６であり、たとえば１０ｋΩであり、Ｃ２＝Ｃ３であり、たとえば１０×１０^４ｐＦ（＝０．１μＦ）である。ローパスフィルタ６２の遮断周波数ｆｃは、式１で表される。

たとえばｆｃ＝２６０Ｈｚであってもよい。ローパスフィルタ６２のＱは、式２で表される。

第１アクティブ・オール・パス回路φ１は、演算増幅器２Ｄと抵抗Ｒ９と可変抵抗ＶＲ２と積分用コンデンサＣ５とを含み、さらに抵抗Ｒ１０と可変抵抗ＶＲ３とを含む。抵抗Ｒ９の一方の端子は、演算増幅器２Ｄの一方の入力端子１３に接続される。可変抵抗ＶＲ２の一方の端子は、演算増幅器２Ｄの他方の入力端子１２に接続される。可変抵抗ＶＲ２の他方の端子は、前記抵抗Ｒ９の他方の端子に共通に接続され、ライン６７に接続される。演算増幅器２Ｄの前記他方の入力端子１２には、バイアス電圧が与えられるライン６３との間に積分用コンデンサＣ５が接続される。可変抵抗ＶＲ２の抵抗を変化することによって、高域周波数における位相の変化を、利得を変化することなく、調整することができる。ライン６１，６７の信号はまた、抵抗Ｒ９を経て演算増幅器２Ｄの反転入力端子に与えられるとともに、可変抵抗ＶＲ２を経て非反転入力端子に与えられ、この非反転入力端子は、コンデンサＣ５を介してライン６３に接続される。演算増幅器２Ｄの非反転入力端子と出力端子との間には抵抗Ｒ１０が接続され、その出力端子の出力は、利得を変化する可変抵抗ＶＲ３を介してライン６８に導出され、図１３のライン７３に与えられる。たとえば抵抗Ｒ９＝Ｒ１０＝１０ｋΩであってもよく、可変抵抗ＶＲ２は、たとえば０〜１０ｋΩの範囲で抵抗を変化することができる。コンデンサＣ５は、たとえば１０×１０^４ｐＦであってもよい。

第１アクティブ・オール・パス回路φ１による位相の変化量φは、式３で示される。
φ＝−２ｔａｎ^−１（ω・Ｒ・Ｃ５） …（３）

式３のωは、ライン６７から与えられる信号の角周波数であり（ω＝２πｆ）、式３のＲは、可変抵抗ＶＲ２の抵抗値である。たとえば周波数ｆ＝５００Ｈｚである場合、可変抵抗ＶＲ２を０〜１０ｋΩに変化するとき、式３のφは、０〜−１４５度にわたって、変化される。

第２アクティブ・オール・パス回路φ２は、前述の第１アクティブ・オール・パス回路φ１の構成に類似し、演算増幅器１Ｄと抵抗Ｒ１４と可変抵抗ＶＲ４と積分用コンデンサＣ７とを含む。抵抗Ｒ１４の一方の端子は、演算増幅器１Ｄの一方の入力端子１３に接続される。可変抵抗ＶＲ４の一方の端子は、演算増幅器１Ｄの他方の入力端子１２に接続される。可変抵抗ＶＲ４の他方の端子は、前記抵抗Ｒ１４の他方の端子に共通に接続され、ローパスフィルタ６２の中間段からの信号が与えられるライン６９に共通に接続される。ライン６９を介するローパスフィルタ６２の演算増幅器１Ｂの出力端子からの信号は、抵抗Ｒ１４を経て演算増幅器１Ｄの反転入力端子に与えられるとともに、可変抵抗ＶＲ４を経て非反転入力端子に与えられる。この非反転入力端子は、コンデンサＣ７を介してライン６３に接続される。演算増幅器１Ｄの反転入力端子と出力端子との間には抵抗Ｒ２１が接続される。この演算増幅器１Ｄの出力端子は、ライン７１から図１３の可変抵抗ＶＲ５を経て混合回路７２に与えられる。たとえばＲ１４＝Ｒ２１＝１０ｋΩであり、Ｃ７＝１０×１０^−４Ｆであり、ＶＲ４は０〜１０ｋΩの範囲で抵抗を変化することができる。

図１３は、混合回路７２の具体的な電気的構成を示す電気回路図である。混合回路７２の演算増幅器２Ｂの一方の反転入力端子６には、ローパスフィルタ６２の出力がライン７６および抵抗Ｒ１３を介して与えられ、また反転増幅回路８１の出力がライン７３から抵抗Ｒ１７を介して与えられ、さらに第２アクティブ・オール・パス回路φ２の出力がライン７１から可変抵抗ＶＲ５を介して与えられる。こうして混合回路７２は、ローパスフィルタ６２と反転増幅回路８１と位相変化のための第２アクティブ・オール・パス回路φ２の各出力を、適量合成して加算する働きをはたす。さらに演算増幅器２Ｂから抵抗Ｒ１９を介する出力と、位相変化のための第１アクティブ・オール・パス回路φ１から可変抵抗ＶＲ３（前述の図１２参照）を介する出力とが合成されて加算される。反転増幅器２Ｂの反転入力端子６に与えられる信号と第１アクティブ・オール・パス回路φ１から可変抵抗ＶＲ３を経てライン６８から与えられる信号とは、マイクロホン８の出力に関して位相が１８０度異なり、したがってライン７３で反転増幅器２８の出力端子７からの信号とライン６８の信号との位相が揃えられて、混合されることになる。すなわち演算増幅器２Ｂの他方の非反転入力端子には、バイアス回路６４のライン６３が接続される。演算増幅器２Ｂには、抵抗Ｒ１８が接続される。この演算増幅器２Ｂの出力は、抵抗Ｒ１９を経てライン７３に与えられ、このライン７３には、第１アクティブ・オール・パス回路φ１のライン６８を介する出力が与えられる。

図１４は、増幅回路７４の具体的な電気的構成を示す電気回路図である。ライン７３からの信号は、可変抵抗ＶＲ１からカップリングコンデンサＣＲ１を経て増幅回路本体７８に与えられる。増幅回路本体７８の出力はカップリングコンデンサＣＲ３からライン７５を介して前述のようにコネクタ５７を経てスピーカ１１ａ，１１ｂに与えられる。増幅回路本体７８に関連してコンデンサＣＲ２，ＣＲ４が接続される。

図１５〜図１９は、図１１〜図１４に示される位相制御装置３９の本件発明者の実験による周波数特性を示す図である。表２は、図１５〜図１９の各実験結果における第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２に備えられる可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４を、その最大抵抗に対する割合でそれぞれ設定した状態を対応して示す。

図１５（１）は位相制御装置３９の位相変化量を示すグラフであり、図１５（２）は位相制御装置３９の利得の周波数特性を示すグラフである。第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２の可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４を、たとえばその最大抵抗の２０％および６０％にそれぞれ設定したとき、希望する低域の位相変化量が得られる。

図１６（１）は位相制御装置３９の位相変化量を示すグラフであり、図１６（２）は位相制御装置３９の利得の周波数特性を示すグラフである。第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２の可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４を、零にそれぞれ設定したとき、希望する低域の位相変化量が得られる。

図１７（１）は位相制御装置３９の位相変化量を示すグラフであり、図１７（２）は位相制御装置３９の利得の周波数特性を示すグラフである。第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２の可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４を、たとえばその最大抵抗の１００％および０％にそれぞれ設定したとき、希望する低域の位相変化量が得られる。図１７（１）に示されるように、第１アクティブ・オール・パス回路φ１の可変抵抗ＶＲ２を変化調整することによって、高い周波数帯域で位相変化量を大きくすることができる。

図１８（１）は位相制御装置３９の位相変化量を示すグラフであり、図１８（２）は位相制御装置３９の利得の周波数特性を示すグラフである。第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２の可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４を、たとえばその最大抵抗の０％および１００％にそれぞれ設定したとき、希望する低域の位相変化量が得られる。図１８（１）に示されるように、第２アクティブ・オール・パス回路φ２の可変抵抗ＶＲ４を変化して調整することによって、低い周波数帯域で大きな位相変化量を得ることができることが判る。

図１９（１）は位相制御装置３９の位相変化量を示すグラフであり、図１９（２）は位相制御装置３９の利得の周波数特性を示すグラフである。第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２の可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４を、たとえばその最大抵抗にそれぞれ設定したとき、希望する低域の位相変化量が得られる。

ローパスフィルタ６２に代えて、バンドパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびその他のフィルタであってもよい。

本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１）振動を検出する検出手段の出力に応答して、振動を発生する振動発生手段を駆動し、振動を打消す位相制御装置において、振動検出手段の出力を打消すべき振動の周波数帯域で濾波するフィルタ回路６２と、フィルタ回路の入出力間の位相を変化調整してずらし、振動発生手段による振動を出力する位相可変回路６５と、フィルタ回路の出力と位相可変回路の出力とを混合して導出する混合回路７２とを含むことを特徴とする位相制御装置。

騒音を能動的に打ち消して遮音するために、従来から、マイクロホンによって騒音を検出し、スピーカから、その検出された騒音の逆位相の音を発生し、騒音源からの音が回折する領域に向けて発生し、民家側などの静かに保たれるべき場所への騒音の回折伝播することを防ぐ。先行技術では、マイクロホンによって検出された信号を、最適な位相だけずらしてスピーカから出力することができず、ずらすべき位相は固定的であり、また位相を変化したとき、利得もまた変化してしまい、そのため能動的な騒音低減のためには位相制御が重要であるにもかかわらず、充分な騒音低減効果を達成することができない。

この問題を解決するために、マイクロホンなどの振動を検出する振動検出手段の出力が位相制御装置に与えられ、これによってスピーカなどの振動を発生する振動発生手段が駆動され、この振動検出手段によって検出される振動と振動発生手段によって発生される振動との各位相のずれを、正確に変化調整する。フィルタ回路の出力と位相可変回路の出力とは混合回路で混合され、スピーカなどの振動発生手段が駆動される。これによって振動検出手段によって検出される騒音などの振動を、能動的に、大きく減音することができるようになる。本件発明者によれば、このような能動的な減音のためには、振動発生手段から発生される振幅よりも、位相を正確に調整することの方が、はるかに重要であることが確認された。

フィルタ回路は、たとえばローパスフィルタによって実現され、振動検出手段の出力を、打ち消すべき振動の周波数帯域、たとえばその一例として３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚで通過させて濾波する。このフィルタ回路に関連して位相可変回路が設けられ、この位相可変回路によってフィルタ回路の入出力間の位相を連続的に変化調整してずらすことが可能であり、こうして能動的に、騒音などの振動を、振動発生手段からの音波などの振動によって打ち消すことが効果的に可能になる。

フィルタ回路と位相可変回路とが組合されて、マイクロホンなどの振動検出手段からの出力の位相を連続的にずらして変化調整し、スピーカなどの振動発生手段を駆動することができるようになる。これによって騒音などの振動の低減を確実に行うことができるようになる。このような騒音などの振動の低減のためには、振動発生手段による振動の振幅よりもむしろ、その振動の位相を調整することが、振動の低減のために重要であることが、本件発明者の実験によって確認された。本発明によれば、このような騒音などの振動の大きな低減が、初めて可能になる。

位相可変回路は複数、たとえば２つの第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２がフィルタ回路に関連して接続され、利得を変化することなく、位相だけを連続的に変化調整することができる。

フィルタ回路は、ローパスフィルタであってもよいが、その他の種類のフィルタ、たとえばバンドパスフィルタ、ハイパスフィルタなどであってもよい。これらの第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２は、積分用コンデンサを備える位相遅れ回路によって実現することができ、本発明の実施の他の形態では、位相進み回路によって実現することもまた、可能である。これらのアクティブ・オール・パス回路φ１，φ２は、1次または２次、さらにはそれ以上の次数の回路によって実現されてもよい。

振動検出手段は、前述のようにマイクロホンによって実現されてもよいが、その他の振動を検出する構成によって実現されてもよく、または加速度を検出するセンサによって実現されてもよい。振動発生手段は、前述のようにスピーカによって実現されてもよいが、その他油圧または電動のアクチュエータなどによって実現されてもよく、その他の構成によって実現されてもよい。

（２）位相可変回路は、フィルタ回路に並列に接続される第１アクティブ・オール・パス回路φ１と、フィルタ回路の出力が与えられる第２アクティブ・オール・パス回路φ２とを含むことを特徴とする位相制御装置。

（３）フィルタ回路は、打消すべき振動周波数を濾波するローパスフィルタであり、第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２は、位相遅れ回路を有することを特徴とする位相制御装置。

（４）第１および第２アクティブ・オール・パス回路は、演算増幅器２Ｄ，１Ｄと、一方の端子が演算増幅器の一方の入力端子に接続される抵抗Ｒ９，Ｒ１４と、一方の端子が演算増幅器の他方の入力端子に接続され、他方の端子が前記抵抗の他方の端子に共通に接続される可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４と、演算増幅器の前記他方の入力端子に接続される積分用コンデンサＣ５，Ｃ７とを有することを特徴とする位相制御装置。

（５）また本発明の実施の一形態では、複数の支持体を含み、
各支持体は、外形が直方体状であり、
支持体の上部付近で騒音源に臨んでマイクロホンが設けられ、
支持体の上部で上方に臨んでスピーカが設けられ、
各支持体は、騒音源の長手方向に沿って隣接して配列されることを特徴とする。

（６）また本発明の実施の一形態では、支持体の上部で、マイクロホンの上方を覆って騒音源側に突出するカバー３８が設けられることを特徴とする。

（７）また本発明の実施の一形態では、スピーカは、支持体の上部に、騒音源の長手方向に沿って複数個、配列され、
マイクロホンは、各支持体のスピーカが配列された配列範囲の配列方向に沿うほぼ中央位置に配置されることを特徴とする。

本発明の実施の一形態の遮音装置１の全体の構成を示す簡略化した断面図である。 遮音壁５の分解斜視図である。 遮音装置１の支持体２１の側方から見た一部切欠き断面図である。 支持体２１の平面図である。 支持体２１の道路２から見た正面図である。 支持体２１の簡略化した側面図である。 回折領域３２で道路２からの騒音１２が減音される原理を説明するための簡略化した断面図である。 支柱１５，１６間に配置された複数の支持体２１を備える遮音装置１の簡略化した平面図である。 複数の支持体２１が隣接して配置された遮音装置１の道路２から見た簡略化した正面図である。 本件発明者の実験結果を示すグラフである。 位相制御装置３９の全体の構成を簡略化して示す電気回路図である。 ローパスフィルタ６２と反転増幅回路８１と第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２との具体的な構成を示す電気回路図である。 混合回路７２の具体的な電気的構成を示す電気回路図である。 増幅回路７４の具体的な電気的構成を示す電気回路図である。 図１１〜図１４に示される位相制御装置３９の本件発明者の実験による周波数特性を示す図である。 図１１〜図１４に示される位相制御装置３９の本件発明者の実験による周波数特性を示す図である。 図１１〜図１４に示される位相制御装置３９の本件発明者の実験による周波数特性を示す図である。 図１１〜図１４に示される位相制御装置３９の本件発明者の実験による周波数特性を示す図である。 図１１〜図１４に示される位相制御装置３９の本件発明者の実験による周波数特性を示す図である。 ローパスフィルタ６２と反転増幅回路８１の周波数特性を説明するための図である。

符号の説明

１ 遮音装置
２ 自動車道路
３ 民家
５ 遮音壁
６ 遮音装置
８ マイクロホン
１１ スピーカ
１５，１６ 支柱
１７ ウエブ
１８ フランジ
１９ 遮音壁部材
２１ 支持体
３１ 遮音部材
３２ 回折領域
３３ 補強片
３８ カバー
３９ 位相制御装置
４１ 取付具
４２，４３ 支持面
４８ 連結部材
５１，５２ 端部支持体
５３ 電源回路
５４ コンジット
５５ フィルム
５７ コネクタ
５９ 前置増幅回路
６２ ローパスフィルタ
６４ バイアス回路
６５ 位相可変回路
７２ 混合回路
７４ 増幅回路
７８ 増幅回路本体
８１ 反転増幅回路
φ１ 第１アクティブ・オール・パス回路
φ２ 第２アクティブ・オール・パス回路

Claims (5)

1. （ａ）騒音源に臨んで設けられ、中空の箱である支持体２１と、
   （ｂ）支持体２１の上部に、上方に臨んで配置されるスピーカ１１ａ，１１ｂであって、スピーカ１１ａ，１１ｂの音を発生する第１指向方向２９が上方であり、支持体２１に収納されるスピーカ１１ａ，１１ｂと、
   （ｃ）支持体２１の上部に立設され、騒音源とは反対側に配置され、前記第１指向方向２９に沿ってスピーカ１１ａ，１１ｂよりも下流側に延びる遮音部材３１と、
   （ｄ）音を検出する第２指向方向３６が騒音源に臨むマイクロホン８と、
   （ｅ）騒音源側に突出して延び、マイクロホン８の上方を覆うカバー３８と、
   （ｆ）マイクロホン８の出力に応答し、スピーカ１１ａ，１１ｂによって、騒音源からの音に対して位相がずれた音を出力して、スピーカ１１ａ，１１ｂの前方で騒音源側に拡がった回折領域３２で、遮音する位相制御装置３９とを含むことを特徴とする遮音装置。
2. 位相制御装置３９は、各支持体２１に収納され、
   各位相制御装置３９に電力を供給する電源回路５３は、端部支持体５１内に収納されることを特徴とする請求項１記載の遮音装置。
3. 遮音装置１による遮音周波数帯域は、３００Ｈｚ〜２．５ｋＨｚであることを特徴とする請求項１または２記載の遮音装置。
4. 位相制御装置３９は、（ａ）マイクロホン８の出力を打消すべき振動の周波数帯域で濾波するフィルタ回路６２と、
   （ｂ）フィルタ回路６２の入出力間の位相変化を調整してずらし、スピーカ１１ａ，１１ｂによる振動を出力する位相可変回路６５であって、
   フィルタ回路６２に並列に接続される第１アクティブ・オール・パス回路φ１と、
   フィルタ回路６２の出力が与えられる第２アクティブ・オール・パス回路φ２と含み、
   第１および第２アクティブ・オール・パス回路φ１，φ２はそれぞれ、
   演算増幅器２Ｄ，１Ｄと、
   一方の端子が演算増幅器２Ｄ，１Ｄの一方の入力端子に接続される抵抗Ｒ９，Ｒ１４と、
   一方の端子が演算増幅器２Ｄ，１Ｄの他方の入力端子に接続され、他方の端子が前記抵抗Ｒ９，Ｒ１４の他方の端子に共通に接続される可変抵抗ＶＲ２，ＶＲ４と、
   演算増幅器２Ｄ，１Ｄの前記他方の入力端子に接続される積分用コンデンサＣ５，Ｃ７とを有することを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の遮音装置。
5. （ａ）遮音壁５であって、
   （ａ１）車両が走行する通路２の側部に、通路２の長手方向に沿って予め定める一定の間隔をあけて鉛直に立設され、ウエブ１７の両端部に一対のフランジ１８が形成されて構成される支柱１５，１６と、
   （ａ２）支柱１５，１６間で、両端部がフランジ１８に挟持される遮音壁部材１９とを有する遮音壁５と、
   （ｂ）遮音壁部材１９上に設けられる遮音装置１であって、
   （ｂ１）騒音源に臨んで設けられ、中空の箱である支持体２１と、
   （ｂ２）支持体２１の上部に、上方に臨んで配置されるスピーカ１１ａ，１１ｂであって、スピーカ１１ａ，１１ｂ１の音を発生する第１指向方向２９が上方であり、支持体２１に収納されるスピーカ１１ａ，１１ｂと、
   （ｂ３）支持体２１の上部に立設され、騒音源とは反対側に配置され、前記第１指向方向２９に沿ってスピーカ１１ａ，１１ｂよりも下流側に延びる遮音部材３１と、
   （ｂ４）音を検出する第２指向方向３６が騒音源に臨むマイクロホン８と、
   （ｂ５）騒音源側に突出して延び、マイクロホン８の上方を覆うカバー３８と、
   （ｂ６）マイクロホン８の出力に応答し、スピーカ１１ａ，１１ｂによって、騒音源からの音に対して位相がずれた音を出力して、スピーカ１１ａ，１１ｂの前方で騒音源側に拡がった回折領域３２で、遮音する位相制御装置３９とを有する遮音装置１とを含むことを特徴とする遮音装置を備える遮音壁装置。

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